DE602004001339T2

DE602004001339T2 - Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung von halbfesten metalllegierungen

Info

Publication number: DE602004001339T2
Application number: DE602004001339T
Authority: DE
Inventors: Retief Garsfontein BRUWER; Daniel Jeremias WILKINS; Hristov Lillian Bedfordview IVANCHEV; Pierre Doornpoort ROSSOUW; Oliver Frank Rudolf August Moreleta Park DAMM
Original assignee: Council for Scientific and Industrial Research CSIR
Current assignee: Council for Scientific and Industrial Research CSIR
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: WO2004070068A1; CY1105611T1; KR101060743B1; DE602004001339D1; BRPI0407363A; US20070221665A1; CN100359027C; US20060108092A1; MXPA05008428A; CN1759195A; JP2006519106A; US7368690B2; ATE331050T1; ZA200407826B; WO2004070068A9; KR20050114618A; JP4452778B2; EP1594994A1; AU2004209884B2; BRPI0407363B1

Description

Die Erfindung betrifft die Verarbeitung von Metalllegierungen in einem halbfesten Zustand, bekannt als Semi-Solid-Metals-Technik (SSM). Im Speziellen betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer halbfesten Metalllegierung.
Eine bekannte SSM-Verarbeitungsroute ist das Thixocasting. Die Thixocasting-Verarbeitungsroute beinhaltet die Herstellung von Knüppeln mit einer gewünschten Mikrostruktur (die üblicherweise an eine Formeinrichtung von einem Hersteller oder einem Stranggießer geliefert wird), gefolgt von einem Wiedererwärmen in einen halbfesten Zustand und Formen zu dem gewünschten Produkt. Einer der bekannten Vorteile des Thixocasting-Prozesses besteht darin, dass die Formeinrichtung in der Lage ist, das halbflüssige Metall zu verarbeiten, das sich problemlos für eine Automatisierung des Prozesses eignet. Einige der Nachteile des Thixocasting-Prozesses umfassen die Schwierigkeit, bei einem Strangguss (elektromagnetisch gerührt) vollständig homogene Knüppel zu formen; Metallverluste während des Wiedererwärmens des Knüppels; und eine unerwünschte Oxidation während des Wiedererwärmungsprozesses an der Oberfläche des Knüppels. Darüber hinaus können Eingüsse und Steiger, die sich aus dem geformten Produkt ergeben, üblicherweise nicht durch die Formeinrichtung rezykliert werden und müssen an den Hersteller/Stranggießer zurückgesendet werden, was zusätzliche Kosten mit sich bringt.
Thixocasting, bei dem die Knüppel geformt werden, nachdem sie auf Temperaturen erhitzt werden, die Metalle im halbfesten Zustand erzeugen, unterscheidet sich von einer anderen bekannten Verarbeitungsroute, namentlich der Rheocasting-Verarbeitungsroute. In der Rheocasting-Verarbeitungsroute wird eine Schmelzmetalllegierung mit globularen oder kugelförmigen Primärkristallen kontinuierlich hergestellt und als solche zu Knüppeln geformt, ohne erstarrt zu sein. In diesem Prozess wird die flüssige Legierung auf eine Temperatur zwischen der Liquidustemperatur und der Solidustemperatur der Legierung abgekühlt, d. h., eine Legierung in einem halbfesten Zustand wird bereitgestellt. Dies geschieht auf kontrollierte Weise durch Rühren und optional unter Zugabe von Kornverfeinerungsmitteln. Die Gießmasse wird danach zu dem gewünschten Produkt geformt. Das Ziel des kontrollierten Abkühlprozesses und Rührens besteht darin, eine dendritische Kristallbildung zu vermeiden oder zu verhindern und stattdessen die Bildung von globularen oder kugelförmigen Primärkristallen zu fördern, die in einem flüssigen Eutektikum suspendiert sind. Die gewünschte Mikrostruktur wird durch die Kombination von kontrolliertem Abkühlen, Rühren und optional der Zugabe eines Kornverfeinerungsmittels erhalten.
Einer der Vorteile der Rheocasting-Verarbeitungsroute besteht darin, dass die Formeinrichtung in der Lage ist, den Abfall im Haus zu rezyklieren und dass es zu keinen wesentlichen Metallverlusten kommt, da es kein Wiedererwärmen gibt. Einer der Nachteile mit dieser Verarbeitungsroute besteht darin, dass, da es sich um einen kontrollierten Prozess handelt, der die gewünschte Mikrostruktur in einer einzigen Stufe herstellt, die Vorrichtung und Prozesse, die dem Anmelder bekannt sind, (eine) komplexe Konstruktion und Herstellungseinrichtungen erfordern, um eine wirksame operative Verbindung mit der letzten Produkt bildenden Stufe sicherzustellen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die einen wesentlichen Nutzen in der Rheocasting-Verarbeitungsroute mit sich bringen und die eine weniger mühsame und reibungslosere oder vereinfachte Verarbeitungsroute im Vergleich mit Vorrichtungen und Verfahren, die dem Anmelder bekannt sind, bereitstellen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer halbfesten Metalllegierung zur Verwendung beim Bilden eines Endproduktes bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst,
dass eine Behandlungszone bereitgestellt wird, die durch eine AC-Induktionsspule und ein Chargenkühlmittel definiert ist;
eine Charge einer Metallschmelze, die in einem Behälter enthalten ist, in die Behandlungszone eingeleitet wird, indem der Behälter entlang eines geradlinigen Weges von einer Ausgangsposition, die mit der Behandlungszone ausgerichtet ist, verschoben wird;
gleichzeitig die Charge einem elektromagnetisch induzierten Kraftfeld und einer kontrollierten Abkühlung in der Behandlungszone ausgesetzt wird, wobei das Kraftfeld induziert wird, indem die Induktionsspule mit einem Strom im Bereich von 100 bis 12.000 A und mit einer Frequenz zwischen 60 und 30.000 Hz versorgt wird, um dadurch eine Kraftfeldstärke bereitzustellen, die ausreicht, um eine Turbulenz- und Schwingungsbewegung in der Charge während des Abkühlens zu induzieren, um eine primäre globulare Kristallbildung anstelle einer dendritischen Kristallbildung zu fördern; und der Behälter aus der Behandlungszone verschoben wird, indem ein nachfolgender Behälter, der mit Metallschmelze beschickt ist, in die Behandlungszone entlang des geradlinigen Weges gedrängt wird.
Es sollte einzusehen sein, dass für eine spezielle Legierung die Stärke des elektromagnetischen Feldes und die Abkühlgeschwindigkeit derart gewählt werden, dass eine dendritische Kristallbildung verhindert wird und die Bildung von globularen oder kugelförmigen Primärkristallen gefördert wird, um dadurch eine halbfeste Metalllegierung mit einer gewünschten Mikrostruktur für eine nachfolgende Gestaltung oder Formung bereitzu stellen. Das elektromagnetische Feld induziert nicht nur eine Turbulenz innerhalb der Charge, sondern induziert auch ein Schwingungsfeld in der Charge, die die Verhinderung der Ausbildung von dendritischen Kristallen unterstützt.
Der Behälter kann aus der Behandlungszone in mindestens eine weitere Behandlungszone verschoben werden, die in Reihe mit der Behandlungszone angeordnet und mit dieser ausgerichtet ist.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren, dass ein nachfolgender Behälter kontinuierlich in die erste der Behandlungszonen entlang des geradlinigen Weges eingeleitet wird, wodurch der zuvor eingeleitete Behälter, der die Behandlungszone einnimmt, durch die mindestens eine weitere Behandlungszone gedrängt wird. Dies geschieht schrittweise oder auf eine sequentielle Weise, bis der erste Behälter aus der letzten der Behandlungszonen ausgestoßen wird.
Somit kann eine Vielzahl von Behandlungszonen in Reihe angeordnet und mit dem geradlinigen Weg ausgerichtet sein, wodurch ein Zug von Behandlungszonen bereitgestellt wird. In dieser Ausführungsform rückt ein kontinuierliches Einleiten eines neuen Behälters in die erste Behandlungszone zuvor eingeleitete Behälter schrittweise oder entlang des Zuges vor.
Der Zug von Behandlungszonen kann vertikal mit den Behältern ausgerichtet sein, die durch das Einleiten des neuen Behälters in den Zug nach oben entlang des Zuges vorgerückt werden. Somit können die Behälter Ende an Ende in den Behandlungszonen gestapelt werden.
Anders ausgedrückt, das Verfahren kann umfassen, dass die Behälter in einer vertikalen Richtung entlang des geradlinigen Weges in die erste der Behandlungszonen gedrängt werden, um einen Stapel vertikal ausgerichteter Behälter bereitzustellen.
Das Verfahren kann umfassen, dass der Behälter in der ersten Behandlungszone abgestützt wird und die Abstützung gelöst wird, wenn ein frischer Behälter eingeleitet wird, wodurch zugelassen wird, dass der Behälter aus der Behandlungszone gedrängt wird.
Im Speziellen können die Behälter nach oben in die erste Behandlungszone eingeleitet werden und das Verfahren kann ferner umfassen, dass der Behälter, der die erste Behandlungszone einnimmt, in einer festen Position abgestützt wird und die Abstützung gleichzeitig mit dem Einleiten eines Behälters mit einer frischen Charge in die erste Behandlungszone gelöst wird. Dies lässt zu, dass der Behälter mit einer frischen Charge zu Beginn den Behälter in der ersten Behandlungszone abstützt (z. B. indem er an seinem oberen Ende ruht) und danach der Behälter beim Vorrücken aus der Behandlungszone verschoben wird.
Das Verfahren kann ein Erfassen der Temperatur der Charge in der ersten und/oder weiteren Behandlungszonen umfassen.
Das elektromagnetische Feld kann durch eine AC-Induktionsspule induziert werden.
Die Abkühlung in einer beliebigen der Behandlungszonen kann durch ein gasförmiges Kühlmittel bereitgestellt werden, das in mindestens einem Kühlstrom auf oder gegen die Charge ausgetragen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen einer halbfesten Metalllegierung aus einer geschmolzenen Charge der Legierung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfasst
eine Behandlungszone, in der ein Beschickungsbehälter aufgenommen sein kann;
ein Chargenkühlmittel zum Kühlen der Charge, wenn der Behälter in der Behandlungszone angeordnet ist;
ein Induktionsmittel für ein elektromagnetisches Kraftfeld zum Induzieren eines elektromagnetischen Kraftfeldes in der Charge, wenn sie in der Behandlungszone angeordnet ist, wobei das Induktionsmittel für das elektromagnetische Feld in der Form einer AC-Induktionsspule vorliegt, der im Gebrauch ein Strom mit 100 bis 12.000 A mit einer Frequenz von 60 bis 30.000 Hz zugeführt wird, um dadurch ein Kraftfeld mit einer ausreichenden Stärke zu induzieren und somit während des Abkühlens eine primäre globulare Kristallbildung anstelle einer dendritischen Kristallbildung zu fördern; und eine Beschickungsanordnung, die ein Abstützmittel aufweist, um den Beschickungsbehälter in einer Ausgangsposition, die mit der Behandlungszone ausgerichtet ist, abzustützen, und ein Verschiebungsmittel zum Verschieben des Beschickungsbehälters aus der Ausgangsposition entlang eines geradlinigen Weges in die Behandlungszone aufweist, wobei die Behandlungszone derart ausgebildet ist, dass sie zulässt, dass der Beschickungsbehälter aus der Behandlungszone nach der Behandlung durch das Drängen eines nachfolgenden Beschickungsbehälters in die Behandlungszone entlang des geradlinigen Weges verschoben werden kann.
Das Chargenkühlmittel und das Induktionsmittel für ein elektromagnetisches Feld können derart angeordnet sein, dass sie einen sich in Längsrichtung erstreckenden, offenendigen Kanal bereitstellen, der die Behand lungszone definiert und in dem die Beschickungsbehälter aufgenommen sind. Vorzugsweise kann sich der Kanal vertikal erstrecken.
Die Vorrichtung kann eine Abstützanordnung zum Abstützen des Beschickungsbehälters in der Behandlungszone umfassen, wobei die Abstützanordnung derart ausgebildet ist, dass sie gleichzeitig mit dem Einleiten eines nachfolgenden Beschickungsbehälters den Beschickungsbehälter freigibt, um zuzulassen, dass der Beschickungsbehälter durch den nachfolgenden Beschickungsbehälter abgestützt wird, und um bei Vorrücken des nachfolgenden Beschickungsbehälters in die Behandlungszone eine Verschiebung des Beschickungsbehälters aus der Behandlungszone zuzulassen.
Die Abstützanordnung kann ein Halteelement umfassen, das montiert ist für eine Verschiebung zwischen einer zurückgezogenen Position, in der das Element von der Behandlungszone getrennt ist, and einer ausgefahrenen Position, in der es sich in die Behandlungszone hinein erstreckt und den in der Behandlungszone angeordneten Beschickungsbehälter abstützt.
Das Halteelement kann mit einer Eingriffsausformung versehen sein, die mit einer komplementären Eingriffsausformung in Eingriff steht, wenn sich das Halteelement in der ausgefahrenen Position befindet.
Die Vorrichtung kann mindestens eine weitere Behandlungszone umfassen, die ein Induktionsmittel für ein elektromagnetisches Feld und ein Chargenkühlmittel aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie einen weiteren sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal bereitstellen, der benachbart zu dem Kanal der Behandlungszone liegt und mit diesem ausgerichtet ist.
Somit können die Behandlungszonen einen Zug aus einer Vielzahl von Behandlungszonen bereitstellen. Vorzugsweise kann die Vorrichtung zwei weitere Behandlungszonen zusätzlich zu der ersten Behandlungszone aufweisen. Die Behandlungszonen in dem Zug können vertikal ausgerichtet sein.
Das Abstützmittel kann eine Chargenabstützung, auf der der Beschickungsbehälter im Gebrauch abgestützt ist, und ein lösbares Greifmittel zum lösbaren Greifen der Abstützung umfassen. In dieser Ausführungsform kann die komplementäre Eingriffsausformung durch die Chargenabstützung bereitgestellt sein.
Die Vorrichtung kann ein Temperaturerfassungsmittel zum Erfassen der Temperatur der Charge in der/den Behandlungszone/n umfassen.
Das Chargenkühlmittel kann eine Vielzahl von unabhängig betreibbaren Rohrabschnitten umfassen, die einem wendelförmigen Weg folgen und die zwischen benachbarten Windungen der Induktionsspule angeordnet sind.
Die Rohrabschnitte können an den benachbarten Windungen der Induktionsspule beispielsweise durch Löten befestigt sein.
Die Erfindung wird nun anhand des nachfolgenden nicht einschränkenden Beispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen beschrieben.
In den Zeichnungen zeigt:
1 eine dreidimensionale schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
2 eine dreidimensionale Darstellung einer Abstützanordnung, die einen Teil der in 1 gezeigten Vorrichtung bildet;
3 eine Explosionsdarstellung der in 2 gezeigten Abstützanordnung;
3A einen schematischen Betrieb eines Teils der in 1 gezeigten Vorrichtung, aus der in 3 gezeigten Richtung X betrachtet;
4 eine dreidimensionale, schematische, detaillierte Darstellung eines Teils einer Beschickungsanordnung, die einen Teil der in 1 gezeigten Vorrichtung bildet;
5 in einer detaillierten Seitenansicht einen weiteren Teil der Beschickungsanordnung, die einen Teil der in 1 gezeigten Vorrichtung bildet;
6 einen Teil der in 5 gezeigten Beschickungsanordnung in einer dreidimensionalen Darstellung;
7 eine dreidimensionale Darstellung eines mit der Vorrichtung verwendeten Beschickungsbehälters; und
8 eine detaillierte, dreidimensionale, schematische Darstellung eines Temperaturerfassungsmittels, das einen Teil der in 1 gezeigten Vorrichtung bildet;
9 eine dreidimensionale Darstellung eines Induktionsmittels für ein elektromagnetisches Feld und ein Chargenkühlmittel, die einen Teil der in 1 gezeigten Vorrichtung bilden; und
10 ein Foto der Mikrostruktur der Legierung gemäß dem Beispiel.
Unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 10 allgemein eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Herstellen einer halbfesten Metalllegierung aus einer geschmolzenen Charge der Legierung.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Behandlungszone allgemein durch die Bezugsziffer 12 bezeichnet, in der ein Beschickungsbehälter 14 aufgenommen sein kann. Die Vorrichtung 10 umfasst ferner ein Chargenkühlmittel, allgemein durch die Bezugsziffer 16 bezeichnet, zum Kühlen einer Charge, wenn der Beschickungsbehälter 14 in der Behandlungszone 12 angeordnet ist, wie unten stehend in größerem Detail beschrieben ist. Die Vorrichtung 10 umfasst auch ein Induktionsmittel für ein elektromagnetisches Feld, allgemein durch die Bezugsziffer 18 bezeichnet, zum Induzieren eines elektromagnetischen Feldes in der Charge, wenn der Beschickungsbehälter 14 in der Behandlungszone 12 angeordnet ist, wie unten stehend in größerem Detail beschrieben ist.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Beschickungsanordnung, allgemein durch die Bezugsziffer 20 bezeichnet. Die Beschickungsanordnung 20 besitzt ein Abstützmittel 22 zum Abstützen des Beschickungsbehälters 14 in einer Ausgangsposition (in 1 der Zeichnungen gezeigt), die mit der Behandlungszone 12 und einem Verschiebungsmittel, allgemein durch die Bezugsziffer 24 bezeichnet, zum Verschieben des Behälters 14 aus der Ausgangsposition entlang eines geradlinigen Weges, angezeigt durch die punktierte Linie und mit der Bezugsziffer 26 bezeichnet, in die Behandlungszone 12, wie unten stehend in größerem Detail beschrieben ist, ausgerichtet ist.
Die Behandlungszone 12 ist derart ausgebildet, dass sie zulässt, dass der Beschickungsbehälter 14 aus der ersten Behandlungszone 12 durch Drängen eines nachfolgenden Beschickungsbehälters 14 entlang des geradlinigen Weges 26 in die Behandlungszone 12 verschoben werden kann, wie unten stehend ebenfalls in größerem Detail beschrieben.
Die Vorrichtung 10 umfasst ein Basiselement 28, auf dem ein/e sich nach oben erstreckende/r Rahmen oder Abstützanordnung 30 befestigt ist. Die Beschickungsanordnung 20 ist auf der Basis 28 benachbart zu der Abstützanordnung 30 befestigt.
Unter Bezugnahme auch auf 4 der Zeichnungen umfasst die Beschickungsanordnung 20 eine Linearantriebseinheit, allgemein durch die Bezugsziffer 31 bezeichnet. Nur ein Teil der Antriebseinheit 31 ist in 4 der Zeichnungen gezeigt. Die Antriebseinheit 31 umfasst eine sich vertikal erstreckende Schienenanordnung 32, die mit zwei sich vertikal erstreckenden Seitenflächen 32.1, 32.2 und einer Stirnfläche 32.3 versehen ist. Ein sich vertikal erstreckendes Schienenelement 34 ist an der Stirnfläche 32.3 befestigt und erstreckt sich parallel zu den Seitenflächen 32.1 und 32.2.
Die Antriebseinheit 31 umfasst ferner einen pneumatisch betätigten Hauptzylinder 40, der sich von einem oberen freien Ende des Seitenelements 32.1 weg erstreckt und an diesem befestigt ist. Eine Kolbenstange 42 erstreckt sich von dem Zylinder 40 in einer vertikalen Richtung parallel zu dem Schienenelement 34. Eine Vorschubanordnung, allgemein durch die Bezugsziffer 44 bezeichnet, ist an einem unteren Ende der Kolbenstange 42 befestigt. Die Vorschubanordnung 44 umfasst einen zweiten pneumatisch betätigten Zylinder 46. Eine sich horizontal erstreckende Befestigungsplatte 50 steht von einer Seite des Zylinders 46 vor.
Das Abstützmittel 22 umfasst einen Arm 48, der sich parallel zu der Basis 28 erstreckt. Eine obere Fläche 48.1 des Arms 48, entfernt von seinem freien Ende, ist nach oben gedreht, um ein sich vertikal erstreckendes Abstütz- oder Befestigungselement 52 zu bilden. Eine Eingriffsausformung 53 ist an dem Element 52 mit Hilfe von Befestigungsmitteln 54 und 52.1 befestigt, wodurch der Zylinder 46 mit dem Arm 48 verbunden ist. Wie einzusehen sein wird, definiert die Eingriffsausformung 53 einen Kanal (nicht gezeigt), der das Schienenelement 34 aufnimmt und relativ zu diesem gleitend verschiebbar ist.
Die Linearantriebseinheit 31 befindet sich in den 1 und 4 der Zeichnungen in einer ausgefahrenen Position. Eine Betätigung des Zylinders 46 verschiebt die Kolbenstange 42 entlang eines kurzen Hubs in einer Richtung, allgemein durch die Bezugsziffer 56 in 4 der Zeichnungen bezeichnet, und eine Betätigung des Zylinder 40 bewirkt eine Verschiebung der Stange 42 und des Zylinder 46 entlang eines langen Hubs in derselben Richtung. Diese Verschiebung bewirkt, dass die Vorschubanordnung 44 nach oben verschoben wird, was wiederum den Arm 48 entlang des Schienenelements 34 verschiebt, wodurch der Arm 48 in einer durch die Bezugsziffer 58 bezeichneten Richtung bewegt wird.
In ähnlicher Weise bewirkt ein Ausfahren der Position 42 in einer Richtung nach unten, dass sich der Arm 48 in einer zu der durch die Bezugsziffer 58 bezeichneten entgegengesetzten Richtung bewegt. Ein verstellbarer Anschlag 55 ist vorgesehen, der verwendet wird, um das Ausmaß einzustellen, in dem die Stange 42 von einem oberen Ende des Zylinders vorsteht, und diese steuert somit die Hublänge.
Der Kurzhubzyklus wird verwendet, um den Behälter 14 entlang des geradlinigen Weges 26 in eine Position vorzurücken, in der ein vorderes Ende des Behälters 14 in einem Eingang der Behandlungszone 12 angeordnet ist, wie unten stehend beschrieben ist. Der Langhubzyklus wird verwendet, um den Behälter 14 aus dieser Position entlang der nachfolgenden Behandlungszonen 12, 12.1 und 12.2 vorzurücken, wie unten stehend beschrieben ist.
Ein freies Ende des Abstützmittels 22 ist mit einem kreisförmigen zylindrischen Basiselement 62 versehen, das eine obere kreisförmige Abstützfläche 65 zum Abstützen einer Chargenabstützung 200 definiert, die unten stehend unter Bezugnahme auf die 1, 5 und 6 der Zeichnungen in größerem Detail beschrieben ist.
Das freie Ende des Arms 48 umfasst ferner ein lösbares Greifmittel, allgemein durch die Bezugsziffer 60 bezeichnet, zum lösbaren Greifen der Abstützung 200, wenn diese auf dem Basiselement 62 abgestützt ist. Das Abstützmittel 60 ist in der Form von drei Greifelementen 63 ausgebildet, die um den Umfang eines oberen Randes des Basiselements 62 beabstandet sind und die sich von der Fläche 65 nach oben erstrecken. Die Elemente 63 sind für eine begrenzte radiale Bewegung in einer durch den mit der Bezugsziffer 64 bezeichneten Pfeil angegebenen Richtung, um eine Außenwand der Abstützung 200 lösbar zu ergreifen, befestigt, wie unten stehend in größerem Detail beschrieben ist.
Unter Bezugnahme auch auf die 2 und 3 der Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 70 allgemein eine Abstützanordnung zum Abstützen des Beschickungsbehälters 14 in der Behandlungszone 12, wie unten stehend in größerem Detail beschrieben ist. Zur einfacheren Bezugnahme ist die Abstützanordnung im Detail unter Bezugnahme auf die 2, 3 und 3A der Zeichnungen beschrieben. Zum besseren Verständnis wurden bestimmte Bezugsziffern von 1 der Zeichnungen weggelassen.
Die Abstützanordnung 70 umfasst eine Bügelanordnung 72 mit einem allgemein rechteckigen Bügelelement 76, das mit einer Vielzahl von längs beabstandeten Öffnungen 78 und einem allgemein dreieckigen Bügelelement 74 versehen ist. Eine vordere Kante 78.1 des Bügelelements 74 ist mit einer Vielzahl von längs beabstandeten Öffnungen (nicht gezeigt) versehen, die mit den Öffnungen 78 ausgerichtet sind, wenn die Bügelanordnung 72 zusammengebaut wird. Die Bügelanordnung 72 umfasst eine obere Abstützfläche 80, die eine Fachanordnung, allgemein durch die Bezugsziffer 82 bezeichnet, abstützt, wie unten stehend in größerem Detail beschrieben ist. Wie aus 1 der Zeichnungen schematisch ersichtlich, ist die Bügelanordnung 72 gegen eine Innenseite der Abstützanordnung 30 positioniert, beispielsweise mit Hilfe von Befestigungselementen, die sich durch die Öffnungen 78 und in die entsprechenden, an der vorderen Fläche 78.1 vorgesehenen Öffnungen (nicht gezeigt) hinein erstrecken, um dadurch die Abstützanordnung 70 zu positionieren, wie in 1 der Zeichnungen gezeigt.
Die Fachanordnung 82 umfasst ein unteres Fachelement 84, das allgemein rechteckig geformt ist. Das Fachelement 84 definiert eine sich längs erstreckende Vertiefung 86, die sich aus einer Seite des Elements 84 öffnet. Ein Schlitz 88 erstreckt sich von einer gegenüberliegenden Seite des Elements 84 entlang des restlichen Teils der Länge des Elements 84 und öffnet sich in die Vertiefung 86, wie am besten in 3 der Zeichnungen ersichtlich ist. Ein Paar Öffnungen 110 ist benachbart zu der Öffnung des Schlitzes 88 angeordnet. Eine allgemein kreisförmige Öffnung 92 erstreckt sich durch den vertieften Teil des Elements 84. Um den Umfang beabstandete Schlitze 92.1 sind vorgesehen. Gegenüberliegende innere Seitenwände 88.1 des Elements 84 sind allgemein gekrümmt in dem Bereich der Öffnung 92, wie durch die Bezugsziffer 90 angezeigt, sodass die Öffnung 92 eben betrachtet allgemein kreisförmig ist. Ein Reihe längs beabstandeter Öffnungen 112 ist benachbart zu den Seitenwänden 88.1 angeordnet.
Die Anordnung 70 umfasst ferner einen lösbaren Abstützmechanismus, allgemein durch die Bezugsziffer 94 bezeichnet. Der Abstützmechanismus 94 umfasst einen pneumatisch betätigten Zylinder 96 und eine Kolbenstange 98, die sich horizontal von dem Zylinder 96 weg erstreckt. Ein freies Ende der Kolbenstange 98 weist eine reduzierte oder mit einem Gewinde versehene Querschnittsfläche auf, wie durch die Bezugsziffer 104 bezeichnet. Der lösbare Abstützmechanismus 94 umfasst ferner ein Haltelement in der Form einer Zunge 100. Die Zunge 100 besitzt die Form einer Platte mit einer Öffnung 102, die sich aus einer Seite Ende davon erstreckt und in der das Ende 104 der Kolbenstange 98 aufgenommen ist. Ein gegenüberliegendes Ende der Zunge 100 umfasst ein Paar seitlich beabstandeter Gabelelemente 106. Eine gekrümmte Stirnwand 108 erstreckt sich zwischen den Gabelelementen 106.
Die Fachanordnung 82 umfasst ferner eine Abdeckplatte 122, die allgemein von rechteckiger Form ist und zwei seitlich beabstandete Reihen von Öffnungen 116 aufweist, die sich durch gegenüberliegende Hauptseiten der Abdeckplatte 122 erstrecken. Eine Stirnfläche 96.1 des Zylinders 96 ist mit einem Paar seitlich beabstandeter Haltestifte (nicht gezeigt) versehen. Der Mechanismus 94 ist derart befestigt, dass sich die Haltestifte in die Öffnungen 110 hinein erstrecken, und derart, dass sich die Kolbenstange 98 entlang des Schlitzes 88 erstreckt und in die Vertiefung 86 hinein vorsteht. In dieser Position ist die Zunge 100 verschiebbar in der Vertiefung 86 aufgenommen. Die Abdeckplatte 122 ist derart über dem Element 84 positioniert, dass die Öffnungen 116 mit den Öffnungen 112 ausgerichtet sind, und ist an dem Element 84 mit Hilfe von Befestigungselementen (nicht gezeigt), die durch die Öffnungen 116, 112 verlaufen, befestigt, um dadurch den Mechanismus 94 in Position zu halten. Die Abdeckplatte 122 umfasst eine kreisförmige Öffnung 120, die wie am besten in 2 der Zeichnungen ersichtlich, wenn die Abdeckplatte 122 in Position befestigt ist, mit der Öffnung 92 ausgerichtet ist, um einen kreisförmigen, zylindrischen Kanal 121 (siehe 3A) bereitzustellen, der sich durch die Fachanordnung 82 hindurch erstreckt.
Wenn der Zylinder 96 betätigt wird, um die Kolbenstange 98 zurückzuziehen, wird das Zungenelement 100 in die Vertiefung 86 in einer allgemein durch den mit der Bezugsziffer 101 bezeichneten Pfeil angezeigten Richtung zurückgezogen, sodass die Gabelelemente 106 von dem durch die Öffnungen 120, 92 definierten Kanal getrennt sind, um eine freie Bewegung hierdurch zuzulassen. Wenn der Zylinder 96 betätigt wird, um die Kolbenstange 98 in einer durch die Bezugsziffer 103 gezeigten Richtung auszufahren, wird die Zunge 100 gleitend innerhalb der Vertiefung 86 verschoben, sodass sich die Gabelelemente 106 in den Kanal hinein erstrecken, um die Abstützung 200 abzustützen, wie unten stehend in größerem Detail beschrieben ist. Wie aus 3A der Zeichnungen ersichtlich, erstrecken sich die Gabelelemente 106 und ein Teil der Zunge 100 be nachbart zu der Seitenwand 108 in der ausgefahrenen Position in den Kanal 121 hinein.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen weist das Induktionsmittel 18 für ein elektromagnetisches Feld die Form einer spiralförmig gewickelten Induktionsspule 130 auf, die sich entlang einer Länge der Behandlungszone 12 erstreckt und durch die Abstützanordnung 30 abgestützt ist. Das Kühlmittel 16 weist die Form einer Vielzahl von spiralförmig gewickelten Strömungsrohren 132 auf, die zwischen benachbarten Spulenelementen der Induktionsspule 130 positioniert sind. Die Rohre 132 sind entlang der Länge der Behandlungszonen unabhängig betreibbar. Somit können an verschiedenen Positionen entlang einer Länge der Behandlungszone 12 verschiedene Luftdurchsätze vorgesehen sein, um den Temperaturgradienten zu steuern. Die Induktionsspule 130 und die Rohre 132 erstrecken sich entlang der Länge der ersten Behandlungszone 12, um eine Ummantelung bereitzustellen, die einen allgemein kreisförmigen, zylindrischen Kanal definiert, der mit dem durch die Öffnungen 92 und 120 in dem Fach 82 bereitgestellten Kanal 121 ausgerichtet ist.
Zwei weitere Behandlungszonen 12.1 und 12.2 sind durch die Abstützanordnung 30 über der Behandlungszone 12 abgestützt. Die Behandlungszonen 12.1 und 12.2 sind in Reihe angeordnet und vertikal mit der Behandlungszone 12 ausgerichtet, sodass ihre Kanäle mit den Kanälen der Behandlungszone 12 ausgerichtet sind. Jede von den Behandlungszonen 12.1 und 12.2 ist mit einem Kühlmittel und einem Induktionsmittel 18 für ein elektromagnetisches Feld versehen, welches das gleiche wie das in der Behandlungszone 12 vorgesehene ist und daher nicht erneut im Detail beschrieben wird.
Die Rohre 132 und die ähnlichen Rohre der Behandlungszonen 12.1 und 12.2 sind an eine Gasversorgung, z. B. eine Luftversorgung, mit Hilfe eines Rohrnetzes (nicht gezeigt) angeschlossen. Die Luftströmung zu den Rohren 132 wird mit Hilfe von Düsen 134 gesteuert.
Die Spule 130 und die Spulen der Behandlungszonen 12.1 und 12.2 sind in Reihe mit einem Induktionsgenerator verbunden, der einen Strom im Bereich von ca. 100 bis 12.000 A mit einer Frequenz von 60 Hz bis 30.000 Hz liefert. Das elektromagnetische Feld induziert eine Turbulenz- und Schwingungsbewegung in der Charge, um das Wachstum der Primärkristalle anstelle der dendritischen Kristalle zu erleichtern.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 8 der Zeichnungen ist ein Temperaturerfassungsmittel, allgemein durch die Bezugsziffer 140 bezeichnet, an der Abstützanordnung 30 befestigt. Das Temperaturerfassungsmittel 140 umfasst einen sich vertikal erstreckenden Abstützarm 142, der an der Anordnung 30 befestigt ist. Wie am besten in 8 der Zeichnungen ersichtlich ist eine Abstützanordnung 144 durch einen Winkel 145 an dem Arm 142 befestigt und erstreckt sich horizontal von dem Abstützarm 142 weg. Die Anordnung 144 umfasst einen Befestigungsblock 146, der ein Paar längliche Abstützelemente 148 trägt. Die Elemente 148 sind bei Betätigung durch einen pneumatischen Zylinder (nicht gezeigt) gleitend in einer horizontalen Richtung 148.1 innerhalb des Blocks 146 verschiebbar. Die Elemente 148 sind durch einen Flansch 147 mit einem weiteren Befestigungsblock 150 verbunden, von dem sich ein Paar weitere Abstützelemente 152 in einer vertikalen Richtung erstrecken. Die Elemente 152 sind auf ähnliche Weise wie die Elemente 148 in einer vertikalen Richtung 152.1 verschiebbar. Ein Temperaturerfassungskopf 154 ist an dem freien Ende der sich vertikal erstreckenden, leitenden Elemente 152 befestigt. Im Gebrauch ist der Sensorkopf 154 an einem Ausgang aus der Behand lungszone 12.2 positioniert und mit Thermoelementen 159 versehen, die entsprechende Temperaturablesungen eines halbfesten Metalls in einem Behälter 14, wie es aus der Behandlungszone 12.2 entfernt wird, wie unten stehend in größerem Detail beschrieben ist, messen. Die Thermoelemente 159 weisen verschiedene Längen auf, um ein Temperaturprofil über eine Länge des Behälters 14 bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 der Zeichnungen umfasst das Untergestell oder die Chargenabstützung 200 einen allgemein kreisförmigen zylindrischen Körper 190. Der Körper 190 umfasst einen kreisförmigen zylindrischen Oberteil 156 und einen kreisförmigen zylindrischen Unterteil 158, zwischen denen ein Mittelteil 192 mit reduziertem Durchmesser vorgesehen ist. Wie am besten in 5 der Zeichnungen ersichtlich ist ein ringförmiger Spalt 151 zwischen gegenüberliegenden, sich um den Umfang erstreckenden Flächen 166 und 168 des Ober- und Unterteils 156, 158 definiert. Die Flächen 166, 168 und der Mittelteil 192 definieren eine Eingriffsausformung, in der die Gabelelemente 106 aufgenommen sind, wie unten stehend in größerem Detail beschrieben ist, und wie sie durch die Bezugsziffer 202 in 5 der Zeichnungen schematisch dargestellt ist.
Eine kegelstumpfförmige Sitzausformung 160 erstreckt sich von dem Unterteil 158 weg und definiert einen kreisförmigen zylindrischen Sitz 118 (siehe 6 der Zeichnungen), der auf der Abstützfläche 65 der Beschickungsanordnung 20 sitzt. Ein Kopfabschnitt 182 (siehe 6 der Zeichnungen) steht von dem Oberteil 156 vor. Ein Ring 162 ist auf dem Kopfabschnitt 182 montiert. Ein oberer Rand des Rings 162 steht über den Kopfabschnitt 182 hinaus und definiert einen Sitz 184, wie am besten in 5 der Zeichnungen ersichtlich ist. Die Abstützung ist aus einem keramischen Material hergestellt.
Unter Bezugnahme auf 7 der Zeichnungen umfasst der Behälter 14 eine Trommel 220, die beispielsweise aus austenitischem Edelstahl hergestellt ist. Typischerweise weist die Trommel eine Wanddicke aus 1,6 mm bis 4,0 mm auf. Ein sich um den Umfang erstreckender Kranz 222 ist an einem unteren Ende der Trommel 220 vorgesehen und ein Basiselement 224 ist von oben in die Trommel eingesetzt, wie durch den Pfeil 223 angezeigt, sodass die Basis 224 gegen den Kranz 221 anliegt. Das Basiselement 224 kann herausgezogen werden, um einen Gießmassen-Knüppel aus dem Behälter 14 in einem halbfesten Zustand auszuwerfen.
Der Betrieb der Einheit 31, des Mechanismus 94, der Induktionsspulen 130, der Düsen 134 und des Temperaturerfassungsmittels kann mit einer in einem Steuerkasten 17 (siehe 1) montierten, automatischen Computerprozesssteuerungseinheit verbunden sein, um die Vorrichtung 10 und das Verfahren auf die unten beschriebene Weise zu steuern.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 9 der Zeichnungen ist die Induktionsspule 130 mit zwei Endanschlüssen 250, 252 versehen, die mit einer AC-Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden sind. Eine Vielzahl von wendelförmigen Windungen 253 ist zwischen den Endabschnitten 250, 252 vorgesehen. Die Windungen 253 sind längs beabstandet, um eine Vielzahl von Spalten 255 entlang der Länge der Spule 130 bereitzustellen. Das Chargenkühlmittel 16 umfasst eine Vielzahl von Rohrabschnitten 256, 258, 260, 262 und 264, die jeweils einem wendelförmigen Weg folgen. Der obere von den Rohrabschnitten 265 ist mit einem Einlass 262 an seinem oberen Ende versehen, durch den gasförmiges Kühlmittel strömt. Der Rohrabschnitt 256 endet an einem Auslass 264, von dem das gasförmige Kühlmittel zu seinem Versorgungspunkt zurückgeleitet wird. Der zweite von den Rohrabschnitten 258 ist mit einem Einlass 266 für ein gasförmiges Kühlmittel versehen, der benachbart zu dem Auslass 264 ange ordnet ist und in einem unteren Auslass 268 endet. Ähnliche unabhängige Kreise sind in Bezug auf die verbleibenden Rohrabschnitte 260, 262 und 264 vorgesehen und sind nicht im Detail beschrieben. Wenn die Vorrichtung zusammengebaut wird, werden die Rohrabschnitte 256 bis 264 zwischen den benachbarten Windungen 255 der Induktionsspule 130 entlang der Länge der Induktionsspule positioniert, um eine Ummantelung, die fünf unabhängig betreibbare Kühlkreise umfasst (um eine flexiblere Steuerung der Kühlung entlang der Länge der Behandlungszone bereitzustellen), und ein Induktionsmittel für ein elektromagnetisches Feld (das die Turbulenz- und Schwingungsbewegung bereitstellt) vorzusehen. Jeder von den Rohrabschnitten 256 bis 264 ist mit um den Umfang beabstandeten, nach innen gerichteten Öffnungen 270 versehen (von denen in 9 der Darstellungen nur wenige gezeigt sind), um das gasförmige Kühlmittel in die Behandlungszonen 12, 12.1 und 12.2 zu leiten. Die Rohrabschnitte 256 bis 264 sind, wenn sie in der Induktionsspule 130 angeordnet sind, an der Induktionsspule 130 durch Löten von oberen und unteren Abschnitten der Windungen des Rohrabschnitts 256 bis 264 an benachbarte Abschnitte der Induktionsspule 130 befestigt.
Im Gebrauch, in der in 1 der Zeichnungen gezeigten Ausgangsposition, ist die Abstützung 200 an dem Arm 48 positioniert, sodass der Sitz 180 auf der Abstützfläche 65 ruht, und das Greifmittel 60 wird über die Steuereinheit betätigt, sodass die Finger 63 nach innen verschoben werden und mit dem Unterteil 158 der Abstützung 200 in Eingriff gelangen. Der Behälter 14 ist derart auf der Abstützung 200 positioniert, dass der Unterteil davon in dem durch den vorstehenden Kopf 182 und den Ring 162 definierten Sitz 184 aufgenommen ist.
Legierungsschmelze, die etwa 15°C bis 50°C über die Schmelztemperatur der Legierung erhitzt ist, wird in den Behälter 14 gegossen, der bei Raum temperatur gehalten wird. Der Behälter 14 ist mit einer hochtemperaturbeständigen Lösung überzogen, um zu verhindern, dass die Behälterwände mit geschmolzenem Material benetzt werden, und um einen einfachen Austrag der halbfesten Legierung oder der Gießmasse aus dem Behälter 14 zu ermöglichen, nachdem der Prozess abgeschlossen wurde.
Während der Behälter 14 mit der Metalllegierungschmelze beschickt wird, wird die Antriebseinheit 31 aktiviert, um den Arm 48 (über Betätigung des Zylinders 46) entlang des kurzen Hubs in der durch den Pfeil 58 angezeigten Richtung zu verschieben (wie oben stehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben), sodass der Behälter 14 entlang des geradlinigen Wegs 26 von der Ausgangsposition in eine Position verschoben wird, in der das vordere Ende des Behälters 14 mit der Fachanordnung 82 auf gleicher Höhe ist. Danach wird der Behälter 14 durch Verschieben (über Betätigung des Zylinders 40) entlang des langen Hubs in die Behandlungszone 12 vorgerückt. Während dieses Vorgangs wird der Zylinder 96 der Abstützanordnung 70 betätigt, sodass sich die Zunge 100 in einer zurückgezogenen Position befindet, um zuzulassen, dass der Behälter 14 durch die Öffnung 92 und 120 hindurch in eine Position gelangt, in der der ringförmige Spalt 151 mit der Vertiefung 86 ausgerichtet ist und die Finger 63 in den Schlitzen 92.1 aufgenommen sind. Sobald der Behälter 14 in Position ist, wird der Zylinder 96 betätigt, sodass die Gabelelemente 106 in den ringförmigen Spalt 151 hinein vorstehen, wie oben stehend beschrieben, und die Abstützflächen 166 der Abstützung 200 auf den Gabelelementen 106 ruhen und die gekrümmte Seitenwand 108 fest um einen Teil des Mittelteils 150 herum sitzt. Die Antriebseinheit 31 wird dann aktiviert, indem das Greifmittel 60 gelöst und der Arm 48 zurück in die Ausgangsposition verschoben wird, wobei der Behälter 14 durch die Gabelelemente 106 abgestützt bleibt.
Die Induktionspulen 130 werden aktiviert, um eine Turbulenzströmung zu induzieren und das Schwingungsfeld in der geschmolzenen Charge bereitzustellen. Gleichzeitig damit wird der Durchfluss von Luft durch die Düsen 134 geregelt, um eine gewünschte Abkühlung bereitzustellen und einen ersten Kristallkeimbildungszyklus in der Behandlungszone 12 bereitzustellen. Typischerweise wird die Charge gleichmäßig entlang der Länge des Behälters mit einer Schwankung von etwa ± 3°C abgekühlt.
Nach der gewünschten Zeit in der ersten Behandlungszone 12 werden ein/e weitere/r Abstützung 200 und Behälter 14 mit Metallschmelze entlang des kurzen Hubs in Richtung der ersten Behandlungszone 12 (wie oben stehend beschrieben) vorgerückt, bis ein vorderes oberes Ende des Behälters 14 an dem Sitz 180 der in der Behandlungszone 12 positionierten Abstützung 200 anliegt. Da nun der weitere Behälter 14 den Behälter 14 in der Behandlungszone 12 abstützt, wird der Zylinder 96 betätigt, um die Zunge 100 zurückzuziehen, sodass die Gabelelemente 106 von dem Kanal getrennt sind. Der weitere Behälter 14 wird dann durch eine Verschiebung entlang des langen Hubs in die erste Behandlungszone 12 hinein gedrängt. Die frische Charge liegt an dem Behälter 14 an, der sich zu Beginn in der Behandlungszone 12 befunden hat, und verschiebt ihn in die nächste Behandlungszone 12.1 hinein, wo er durch den Sitz 180, der auf einem vorderen Ende des nun in der ersten Behandlungszone 12 positionierten frischen Behälters 14 ruht, abgestützt wird. Auf die gleiche Weise wird eine nachfolgende Charge in die Behandlungszone 12 eingeleitet, die die Charge 14 in der Behandlungszone 12.1 in die Behandlungszone 12.2 vorrückt und in ähnlicher Weise den Behälter 14 in der Behandlungszone 12 in die Behandlungszone 12.1 vorrückt. Wenn der nächste Behälter 14 eingesammelt wird, wird der Stapel aus Behältern in den Behandlungszonen 12, 12.1 und 12.2 durch das Gabelelement 106 abgestützt, das den untersten Behälter 14 abstützt.
Nach einer gewünschten Zeitspanne in der Behandlungszone 12.2 wird eine Temperaturablesung durch Einsetzen des Erfassungskopfes 154 in die obere Öffnung des obersten Behälters 14 vorgenommen. Der Erfassungskopf 154 wird durch Betätigung der Elemente 148 und 152 in die und aus der Position bewegt. Die zweite und die dritte Behandlungszone 12.1 und 12.2 umfassen einen weiteren Rühr- und kontrollierten Abkühlprozess, um den Kristallkeimbildungsvorgang begrenzt zu halten und die gewünschte halbfeste Temperatur- und Mikrostruktur zu erhalten.
Der Prozess wird fortgesetzt, indem ein frischer Behälter 14 in die erste Behandlungszone 12.1 eingebracht wird, der jeden der Behälter 14 in dem Zug um eine Position nach oben vorrückt, um den obersten Behälter 14 aus der Vorrichtung 10 auszustoßen. Durch Messen der Temperatur unmittelbar vor dem Ausstoßen kann die Probe, die aus der Behandlungszone 12.2 entfernt wird, für Anpassungen der Abkühlgeschwindigkeit dienen, um die gewünschte Temperatur beim Verlassen der Behandlungszone 12.2 zu erhalten.
Nachdem ein Behälter 14 entweder manuell oder durch eine automatische Vorrichtung aus der Behandlungszone 12.2 ausgestoßen wurde, wird der Behälter 14 zu der Druckkammer einer Hochdruckgießmaschine (HPDC-Maschine) zum weiteren Formen im halbfesten Zustand weitergegeben.
Die unten stehende Tabelle 1 zeigt eine Aufgliederung der Zeiten und des nachfolgenden Vorrückens verschiedener Behälter oder Schalen durch die Vorrichtung 10. Tabelle 1
Ein Beispiel, das die Vorrichtung 10 und das Verfahren der Erfindung verwendet, wird nun beschrieben. Die Vorrichtung 10 und das Verfahren finden besondere Anwendung für Leichtlegierungen wie z. B. Aluminium-, Magnesium-, und Zinklegierungen.
Beispiel 1
Eine Aluminium-Siliziumlegierung A356 wird in einem Schmelzofen bei einer Temperatur von 720°C bis 780°C geschmolzen und dann zu einem Mischofen weitergegeben. Ein Dosierofen, der Schutzgas auf der Oberfläche der Metallschmelze bereitstellt und in der Lage ist, eine gewünschte Menge flüssiger Legierung in einen Behälter zu gießen, wurde verwendet. Die Temperaturänderung der Metalllegierung während des Gießens wird innerhalb eines Bereiches von ± 1°C bis 2°C der gewünschten Temperatur gesteuert. Die Gießtemperatur betrug 629°C bis 631°C. Das flüssige Metall bei dieser Temperatur wird auf die Wand des Behälters 14 gegossen und unter etwa 30° bis 40° in Bezug auf eine vertikale Achse geschwenkt. Der erste Behälter 14 mit flüssiger Metalllegierung wird an die Abstützfläche 65 manuell oder durch einen G-Achsen-Roboter weiter gegeben, auf der Abstützung 200 angeordnet und dann durch die Antriebs einheit 31 zu der ersten Behandlungszone 12.1 befördert. In Intervallen von etwa einer Minute werden ein zweiter und dritter Behälter 14 in die Vorrichtung eingeleitet, sodass der erste Behälter in der Behandlungszone 12.2 positioniert ist. Dann wird das Temperaturerfassungsmittel 140 verwendet, um die Endtemperatur zu messen und die Abkühlgeschwindigkeit anzupassen, um das endgültige Temperaturprofil der halbfesten Gießmasse bei Bedarf zu erreichen. Die nachfolgenden Behälter werden durch Hinzufügen zusätzlicher Behälter 14 ausgestoßen. Die ausgestoßenen Behälter sind dann für ein Gießen von Hand oder durch einen Roboter bereit und werden in die Druckkammer der Druckgießmaschine ausgestoßen.
In 10 ist ein Foto der Mikrostruktur der Legierung gemäß dem Beispiel, betrachtet durch ein optisches Rasterelektronenmikroskop, dargelegt. Die primären Aluminiumkristalle (A) sind in einer eutektischen Mischung (B) aus Al-Si-Mg eingestreut, wobei keine dendritische Kristallisation vorliegt.
Der Anmelder ist der Meinung, dass ein Vorteil der Erfindung darin besteht, dass durch vertikales Ausrichten der Konditionierungs- oder Behandlungszonen 12, 12.1 und 12.2 und durch Vorrücken des Behälters 14 entlang des geradlinigen Weges 26 das Problem der Verwendung einer relativ großen Grundfläche, die mit einer komplexeren und sperrigen Vorrichtung verbunden ist, wie dem Anmelder bekannt ist, verringert wird. Es ist daher zu erwarten, dass die Kosten solch einer Vorrichtung relativ gering sind. Das schrittweise oder sequenzielle Vorrücken der Behälter 14 durch die Behandlungszonen 12, 12.1 und 12.2 Ende an Ende unter gleichzeitigem kontrolliertem Abkühlen und Rühren in jeder der Behandlungszonen stellt ein vereinfachtes Verfahren in einer kompakten Vorrichtung bereit, das die für den Rheocasting-Prozess gewünschte enge Pro zesssteuerung bieten kann, um die gewünschte Mikrostruktur und die gewünschte halbfeste Temperatur für die Behandlung in der Hochdruckgießmaschine im Vergleich mit Vorrichtungen und Prozessen, die dem Anmelder bekannt sind, zu erhalten. Die kreisförmigen zylindrischen Kanäle mit der „Ummantelung" einer Kühlung sorgen für eine relativ gleichmäßige Temperaturverteilung durch die Charge. Der Anmelder ist auch der Meinung, dass das gleichzeitige Abkühlen und Rühren für einen relativ kürzeren Prozess sorgt und die strukturellen Eigenschaften der halbfesten Metalle im Vergleich mit Vorrichtungen und Verfahren, die dem Anmelder bekannt sind, verbessert. Der Anmelder ist auch der Meinung, dass das Stapeln Ende an Ende eine relativ abgeschlossene Umgebung während der Verarbeitung bereitstellt, wodurch das Problem einer Oxidation verringert ist. Der Anmelder ist der Meinung, dass die Vorrichtung und das Verfahren sich anbieten, um einfach in bestehende SSM-Thixocasting-HPDC-Maschinen aufgenommen zu werden, was Gelegenheiten bietet, die SSM-Technologie einzusetzen, oder vom Thixocasting- zum Rheocasting-Prozess bei relativ geringen Kosten umzustellen. Die Vorrichtung und das Verfahren sind insofern flexibel, als die Anzahl von Behandlungszonen geändert werden kann, um sich dem Prozess, den Erfordernissen einer Legierung und der Zykluszeit mit minimalen Abwandlungen an der Vorrichtung anzupassen. Darüber hinaus erlaubt die raumeffiziente und elegante Konstruktion der Vorrichtung eine Dimensionierung der Vorrichtung für die Behandlung von Knüppeln von mehr als 7,5 kg. Dem Anmelder bekannte Vorrichtungen sind auf Grund der durch das Wesen der Konstruktion auferlegten wirtschaftlichen Einschränkungen für diese Größe weniger geeignet.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer halbfesten Metalllegierung zur Verwendung beim Bilden eines Endproduktes, wobei das Verfahren umfasst, dass eine Behandlungszone bereitgestellt wird, die durch eine AC-Induktionsspule und ein Chargenkühlmittel definiert ist; eine Charge einer Metallschmelze, die in einem Behälter enthalten ist, in die Behandlungszone eingeleitet wird, indem der Behälter entlang eines geradlinigen Weges von einer Ausgangsposition, die mit der Behandlungszone ausgerichtet ist, verschoben wird; gleichzeitig die Charge einem elektromagnetisch induzierten Kraftfeld und einer kontrollierten Abkühlung in der Behandlungszone ausgesetzt wird, wobei das Kraftfeld induziert wird, indem die Induktionsspule mit einem Strom im Bereich von 100 bis 12.000 A und mit einer Frequenz zwischen 60 und 30.000 Hz versorgt wird, um dadurch eine Kraftfeldstärke bereitzustellen, die ausreicht, um eine Turbulenz- und Schwingungsbewegung in der Charge während des Abkühlens zu induzieren, um eine primäre globulare Kristallbildung anstelle einer dendritischen Kristallbildung zu fördern; und der Behälter aus der Behandlungszone verschoben wird, indem ein nachfolgender Behälter, der mit Metallschmelze beschickt ist, in die Behandlungszone entlang des geradlinigen Weges gedrängt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Behälter aus der Behandlungszone in mindestens eine weitere Behandlungszone verschoben wird, die in Reihe mit der Behandlungszone angeordnet oder mit dieser ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, das umfasst, dass ein nachfolgender Behälter kontinuierlich in die erste der Behandlungszonen entlang des geradlinigen Weges eingeleitet wird, wodurch der zuvor eingeleitete Behälter, der die Behandlungszone einnimmt, durch die mindestens eine weitere Behandlungszone schrittweise oder auf eine sequentielle Weise gedrängt wird, bis er aus der letzten der Behandlungszonen ausgestoßen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Behälter in die erste der Behandlungszonen in einer vertikalen Richtung entlang des geradlinigen Weges gedrängt werden, um einen Stapel vertikal ausgerichteter Behälter bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Behälter nach oben in die erste Behandlungszone eingeleitet werden, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass der Behälter der die erste Behandlungszone einnimmt, in einer festen Position abgestützt wird und die Abstützung mit dem Einleiten eines Behälters mit einer frischen Charge in die erste Behandlungszone gelöst wird, um zuzulassen, dass der Behälter mit der frischen Charge zu Beginn den Behälter in der ersten Behandlungszone abstützt, und, wenn er vorgerückt wird, den Behälter nach oben in die nächste Behandlungszone verschiebt.
Vorrichtung zum Herstellen einer halbfesten Metalllegierung aus einer geschmolzenen Charge der Legierung, wobei die Vorrichtung umfasst eine Behandlungszone, in der ein Beschickungsbehälter aufgenommen sein kann; ein Chargenkühlmittel zum Kühlen der Charge, wenn der Behälter in der Behandlungszone angeordnet ist; ein Induktionsmittel für ein elektromagnetisches Feld zum Induzieren eines elektromagnetischen Kraftfeldes in der Charge, wenn sie in der Behandlungszone angeordnet ist, wobei das Induktionsmittel für das elektromagnetische Feld in der Form einer AC-Induktionsspule vorliegt, der im Gebrauch ein Strom mit 100 bis 12.000 A mit einer Frequenz von 60 bis 30.000 Hz zugeführt wird, um dadurch ein Kraftfeld mit einer ausreichenden Stärke zu induzieren und somit während des Abkühlens eine primäre globulare Kristallbildung anstelle einer dendritischen Kristallbildung zu fördern; und eine Beschickungsanordnung, die ein Abstützmittel aufweist, um den Beschickungsbehälter in einer Ausgangsposition, die mit der Behandlungszone ausgerichtet ist, abzustützen, und ein Verschiebungsmittel zum Verschieben des Beschickungsbehälters aus der Ausgangsposition entlang eines geradlinigen Weges in die Behandlungszone aufweist, wobei die Behandlungszone derart ausgebildet ist, dass sie zulässt, dass der Beschickungsbehälter aus der Behandlungszone nach der Behandlung durch das Drängen des nachfolgenden Beschickungsbehälters in die Behandlungszone entlang des geradlinigen Weges verschoben werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Chargenkühlmittel und das Induktionsmittel für das elektromagnetische Feld derart angeordnet sind, dass ein sich in Längsrichtung erstreckender, offenendiger Kanal vorgesehen ist, der die Behandlungszone definiert und in dem die Beschickungsbehälter aufgenommen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der sich der Kanal vertikal erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die eine Abstützanordnung zum Abstützen des Beschickungsbehälters in der Behandlungszone umfasst, wobei die Abstützanordnung derart ausgebildet ist, dass sie gleichzeitig mit dem Einleiten eines nachfolgenden Beschickungsbehälters den Beschickungsbehälter freigibt, um zuzulassen, dass der Beschickungsbehälter durch den nachfolgenden Beschickungsbehälter abgestützt wird, und um bei Vorrücken des nachfolgenden Beschickungsbehälters in die Behandlungszone eine Verschiebung des Beschickungsbehälters aus der Behandlungszone zuzulassen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Abstützanordnung ein Halteelement umfasst, das montiert ist für eine Verschiebung zwischen einer zurückgezogenen Position, in der das Element von der Behandlungszone getrennt ist, und einer ausgefahrenen Position, in der es sich in die Behandlungszone hinein erstreckt und den in der Behandlungszone angeordneten Beschickungsbehälter abstützt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Halteelement mit einer Eingriffsausformung versehen ist, die mit einer komplementären Eingriffsausformung in Eingriff steht, wenn sich das Halteelement in der ausgefahrenen Position befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 11 inklusive, die mindestens eine weitere Behandlungszone umfasst, die ein Induktionsmittel für ein elektromagnetisches Feld und ein Chargenkühlmittel aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie einen weiteren sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal bereitstellen, der be nachbart zu dem Kanal der Behandlungszone liegt und mit diesem ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12 inklusive, bei der das Abstützmittel eine Chargenabstützung, auf der der Beschickungsbehälter im Gebrauch abgestützt ist, und ein lösbares Greifmittel zum lösbaren Greifen der Abstützung umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13 inklusive, bei der das Chargenkühlmittel eine Vielzahl von unabhängig betreibbaren Rohrabschnitten umfasst, die einem wendelförmigen Weg folgen und die zwischen benachbarten Windungen der Induktionsspule angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Rohrabschnitte an den benachbarten Windungen der Induktionsspule befestigt sind.