CH628261A5 - Giessvorrichtung fuer die gerichtete erstarrung von schmelzfluessigem metall. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Giessvorrichtung für die gerichtete Erstarrung von schmelzflüssigem Metall, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die US-PS 3 763 926 beschreibt ein Gerät und ein Verfahren zum Giessen von gerichtet erstarrten Gegenständen mit hohen Geschwindigkeiten. In dem Verfahren wird eine Form, die auf einer Abschreckplatte ruht, in der Heizzone eines Ofens auf eine erhöhte Temperatur gebracht, dann wird schmelzflüssiges Metall in die erhitzte Form eingeleitet und die Form wird allmählich aus der Heizzone in ein flüssiges Kühlbad abgesenkt, das beispielsweise aus schmelzflüssigem Zinn besteht und eine Temperatur von 260°C hat. Durch die Wärmeabfuhr sowohl über die Abschreckplatte als auch über die Formwände bildet sich ein Temperaturgradient in dem schmelzflüssigen Metall aus, der zu einer gerichteten Erstarrung führt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Giessvorrichtung, welche das Erzielen von höheren Temperaturgradienten innerhalb der Form, von kürzeren Giesszyklen und von verbesserten Gussmikrogefügen gestattet.

Die erfindungsgemässe Lösung ist bestimmt durch die

Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorzugsweise haben die. Trennplattenöffnüngen Konturen, die sich den äussern Formwänden anpassen und so während des Absenkens der Form nur geringes Spiel geben.

Durch die Anordnung der schwimmenden, wärmeisolierenden Trennplatte zwischen dem Ofen und dem flüssigen Kühlmittelbad können sich mehrere wichtige Vorteile ergeben, zu welchen ein erhöhter Temperaturgradient in dem schmelzflüssigen Metall und eine erhöhte Erstarrungsgeschwindigkeit, eine verkürzte Giesszeit und ein Verbessertes Mikrogefüge gehören, wobei diese Vorteile ungeachtet dessen zur Verfügung stehen, ob eine Einzelform oder ein Mehrfachformbündel benutzt wird. Ausserdem kann die Verdampfung des flüssigen Kühlmittels verringert werden, während gleichzeitig eine glatte, wellenfreie Kühlmittelbadoberfläche für eine gleichmässige Kühlung des Metalls aufrechterhalten wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Giessvorrichtung, in welcher die schwimmende, wärmeisolierende Trennplatte zwischen dem Ofen und dem Kühlmittelbad angeordnet ist.

In der Figur ist eine Form 2, die als eine Mehrfachform für die gleichzeitige Herstellung von zwei oder mehr als zwei gerichtet erstarrten Gegenständen dargestellt ist, auf einer Abschreckplatte 4 angeordnet und innerhalb eines Wärmeofens untergebracht, der einen Zylinder in Form eines Sus-zeptors 6 aus Graphit enthält. Letzterer ist seinerseits von einer oder mehreren Graphitfilzumkleidungen 8 für Isolierzwecke und durch einen diese umgebenden Isolierkeramikzylinder 10 umgeben, welch letzterer eine aus einer Quarzfaserplatte hergestellte Umkleidung sein kann. Ausserhalb des Zylinders 10 befindet sich eine Induktionsspule 12 zum Erhitzen des Suszeptors. Die Windungen dieser Spule sind am Boden des Ofens in engerem Abstand angeordnet als im oberen Teil des Ofens, wie in der Figur gezeigt, um eine gleichmässigere Erwärmung über die Länge der durch den Suszeptor begrenzten zylindrischen Kammer zu erzielen. Ein geeigneter Isolierdeckel 16 kann auf dem oberen Ende des Suszeptors angeordnet sein und dadurch die so begrenzte zylindrische Heizkammer nach oben abschliessen. Geeignete Vorrichtungen sind vorgesehen, um die Abschreckplatte nach unten zu bewegen und die Form aus der zylindrischen Heizkammer abzusenken, beispielsweise in Form einer Absenkstange 18 in Kombination mit irgendeiner herkömmlichen Betätigungsvorrichtung, beispielsweise Hydraulikvorrichtungen.

Unterhalb des Wärmeofens ist ein Tank 20 angeordnet, der Kühlflüssigkeit 22 enthält, wie beispielsweise schmelzflüssiges Zinn mit einer Temperatur von 260°C. Der Tank 20 kann Heizelemente 24 haben, die ihn umschliessen, um die Temperatur des Bades auf den für das Eintauchen und Abkühlen der Form gewünschten Wert zu erhöhen, und der Tank kann ausserdem Kühlschlangen 26 haben, die ihn in der Nähe seines oberen Endes umgeben und dazu dienen, die gewünschte Temperatur innerhalb des Flüssigkeitsbades aufrechtzuerhalten, insbesondere wenn die heisse Form während des Erstarrungsprozesses eingetaucht wird. Es können geeignete Rührvorrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die das flüssige Kühlmittel um die Form herum umwälzen, wenn diese allmählich in das Bad eingetaucht wird. Im allgemeinen sind der Wärmeofen und der Kühltank in einer geeigneten V akuumkammer untergebracht.

Der Wärmeofen und die zugehörigen Vorrichtungen sind oberhalb des flüssigen Kühlmittelbades auf Stützen 28 abgestützt, die an dem Tank 20 oder an anderen äusseren Stützen

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befestigt sein können. Ein Strahlungsschirm 30 in Form einer Scheibe, die am Fuss des Suszeptors 6, der Isolierumklei-dungen 8 und des Zylinders 10 angeordnet ist, weist nach innen und hat Öffnungen, die gross genug sind, um die Abwärtsbewegung der Form zu gestatten. Der Strahlungsschirm 30 kann zusammen mit dem Suszeptor und anderen Teilen des Gerätes durch hitzebeständige Blöcke 32 abgestützt sein, die an den Stützen 28 befestigt sind. Der Schirm 30 kann aus feuerfestem Material, wie Tantal, flexibler Graphitfolie und dgl., bestehen und dient dazu, eine direkte Wärme-abstrahlung auf die Abschreckplatte und die Form zu verhindern, wenn diese abgesenkt wird.

Gemäss der Erfindung ist eine wärmeisolierende Trennplatte 34 zwischen dem Boden des Wärmeofens und dem Kühlmittelbad angeordnet. Die Trennplatte 34 ist aus wärmeisolierendem Material so hergestellt, dass ihre Dichte kleiner ist als die des flüssigen Kühlmittels, so dass sie auf der Kühlmittelbadoberfläche schwimmt, wie in der Figur gezeigt. Eine scheibenförmige wärmeisolierende Trennplatte, die aus einem isolierenden Zirkondioxidfaserkern aufgebaut ist, (beispielsweise aus einem Material mit dem Handelsnamen «Zircar» von der Fa. Zircar Products Inc.) und in einer sandwichartigen Anordnung mit hitzebeständigen, flexiblen Graphitfolienblasen verklebt ist, hat sich als eine äusserst schwimmfähige Trennplatte in schmelzflüssigem Zinn bei einer Temperatur von 260°C erwiesen. Es können andere geeignete Isoliermaterialien und Konstruktionsverfahren nach Bedarf benutzt werden. Die Trennplatte hat typischerweise eine oder mehrere Öffnungen, die das Hindurchführen der Einzelformen 2a und 2b gestatten, wenn die Mehrfachform von dem Boden des Ofens aus in das Kühlmittelbad abgesenkt wird, wobei sich die Anzahl der Öffnungen mit der Anzahl der einzelnen Formen ändert. Gemäss der Darstellung in der Figur sind die Trennplattenöffnungen axial in einer Linie unterhalb der entsprechenden Öffnungen in dem Ofenboden, d.h. der Öffnungen in dem Strahlungsschirm 30 angeordnet. Das axiale Fluchten der Trennplattenöffnungen kann leicht erzielt werden, indem die schwimmende Trennplatte so ausgebildet wird, dass sie mit geringem Spiel zwischen die hitzebeständigen Blöcke 32 passt. Obgleich die Öffnungen in der schwimmenden Trennplatte jede einfache Querschnittsform, beispielsweise eine Kreisform, haben können, ist es oftmals erwünscht, Öffnungen mit bestimmter Kontur vorzusehen, die sich den Aussenwänden der Einzel628261

formen relativ eng anpassen.

Bei dem Erstarrenlassen von schmelzflüssigem Metall gleichzeitig in mehreren Einzelformen, wie in der Mehrfachoder Bündelform, die in der Figur dargestellt ist, hat es sich als zweckmässig herausgestellt, die schwimmende Isoliertrennplatte aus zwei zusammenwirkenden Teilen aufzubauen, nämlich einem äusseren schwimmenden ringförmigen Teil und einem inneren schwimmenden kreisförmigen Teil, das innerhalb des zentralen Loches des ringförmigen Teils angeordnet ist. Selbstverständlich kann ein schwimmendes Teil oder können beide schwimmenden Teile die Öffnungen begrenzen, durch welche die Einzelformen in das Kühlmittelbad abgesenkt werden.

Funktionell werden durch die schwimmende, wärmeisolierende Trennplatte die Wärmeverluste der Form wirksam verringert, bis sie in das Kühlbad eingetaucht wird, wobei diese Verringerung für einen scharfen Übergang zwischen erhitzten und gekühlten Teilen der Form sorgt und den Temperaturgradienten darin vergrössert, wodurch die Erstarrungsgeschwindigkeiten erhöht werden und die Giesszyklus-zeit verkürzt wird. Die Trennplatte verringert nämlich den Abstand zwischen der heissen Ofenkammer und der Kühlbad-oberfläche. Weiter wird eine unerwünschte Nukleierung an den Formwänden durch den erhöhten Temperaturgradienten wirksam verhindert und es ergeben sich bessere gerichtet erstarrte Mikrogefüge. Die schwimmende Trennplatte minimiert ausserdem die Wärmeabstrahlung an die Kühlmitteloberfläche während des Erstarrungsprozesses beträchtlich. Eine glatte, wellenfreie Kühlmitteloberfläche wird infolge der schwimmenden Trennplatte aufrechterhalten, die jede Oberflächenturbulenz, die durch das Eintauchen der Form und durch die Kühlmittelzirkulation um sie herum hervorgerufen wird, glättet. Das Ergebnis sind eine gleichmässigere Kühlung an dem Formumfang und bessere Gussmikroge-füge. Wichtig ist, dass alle diese Vorteile, die mit der Erfindung erzielt werden, ungeachtet dessen verfügbar sind, ob eine einzelne Form oder ein Mehrfachformbündel, wie dargestellt, benutzt wird.

Die Erfindung ist besonders nützlich bei Prozessen der gerichteten Erstarrung, wie sie in der US-PS 3 260 505 und in der US-PS 3 494709 für Stengel- bzw. Einkristallgusserzeugnisse beschrieben sind. Sie ist ausserdem von besonderem Nutzen bei dem Erstarrenlassen von eutektischen Verbindungen, wie sie aus der US-PS 3 793 100 bekannt sind.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. 628261

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Giessvorrichtung für die gerichtete Erstarrung von schmelzflüssigem Metall, mit einem Wärmeofen, der ein offenes Ende hat, durch das eine schmelzflüssiges Metall enthaltende, erhitzte Form absenkbar ist, einem flüssigen Kühlbad, das unterhalb des offenen Endes des Ofens angeordnet ist, und Vorrichtungen zum allmählichen Absenken der erhitzten Form aus dem Ofen durch dessen offenes Ende und zum Eintauchen derselben in das Kühlbad, gekennzeichnet durch eine wärmeisolierende Trennplatte (34), die zwischen dem offenen Ende des Ofens und dem flüssigen Kühlbad (22) angeordnet ist und die aus einem Material besteht, dessen Dichte kleiner ist als die des flüssigen Kühlmittels, so dass die Trennplatte (34) während des Erstarrungsprozesses auf der Badoberfläche schwimmt, wobei die Trennplatte (34) wenigstens eine Durchgangsöffnung hat, die fluchtend unter dem offenen Ofenende angeordnet ist, um das Absenken der Form (2) aus dem Ofen durch die Trennplatte hindurch und in das Kühlbad zu gestatten, wobei die Trennplatte die Form umgibt, wenn sie zu dem Kühlbad hin abgesenkt wird, um Wärmeverluste der Form zu minimieren, bis die Form eingetaucht ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in der Trennplatte (34) der Aussenwand-konfiguration der Form (2) angepasst ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwimmende Trennplatte (34) einen Sandwichaufbau hat, in welchem ein Isolierkern zwischen hitzebeständigen Folien angeordnet ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen einen zylindrischen Suszeptor (6) und eine Induktionsspule (12) aufweist, die um den Suszeptor herum zum Aufheizen desselben angeordnet ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schwimmende, isolierende Trennplatte (34) ein äusseres schwimmendes ringförmiges Teil und ein inneres schwimmendes kreisförmiges Teil aufweist, wobei das kreisförmige Teil innerhalb des ringförmigen Teils angeordnet ist und wobei wenigstens eines dieser beiden Teile die Öffnung begrenzt, durch die hindurch die Form (2) bewegbar ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Kühlbad (22) aus schmelzflüssigem Zinn besteht.