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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der
Oberflächenqualität von elektromagnetisch gegossenen
Aluminiumlegierungen und insbesondere die Zugabe von Calcium
zu dem geschmolzenen Aluminium vor dem Gussblockkopf
während des elektromagnetischen Gießens.
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Bei der Herstellung von Produkten aus Aluminiumlegierungen
wird das Aluminium geschmolzen, legiert und zu Gussblöcken
gegossen, die dann einer Vielzahl von
Bearbeitungsoperationen, wie Walzen, Extrudieren, Mahlen etc., unterworfen
werden. Verfahren, die zum Gießen von Aluminiumlegierungs-
Gussblöcken verwendet werden, schließen die
Direktabschreckung, das kontinuierliche Gießen und das
elektromagnetische Gießen ein.
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Beim Direktabschreckungsgießen wird geschmolzenes
Aluminium in eine flache wassergefüllte Form mit gewünschter
Querschnittsgestalt eingegossen, um einen Gussblock zu
bilden. Wenn das Metall in der Form zu erstarren beginnt,
dann wird ein falscher Boden in der Form mit
kontrollierter Geschwindigkeit herabgelassen und Wasser wird auf die
Oberfläche des frisch verfestigten Metalls, wie es aus der
Form herauskommt, aufgesprüht.
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Beim elektromagnetischen Gießen wird geschmolzenes
Aluminium in eine Form eingespeist und darin durch
elektromagnetische Kräfte begrenzt. Das geschmolzene Aluminium wird
verfestigt und aus der Form herausgenommen, um einen
Gussblock zu bilden.
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Eine besondere Besorgnis beim Verfahren des
kontinuierlichen Gießens von Aluminiumlegierungen zu Gussblöcken ist
die Vermeidung der Bildung von Metalloxiden und das Verhindern,
dass Schlacken, Abschäume und andere
Verunreinigungen in den Gussblock eintreten, um die
Oberflächenqualität des zu gießenden Gussblocks nachteilig zu
beeinflussen. Oberflächenunzulänglichkeiten in den Seitenwänden des
Gussblocks führen zu höheren Betriebskosten, da die
Gussblöcke eine Oberflächenbehandlung, wie ein Skalping oder
dergleichen, benötigen, um Oberflächenunzulänglichkeiten
zu entfernen, bevor die weitere Bearbeitung erfolgt.
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Im Stand der Technik sind schon verschiedene Lösungen zur
Verbesserung der Qualität der Gießoberfläche von
Aluminiumlegierungen vorgeschlagen worden. So beschreibt die US-
PS Nr. 3 779 389 einen beutelförmigen Filter, der so
ausgebildet ist, dass er feste Verunreinigungen aus dem
Aluminium während des Gießens entfernt. Der beutelförmige
Filter ist in dem Kopf des Gussblocks angeordnet, um
festes teilchenförmiges Material aus dem geschmolzenen
Material herauszufiltern.
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Die US-PS Nr 3 926 690 beschreibt eine Aluminium-Eisen-
Silicium-Legierung, die Strontium und/oder Calcium als
Legierungskomponente zur Verminderung der Aufnahme während
der Extrudierung eines Gussblockes enthält.
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Die US-PS Nr. 4 523 627 beschreibt eine elektromagnetische
Gießmethode, die durch die Verwendung eines
Beschickungskopfs im oberen Teil in Kombination mit einem
elektromagnetischen Feld charakterisiert ist. Die Kontrolle der
Position der Höhe des Beschickungskopfes im oberen Teil und
des Gießkühlsystems gestattet es, Aluminium und seine
Legierungen in Form von Blöcken oder Platten zu gießen,
deren Oberflächen keine Skalping-Behandlung erfordern.
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Das herkömmliche kontinuierliche Gießen von
Aluminiumlegierungen in Gussblockform ergibt aber nicht eine solche
annehmbare Oberflächenqualität der Gussblöcke, dass die
Gussblöcke ohne Notwendigkeit einer Skalping- oder einer
anderen Oberflächenbehandlung direkt verarbeitet werden
können. Insbesondere erfordert die Produktion von
Vorratslegierungen für Dosenkörper, wie AA3104, und Legierungen
für Dosendeckel, wie AA5182, eine Gussblockoberfläche mit
hoher Qualität, bevor die weitere Verarbeitung
durchgeführt wird. Aluminiumlegierungen der AA5000-Reihe, wie
AA5182, sind besonders schwierig elektromagnetisch zu
gießen, ohne dass signifikante
Oberflächenunzulänglichkeiten in der Gussblockoberfläche erzeugt werden, die eine
Skalping-Behandlung erfordern. Vermutlich ist die
Anwesenheit von Magnesiumoxid in der Nachbarschaft der
Gussblockoberfläche während des Gießens eine primäre Komponente,
die zu der schlechten Oberflächenqualität des wie
gegossenen Produkts beiträgt.
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Im Hinblick auf die oben beschriebenen Mängel des Stands
der Technik hat sich ein Bedarf dahingehend entwickelt,
ein verbessertes elektromagnetisches Gießverfahren für
Aluminium und Aluminiumlegierungen bereitzustellen, das ein
Gussblockprodukt mit einer Oberflächenqualität liefert,
die ausreichend ist, um eine weitere Bearbeitung des
Gussblocks ohne Notwendigkeit einer Oberflächenbehandlung, wie
Skalping oder dergleichen, durchzuführen.
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Entsprechend diesem Bedarf stellt die vorliegende
Erfindung ein verbessertes elektromagnetisches Gießverfahren
bereit, das einen Gussblock aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung liefert, welcher eine Gussblock-
Oberflächenqualität hat, die im Allgemeinen von
Oberflächenunzulänglichkeiten frei ist. Der Gussblock kann direkt
bearbeitet, gewalzt oder in der Größe reduziert werden,
ohne dass die Notwendigkeit einer
Oberflächenkonditionierung oder einer Skalping-Behandlung besteht.
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Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
daher in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Verbesserung
der Oberflächenqualität von elektromagnetisch
gegossenen Aluminiumlegierungen und Produkten davon.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, ein verbessertes elektromagnetisches Gießverfahren
bereitzustellen, das einen Gussblock mit hoher
Oberflächenqualität ergibt, indem die zu gießende geschmolzene
Aluminiumlegierung vor dem Gussblockkopf der
elektromagnetischen Gießstation behandelt wird.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, einen elektromagnetisch gegossenen Gussblock aus
einer Aluminiumlegierung bereitzustellen, bei dem
mindestens seine Seitenoberflächen im Allgemeinen von
Oberflächenunzulänglichkeiten so frei sind, dass der Gussblock
direkt ohne Oberflächenkonditionierung oder Skalping
bearbeitet werden kann.
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Weitere Aufgaben und Ziele der vorliegenden Erfindung
werde aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
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In Erfüllung der vorstehenden Aufgaben und Vorteile stellt
die vorliegende Erfindung eine Verbesserung gegenüber dem
herkömmlichen elektromagnetischen Gießen von
Aluminiumlegierungen zu Gussblockprodukten dar. Während des
elektromagnetischen Gießens von Aluminiumlegierungen wird eine
geschmolzene Aluminiumlegierung der Reihe AA5000 in eine
Gussblockform in der Nachbarschaft seines Gussblockkopfs
eingespeist und durch elektromagnetische Kräfte innerhalb
der Gussblockform begrenzt. Gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird eine wirksame Menge Calcium der
geschmolzenen Aluminiumlegierung vor dem Gussblockkopf zugesetzt und
ein Gussblock aus einer Aluminiumlegierung wird gegossen,
dessen Seitenoberflächenqualität im Wesentlichen so von
Oberflächenunzulänglichkeiten frei ist, dass der Gussblock
aus der Aluminiumlegierung in seiner Größe reduziert werden
kann, indem er ohne einen
Oberflächenkonditionierungsvorgang an den Gussblockseitenoberflächen bearbeitet wird.
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Das Calcium wird während des elektromagnetischen Gießens
so zugesetzt, dass der Gussblock aus der
Aluminiumlegierung nicht mehr als 0,05 Gew.-% Calcium enthält. Gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektromagnetisch
gegossene Aluminiumlegierung eine Aluminiumlegierung
AA5182 mit zwischen 0,01 und 0,04 Gew.-% Calcium.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein
elektromagnetisch gegossener Gussblock aus einer Aluminiumlegierung
der Reihe AA5000 bereitgestellt, der Seitenoberflächen
hat, die im Allgemeinen von Oberflächenunzulänglichkeiten
frei sind. Der Gussblock, der eine wirksame Menge von
Calcium enthält, kann in seiner Größe weiter reduziert
werden, indem er ohne eine
Oberflächenkonditionierungsbehandlung zwischen dem elektromagnetischen Gießen des
Gussblocks und dem Verarbeiten des Gussblocks bearbeitet wird.
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Nunmehr wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen,
wobei die einzige Figur ein schematisches
Blockfließdiagramm ist, das das erfindungsgemäße Verfahren zeigt.
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Die vorliegende Erfindung ergibt unerwartete Vorteile
gegenüber dem anderen herkömmlichen elektromagnetischen
Gießen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen in die Form
von Gussblöcken. D. h. durch Ausübung der Erfindung kann
ein Gussblock aus einer Aluminiumlegierung gegossen
werden, der eine Oberflächenqualität hat, die so ausreichend
von Oberflächenunzulänglichkeiten frei ist, dass der
Gussblock danach in seiner Größe reduziert werden kann, indem
er ohne die Notwendigkeit einer
Oberflächenkonditionierungsbehandlung, z. B. eines Skalpings oder dergleichen,
bearbeitet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für
Aluminiummaterialien AA5182 für Dosendeckel geeignet. Diese Typen
von Aluminiumlegierungen sind beim elektromagnetischen
Gießen besonders schwierig, was auf die Tendenz
zurückzuführen ist, dass Verunreinigungen in dem geschmolzenen
Aluminium in die Oberfläche des Gussblocks eingearbeitet
werden. Die vorliegende Erfindung eliminiert diesen
Nachteil, indem die Aluminiumlegierung vor dem Gussblockkopf
behandelt wird.
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Die einzige Figur stellt ein schematisches Fließdiagramm
des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Gießprozesses
dar. Die Vorrichtung wird allgemein durch das
Bezugszeichen 10 angegeben. Sie umfasst einen Schmelzofen 1, einen
Halteofen 3, ein Filter/Entgasungssystem 5 und eine
Gießstation 7. Transfervorrichtungen 9 sind zwischen dem
Schmelz- und dem Halteofen und dem Filter/Entgasungssystem
angeordnet. Eine Gießpfanne oder -rinne 11 führt die
geschmolzene Aluminiumlegierung aus dem
Filter/Entgasungssystem in die Gießstation 7.
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Die Gießstation 7 schließt eine Vielzahl von Ausgüssen 13
ein. Die Ausgüsse 13 führen die geschmolzene
Aluminiumlegierung auf dem Wege über die Verteiler 17 zu der
elektromagnetischen Gießvorrichtung 30 (zur Klarheit ist eine
gezeigt). Es wird darauf hingewiesen, dass die
elektromagnetische Gießvorrichtung zur Anwendung bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren ihrer Natur nach herkömmlich ist und eine
weitere detaillierte Beschreibung wird daher zum
Verständnis der Erfindung nicht für erforderlich gehalten.
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Die elektromagnetische Gießvorrichtung produziert
Gussblöcke 15 mit spezifizierter Gestalt. Die Gussblöcke sollen
alle Gestalten umfassen, die dazu imstande sind, unter
Verwendung von elektromagnetischen Gießtechniken gegossen
zu werden.
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Das der geschmolzenen Aluminiumlegierung zugesetzte
Calcium kann von einem beliebigen bekannten Typ sein und
beispielsweise partikelförmig, brikettartig, pulverförmig
sein, oder in Brikettform oder anderen Formen vorliegen.
Das Calcium wird absichtlich zu dem geschmolzenen
Aluminium in einer dosierten Art und Weise vor dem Gussblockkopf
zugesetzt. So kann beispielsweise ein
Schneckenbeschickungssystem eingesetzt werden, um eine wirksame Menge von
Calcium während des Gießens zuzusetzen. Alternativ kann
das Calcium manuell durch eine Betriebsperson in
vorbestimmten Mengen zugesetzt werden.
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Eine wirksame Calciummenge soll eine solche Calciummenge
sein, die bei der Zugabe zu der geschmolzenen
Aluminiumlegierung dazu führt, dass der Gussblock aus der
Aluminiumlegierung 15 maximal 0,05 Gew.-% Calcium, vorzugsweise
zwischen 0,01 und 0,04 Gew.-%, mehr bevorzugt nicht mehr
als 0,02 Gew.-%, enthält. Die Zugabe des Calciums kann
auch in der Weise kontrolliert werden, dass der
Calciumgehalt in der zu gießenden geschmolzenen Aluminiumlegierung
oder dem Aluminiumlegierungs-Gussblock überwacht wird, um
die zuzusetzende Calciummenge zu regulieren.
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Das Calcium kann an jedem beliebigen Punkt des
Fließdiagramms der einzigen Figur zu dem Gussblockkopfbereich 19
zugesetzt werden. So kann beispielsweise das Calcium zu
einem der Öfen 1 oder 3 oder einer Transfervorrichtung
zugesetzt werden oder es kann eingegossen werden. Auf diese
Weise wird das Calcium wirksam legiert und in dem
geschmolzenen Metall verteilt, bevor dieses in die
Gussblockform eintritt, damit die Oberflächenqualität des
Gussblocks verbessert wird.
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In der Gießstation 7 wird ein Gussblock ohne den Vorteil
der Calciumzugabe während des Gießens gezeigt. Dieser
durch das Bezugszeichen 15' angegebene Gussblock zeigt
Oberflächenunzulänglichkeiten 21, die die Form von Falten,
Pusteln, Oxidflecken oder dergleichen annehmen können. Das
Calcium wurde in die Gießpfanne 11 beim Bezugszeichen 20
vor dem Gussblockkopf für die Gussblöcke 15 zugesetzt. Die
erfindungsgemäß gegossenen Gussblöcke 15 ergeben eine
Gussblockoberfläche 23, die im Wesentlichen von
irgendwelchen Oberflächenunzulänglichkeiten frei ist. Durch diese
qualitativ höhere Oberfläche 23 können die Gussblöcke 15
danach durch Walzen 27 oder andere Verformungsoperationen
ohne eine Oberflächenbehandlung bearbeitet werden.
Demgegenüber muss der Gussblock 15' durch Skalping 29 oder eine
andere Behandlung zur Entfernung der
Oberflächenunzulänglichkeiten 21 an der Oberfläche konditioniert werden.
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Gießversuche von Legierungen der AA5000-Reihe haben
Gussblöcke aus der Aluminiumlegierung ergeben, die keinerlei
Skalping vor der weiteren Reduktion erfordern. Eine
Aluminiumlegierung dieses Typs wurde ausgewählt um den Effekt
der Calciumzugabe während des elektromagnetischen Gießens
zu untersuchen. Es wurden zwei Gussblöcke der
Aluminiumlegierung gegossen, wobei bei einem Gussblock eine Zugabe
von 0,04 Prozent Calcium zu der zu gießenden geschmolzenen
Legierung erfolgte. Die Oberflächen und die
Mikrostrukturen der Gussblöcke wurden verglichen um den Effekt der
Calciumzugabe zu bestimmen. Es lagen keine
augenscheinlichen Unterschiede der Mikrostrukturen zwischen dem
Calcium-enthaltenden Gussblock und einem nach herkömmlichen
Verfahrensweisen gegossenen Gussblock vor. Weiterhin
fehlten bei der "wie gegossenen" Oberfläche des Calcium-
enthaltenden Gussblocks Runzeln oder Minifalten, die für
diese Typen von Aluminiumlegierung typisch sind, wenn
diese in herkömmlicher Weise gegossen werden. Ähnliche
Ergebnisse wurden bei Versuchen erhalten, die unter Verwendung
einer Legierung AA5182 durchgeführt wurden.
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Obgleich der tatsächliche Mechanismus, der die unerwartete
Verbesserung der Oberflächenqualität des Gussblocks
bewirkt, nicht bekannt ist, nimmt man doch an, dass dieser
Mechanismus mit einer Reduktion bzw. Verringerung der
Oberflächenspannung und/oder einer Veränderung der
Morphologie des Oxidfilms, der während des elektromagnetischen
Gießens vorhanden ist, wenn Calcium in der geschmolzenen
Aluminiumlegierung vorhanden ist, im Zusammenhang steht.
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Als solche ist die Erfindung in bevorzugten Ausführungs
formen offenbart worden, welche alle die Aufgaben der
vorliegenden Erfindung wie vorstehend angegeben erfüllen. Es
wird ein neues und verbessertes Verfahren zur Verbesserung
der Oberflächenqualität von elektromagnetisch gegossenen
Gussblöcken aus einer Aluminiumlegierung und Produkten
daraus bereitgestellt.