DE2364944A1

DE2364944A1 - Kontinuierlich gegossener metallfaden sowie verfahren und vorrichtung zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2364944A1
Application number: DE2364944A
Authority: DE
Inventors: Emerick Dobo
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1972-12-29
Filing date: 1973-12-28
Publication date: 1974-08-08
Also published as: DD108911A5; AT337232B; NL7317585A; ATA1089273A; IE38710B1; JPS49125226A; GB1460750A; FR2212197A1; US3904381A; FR2212197B1; IE38710L; ES421852A1

Description

Anwaltsakte 2k 668 £ g [)£2 T72-

Monsanto Company St. Louis, Missouri/USA

Kontinuierlich gegossener Metallfaden sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft gegossene Drahtprodukte mit neuartigen Eigenschaften. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf gegossene Drähte mit feinem Durchmesser, welche eine beträchtlich verringerte Porosität haben, und auf Mittel, durch welche dies erreicht werden kann. Unter Draht mit feinem Durchmesser wird ein Drahtprodukt verstanden, welches einen Durchmesser von weniger als etwa 0,8 mm hat.

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Das kontinuierliche Gießen geschmolzenen Metalls als frei gegossener Körper, d.h. ohne Gießform, zur Herstellung von Fäden und Drähten wurde als "Schmelzspinnen" (engl. "inviscld spinning") bekannt. Bei einem derartigen Gießverfahren wird die im wesentlichen dünnflüssige Schmelze eines Metalles durch eine öffnung zur Ausbildung eines Strahls aus schmelzflüssigem Metall extrudiert, welcher sich dann in ein fadenförmiges Drahtprodukt verfestigt.

Das U.S. Patent 3 658 979 beschreibt die Grundbedingungen, unter welchen Drähte und Fäden durch Extrusion wesentlich dünnflüssiger Schmelzen hergestellt werden können. Zusammengefaßt wird eine Schmelze geringer Viskosität bei einer geeigneten Geschwindigkeit durch eine öffnung in eine ausgewählte Atmosphäre extrudiert. Wenn der aus der Extrusionsöffnung austretende heiße Strahl mit der Atmosphäre in Berührung gelangt, kommt" es zu einer Reaktion, welche zur Bildung eines Filmes oder einer Schutzhaut rings der Strahloberfläche führt. Diese Haut, Stabilisierhaut genannt, stabilisiert den fadenförmigen Strahl gegen ein Abbrechen aufgrund der Kräfte der Oberflächenspannung solange, bis eine ausreichende Wärmemenge abgeführt werden kann, daß ein Phasenwechsel In den festen Aggregatzustand bewirkt wird. Die stabilisierende Haut muß natürlich sehr schnell ausgebildet werden. Außerdem muß die

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Haut im festen Aggregatzustand bei den hohen Temperaturen, bei welchen sie gebildet wird, vorliegen. Die Haut muß außerdem im wesentlichen unlöslich in dem Schmelzstrahl bei der Extrusionstemperatur sein, damit die Beständigkeit ihrer Wirkung gewährleistet ist.

Wenngleich dieses Verfahren weite Möglichkeiten bietet, war die volle Ausnutzung dieser Möglichkeiten dadurch begrenzt, daß die Herstellungsgeschwindigkeit für den Faden nicht über 396 - k2J m pro Minute hinaus gesteigert werden konnte. Außerdem war es für viele wichtige Anwendungsgebiete des Endproduktes bisher nicht möglich, die Porosität des erhaltenen gegossenen Drahtproduktes auf annehmbare Grenzen herabzusetzen. Wegen einer durchwegs hohen Porosität in dem hergestellten Draht waren die wichtigen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit j Duktilität und Ermüdungsfestigkeit, normwidrig verändert und stark beeinträchtigt.

Demgegenüber schafft die Erfindung ein gegossenes Drahtprodukt, bei welchem der Porositätsgrad bis auf einen Wert verringert ist, der für gegossene Drähte bisher nicht erreicht wurde.

Die Erfindung schafft außerdem ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Extrudieren fadenförmiger Drähte aus geschmolzenem Metall, wodurch drastisch vergrößerte Herstellungsgeschwindigkeiten erzielt werden können und

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die Porosität des hergestellten Drahtes stark verringert ist..

überraschend wurde festgestellt, daß die Porosität von Draht, welcher durch Extrusion eines schmelzflüssigen Metalles hergestellt ist, durch eine Führung der Extrusion bei sehr hohen Geschwindigkeiten beeinflußt wird und stark verringert werden kann. Dies bedeutet, daß eine wesentliche Verringerung der Porosität festgestellt wurde, wenn Extrusionsgeschwindigkeiten über 730 m pro Minute angewendet wurden.

Wenngleich Extrusionsgeschwindigkeiten dieser Größenordnung bisher nicht erzielbar waren, können sie durch das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht werden, welches die folgenden aneinander anschließenden Verfahrensschritte aufweist:

1. Kontinuierliches Extrudieren einer Metallschmelze durch eine Formdüse zur Ausbildung eines fadenförmigen Strahles,

2. Hineinführen des fadenförmigen Strahles unmittelbar nach dem Austritt aus der Formdüse in eine Zone mit Druckgas,

3. Vorwärtsführen des Strahles imGleichstrom mit dem Druckgas durch eine überschalldüse und in eine erste Zone mit einer gasartigen Atmosphäre, welche die Ausbildung einer Haut rings der Strahloberfläche durch

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Reaktion mit dieser bewirkt, und dann

4. Hindurchführen des fadenförmigen Strahles durch einen sich erweiternden Kanal in eine zweite Zone mit der hautbildenden Atmosphäre.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer typischen Faden-Extrusionsvorrichtung mit einer neuartigen Düsenanordnung,

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab eine Teilansicht der Düsenanordnung aus Fig. 1,

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine Teilansicht einer Gasplattendüse in der Düsenanordnung aus Fig.

Aus Figur 1 ist ein Tiegel 10 ersichtlich, in welchem eine Menge einer im wesentlichen dünnflüssigen Materialschmelze 11 eingeschlossen ist. Funktionell als· Teil des Bodens des Tiegels 10 ist eine Düsenplatte 12 ersichtlich, welche eine Extrusionsöffnung 13 aufweist. Im Abstand unterhalb der Platte 12 ist eine Gasplatte 14 angeordnet, welche eine konvergierenddivergierend gestaltete Doppeltrichteröffnung 15 aufweist,

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die im wesentlichen koaxial zur öffnung 13 ausgerichtet ist. Die Platten 12 und 14 begrenzen eine im wesentlichen geschlossene Kammer 16, welche als Gasdämpfungszone bezeichnet werden kann.

Unterhalb der Gasplatte 14 ist eine dritte Platte 17 angeordnet, die nachfolgend als Strahlsteuerplatte bezeichnet wird. Die Strahlsteuerplatte 17 hat eine öffnung

18, welche im wesentlichen koaxial zur öffnung 15 (und somit auch zur öffnung 13) ausgerichtet ist. Die Wände der öffnung 18 konvergieren in Richtung ihres Auslasses, wobei der Konvergenzöffnungswinkel zwischen 7 und· 20 Grad beträgt. Die Strahlsteuerplatte 17 und die Gasplatte 14" begrenzen eine zweite im wesentlichen geschlossene Kammer

19, welche als erste Gasreaktionszone bezeichnet werden kann. Ein Ständer 20 trägt den gesamten Apparat und bildet außerdem einen Hohlraum 21, welcher als zweite Gasreaktionszone bezeichnet werden kann, da der Schmelzstrahl darin weiter mit einem hautbildenden Gas reagiert.

Im Betrieb «ird die Materialschmelze 11 mit einem Oberdruck mittels eines Druckgases beaufschlagt. Der Strahl 22 wird so durch die Extrusiohsöffnung 13 In die Kammer gepresst. Die Kammer 16 ist mit einer Menge eines Dämpfungsgases versehen, welches unter Druck durch die Gasleitung zugeführt wird. Zwischen der Öffnungsplatte 12 und der Gas-

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platte l4 ist das Dämpfungsgas zwangsläufig für eine Bewegung zur Seite hin geführt und es kommt somit mit dem austretenden Strahl 22 in einer Richtung in Berührung, die anfänglich senkrecht zum Weg des Strahles 22 verläuft. Diese Strömung verteilt sich in großem Maße von selbst zu einer symmetrischen Strömung. Das Dämpfungsgas strömt dann im Gleichstrom mit dem Strahl 22 durch die Gasplattenöffnung 15 und in die Kammer 19· Die Art des Dämpfungsgases ist nicht kritisch. Im allgemeinen wird ein Inertgas, wie Helium oder Argon,verwendet. In einigen Fällen kann es jedoch auch wünschenswert sein, ein Gemisch aus Inertgas mit einem unten noch zu beschreibenden Gas anzuwenden, welches eine Haut rings der Strahloberfläche bilden kann.

Der Kammer 19 wird eine Menge an mit dem Strahl 22 reaktivem Gas durch die Gasleitung ,2¹J zugeführt. Das reaktive, durch Hautbildung stabilisierende Gas berührt den Strahl 22 am Einlass der öffnung 18 und strömt mit einer Geschwindigkeit, die für das Eindringen in den Mantel aus Dämpfungsgas ausreicht, durch welches der Strahl beim Austritt aus der öffnung 15 in der Gasplatte zwangsläufig umhüllt.wurde. Eine weitere Menge reaktiven Gases wird durch die Gasleitung 25 in den Hohlraum 21 so zugeführt, daß es mit dem Strahl 22 nahe am Austritt der öffnung 18 in Berührung kommt. Die Art des reaktiven Gases ist nicht kritisch, so-

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lange es geeignet ist, eine Haut rings der Oberfloche des Schmelzstrahles 22 zu bilden. In manchen Fällen wurden oxidierende Gase, wie Carbonmonoxid und Luft, erfolgreich angewendet. Zu anderen geeigneten verwendbaren hautbildenden Gasen wird auf die U.S.- P.S. 3 658 979 hingewiesen.

Figur 2 zeigt die grundsätzliche geometrische Zuordnung der Platten 12, 14 und 17 und ihrer jeweiligen öffnungen. Wenngleich der Durchmesser der Kehle (des engsten Querschnittes) der Gasplattenöffnung 15 größer als der Austrittsdurchmesser der Extrusionsöffnung 13 sein kann, wurden beste Ergebnisse erzielt, wenn die Kehle denselben oder einen kleineren Durchmesser als der Austritt der öffnung 13 hat. Insbesondere können gute Ergebnisse erzielt werden, wenn das Verhältnis von Austrittsdurchmesser der öffnung 13 zu Kehlendurchmesser der ö-ffnung 15 im Bereich von etwa 1,0 : 1,0 bis 1,5 : 1,0 liegt. Die Länge der öffnung 15 1st vorzugsweise 5 - lOOmal größer als der Austrittsdurchmesser der öffnung 13. Wie ersichtlich, erweitert sich die öffnung 18 in der Richtung zu ihrem Ausgang hin mit einem eingeschlossenen öffnungswinkel von etwa 7-20 Grad. Es wird vorgezogen, ist jedoch nicht kritisch, daß der Eintrittsdurchmesser der öffnung 18 etwa 2 - 5mal größer als der Kehlendurchmesser der Gasplattenöffnung 15 ist.

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Der Spaltabstand des Spaltes 31 zwischen der öffnungsplatte 12 und der Gasplatte lh ist vorzugsweise im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Gasplattenkehle 15· Andererseits sind die Abmessungen des Spaltes 32 zwischen der Gasplatte 14 und der Strahlsteuerplatte 17 vermutlich unkritisch. Es sollte jedoch ein ausreichend großer Spalt vorgesehen sein, daß eine ausreichende Menge an reaktivem Gas für das Eindringen in das Inertgas sich angesammelt hat, welches im Gleichstrom mit dem Strahl 22 strömt. Es wurde festgestellt, daß grundsätzlich ein Spaltabstand von etwa 0,13 - 0,5 mm zwischen der Gasplatte I¹J und der Strahlsteuerplatte 17 im Bereich ihrer jeweiligen öffnung zufriedenstellend ist.

Ettgur 3 zeigt die Gasplatte lH und ihre geformte öffnung 15 schematisch in einem Querschnitt im vergrößerten Maßstab. Der Eintrittsbereich oder der konvergierende Abschnitt 28 ist zur Verringerung von Reibung flach gerundet Das Konvergenzmaß ist nicht kritisch, es ist lediglich erforderlich, daß die Öffnungswände am Eintritt etwas konvergieren. Der konvergierende Bereich endet an der Kehle 29, von wo aus die Wände divergieren und somit einen divergierenden Austrittsabschnitt 30 bilden. Der eingeschlossene öffnungswinkel des divergierenden Abschnittes liegt bevorzugt zwischen 4 und 12 Grad, insbesondere zwischen 6-8 Grad für eine Dämpfung bei

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höheren Geschwindigkeiten» Beste Ergebnisse werden erzielt, wenn der divergierende Abschnitt 30 eine größere Länge hat, als der konvergierende Abschnitt 28, insbesondere wenn die Länge des divergierenden Abschnittes von 10 - 20mal größer ist. Die Pfeile 26 und 27 illustrieren die Strömungswege des Dämpfungsgases bzw. des reaktiven Stabilisiergases.

Die für die Herstellung der Platten mit einer Düsenanordnung gemäß der Erfindung verwendeten Materialien sind vorzugsweise im wesentlichen jeweils inert unter den Extrusionsbedingungen. Außerdem müssen die Materialien gegen Wärmestöße widerstandsfähig sein und eine ausreichende Festigkeit haben, daß sie den wesentlichen, bei der Extrusion auf sie einwirkenden mechanischen Spannungen widerstehen. Beispielsweise kann es bei der Extrusion von Metallen, wie Kupfer und Eisenlegierungen, vorteilhaft sein, keramische Materialien, wie hochdichtes Aluminiumoxid, Berylliumoxid und Zirkonoxid bzw. -dioxid, zu verwenden. Für eine Extrusion bei hohen Temperaturen mit keramischen Chargen können Materialien wie Molybdän und Graphit verwendet werden. Für Extrusionsverfahren mit geringeren Temperaturen können Anordnungen aus rostfreiem Stahl mit gutem Erfolg verwendet werden.

Die verschiedenen Drahtprodukte, welche in Übereinstimmung mit der Erfindung erhalten werden können_s finden ungezählte

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praktische Anwendungsgebiete. Möglicherwei se eines der wicht!rsten Eeispiele ist die Anwendung von Stahlfäden als VerstMrkungselement bei der Herstellung von modernen Automobilreifen ebenso wie auch von Reifen für andere Fahrzeuge.

Für die Herstellung von fadenförmigem Stahldraht bei den vorliegenden Verfahren wird ein Sauerstoff enthaltendes Gas als das Stabilisiermedium, in welches der Schmelzestrahl extrudiert wird, zur Ausbildung der Hüllhaut verwendet, welche den flüssigen Strahl Regen ein Abreiften oder Abbrechen unter der Oberf lächenspannunp; schützt, bis seine Verfestigung stattfinden kann. Damit die stabilisierende Haut in der erwähnten W*lse funktionieren kann, muß das gebildete Oxid stabil und unlöslich in der Schmelze sein. Da die Eisenoxide diese-Eigenschaften nicht haben, ist es erforderlich, daß ein zweites Legierungsmetall der Schmelze zugegeben wird, bevor Stahl zufriedenstellend hergestellt werden kann. Dies heißt, daß ein derartiges zweites Metall zugegeben wird, dessen Oxid stabil ist und unlöslich in der Schmelze ist. Zahlreiche Metalle können für diesen Zweck verwendet werden. Einige davon sind Magnesium, Beryllium, Chrom, Lanthan, Titan, Aluminium und Silicium, wobei Aluminium und Silicium im allgemeinen bevorzugt werden. Das zweite Metall wird lediglich in sehr geringen Mengen im Bereich von etwa 0,3 - 6,0 Gew.% der

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Legierung zugegeben. Wenn Aluminium verwendet wird, ist dieses im allgemeinen in einer Menge von 0,3 - 5,0 Gew.% vorhanden, wohingegen Silicium vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 6,0 Gew.% der Legierung angewendet wird.

Das folgende Beispiel erläutert einen Herstellungsgang gemäß Erfindung zur Herstellung von Draht aus einer Stahl-Aluminium-Legierung.

Beispiel 1

Eine Vorrichtung, wie aus Figur 1 ersichtlich, wurde zur Herstellung von Fäden durch Extrusion einer Schmelze aus Stahl mit einem Legierungsanteil von 1,0 Gew.% Aluminium bei einer erzielten Herstellungsgeschwindigkeit von 1067 m pro Minute verwendet.

Die verwendete Düsenanordnung hatte eine Gestalt, wie sie grundsätzlich in Figur 2 der Zeichnung gezeigt ist. Die Düsenplatte 12 hatte eine Länge und auch einen Durchmesser von 3,2 mm, d.h. ein Aspektverhältnis L/D von 1. Die Gasplatte I¹I hatte ebenfalls eine Dicke von 3,2 mm. Die Kehle der Überschalldüse 15 in der Platte hatte einen Durchmesser von 0,2 mm oder einen der Fadenbildungsdüse 13 entsprechenden Durchmesser. Die Strahlsteuerplatte 17 war 1,6 mm dick und die öffnung 18 darin hatte einen Austrittsdurchmesser, welcher ungefähr viermal größer als der Halsdurchmesser der Doppeltiegelöffnung 15 war. Die konvergierenden Wände der

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öffnung 18 schlossen einen öffnungswinkel von 15 Grad ein.

Im Betrieb wurde ein Pressdruck mit Argongas von 8,1 kg/cm für das Auspressen der Schmelze durch die Öffnung der Extrusionsplatte 12 verwendet, wodurch ein in den Spaltraum 16 zwischen den Platten 12 und lH austretender Strahlfaden erzeugt wurde. Dem Spalt 16 wurde Helium bei einem Druck von 6,4 kg/cm mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 301 cm /min ·( Normalbedingungen) zugeführt. Das unter Druck stehende Helium berührte den Strahl in einem Winkel senkrecht zu dessen Bewegungsweg und strömte dann im Gleichstrom mit dem Strahl durch die überschalldüse 15 in der Gasplatte lh. Beim Austritt aus der Düse 15 trat der Strahlfaden in den Spaltraum 19 aus, in welchen Carbonmonoxid als hautbildendes Gas zugeführt wurde. Die Zuströmgeschwindigkeit für das Carbonmonoxid in den Spaltraum 19 betrug 5080 cm /min (Normalbedingungen). Der Strahl lief dann durch die Strahlsteueröffnung 18 und in den Hohlraum 21, dem mit zusätzliches Carbonmonoxid mit einer Geschwindigkeit von I63O cm /min (Normalbedingungen) zugeführt wurde.. Der durch die Haut stabilisierte Strahl, welcher durch Abkühlung sich verfestigte, wurde dann als fadenförmiges Produkt abgezogen. Während dieses Hochgeschwindigkeits-Extrusionsvorganges blieb der Schmelzstrahl kontinuierlich bestehen und wich nicht von einem geraden Weg ab. -

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Ein 18-facher Anstieg der Leistung ist erforderlich, eine Herstellungsgeschwindigkeit von IO67 m/min, gegenüber ¹IIl m/min. - das durch bekannte Verfahren erzielbare Optimum - zu erhalten. Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird der größte Anteil der Antriebsleistung durch den Druckabfall quer über die Gasplatte erzielt. Zu einem großen Druckabfall kommt es als Ergebnis der Strömung des unter Druck stehenden Inertgases durch die überschall- oder Dopneltrichterdüse der Gasplatte. Zusätzlich zum Aufbringen eines kolbenähnlichen Druckes auf den Schmelzstrahl trägt die Expansion des Gases in der.Düse wesentlich zur Geschwindigkeit des Strahles oder Fadens bei. Das heißt, mit einem großen Druckabfall kommt es zu einer entsprechenden Verringerung der Enthalpie des Gases. Aller V/ahrscheinlichkeit nach wird die freiwerdende Energie anfänglich auf das Gas übertragen und dann wird ein Teil davon mit Hilfe des Zähigkeitswiderstands seinerseits auf den Schmelzstrahl übertragen, wo sie als Antriebskraft für eine Geschwindigkeitsvergrößerung wirkt. Berechnungen zeigen, daß lediglich ein geringer Prozentsatz (weniger als 5 %) der durch das Gas freiwerdenden Enthalpie durch Druckabfall in der Gasplatte in kenetische Energie des fadenförmigen Strahles umgewandelt wird. Jedoch auch mit dieser sehr geringen Umwandlung rührt ein Drittel bis Einhalb der Strahlenergie bei einer Extrusion mit IO67 m/min, von dieser Umwandlung der Enthalpie her. Da die Thermodynamik des Gases beim Durchtritt durch die Gasplatte eine derart große Rolle für die erzielbare

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Geschwindigkeit spielt, ist lediglich ein gemässigter Anstieg im aufgebrachten Gasdruck verglichen mit dem in bekannten Systemen für die Erzielung der hohen Strahlgeschwindigkeiten gemäß der Erfindung erforderlich.

Das folgende Beispiel erläutert die Herstellung aus Draht von einer Stahl-Silicium-Legierung gemäß der Erfindung.

Beispiel 2

Stahl mit 5 % Silicium bei einer Temperatur von 1432⁰C wurde durch eine öffnung mit 0,2 mm Durchmesser extrudiert, welche auf einer Temperatur von lM0°C gehalten war, wobei

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ein Pressdruck von 6,7 kg/cm angewendet wurde. Der Druck

des Dämpfungsgases betrug 5,8 kg/cm für einen Druckgradienten von 1,9 kg/cm über der öffnung. Der Durchsatz der Schmelze betrug 65 g/min. Das dem Spalt l6 zugeführte und aus 68 % Carbonmonoxid und 32 % Helium bestehende Dämpfungsgas trat mit einer Geschwindigkeit von 368 cm /min, (Normalbedingungen) ein. Die anfängliche Strömungsrate des dem Spalt 19 zugeführten Carbonmonoxids betrug 0,8 l/min. Der Carbonmonoxidstrom zum Hohlraum 21 war abgeschaltet. Das Heliumkühlmittel strömte in die Kühlsäule mit einem Durchsatz von 268 l/min. Ein Draht mit 0,1 mm Durchmesser wurde erhalten. Der Draht war

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flexibel und konnte ohne Bruch leicht zu Knoten verknüpft werden. Die Oberfläche war hell und glänzend. Der Draht wurde mit einer berechneten Geschwindigkeit von 975 m/min. hergestellt.

In Übereinstimmung mit den in den Beispielen I und II beschriebenen Verfahren wurde eine Anzahl zusätzlicher Versuchsläufe durchgeführt und es wurden Porositätsmessungen .an den Drahtprodukten ebenso wie auch an dem gemäß Beispiel I und II erhaltenen Draht durchgeführt.

Die Porosität in Volumenprozent im Drahtprodukt wurde mit Hilfe gut bekannter und anerkannter Verfahren unter Anwendung eines vollautomatischen mikroskopischen Abtastinstrumentes gemessen, welches als Quantimet-Gerät bekannt ist und von der Firma Metals Research Ltd. in Cambridge, England, hergestellt wird. Das Instrument besteht aus einem Bildanalysemikroskop, einem Minicomputer und einer Fernsehkamera, wobei der elektrische Ausgang aus der Kamera in einen Fernsehmonitor mit geschlossenem Stromkreis eingespeist wurde, welcher das Bild sichtbar macht. Das Bild wird durch Parallele, in gleichmäßigen Abständen angeordneten Linien des Abtastsystems abgetastet. Das erzeugte Signal repräsentiert das Intensitätsprofil des Bildes. Dieses Signal wird anschließend im Anzeigekreis weiterverarbeitet und das Ergebnis ist ein Binärsignal,

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welches sehr genau das ausgewählte Merkmal bestimmt. Der lediglich aus Signalimpulsen des festgestellten Merkmals bestehende Ausgang aus dem Detektor wird in den Fernsehmonitor eingeführt, um eine visuelle Kontrolle des festzustellenden Merkmals zu erlauben. Das Ausgangssignal vom Detektor wird außerdem in den Computer eingegeben, wo die Porositätsmessungen von dem Signal augenblicklich erhalten 'werden und auf dem Schreiber am Ausgang des Computers aufgezeichnet werden. Bei der Abnahme der Testergebnisse wurden polierte Längsschnitte des Drahtes auf einen Objekthalter gebracht und in den Probenhalter des Mikroskopes eingeführt. Nach sauberer Scharfeinstellung wurden 15 Abtastungen durchgeführt und die Ergebnisse gemittelt.

In der unten stehenden Tabelle I sind Zugfestigkeit- und Pocositäts-Messungen von einem in Versuchsläufen zur Herstellung von Draht aus einer Stahl-Aluminium-Legierung erhaltenen fadenförmigen Draht angegeben. Fäden mit Stahl, welcher mit 1,0 Gewichtsprozent Aluminium legiert war, wurde in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Geschwindigkeiten über denjenigen, die im Stand der Technik erzielbar waren, gesponnen. Der Kontrolldraht wurde auf einer konventionellen Vorrichtung mit den höchsten erlaubten Geschwindigkeiten gesponnen. Die Ergebnisse sind:

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	TABELLE I	Zugfestigkeit	Porosität
Geschwindigkeit	Mlttl.	²)	(V0I.-5&)
(m/min)	(kg/cm		0.10
Kontrolldraht, (396 - Jl27)	16,874		0.06
914	18,561		O.O5
1067 (Beispiel I, oben)	17,436		0.04
1135	17,155

Ähnlich wurden Versuchsläufe bei verschiedenen Spinngeschwindigkeiten bei der Herstellung von Draht aus einer Stahl-Silicium-Legierunp durchgeführt. 'Fäden mit Stahl, dem 5,0 Gevi.-% Silicium zulepiert war, wurden gemäß Erfindung bei Geschwindigkeiten über denjenigen, die im
Stand der Technik erzielbar sind, gesponnen. Die unten
stehende Tabelle II gibt die Porositätsmessungen an
dem erhaltenen Stahl-Silicium-Draht und an einem •Kontrolldraht an. Der Kontrolldraht wurde gemäß konventionellen Verfahren und einer konventionellen Vorrichtung bei der höchsten zulässigen Geschwindigkeit gesponnen.

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TABELLE II	Geschwindigkeit	Porosität
(m/min)	(Volumen-^)
Kontrolldraht (All)	0.110
762	0.025.
853	0.010
975 (Beispiel II, oben)	0.006
III6	O.OO3

Wenngleich die Ausführungsformen der Erfindung, die lediglich als besonders illustrative Beispiele angegeben sind, die Herstellung von Stahllegierungs-Drähten neuartiger Struktureigenschaften unter Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung betreffen, sind ähnliche Ergebnisse bei der Herstellung von Draht aus anderen Metallen und Metallegierungen erzifelbar.

Zusammenfassend ist beim kontinuierlichen Gießen geschmolzener Metalle zur Herstellung fadenförmigen Drahtes durch Extrudieren der Schmelze durch eine öffnung in Form eines Schmelzstrahles, welcher dann in ein festes Drahtprodukt verfestigt wird, die Porosität des erzeugten gegossenen Drahtproduktes beträchtlich verringert, wenn

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die Extrusionsgeschwindigkeit etwa 732 m/min, übersteigt. Gußdraht aus verschiedenen Stahllegierungen wurden mit Porositäten von weniger als 0,06 Volumen-^ erhalten. Dies wird durch eine verbesserte Düsenanordnung ermöglicht, welche eine sehr hohe Geschwindigkeit für den fadenförmigen Strahl erlaubt, ohne daß es dadurch zu Störungen im Schmelzstrahl kommt. ■

- 21 (Patentansprüche)

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Claims

Patentansprüche :

1. Mit hoher Geschwindigkeit gegossenes Drahtprodukt aus legiertem Stahl mit feinem Durchmesser und hoher Zugfestigkeit, gekennzeichnet durch eine Porosität von weniger als 0,06 Volumenprozent.

2. Gußdrahtprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der legierte Stahl von 0,3 bis 5,0 Gew.-% Aluminium oder von 0,5 bis 6,0 Gew.-% Silicium enthält.

3. Verfahren zum Herstellen eines mit hoher Geschwindigkeit gegossenen Drahtproduktes aus legiertem Stahl mit hoher Zugfestigkeit und feinem Durchmesser durch Extrusion eines fadenförmigen Schmelzstrahles aus einer im wesentlichen nichtviskosen Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der fadenförmige Schmelzstrahl unmittelbar in eine Zone unter Druck stehenden Inertgases extrudiert wird,

b) daß der fadenförmige Strahl zusammen mit. dem unter Druck stehenden Inertgas im Gleichstrom durch eine überschalldüse und in eine erste Zone geführt wird, die eine hautbildende gasartige Atmosphäre enthält, und

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c) daß der fadenförmige Strahl durch einen konvergierenden Durchgang in eine zweite Zone der hautbildenden Atmosphäre geführt wird.

¹J. Düsenanordnung zum Extrudieren eines fadenförmigen Strahls aus einer im wesentlichen nichtviskosen Schmelze zur Ausbildung von Fäden und Drähten, gekennzeichnet durch,

a) eine erste Platte,

b) eine zweite Platte, die im Abstand unterhalb der ersten Platte mit dieser zusammengesetzt ist,

c) eine dritte Platte, die unterhalb der zweiten Platte im Abstand mit dieser und der ersten Platte zusammengesetzt ist,

d) eine erste öffnung, die mittig in der ersten Platte angeordnet ist,

e) eine zweite öffnung, die mittig in der zweiten öffnung koaxial ausgerichtet zu der ersten öffnung angeordnet ist und Düsengestalt mit einem konvergierenden Eintrittsabschnitt einem mittleren Halsabschnitt und einem divergierenden Austrittsabschnitt aufweist, welcher einen eingeschlossenen Divergenzwinkel zwischen 4° und 12° hat,

f) eine dritte öffnung, die mittig in der dritten Platte koaxial zur ersten und zweiten öffnung ausgerichtet angeordnet ist und Wände aufweist, welche

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zu ihrem Austritt hin mit einem eingeschlossenen öffnungswinkel zwischen etwa 7 Grad bis 20 Grad konvergieren,

g) eine erste im wesentlichen geschlossene Kammer, die durch einen Spaltraum zwischen den einander zugewandten Flächen der ersten und zweiten Platte gebildet ist, wobei der Spaltraum eine Vertikalabmessung hat, welche im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Halsabschnittes der öffnung der zweiten Platte ist,

h) Mittel zum Zuführen eines alternierenden Gases unter Druck in die im wesentlichen geschlossene Kammer und in die zweite öffnung,

i) eine zweite im wesentlichen geschlossene Kammer, die durch einen Spaltraum zwischen den einander zugewandten Flächen der zweiten und dritten Platte gebildet ist,

j) Mittel zum Zuführen eines mit dem fadenförmigen Strahl reaktiven Gases in die zweite im wesentlichen geschlossene Kammer und in die öffnung in der dritten Platte.

5. Düsenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der zweiten öffnung um 5 - lOOmal größer als der Austrittsdurchmesser der ersten öffnung ist, daß der Durchmesser des Halsabschnittes der zweiten

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öffnung im wesentlichen gleich dem Austrittsdurchinesser der ersten öffnung 1st, daß das Verhältnis
von Austrittsdurchmesser der ersten Öffnung zu dem Halsdurchmesser der zweiten öffnung etwa 1,1 : 1,0 *- 1,5 : 1,0 betrögt, da& der eingeschlossene Divergenzwinkel In dem divergierenden Austrittsabschnitt der zweiten öffnung im Bereich von etwa 6 Grad Iris 8 Grad liegt und daß die Wände der öffnung der dritten Plätte zu dem Öffnungsäustritt mit einem eingeschlossenen Winkel von 10-15 Grad konvergieren.

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