DE1917356A1

DE1917356A1 - Verfahren zur Herstellung von Abguessen aus leicht verdampfbaren Werkstoffen sowie Einrichtung fuer die Realisierung desselben

Info

Publication number: DE1917356A1
Application number: DE19691917356
Authority: DE
Inventors: Nikolov Dipl-Ing Ivan Dimov; Balevski Dipl-Ing An Tontschev
Original assignee: Institute po Metaloznanie i Technologia na Metalite
Current assignee: Institute po Metaloznanie i Technologia na Metalite
Priority date: 1968-04-05
Filing date: 1969-04-03
Publication date: 1969-10-23
Also published as: NO132527C; GB1261753A; BE731038A; NL156947B; US3693698A; CH507760A; NO132527B; NL6905344A; AT292933B; LU58324A1; FR2005617A1; SU438161A3; DK128441B; SE365437B

Description

Dr. O. Dittmann K. L. Schiff Dr. A. ν. Füner PATENTANWÄLTE

8 München 90, Bereiteranger 15, Tel. 297369

DA-2481

Beschreibung zu der

Patentanmeldung des

Institut po Metalosnanie i Technologie na Metalite Tschapaev-Str. 53, Sofia/Bulgarien

betreffend

Verfahren zur Herstellung von Abgüssen

aus leicht verdampfbaren Werkstoffen sowie Einrichtung für die Realisierung desselben.

(Priorität: 5. 4.68 - Bulgarien - Nr. 9749)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung für die Erzeugung von Abgüssen aus Werkstoffen, welche bei der Gusstemperatur intensiv verdampfen oder dissoziieren, bzw. solche Komponenten enthalten, welche bei dieser Temperatur oder sogar bevor dieselbe erreicht wird, intensiv verdampfen, oder dissoziieren.

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Bei Metallen ist die Möglichkeit zur Erzeugung von Legierungen bekannt, wobei erst die leicht schmelzbaren iCompo= nenten geschmolzen und nachher die schwer schmelzbaren Komponenten dieser Schmelze zugefügt und dort aufgelöst bzw„ zusammengeschmolzen werdenο

Diese Möglichkeit ist jedoch dadurch stark begrenzt,, dass normalervreise mit dem Erhöhen der Konzentration der schwer schmelzbaren Komponenten gleichzeitig auch die Schmelztemperatur der Legierung ansteigt. Demzufolge erweist es sich als notwendig, noch vor Erhalt der gewünschten Zusammensetzung die Temperatur so weit zu steigern, dass hierbei hohe und unkontrollierbare Verluste von einigen der Komponenten auftreten, welche einer intensiven Verdampfung und gegebenenfalls auch einer Sublimierung unterliegen.

Aus diesem Grunde hat es sich als unmöglich erwiesen, ) sowohl Abgüsse von Legierungen mit leicht verdampfbaren Komponenten und einem hohen Gehalt an schwer schmelzbaren Komponenten herzustellen als auch derartige Legierungen unter normalen Bedingungen zu erzeugen.

Bei anderen Werkstoffen, welche durch Giessen verarbeitet werden, entstehen die Schwierigkeiten dadurch, dass die Werkstoffe noch bevor sie die Temperatur des genügenden echmelzflüssigen Zustandes erreicht haben, zu einer ls^Johi&n

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thermischen Dissoziation neigen. Manchmal entstehen die weiter unten (bei Herstellung der Metall-Legierungen) beschriebenen Schwierigkeiten schon bei der Herstellung dieser Werkstoffe: einige der Ausgangskomponenten neigen zur thermischen Dissoziation noch vor dem Erreichen der Temperatur, die für die Erzeugung des Gussmaterials durch die Vereinigung dieser Komponenten nötig ist·

In der Praxis wird die Verdampfung oder die thermische Dissoziation bis zu einem gewissen Grade eingedämmt, indem die Oberfläche der Guftschmelze mit einer Schicht aus Flussaa* terial oder aus oberflächenaktiven Schutzsubstanzen bedeckt wird. Die Flußschicht behindert das Entweichen der Dämpfe oder der Spaltungsprodukte aus der thermischen Dissoziation der Schmelze, jedoch nur soweit, als der Dampf- bzw. der Dissoziationsdruck den atmosphärischen Druck nicht übersteigt· Bei einem höheren Druck wird die Flußschicht durchbrochen und verliert somit ihren Schutzeffekt.

Das Einschmelzen der Komponenten in einem Autoklaven, selbstverständlich wiederum unter Anwendung einer Flußschicht, ermöglicht es, die Legierung unter tiberdruck zu erzeugen, der zumindest gleich oder höher ist als der Partialdampfdruck der leicht verdampfbaren Komponenten bei der jeweiligen Temperatur, bzw. höher ist als der Dissoziationsdruck der leicht dissoziierenden Werkstoffe.

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Das so in einem Autoklaven durchgeführt® löst jedoch noch lange nicht di· Aufgab®, Abguss® ve« Werkstoffen zu erzeugen, da beim Senken des Dzmkm dem erneuerten Aufschmelzen des Werkstoffes für das in die Gmssform bei atmosphärischem Druck unv©rm©idliels der oben beschriebene unerwünschte Effekt des Verdampfen» oder des Diesoziierens der leicht verdaapfbaren oder der !«picht düse©« ziierenden Komponenten auftritt.

Das gesamte System, bestehend aus der Sohmalsseinricfa» tung, der Gussform und der Verbindungerohr© iß eisen klaven einzuschliassen ist eine rein theoretische ttgJ für die Lösung dieses Problems* weil ihre Verwirkliellung der Anschaffung einer äusserst kostspieligen Elnriektaiag. bunden wäre, mit der jedoch prinzipiell nur einseln® Abgtese erzeugt werden können·

Bekannt ist ein Verfahren zum Giessen von Metallen anderen Werkstoffen unter Druck, bei gleichzeitiges Ga. druck sowie eine Einrichtung zum Durchführen dieses in der der Gussvorgang, von dem Aufstieg der Schmelze in serohr zur Gussform bis zur Erstarrung des fertigen unter geregeltem Gasdruck durchgeführt werden

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Dieses Verfahren ermöglicht jedoch ebenfalls nicht, dass Werkstoffe der beschriebenen Art gegossen werden können, da die Abwesenheit eines Überdruckes in der Gusskammer, vor dem Eingiessen der Schmelze in der Gussform und das Entepannen des Druckes nach dem Erstarren des fertigen Abgusses,ua sein Entfernen aus der Gussform zu ermöglichen, ebenfalls eine Verdampfung oder Dissoziation als auch ein eventuelles Sieden des geschmolzenen Werkstoffes zur Folge hat.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens für die Erzeugung von Abgüssen, bei welchem di© beschriebenen Nachteile vermieden werden, d.h_o ein Verfahren, welches die Erzeugung von Abgüssen aus Werkstoffen bei beliebigen Verhältnissen zwischen den Temperaturen des Schmelzpunktes, des Siedepunktes und dem Beginn der thermischen Dissoziation dieser Werkstoffe oder deren Komponenten zulässt.

Erfindungsgeraäss wird dies bei der Durchführung des ganzen Vorganges von dem Anwärmen des festen Ausgangswerkstoffes oder seinen Komponenten beim Schmelzen oder bei der Verbindung um die Gußschmelze zu erzeugen, bis,sum Entnehmen der erstarrten Abgüsse aus den Gussformen, unter regulierbarem Gasdruck erreicht. Dabei wird das Gas, mit dem Druck aus* geübt wird, nach seinem chemischen Verhalten gegenüber den geschmolzenen Komponenten gewählt und der Druck gemäss dem Bedarf der einzelnen Vorgangsstufen geregelt. Der Druck wird

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jedoch immer genügend hoeh gehalten vm ein© ¥@»ieiipfiÄ€7 teü_o eine Dissoziation nicht «lanlassesu Unt®rdess@E ^^sr
Wirkung des Gasdrücke® auf nmr Scluaeis© srnmh asmn₀ mxm
Wirkung auf dem fertigen* @rstaxrt@E JUbguse Suffes üomen
nehmens, abgestellt wird.

das £ingiöSB@B der Sstaels© im dies? 8msof©siD, dbsa Gasdruck zu benutzen, welcher bereits in des* goseatoa
tung erzeugt worden ist. Se genügt dies« Dra@fe ¥@a am Uoifeo des Behälters für di® Sclwelae su ©^©fctaa
der Gussfona geringer au halten, damit dtos" daäm
Druckunterschied den tibergaag der SeliiQla© s«r ©ussform
ken kann' und swar mit einer Geschwindigkeit _e die von d@sr
dieses Druckunterschiedes abhängig i@t»

Ohne das Wesen des Verfahrens zu Indern können erfis&° dungsgemäss für das Übermitteln der Schmelze in der Gussfora auch andere bekannte Arten angewandt werden, wie Gravitation bzw« Schleudergiessverfahren derart_r dass di© Sdhrmls,®
Behälter in die Gussform hineinfliesst oder raittels Kolb®ndrmek_c

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erörtertj es zeigen:

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Fig«, 1 eine Einrichtung zurAnwendung dee Verfahrene gen&ee der Erfindung, bei welcher die Schmelze unter Gasdruck in die Gussform befördert wird;

Fig. 2

und 3 eine Einrichtung mit gravitierender Wirkungsweise!

Fig. 4 eine Einrichtung sum Arbeiten mittels SColbendruck·

Die Gußsck&alz® oder deren Komponenten werden im Tiegel 1, welcher zusammen mit der Heiaeinrichtung 2 luftdicht in der Kammer 3 eingeschlossen IbI₄, eingelegt· Das für das Abgiessen der Schmelze vorgesehene Rohr 4 ist durch die Sperreinrichtung S gesehls-asen, so dass mit dem allmählichen Steigern der Temperatur ia ύ®% Ejmmer 3 der Gasdruck in derselben durch den Einlas© w® !^E^arisiigsrtsm G&& slub dex Druckkammer 6 über die Sperr©rgesi© 7 vma 8 erhöht werden kann» Unterdessen ist das Sperrorgan 12 offen, sodass die Kammer 10 unter atmosphärischem Druck steht^ wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, dass die nötigen Hilfseparationen mit der sich in derselben befindlichen Gussform 11 durchgeführt werden können·

Sobald die Schmelze gussfertig ist, werden die !Cam* mer 10 sowie die Gussform 11 durch Schliessen des Sperrorganes 12 von der Aussenluft abgeschlossen und in denselben vom Behälter 6 über das Sperrorgan 9 Druckgas eingelassen· Auf diese Weise wird im ganzen System gleicher Druck erreicht,

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welcher genügend hoch gehalten wird, um eine Verdampfung oder Dissoziation der Schneise nicht zuzulassen. Di· Sperr« vorrichtung S kann beseitigt werden und dadurch, dass auf deren beiden Seiten ein gleicher Druck wirkt, wird das keiner* lei Änderungen,weder auf dem Gasdruck in jedem beliebigen Teil der Einrichtung, noch für das Verhalten der Schmelze als Folge haben.

Weiterhin, durch das Einstellen des gewünschten Druckunterschiedes zwischen der Kammer 3 des Behalters für die Schmelze und der Kammer 10 der Gussform, welches zweck· massig z.B. durch das zusätzliche Erhöhen des Gasdruckes in der Kammer 3 erreicht werden kann, wird die Schmelze durch das Speiserohr 4 zum Anfüllen der Gussform 11 hochbefOrdert· Unmittelbar danach wird der Gasdruck in den Kammern 3 und 10 wieder ausgeglichen a.B. durch das Erhöhen dos Gasdruckes in der Kammer 10 bis zum Niveau des Druckes in der Kammer 3, wobei die im Speiserohr zurückgebliebene Schmelze in dem Be* hälter 1 für die Schmelze zurückfliesst. Jetzt kann die Absperrvorrichtung 5 geschlossen werden und in der Kammer 10 können Massnahmen für das beschleunigte Abkühlen der angefüllten Gussform 11 getroffen werden« Nach dem Erstarren des Abgusses wird der Gasdruck durch Schliessen des Sperrorganes 9 und Öffnen des Sperrorganes 12 abgelassen, wodurch das Entnehmen des Abgusses aus der Gussform 11 erfolgen kanne Dar Arbeitsvorgang wird wiederholt, indem nach dem Einlegen

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einer leeren Guasform der Gasdruck in der Kammer 10 wieder erhöht und durch das öffnen der Sperrvorrichtung 5 eine neue Charge Gußschmelze in die Guasform 11 befördert wird«

Der Arbeitsgang kann praktisch ohne Verluste durch Verdampfen oder durch Dissoziation durchgeführt werden, wenn die freie Oberflache der Schmelze im Behalter 1 mit einer Schicht von zweckmassig gewähltem Fluss bedeckt wird· Solange der Gasdruck in der Kammer 3 hoher als der Dampf- bzw. der partielle Dissoziationsdruok irgend einer der Sohmelzkomponenten eingehalten wird, bleibt die Fluss-Sohioht unbeschädigt und es kann kein Entweichen von Dampfen oder Dissoziations-Spaltprodukten erfolgen.

Eine gleichwertige Variante für die Ausführung der Einrichtung zum Durchführen des Verfahrene kann man durch luftdichtes Abschliessen des Tiegels mit dem schmelzflüssigen Werkstoff erreichen. In diesem Fall kann derselbe Arbeitsvorgang durch analoge Regelung des Gasdruckes im Tiegel erreicht werden, indem die Heizvorrichtung und deren Kammer frei unter atmosphärischem Druck belassen werden können.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, enthalt die gravitierend wirkende Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens erfindungsgemass dieselben Grundelemente wie die Einrichtung nach der Fig. 1 und lasst demzufolge au, dass die

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technologische Reihenfolge der Arbeitegänge ausnahmslos ei»· gehalten werden, wobei far das Singiessen der Schmelze in der Guesform ein Drehen der ganzen Einrichtung von der Stellung gemäss Fig. 2 bis zur Stellung gemäss Fig. 3 durchgeführt werden muss·

Der Behalter für die Schmelze ist luftdicht geschlossen, so dass es sich erübrigt, denselben sowie die Heizeinrichtung 2 in einer Kammer einzusohliessen, so wie dies gemäss Fig. 1 der Fall ist. Die iia Tiegel 1 bei der Einrichtung gemäss Fig. 2 eingelegten Komponenten für die Schmelze werden mittels der Heizeinrichtung angewärmt und befinden sich nach dem öffnen der Sperrorgane 7,8 und 9 unter der Wirkung des Gasdruckes aus dem Druckgasbehälter 6, wobei dieser Gasdruck genügend hoch liegt, um eine Verdampfung oder eine Dissoziation der Schmelze bzw. irgend einer ihrer Komponenten beim Erreichen der für die Durchführung des Gussprosesses benötigten Temperatur zu verhindern.

Beim Erreichen dieser Temperatur wird die Einrichtung bis zu der in Fig. 3 angegebenen Stellung umgekippt und zwar bei geöffneter Sperrvorrichtung 5, damit die Gussform 11 durch Gravitation mit Schmelze angefüllt werden kann.

Nach Abschluss des Gussvorganges wird die Sperrvorrichtung 5 wieder geschlossen. Bei einer zweekmässigen

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Formung des Speiserohres 4 kann dieses Sohliessen nach den Zurückdrehen der Einrichtung in der ursprünglichen Stellung (Fig. 2) erfolgen und durch das Schliessen des Sperrorgane· 9 und das öffnen des Sperrorganes 12 kann dann der bereits erstarrte Abguss aus der Gussfora 11, welche dazwischen druokentspannt worden ist, entnommen werden·

Wenn im Speiserohr 4 auf dem Wege der Gußsohmelee ein Dosierzylinder 13 (Fig· 4), in dem sich der Kolben 14 Tor* schieben lässt, eingebaut ist, so wird die in diesem Zylinder unter der Wirkung des Druckunterschiedes eingedrungene Gussschmelze nach dem Schliessen der Sperrvorrichtung $ durch den Vorschub des Kolbens 14 in die Gussform 11 eingedrückt werdenβ

Das Ventil 15 ermöglicht es, dass der Druck hinter dem Kolben 14 und der Druck in der Schmelzkammer 3 ausgeglichen werden, damit die im Speiserohr zurückgebliebene Schmelze zum Schmelzbehälter zurückfliessen kann.

Nach dem Ablauf des Kolbenhubes wird die Kammer 10 durch das Schliessen des Sperrorganes 9 und öffnen des Sperrorgane s 12 unter atmosphärischem Druck gestellt, wonach der bereits erstarrte Abguss aus der Gussform entnommen werden kann.

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Jede der beschriebenen Einrichtungen kann wahlweise mit einem inerten oder reduzierenden Schutzgas sum Giess«n von reduktionsaktiven Werkstoffen angewandt werden.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Abgüssen, insbesondere

von Abgüssen aus Werkstoff, die bei der Giesstemperatur leicht verdampfen oder dissoziieren, dadurch gekennzeichnet, dass der ganze Vorgang * vom Anwärmen der festen Aus· gangswerkstoffe bis zum Erstarren der fertigen Abgüsse - unter Gasdruck durchgeführt wird, welcher Gasdruck, je nach Bedarf der einzelnen Phasen des Gussvorganges geregelt wird, jedoch stets höher bleibt, als der bei der entsprechenden Temperatur entstehende Dampf- bzw. partielle Dissoziationsdruck der einzelnen Komponenten des Gusswerkstoffes.

2. Verfahren uach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wahrend der Einschmelzung des Werkstof· fes als auch nach dem Erstarren des fertigen Abgusses in der Kammer, in welcher die Gussform untergebracht ist, atmosphärischer Druck herrscht und unmittelbar vor dem Eingiessen der Schmelze in die Gussform als auch deren Anfüllen die Drücke ausgeglichen werden, wobei das Eingiessen selbst* unter der Wirkung eines zweckmässig gewühlten Druckunterschiedes zwischen den Drücken in der Sohmelzkammer und der Gussform erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wahrend des Eingiessena der Schmelze in die Gussform dar Gasdruck in der Schmelzkammer und in der Gussform gleich hoch liegt und das Eingiessen seibat unter

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dem Einfluss der Schwerkraft durch das Aufstellen des Behälters mit der Schmelze auf einem höheren Niveau als das der Gussforra erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei eh· net, dass während des Eingiessens der Schmelze in der Guss» form die Drücke in der Gusskaamer und in der Oussform gleiofo. hoch liegen und das Anfüllen selbst unter einem Kolbendruek

erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Schmals» kammer (3) und eine Kammer für die Gussform (10), in denen jewells mit einem System aus Rohren und Ventilen ein beliebiger Gasdruck von einem Druckgasbehälter ausgehend erzeugt werden kann, wobei die beiden Kammern durch ein Speiserohr (4) und eine verschliessbare Sperrvorrichtung (5), welche zum Her* stellen und Äbschliessen der Verbindung dient, miteinander verbunden sind.

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