Wilhelm Patterson – författare

Im ersten Teil (A) der vorliegenden Arbeit wird der zeitliche Ablauf der Wärme­ abgabe von Gußstücken an den Formstoff mathematisch und experimentell unter­ sucht. Bisher waren die Gesetzmäßigkeiten lediglich für die Erstarrung bei kon­ stanter Temperatur bekannt. Ausgehend von den mathematischen Ansätzen von G. HALBART wurde für Sandguß eine allgemeine, einfache Gleichung entwickelt, welche die Wärmeabgabe während der Erstarrung bei konstanter oder sinkender Temperatur, der Abkühlung und der Umwandlung beschreibt. Ihr kann ent­ nommen werden: 1. Bei festliegenden Bedingungen des Gießmetalls, des Formstoffs und der Ge­ stalt des Gußstücks hängt die Zeitdauer jeder einzelnen Phase und die Gesamt­ zeit vom Quadrat des V olumen-Oberflächen-Verhältnisses ab. Dieses Ver­ hältnis gilt also nicht nur für die Erstarrung bei konstanter Temperatur, für die es von H. CHVORINOV entwickelt wurde. 2. Die Gesamtzeit ergibt sich durch Summierung der einzelnen integriert::n Zeiten jeder Phase des Ablaufs. 3. Der gestaltabhängige Korrekturfaktor, der die Abweichung der Gußstückfor­ men von planparallelen Platten endlicher Dicke und unendlicher Ausdehnung berücksichtigt, muß ebenfalls für jede Phase einzeln bestimmt werden. Im experimentellen Teil wird die Gültigkeit des mathematischen Ansatzes bis zu niedrigen Temperaturen herunter bewiesen: bei quadratischen und runden Stan­ gen durch geradlinige Abhängigkeit der Zeiten vom Quadrat des Volumen­ Oberflächen-Verhältnisses, bei quadratischen Platten durch den geforderten Temperaturverlauf im Formstoff. Es wird ein Weg gezeigt, der zu den Abkühlungskurven unendlich ausgedehnte~ Platten und damit auch zu den Korrekturfaktoren einfacher Körper führt.

Im ersten Teil (A) der vorliegenden Arbeit wird der zeitliche Ablauf der Wärme­ abgabe von Gußstücken an den Formstoff mathematisch und experimentell unter­ sucht. Bisher waren die Gesetzmäßigkeiten lediglich für die Erstarrung bei kon­ stanter Temperatur bekannt. Ausgehend von den mathematischen Ansätzen von G. HALBART wurde für Sandguß eine allgemeine, einfache Gleichung entwickelt, welche die Wärmeabgabe während der Erstarrung bei konstanter oder sinkender Temperatur, der Abkühlung und der Umwandlung beschreibt. Ihr kann ent­ nommen werden: 1. Bei festliegenden Bedingungen des Gießmetalls, des Formstoffs und der Ge­ stalt des Gußstücks hängt die Zeitdauer jeder einzelnen Phase und die Gesamt­ zeit vom Quadrat des V olumen-Oberflächen-Verhältnisses ab. Dieses Ver­ hältnis gilt also nicht nur für die Erstarrung bei konstanter Temperatur, für die es von H. CHVORINOV entwickelt wurde. 2. Die Gesamtzeit ergibt sich durch Summierung der einzelnen integriert::n Zeiten jeder Phase des Ablaufs. 3. Der gestaltabhängige Korrekturfaktor, der die Abweichung der Gußstückfor­ men von planparallelen Platten endlicher Dicke und unendlicher Ausdehnung berücksichtigt, muß ebenfalls für jede Phase einzeln bestimmt werden. Im experimentellen Teil wird die Gültigkeit des mathematischen Ansatzes bis zu niedrigen Temperaturen herunter bewiesen: bei quadratischen und runden Stan­ gen durch geradlinige Abhängigkeit der Zeiten vom Quadrat des Volumen­ Oberflächen-Verhältnisses, bei quadratischen Platten durch den geforderten Temperaturverlauf im Formstoff. Es wird ein Weg gezeigt, der zu den Abkühlungskurven unendlich ausgedehnte~ Platten und damit auch zu den Korrekturfaktoren einfacher Körper führt.

An liegend gegossenen Platten, in denen die Erstarrung gerichtet verlief, wurde der Einfluß der Speiserform, der Legierung und einer wassergekühlten End­ kokille auf die Dichtspeisung verfolgt. Der zeitliche Verlauf der Erstarrung wurde durch in der Mittellinie der Platten angeordnete Thermoelemente aufge­ zeichnet. Als Maß für den Erfolg der Speisung wurde die leicht meßbare Schrump­ fungsporosität von aus den Platten herausgearbeiteten Rundstäben herangezogen. Ein Einfluß der Speiserform auf die Dichtspeisung konnte nicht festgestellt werden. Durch Endkokillen wurde die Schrumpfungsporosität über die ganze Plattenlänge in allen Fällen mehr oder weniger stark vermindert. Nach den Versuchsergebnissen ist die Erfüllung von zwei Bedingungen die Vor­ aussetzung zur Dichtspeisung von Gußstücken: 1. Die Erstarrung muß gerichtet sein. 2. Die Speisung muß möglich sein, das heißt a) der Speisungskanal muß möglichst günstig ausgebildet sein, b) die Erstarrung muß möglichst glattwandig verlaufen. Der Einfluß der Legierung und der Endkokille auf die Speisung wird an Hand dieser neuen Vorstellungen gedeutet. Frühere Arbeiten werden kritisch beleuchtet. 31 Literaturverzeichnis [1] BISHOP, H. F., und W. S. PELLINI, Trans. Amer. Foundrym. Soc. 58 (1950), S.185-196. [2] BISHOP, H. F., E. T. MYSKOWSKI und W. S. PELLINI, Trans. Amer. Foundrym. Soc. 59 (1951), S. 171-177. [3] BISHOP, H. F., F. A. BRANDT und W. S. PELLINI, Trans. Amer. Foundrym. Soc. 59 (1951), S.435-447. [4] MYSKOWSKI, E. T., H. F. BISHOP und W. S. PELLINI, Trans. Amer. Foundrym. Soc. 60 (1952), S.389-399. [5] PELLINI, W. S., Trans. Amer. Foundrym. Soc. 61 (1953), S. 61-80.

Durch inhomogene plastische Verformungen oder durch homogene Deformation inhomogener metallischer Werkstoffe entstehen Eigenspannungen. Eigenspan­ nungen sind Spannungen, die in einem Körper vorhanden sind, ohne daß äußere Kräfte auf diesen einwirken. Diese Spannungen stehen untereinander im Gleich­ gewicht. Sind sie mindestens in zwei Richtungen über makroskopische Bereiche homogen, so handelt es sich um Spannungen erster Art. Spannungen zweiter Art sind solche, die über einzelne Körner und Spannungen dritter Art diejenigen, die über wenige Atomabstände hinweg homogen sind. Eigenspannungen erster und zweiter Art bauen sich immer aus den Spannungs­ feldern dritter Art, d. h. den Versetzungen auf. Die im Rahmen dieser Arbeit interessierenden Eigenspannungen sind die erster Art, die auch als Stückspannun­ gen bezeichnet werden, und z. B. als Wärme-, Guß-, Abschreck- oder Bearbei­ tungsspannungen bekannt sind. Für inhomogene plastische Verformungen gibt es zahlreiche Ursachen, von denen hier nur die Wärmespannungen sowie Umwandlungen und Ausscheidungen, die mit Volumenänderungen verbunden sind, genannt seien [1]. Beim Werkstoff Grauguß hat man es in den meisten Fällen mit einer überlagerung dieser beiden Erscheinungen zu tun. Wirkt eine bekannte äußere Kraft auf einen Körper ein, so kann man die Größe und Verteilung der Spannungen berechnen und durch entsprechende Dimen­ sionierung des Körpers die Bruchgefahr bzw. die plastische Verformung ver­ meiden. Sind dagegen bei einem technischen Herstellungsprozeß ungewollt Eigenspannungen in einem Konstruktionselement entstanden, so kennt man ihre Größe und Verteilung im allgemeinen nicht. Die Messung dieser Spannungen ist in der Regel nur durch Zerstörung des in Frage kommenden Stückesmöglich.

An liegend gegossenen Platten, in denen die Erstarrung gerichtet verlief, wurde der Einfluß der Speiserform, der Legierung und einer wassergekühlten End­ kokille auf die Dichtspeisung verfolgt. Der zeitliche Verlauf der Erstarrung wurde durch in der Mittellinie der Platten angeordnete Thermoelemente aufge­ zeichnet. Als Maß für den Erfolg der Speisung wurde die leicht meßbare Schrump­ fungsporosität von aus den Platten herausgearbeiteten Rundstäben herangezogen. Ein Einfluß der Speiserform auf die Dichtspeisung konnte nicht festgestellt werden. Durch Endkokillen wurde die Schrumpfungsporosität über die ganze Plattenlänge in allen Fällen mehr oder weniger stark vermindert. Nach den Versuchsergebnissen ist die Erfüllung von zwei Bedingungen die Vor­ aussetzung zur Dichtspeisung von Gußstücken: 1. Die Erstarrung muß gerichtet sein. 2. Die Speisung muß möglich sein, das heißt a) der Speisungskanal muß möglichst günstig ausgebildet sein, b) die Erstarrung muß möglichst glattwandig verlaufen. Der Einfluß der Legierung und der Endkokille auf die Speisung wird an Hand dieser neuen Vorstellungen gedeutet. Frühere Arbeiten werden kritisch beleuchtet. 31 Literaturverzeichnis [1] BISHOP, H. F., und W. S. PELLINI, Trans. Amer. Foundrym. Soc. 58 (1950), S.185-196. [2] BISHOP, H. F., E. T. MYSKOWSKI und W. S. PELLINI, Trans. Amer. Foundrym. Soc. 59 (1951), S. 171-177. [3] BISHOP, H. F., F. A. BRANDT und W. S. PELLINI, Trans. Amer. Foundrym. Soc. 59 (1951), S.435-447. [4] MYSKOWSKI, E. T., H. F. BISHOP und W. S. PELLINI, Trans. Amer. Foundrym. Soc. 60 (1952), S.389-399. [5] PELLINI, W. S., Trans. Amer. Foundrym. Soc. 61 (1953), S. 61-80.

Durch inhomogene plastische Verformungen oder durch homogene Deformation inhomogener metallischer Werkstoffe entstehen Eigenspannungen. Eigenspan­ nungen sind Spannungen, die in einem Körper vorhanden sind, ohne daß äußere Kräfte auf diesen einwirken. Diese Spannungen stehen untereinander im Gleich­ gewicht. Sind sie mindestens in zwei Richtungen über makroskopische Bereiche homogen, so handelt es sich um Spannungen erster Art. Spannungen zweiter Art sind solche, die über einzelne Körner und Spannungen dritter Art diejenigen, die über wenige Atomabstände hinweg homogen sind. Eigenspannungen erster und zweiter Art bauen sich immer aus den Spannungs­ feldern dritter Art, d. h. den Versetzungen auf. Die im Rahmen dieser Arbeit interessierenden Eigenspannungen sind die erster Art, die auch als Stückspannun­ gen bezeichnet werden, und z. B. als Wärme-, Guß-, Abschreck- oder Bearbei­ tungsspannungen bekannt sind. Für inhomogene plastische Verformungen gibt es zahlreiche Ursachen, von denen hier nur die Wärmespannungen sowie Umwandlungen und Ausscheidungen, die mit Volumenänderungen verbunden sind, genannt seien [1]. Beim Werkstoff Grauguß hat man es in den meisten Fällen mit einer überlagerung dieser beiden Erscheinungen zu tun. Wirkt eine bekannte äußere Kraft auf einen Körper ein, so kann man die Größe und Verteilung der Spannungen berechnen und durch entsprechende Dimen­ sionierung des Körpers die Bruchgefahr bzw. die plastische Verformung ver­ meiden. Sind dagegen bei einem technischen Herstellungsprozeß ungewollt Eigenspannungen in einem Konstruktionselement entstanden, so kennt man ihre Größe und Verteilung im allgemeinen nicht. Die Messung dieser Spannungen ist in der Regel nur durch Zerstörung des in Frage kommenden Stückesmöglich.