DE2853202A1 - Verbessertes verfahren zur herstellung thixotroper aufschlaemmungen - Google Patents

Verbessertes verfahren zur herstellung thixotroper aufschlaemmungen

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DE2853202A1
DE2853202A1 DE19782853202 DE2853202A DE2853202A1 DE 2853202 A1 DE2853202 A1 DE 2853202A1 DE 19782853202 DE19782853202 DE 19782853202 DE 2853202 A DE2853202 A DE 2853202A DE 2853202 A1 DE2853202 A1 DE 2853202A1
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induced
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Michael Joseph Pryor
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Joseph Winter
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Description

Verbessertes Verfahren zur Herstellung thixotroper Aufschlämmungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Herstellen und Austragen einer halbfesten thixotropen Metallaufschlämmung zur Verwendung in Metallformungsprozessen.
Die derzeit eingesetzten gewerblichen Metallformungsverfahren verwenden entweder vollständig flüssige oder vollständig feste Metalle. Metallformungsprozesse wie das Sand- oder Spritzgießen und dergl. verwenden vollständig flüssige Metalle, während man beim Schmieden, Auspressen usw. vollständig festen Werkstoff einsetzt. Die bekannten Gießverfahren, bei denen ein Metall in den flüssigen Zustand gebracht und dann in eine Form gegossen oder gedrückt wird, haben eine Anzahl von Nachteilen. Wenn beim Gießen die Flüssigkeit fest wird, tritt eine Schrumpfung von etwa 5 % auf, die zu Spannungen führt, die ihrerseits Risse und Porosität im Gußstück verursachen können. Weiterhin wirkt die flüssige Schmelze auf die Formen stark erodierend und die hohe Temperatur der Schmelze und ihre Erosionskraft machen das Spritz-
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gießen einiger hochschmelzender Legierungen schwierig. Diese Nachteile lassen sich abschwächen, indem man eine kontrollierte halbfeste Mischung in Form einer fchixotropen Aufschlämmung gießt. Bisher hat man in Formgebungsverfahren halbfeste Metalle nicht eingesetzt,, da bei der üblichen Verfestigung von Metallen eine dendritische Netzstruktur sich schon bildet, wenn die Legierung nur zu 20 % verfestigt ist. Ein solches teilverfestigtes Metall läßt sich nicht ohne Rißbildung oder Seigern homogen verformen.
Die Metallzusammensetzung einer thixotropen Aufschlämmung enthält primäre feste diskrete Teilchen und eine sekundäre Phase, die bei eingefrorener ("frozen") Metallzusammensetzung fest und bei teils fester und teils flüssiger Metallzusammensetzung flüssig ist. Die primären Festteilchen sind kleine degenerierte Dendriten oder Klümpchen ("nodules") allgemein kugeliger Gestalt. Sie setzen sich aus einer einzigen Phase oder einer Vielzahl von Phasen zusammen, deren Zusammensetzung im Mittel sich von der durchschnittlichen Zusammensetzung des umgebenden Material unterscheidet, das seinerseits bei weiterer Verfestigung aus einer primären und einer sekundären Phase bestehen kann. Die in der Zusammensetzung erhaltenen Primärfeststoffe unterscheiden sich von normalen dendritischen Strukturen dahingehend, daß sie aus diskreten Teilchen in einem flüssigen Einbettmaterial ("matrix") bestehen. Normalerweise weisen verfestigte Legierungen in den frühen Stadien der Ver-
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festigung voneinander getrennte verzweigte Dendriten auf, die sich bei sinkender Temperatur und zunehmendem Gewichtsanteil der Feststoffe zu einem Netzgefüge verbinden. Andererseits besteht das in thixotropen Metallaufschlänunungen erhaltene Gefüge aus diskreten Primärteilchen, die voneinander von einem flüssigen Einbettmaterial getrennt sind, und dies bis zu einem Festanteil bis hinauf zu 80 Gew.-%. Die Primärfestanteile sind dabei degenerierte Dendriten, da sie glattere Oberflächen und eine schwächere Verzweigung aufweisen; sie nähern sich der Kugelgestalt. Der sekundäre Feststoff, der sich während der Verfestigung nach dem Bilden des primären Feststoffs aus dem flüssigen Einbettmaterial bildet, enthält eine oder mehrere Phasen derjenigen Art, die man während der Verfestigung der flüssigen Legierung in gewerbeüblichen Gußverfahren erhält. D.h., der sekundäre Feststoff kann Dendriten, ein- oder mehrphase Verbindungen, feste Lösungen oder Mischungen von Dendriten, Verbindungen und/oder feste Lösungen aufweisen.
Das bekannte, zur Herstellung einer wie oben beschriebenen thixotropen Aufschlämmung verwendete Verfahren ist in den US-PSn 3 948 650 und 3 902 544 offenbart. Hierbei erhöht man die Temperatur einer Legierung auf einen Wert, bei dem die Legierung zum größten Teil oder vollständig flüssig ist, und bewegt bzw. rührt dann das flüssige bzw. halbfeste Metall.
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Die Temperatur der Schmelze wird reduziert, um den Festanteil zu erhöhen, während man die Schmelze rührt bzw. bewegt, um diskrete degenerierte Dendriten zu bilden, während man die Bildung eines Dendritennetzwerks verhindert. Es ist erforderlich, daß die vom Bewegen bzw. Rühren erzeugten Scherwerte ausreichen, um das Dendritennetzwerk aufzubrechen, das sich während der Verfestigung normalerweise bildet, und eine Aufschlämmung aus in einer Flüssigkeit dispergierten festen Kügelchen zu bilden. Wie in den obengenannten Patentschriften offenbart, ist die bevorzugte Vorrichtung zum Bewegen bzw. Rühren der Schmelzmetallaufschlämmung ein Metallstab, der in ein zylindrisches Rohr bzw. eine solche Kammer eingeführt ist, das bzw. die die sich verfestigende Legierung enthält. Um die erforderlichen Scherraten zu erzeugen, die zum Aufbrechen des Dendritennetzwerks beim mechanischen Rühren führen, wie in den genannten Patentschriften gelehrt, sind zwei Parameter kritisch. Zunächst muß man, um die erforderlichen Scherraten im Bereich des Rührstabs zu erzeugen, den Stab mit Geschwindigkeiten im Bereich von 1000 U/min umlaufen lassen. Da weiterhin die effektive Scherrate in der Aufschlämmung in radial vom Stab entfernten Bereichen schnell abnimmt, ist zweitens von einem kritischen Ringwinkel zwischen dem Stab und der das Metall einfassenden Zylinderwand auszugehen, den man aufrechterhalten muß, um die erforderliche Scherrate innerhalb der gesamten
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Metallaufschlämmung beizubehalten. Als Ergebnis dieses Vorgangs wird der Rührstab stark abgenutzt und erodiert; als Ergebnis der kritischen Spaltgröße zwischem dem Stab und dem Zylinderrohr ist außerdem der Volumendurchsatz sehr begrenzt. Infolge dieser Nachteile der Verfahren nach den oben genannten Patentschriften ist die Herstellung thixotroper Aufschlämmungen für das "Rheocasting"- und das "Thixocasting"-Verfahren bisher gewerblich kaum genutzt worden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Herstellen und Austragen halbfester thixotroper Metallauf schlämmungen zur Verwendung in Gießprozessen, die große Volumina der halbfesten Aufschlämmung einbringen.
Es ist also das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Schwingenlassen einer Metallschmelze während der Verfestigung anzugeben, um eine hochfließfähige halbfeste Aufschlämmung mit einer degenerierten Dendritenstruktur aus in einer Flüssigkeit dispergierten festen Kügelchen herzustellen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer thixotroper Aufschlämmung anzugeben, die ein Austragen der halbfesten Aufschlämmung mit hoher Strömungsrate erlaubt.
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Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein wirkungsvolles wirtschaftliches und gewerblich geeignetes Verfahren zum Herstellen und Austragen halbfester thixotroper Flüssigkeiten für Metallformgebungsverfahren anzugeben.
Die vorgehend genannten Ziele und Vorteile lassen sich mit der vorliegenden Erfindung leicht erreichen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein neuartiges und bisher nicht bekanntes Verfahren mit Vorrichtung zum Herstellen und Austragen halbfester thixotroper Metallaufschlämmungen unter Ausnutzung elektromagnetischer Kräfte dar, um die Schmelze in Schwingung zu versetzen, während man ihre Abkühlrate unter Kontrolle hält. Nach dem Verfahren sieht man eine Metallcharge vor, die mindestens 35 % flüssig ist, und hält diese durch elektromagnetische oder mechanische Mittel in einem ausreichend starken elektromagnetischen Feld, um die zum Aufbrechen der dendritischen Netzstruktur erforderlichen Scherraten zu erzeugen. Während des Beaufschlagens mit elektromagnetisch erzeugten Schwingungen wird die Abkühlrate des Metalls so kontrolliert, daß man eine thixotrope Aufschlämmung mit einem Feststoff-Volumenanteil zwischen 20 und 80 % erhält. Dann trägt man diese thixotrope Aufschlämmung mit mechanischen oder elektromagnetischen Mittel aus und gießt sie zu kleinen Barren oder löscht sie für ein späteres Wiedererwärmen ab oder man führt sie kontinuierlich
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oder halbkontinuierlich einer Arbeitsstation zur Weiterverarbeitung zu. Es ist einzusehen, daß die Verwendung einer elektromagnetischen Kraft zum Schwingen lassen des halbgeschmolzenen Metalls dem oben erwähnten rein mechanischen Verfahren weit überlegen ist. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung überwindet den geringen Volumendurchsatz, der für die Gießverfahren nach den oben genannten Patentschriften charakteristisch ist. Zusätzlich stellt das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ein wirkungsvolles, wirtschaftliches und gewerblich nutzbares Verfahren zur Herstellungen halbfester thixotroper Metallaufschlämmungen zur Verwendung bei bekannten Metallformgebungsverfahren dar.
Die Fig. 1 ist ein Gefügebild einer Kupferlegierung Nr. 510, die nach dem üblichen Kokillenverfahren gegossen wurde;
Fig. 2 ist ein Gefügebild einer Kupferlegierung Nr. 950, die aus einer nach dem bekannten Verfahren unter mechanischen Schwingen zubereiteten thixotropen Aufschlämmung hergestellt wurde;
Fig. 3 ist ein Gefügebild einer Kupferlegierung Nr. 510, die aus einer nach der vorliegenden Erfindung zubereiteten thixotropen Aufschlämmung hergestellt wurde.
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Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren mit Vorrichtung zum Herstellen und Austragen halbfeseer thixotroper Metallaufschlämmungen zur Verwendung bei bekannten Metallformgebungsverfahren - bspw. dem "Rheocasting" - und dem "Thixocasting"-Verfahren. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein verbessertes Verfahren zum In-Schwingung-halten der Schmelze unter kontrollierten Abkühlraten und auf das Austragen derselben mit kontrollierter Strömungsrate, so daß man eine halbfeste thixotrope Aufschlämmung mit einem Peststoffanteil von 20 bis 80 Gew.-% erhält. Die halbfeste thixotrope Aufschlämmung kann dann kontinuierlich oder halbkontinuierlich mit bekannten mechanischen oder elektromagnetischen Mittel der Weiterverarbeitung zugeführt werden. Insbesondere richtet sich das Verfahren darauf, eine Schmelze während des Verfestigens in einem elektromagnetischen Feld bei kontrollierten Abkühlraten schwingen zu lassen und die Aufschlämmung mechanisch oder elektromagnetisch im elektromagnetischen Feld zu halten, so daß man eine hochfließfähige halbfeste thixotrope Metallaufschlämmung erhält, die durch eine degenerierte Dendritenstruktur aus in einer Flüssigkeit dispergierten festen Kügelchen gekennzeichnet ist.
Nach der vorliegenden Erfindung bringt man einen Metallvorrat in ein elektromagnetisches Feld ein, wo er gerührt werden soll, und hält ihn mit dem gleichen oder einem zweiten elektromagnetischen Feld dort fest. Das Metall kann zu 100 % flüssig oder auch teils
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flüssig und teils fest sein. Um das Dendritennetzwerk aufzuscheren, sollte das Metall zu mindestens 35 % flüssig sein. Nach der vorliegenden Erfindung rührt man die Schmelze während des Verfestigens bzw. läßt sie mittels entweder eines induzierten elektromagnetischen Wechselfeldes oder mit Gleichstromimpulsen in einem angelegten Magnetfeld schwingen. Verwendet man einen induzierten elektromagnetischen Wechselstrom, um die Schmelze schwingen zu lassen, wird die Schmelze in eine Wechselstrom-Induktionspule geführt und dort vorgehalten. Die Schmelze kann dabei in der Spule auf herkömmliche mechanische Weise gehalten werden. Nach der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hält man die Schmelze elektromagnetisch in der Wechselstrom-Induktionsspule. Die elektromagnetische Halteeinrichtung kann dabei eine separate Wechselstrom-Induktionsspule sein, die um den Auslaßkand.1 der Rührkammer herumgelegt ist oder ein Teil der Wechselstrom-Induktionsspule sein kann, die zum Schwingenlassen der Schmelze dient. Indem man ein geeignetes elektromagnetisches Feld im Auslaßkanal aufbaut, kann man die Schmelze in der Induktionsspule "aufhängen" und/oder aus der Induktionsspule mit jeder gewünschten Geschwindigkeit ausfließen lassen. Verwendet man zum Rühren des sich verfestigenden Metalls eine Wechselstrom-Induktionsspule, sind die wesentlichen Variablen, die die Schwingungsstärke der Schmelze und damit die Scherrate bestimmen, die Frequenz, von der die Eindringtiefe abhängt, und der Strom, von dem die Stärke der
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eingeprägten Kraftvektoren abhängt. Typischerweise liegt die Frequenz im Bereich von 60 bis 10.000 Hz und der Strom im Bereich von 500 bis 10.000 A. Zusätzlich sind die Spulenabmessungen - wie die Länge, Anzahl der Windungen, die relative Geometrie - und der Querschnitt der Schmelze Variable, die man verändern kann, um das Geschwindigkeitsvektorfeld einzustellen, das sich aus den induzierten elektromagnetischen Kräften ergibt. Es wird darauf verwiesen, daß der Wechselstrom phasengesteuert in einer aufgeteilten Induktionsspule fließen kann, um eine kontinuierliche schwingende Bewegung zu erzeugen. Entsprechend hängen auch die Frequenz und der eingeprägte Strom von der Geschwindigkeit ab, mit der ggf. die Schmelze kontinuierlich aus der Induktionsspule herausfließen soll. Wie bereits erwähnt, wird die Abkühlrate der Schmelze so kontrolliert, daß man eine halbfeste thixotrope Metallaufschlämmung erhält, die gekennzeichnet ist durch einen Feststoff-Volumenanteil zwischen 20 und 80 % und vorzugsweise zwischen 40 und 70 %. Die Scherrate, die erforderlich ist, um die degenerierte Dendritenstruktur aus in einer Flüssigkeit dispergierten festen Kügelchen herzustellen, wird durch die Relativbewegung aneinandergrenzender Bereiche innerhalb des teilverfestigten Metalls erzeugt, wobei die Bewegung von dem induzierten Wechselfeld verursacht wird. Die Beaufschlagung mit dem induzierten Wechselfeld, wie oben erläutert, führt der Schmelze Wärme zu und bÄnflußt daher ihr Flüssig/Fest-Gleichgewicht. Man muß daher für
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eine Kühlung - bspw. durch eine zusätzliche Kühlschlange oder eine gekühlte Induktionsspule - sorgen, um die Schmelze mit der gewünschten Rate zu kühlen und damit dem induzierten Stromerwärmungseffekt so entgegenzuwirken, daß der gewünschte Feststoff-Volumenanteil erhalten bleibt.
Ein alternatives Verfahren zur gewünschten Scherung der Schmelze und damit zur Herstellung der gewünschten halbfesten thixotropen Metallaufschlämmung besteht darin, in einem angelegten Magnetfeld für einen gepulsten Gleichstrom zu sorgen. Das gemeinsame Anlegen des Gleichstroms in einem angelegten Magnetfeld bewirkt in der Schmelze ein im wesentlichen gleichförmiges Geschwindigkeitsfeld. Um die Schmelze wirkungsvoll in Schwingung zu bringen, muß der Gleichstrom gepulst werden, während das Magnetfeld konstant gehalten wird, oder umgekehrt. Die Größe des Gleichstroms und die Stärke des Magnetfeldes bestimmen die Stärke der eingeprägten Kraftvektoren und· damit die Scherrate innerhalb des halbfesten Metalls. Typischerweise liegen die Gleichströme im Bereich von 100 bis 5000 A, die Magnetfelddichten im Bereich von 1,55 χ 10δ bis 75,5 χ 106 G (0,1 bis 5 Wb/in.2)· Indem man den Gleichstrom und die Felddichte verändert, lassen sich die effektive Relativbewegung und die turbulente Strömung in der Schmelze steuern. Leitfähige Keramikwerkstoffe, die der Schmelze gegenüber inert sind (bspw. nichtstöchiometrische reaktionsfähige Metallboride wie Zirconborid, Titanborid, Zinnoxid, Graphit usw.) lassen sich zum Einleiten des Gleich-
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Stroms in die Schmelze verwenden. Wie auch im vorgehenden Beispiel können herkömmliche mechanische Mittel dazu dienen, die Schmelze in dem gepulsten Gleichstrom und dem Magnetfeld während der Schwingungsbeaufschlagung und Teilverfestigung aufzuhängen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das elektromagnetische Feld um den Auslaßkanal aufgebaut, um die Schmelze im Gleichstrom und dem Magnetfeld aufzuhängen ("suspend"). Die Stärke dieses eingeprägten elektromagnetischen Feldes kann variiert werden, um die Strömungsrate der thixotropen Aufschlämmung aus der Rührkammer zu kontrollieren. So kann das elektromagnetische Feld so stark gewählt werden, daß die Aufschlämmung in der Rührkammer aufgehängt ("suspended") bleibt, oder variiert werden, um die gewünschte Ausflußrate aus der Kammer zu erzeugen. Zusätzlich wird darauf verwiesen, daß man, falls erwünscht, ein zusätzliches elektromagnetisches Feld anlegen kann, um die thixotrope Aufschlämmung zwangsweise aus der Rührkammer auszutreiben. Weiterhin kann man ein einziges elektromagnetisches Feld in einer durchgehenden Kammer anwenden, um die Schmelze wirkungsvoll in Schwingungen zu versetzen und gleichzeitig durch die durchgehende Kammer einem Verwendungsort zuzuführen.
Bei beiden oben beschriebenen Methoden der Schwingungsbeaufschlagung (Wechselstrom-Induktionsspule oder Gleichstrom in einem
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angelegten Magnetfeld) kann man die turbulenten Schwindungen der sich abkühlenden Schmelze verstärken, indem man in der Schwingungskammer für mechanische Unterstützung sorgt - bspw. Unstetigkeiten in den Seitenwänden, eine variierende Kammergeometrie oder dergl.
Eine auf elektromagnetischem Wege in Schwingungen versetzte Metallschmelze, wie oben offenbart, bietet Vorteile gegenüber dem in den obengenannten Patentschriften offenbarten mechanischen Verfahren, die in der bekannten Offenbarung nicht einmal angedeutet sind. Um, wie oben erläutert, die erforderlichen Scherraten zu erzeugen, die ausreichen, um die dendritische Netzstruktur innerhalb des gesamten Schmelzbades mit mechanischem Rühren aufzubrechen, muß man den Rührstab mit hoher GeschwindiQkeit laufen lassen und eine kritische Spaltgröße zwischen dem Stab und der Kammerwand aufrechterhalten. Als Ergebnis ist der Volumendurchsatz bei diesem mechanischen Verfahren sehr begrenzt. Im Gegensatz zu dieser Lehre wird, wenn man das Schwingverfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet, das elektromagnetische Feld, das zum Umrühren der Schmelze dient, nicht auf die gleiche Weise und im gleichen Ausmaß abgebaut ("dissipated") wie bei einem mechanischen Rühren. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erfordert also nicht die Verwendung von Kammern mit kritischen Spaltgrößen und begrenzt daher auch nicht den Volumendurchsatz. Weiterhin entfallen die Probleme der Erosion und des Verschleißes gegenüber dem vorgenannten Verfahren,
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wie bereits erwähnt.
Wie ebenfalls bereits festgestellt, liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch das Austragen (auf die oben beschriebene Weise) der erzeugten halbfesten thixotropen Metallaufschlämmungen auf kontinuierliche oder halbkontinuierliche Weise durch eine Steuerung der Kraft des in dem oder um den Auslaßkanal· der Kammer herum , in der die Metallaufschlämmung gerührt wird, aufgebauten elektromagnetischen Feldes. Die nach dem oben erläuterten Verfahren erzeugten thixotropen Aufschlämmungen lassen sich unmittelbar als Speisematerial - bspw. im "Rheocasting"-Verfahren verwenden oder zu kleinen Barren vergießen, die später erneut erwärmt werden sollen, wie beim "Thixocasting"-Verfahren. Vorzugsweise wird man bei der vorliegenden Erfindung die thixotrope Aufschlämmung durch Verwendung der Wechselstrominduktion oder eines Gleichstroms in einem Magnetfeld der gleichen Art austragen, wie es oben beschrieben wurde. Benutzt man die Wechselstrominduktion zum Austragen der Aufschlämmung, verwendet man einen Strom von 500 bis 10.000 A bei einer Frequenz von 60 bis 10.000 Hz. Prägt man einen Gleichstrom in einem Magnetfeld ein, sind Stromstärken von 100 bis 5000 A in einem Magnetfeld von 1,55 χ 10 bis 75,5 χ 10 G (0,1 bis 5,ο Wb/in.2) vorgesehen. Auch hier ist einzusehen, daß man mechanische Vorrichtungen wie
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Ventile einsetzen kann, um die Steuerung der Strömung der halbfesten thixotropen Aufschlämmung zu unterstützen.
Es ist eine wesentliche Forderung der vorliegenden Erfindung, daß die erzeugte halbfeste thixotrope Aufschlämmung von einem Feststoff-Volumenanteil zwischen 20 und 80 % gekennzeichnet ist, wobei der Feststoff seinerseits in seiner Struktur durch degenerierte Dendriten kugeliger Gestalt gekennzeichnet ist. Vorzugsweise beträgt der Feststoff-Volumenanteil der nach der vorliegenden Erfindung erzeugten Aufschlämmung mehr als 40 % bis 70 %. Wie ebenfalls bereits festgestellt, bestimmen das Ausmaß der Schwingungsbeaufschlagung und die Abkühlrate der Schmelze den Volumenanteil des in der thixotropen Aufschlämmung sich bildenden Feststoffanteils. Wie bereits erwähnt, hängt das Ausmaß der Schwingungsbeaufschlagung, d.h. die Scherrate, von der Frequenz, der Stromstärke, den Spulenabmessungen, der Magnetfelddichte usw. ab, denen das sich verfestigende Metall in beiden oben erläuterten Rührverfahren ausgesetzt ist.
Es soll nun die vorliegende Erfindung an einem Beispiel weiter erläutert werden.
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Beispiel
4,54 kg (1o Ib.) Kupferschmelze der Cu-Legierung Nr. 510 (4,7 % Sn, 0,04 % P, Rest Gu) wurde in eine Wechselstrom-Induktionsspule aus 3 Windungen gegossen und dort festgehalten. Die Induktionsspule bestand aus gezogenem Kupferrohr mit 9,53 mm (3/8") Durchmesser; die Spule war 50,8 mm (2"") hoch und hatte einen Durchmesser von 114,3 mm (4-1/2 in.). Die Energiezufuhr zur Induktionsspule erfolgte mit 26 V bei 1345 A und einer Frequenz von 2600 Hz. Die Schmelze wurde zu einer Abkühlrate von 4°C/min gekühlt. Die Cu-Legierung konnte sich vollständig verfestigen; danach wurde der Rohling aus der Induktionsspule ausgestoßen, erneut auf 10630C erwärmt und abgeschreckt, dann Schnitte zur mikroskopischen Untersuchung hergestellt.
Die Fig. 1 ist Gefügebild einer Probe aus nach einem herkömmlichen Kokillenverfahren gegosssener Cu-Legierung Nr. 510. Wie in Fig. 1 ersichtlich, zeigt das Gefüge in Gußstücken aus der Cu-Legierung Nr., 510, wenn nicht aus einer thixotropen Aufschlämmung gegossen, eine typische säulenartige Dendritenstruktur. Die Fig. 2 zeigt ein Gefügebild einer Probe aus der Cu-Legierung Nr. 905, die aus einer nach dem herkömmlichen mechanischen Rührverfahren der oben genannten US-PS 3 948 650 hergestellten thixotropen Aufschlämmung gegossen worden war.
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Wie in Fig. 2 zu erkennen, ist das Gefüge frei von der typischen dendritischen Netzstruktur; der Festanteil erscheint nun als eine degenerierte Dendritenstruktur aus festen Kügelchen.
Die Fig. 3 zeigt ein Gefügebild einer Probe aus der Cu-Legierung Nr. 510, die nach der vorliegenden Erfindung, wie oben umrissen, hergestellt worden war. Das Gefüge der Fig. 3 ist dem bemerkenswert ähnlich, das man erreicht, wenn man die Schmelze nach dem herkömmlichen mechanischen Rührverfahren behandelt. Das Ausmaß der dendritischen Sphärizität, das man nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erreicht, ist dem ähnlich, das man mit einem mechanischen Rühren erreicht. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erlaubt also die Herstellung halbfester thixotroper Aufschlämmungen für die Verwendung in bekannten Formgebungsverfahren, unterliegt aber nicht dem begrenzten Volumendurchsatz und dem extremen Verschleiß und der Erosion überwindet, die auftreten, wenn man das in den vorgenannten Patentschriften offenbarte herkömmliche Verfahren anwendet.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung mit elektromagnetischen Rühren ist dem bekannten mechanischen Rührverfahren überlegen und bietet eine wirksame und wirtschaftliche Methode zur Herstellung thixotroper Aufschlämmungen mit Vorteilen, die in
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den vorgenannten Patentschriften weder erwähnt noch nahegelegt sind.
Das oben ausgeführte Beispiel soll die Erfindung nur erläutern. Die vorliegende Erfindung kann man auf jedes Metalllegierungssystem unabhängig von dessen chemischer Zusammensetzung anwenden.
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Claims (9)

TELEX: 183788 München, den O 448 Olin Corporation, East Alton, Illinois 62024, V.St.A. Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer thixotropen Metallzusammensetzung, die diskrete degenerierte dendritische Primärfeststoffteilchen aufweist, die homogen in einer Sekundärphase mit niedrigerem Schmelzpunkt als dem der Primärfeststoffteilchen suspendiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Metall erwärmt, um mindestens eine teilweise flüssige Mischung mit nicht mehr als 8 0 Vol.-% primären Feststoffteilchen herzustellen, diese teilweise flüssige Mischung in ein erstes induziertes elektromagnetisches Feld einbringt und die teilweise flüssige Mischung in dem ersten induzierten elektromagnetischen Feld hält, wobei das erste induzierte elektromagnetische Feld ausreichend stark ist und man lange genug hält, um die teilweise flüssige Mischung kräftig durchzurühren, um die Primärfeststoffteilehen zu diskreten degenerierten Dendriten einer
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ORIGINAL INSPECTED
im wesentlichen kugelförmigen Konfiguration umzuwandeln.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste induzierte elektromagnetische Feld mit einem Wechselstromgenerator erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste induzierte elektromagnetische Feld von einem Gleichstromimpulsgenerator in einem angelegten magnetischen Feld erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halten mit einem zweiten elektromagnetischen induzierten Feld erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite induzierte elektromagnetische Feld stark genug ist, um ein Ausströmen der mindestens teilweise flüssigen Mischung aus dem ersten induzierten elektromagnetischen Feld zu verhindern.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite induzierte elektromagnetische Feld stark genug ist, um ein stetiges Ausströmen der mindestens teilweise flüssigen Mischung aus dem ersten induzierten elektro-
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magnetischen Feld mit einer Geschwindigkeit zu erlauben, die ausreicht, um die diskreten degenerierten dendritischen Primärfeststoffteilchen zu erzeugen.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator einen Strom im Bereich von 500 bis 10.000 A liefert.
8. Verfahren nach Anspruch 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator mit einer Frequenz im Bereich von 60 bis 10.000 Hz arbeitet.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromgenerator einen Strom im Bereich von 100 bis 5.000 A liefert und die erzeugte magnetische Flußdichte im Bereich von 1,55 χ 10 bis 75,5 χ 10 G liegt.
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DE19782853202 1977-12-12 1978-12-08 Verbessertes verfahren zur herstellung thixotroper aufschlaemmungen Withdrawn DE2853202A1 (de)

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GB (1) GB2009606B (de)
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