DE1533385C - Verfahren zum Zulegieren reaktionsfreudiger Legierungsbestandteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zulegieren reaktionsfreudiger Legierungsbestandteile zu Schmelzen einer Legierung oder eines Stahles.

Derartige reaktionsfreudige Legierungsbestandteile sind z. B. Titan, Aluminium, Zirkonium, Bor, Uran, Niob und Tantal, die mit den Verunreinigungen der Legierungs- oder Stahlschmelzen, besonders mit dem in den Schmelzen gelösten Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff leicht Oxide, Sulfide oder Nitride bilden und sich daher nicht in einfacher Weise hinzulegieren lassen.

-Das Zulegieren dieser Bestandteile muß daher bisher im Vakuum erfolgen, wofür aufwendige Vorrichtungen . notwendig sind. Des weiteren ist das Arbeiten im Vakuum umständlich und zeitraubend. Durch das erfindungsgemäße Verfahren soll das Arbeiten im Vakuum beim Zulegieren dieser Elemente überflüssig werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der betreffende Legierungsbestandteil in Form eines oder mehrerer Oxide in der Auskleidung des Behandlungsgefäßes und/oder als Bestandteil eines oxydischen Trägerkörpers vorhanden ist und daß der Schmelze im Behandlungsgefäß ein reaktionsfähiges Metall, z. B. Lithium und/oder Kalzium, zugegeben wird, das mit dem oder den Oxiden unter Bildung von Lithiumoxid oder Kaliumoxid und Reduktion des betreffenden Legierungsbestandteiles reagiert, wobei . die Menge des aus der Auskleidung in die Legierungsoder Stahlschmelze übergehenden Bestandteiles durch entsprechende Dosierung der in die Schmelze eingebrachten Lithium- und/oder Kalziummenge ' bestimmt wird. . " ■

In der Auskleidung des Behandlungsgefäßes können das oder die Oxide des Legierungsbestaadteiles dabei in einer Menge von einigen, z.B. 10 bis zu 100% vorliegen. Bilden das oder die Oxide der Legierungsbestandteile nur einen Teil der Auskleidung, so ist es vorteilhaft, wenn die Grundauskleidung des Behandlungsgefäßes aus ICristallkalk oder Thoriumoxid besteht, denn diese werden vom Lithium nicht angegriffen. . .

Unter Kristallkalk versteht man bekanntlich (vgl. zum Beispiel »Kristall-Kalk-Kolloquium« vom 7. 12. 1965 der Dynamit Nobel A. G., Feldinühlc-Liilsdorf/ Deutschland) aus der Schmelze'kristallisiertes Kalziumoxid, das eine verbesserte Hydratationsbeständigkeit besitzt und daher zur Tiegelauskleidung verwendet werden kann.

Da der Dampfdruck des Lithiums und/oder Kalziums bei der Temperatur der Schmelzen relativ hoch ist — z. B. beträgt er für Lithium bei L65O^JC 6 at —, ist es nicht ganz leicht, Lithium oder Kalzium in die Schmelze einzubringen. Es können dafür verschiedene Verfahren angewendet werden. Bei einem ersten Verfahren wird das Einbringen des Lithiums oder Kalziums in die Legierungs- oder Stahlschmelze in einem Autoklav durchgeführt, in dem eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten wird, deren Druck den Dampfdruck des Lithiums o.der Kalziums bei der Temperatur der Schmelze übersteigt, wobei die Zugabe entweder durch mindestens "einmaliges Eintauchen von metallisches Lithium und/oder Kalzium enthaltenen Körpern oder durch Einblasen von Lithium- und/oder Kalziumpulver mit Hilfe eines inerten Trägergases, z. B. Edelgas oder Kohlenmonoxid, vorgenommen werden kann.

Es kann jedoch auch dampfförmiges Lithium und/oder Kalzium in die Schmelze eingeblasen werden.

Zu diesem Zweck werden Lithium oder Kalzium oder intermetallische Verbindungen, die Lithium oder Kalzium enthalten, in einem autoklavenartigen Behälter, z. B. mit Hilfe einer Induktionsspule, unter Schutzgas erhitzt und verdampft. Der Behälter besitzt an seiner Unterseite düsenartige Öffnungen, die zunächst verschlossen sind. Der sich mit steigender Temperatur erhöhende Dampfdruck bewirkt nach Öffnung der Düsen, daß verdampftes Lithium und/oder Kalzium

ίο in scharfen Strahlen aus den Düsen austritt und in die unter dem Behälter befindliche Schmelze eindringt. Infolge der hohen Geschwindigkeit der Dampfstrahlen kann unter Umständen ohne Autoklav in Schutzgasatmosphäre gearbeitet werden, d. h., es ist nicht notwendig, über der Schmelze einen Druck aufrechtzuerhalten, der höher ist als der Dampfdruck des Lithiums oder Kalziums bei der Temperatur der Schmelze.
Ein weiteres Verfahren für das Einbringen des oder

so der reaktionsfähigen Metalle bei normalem Druck besteht darin, daß die Zugabe des Lithiums und/oder Kalziums in die Legierungs- oder Stahlschmelze mittels Eintauchen mindestens eines lithium- und/oder kalziumhaltigen, porösen Trägerkörpers durchgeführt wird. Dieser kann zuvor z. B. in einer unter Vakuum und/oder Schutzgas erschmolzenen Lithium- und/oder Kalziumschmelze bei relativ niedriger- Temperatur getränkt oder durch gemeinsames Pressen und Sintern mit Lithium und/oder Kalzium beladen worden sein.

Ein poröser, oxydischer Trägerkörper kann aus Kalziumoxid oder aus dem Oxid des zuzulegierenden Bestandteils bestehen, der durch Brennen nahe dem Schmelzpunkt des betreffenden Oxides hergestellt wird. Es kann jedoch auch ein metallischer Trägerkörper mit hohem spezifischem Gewicht, z. B. aus Nickel, Kobalt, Molybdän oder Wolfram verwendet werden. Bei der Verwendung metallischer Trägerkörper ist darauf zu achten, daß derselbe mit der zu behandelnden Schmelze legierungstechnisch verträglich ist, d. h. ein Inlösunggehen des Trägerkörpers zulässig ist. Unter Umständen müssen daher Trägerkörper aus verschiedenen Metallen verwendet werden, wobei man dann mindestens einen Teil der Trägerkörper, wenn möglich, aus einem in der Schmelze nicht schmelzbaren Material wählt. Andererseits kann der Trägerkörper auch bewußt aus einem Stoff bestehen, der als Bestandteil der endgültigen Legierung vorhanden sein muß. Das Einbringen eines solchen Trägerkörpers ist dann gleichzeitig die Zugabe des betreffenden Bestandteiles.

Die Lithium- und/oder Kalziumzugabe kann in allen Fällen, wie an sich bekannt, unter einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen werden; weiterhin ist es möglich, die Legierungs- oder Stahlschmelze während _v'der Behandlung mit Hilfe eines mit Rührspulen erzeugten niederfrequenten, .mehrphasigen Wechselstromes zu rühren, um ein verbessertes Eindringen des reaktionsfähigen Metalls und eine gute Durchmischung der Schmelze zu erreichen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus zwei Ausführungsbeispielen.

Beispiel 1

Im ersten Ausführungsbeispiel soll die Nickellegierung 713 C hergestellt werden, die als Ausscheidungshärter 6% Aluminium und 0,6% Titan enthält, die sich beide für die Zulegierung nach dem erlindungsgemäßen Verfahren eignen.

Die Legierungsbestandteile Nickel, Chrom., Molybdän und Niob/Tantal werden, ihrem gewichtsmäßigen Anteil in der Legierung entsprechend, in einem mit MgAl-Spinell zugestellten Mittelfrequenz-Induktionsofen oder auf eine andere bekannte Art, unter Umständen unter Verwendung einer anderen geeigneten Auskleidung, eingeschmolzen und in ein entsprechend ausgekleidetes Behandlungsgefäß umgefüllt, das mit Rühr- und Warmhaltespulen versehen ist.

Da eine genaue Dosierung der mit Hilfe der erfindungsgemäßen Behandlung zugeführten Legierungsbestandteile sehr schwierig ist, wenn mehr als ein Bestandteil durch Herauslösen aus seinem Oxid mit Hilfe von Lithium und/oder Kalzium zulegiert wird, soll im vorliegenden Beispiel entweder Titan oder Aluminium durch das erfmdungsgemäße Verfahren zugegeben werden, während der andere Bestandteil unmittelbar in metallischer Form in die Schmelze eingeführt wird. Die Art der Auskleidung des Behandlungsgefäßes richtet sich daher im vorliegenden Beispiel danach, ob Titan oder Aluminium in der Auskleidung vorhanden sein soll.

Zunächst sei das Verfahren für die Zugabe des Aluminiums über die Auskleidung beschrieben. Weiterhin wird für das Einbringen des Lithiums "und/oder Kalziums die Methode gewählt, bei der die Zugabe mit Hilfe von mit Lithium und/oder Kalzium enthaltenden porösen Trägerkörpern aus Aluminiumoxid oder Metall erfolgt.

Herstellung des Behandlungsgefäßes. '

In einem Metalltiegel, im allgemeinen aus Stahl, wird Hüttentonerde — d. h. relativ reines Aluminiumoxid —, die -in körniger Form in Korngrößen bis zu einigen Millimetern vorliegt, aufgestampft. Der Aufstampfmasse können entweder einige Prozent AIuminium-Siliziurn-Ester als Bindemittel zugesetzt sein, es bestellt jedoch auch die Möglichkeit, die körnige Hüttentonerde trocken aufzustampfen und in den Hohlraum für die Schmelze zunächst einen Wolfram-, Molybdän- oder Graphitkörper einzusetzen. In einer Schutzgasatmosphäre wird die Auskleidung mit Hilfe einer Induktionsspule bis zu einer Temperatur, die nahe am Schmelzpunkt der Hüttentonerde liegt, also bis auf etwa 180O⁰C, erhitzt. Die innere Oberfläche der Aufstanipfmasse wird dadurch einem Sinterprozeß unterworfen, so daß an der Oberlläche des Behandlungsgefäßes eine Schicht aus gesintertem Aluminiumoxid entsteht. Eine gesinterte Oberfläche der Aluininiuinoxidschicht kann auch erhalten werden, wenn eine Vorlegierung, ι. B. aus Stahl, in einer Stahlschablone, die in das ausgekleidete Belmndliingsgefäß eingesetzt wird, langsam und vorsichtig erschmolzen wird. Sobald die Vorlegierung geschmolzen ist, beginnt auch die Schablone zu schmelzen ;* durch die heiße Schmelze wird dann die Aluminiumoxidoberfläche gesintert.

Bei größeren Behandlungsgefäßen besteht die Möglichkeit, den Stahlbehälter mit Steinen aus Aluminiumoxid auszumauern, wobei als Bindemittel zwischen den Steinen ein Kalzium-Aluminium-Zement benutzt wird.

Es ist jedoch auch möglich, als Aufstanipfmasse ein Gemisch aus Hüttentonerde und Kristallkalk zu verwenden, wobei der Anteil des Aluminiumoxides allein dadurch bestimmt ist, wieviel Aluminium in die Legierung eingebracht werden muß. Der prozentuale Anteil des Aluminiumoxides wird daher so gewählt, daß für die nachfolgende Lithiumbehandlung eine ausreichende Menge Aluminium zur Verfugung steht.

Herstellung und Beladen der porösen, oxydischen / oder metallischen Trägerkörper

Die Zulegierung des Aluminiums kann auch mit Hilfe von mit Lithium und/oder Kalzium beladenen Aluminiumoxidkörpern erfolgen, auf die das reaktionsfähige Metall bei relativ niedrigen Temperaturen aufgebracht worden ist, so daß nicht schon während des Beladens eine Reaktion zwischen dem Lithium bzw. Kalzium und dem Aluminium eintritt. Zur Herstellung des Aluminiumoxidkörpers wird körniges Aluminiumoxid bestimmter Körnung, z. B. mit einer Korngröße von 0,8 bis 1 mm, nach bekannten Methoden, z; B. durch Sintern von Preßkörpern, denen unter Umständen ein organisches Treibmittel zugesetzt ist, zu einem Hohlzylinder geformt.

In die innere Öffnung des so entstandenen Hohlzylinders aus porösem Aluminiumoxid wird ■ als Halterung ein mit Wasser oder Luft gekühltes Kupferrohr eingeführt und mit dem Sinterkörper fest verbunden. Der so vorbereitete Trägerkörper wird nun im Vakuum in eine Lithium- und/oder Kalziumschmelze · eingetaucht, die zuvor, ebenfalls im Vakuum, in einem Metalltiegel erschmolzen worden ist. Die Temperatur der Lithium- oder Kalziumschmelze wird dabei so gewählt, daß Lithium und Kalzium zwar in flüssiger Form vorliegen, jedoch noch nicht mit dem ■ Aluminiumoxid reagieren. Für Lithium beträgt die Temperatur der Schmelze etwa 200⁰C.

Nach dem Eintauchen des Trägerkörpers wird der Vakuumofen mit Hilfe von Argon oder Helium unter einen Druck von etwa 0,5 bis 1 at gesetzt, wodurch flüssiges Lithium und/oder Kalzium in die Poren des Trägerkörpers eindringt und dort haftenbleibt. Nunmehr wird der Trägerkörper mit Hilfe seines Haltestabes aus der Schmelze herausgezogen, so daß überschüssige Schmelze abtropfen und das in dem Trägerkörper enthaltene Lithium und Kalzium erstarren kann. ■ ■■ '

Der fertig beladene Trägerkörper wird bis zu seinem Gebrauch in Gefäßen aiifbesvahrt, in denen er vor Luft und Feuchtigkeit geschützt ist. Durch Wägung des Trägerkörpers vor und nach dem Eintauchen in die Lithium- bzw. Kalziunischmelze wird die in ihn eingebrachte Menge ermittelt. ^{: ;} ,

Wird als Trägerkörper ein poröser Metallkörper hohen spezifischen Gewichtes, z. B. aus Nickel, Molybdän, Kobalt oder Wolfram verwendet, so wird der Trägerkörper, wie schon erwähnt, danach ausgewählt, ob er legierungstechnisch für die betreffende ^v<" Schmelze zulässig oder sogar erwünscht ist. Weiterhin soll sein spezifisches Gewicht dasjenige der Schmelze übersteigen, so daß der Körper ohne besondere Hilfsmittel in der Schmelze versinkt. Im vorliegenden Fall wird ein Trägerkörper aus Molybdän benutzt. Zu seiner Herstellung wird in reduzierender Atmosphäre, z.B. aus Wasserstoff, frisch reduziertes Molybdänpulver gepreßt und gesintert. Der Trägerkörper wird dann unter Schutzgas außen mit Lithium bedeckt und auf eine Temperatur oberhalb des Lithiunischmelzpunktes, also auf etwa 200° C, erwärmt. Das flüssige Lithium diffundiert in den Körper hinein und haftet nach dem Erkalten in verteilter Form an der Oberfläche des Trägerkörpers. 'Der fertig vorbereitete Trägerkörper wird in der beschriebenen Weise gelagert.

5 6

Eine andere Herstellungsweise für einen metallischen ermitteln. Im vorliegenden Fall wird daher z. B. eine Trägerkörper, z. B. aus Nickel, besteht darin, daß im Gesamtmenge an Lithium und/oder Kalzium einHandel erhältliche Nickcloxid-Sinterkörper in indirekt gebracht, die etwa 3% des Legierungsgewichtes beheizten Muffelofen bei etwa 1000"C unter Wasser- beträgt.

Stoffatmosphäre zu Nickelschwamm reduziert und auf 5 Weiterhin ist es auch möglich, die Mengen an die im ersten Beispiel beschriebene Weise mit Lithium Lithium und/oder Kalzium so zu bemessen, daß nur getränkt und gelagert werden. ein Teil der benötigten Äluminiummcnge durch

Es ist auch möglich, das Trägermetall zusammen Reaktion mit der Auskleidung und den oxydischen mit Lithium unter einer Schutzflüssigkeit, z. B. Tetra- Trägerkörpern zulegiert wird, während der Rest chlorkohlcnstoff, zu mahlen und anschließend zu io direkt in metallischer Form zugeführt wird,
pressen. Die im vorliegenden Beispiel zusätzlich erforderliche Zugabe von Titan erfolgt während der Lithium-Behandlung der Schmelze ^bzw· Kalziumbehandlung. Dabei ist es zweckmäßig, ^

das Titan, das ebenfalls durch Eintauchen in die

Die in dem Behandlungsgefäß befindliche Schmelze 15 Schmelze eingebracht wird, in der Mitte der Anzahl steht unter Schutzgasatmosphäre. Um das Lithium der Lithium- bzw. Kalziumbehandlungen zuzugeben; und/oder Kalzium in die Schmelze einzubringen, d. h., wenn z.B. für die Zugabe der notwendigen werden ein oder mehrere der auf die beschriebene Mengen sechs Trägerkörper eingebracht werden Weise vorbereiteten und getränkten oxydischen Träger- müssen, wird das Titan nach dem Eintauchen des körper mit Hilfe der Haltestäbe in die Schmelze ao dritten beladenen Trägerkörpers zugegeben. Für die eingetaucht, wobei infolge der hohen Temperatur das Zulegierung des Titans eignen sich besonders Preß-Lithium und das Kalzium aus den Poren des Träger- körper aus Titanschwamm, die im Handel erhältlich körpers mit dem Aluminiumoxid des Trägerkörpers sind. Dabei kann der Titanpreßkörper auch als und der Gefäßauskleidung reagiert und eine ent- Trägerkörper für das einzubringende Lithium dienen, sprechende Menge Aluminium in Lösung geht. as Selbstverständlich ist es auch möglich, die Arten

Infolge des porösen Trägerkörpers, an dem Lithium der Zulegierung für das Titan und für das Aluminium und Kalzium nicht nur an seiner äußeren Oberfläche umzukehren, d.h. den oxydischen Trägerkörper aus haften, sondern auch die inneren, freien Oberflächen Titanoxid herzustellen und das Behandlungsgefäß mit der Poren bedecken, wird es möglich, das Lithium und Titanoxid oder einem Gemisch aus Titanoxid und das Kalzium sicher in die Schmelze einzubringen, 30 Kristallkalk in der beschriebenen Weise auszukleiden obwohl der Dampfdruck dieser Metalle bei.„ der und das Aluminium in metallischer Form in die Temperatur der Schmelze den über der Schmelze Schmelze einzubringen.

herrschenden Druck von etwa einer Atmosphäre weit Neben dem erwähnten Aluminiumsilikatester kann

übersteigt. Diese Wirkung beruht darauf, daß die dabei als Bindemittel in der Auskleidung auch Butyl-Verdampfung des reaktionsfähigen Metalls aus dem 35 tetratitanat verwendet werden. Die Aluminiumzugabe Inneren des Trägerkörpers heraus infolge der kleinen erfolgt wiederum in der Mitte der Anzahl dir Lithium-Poren stark behindert ist und dadurch verzögert wird. behandlungen. Die stöchiometrische Lithiummenge

Um das Einbringen des Lithiums und/oder Kalziums bestimmt sich in diesem Fall nach der Gleichung: in die Schmelze zu verbessern und eine gute Durchmischung der Schmelze zu erreichen, wird diese 40 TiO₂ 4 4 Li -> Ti + 2 Li₂O
während der Behandlung mit Hilfe eines mehrphasigen,

niederfrequenten Wechselstromes von z.B. 20 bis Für den gewünschten Titananteil in der Schmelze

30 Hz gerührt und gleichzeitig durch MF-lnduktions- ist unter Berücksichtigung des Zuschlages eine Gesamtspulen auf der richtigen Temperatur gehalten. Für das zugabe von 0,4 bis 0,5% des Legierungsgewichtes Warmhalten der Schmelze lassen sich auch andere 45 erforderlich. Selbstverständlich ist es auch hier geeignete Mittel, z.B. eintauchende Elektroden oder möglich, nur einen Teil des Titans aus der Auskleidung ein Plasmalichtbogen, verwenden. oder den Trägerkörpern und einen Teil in metallischer

Die der Schmelze zuzugebende Lithiummenge Form direkt zuzuführen.

bestimmt sich primär aus der Reaktionsgleichung Die relativ schweren, metallischen Trägerkörper, bei

zwischen dem Aluminiumoxid und dem Lithium 50 deren Verwendung die Austauschreaktion zwischen

.'.·;,..'■ Lithium bzw. Kalzium und Aluminium- oder Titan-

AIjOj -j- 6 Li -»· 2 Al + 3 Li₁O oxid allein aus der Tiegelauskleidung erfolgt, werden

in die Schmelze geworfen. Diese Trägerkörper ver-

Selbstverständlich richtet sich die Menge des sinken auf Grund ihrer Schwere, ohne daß besondere zugegebenen Lithiums und/oder Kalziums weiterhin 35 "Hilfsmittel angewendet werden müssen,
nach dem, in Gewichtsprozent angegebenen gewünschten Aluminiumanteil in der Legierungsschmelze. ■·' '■;■■"·.".. ' -Beispiel'II '

Ein Teil des in die Schmelze eingebrachten Lithiums - - ^ . ,

und Kalziums reagiert jedoch mit den Schlacken- Im zweiten Ausführungsbeispiel soll Titan in einer

bildriern der Schmelze, vor allem mit Sauerstoff, 60 Menge von etwa 0,5% einem austinitischen Stahl Stickstoff und Schwefel, zu Lithiumoxid, Lithium- 18-8-2 zulegiert werden. Zu diesem Zweck wird das sulfid und Kalziumnitrid. Deshalb wird der stöchio- Behandlungsgefäß mit Titanoxid (Rutil) oder mit metrisch errechneten Menge an Lithium und/oder einem Kristall-Kalk-Rutil-Gemisch auf die beschrie-Kalzium ein bestimmter Mengenanteil zugeschlagen, bene Weise ausgekleidet, wobei bei der Verwendung um die für die Reaktion mit den Verunreinigungen der 65 eines Bindemittels auch wiederum mit Butyltetra-Schmelze benötigten Menge zusätzlich in die Schmelze titanat gearbeitet werden kann. Die Lithiumzugabe einzuführen. Die Gröe dieser zusätzlichen Mengen wird diesmal mit Hilfe eines Autoklavs durchgeführt, beruht auf Erfahrungswerten und läßt sich empirisch wobei das Lithium in metallischer Form durch Ein-

tauchen oder Einblasen in die Schmelze zugeführt wird.

Dadurch wird das Formfüllvermögen Behandlung der Schmelze im Autoklav

In einem Tiegel mit z. B. einer MgAl-Spinell-Auskleidung wird der Stahl zunächst in einem MF-Induktionsofcn oder auf andere Weise in Luft erschmolzen und in das Behandlungsgefäß umgefüllt.

von über 6 at aufgebaut.

Die Zugabe des Lithiums im Autoklav kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen. Entweder wird eine fest« auf. verbessert.

Das erfindungsgemäße Verfahren für die Zugabe reaktionsfreudiger Elemente kann in beschriebener Weise auch für das Zulegieren von anderen Elementen, z. B. Zirkonium, Niob, Bor und Tantal angewendet .werden. '

Um die Anforderungen an die Reinheit und Qualität der genannten Stähle und Legierungen zu erfüllen,

Nach Anlegen der Warmhalte- und der Rührspule io war es bisher notwendig, sich der Vakuum-Metallurgie wird das Behandlungsgefäß in einen Autoklav ein- zu bedienen. Da bei der Anwendung des Vakuums geführt. Dieser wird evakuiert und danach mit einer erhebliche Schwierigkeiten bei der Abdichtung des Schutzgasatmosphäre aus Argon, Helium oder einem Vakuumbehälters und bei dem Schutz der Vakuum-Gemisch beider aufgefüllt, die den Dampfdruck des anlage vor festen, aus der Dampfphase kondensieren-Lithiums übersteigt. Da die Schmelze eine Temperatur 15 den Verunreinigungen entstehen, ist das Arbeiten im von etwa 1650° C besitzt, wird im Autoklav ein Druck Vakuum jedoch umständlich und zeitraubend und

bedingt einen hohen technischen und wirtschaftlichen Aufwand.

Die vorliegende Erfindung, durch die eine wirksame

bestimmte Menge pulver- oder dampfförmigen Lithi- ao Lithiumbehandlung ermöglicht wird, zeigt eine Mögums mit Hilfe einer Einblasvorrichtung in die Schmelze lichkeit, die durch das Arbeiten im Vakuum bedingten eingeblasen, oder im Handel erhältliche Kupfer- Schwierigkeiten zu vermeiden, ohne daß dafür patronen, die-mit einer bekannten Menge Lithium- Qualitätseinbußen hingenommen werden müssen, pulver gefüllt sind, werden in die Schmelze eingetaucht. Daher ist die Lithiumbehandlung geeignet, die Die zweite Art des Einbringens des Lithiums hat as Vakuum-Metallurgie zumindest weitgehend bei der gegenüber dem Einblasen den Vorteil, daß dafür keine . Herstellung und Verarbeitung von hochwertigen besonderen Apparaturen benötigt werden. Stählen und Legierungen zu ersetzen.

Die Lithiummenge berechnet sich primär wiederum -

nach der angegebenen Formel. Unter Berücksichtigung des Zuschlages werden in diesem Fall etwa 0,3% des Stahlgewichtes an Lithium zugegeben; es kann jedoch

1. Verfahren zum Zulegieren reaktipnsfreudiger Legierungsbestandteile zu Schmelzen einer Legierung oder eines Stahles, dadurch gekennzeichnet, daß der betreffende Legierungsbestandteil in Form eines oder mehrerer Oxide in der Auskleidung des Behandlungsgefäßes und/oder als Bestandteil eines oxydischen Trägerkörpers vorhanden ist und daß der Schmelze im Behandlungsgefäß ein reaktionsfähiges Metall, z. B. Lithium und/oder Kalzium, zugegeben wird, das mit dem Oxid oder den Oxiden unter Bildung von Lithiumoxid und Kalziumoxid und Reduktion des betreffenden Legierungsbestandteiles reagiert, wobei die Menge des aus der Auskleidung in die Legierungs- oder " Stahlschmelze übergehenden

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   35

   wiederum ein Teil der Titanmenge auch direkt in metallischer Form zulegiert werden. Selbstverständlich kann auch hier das Lithium ganz oder teilweise durch Kalzium ersetzt werden.

   Die Korngröße des so behandelten Stahles läßt sich auf diese Weise bei normalem Präzisionsguß gemäß der ASTM-Skala von etwa 8 auf etwa 4 erniedrigen.

   Nach der Lithiumbehandlung erfolgt bei beiden Beispielen das Abgießen der Schmelze in für Präzisionsguß übliche Formschalen nach bekannten Methoden, wobei das Gießen unter Umständen unter einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen wird.

   Wie schon erwähnt, wird die Reinheit der Legierungs- oder Stahlschmelze durch die Lithiumbehand- lung zusätzlich verbessert. Außerdem läßt sich dadurch weiterhin ein besseres Formf üHvermögen beim Gießen, besonders bei auslaufgefährdeten Gußstücken, erreichen. Diese zusätzlichen Wirkungen beruhen darauf, daß durch das Lithium sehr reine Metallschmelzen erzeugt werden können. Weiterhin ist Lithiumoxid bei den auftretenden Temperaturen als einziges Metalloxid-flüssig, wodurch ein Abscheiden -aus der Legierungs- oder Stahlschmelze erleichtert wird. Schließlich bildet sich bekanntlich beim Abgießen von Metallschmelzen in eine Form an der Oberfläche sofort eine dünne Schicht von Metalloxid. Dieses ist meistens fest. Dadurch ist beim Einfließen von Metall in eine Form nicht mehr ein Gleiten »flüssig auf fest«, sondern »fest auf fest« gegeben. Der Reibungskoeffizient liegt dabei bedeutend höher als bei einem Gleiten »flüssig auf fest«. Beim Eingießen der behandelten Legierungs- oder Stahlschmelze in eine Formschale wird zuerst noch vorhandenes Lithiummetall oxydiert, wodurch ein flüssiger Lithiumoxidfilm die Oberfläche bedeckt. Dank diesem Umstand tritt beim Eingießen von mit Lithium behandelten Stählen in eine Form ein Gleiten »flüssig auf Bestandteiles durch entsprechende Dosierung des in die Schmelze eingebrachten Lithiums und/oder Kalziums bestimmt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundauskleidung des Behandlungsgefäßes aus einem bei den Temperaturen der Schmelzen stabileren Material als Lithiumoxid hergestellt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen des Lithiums und/oder Kalziums in die Legierungs- oder Stahlschmelze in einem Autoklav durchgeführt wird, in dem eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten wird, deren Druck den Dampfdruck des Lithiums oder Kalziums bei der Temperatur der Schmelze übersteigt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des Lithiums und/oder Kalziums durch mindestens einmaliges Eintauchen von metallisches Lithium und/oder Kalzium enthaltenen Körpern vorgenommen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn-

   zeichnet, daß Lithium- und/oder Kalziumpulver mit HiUe eines Trägergases aus inertem Gas in die Schmelze eingeblasen wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-, zeichnet, daß dampfförmiges Lithium und/oder Kalzium in die Schmelze eingeblasen wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des Lithiums und/oder Kalziums in die Legierungs- oder Stahlschmelze mittels Eintauchen mindestens eines lithium- und/oder kalziumhaltigen, porösen Trägerkörpers durchgeführt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

   zeichnet, daß poröse, oxydische Trägerkörper aus dem Oxid des zuzulegierenden Bestandteiles durch Brennen nahe des Schmelzpunktes des Oxides hergestellt werden.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß poröse Trägerkörper aus einem Metall mit hohem spezifischem Gewicht und hohem Schmelzpunkt, hergestellt werden.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungs- oder Stahlschmelze während der Behandlung mit Hilfe eines in Rührspulen erzeugten, niederfrequenten, mehrphasigen Wechselstromes gerührt wird.