DE2532875C3

DE2532875C3 - Method and device for crucible-free granulation of metals and metal alloys

Info

Publication number: DE2532875C3
Application number: DE19752532875
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Ing. Dr. 6233 Kelkheim Merz; Walter Dipl.-Ing. Dr. Ruckdeschel; Heinrich Dr. Winter
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1975-07-23
Filing date: 1975-07-23
Publication date: 1978-03-23
Also published as: DE2532875A1; DE2532875B2

Description

■\o Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf entsprechende Vorrichtungen /um ;iegellosen Granulieren von Metallen und Legierungen durch Abschleudern von Schmelzentröpfchen von einer selbstverzehrenden Elektrode in einem Lichtbogen. Einige besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens sind ebenfalls genannt. ■ \ o The invention relates to a method and corresponding devices / um; iegellosen granulation of metals and alloys by spinning of melts of droplets from a consumable electrode in an electric arc. Some particularly advantageous possible uses of this method are also mentioned.

Die Eigenschaften konventionell hergestellter Legierungen lassen sich oft verbessern, wenn man ihre Schmelzen verdüst oder versprüht und die extrem raschThe properties of conventionally made alloys can often be improved by using their Melts are atomized or sprayed, and extremely quickly

to erstarrten Teilchen im Anschluß daran durch Kompaktieren, Sintern, Walzen oder Strangpressen zu Fertigprodukten oder Halbzeug weiterverarbeitet. Das Gefüge der rasch aus der Schmelze erstarrten Teilchen weist keine groben Primärausscheidungen auf; oftto solidified particles afterwards by compacting, Sintering, rolling or extrusion processed into finished products or semi-finished products. That The structure of the particles, which rapidly solidify from the melt, does not show any coarse primary precipitations; often

4S erscheint es trotz hoher Legierungsanteile lichtoptisch homogen. Dies kann auf eine metastabile Erweiterung des Mischkristallbereiches und auf das Unterdrücken von Gleichgewichtsphasen zurückgeführt werden. In derartigen Legierungen lassen sich nach einer Wärmebehandlung diese Phasen in feinster Verteilung zur Ausscheidung bringen; dies ist oft mit einer Verbesserung mechanischer Eigenschaften, insbesondere bei höheren Temperaturen verbunden (Dispersionshärtung). Gegenüber den auf herkömmlichem Wege4S it appears optically despite the high alloy content homogeneous. This can be due to a metastable expansion of the mixed crystal area and to the suppression be returned from equilibrium phases. In such alloys, after a heat treatment bring these phases to excretion in finest distribution; this is often with an improvement mechanical properties, especially at higher temperatures (dispersion hardening). Compared to the conventional way

5s hergestellten Legierungen zeigt sich eine beachtliche Erhöhung der Plastizität, der bruchmechanischen Kennwerte und sehr oft auch der Korrosionsbeständigkeit. 5s produced alloys show a remarkable Increase in the plasticity, the fracture mechanical parameters and very often also the corrosion resistance.

In zunehmendem Maße werden durch Verdüsen oderIncreasingly, by atomizing or

<io Versprühungen Legierungen hergestellt, die sich auf konventionellem Wege nicht erzeugen lassen. So kann man Legierungen mit einer Mischungslücke im flüssigen Zustand mit einer homogenen Verteilung der Phasen herstellen, indem man diese bei Temperaturen oberhalb<io spraying alloys produced that are based on cannot be produced conventionally. So you can get alloys with a miscibility gap in the liquid Establish a state with a homogeneous distribution of the phases by keeping them at temperatures above

'■> der Mischungslücke verdüst oder versprüht. Aufgrund der raschen Erstarrung kommt es dann nicht mehr zu einer Entmischung.'■> the miscibility gap is atomized or sprayed. Because of The rapid solidification means that there is no longer any segregation.

Eine große Zahl von Metallen oder LegierungenA large number of metals or alloys

lassen sich allerdings nur unter Schwierigkeiten oder gar nicht verdüsen oder versprühen, da durch die hohe Temperatur und die Agressivität ihrer Schmelzen die bekannten Tiegel- und Düsenwerkstoffe zerstört und dabei die Schmelzen selbst kontaminiert würden.However, they can only be atomized or sprayed with difficulty or not at all, because of the high Temperature and the aggressiveness of their melts destroy the known crucible and nozzle materials and this would contaminate the melts themselves.

Legierungen, z. B. solche auf der Basis von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob.Tantal, Molybdän oder Wolfram müssen daher tiegelfrei granuliert werden. Dies gelang zum ersten Mal S. A b k ο w i t ζ (Metal Progress, April 1966, S. 62—65). Er arbeitete in einem Vakuum-Lichtbogenofen mit einer rotierenden selbstverzehrenden Elektrode, von der durch Zentrifugalkraft Schmelzentröpfchen abgeschleudert werden, die im freien Flug rasch erstarren. Dieses REP-Verfahren (Rotating Elektrode Process) hat jedoch eine Reihe von Nachteilen. Da bei diesem Verfahren die selbstverzehrende Elektrode mit hoher Geschwindigkeit rotieren muß, läßt sich keine kontinuierliche Zuführung der Elektrode verwirklichen. Nach dem Abschmelzen der Elektrode muß daher jedesmal die Apparatur mit Luft geflutet werden, um einen Elektrodenwechsel vornehmen zu können. Anschließend muß dann wieder mit Schutzgas gespült und die Apparatur evakuiert werden. Dieses bekannte Verfahren ist außerdem unwirtschaftlich, weil sich wegen des diskontinuierlichen Betriebes in entsprechenden Antigen grundsätzlich nur ein relativ kleiner Durchsatz erzielen läßt. Ferner bereitet die Herstellung der für dieses Verfahren erforc jrlichen Elektrode, nämlich einer über dem Querschnitt homogenen, selbstverzehrenden Elektrode aus im geschmolzenen Zustand nicht mischbaren Bestandteilen oder aus hochschmelzenden Metallen Schwierigkeiten.Alloys, e.g. B. those based on titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten must therefore be granulated without a crucible. This was the first time S. A b k ο w i t ζ (Metal Progress, April 1966, pp. 62-65). He worked in a vacuum arc furnace with a rotating one consumable electrode, from which droplets of melt are thrown off by centrifugal force, which freeze quickly in free flight. However, this REP (Rotating Electrode Process) has a number of features of disadvantages. In this method, since the consumable electrode rotates at high speed continuous feeding of the electrode cannot be achieved. After melting the The apparatus must therefore be flooded with air each time to change the electrode to be able to. Then it must then be flushed again with protective gas and the apparatus evacuated. This known method is also uneconomical because because of the discontinuous operation in corresponding antigen can basically only achieve a relatively small throughput. Furthermore, the Manufacture of the necessary for this process Electrode, namely a self-consuming electrode that is homogeneous over its cross-section and made of molten material Condition immiscible ingredients or from refractory metals difficulties.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Schwierigkeiten zu überwinden und ein kontinuierliches Verfahren zum tiegellosen Granulieren von Metallen und Legierungen zu entwickeln. Auf diese Weise sollte vor allem die Wirtschaftlichkeit des gesamten Herstellungsvorganges erheblich erhöht werden.The present invention is based on the object of overcoming the aforementioned difficulties and a continuous process for crucible-free granulation of metals and alloys to develop. In this way, the economy of the entire manufacturing process should above all can be increased significantly.

Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe mit dem im Anspruch 1 beschriebenen Verfahren in überraschend einfacher Weise lösen läßt. Erfindungsgemäß wird also bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch ein erheblicher technischer Fortschritt erreicht, daß auf das im Lichtbogen aufgeschmolzene Material mit Hilfe eines magnetischen Drehfeldes eine von der Elektrode weg gerichtete, das Abschleudern von Teilchen herbeiführende oder unterstützende Kraft ausgeübt wird. Dadurch wird die Verwendung einer feststehenden selbstverzehrenden Elektrode — anstelle der schnell rotierenden Elektrode nach dem erläuterten REP-Verfahren — ermöglicht, was eine Reihe von sehr wichtigen, im folgenden noch näher erläuterten Vorzügen zur Folge hat.It has now been shown that this task with the method described in claim 1 in can be solved in a surprisingly simple manner. According to the invention, in a method, the initially introduced mentioned type thereby achieved a considerable technical progress that on that in the arc melted material with the help of a rotating magnetic field directed away from the electrode, the Throwing off particles causing or supporting force is exerted. This will make the Use of a stationary consumable electrode - instead of the rapidly rotating electrode according to the explained REP procedure - which enables a number of very important ones, in the following the advantages explained in more detail.

Einige vorteilhafte Ausführungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 geschildert.Some advantageous embodiments of the method according to the invention are in the dependent claims 2 to 9 outlined.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich die Vorrichtungen verwenden, deren Besonderheiten in den Ansprüchen 10 bis 13 genannt sind.To carry out the method according to the invention, the devices can be used whose Special features in claims 10 to 13 are mentioned.

Schließlich wird in den Ansprüchen 14 bis 18 noch auf einige erfolgreiche Verwendungsmöglichkeiten des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung hingewiesen.Finally, claims 14 to 18 also refer to some successful uses of the method and device according to the invention pointed out.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwesidungsmöglichkeiten der Erfindung können aus den folgenden Erläuterungen weiterer Einzelheiten sowie aus derFurther features, advantages and options for being present of the invention can from the following explanations of further details as well as from the

nachstehenden Beschreibung an Hand der Abbildungen von Vorrichtungen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entnommen werden.the following description with reference to the illustrations of devices for carrying out the invention Procedure can be taken.

An die erfindungsgemäß verwendbare selbstverzehrende Elektrode, die feststeht, richtiger gesagt: nicht rotiert, jedoch kontinuierlich in axialer Richtung nachgeführt wird, werden nur geringe mechanische Anforderungen im Vergleich zu einer rotierenden Elektrode gestellt. Die Elektrode kann z. B. aus einem biegsamen Zylinder oder Draht bestehen, der sich kontinuierlich in die evakuierte Kammer des Vakuum-Lichtbogenofens einführen läßt. Somit sind die Voraussetzungen für die Verwirklichung eines kontinuierlichen, wirtschaftlichen Granulierverfahrens gegeben.To the self-consuming that can be used according to the invention Electrode that is fixed, or more correctly: does not rotate, but continuously in the axial direction is tracked, there are only minor mechanical requirements compared to a rotating one Electrode placed. The electrode can e.g. B. consist of a flexible cylinder or wire, which can be introduced continuously into the evacuated chamber of the vacuum arc furnace. Thus are the prerequisites for the realization of a continuous, economical granulation process.

Selbstverzehrende Elektroden aus nicht in der Schmelze mischbaren Legierungsbestandteilen lassen sich erfindungsgemäß durch Füllen eines Rohres aus der einen Komponente, oder einer gutverformbaren Vorlegierung, mit einem Pulver aus der oder den anderen Komponenten oder durch Verdrillen von Drähten der einen Komponente mit Drähten der anderen Komponente herstellen. Derartig aufgebaute Elektroden wären für das zuvor erläuterte bekannte REP-Verfahren nicht geeignet, weil ihre mechanische Stabilität und Massenverteilung, wenn diese Elektroden in schnelle Rotation versetzt würden, Unwuchten zur Folge hätten, die zum Schlagen der Elektrode und zum Umknicken führen müßten.Leave self-consuming electrodes made of alloy components that are immiscible in the melt according to the invention by filling a pipe from one component or a readily deformable master alloy, with a powder of the other component or components or by twisting wires of the make one component with wires from the other component. Electrodes constructed in this way would be not suitable for the previously explained known REP process because its mechanical stability and mass distribution, if these electrodes were set in rapid rotation, imbalances would result, which for the Hit the electrode and lead to kinking.

Erfindungsgemäß wird nun das Abschleudern der Schmelzenteilchen von einer nichtrotierenden selbstverzehrenden Elektrode mit Hilfe eines magnetischen Drehfeldes und/oder mit Hilfe von Lichtbogenkräften herbeigelührt, die die Wirkung eines magnetischen Drehfeldes besitzen.According to the invention, the spinning off of the melt particles from a non-rotating self-consuming Electrode with the help of a rotating magnetic field and / or with the help of arc forces brought about, which have the effect of a rotating magnetic field.

Das Drehfeld wird beispielsweise durch drei mit Dreiphasenstrom gespeiste Elektromagnete erzeugt, die in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind. Der magnetische Vektor des Drehfeldes läuft bei Verwendung von Wechselstrom mit der Frequenz von 50 Hz 50mal in der Sekunde um. Er überlagert sich mit dem Vektor des elektrischen Stromes, der seine Fortsetzung im Lichtbogen findet. Der daraus resultierende Kraftvektor läuft mit der gleichen Drehzahl um die Achse der selbstverzehrenden Elektrode um. Diese Kräfte und die dadurch entstehenden Fliehkräfte reißen Schmelzentröpfchen von der Spitze der selbstvcrzehrenden Elektrode und schleudern sie in den umgebenden evakuierten Behälter ab. Bei der Verwendung von zusammengesetzten Elektroden aus in der Schmelze nicht mischbaren Komponenten reicht bei richtiger Einstellung die Bogentemperatur aus, um die abgeschleuderten Schmelzenteilchen über die Mischungslükke in den Bereich der völligen gegenseitigen Löslichkeit zu erhitzen.The rotating field is generated, for example, by three electromagnets fed with three-phase current, which are arranged at an angle of 120 ° to each other. The magnetic vector of the rotating field is included Use of alternating current with the frequency of 50 Hz 50 times a second. It overlaps with the vector of the electric current, which is continued in the arc. The resulting The force vector revolves around the axis of the self-consuming electrode at the same speed. These Forces and the resulting centrifugal forces tear droplets of melt from the tip of the self-consuming Electrode and eject it into the surrounding evacuated container. When using Composite electrodes made from components that are immiscible in the melt is sufficient with correct Adjustment of the arc temperature to allow the thrown off melt particles over the mixing gap to heat in the area of complete mutual solubility.

Es stellte sich heraus, daß sich auch dann ein magnetisches Drehfeld herausbildete bzw. die Wirkung eines magnetischen Drehfeldes eintrat, wenn mit sehr hohen Stromdichten im Lichtbogen gearbeitet wurde, d. h. bei hohen Stromstärken bezogen auf den Querschnitt der selbstverzehrenden Elektroden und kleinen effektiven Querschnitten dieser Elektrode von z. B. weniger als 30 mm². Auch ohne Überlagerung mit einem magnetischen Drehfeld ergab sich dabei ein Abschleudern von Schmelzentröpfchen allein auf Grund der im Lichtbogen auftretenden Kräfte. Bei Strahldraht mit einem Durchmesser von 1,2 mm tritt dieser Effekt unter dem Schutzgas CO2 bei spezifischen Stromstärken von mehr als 300 A/mm² auf. Die erforderlicheIt turned out that a rotating magnetic field also developed or the effect of a rotating magnetic field occurred when working with very high current densities in the arc, i.e. at high current strengths based on the cross-section of the self-consuming electrodes and small effective cross-sections of this electrode of z. B. less than 30 mm ² . Even without superimposition with a rotating magnetic field, there was a throwing off of melt droplets solely due to the forces occurring in the arc. In the case of beam wire with a diameter of 1.2 mm, this effect occurs under the protective gas CO2 at specific currents of more than 300 A / mm ² . The required

Stromstärke hängt dabei außer vom Drahtdurchmesser vom Werkstoff und von dem verwendeten Schutzgas ab.In addition to the wire diameter, the current strength depends on the material and the shielding gas used.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eröffnet sich die Möglichkeit, in wirtschaftlicher Weise z. B. Aluminium-Blci-Legicrungen mit bis zu 35 Gew.-% Blei herzustellen, das in feinster Verteilung in der Aluminiuminalrix eingelagert ist.With the method according to the invention opens up the possibility of economically z. B. Aluminum Blci Legicrungen with up to 35 wt .-% lead, which is finely distributed in the aluminum alrix is stored.

Dieser Werkstoff ist zur Herstellung von Gleitlagern von Bedeutung. Die dazu erforderliche selbstvcrzehrende Elektrode kann aus einem Aluminiumrohr mit einer κ, Bleiseele bestehen, eine Kombination, die durch Einmanteln eines Bleidrahtes in einen Aluminiumstreifen kontinuierlich hergestellt und der Anlage zugeführt werden kann. Auch eine stranggepreßte Mischung aus Aluminiumgranulat und Bleigranulat oder ein Bündel is aus Drähien und Blei kann Verwendung finden.This material is important for the manufacture of plain bearings. The necessary self-consuming Electrode can be made of an aluminum tube with a κ, Lead core, a combination made by encasing a lead wire in an aluminum strip can be continuously produced and fed to the system. Also an extruded blend of Aluminum granules and lead granules or a bundle is made of wire and lead can be used.

Zur Herstellung von supraleitenden Legierungen — z. B. von Legierungen auf der Basis von Kupfer — müssen 5 bis 20 Gew.-% Vanadium oder Niob im Kupfer in Lösung gebracht werden; die Temperatur der Mischungslücke in den Systemen Cu-V und Cu-Nb reicht bis weit über 2000⁰C. Bei den im Lichtbogen herrschenden Temperaturen von über 3000⁰C gehen diese Legierungsbestandteile in der Kupferschmelze in Lösung und bleiben aufgrund der raschen Erstarrung 2s der abgeschleuderten Schmelzentröpfchen in gleichmäßiger und feinster Verteilung in dem resultierenden Granulat verteilt. Dam.l lassen sich supraleitende Legierungen auf der Basis von Kupfer herstellen, die insbesondere nach Zusätzen von Al, Si, Ga. Ge oder Sn Sprungtemperaturen im Bereich der Temperatur des flüssigen Wasserstoffes und kritische magnetische Feldstärken H,-2 im Megagaußbereich erreichen.For the production of superconducting alloys - z. B. of alloys based on copper - 5 to 20 wt .-% vanadium or niobium must be brought into solution in the copper; the temperature of the miscibility gap in the systems Cu-V and Cu-Nb reaches well over 2000 ^° C. At the temperatures of over 3000 ^° C. in the arc, these alloy components dissolve in the copper melt and remain 2s of the spun off due to the rapid solidification Melt droplets distributed evenly and finely in the resulting granules. Dam.l superconducting alloys based on copper can be produced, which, especially after the addition of Al, Si, Ga. Ge or Sn, reach transition temperatures in the range of the temperature of liquid hydrogen and critical magnetic field strengths H, -2 in the megagaussian range.

In vielen Fällen reicht die Erstarrungsgeschwindigkeit der von der selbstverzehrenden Elektrode in den umgebenden evakuierten Behälter abgeschleuderten Schmelzenteilchen zur Erzielung eines metastabil erweiterten Mischkristallbereiehes noch nicht aus. Zu diesem Zweck werden in den umgebenden evakuierten Behälter wassergekühlte Kupferplatten angeordnet, die senkrecht und konzentrisch um die Achse der selbstverzehrenden Elektrode angeordnet sein können und einen kleinen Wimkel mit den auftreffenden Schmelzenteilchen bilden; diese ziehen sich auf den wassergekühlten Kupferplatten zu äußerst rasch erslarrenden »splat foils« oder »Sprühfolien« auseinander. Die Herstellung derartiger Sprühfolien aus refraktären Metallen und Legierungen war daher bisher noch nicht möglich.In many cases the rate of solidification is sufficient thrown from the self-consuming electrode into the surrounding evacuated container Melt particles to achieve a metastable expanded mixed crystal range is not yet sufficient. to For this purpose, water-cooled copper plates are placed in the surrounding evacuated container, which can be arranged vertically and concentrically around the axis of the consumable electrode and form a small pinnacle with the impinging melt particles; these draw on the Separate water-cooled copper plates into "splat foils" or "spray foils", which can be quickly revealed. The production of such spray foils from refractory metals and alloys was therefore not yet available possible.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelang die Herstellung von duktilen Chromlegierungen. Bisher zeigte nur hochreines und teures Jodidchrom bei Raumtemperatur eine gute Duktilität. Legierungen auf der Basis technischer Chromqualitäten — es wird dafür zumeist Elektrolytchrom eingesetzt — weisen jedoch durchweg eine Übergangstemperatur duktil-spröde auf, die oberhalb von etwa 700° C liegt Wird eine derartige Legierung, 2. B. mit der folgenden Zusammensetzung (in Gewichtsprozent): With the method according to the invention it was possible to produce ductile chromium alloys. So far, only highly pure and expensive iodine chromium has shown good ductility at room temperature. Alloys based on technical chrome qualities - electrolyte chrome is mostly used for this purpose - however, have a ductile-brittle transition temperature that is above around 700 ° C. If such an alloy, 2. B. with the following composition (in percent by weight):

Cr - 30% Fe - 1,8% HfN - 0.2% CeCr - 30% Fe - 1.8% HfN - 0.2% Ce

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nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Granulat verarbeitet, kompakliert, in Eisenblech eingemantelt und nach dem Evakuieren des Mantels stranggepreßt, so ist das resultierende Halbzeug auch bei Raumtemperatür duktil. Vorteilhafterweise erfolgt in diesem Fall die Herstellung der selbstverzehrenden Elektrode durch Füllen eines Eisenrohres mit den Legierungsbestandteilen Elcktrolytchrom und den weiteren Zusätzen. Beim Granulieren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich dann eine ausgezeichnete Vermischung der Legierungsbestand teile. processed into granules by the process according to the invention, compacted, encased in sheet iron and extruded after evacuation of the jacket, the resulting semi-finished product is ductile even at room temperature. In this case, the self-consuming electrode is advantageously produced by filling an iron tube with the alloy constituents electrolyte chromium and the other additives. When granulating by the method according to the invention, there is then excellent mixing of the alloy constituents parts.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ferner möglich. Supcrlcgierungcn auf der Basis von Nickel oder Kobalt mit verbesserter Duktilität und höherer Warmfestigkeit herzustellen. Dies wiederum erlaubt die Erhöhung von Legierungsbestandteilen, die für eine gute Zeitstandsgestigkeit unentbehrlich sind, aber die Duktilität beeinträchtigen. So können ohne Einschränkung der Duktilität die Anteile an Wolfram nahezu verdoppelt werden. Auch hier bietet sich die direkte Erschmelzung der Legierung aus den Komponenten durch Verwendung von gefüllten Nickel- oder Kobaltrohren als sclbstvcrzehrende Elektrode an.It is also possible with the method according to the invention. To produce superalloys based on nickel or cobalt with improved ductility and higher heat resistance. This in turn allows an increase in alloy components, which are essential for good creep strength, but which impair ductility. In this way, the proportion of tungsten can be almost doubled without restricting ductility. Here, too, the direct melting of the alloy from the components by using filled nickel or cobalt tubes as self-consuming electrodes is recommended.

Von Bedeutung ist das erfindungsgemäßc Verfahren für die Pulvermetallurgie des Titans und seiner Legierungen. Ein völlig gleichmäßiges Titanpulver aus blättchenförmigen Granulat war bisher kaum herstellbar. Gerade diese Granulatform eignet sich zum Verpresscn und Sintern, da mit relativ niedrigen Drucken ein dichter Formkörper herstellbar ist. Besondere Schwierigkeiten bereitete bisher die Herstellung von Granulaten aus hochniobhaltigen Titanlegicrungen und Hochaluminiumhaitigen Titanlegierungen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich dahingegen in einfacher Weise große Mengen dieser Granulate sowohl in Kugelform als auch in Form von Blättchen herstellen. Das aus diesen Granulaten erzeugte Halbzeug weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber den in der herkömmlichen Weise hergestellten Titanlcgierungen auf. So wurden zur Herstellung der bei Raumtemperatur spröden Legierungen (in Gewichts-%) The process according to the invention is important for the powder metallurgy of titanium and its Alloys. A completely uniform titanium powder made of flake-form granules has previously hardly been producible. It is precisely this form of granulate that is suitable for pressing and sintering, since it has a relatively low level Printing a dense molded body can be produced. Production has presented particular difficulties so far of granulates made of high niobium titanium alloys and high aluminum titanium alloys. With the method according to the invention, on the other hand, large amounts of these can be removed in a simple manner Manufacture granules both in spherical form and in the form of flakes. That from these granules The semi-finished product produced has a number of advantages over those produced in the conventional manner Titanium alloys. For the production of alloys that are brittle at room temperature (in% by weight)

Ti - 17,5Nb- 15% Al
und Ti-7,5 Nb-30% AlTi - 17.5Nb - 15% Al
and Ti-7.5 Nb-30% Al

zunächst Drähte aus Titan, Niob und Aluminium zu einer selbstverzehrenden Elektrode verdrillt, anschließend nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Granulat verarbeitet und danach eingemantelt, evakuiert und stranggepreßt. Das Halbzeug der ersten Legierung wies dann nach Raumtemperatur eine Dehnung von 9% auf, während mit bekannten Verfahren hergestelltes Material eine Dehnung von weniger als 0,5% besitzt. Das Halbzeug der zweiten Legierung, die normalerweise völlig spröde ist, zeigte bei Raumtemperatur eine Dehnung von 3%. Derartige Legierungen auf der Basis von Titan können bis zu Temperaturen von 800 bzw. 1100⁰C an Luft eingesetzt werden und weisen eine Zeitstandsfestigkeit und Heißgaskorrosionsbeständigkeit auf, die der bekanntet Superlegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt gleichkommt; dahingegen ist das spezifische Gewicht dieser Legierungen etwa nur halb so groß wie das dei Superlegierungen. Sie eignen sich daher besonders zurr Einsatz als Turbinenschaufeln. First, wires made of titanium, niobium and aluminum are twisted to form a self-consuming electrode, then processed into granules by the method according to the invention and then encased, evacuated and extruded. The semifinished product of the first alloy then had an elongation of 9% after room temperature, while material produced using known processes had an elongation of less than 0.5%. The semi-finished product of the second alloy, which is normally completely brittle, showed an elongation of 3% at room temperature. Such alloys based on titanium can be used up to temperatures of 800 and 1100 ⁰ C in air, and have a creep rupture strength and hot gas corrosion resistance, which is tantamount to the bekanntet superalloys based on nickel or cobalt; on the other hand, the specific weight of these alloys is only half that of the superalloys. They are therefore particularly suitable for use as turbine blades.

In den Abbildungen zeigt in schematischer VereinfachungIn the figures shows in schematic simplification

Fig. 1 in Seitenansicht und Schnittdarstellung der prinzipiellen Aufba» einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,Fig. 1 in side view and sectional view of basic structure of a device for carrying out the method according to the invention,

F i g. 2 in der Aufsicht bzw. im Schnitt senkrecht zi der Elektrodenachse die Anordnung der Kühlbleche undF i g. 2 in plan view or in section perpendicular to zi the arrangement of the cooling plates and the electrode axis

F i g. 3 in vergrößerter Teildarstellung den abschmelF i g. 3 in an enlarged partial illustration of the amel

zenden Teil der Elektrode beim Arbeiten mit sehr hohen Stromstärken bezogen auf den Querschnitt der Elektrode.zenden part of the electrode when working with very high currents related to the cross-section of the Electrode.

Nach der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die selbstverzehrende Elektrode 2 auf einer Rolle 1 aufgewickelt und wird kontinuierlich über eine elektronisch gesteuerte Vorschubeinrichtung 3 durch Dichtungen 4 in das Innere des evakuierten Behälters 10 eingeführt. Die Abdichtung erfolgt dabei nach dem Prinzip der Kaskadendichtung. Der Strang der selbstverzehrenden Elektrode 2 durchläuft drei aufeinanderfolgende Kammern 5, die getrennt evakuiert werden.According to the device shown in FIG. 1 for carrying out the method according to the invention the consumable electrode 2 is wound on a reel 1 and is continuously via an electronic controlled feed device 3 through seals 4 into the interior of the evacuated container 10 introduced. The sealing is carried out according to the principle of the cascade seal. The strand of self-consuming Electrode 2 passes through three successive chambers 5, which are evacuated separately.

Die Magneten 8 zur Erzeugung des magnetischen Drehfeldes sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung außerhalb des Behälters 10 angeordnet. Die Wandung dieses Behälters 9 ist hier wassergekühlt.The magnets 8 for generating the rotating magnetic field are in the illustrated embodiment of the invention arranged outside the container 10. The wall of this container 9 is here water-cooled.

Die selbstverzehrende Elektrode ist zusätzlich durch eine ringförmige Halterung 7 geführt, bevor sie in den Bereich des Lichtbogens 11 eintritt, der durch das Magnetfeld auseinandergezogen wird.The consumable electrode is also passed through an annular holder 7 before being in the Area of the arc 11 occurs, which is pulled apart by the magnetic field.

Die Gegenelektrode wurde nach F i g. 1 in Form eines feststehenden, tassenförmigen Körpers 12 ausgebildet, der aus Kupfer besteht, wassergekühlt ist, und über einen ringförmigen Rand 13 aus Wolfram verfügt. Die abgeschleuderten Schmelzentröpfchen 14, deren Bahn mit 14' symbolisiert ist, treffen unter einem kleinen Winkel auf wassergekühlte Kupferplatten 15 auf und fallen als Sprühfolien in den unteren, abnehmbaren Teil 16 des Behälters 10.The counter electrode was made according to FIG. 1 in the form of a formed fixed, cup-shaped body 12, which is made of copper, is water-cooled, and about has an annular rim 13 made of tungsten. The thrown off melt droplets 14, their path is symbolized by 14 ', meet at a small angle on water-cooled copper plates 15 and fall as spray films into the lower, removable part 16 of the container 10.

Die relative Lage der zuvor erläuterten Kühlbleche 15 zu der Flugbahn 14' der Schmelzentröpfchen 14 und zu der Achse der Elektrode 2 ist aus F i g. 2 ersichtlich.The relative position of the previously explained cooling plates 15 to the trajectory 14 'of the melt droplets 14 and to the axis of the electrode 2 is shown in FIG. 2 can be seen.

Bei den Arbeiten mit sehr hohen Stromstärken pro Querschnittseinheit biegt sich, wie Fig. 3 zeigt, das stark aufgeheizte Ende der selbstverzehrenden Elektrode 17 seitlich aus und läuft etwa um 100- bis lOOOmal pro Sekunde um; es werden dabei feinste Schmelzentröpfchen 19 abgeschleudert.When working with very high currents per cross-sectional unit, as shown in FIG. 3, the The strongly heated end of the self-consuming electrode 17 runs out to the side and runs about 100 to 100 times per Second around; very fine melt droplets 19 are thrown off.

Mit dieser zuletzt beschriebenen Ausführungsart der Erfindung läßt sich ein beträchtlicher Durchsatz in der Größenordnung von 100 kg/h erzielen, da die Fördergeschwindigkeit der Elektrode 17 in die Anlage bis auf Werte in der Größenordnung von etwa 1 m/s gesteigert werden kann. Mit dieser Verfahrensweise lassen sich Granulatteilchen mit einem mittleren Durchmesser bis zu wenigen μίτι herstellen; dies ließ sich mit den bisher bekannten Granulierverfahren nicht realisieren.With this last-described embodiment of the According to the invention, a considerable throughput of the order of 100 kg / h can be achieved, since the conveying speed of the electrode 17 in the system is increased to values in the order of magnitude of about 1 m / s can be. With this procedure, granulate particles with an average diameter of up to produce too few μίτι; this could be done with the hitherto do not realize known granulation processes.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for crucible-free granulation of metals and alloys by spinning off Melt droplets from a self-consuming electrode in an arc, characterized in that that aul in the arc (11, 18) melted material with the help of a Magnetic rotating field a directed away from the electrode (2, 17), the throwing off of particles (14, 19) causing or supporting force is exerted.

2. The method according to claim 1, characterized in that the rotating magnetic field mil aid is generated by electromagnets (8) arranged concentrically around the electrode.

3. The method according to claim 2, characterized in that the rotating magnetic field with the aid is generated by three electromagnets (8), each offset by 120 °, with three-phase Alternating current are fed, with a rotating with the frequency of the alternating current A rotating field is created.

4. The method according to claim 1, characterized in that by setting high Strcmdichten the rotating magnetic field is generated in the arc (18).

5. The method according to claim 4, characterized in that current densities over about 200 A / mm- ' can be set.

6. The method according to any one of claims 1-5, characterized in that the self-consuming Electrode (2.17) is continuously tracked.

7. The method according to any one of claims 1-6, characterized in that as self-consuming Electrode (2, 17) a tube is used which is filled with the alloy components.

8. The method according to any one of claims 1 - 1>, characterized in that as the self-consuming electrode (2, 17) a bundle of wires from the Components of the alloy is used.

9. The method according to any one of claims 1-b, characterized in that for the production of Consuming electrode (2, 17) mixed and mixed the individual alloy components in powder form then be pressed.

10. Device for carrying out the method according to any one of claims 1-9, characterized in that that around the self-consuming electrode (2, 17) cooling plates (15), for. B. water-cooled copper sheets, are arranged on which the thrown off melt droplets (14,19) under a small Hitting angles.

11. The device according to claim 10, characterized characterized in that the cooling surfaces (15) are concentric to the self-consuming electrode (2, 17) are arranged.

12. Apparatus according to claim 10 and 11, characterized characterized in that the counter electrode is in the form of a stationary, water-cooled, cup-shaped Body (12) is made of copper and has an upper edge (13) made of tungsten.

13. Device for carrying out the method according to one of claims 1-3, characterized in that this is an evacuated container (10) has, in which the melting, spinning off and solidification of the particles takes place, and that the

Magnetic rotating field generating magnets (8) are arranged outside this container (10).

14. Use of the method or the device according to any one of claims 1-13 for Production of granulates of an aluminum alloy with up to 35 wt .-% lead.

15. Use of the method or apparatus according to one of claims 1 to 13 for the production of granules of superconducting alloys based on copper with proportions of up to 25% by weight vanadium or niobium and additives of aluminum, silicon. Gallium, germanium or tin.

16. Use of the method or the device according to any one of claims 1-13 for Manufacture of ductile alloy granules based on chromium.

17. Use of the method or apparatus according to one of claims 1 to 13 for the production of granules of superalloys based on nickel or cobalt.

18. Use of the method or apparatus according to one of claims 1 to 13 for the production of granules from titanium or titanium alloys.