DE1118406B

DE1118406B - Verfahren zur Herstellung metallischer Gegenstaende durch kontinuierliches Niederschmelzen in der Giessform

Info

Publication number: DE1118406B
Application number: DEK28554A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Dannoehl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-04-07
Filing date: 1956-04-07
Publication date: 1961-11-30

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus metallischen Werkstoffen, bei dem diese in tropfbar flüssiger Form mit Hilfe einer oder mehrerer abschmelzender drahtförmiger Elektroden durch einen metallischen Lichtbogen kontinuierlich mit einer durch die Abschmelzleistung gegebenen Geschwindigkeit in Sand-, keramische oder Dauerformen eingebracht werden. Es handelt sich also im wesentlichen um die Herstellung solcher Gegenstände, die bisher vorzugsweise durch Gießen, meist sogar nach Spezialgießverfahren erzeugt wurden. Die oft beim Gießen nur durch kostspielige und umständliche Zusatzmaßnahmen, wenn überhaupt, vermeidbaren Nachteile der Lunkerbildung, der nicht beliebig regelbaren Gießgeschwindigkeit, des verhältnismäßig niedrigen Gußausbringens infolge der anfallenden Trichter und sogenannten Gießknochen, des schwierigen Gießens von Verbundstücken, der Schwierigkeiten des Gießens unter Schutzgas oder im Vakuum lassen sich bei dem Verfahren gemäß Erfindung leicht ausschalten. Dies ist im wesentlichen eine Folge der durch den verhältnismäßig langsamen Metallfluß in Abhängigkeit von der Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode gesteuerten geregelten Erstarrung der herzustellenden Gegenstände im Vergleich zum Gießverfahren. Während bei diesem Schmelz- und Gießperioden aufeinanderfolgen, geht bei dem Verfahren gemäß Erfindung der metallische Fluß kontinuierlich oder halbkontinuierlich in die Form über.

Es ist bekannt, hochschmelzende oder leicht oxydierbare Metalle, wie Wolfram, Molybdän oder Titan und ihre Legierungen, z. B. im Vakuum aus gepreßten Oxydelektroden dieser Metalle im Abschmelzverfahren in Form von Blöcken herzustellen, die durch Warmformgebung weiterverarbeitet werden. Weiterhin ist bekannt, mit abschmelzenden Elektroden in Drahtform ζ. B. nach dem sogenannten S.I.G.M.A.-Verfahren unter Schutzgas Verbindungsund Auftragsschweißungen auszuführen. Diese Verbindüngs- und Auftragsschweißungen sind dadurch gekennzeichnet, daß das fertige Werkstück nur zu einem meist weit unterhalb 50% liegenden Anteil Material enthält, das aus abschmelzenden Elektroden abgeschieden wurde. Demgegenüber sollen erfindungsgemäß Form- oder Verbundstücke vorzugsweise ganz oder zu einem wesentlichen Anteil aus reinem Schmelzgut aus abschmelzenden metallischen Drähten gleicher oder verschiedener Zusammensetzung hergestellt werden.

Da es auch bekannt ist, Blockformen durch Abschmelzen sich selbst verzehrender Elektroden im

metallischer Gegenstände

durch kontinuierliches Niederschmelzen

in der Gießform

Anmelder:

Dr. Walter Dannöhl,
Frankfurt/M., Duisbergstr. 6

Dr. Walter Dannöhl, Frankfurt/M.,
ist als Erfinder genannt worden

elektrischen Lichtbogen zu füllen, liegt das Erfinderische in der Kombination von an sich bekannten Verfahrensmaßnahmen.

Im allgemeinen wird durch das kontinuierliche Abschmelzen die Ausbildung einzeln erstarrter Lagen meist gleicher Zusammensetzung, wie sie bei der Verbindungs- oder Auftragsschweißung üblicherweise auftreten, vermieden, sie bleibt jedoch insbesondere bei größeren Querschnitten der herzustellenden Form- oder Verbundstücke möglich. Bei der Herstellung von Verbundstücken kann, sofern die zeitlich gestaffelte Zuführung verschiedener Drahtsorten mit gleicher oder verschiedener Vorschubgeschwindigkeit vorgesehen ist, durch schnellen Wechsel der abschmelzenden Drahtsorte(n) fast kontinuierlich der Übergang von einer Werkstoffschicht zur anderen mit guter Gefügebindung erfolgen.

Das Abschmelzen des stromführenden Drahtes bzw. der sämtlich oder wenigstens zum Teil stromführenden Drähte und das Eintropfen oder Einsprühen in die Form kann je nach Werkstoff in normaler Atmosphäre unter einem geeignet gewählten Schutzgas, z. B. Argon, in einer druckgeregelten Kammer, im Vakuum oder unter einer Schlackendecke erfolgen. Das Schutzgas kann dabei kontinuierlich mit dem/den abschmelzenden Draht/Drähten in die Form bzw. in die druckgeregelte Kammer eingeleitet werden. Im Falle, daß eine Reihe von Formen beweglich, z. B. drehbar, in einer Abschmelzkammer angeordnet wird, kann die Evakuierung und/oder das Einleiten bzw. Wiedereinleiten von Schutzgas auch periodisch vorgenommen werden.

109 747/476

Gemäß den bisherigen Ausführungen gehört natürlich zum Wesen der vorliegenden Erfindung auch die Verwendung von umhüllten Elektrodendrähten sowie von plattierten oder mit metallischen Überzügen versehenen Elektrodendrähten oder Bändern ebenso wie die Verarbeitung von umwickelten oder verdrillten Drähten. Als besonderer metallurgischer Vorteil des Verfahrens ergibt sich die Möglichkeit, metallische Formstücke aus an sich spröden, nicht oder schwierig spanlos verformbaren und somit auch nicht wirtschaftlich in Drahtform herstellbaren Legierungen durch das gleichzeitige Abschmelzen verschiedener Drähte aus gut verformbaren Metallen zu erzeugen. Dabei muß mindestens ein Draht, zweckmäßig natürlich der höchstschmelzende, als stromführende Elektrode dienen. Es ist jedoch für den Abschmelzvorgang und die Legierungsbildung vorteilhaft, wenn mehrere oder alle Drähte z. B. durch Anschluß an Drehstrom Strom führen. Zur Erzielung eines ruhigen und gleichmäßigen Abbrandes der Elektrode ist vor- _zo gesehen, den oder die Lichtbogen magnetisch zu beeinflussen. Durch die Abstimmung der verschiedenen Drahtquerschnitte aufeinander und die völlig freie Wahl der Zuführungsgeschwindigkeit der einzelnen Drähte in den Lichtbogenbereich bzw. in die flüssige Schmelze ist es praktisch möglich, jede gewünschte Legierungszusammensetzung der Formstücke einzustellen und noch während des Abschmelzens das Legierungsverhältnis zu beeinflussen.

Weitere Legierungselemente, insbesondere auch Schlackenbildner, können in stückiger, körniger oder Pulverform vor Beginn oder kontinuierlich während des Abschmelzens der Elektrode(n) in die Form eingebracht werden, ebenso natürlich auch kontinuierlich oder diskontinuierlich bei der Herstellung von Verbundkörpern feste Körper in stückiger, körniger oder Pulverform, die z. B. als verschleißfeste Bestandteile, ohne überhaupt oder ohne völlig aufzuschmelzen, vom Schweißgut aufgenommen bzw. umgeben werden sollen. Das Verfahren gemäß Erfindung schließt ebenfalls die Möglichkeit des Zusatzes von Legierungselementen aus der Gas- oder Dampfphase in das flüssige Bad ein.

Als Formwerkstoffe können Sand, Lehm, Zement, Gips, keramische Massen aller Art mit oder ohne die in der Gießereiindustrie üblichen Bindemittel, wie z. B. Öle, Natur- oder Kunstharze, verwendet werden. Es sind jedoch auch metallische Dauerformen zu verwenden, falls diese gegen den Schweißstromkreis elektrisch isoliert werden. Meist ist es zweckmäßig, die elektrisch nichtleitenden Formen mit metallischen Einlagen zu versehen, die z. B. als Gegenelektrode dienen oder z. B. als Schreckplatten zur Beeinflussung der Erstarrungsgeschwindigkeit und/oder -richtung der herzustellenden Formstücke vorgesehen sein können. Die Formen können beliebig beheizt oder vorgewärmt, die metallischen Einlagen mit geeigneten Kühleinrichtungen versehen sein. Eine besonders gute Homogenisierung des Schmelzbades wird vorteilhaft durch dessen Beeinflussung mit Hufe hoch- oder mittelfrequenter Schwingungen, z.B. durch Ultraschall, erzielt. Ferner können z. B. zur Beeinflussung des Schmelzgutes während der Abkühlung unterhalb der Curietemperatur wahlweise einstellbare Magnetfelder oder Dauermagnetfelder in unmittelbarer Nähe der Formen angeordnet sein oder die Formen mit dem noch heißen Schweißgut in solche Magnetfelder eingebracht werden.

Das Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung kleiner Formstücke, an die besondere Anforderungen hinsichtlich Verschleiß-, Korrosions- und Warmfestigkeit, Hitzebeständigkeit, Härte, Wärmeleitfähigkeit bzw. der elektrischen und magnetischen Eigenschaften gestellt werden. In Verbindung mit den bekannten Präzisionsformverfahren kann es zur Herstellung von Form- und Verbundstücken höchster Genauigkeit, insbesondere auch aus höchstschmelzenden Metallen oder Legierungen mit solchen Metallen, eingesetzt werden. Als Einzelbeispiele seien nur hochverschleißfeste, sonderkarbidhaltige Formstücke und Werkzeuge, gerichtet erstarrte Dauermagnete, z. B. auf Aluminium-Nickel-Cobalt-Basis, Lager, Zahngußteile genannt, die nach dem Verfahren gemäß Erfindung gegenüber den bekannten Verfahren zum Teil wirtschaftlicher, zum Teil mit besseren Gebrauchseigenschaften, insbesondere vielfach mit höherer Reinheit hergestellt werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus metallischen Werkstoffen, bei dem der flüssige Werkstoff kontinuierlich durch Niederschmelzen von sich selbst verzehrenden Elektroden im elektrischen Lichtbogen ohne Zwischenschalten eines Tiegels oder einer Gießpfanne unmittelbar in Sand-, keramische oder metallische Dauerformen eingebracht wird und wobei die Gegenelektroden mindestens zum Teil mit elektrisch leitenden und die Erstarrungsgeschwindigkeit und/oder -richtung des Schmelzgutes beeinflussenden, nicht aufschmelzenden Einlagen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoffe gezogene oder gewalzte, vorzugsweise verdrillte, drahtförmige oder bandförmige Elektroden verwendet werden, die bei einer mit einer einstellbaren Geschwindigkeit vorgegebenen Abschmelzleistung in tropfbar flüssige Form übergeführt werden, und daß die herzustellenden Gegenstände in der Gießform geregelt erstarren, wobei der Erstarrungsvorgang durch den verhältnismäßig langsamen Metallfluß in Abhängigkeit von der Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem oder den stromführenden abschmelzenden Elektrodendrähten ein oder mehrere weitere, nicht stromführende Drähte gleicher oder verschiedener Zusammensetzung mit gleicher oder verschiedener Zuführungsgeschwindigkeit in den Bereich des metallischen Lichtbogens bzw. in das flüssige Schmelzgut eingeführt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle oder neben blanken Elektrodendrähten umhüllte Elektrodendrähte und/oder plattierte oder mit metallischen Überzügen versehene Drähte oder Bänder oder umwickelte bzw. verdrillte Drähte oder Bänder abgeschmolzen werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gewünschte Legierungsverhältnis innerhalb der herzustellenden Gegenstände durch Abstimmung der verschiedenen Drahtquerschnitte aufeinander und/ oder Anpassung der verschiedenen möglichen Zuführungsgeschwindigkeiten der Drähte oder Bänder eingestellt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß außer den abschmelzenden Elektroden und Drähten feste metallische und/oder nichtmetallische Bestandteile, die von den herzustellenden Gegenständen aufgenommen werden sollen, vor dem bzw. während des Abschmelzvorganges in die Form eingebracht werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschmelzvorgang je nach der Zusammensetzung der abzuschmelzenden oder einzubringenden Werkstoffe in einer Schutzgasatmosphäre und/oder in einer druckgeregelten Kammer bzw. im Vakuum erfolgt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas zusammen mit einer/den abschmelzenden Elektrode(n)/Drähten kontinuierlich in die Form bzw. in die druckgeregelte Kammer eingeleitet wird, ao

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Formen bzw. Einlagen zur Beeinflussung des Erstarrungsvorganges nach Richtung und Geschwindigkeit mit Kühl- bzw. zusätzlichen Heizeinrichtungen versehen sind.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Formen beweglich in einer Abschmelzkammer angeordnet ist und die Evakuierung und/ oder das Einleiten bzw. Wiedereinleiten von Schutzgas periodisch vorgenommen wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Magnetfelder zur Beeinflussung des Schmelzgutes während der Abkühlung unterhalb der jeweiligen Curietemperatur in unmittelbarer Nähe der Formen bzw. in oder außerhalb der Abschmelzkammer angeordnet werden.

11. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10 zur Herstellung kristallorientierter Dauermagnetkörper, vorzugsweise auf AIuminium-Nickel-Cobalt-Basis.

12. Anwendung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 zur Herstellung hochwarmfester metallischer Formkörper mit Keramikanteil.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 65 892;
USA.-Patentschriften Nr. 2380 238, 2709 842;
schweizerische Patentschrift Nr. 239 245;
britische Patentschrift Nr. 665 715.