DE102004055131A1

DE102004055131A1 - Verfahren zum Einschmelzen von Magnesium

Info

Publication number: DE102004055131A1
Application number: DE200410055131
Authority: DE
Inventors: Friedrich Naumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2006-05-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen von Magnesium oder Magnesiumlegierungen, wobei man das Magnesium beziehungsweise die Magnesiumlegierung in Form von Magnesiumdraht (14) unter Vorschub durch mindestens eine von Schutzgas enthaltende Einrichtung (10) hindurch in eine Schmelze einführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen von Magnesium oder Magnesiumlegierungen. Magnesium und Magnesiumlegierungen haben als metallische Konstruktionswerkstoffe insbesondere in jüngerer Zeit an Bedeutung zugenommen. Auch für die Automobilindustrie bildet Magnesium einen Leichtbauwerkstoff mit interessanten Eigenschaften. Wenn andere metallische Werkstoffe durch Magnesium oder Magnesiumlegierungen ersetzt werden, lässt sich eine erhebliche Gewichtsersparnis erreichen. Das verringerte Fahrzeuggewicht führt zu einer erheblichen Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Bereits heute werden in der Serie diverse Bauteile von Kraftfahrzeugen wie zum Beispiel Längssäulen, Getriebegehäuse, Einlasskrümmer, Sitze, Schalttafelträger, Ölwannen, Zylinderkopfabdeckungen, Ansaugrohre und dergleichen aus Magnesiumlegierungen gefertigt. Auch in anderen Industriebranchen erobern Magnesiumlegierungen zunehmend neue Einsatzfelder. Leichtmetalllegierungen aus Magnesium kommen zum Beispiel auch als Ersatz für Kunststoff in einigen Anwendungsbereichen in Betracht.

Bislang geht man in der Regel aus von Magnesium in Form von Barren oder Rohblöcken, die eingeschmolzen werden, um dann daraus zum Beispiel Druckgussbauteile aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen herzustellen. Bei den heute gängigen Verfahren zum Einschmelzen von Magnesium ist problematisch der vergleichsweise hohe Krätzeanfall, ein hoher Verbrauch an Schutzgas und der Kostenanfall bedingt durch die Notwendigkeit der Entsorgung von Schlämmen. Es besteht ein Bedürfnis zur Verbesserung der Einschmelzverfahren im Hinblick auf eine Kostenreduzierung und Verringerung der Umweltbelastung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Einschmelzen von Magnesium oder Magnesiumlegierungen zur Verfügung zu stellen, welches effektiver, kostengünstiger und umweltfreundlicher durchführbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Einschmelzen von Magnesium oder Magnesiumlegierungen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass man von Magnesiumdraht oder dünnem Magnesiumband ausgeht, welcher(s) unter Vorschub durch mindestens eine ein Schutzgas enthaltende Einrichtung hindurch in eine Schmelze eingeführt wird.

Wenn im Text der vorliegenden Anmeldung von „Magnesiumdraht" oder „Magnesiumband" die Rede ist, so umfasst dies Draht oder Band aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen. Unter „Draht" wird ein langgestrecktes Material verstanden, welches zylindrisch sein kann, aber auch eine von der Zylinderform abweichende Querschnittsform aufweisen kann. Die Materialstärke des Drahtmaterials kann über weite Bereiche variieren.

Vorzugsweise wird der Magnesiumdraht von einem Transportträger, beispielsweise einem Coil abgezogen, wobei der Vorschub des Magnesiumdrahts über eine geeignete Transporteinrichtung erfolgt und der Magnesiumdraht vorzugsweise mit langsamer kontinuierlicher Geschwindigkeit in die Schmelze eingeführt wird. Als Einrichtung, die ein Schutzgas enthält und durch die der Magnesiumdraht hindurchgeführt wird kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise ein Rohr dienen, welches mit Schutzgas beaufschlagt wird. Ein solches Rohr kann zur Atmosphäre hin weitestgehend abgeschlossen sein, so dass verhindert wird, dass das Magnesium mit der Umgebungsluft in Kontakt tritt. Bei Kontakt mit der Schmelze geht dann der Magnesiumdraht in den flüssigen Zustand über und es kann kontinuierlich neuer Draht nachgeschoben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit einen sauberen vorzugsweise kontinuierlichen und reaktionsarmen Einschmelzprozess. Durch das ruhige, saubere und reaktionsarme Einschmelzen wird der Krätzeanfall verringert. Verunreinigungen und Schlamm fallen in geringerer Menge an als bei den bislang üblichen Verfahren und der Schutzgasverbrauch kann ebenso verringert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht außerdem eine Erhöhung der Tiegelstandzeiten und ist auch deshalb umweltfreundlich, weil zum Beispiel der Anfall von Treibhausgasen gesenkt wird.

Durch den langsamen Einschmelzprozess werden Krätze erzeugende und den Ofen verschmutzende Metallspritzer vermieden. Ebenso wird der Temperaturgradient durch die vorzugsweise weitgehend konstante Magnesium-Masse pro Zeiteinheit vergleichsweise niedrig gehalten. Dies hat eine geringere Entwicklung von Krätze und Schlamm zur Folge. Intermetallische Verbindungen können sich in dem ruhigen Bad absetzen und somit die Schmelze rein halten. Die Tiegel- und Deckelstandzeiten erhöhen sich durch die geringere Verschmutzung. Durch einen erreichbaren höheren Abschirmungsgrad gegen die Atmosphäre (Luft, Sauerstoff) wird der Schutzgasverbrauch gesenkt und Treibhausgase vermieden.

Vorzugsweise liegt der Magnesiumdraht auf einem Coil vor, wobei gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Vorwärmstation für das Magnesiumcoil vorgesehen sein kann. Der Magnesiumdraht wird dann von dem Coil abgezogen und beispielsweise über Transportrollen zum Magnesiumofen transportiert. Vor der Einführung in den Ofen wird der Magnesiumdraht durch ein vorzugsweise auswechselbares Rohr hindurchgeführt, welches mit Schutzgas beaufschlagt ist und gelangt danach in die Schmelze, wobei das Rohr in den Ofen hineingeführt und gegebenenfalls in die Schmelze eingetaucht werden kann. Der Einführstutzen des Magnesiumdrahts in das mit Schutzgas beaufschlagte Rohr sollte möglichst weitgehend gegen die Umgebungsluft abgeschlossen sein. Das Schutzgas kann in das Rohr durch geeignete Öffnungen, Bohrungen, Kanäle oder dergleichen eingeleitet werden. Vorzugsweise wird das Magnesium in dem Magnesiumofen eingeschmolzen, um danach einer Druckgießmaschine zugeführt zu werden, wo dann die gewünschten Bauteile oder Halbzeuge aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen gegossen werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Bauteil oder Halbzeug aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, welches hergestellt wurde unter Verwendung von Magnesium, das durch Einschmelzen nach einem Verfahren der vorgenannten Art erhalten wurde. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Kraftfahrzeugbauteile aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen, die vorzugsweise im Druckguss aus Magnesium hergestellt wurden, welches nach dem vorgenannten Verfahren eingeschmolzen wurde.

Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen
1 eine schematisch vereinfachte Ansicht zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Einschmelzverfahrens für Magnesium in einem Magnesiumofen,
2 eine vergrößerte schematische Detailansicht eines Ausschnitts aus der Darstellung von 1.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. 1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung für das Einschmelzen von Magnesium nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Wie man aus der Darstellung erkennt liegt der zu verarbeitende Magnesiumdraht 14 als Coil 15 vor und wird von diesem Coil abgewickelt, wobei als Transporteinrichtung diverse Transportrollen 11 dienen, die den Vorschub des Magnesiumdrahts 14 bewirken. Für das Magnesiumcoil 15 ist eine Vorwärmstation 13 vorgesehen, so dass man den Magnesiumdraht 14 bereits auf eine gewisse Temperatur vorheizen kann. Der von dem Coil 15 abgezogene Magnesiumdraht 14 gelangt dann vorzugsweise unter langsamem, kontinuierlichen Vorschub zu dem für das Einschmelzen vorgesehenen Magnesiumofen 12. Der Magnesiumdraht 14 wird, bevor er eingeschmolzen wird, in ein vorzugsweise auswechselbares Rohr 10 eingeführt, welches mit Schutzgas beaufschlagt ist. Dadurch befindet sich der Magnesiumdraht 14 in einer Schutzgasatmosphäre, bevor er mit der Schmelze 16 in Berührung gelangt. Auf diese Weise wird eine Oxidation und Krätzebildung in nennenswertem Umfang verhindert. Der Magnesiumdraht 14 wird bei weiterem Vorschub durch das mit Schutzgas gefüllte Rohr 10 hindurchgeschoben und kontinuierlich eingeschmolzen. Die Schmelze 16 kann über eine geeignete Einrichtung 17 zum Beispiel einen Verbindungskanal oder eine Verbindungsleitung zu einer Druckgießmaschine 18 gefördert werden, mittels derer dann die Herstellung von Magnesiumbauteilen oder -halbzeugen im Druckguss erfolgt.
2 zeigt noch einmal eine vergrößerte Detailansicht eines Ausschnitts aus 1 im Bereich der Einführung des Magnesiumdrahts 14 in den Magnesiumofen 12. Man erkennt eine der Transportrollen 11 für den Vorschub, die schematisch dargestellt ist. Der Einführstutzen 10a des Rohrs, in den der Magnesiumdraht 14 eingeführt wird, sollte entsprechend dem Durchmesser des Magnesiumdrahts 14 dimensioniert und möglichst genau angepasst sein, damit im Bereich des Einführstutzens ein weitgehend luftdichter Abschluss möglich ist. Für die Einführung von Schutzgas in den Innenraum 10b können gegebenenfalls in dem Rohr 10 hier nicht dargestellte Bohrungen oder Kanäle 19 vorhanden sein. Wichtig ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, dass in dem Bereich vor der Einführung des Magnesiumdrahts 14 in den Magnesiumofen 12, das heißt dort, wo das Magnesium dem Wärmeeinfluss ausgesetzt ist, der Kontakt des Magnesiumdrahts 14 mit der Umgebungsatmosphäre verhindert wird.

10: Rohr
10a: Einführstutzen
11: Transportrollen
12: Magnesiumofen
13: Vorwärmstation
14: Magnesiumdraht
15: Coil
16: Schmelze
17: Einrichtung
18: Druckgießmaschine
19: Kanäle

Claims

Verfahren zum Einschmelzen von Magnesiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass man das Magnesium beziehungsweise die Magnesiumlegierung in Form von Magnesiumdraht oder dünnem Magnesiumband unter Vorschub durch mindestens eine ein Schutzgas enthaltende Einrichtung (10) hindurch in eine Schmelze einführt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnesiumdraht oder das Magnesiumband (14) von einem Transportträger, insbesondere einem Coil (15) abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub des Magnesiumdrahts (14) oder des Magnesiumbands über eine geeignete Transporteinrichtung (11) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub des Magnesiumdrahts (14) oder des Magnesiumbands im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnesiumdraht (14) oder das Magnesiumband mit langsamer kontinuierlicher Geschwindigkeit in eine Schmelze eingeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als eine ein Schutzgas enthaltende Einrichtung, durch die der Magnesiumdraht oder das Magnesiumband (14) hindurchgeführt wird, ein mit Schutzgas beaufschlagtes Rohr (10) verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die das Schutzgas enthaltende Einrichtung (10) bis auf eine Einführöffnung für den Magnesiumdraht oder für das Magnesiumband zur Atmosphäre hin weitestgehend abgeschlossen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub des Magnesiumdrahts oder des Magnesiumbands über Transportrollen (11) zu einem Magnesiumofen (12) erfolgt, in dem das Magnesium eingeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eingeschmolzene Magnesium anschließend einer Druckgießmaschine (18) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnesiumdraht oder das Magnesiumband in einer Vorwärmstation (13) vorgewärmt wird.
Bauteil oder Halbzeug aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass das zu dessen Herstellung verwendete Magnesium durch Einschmelzen nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 erhalten wurde.
Kraftfahrzeugbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mindestens teilweise aus einem Bauteil oder Halbzeug gemäß Anspruch 11 hergestellt ist.