DE3126590C2

DE3126590C2 - Verfahren zum Stranggießen von Leichtmetallegierungen

Info

Publication number: DE3126590C2
Application number: DE19813126590
Authority: DE
Inventors: Gennadij Vasil'evi&ccaron; Kujby&scaron;ev &Ccaron;erepok; Petr Nikolaevi&ccaron; &Scaron;vecov; Andrej Dmitrievi&ccaron; Andreev; Vladimir Michajlovi&ccaron; Kamensk-Ural'skij Baran&ccaron;ikov; Boris Ivanovi&ccaron; Bondarev; Stella Ilini&ccaron;na Borovikova; Pavel Efimovi&ccaron; Moskva Chodakov; Viktor Aleksandrovi&ccaron; Danilkin; Vladimir Ivanovi&ccaron; Dobatkin; Georgy Iosifovi&ccaron; Eskin; Viktor Kuzmi&ccaron; Juny&scaron;ev; Gennadij Sergeevi&ccaron; Makarov; Robert Rodionovi&ccaron; Moskva Malinovsky; Aleksandr Il'i&ccaron; Verchnjaja Salda Sverdlovskaja oblast' Matveev; Petr Nikiforovi&ccaron; Verchnjaja Salda Sverdlovskaya oblast' Silaev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-06
Filing date: 1981-07-06
Publication date: 1985-08-01
Also published as: DE3126590A1

Abstract

Das Verfahren zum Stranggießen von Leichtmetallegierungen besteht darin, daß Schmelze (3) zugeführt wird. Die Schmelze (3) wird zwecks Raffination und Verfeinerung des Gefüges (9) des aus der Schmelze (3) erstarrenden Strangs (5) mit mindestens einem Strahler (6) gleichmäßig über dem Querschnitt der Schmelze (3) einer Ultraschalleinwirkung unterzogen, und zwar mit einer Intensität von 2 bis 60 W/cm ↑2 in Abhängigkeit von der Größe der Querschnittsfläche erstarrenden Stranges (5), wobei der Strahler in die Schmelze auf eine Tiefe von λ/12 bis λ/4 der Schallwellenlänge im Schmelzgut (3) eingetaucht wird und die Temperatur der Schmelze (3) auf einer Höhe gehalten wird, die um 10 ° bis 150 ° C über der Liquidustemperatur des Schmelzgutes liegt. Danach wird der Strang (5) herausgezogen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stranggießen von Leichtmetallegierungen durch Zuführung von Schmelze und Ultraschalleinwirkung auf die Schmelze mit mindestens einem Strahler und Intensitäten um 20 W/cm² zwecks Raffination und Gefügeverfeinerung des aus der um mindestens 10⁰C über die Liquidustem peratur überhitzten Schmelze erstarrenden Strangs mit dessen gleichzeitigem Abzug.

Aus den SU-Erfinderschein 3 53 790 ist ein Verfahren dieser Art bekannt, bei dem gleichzeitig in die zube· strahlende Legierung mindestens 0,1% Modifikator eingeführt wird, wobei durch die kurzzeitige Beschallung der nur gering überhitzten Schmelze keine ausreichend wirksame Raffination der Schmelze von gasförmiger= und festen metallischen Beimengungen erzielt wird.

In Herrmanns »Handbook or; Continuous Casting,« 1980, Ref. 1926 ist ein Verfahren zum Stranggießen von

Metallen referiert, bei dem durch einen in die Schmelze eintauchenden spitzen Kegel, der mechanisch in

Schwingungen versetzt wird, eine Behandlung der Schmelze mit Niederfrequenzschwingungen erfolgt, was

einem Rühren gleichkommt und die Temperatur des flüssigen Metallbades über dem Strang senkt Dadurch

bildet sich ein Dendritkorn mit grober Innenstruktur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Stranggießen von Leichtmetallegierungen anzugeben, das mit der} Jltrasc'nlleinwirkung auf die Schmelze eine intensive Raffination sowie eine Gefügeverfeinerung des aus der Schmelze erstarrenden Stranges erzielen läßt, derart, daß eine erhöhte Plastizität der Leichtmetallegierungen beim Gii ^n und der nachfolgenden Verformung gewährleistet wird.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Gattung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Strahler in die Schmelze auf eine Tiefe von A/M bis A/4 der Schallwellenlänge im Schmelzgut eingetaucht wird, wobei die Schmelze gleichmäßig über ihrem Querschnitt mit einer Intensität von 2 bis 60 W/cm² in Abhängigkeit von der Größe der Querschnittsfläche des erstarrenden Strangs der Ultraschalleinwirkung unterzogen wird und daß die Temperatur der Schmelze um bis zu 150° C höher als die Liquidustemperatur des Schmdzgutes gehalten wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht dabei darin, daß im Schmelzgut vor dem Strahler in einem Abstand von Al\ 2 bis A/4 der Schallwellenlänge im Schmelzgu'. ein poröses Material gehalten wird.

Die vorliegende Erfindung gestattet es, den Gehalt an festen nichtmetallischen Einschlüssen im Strang um das Zweifache und den Wasserstoffgehalt um das Zwei- bis Dreifache zu reduzieren, wodurch die Plastizität der

erzeugten Stränge aus Leichtmetallegierungen sowohl während des Gießvorganges als auch bei deren nachfol- I

gender Verarbeitung erhöht wird. ■

Durch die vorliegende Erfindung wird ferner die Ausbildung eines besonders verfeinerten Gefüges im Strang aus Leichtmetallegierungen gewährleistet, wobei das Gußkorn die gleiche bzw eine geringere Größe als die von Dendritenzellen aufweist, wodurch eine hohe Plastizität des Strangs aus Leichtmetallegierung sowohl beim Gießen als auch bei dessen nachfolgender Verformung erzielt wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in diesen zeigt

Fig. 1 schematisch eine bekannte Vorrichtung zum Stranggießen von Leichtmetallegierungen, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird (in Frontansicht und im Schnitt)

F i g. 2 eine Vorrichtung zum Stranggießen von Leichtmetallierungen, mit der das erfindungsgemäße Verfahren unter Raffination durch ein poröses Material durchgeführt wird (in Frontansicht und im Schnitt)

Fig.3 MikroStruktur eines Stranges des Legierungssystems Al-Cu-Mg mit einem Durchmesser von 650 mm im Glühzustand mit Subdendritkorn, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt worden ist (vergrößert 10Ofach).

Das Verfahren zum Stranggießen von Leichtmetallegierungen besteht darin, daß Schmelze zugeführt und zwecks Raffination und Gefügeverfeinerung des aus der Schmelze erstarrenden Strangs mit mindestens einem Strahler gleichmäßig über dem Querschnitt mit einer Intensität von 2 bis 60 W/cm² in Abhängigkeit von der Größe der Querschnittsfläche des erstarrenden Strangs beschallt wird.

M Dabei wird der Strahler in die Schmelze auf eine Tiefe von A/\2 bis A/4 der Schallwellenlänge im Schmclzgul cingeiiiuchi und die Temperatur der Schmelze um 10 bis 159"C höher als die Liquidustempcraiur des Schmclzmelalls gehalten. Danach wird der Strang abgezogen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Raffination auch durch ein poröses Material durchgeführt

iff werden, wobei zwischen dem Strahler und dem porösen Material ein Abstand von A/\2b\s A/4 der SchaJlwellen-

|| länge im Schrnelzgut aufrechterhalten wird.

5;·: Das erfindungsgemäße Verfahren zum Stranggießen von Leichtmetallegierungen kann auf einer beliebigen

H bekannten Vorrichtung unter Verwendung einer Ultraschalleinwirkung auf die Schmelze zwecks Raffination

I|f und Gefügeverfeinerung des aus der Schmelze erstarrenden Stranges durchgeführt werden.

|f Die Vorrichtung zum Stranggießen von Leichtmetallegierungen in einer der bekannten Ausführungsformen

f| enthält eine Stranggießkokille 1 (F i g. 1), in die über eine Verteilerrinne 2 Schmelze 3 zugeführt wird. In den

yfi flüssigen Teil 4 des Stranges 5 ist ein Ultraschallstrahler 6 auf eine Tiefe von AIS der Schallwellenlänge im

j| flüssigen Teil 4 eingetaucht Der erstarrte Teil 7 des Stranges 5 wird aus der Stranggießkokille 1 herausgezogen.

iä Nach eint. Weiterbildung der Erfindung wird in der bekannten Vorrichtung in Bewegungsrichtung der

(I Schmelze 3 ein poröses Material 8 (F i g. 2) angeordnet Der Abstand zwischen dem Strahler 6 und dem Material

ί; 8 beträgt AIS der Schallwellenlänge im flüssigen Teil 4.

% In F i g. 3 ist das Gefüge 9 des erstarrten Teils 7 (F i g. 1,2) des Stranges 5 mit einem Durchmesser von 650 mm

|ff aus dem Legierungssystem AI—Cu-Mg dargestellt Das Gefüge 9 (Fig.3) enthält auf 0,1 mm verfeinerte

l;i Subdendritkorner 10 mit gleicher bzw. geringerer Größe als Dendritenzeilen (in F i g. nicht gezeigt).

|| Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einer bekannten Vorrichtung zum Stranggießen von Leichtmetal-

& legierungen auf folgende Weise durchgeführt

{>· Die Schmelze 3 (F ig. 1) wird über die Verteilerrinne 2 der Stranggießkokille 1 zugeführt. InderStranggießko-

k-ί kille 1 wird die Schmelze 3 zwecks Raffination und Verfeinerung des Gefüges 9 (F i g. 3) des aus der Schmelze 3

% (Fig. 1) erstarrenden Stranges 5 mit dem Strahler 6 beschallt. Die Beschallung wird gleichmäßig über dem

"' Querschnitt der Schmelze 3 mit einer Intensität von 2 bis 60 W/cm² und bei einer Temperatur ώ -, chgeführt, die

f: die Liquidustemperatur des Schmeizgutes 3 um iö bis i5Cr C in Abhängigkeit von der GröSe der Quersehnills-

|§ fläche des erstarrenden Strangs 5 überschreiet

r Zur Entfernung von nichtmetallischen Beimengungen kann die Schmelze 3 in Weiterbildung der Erfindung

'.'. durch poröses Material 8 (Fig.2) durchgelassen werden, welches unter Einwirkung des Ultraschallstrahlers 6

h steht

⁷Y" Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehende Ausführungsbeispiele angeführt.

;·. Beispiel 1

K- Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in der Stranggießkokille 1 (F i g. 1) mit einem Durchmesser von

'■'■. 650 mm ein Strang 5 aus einer Leichtmetallegierung des Systems Al—Cu-Mg folgender Zusammensetzung

; gegossen:

Υί

V Cu-3,84%. Mg-1,45%, Mn-0,41%, Fe-0,1 l%,Si-0,04%. Ti-0,04%, Zr-0,15%. Rest AI.

Ergebnisse der Untersuchung des Gefüges der Stränge 5 aus Leichtmetallegierungen, die durch das er⁵indungsgemäße Verfahren bei den drei in der Tabelle 1 angeführten Betriebsarten erzeugt wurden.

Tabelle 1

Betriebsart Gießtemp, Gießgeschw_ US-lmens, Eintauchtiefe

⁰C cm/min W/cm² d. Strahlers,

mm

I	760	1,5	2,0	20,0 (λ/12)
Il	745	2,5	3,0	30,0 (λ/8)
III	725	4.0	5,0	40.0 (/2/6)

50 Anmerkung: Die Liquidustemperatur beträgt 638° C.

Die Untersuchung hat gezeigt, daß durch das erfindungsg^mäle Verfahren eine im Vergleich zur traditionellen Technologie um das 1,5- bis 2fache höhere Plastizität bei Raumtemperatur sowohl nach geglühtem als auch nach homogenisiertem Zustand des Strangs 5 erreicht wird, was mit einer sleichmäßigen Verfeinerung des Gußkorns 10 (F i g. 3). einem niedrigen Wasserstoffgehalt und der Ausbildung eines besonderen Subdendritgefüßes 9 zusammenhängt, dessen Korn 10 die gleiche Größe als die von Dendritcnzellen aufweist.

Die Ergebnisse der Untersuchung der Plastizität des Metalls der Stränge 5 (F i g. 1) mit einem Durchmesser von 650 mm aus einer Legierung des Systems Al—Cu-Mg, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei drei Beschallungsarten erzeugt wurden, sind in der Tabelle 2 angeführt,

Tabelle 2	Korngröße, μιη Stranjjtnitte	31	Halbradius d. Strangs	26 590	Wasserstoff, cm V100 g	Plastizität. % geglüh·.	homo genisiert
Beschallungsart	100 100 110	90 110 95	Strang- periph.	0,10 0,08 0,12	6,0 6,0 6,0	9,0 9,0 9,0
I II III	80 75 80

Die angegebenen Änderungen im Gefüge 9 (F i g. 3) und Eigenschaften gestatten es, die Neigung zur Rißbildung beim Gießen von Strägnen 5 stark zu verringern, deren Durchmesser b50 mm überschreitet.

Beispiel 2

Die Schmelze 3 (Fit;. 2) einer Leichtmetallegierung des Systems AL—Cu-Mg wurde beim Gießen von Strängen 5 mit einem Durchmesser von 204 mm zwecks Raffination beschallt. Die beschallung der Schmelze 3 wurde mit einer Frequenz von 18 kHz bei einer Temperatur von 740° C, d. h. um 100°C höher als die Liquidustemperatur, gleichmäßig über dem Querschnitt der Schmelze 3 mit einer Intensität von 40 W/cm² durchgeführt. Als poröses Material 8 wurden Schichten von Glasgewebe mit einer Maschengröße von 0,6 χ 0,6 mm verwendet. Zwischen dem porösen Material 8 und dem Strahler 6 wurde ein Abstand von 20 bis 40 mm aufrechterhalten, d. h. von Al\2 bis Alb der Schallwellenlänge in der Aluminiumschmelze 3 (die Schallwellenlänge in der Aluminiumschmelze bei einer Frequenz von 18 kHz beträgt nach Angaben in Nachschlagewerken 240 mm).

Die Ergebnisse der Untersuchung der Metallreinheit des Stranges 5 nach der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Tabelle 3 angeführt.

Tabelle 3

Anzahl d. Schichten des porösen Materials

Konzentration von niofttmetallischen Beimengungen Wasserstoff, cmViOOg Al₃O₃, Gew.-%

0,12 0,10

0.0066 0.0040

Anmerkung:

AIjOj wurde im Metall des Stranges 5 nach dem Brommethanol-Verfahren. Wasserstoff im Metall

des Stranges !5 wurde nach dem Vakuumextraktionsverfahrens ermittelt.

Wie ersichtlich ermöglicht die Beschallung durch ein poröses Material 8 in Form eines mehrschichtigen Maschenfilters, den Gehiilt an Wasserstoff und Oxiden um das Zwei- bis Dreifache im Vergleich zur bekannten Technologie herabzusetzen.

Das erfindungsgemäßi: Verfahren gestattet es, Großstränge von hoher Qualität aus hochfesten Leichtmetallegierungen verschiedener Systeme zu gießen, die sonst bei wirksamer Raffination und Gefügeverfeinerung während des Abgusses zur Rißbildung neigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen von Leichtmetallegierungen durch Zuführung von Schmelze und Ultraschalleinwirkung auf die Schmelze mit mindestens einem Strahler und Intensitäten um 20 W/cm² zwecks Raffination und Gefügeverfeinerung des aus der um mindestens 10° C über die Liquidustemperatur überhitzten Schmelze erstarrenden Strangs mit dessen gleichzeitigem Abzug, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (6) in die Schmelze (3) auf eine Tiefe von Al\2 bis A/4 der Schallwellenlänge im Schmelzgut (3) eingetaucht wird, wobei die Schmelze (3) gleichmäßig über ihrem Querschnitt mit einer Intensität von 2 bis 60 W/mc² in Abhängigkeit von der Größe der Querschnittsfläche des erstarrenden Strangs (5) der

«ο Ultraschalleinwirkung unterzogen wird und daß die Temperatur der Schmelze (3) um bis zu 150° C höher als die Liquidustemperatur des Schmelzgutes (3) gehalten wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schmelzgut (3) vor dem Strahler (6) in einem Abstand von AIM bis A/4 der Schallwellenlänge im Schmelzgut (3) ein poröses Material (8) gehalten wird.