DE1946598C3 - Gegossener oder aus geschweißten Blechen hergestellter Metalltiegel zum Schmelzen von Metallen unter Vakuum - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gegossenen oder aus geschweißten Blechen hergestellten Metalltiegel zum Schmelzen von Metallen unter Vakuum. Zum Schmelzen von besonders reaktionsfreudigen Metallen mit hohen Schmelzpunkten, wie Molybdän, Titan oder Zirkon, beispielsweise mit Hilfe des Vakuum-Lichtbogenofens werden bekanntlich Schmelztiegel verwendet, die aus Kupfer oder Kupferlegierungen bestehen und zur Vermeidung einer Gasaufnahme gegen ihre Umgebung vakuumdicht verschlossen sind; aber auch zum Umschmelzen höher legierter Stähle werden solche Anordnungen eingesetzt, ebenfalls mit dem Ziel, Scigerungsfreiheit und größere Reinheit und somit verbesserte Werkstoffeigenschaften zu erreichen.

Schwierigkeiten ergeben sich jedoch dann, wenn es sich bei den verwendeten Schmelztiegeln beispielsweise um Gußstücke handelt, deren Wandungen durch vorhandene mikrofeine Poren bei Raumtemperatur zwar noch vakuumdicht sind, bei Betriebstemperaturen jedoch oft Luft- oder Gaseinbrüche in das vorhandene Vakuum im Schmelztiegel zulassen. Diese führen dann im Metall zu nichtmetallischen Einschlüssen, wie Oxyden und damit zur Unbrauchbarkeit des Metallblocks. Undichtigkeiten bei Betriebstemperaturen treten aber auch bei solchen Schmelztiegeln auf, die aus Blechen, z. B. aus Kupfer, geformt werden, da die an den Stoßstellen des Blechzylinders erzeugten Schweißnähte nicht immer den an sie gestellten Forderungen hinsichtlich der Dichtigkeit entsprechen.

An sich sind zwar metallische Schmelztiegel bekannt, siehe die Veröffentlichung in der Zeitschrift »Foundry Trade Journal« vom 2. Juni 1966, Seiten 761—764, bei denen das Metall unter Vakuum aufgeschmolzen wird. Bei diesen bekannten Verfahren werden aufgrund oder durch den jeweils vorhandenen Schmelzvorgang mehr oder weniger zufällig besondere Schichten an der Innenwand gebildet, die jedoch nicht reproduzierbar sind und damit keine Möglichkeit geben, Luft- oder Gaseinbrüche in das im Schmelztiegel vorhandene Vakuum von vornherein zu vermeiden.

Durch Sintern von Metallen hergestellte Körper sind für die Vakuumgießtechnik aufgrund der hohen Porosität von vornherein nicht geeignet. Daran ändert auch nichts, wenn diese von Hause aus sehr durchlässigen Körper mit öl getränkt und anschließend z. B. in einem Zinnbad beschichtet werden. Diese durch Elektroplattierung aufgebrachte dünne Schutzschicht reicht nicht aus, die an Schmelztiegel beim Vakuumgies Ben gestellten Forderungen zu erfüllen, abgesehen davon, daß die ölimprägnierung beim Aufschmelzen von Metallen hoher Reinheit durch Diffusion in die Schmelze Schwierigkeiten bereiten würde, vergleiche die US-PS 28 46 759.

ίο Die eingangs erwähnten Schwierigkeiten beim Gießen im Vakuum werden auch nicht bei dem aus der US-PS 30 05 246 bekannten Schmelztiegel vermieden, dessen aus Kupfer bestehende Innenwand im Bereich der Schmelzelektrode mit einer Titanauskleidung versehen ist Diese Auskleidung dient nämlich zur Vermeidung der Anhaftung von Metallspritzern im Bereich der Schmelzelektrode und soll gleichzeitig dafür sorgen, daß infolge der Isolierwirkung die Schmelzgeschwindigkeit erhöht werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schmelztiegel zu schaffen, der ebenso wie die bekannten aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, bei dem jedoch Luft- oder Gaseinbrüche in das zum Schmelzen der Metalle vorgesehene Vakuum von vornherein vermieden sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die den Schmelztiegel bildenden Wände zumindest teilweise mit einer Umhüllung erhöhter Vakuumdichtigkeit und/oder Korrosionsfestigkeit ver sehen sind. Undichtigkeiten an einem so aufgebauten, durch Guß hergestellten Schmelztiegel konnten auch bei erhöhten Betriebstemperaturen nicht mehr festgestellt werden. Die geforderte Leckrate von z. B. 5 · 10~³ Torr/1 see kann hierdurch nicht nur erreicht, sondern

y, sogar um zwei Zehnerpotenzen, nämlich 4 · 10~⁵ Torr/ 1 see und mehr gesenkt werden.

Wird als äußere Umhüllung in Durchführung der Erfindung z. B. eine galvanisch aufgebrachte Kupferschicht verwendet, die beispielsweise 1 bis 2 mm

Ό betragen kann, dann ergibt sich neben der hierdurch erzielten Dichtigkeit der Vorteil einer erhöhten Korrosionsfestigkeit insbesondere dann, wenn, wie es bereits üblich ist, zur Kühlung des Schmelztiegels statt Kühlwasser eine Natrium-Kalium-Schmelze verwendet wird. Schmelztiegel beispielsweise werden zwar auch bereits auf galvanischem Wege hergestellt, die geforderten Wandstärken bei solchen Tiegeln lassen jedoch wegen der hierbei benötigten langen Herstellungszeiten eine rationelle Fertigung nicht zu.

Mit Vorteil lassen sich in Weiterführung der Erfindung Vakuumdichtigkeit und/oder Korrosionsfestigkeit von Schmelztiegeln auch dadurch erreichen, daß die Umhüllung durch einen Auftrag aus niedrig schmelzenden Metallen, z. B. in Form einer Verzinnung vorgenommen wird.

Der Bereich des aufgeschmolzenen Metalls ist nach wie vor gegen das Eindringen von Luft oder Gasen geschützt. Die Erfindung sei an Hand des in der Figur als

bo Ausführungsbeispiel dargestellten Schmelztiegels näher erläutert

Im Innern des das Kühlmedium 1. ζ. Β. eine Natrium-Kaliumschmelze enthaltenden Gefäßes 2, ist der Schmelztiegel 3 angeordnet. Dieser im wesentlichen

h5 zylindrische Formkörper, der gegossen oder auch z. B. durch Verschweißen entsprechend geformter Metaübleche hergestellt sein kann, ist an seinem unteren Ende mit dem Flansch 4 zur Befestigung der Abdeckplatte 5

und an seinem oberen Ende mit dem Flansch 6 für die mit einer vakuumdichten Durchführung versehene Deckelplatte 7 versehen. Im Innern des Schmelztiegels 3 befindet sich das Material 8, z. B. Titan, welches unter Zuhilfenahme des zwischen der Elektrode 9 und dem Metall zu erregenden Lichtbogen erschmolzen wird.

Um nun zu verhindern, daß bei diesem Schmelzvorgang durch die von Natur aus in den Wandungen des Schmelztiegels befindlichen mikrofeinen Poren Gas von außen her in den unter Vakuum stehenden Schmelztie- ι ο gel eindringt und dadurch zur Bildung nichtmetallischer Einschlüsse, wie Oxyden, im erschmolzenen Metallblock führt, ist die Umhüllung 10 erhöhter Vakuurr.dichtigkeit und/oder Korrosionsfestigkeit vorgesehen. Die Korrosionsfestigkeit ist beispielsweise dann von wesentlicher ι s Bedeutung, wenn bei der Herstellung von vakuumdichten Tiegeln oder anderen Formteilen aus Blechen, z. B. als S.-hweißzusatz- Werkstoff zinnhaltiger Kupferschv .,iaht gewählt ist und, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben, die Kühlung nicht mit Wasser, sondern mit einer Natrium-Kalium-Schmelze durchgeführt wird, da die Natrium-Kalium-Schmelze auf zinnhaltige Werkstoffe stark korrodierend wirkt

Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Erfindung in gleicher Weise auch anwendbar auf Vakuum-Induktionsöfen zum Schmelzen, Legieren und Gießen von Metallen unter Vakuum. Wesentlich ist in jedem Fall die Umhüllung der hierbei benötigten vakuumdichten Formhohlteile aus einer Schicht erhöhter Vakuumdichtigkeit und/oder Korrosionsfestigkeit

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Gegossener oder aus geschweißten Blechen hergestellter Metalltiegel zum Schmelzen von Metallen unter Vakuum, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schmelztiegel (3) bildenden Wände ein- oder beidseitig zumindest teilweise mit einer Umhüllung erhöhter Vakuumdichtigkeit und/oder Korrosionsfestigkeit versehen sind.

2. Metalltiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung erhöhter Vakuumdichtigkeit und/oder Korrosionsfestigkeit aus einer galvanisch aufgebrachten Schicht bestehL

3. Metalltiegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanisch aufgebrachte Schicht aus hochleitfähigem Kupfer besteht

4. Metalltiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus einem Überzug aus niedrig schmelzenden Metallen, beispielsweise Zinn, besteht