DE10002670A1 - Druckgießverfahren und Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckgießverfahren zur Herstellung von Gußstücken aus einer halberstarrten Legierungsschmelze, wobei die Legierungsschmelze durch eine Stimulierung des Kristallisationsprozesses in den halberstarrten Zustand versetzt wird, in eine Gießkammer eingebracht und die Gußstücke unter Druck hergestellt werden. Zunächst wird eine exogene metallische Suspension außerhalb der Gießkammer im geschlossenen Raum erzeugt, der mit der Gießkammer funktionell in Verbindung steht und mit ihr eine Gießeinheit bildet. Die metallische Suspension wird vor dem Eintritt in die Gießkammer in Bewegung gebracht, wobei ein hohler Drehkörper ausgebildet wird, der solange im Drehzustand gehalten wird, bis die Suspensionshomogenität für das Eingießen erreicht ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einer vertikalen Gießkammer mit einem Gießkolben und einem außerhalb der Gießkammer angeordneten Bearbeitungsbehälter, wobei der Bearbeitungsbehälter mit der Gießkammer funktionell fest verbunden ist und mit ihr eine Gießeinheit bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckgießverfahren zur Herstellung von Gußstücken aus einer halberstarrten Legierungsschmelze, wobei die Legierungsschmelze durch eine Stimulierung des Kri­ stallisationsprozesses in den halberstarrten Zustand versetzt wird, in eine Gießkammer eingebracht und die Gußstücke unter Druck hergestellt werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, daß der thermodynamische Zustand des Metalls eine entscheidende Rolle bei den unterschiedlichen Bearbei­ tungsprozessen spielt. Die damit verbundenen Effekte können nicht nur zur Erleichterung des Verformungsvorganges genutzt werden, sondern man kann damit wesentlich die Morphologie der auftretenden kristallinen Formen und Eigenschaften des Kurz­ stückes beeinflussen. Mit zunehmender Temperatur verliert die Legierung ihre Festigkeit, was für das Formgebungsverfahren von prinzipieller Bedeutung ist, und gewinnt gleichzeitig die Fähig­ keit zur plastischen Umformbarkeit als gefügeabhängige Eigen­ schaft.

In der thermodynamischen Übergangsphase im Temperaturbereich Liquidus-Solidus befindet sich die Legierungsschmelze im halber­ starrten Zustand. Dieser Zustand wird daher als "metallische Suspension" bezeichnet, die als Vormaterial für neue Druckgieß­ verfahren verwendet wird. Die Erfindung beschäftigt sich nun mit dem phänomenologischen Verhalten der kristallisierenden Flüssig­ keiten und ihren rheologischen Eigenschaften und nutzt diese zur Herstellung von Gußstücken aus dem halberstarrten Zustand. Dabei wird ein vorgegebenes Schmelzevolumen vor dem Eintritt in einer Gießkammer einer besonderen Behandlung unterzogen, wobei das Verfahren so angelegt ist, daß das vordosierte Metall ohne Qua­ litätsverlust in die Druckgießanlage eingegeben werden kann.

Aus Vorversuchen war bekannt, daß das Vormaterial im halber­ starrten Zustand mit verschiedenen chemisch-physikalischen Me­ thoden und durch kontrollierte Erwärmung oder Abkühlung in sei­ nen Eigenschaften beeinflußt werden kann. Es sollte jetzt jedoch herausgefunden werden, wie das Vormaterial als homogene metal­ lische Suspension hergestellt und ohne Qualitätsverlust in die Druckgießanlage eingegossen werden kann.

Ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus dem halber­ starrten Schmelzezustand ist aus der EP 0 841 406 A1 bekannt. Dort wird ein mehrstufiges Verfahren beschrieben, dessen Ziel es ist, die Teile aus den halberstarrten Legierungen in einer Ver­ tikaldruckgießmaschine zu produzieren. Der Transport des Vorma­ terials in die Gießkammer erfolgt nach einer Keimbildungsphase in der überhitzten Schmelze mit anschließendem Granulations­ prozeß. Hierfür wurde eine Vibrationsvorrichtung verwendet, mit der das Auftreten von Keimen in der kristallisierenden Schmelze stimuliert wird. Um den dabei gewonnenen Suspensionszustand zu erhalten, wurde das halberstarrte Vormaterial kontrolliert er­ wärmt. Nachdem die Gießkammer an den Behälter für das Vormate­ rial angedockt war, wurde dieses in die Druckform eingepresst.

Das bekannte Verfahren ähnelt dem Thixoforming und weist daher folgende Nachteile auf:

• 1. Es ist kein Verfahren, das in einem geschlossenen Arbeits­ raum durchgeführt werden kann. Dadurch eignet es sich nicht zur Reduzierung des Gasgehaltes im erstarrten Gußstück.
• 2. Mit steigendem Baugewicht und größerem Erstarrungsintervall besteht die Gefahr, daß im Vormaterial eine Segregation stattfindet. Dadurch können unerwünschte morphologische Ausscheidungen auftreten, so daß die Isotropie der Gußteile und ihre mechanischen Eigenschaften verschlechtert werden.
• 3. Da das Vormaterial im Suspensionszustand durch Abkühlung oder Erwärmung seine Eigenschaften ständig verändert, ist der Füllungsvorgang entscheidend für die Gußqualität. Bei dem bekannten Verfahren bilden sich Wirbel in dem frei fallenden Metallstrom beim Eingießen in die Gießform, was die Gußqualität deutlich herabsetzt.

Die EP 0 733 421 A1 offenbart ein weiteres Gießverfahren, bei dem nach einer Dosierung des vorgegebenen Schmelzevolumens die Gießkammer mit einem Gießkolben befüllt wird. Das vorgegebene Schmelzevolumen wird durch zusätzliche Abkühlung und Vermischung im elektromagnetischen Feld in einen Suspensionszustand versetzt und danach in die Druckgießform eingepresst.

Mit dem bekannten Verfahren kann zwar die Qualität des Schmelze­ volumens vor dem Eingießen verbessert werden; jedoch gelingt es nicht, die gewünschte Qualität über einen längeren Zeitraum konstant zu halten. Es wurde vielmehr festgestellt, daß grobe strukturelle Ausscheidungen und damit verbunden niedrige Werte von mechanischen Eigenschaften als Folge der Änderungen der Kristallisationsbedingungen in der Schmelze auftreten.

Die Erfinder haben sich nun die Aufgabe gestellt, eine verbes­ serte Gefügehomogenität - verglichen mit den nach dem Stand der Technik hergestellten Produkten - zu erreichen, wobei als Quali­ tätsmaßstab die Menge an erzeugten, säulenförmigen Kristallen bzw. Transkristalliten und die Menge an gleichachsigen bzw. globulitischen Kristallen herangezogen wurde. Die experimentel­ len Ergebnisse zeigten, daß die verbesserte Isotropie der Gußteile durch die Art der aufgetretenen kristallinischen Formen belegt werden kann und daß dadurch insbesondere hohe Festig­ keiten und ein sehr gutes Zähigkeitsverhalten nachweisbar sind.

Bei dem bisherigen Verfahren bestand eine wesentliche Fehler­ quelle darin, daß zur Herstellung der Suspension die Schmelze getrennt von der Gießkammer durch elektromagnetisches Rühren einer Strukturveränderung unterzogen wurde, wobei das gewünschte Gefüge von dem unter dem Einfluß des elektromagnetischen Feldes stattfindenden Kristallisationsprozeß abhing. Sobald das flüssi­ ge Metall unter den Zentrifugalkräften von der Mitte der Kammer gegen die Wände gedrückt wird, treten starke Beschleunigungs­ kräft auf, die dazu führen, daß in der Gießkammer ein flüssiger zylinder- oder konusförmiger Schmelzemantel entsteht. Mit einem solchen Vormaterial kann die Druckform nicht gleichmäßig ausge­ füllt werden, so daß die Herstellung von homogenen Gußkörpern mit isotropen Eigenschaften derzeit nicht möglich war. Es blieb nur die Möglichkeit, die Feldstärke zu reduzieren, was aber dann zu Qualitätsverlusten und dann zu einer strukturellen Anisotro­ pie des Vormaterials führte, die für die niedrigen mechanischen Eigenschaften des Gußstücks verantwortlich waren.

Die vorliegende Erfindung hat ein Druckgießverfahren zum Ziel, durch das ein homogener Suspensionszustand des Vormaterials zuverlässig gewährleistet wird. Dieses Vormaterial wird dann in diesem Zustand in eine Druckkammer unter Druck eingefüllt. Ein weiteres Ziel besteht darin, daß das Vormaterial aus einer exo­ genen metallischen Suspension erzeugt wird. Mit den durch die vorliegende Erfindung entwickelten Druckgießverfahren soll ein kontinuierlicher Gießprozess entwickelt werden, wobei alle Ar­ beitsetappen in einem geschlossenen Gießsystem ablaufen können. Mit dem neuen Druckgießverfahren können aus der metallischen Suspension Gußteile von hervorragender Qualität hergestellt werden.

Erfindungsgemäß werden die vorgenannten Aufgaben mit einem Ver­ fahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das vor­ gegebene Schmelzvolumen außerhalb der Gießkammer in einem ge­ schlossenen Bearbeitungsbehälter in Rotation gebracht und dabei eine homogene metallische Suspension von exogener Art erzeugt wird, aus der nach der Einfüllung in die Gießkammer ein Gußstück hergestellt wird. Die Gießkammer bleibt beim Verlauf des Verfah­ rens immer im angedockten Zustand, und das ganze Verfahren, das aus einzelnen Arbeitsetappen besteht, ist als geschlossenes Gießsystem ausgebildet.

Um das Herstellungsverfahren auf solche Weise zu verwirklichen, ist es beim Füllungsvorgang vorgesehen, den Bearbeitungsbehälter zuerst mit dem vorgegebenen Schmelzvolumen zu füllen, dort nach exogener Art eine homogene metallische Suspension zu erzeugen und sie mittels einer speziellen Transportkammer in die Gießkam­ mer zu transportieren, wofür die senkrecht angeordnete Gießkam­ mer mit einer Füllöffnung versehen ist.

Ein besonderes Unterscheidungsmerkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Art und Weise, nach welcher die metallische Suspension vorbereitet wird. Im Vergleich mit schon erwähnten Verfahren, bei denen das vorgegebene Schmelzvolumen durch eine äußere Abkühlung in den Suspensionszustand versetzt wird, wo­ durch die Suspension einen endogenen Charakter erhält, wurde in der vorliegenden Erfindung ein prinzipiell anderer technologi­ scher Ansatz gewählt, nach dem schlagartig eine exogene metalli­ sche Suspension auftritt. Der Kern des Ansatzes ist die schnelle und gleichmäßige Schmelzabkühlung, die nur durch die Einführung von zusätzlichen Mikrowärmeabläufen in das vorgegebene Schmelz­ volumen möglich ist. Als Kühlmittel wird ein aus der gleichen Legierung wie das Schmelzvolumen hergestelltes Pulver verwendet, um den nötigen Abkühlungseffekt in kürzester Zeit erreichen zu können. Der Abkühlungseffekt besteht aus einer Abnahme der über­ schüssigen Überhitzungstemperatur, wobei zwei parallel verlau­ fende Kristallisationsvorgänge stattfinden:

Die Schmelze wird vom Inneren bis zur vorgegebenen Temperatur bzw. mindestens Liquidustemperatur abgekühlt, und durch die zu­ sätzliche Abkühlung werden Kristallisationskeime erzeugt. Diese bestimmen die Gefügemorphologie. Ihre gleichmäßige Verteilung in der entstehenden metallischen Suspension ist von primärer Bedeu­ tung, um gleiche Kristallisationsbedingungen im ganzen Suspen­ sionsvolumen zu gewährleisten.

Das kühlende Pulver wird dabei in der Schmelze unter Druck ein­ geführt, wofür Luft, Argon oder Stickstoff als ein Trägergas verwendet wird.

Für das Erzeugen von metallischer Suspension nach erfolgter Konditionierung ist eine besondere Ausgestaltung des Bearbei­ tungsbehälters erforderlich. Dabei handelt es sich erfindungs­ gemäß um einen geschlossenen Raum, dessen Ausflussöffnung mit einer Stopfstange verschließbar ist. Der Bearbeitungsbehälter wird in ein elektromagnetisches Feld eingesetzt und die einge­ füllte Schmelze in diesem geschlossenen Raum in Bewegung ge­ bracht und dort bis zum Abschluß der Konditionierung gehalten.

Die Bewegung der Schmelze führt zum Auftreten eines abgescherten Materials im Bereich der Erstarrungsfront, von dessen Aufschmel­ zen im flüssigen Bereich der Kristallisationsprozeß stimuliert wird. Hierdurch wird der Bereich vom Suspensionszustand ver­ breitert.

Dieser Suspensionsbereich ist charakteristisch für das gesamte Materialvolumen im vorgeschlagenen Verfahren. Von Anfang an sind die durch das elektromagnetische Feld auf die Metallschmelze einwirkenden Kräfte dafür nötig, um im engen Erstarrungsbereich das erstarrende Material abzuscheren und das ganze Suspensions­ volumen in eine solche Bewegung zu versetzen, bei der die Sus­ pension ihre Fähigkeit zum Fließen über einen längeren Zeitraum beibehält und dabei die für die Qualität des Gußstücks gewünsch­ te Homogenität erwirkt.

Während dieses Arbeitsvorganges findet eine Bildung von hohlen teilflüssigen Drehkörpern statt. Dabei fließt die Suspension an die Wände des Bearbeitungsbehälters und befindet sich im beweg­ ten Zustand, bis die erforderliche Gießtemperatur und -homogeni­ tät erreicht wird. Auf experimenteller Basis wurde festgestellt, daß die Suspensionshomogenität in erster Linie vom Wert des sogenannten "Gravitationskoeffizienten (K)" abhängt, der auf der freien Fläche des hohlen teilflüssigen Drehkörpers entsteht. Es wurde seine minimale Grenze ermittelt und aufgrund der Quali­ tätsanalyse festgestellt, daß mit einer Koeffizientenverringe­ rung, bei der K weniger als 10 ist, die gewünschte morphologi­ sche Isotropie im Gußgefüge nicht erreicht werden kann.

Den Erfindern ist es auch gelungen, eine experimentelle Gleichung zu erhalten, nach der das Homogenitätsmaß von metalli­ schen Suspensionen durch einen Homogenitätskoeffizienten (X) bestimmt wird, dessen untere effiziente Grenze für Aluminiumle­ gierungen bei dem Wert 3,8 × 10⁸ A²/sec liegt.

Der Homogenitätskoeffizient kann aus dem folgenden Verhältnis ermittelt werden:

X = N × H² × R².

Dabei bedeuten:
N = die Umdrehungszahl auf der freien Fläche des teilflüssigen Drehkörpers;
H = die magnetische Feldstärke;
R = die mittlere Wanddicke des teilflüssigen Drehkörpers.

Die besondere Ausgestaltung des Bearbeitungsbehälters erlaubt, das vorgegebene Schmelzvolumen unter konstanten technologischen Bedingungen in eine metallische Suspension zu versetzen, die den Behälter als ein homogenes Suspensionsvormaterial durch die Ausflußöffnung verläßt und dann in die Gießkammer einfließt.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist durch eine speziell für den Suspensionstransport vorgesehene Trans­ portkammer gekennzeichnet. Diese verbindet den Bearbeitungs­ behälter und die Gießkammer, ist mit einem Transportkolben aus­ gerüstet und kann entweder im rechten oder im spitzen Winkel an die senkrecht angeordnete Gießkammer angebracht werden.

Erfindungsgemäß erfüllt der Transportkolben zwei Funktionen:
Die metallische Suspension bzw. ihren Rest schnell in die Gieß­ kammer einzubringen und diese nach der Füllung dicht zu ver­ schließen. Dafür ist der Kolben so ausgeführt, daß sein fronta­ ler Umriß den inneren Umriß von der Gießkammer fortsetzt, damit bei der Gießkolbenbewegung keine Störung von der Seite der Transportkolben im Füllöffnungsbereich erfolgt.

Der Vorgang, bei dem die Gießkammer mit der metallischen Suspen­ sion gefüllt wird, wird durch eine sogenannte "steigende Fül­ lung" gekennzeichnet. Während sich die Gießkammer mit der Suspension füllt, wird der Gießkolben (und zwar synchron) nach unten verschoben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbei­ spiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Druckgießvorrichtung, mit der Gußteile aus einer homo­ genen metallischen Suspension von exogener Art her­ gestellt werden können;

Fig. 2 Ausschnitt A von Fig. 1 im Bereich der Einmündung der Transportkammer 6 in die Gießkammer 7.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Druckgießmaschine ist ein Be­ arbeitungsbehälter 1 vorgesehen, der mit einer Stopfstange 2 und einer Rohrleitung 3 für die Einführung von kühlendem Pulver ausgerüstet ist. Mittels einer Schmelzleitung 4 ist der Behälter außerdem mit dem Warmhalteofen 5 und durch eine Transportkammer 6 mit der senkrecht angeordneten Gießkammer 7 verbunden.

Der Bearbeitungsbehälter 1 ist darüberhinaus in eine elektro­ magnetische Rühreinrichtung 8 eingesetzt, die als ein integrie­ rendes System aus Induktions- und Steuereinheit in Form eines geschlossenen Bestandteils der Druckgießmaschine besteht. Wie aus dem Schema ersichtlich, ist die Transportkammer 6 im spitzen Winkel an die Gießkammer 7 montiert. Es ist jedoch möglich, die Bauelemente im rechten Winkel zusammenzubinden und mit dem Transportkolben 9 zu versehen. Dieser macht nicht nur die Trans­ portkammer 6 vom Metallrest frei, sondern schließt die Füllöff­ nung 10 in der Gießkammer 7 ab. Die Gießkammer ist wie üblich mit einem Gießkolben 11 ausgerichtet.

In der Induktionseinrichtung wird mit einer Steuereinrichtung (auf dem Schema nicht dargestellt) ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das eine Rührbewegung der Schmelze ermöglicht. Danach gelangt die Schmelze 12 mittels einer Schmelzleitung 4 aus dem Warmhalteofen 5 in den Bearbeitungsbehälter 1, der sich in der Induktionsspule 8 befindet. Durch den Einsatz des rotierenden Magnetfeldes wird das vorgegebene Schmelzvolumen in Bewegung gebracht, und zwar in einem geschlossenen Raum, weil die Aus­ flußöffnung des Bearbeitungsbehälters dicht mit der Stopfstange 2 abgeschlossen ist. Unter Zentrifugalkräften fließt die Schmel­ ze an die Behälterwände und bildet einen flüssigen hohlen Dreh­ körper (der Zeichnung entsprechend hat der Drehkörper eine ko­ nische Form). Dabei entsteht auf der freien Fläche vom Drehkör­ per ein Gravitationskoeffizient K, dessen Wert durch die Ge­ schwindigkeit bestimmt wird, mit der sich die unterschiedlichen flüssigen Schichten gegeneinander verschieben. Durch eine vor­ teilhafte Ausgestaltung des Bearbeitungsbehälters gelingt es schon auf dieser Arbeitsetappe das ganze Schmelzvolumen in Bewe­ gung zu bringen, und zwar nicht nur an der Erstarrungsfront. In dieser Bewegung wird das ganze Schmelzvolumen bis zum Erreichen der gewünschten Kondition bzw. Suspensionshomogenität aufbe­ wahrt.

Kurze Zeit nachdem sich aus der überhitzten Schmelze ein hohler flüssiger Drehkörper gebildet hat, wird in die rotierende Schmelze eine Pulvermenge über eine Pulverdosierungsvorrichtung 3 (im Schema als Rohrleitung dargestellt) eingebracht, die aus­ reicht, um eine Kühlwirkung herbeizuführen. Erfindungsgemäß wird das kühlende Pulver in die Schmelze unter Druck eingeführt, und zwar in pulsierenden Regim. Die exogene metallische Suspension, die schlagartig im Bearbeitungsbehälter 1 auftritt, ist ein Ergebnis von drei zusammenlaufenden Vorgängen:

Der erste Vorgang gehört zum Wärmeaustauschvorgang, bei dem das Pulvermaterial von der überhitzten Schmelze die überschüssige Wärme abzieht. Es entstehen mehrere abgekühlte Suspensionsbe­ reiche, deren Temperatur unter dem Liquidusniveau liegen.

Der zweite Vorgang steht im Zusammenhang mit der Art und Weise, in welcher das Pulver in die Schmelze eingebracht wird. Da die­ ser Vorgang unter Druck stattfindet, bleiben die Pulverteilchen nicht auf der inneren Fläche vom flüssigen Drehkörper, sondern dringen in die Schmelze ganz tief ein und wirken als effiziente innere Wärmeabnehmer, wodurch eine exogene metallische Suspen­ sion gleichzeitig im ganzen Schmelzvolumen auftritt. Da das Pulver pulsierend in die Schmelze eingeführt wird, entwickeln sich im flüssigen Metall elastische Oszillationen, die durch einen Mikrokavitationseffekt das Auftreten von neuen Kristalli­ sationskeimen im vorgegebenen Schmelzvolumen noch mehr stimulie­ ren.

Der dritte Vorgang ist die stetige Rotationsbewegung des vor­ gegebenen Schmelzvolumens, die während und parallel zu den zwei schon angeführten Vorgängen stattfindet. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Mög­ lichkeit, das ganze Schmelzvolumen im geschlossenen Raum in Bewegung zu halten. Dabei bildet sich zuerst aus der Schmelze und danach aus der metallischen Suspension ein Vormaterial, das den hohlen Drehkörper darstellt. Der auf seiner freien Fläche entstehende Gravitationskoeffizient ist von außerordentlicher Bedeutung, weil er die Homogenität der metallischen Suspension bestimmt. Beeinflusst werden folgende Parameter:

• 1. Geometrie des Drehkörpers, die eine Stabilität von einge­ stellten technologischen Parametern sichert.
• 2. Temperatur- und chemische Gleichmäßigkeit.
• 3. Keine zusätzliche Wasserstoffaufnahme, Viskositätsgenau­ igkeit.
• 4. Beschleunigung, bei der die nötige Scherkraft nicht nur an der Erstarrungsfront, sondern im ganzen vorgegebenen bzw. rotierenden Schmelzvolumen vorhanden und gleichmäßig ver­ teilt ist.
• 5. Vermischung, durch die die metallische Suspension die ge­ wünschte Homogenität gewinnt.
• 6. Durch einen engen Kontakt zwischen Schmelze und Pulver­ teilchen findet eine sehr effiziente Wärmeabfuhr statt. In der Schmelze auftretende überkühlte Metallbereiche werden dank der stetigen Vermischung verbreitert und wachsen zu­ sammen. Da dies unter gleichen technologischen Bedingungen erfolgt, entsteht die Suspension gleichzeitig im ganzen Schmelzvolumen, so daß ihre Homogenität optimal eingestellt ist.

Eine wichtige Folge von der gewonnenen Suspensionshomogenität ist die Bildung von rundförmigen kristallinischen Formen, die gleichmäßig im erstarrenden Gußteil verteilt sind, was zu hö­ heren mechanischen Eigenschaften führt.

Nachdem die Suspensionshomogenität erreicht ist, wird der Be­ arbeitungsbehälter 1 durch die herausgezogene Stopfstange 2 von der Suspension entleert, die von der Transportkammer 6 aufgenom­ men wird. Die Suspension kann dabei entweder in Rotation ver­ setzt werden oder direkt aus dem Bearbeitungsbehälter 1 heraus­ fließen, was keinen Einfluß auf die Suspensionsqualität ausübt, aber die Ausflußzeit beeinflußt.

Da die auf solche Weise erzeugte metallische Suspension ein großes Potential an kinetischer Energie besitzt, fließt sie sehr schnell der Transportkammer 6 entgegen in die Richtung der Gieß­ kammer 7, die sie durch die vorgesehene Füllöffnung 10 anfüllt. Dabei verschiebt sich gleichzeitig mit der einfließenden Suspen­ sion der Gießkolben 11 synchron nach unten, um hierdurch den steigenden Füllungsvorgang zu ermöglichen. Um die Transportkam­ mer 6 besonders bei hoher Kolbenbeschleunigung vor der durch die Füllöffnung einströmenden metallischen Suspension schützen zu können, ist die Transportkammer mit dem Transportkolben 9 ausge­ rüstet. Nachdem der Füllungsvorgang beendet ist, wird der Trans­ portkolben 9 nach vorn geschoben und schließt die Füllöffnung 10 und dadurch die Gießkammer 7 ab. Dabei ist der Transportkolben 9 so ausgeführt, daß sein frontaler Umriß den inneren Umriß von der Gießkammer 7 fortsetzt. Die in der Gießkammer befindliche metallische Suspension füllt mittels Kolbenbeschleunigung die Druckkammer, so daß ein Gußteil aus dem halberstarrten Vormate­ rial hergestellt wird.

Erste Versuche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren haben deut­ lich gezeigt, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her­ gestellten Aluminium-Legierungsgußteile eine verfeinerte und isotropische Gefügemorphologie haben, die durch gleichmäßige, rundförmige, kristallinische Formen von Primärphasen gekennzeichnet ist. Die Folge daraus ist eine Steigerung von mecha­ nischen Eigenschaften im Vergleich zu den herkömmlichen Verfah­ rensprodukten. Diese Werte sind in Tabelle 1 für Legierung Al­ Si9Cu3-Gußzustand aufgeführt.

Tabelle 1

Schon im Gußzustand wiesen die nach dem neuen Verfahren her­ gestellten Teile erhebliche Verbesserungen auf. Zwischen der allgemeinen Steigerung von mechanischen Eigenschaften und den technologischen Bedingungen, nach denen die metallische Suspen­ sion erzeugt wurde, gibt es eine feste Verbindung. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Konzeptes ist es ermöglicht worden, die Gußteile mit hochwertigen mechanischen Charakteri­ stiken und gleichbleibender Qualität zu produzieren.

Claims (15)

1. Druckgießverfahren zur Herstellung von Gußstücken aus einer halberstarrten Legierungsschmelze, wobei die Legierungs­ schmelze durch eine Stimulierung des Kristallisationspro­ zesses in den halberstarrten Zustand versetzt wird, in eine Gießkammer eingebracht und die Gußstücke unter Druck her­ gestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine exogene metallische Suspension außerhalb der Gieß­ kammer im geschlossenen Raum erzeugt wird, der mit der Gießkammer funktionell in Verbindung steht und mit ihr eine Gießeinheit bildet, wobei die metallische Suspension vor dem Eintritt in die Gießkammer in Bewegung gebracht wird, wobei ein hohler Drehkörper ausgebildet wird, der so lange im Drehzustand gehalten wird, bis die Suspensionshomogeni­ tät für das Eingießen erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimulierung des Kristallisationsprozesses in einem rotierenden elektromagnetischen Feld stattfindet.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur thermodynamischen Stabilisierung der rotierenden Schmelze ein kühlendes Pulver zugeführt wird, das die Schmelze schlagartig in einen halberstarrten Zustand ver­ setzt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspensionsbildung unter Einwirkung von elastischen Oszillationen des flüssigen Metalls stattfindet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kühlende Pulver in einen pulsierenden Zustand ver­ setzt und in die Schmelze eingebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kühlende Pulver unter Druck in die Schmelze einge­ führt wird, wobei als Trägergas Luft, Argon oder Stickstoff verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ausfließende metallische Suspension unter Einwir­ kung eines elektromagnetischen Feldes gesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Befüllung der Gießkammer der Gießkolben syn­ chron nach unten bewegt wird und damit der steigende Fül­ lungsvorgang durchgesetzt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einer vertikalen Gießkammer mit einem Gießkolben und einem außerhalb der Gießkammer angeordneten Bearbeitungsbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungsbehälter mit der Gießkammer funktionell fest verbunden ist und mit ihr eine Gießeinheit bildet.

10. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bearbeitungsbehälter von einer Spule umgeben ist, die ein elektromagnetisches Feld innerhalb des Bearbei­ tungsbehälters erzeugt und
daß der Bearbeitungsbehälter mit der Gießkammer über eine Transportkammer verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungsbehälter eine Verschlußvorrichtung enthält, mit der während der Bearbeitung bzw. während der Schmelzrotation der Behälter vollständig geschlossen werden kann.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportkammer im rechten Winkel zur Gießkammer angebracht ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportkammer im spitzen Winkel zur Gießkammer angebracht ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportkammer mit einem Transportkolben ausgerü­ stet ist, der die Füllöffnung der Gießkammer verschließt.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportkolben an seiner der Füllöffnung der Gieß­ kammer zugewandten Seite so ausgebildet ist, daß sein fron­ taler Umriß den inneren Umriß der Gießkammer fortsetzt.