DE102013113778A1

DE102013113778A1 - Verfahren zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung

Info

Publication number: DE102013113778A1
Application number: DE102013113778.4A
Authority: DE
Inventors: Rene Dr. Poss; Heinz-Peter Reichel
Original assignee: LMPV LEICHTMETALL PRODUKTION & VERARBEITUNG GmbH; LMpv Leichtmetall-Produktion & Verarbeitung GmbH
Current assignee: LMPV LEICHTMETALL PRODUKTION & VERARBEITUNG GmbH; LMpv Leichtmetall-Produktion & Verarbeitung GmbH
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-11
Also published as: EP2898966A3; EP2898966A2; EP2898966B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung, bei dem Magnesium oder eine Magnesiumlegierung in einem Schmelztiegel aufgeschmolzen wird, das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung aus dem Schmelztiegel in eine Form gegossen wird und das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung auf dem Weg von dem Schmelztiegel in die Form mit einem entzündungshemmenden Stoff versetzt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung, bei welchem Magnesium oder eine Magnesiumlegierung in einem Schmelztiegel aufgeschmolzen wird und das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung aus dem Schmelztiegel in eine Form gegossen wird.
Die Herstellung von Magnesiumlegierungen ist nicht unproblematisch, weil sich Magnesiumlegierungen leicht entzünden können. Durch die Hinzugabe von Metallen der Seltenen Erden lässt sich das Entzündungsverhalten einer Magnesiumlegierung zu höheren Temperaturen und dadurch zu späteren Zeitpunkten verschieben. Allerdings sind die Metalle der Seltenen Erden nur begrenzt verfügbar und sehr teuer, weshalb sich dieses Material kaum wirtschaftlich einsetzen lässt, um die Entzündungsproblematik bei der Herstellung von Magnesiumlegierungen zu lösen.
Zur Umgehung von Metallen der Seltenen Erden hat man versucht, das Entzündungsverhalten von Magnesium oder Magnesiumlegierungen durch die Zugabe von Calcium oder Calciumoxiden zu verbessern, beispielsweise durch das Einrühren von gepressten Calcium/Magnesium-Tabletten in die im Schmelztiegel befindliche Magnesiumschmelze. Durch diesen Ansatz konnte bislang jedoch keine zufriedenstellend homogene Verteilung von Calcium oder Calciumoxid in dem in der Form erstarrten Endwerkstoff erreicht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung zu schaffen, welches wirtschaftlich und mit reduziertem Risiko einer Entzündung der Magnesiumlegierung durchführbar ist.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung auf dem Weg von dem Schmelztiegel in die Form mit einem entzündungshemmenden Stoff versetzt wird. Der entzündungshemmende Stoff wird mit anderen Worten nicht in den Schmelztiegel eingebracht, sondern der Schmelze zugeführt, nachdem sie den Schmelztiegel verlassen hat und bevor sie die Form erreicht hat.
Da das aufgeschmolzene Magnesium bzw. die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung üblicherweise aus dem Schmelztiegel in die Form gegossen wird, nimmt die Schmelze zwischen dem Schmelztiegel und der Form einen besonders dynamischen Zustand ein. Durch die Zufuhr des entzündungshemmenden Stoffes in diesem Bereich wird auf besonders einfache Weise eine optimale Vermischung von dem entzündungshemmenden Stoff und dem aufgeschmolzenen Magnesium bzw. der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung erreicht, wodurch das Risiko einer unerwünschten Entzündung der resultierenden Magnesiumlegierung erheblich reduziert wird. Die gleichmäßige Verteilung des entzündungshemmenden Stoffes in der Schmelze hat außerdem einen positiven Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des resultierenden Endwerkstoffes. So zeichnet sich die resultierende erstarrte Magnesiumlegierung beispielsweise durch eine erhöhte Zugfestigkeit und Bruchdehnung aus.
Sobald der entzündungshemmende Stoff in das aufgeschmolzene Magnesium bzw. in die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung eingebracht wurde, kann auf Schutzgase, wie beispielsweise SF₆, verzichtet werden. Durch die Zufuhr des entzündungshemmenden Stoffes zwischen dem Schmelztiegel und der Form braucht letztlich nur der Schmelztiegel unter Schutzgasatmosphäre gehalten zu werden, wodurch sich das Verfahren auf besonders wirtschaftliche Weise durchführen lässt.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
Gemäß einer Ausführungsform wird das in dem Schmelztiegel aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung über eine Gießrinne in die Form gegossen.
Vorteilhafterweise wird der entzündungshemmende Stoff dem aufgeschmolzenen Magnesium oder der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung in der Gießrinne zugeführt. Der zugegebene entzündungshemmende Stoff schmilzt in der Gießrinne auf und verteilt sich durch die Strömung des aufgeschmolzenen Magnesiums bzw. der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung selbstständig und gleichmäßig in der Schmelze.
Bevorzugt erfolgt die Zugabe des entzündungshemmenden Stoffes in einem dem Schmelztiegel benachbarten Bereich, gewissermaßen also möglichst weit stromaufwärts in der Gießrinne. Auf diese Weise braucht weder die Form, noch die Gießrinne unter Schutzgasatmosphäre gehalten zu werden, d.h. Schutzgasatmosphäre muss allenfalls für den Schmelztiegel vorgesehen werden. Hierdurch lässt sich das Verfahren noch wirtschaftlicher durchführen.
Um eine noch gleichmäßigere Verteilung des entzündungshemmenden Stoffes in dem aufgeschmolzenen Magnesium bzw. in der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung zu erreichen, wird der entzündungshemmende Stoff während des Gießens bevorzugt kontinuierlich zugeführt.
Eine solche kontinuierliche Zuführung des entzündungshemmenden Stoffes lässt sich auf besonders einfache und wirtschaftliche Weise zum Beispiel dadurch realisieren, dass der entzündungshemmende Stoff in Form eines Drahtes, insbesondere eines Endlosdrahtes zugeführt wird.
Versuche haben gezeigt, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut für die Zugabe von Calcium oder Calciumoxid als entzündungshemmendem Stoff eignet. Grundsätzlich lässt sich geschmolzenes Magnesium oder eine aufgeschmolzene Magnesiumlegierung auf die erfindungsgemäße Art und Weise auch mit anderen entzündungshemmenden Stoffen versetzen, z.B. mit Metallen der Seltenen Erden. Unter Verwendung von Calcium oder Calciumoxid ist das erfindungsgemäße Verfahren aber besonders wirtschaftlich durchführbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird dem aufgeschmolzenen Magnesium oder der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung Calcium oder Calciumoxid in Form eines Gemenges mit Magnesium oder einer Magnesiumlegierung zugeführt. Die Zufuhr des Calcium/Magnesium-Gemenges in die Schmelze erfolgt dabei bevorzugt derart, dass in dem in der Form erstarrten Endwerkstoff Calcium oder Calciumoxid mit einem Gewichtsanteil im Bereich zwischen 0,1 % bis 1,5 % vorliegt.
Besonders einfach ist es, wenn der entzündungshemmende Stoff in Form eines Presslings zugeführt wird, beispielsweise in Form eines gepressten Calcium/Magnesium-Drahtes.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9, mittels welcher sich das voranstehend beschriebene Verfahren durchführen und die genannten Vorteile entsprechend erreichen lassen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Form stationär und/oder starr ausgebildet. Alternativ kann es sich bei der Form aber auch um eine bewegliche Form handeln, z.B. um ein bewegtes Band, auf welches die Schmelze zur Bildung eines bandförmigen Formlings gegossen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer möglichen Ausführungsform beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung umfasst einen Schmelztiegel 10 zum Aufschmelzen eines Ausgangswerkstoffes, hier Magnesium oder eine Magnesiumlegierung, und eine Gießrinne 12 zum Abgießen des aufgeschmolzenen Ausgangswerkstoffes (Schmelze) in eine Form 14, in welcher die Schmelze unter Bildung eines Formlings erstarrt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Form 14 um eine stationäre feste Gussform. Es versteht sich, dass die Form 14 aber auch ein bewegtes Band umfassen könnte, auf welches die Schmelze zur Bildung eines bandförmigen Formlings gegossen wird.
Auf dem Weg von dem Schmelztiegel 10 in die Form 14 wird die Schmelze mit einem entzündungshemmenden Stoff versetzt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem gepressten Gemenge aus Calcium und Magnesium, wobei anstelle von Calcium auch Calciumoxid und anstelle von Magnesium auch eine Magnesiumlegierung verwendet werden kann.
Das gepresste Gemenge aus Calcium und Magnesium liegt in Form eines Endlosdrahtes 16 vor und wird von einer Drahtzuführmaschine 18 zugeführt.
Der Draht 16 wird der Schmelze in einem stromaufwärtigen Endbereich der Gießrinne 12, d.h. also im Ausgangsbereich des Schmelztiegels 10, kontinuierlich zugeführt, so dass das Calcium/Magnesium-Gemenge des Drahtes 16 aufschmilzt, sich in der strömenden Schmelze gleichmäßig verteilt und zusammen mit dem Ausgangswerkstoff schließlich in der Form 14 erstarrt.
Die Zufuhr des Drahtes 16 und somit die Einbringung des Calcium/Magnesium-Gemenges in die Schmelze werden dabei so gesteuert, dass in dem in der Form 14 erstarrten Endwerkstoff Calcium oder Calciumoxid mit einem Gewichtsanteil im Bereich zwischen 0,1 % bis 1,5 % vorliegt.
Bezugszeichenliste

10: Schmelztiegel
12: Gießrinne
14: Form
16: Draht
18: Drahtzuführmaschine

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung, bei dem Magnesium oder eine Magnesiumlegierung in einem Schmelztiegel (10) aufgeschmolzen wird und das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung aus dem Schmelztiegel (10) in eine Form (14) gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung auf dem Weg von dem Schmelztiegel (10) in die Form (14) mit einem entzündungshemmenden Stoff versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Schmelztiegel (10) aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung über eine Gießrinne (12) in die Form (14) gegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der entzündungshemmende Stoff dem aufgeschmolzenen Magnesium oder der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung in der Gießrinne (12) zugeführt wird, insbesondere in einem dem Schmelztiegel (10) benachbarten Bereich.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der entzündungshemmende Stoff während des Gießens kontinuierlich zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der entzündungshemmende Stoff in Form eines Drahtes (16), insbesondere eines Endlosdrahtes, zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung mit Calcium oder Calciumoxid versetzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem aufgeschmolzenen Magnesium oder der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung Calcium oder Calciumoxid in Form eines Gemenges mit Magnesium oder einer Magnesiumlegierung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der entzündungshemmende Stoff in Form eines Presslings zugeführt wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung mit einem Schmelztiegel (10) zum Aufschmelzen von Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, einer Form (14) zur Aufnahme des aufgeschmolzen Magnesiums oder der aufgeschmolzen Magnesiumlegierung und Mitteln zum Einbringen eines entzündungshemmenden Stoffes in das aufgeschmolzene Magnesium oder in die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung in einem zwischen dem Schmelztiegel (10) und der Form (14) gelegenen Bereich.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Drahtzuführmaschine (18) zum Zuführen eines den entzündungshemmenden Stoff aufweisenden Drahtes (16) in eine zwischen dem Schmelztiegel (10) und der Form (14) angeordnete Gießrinne (12) umfassen.