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Verfahren zum Herstellen eines Walzbarrens aus einer feinkörnigen
Magnesiumlegierung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines zum
Walzen von Blechen, z. B. Ätzplatten, geeigneten Walzbarrens aus einer feinkörnigen,
homogenen, Aluminium und Zink enthaltenden Magnesiumlegierung.
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Beim Herstellen von handelsüblichen Magnesiumlegierungen mit Aluminium
und Zink, z. B. mit 2,5 bis 3,5 % A1 und 0,75 bis 1,5 % Zn, besteht die Schwierigkeit,
daß beim Gießen zu Walzbarren im Stranggießverfahren ein grobkörniges Gefüge entsteht.
Dieses Gefüge ist für viele Verwendungszwecke ungeeignet, so entsteht beim Walzen
der Barren zu Blechen durch Kantenrisse ein hoher Abfallverlust. Das unmittelbar
aus dem Walzbarren gewalzte Blech kann im graphischen Gewerbe nicht verwendet werden;
wenn ein Reliefbild durch Ätzen in einem Salpetersäurebad entwickelt werden soll,
wie dies bei Ätzplatten der Fall ist. Beim Herstellen von Ätzplatten ist es erwünscht,
wenn auch nicht notwendig, daß die Legierung ein feinkörniges homogenes Gefüge zeigt,
d. h. ein Gefüge, bei dem alle Körnchen im wesentlichen die gleiche Größe und Feinheit
haben. Die Anwendung üblicher Legierungsverfahren und Versuche, das Gefüge vor dem
Stranggießen von Walzbarren aus der genannten Magnesiumlegierung durch übliche Verfahren
zu verfeinern, hat nicht zum Erfolg geführt. Durch Strangpressen von stranggegossenen
Bolzen erhält man zwar ein feinkörniges und zum Walzen geeignetes Vormaterial, jedoch
ist das Strangpressen sehr kostspielig und zeitraubend. Es gab also bisher kein
wirtschaftlich anwendbares Verfahren, nach dem eine Magnesiumlegierung, die 2,5
bis 3,5 % Al und 0,75 bis 1,5 % Zn enthält, so hergestellt werden kann, daß beim
Stranggießen feinkörnige homogene Walzbarren erhalten werden, die unmittelbar ausgewalzt
werden können, ohne daß übermäßig großer Abfall durch Kantenrisse entsteht und sich
die Bleche als Ätzplatten verwenden lassen.
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Hauptziel der Erfindung ist daher ein verbessertes Verfahren zum Herstellen
eines zum Walzen von Blechen, z. B. Ätzplatten, geeigneten stranggegossenen Walzbarrens
aus einer feinkörnigen homogenen Magnesiumlegierung, die 2,5 bis 3,5% A1 und 0,75
bis 1,5 % Zn enthält, der unmittelbar gewalzt werden kann, ohne daß erst Vormaterial
in einer Strangpresse hergestellt werden muß. Andere Kennzeichen und Vorteile der
Erfindung ergeben sich bei der Beschreibung des Verfahrens.
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Gewünschtenfalls können in der genannten Magnesiumlegierung noch kleine
Mengen Calcium bis 0,04 % und Mangan bis 0,25 % vorhanden sein.
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Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei Schmelzen
gesondert hergestellt und dann anschließend in etwa gleichen Mengen gemischt, um
die gewünschte Legierung zu bilden. Die erste Schmelze besteht aus handelsüblichem
Magnesium, dem noch Zirkonium zugesetzt ist, wobei der Zirkoniumgehalt von der Menge
der im Magnesium enthaltenen Eisenverunreinigungen abhängt: Im allgemeinen genügen
0,3 bis 0,6 Gewichtsprozent Zirkonium, um die Eisenverunreinigungen herabzusetzen
oder sogar zu entfernen. Zum Herstellen der ersten Schmelze wird handelsübliches
Magnesium in einem offenen Schmelztiegel unter dem Schutz eines für Magnesium üblichen
Flußmittels geschmolzen. Die Schmelze wird vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen
704 und 760° C gebracht. Während des Erhitzens auf diese Temperatur wird das Zirkonium
in üblicher Weise zugesetzt. Es kann zwar Zirkoniummetall verwendet werden, jedoch
wird das Zirkonium in die Schmelze vorzugsweise als eine Magnesium-Zirkonium-Legierung
z. B. mit 30 % Zirkonium eingeführt. Ein anderes Verfahren zum Einführen des Zirkoniums
in die Schmelze besteht darin, mit der Schmelze ein geschmolzenes Gemisch aus gleichen
Teilen Zirkoniumtetrachlorid und Kaliumchlorid umzusetzen. Die Menge des zu verwendenden
Gemisches wird nach den stöchiometrischen Verhältnissen berechnet. Im allgemeinen
werden etwa 21/z kg des
50: 50-Gemisches von - Zirkoniumtetrachlorid
und Kaliumchlorid je 100 kg Schmelze verwendet.
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Nach dem Dispergieren des Zirkoniums in der Schmelze wird eine kleine
Menge Aluminium zugesetzt, die etwa 3 bis 5 Gewichtsprozent des zugesetzten Zirkoniums
beträgt. Die so behandelte Schmelze wird dann so lange stehengelassen, bis sich
die in Suspension befindlichen Verunreinigungen, besonders die Eisenverunreinigungen;
abgesetzt haben. Die Absetzzeit beträgt ,15 bis- 40 Minuten, im allgemeinen
genügen 30 Minuten: Nachdem sich die so vorbereitete Schmelze:-gesetzt hat, kann
der überstehende - Teil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
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Die zweite Schmelze wird ebenfalls aus handelsüblichem Magnesium hergestellt,
indem, das Metall vorzugsweise in einem offenen Schmelztiegel unter Abdeckung mit
einem für Magnesium üblichen Flußmittel geschmolzen wird. Zu dem flüssigen Magnesium
wird ungefähr die doppelte Menge Aluminium und Zink zugesetzt, wie sie in der endgültigen
Legierung gewünscht wird, also etwa 5 bis 7 Gewichtsprozent des Aluminiumbestandteils
und 1,5 bis 3 Gewichtsprozent des Zinkbestandteils zur Herstellung einer Legierung,
die 2,5 bis 3,5 °/o Al und 0,75 bis 1,5 % Zn enthält. Das Legieren dieser Metalle
erfolgt in üblicher Weise.
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Gewünschtenfalls kann die entstehende Legierung zur Verbesserung ihres
Gefüges mit einem geeigneten kohlenstoffhaltigen Mittel in an sich bekannter Weise
behandelt werden. Hierfür kommen alle solche Kohlenstoffmaterialien in Frage, die
sich bei der Temperatur der flüssigen Magnesiumlegierung zersetzen oder verflüchtigen.
Vorzugsweise werden halogenierte Kohlenstoffverbindungen, unter diesen besonders
aromatische, verwendet, z. B. C6 C16, C C14, C2 Cl. oder Polytetrafiuoräthylen.
Es können jedoch auch andere Kohlenstoffverbindungen, wie Methan, Propan, Verbrennungsgase,
Kohle, Koks, CO, CO., und Ca C2, benutzt werden. Die auf diese Weise hergestellte
Schmelze kann -dann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Der Zusatz
des Kohlungsmittels kann aber auch erst nach dem Vermischen der ersten und zweiten
Schmelze erfolgen.
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Gleiche Gewichtsmengen oder im wesentlichen gleiche Gewichtsmengen
der ersten und zweiten Schmelze, die in der beschriebenen Weise hergestellt sind,
werden dann gemischt. Das Schmelzgemisch wird z. B. 1 bis 2 Stunden vorzugsweise
auf etwa 665 bis 682° C gehalten. Während dieser Absetzzeit werden unerwünschte
suspendierte Teilchen, wenn solche Teilchen vorhanden sind, aus dem Schmelzgemisch
vor dem Gießen ausgeschieden.
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Nach dem Absetzen des Schmelzgemisches und vor dem Gießen von Walzbarren
wird eine kleine Menge Calcium zugesetzt, wobei in der fertigen Legierung bis 0,04%
Ca enthalten sein können. Beispiel Eine Schmelze von 4000 kg handelsüblichem Magnesium
wird in einem ersten offenen Schmelztiegel hergestellt und die Temperatur der Schmelze
auf 704 bis 760° C erhöht. Dann werden 80 bis 100 kg eines geschmolzenen Gemisches
aus 50 Teilen ZrC14 und 50 Teilen KCl zugesetzt und in die Schmelze eingerührt.
Die dabei entstehende Umsetzung macht metallisches Zirkonium in der Schmelze frei.
Der Schmelze wird dann 1 kg Aluminium zugesetzt; die Schmelze wird mit salzhaltigem
Flußmittel abgedeckt, um sie zu verfeinern. Die auf diese Weise behandelte Schmelze
wird dann 30 Minuten stehengelassen. In einem- zweiten Schmelztiegel werden 3670
kg handelsübliches Magnesium zusammen mit 240 kg Alumiriium, 80 kg Zink und 7 kg
Mangan geschmolzen, so daß eine Magnesiumlegierung hergestellt wird, die etwa 6
% Aluminium, 2 % Zink und 0,25 % Mangan enthält. Die erhaltene Schmelze wird auf
704 bis 760° C erhitzt, mit etwa 40 kg salzhaltigem Flußmittel behandelt und zum
Absetzen stehengelassen.
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Etwa 2000 kg des überstehenden Teiles jeder der auf diese Weise hergestellten
beiden Schmelzen werden in einen dritten Schmelztiegel gegossen, wodurch aus den
beiden Schmelzen -ein Gemisch gebildet wird, in dem der Aluminium- und Zinkgehalt
auf etwa die Hälfte des Gehaltes- der in der- zweiten Schriielztiegel befindlichen
Schmelze - herabgesetzt wurde. Das so erhaltene Schmelzgemisch wurde mit 672 g Polytetrafluoräthylen
behandelt und dann bei einer Temperatur zwischen 665 und 682° C 1 Stunde zum Absetzen
stehengelassen. Nach dem Setzen wurden 4 kg einer Calciumlegierung, die aus 80 Teilen
Calcium und 20 Teilen Magnesium besteht, zugesetzt. Die auf diese Weise hergestellte
Schmelze wurde in eine Stranggießanlage gepumpt, und es wurde ein rechteckiger Wälzbarren
in den Abmessungen 280.685 mm mit einer Geschwindigkeit von 63 mm je Minute
gegossen. Proben des auf diese Weise stranggegossenen Walzbarrens zeigten ein homogenes
feinkörniges Gefüge.