DE69738657T2

DE69738657T2 - Verfahren zur Bereitstellung eines Schusses aus breiartigem Metall

Info

Publication number: DE69738657T2
Application number: DE69738657T
Authority: DE
Inventors: Shunzo Itabashi-ku Aoyama; Chi Itabashi-ku Liu; Toshiyuki Itabashi-ku Sakazawa; Ye Itabashi-ku Pan
Original assignee: Ahresty Corp
Current assignee: Ahresty Corp
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2017-12-21
Also published as: DE69738657D1; EP0931607B1; EP0931607A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Rheocasting und Thixocasting von breiartigen/halbfesten Metallen mit Hochdruck-Produktionsmaschinen. (nachstehend wird, "Hochdruck-Produktionsmaschine" einfach nur "Teile-Produktionsmaschine" genannt.)
Genauer gesagt ist Rheocasting ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, wobei ein Schmelzmetall auf einen Temperaturbereich abgekühlt wird in dem feste und flüssige Stoffe gleichzeitig vorhanden sein können und das resultierende breiartige Metall in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umgefüllt wird. Thixocasting ist ein Verfahren zur Fertigung von Formteilen, wobei ein fester Metallbolzen wieder auf einen Temperaturbereich erhitzt wird indem feste und flüssige Anteile gleichzeitig vorhanden sind und das resultierende breiartige Metall in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umgefüllt wird.
Vorzugsweise befindet sich das im teilerstarrten Verfahren einzusetzende breiartige Metall in einem Zustand in dem die primären Kristalle getrennt in einer Flüssigmatrix verteilt und die primären Kristallpartikel so fein wie möglich sind und so gleichmäßig undendritisch wie möglich und vorzugsweise kugelförmig sind. In diesem Fall kann das breiartige Metall im teilerstarten Zustand mit einer niedrigen Viskosität und einem hohen Festanteil verarbeitet werden, wobei die Schrumpfaushöhlung/-porosität in den resultierenden Teilen wirksam reduziert werden und die mechanischen Eigenschaften der Teile verbessert werden können.
Wie im veröffentlichten Japanischen Patent Nr. Hei 7-32113 wird daher ein Verfahren offenbart zur Herstellung eines teilerstarten breiartigen Metalls mit einer Rheocasting-Maschine, einschließlich Abkühlen des Schmelzmetalls in der Rheocasting-Maschine bei gleichzeitigem Rühren. Durch das Verfahren ändert sich jedoch das breiartige Metall in einen teilerstarten Zustand, und anschließend wird ein davon zu verarbeitender Anteil abgesondert und bestimmt. Es ist daher schwierig das teilerstarte breiartige Metall genau zu trennen, so dass das Bestimmen einer Menge des teilerstarten breiartigen Metalls unvermeidbar schwierig ist. Somit kann die Menge des zugeführten teilerstarten breiartigen Metalls leicht variieren. Infolge dieser variierenden Menge ändern sich die Verarbeitungsbedingungen. Folglich ist die Qualität der resultierenden Teile nicht gleichmäßig, was nachteilig ist. Außerdem haftet das teilerstarte breiartige Metall einfach und setzt sich anschließend an einer Brei-Auslauföffnung fest, wodurch der Vorgang des Öffnens und Schließens der Brei-Auslauföffnung direkt versagt. Es ist daher schwierig eine gleichmäßige Menge von teilerstartem breiartigen Metall zuzuführen, und die Verformung des durch Gravitationsanziehung verursachten resultierenden teilerstarten breiartigen Metalls ist schwächer als die Verformung seiner flüssigen Substanz, so dass es schwierig ist das teilerstarte breiartige Metall in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umzufüllen. Außerdem ist die Form unbeständig. Folglich ist ein Umfüllen des gesamten teilerstarten breiartigen Metalls äußerst schwierig, einschließlich des Problems das teilerstarte breiartige Metall der Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine zuzuführen. Außerdem ist die Temperatur bis das in einer Rheocasting-Maschine zubereitete teilerstarte breiartige Metall in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umgefüllt ist schwer zu kontrollierten, was nachteilig ist.
In diesem Zusammenhang haben die Erfinder, basierend auf einigen grundsätzlichen Experimenten, ein Verfahren zum Granulieren des primären Kristalls gefunden. Folglich haben die Erfinder theoretisch das Verfahren zur Zubereitung eines teilerstarten breiartigen Metalls und die dazu benötigten Voraussetzungen bestimmt, die zuvor auf Erfahrungen beruhten. Folglich haben die Erfinder ein Verfahren gefunden, dass sich für die Bereitstellung eines breiartigen Metalls eignet und die dazu erforderlichen Voraussetzungen bietet. Somit wurde ein Verfahren zur Zubereitung von breiartigem Metall entwickelt, das für die industrielle Massenfertigung eingesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung bietet somit einen Vorteil.
EP0745694 offenbart die Fähigkeit einen Bolzen von Schmelzmetall in einem Behälter zu kühlen, wobei jedoch der Bolzen vor Einsetzen in die Teile-Produktionsmaschine dem Behälter entnommen wird. EP719606 offenbart, dass der Bolzen von Metall anstatt in eine Formmaschine eingegeben zu werden zu einem festen Barren im Behälter abgekühlt wird.
Zweck und Zusammenfassung der Erfindung
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zur Zubereitung eines teilerstarten Breis zu bieten, zur beständigen Zubereitung eines teilerstarten breiartigen Metalls, wobei die primären Kristallpartikel fein und nahezu gleichmäßig undendritisch (kugelförmig) sind, mit einem einfachen System und einfacher Ausrüstung ohne Bedarf komplexer Verfahren und anschließendem beständigen Zuführen des Breis zu einer Teile-Produktionsmaschine, wobei die Zubereitung des teilerstarten Breis einfach für die industrielle Fertigung eingesetzt werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt bietet die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung eines Schusses teilerstarten breiartigen Metalls einschließlich dessen Zuführen zu einer Teile-Produktionsmaschine einschließlich Bereitstellung einer vorbestimmten Menge Metalls im flüssigen Zustand für einen Metallbrei-Zubereitungsbehälter, dessen Volumen ausreicht um den genannten Schuss aufzunehmen und der aus einem Material der gleichen Matrix wie der Brei und der Brei-Zubereitungsbehälter besteht, der das breiartige Metall abgibt, mit einer Form die während des Füllens fast unverändert bleibt, Ausführen einer Bewegung nachdem oder wenn die vorbestimmte Menge des Metalls im flüssigen Zustand in den Brei-Zubereitungsbehälter gegossen wird, gefolgt von Abkühlen des geschmolzenen Metalls zu einem breiartigen Metall, Umfüllen des breiartigen Metalls in die Schusshülse/Vorkammer der Teile-Produktionsmaschine und integralem Zuführen des breiartigen Metalls zusammen mit dem Behälter in die Schusshülse/Vorkammer und Herstellung eines Gussteils, in dem der Zubereitungsbehälter mit der röhrenförmigen Schusshülse mit einem Rohling des hergestellten Teils integriert ist.
Die Zubereitung des teilerstarten Metalls der vorliegenden Erfindung die den vorgenannte Zweck erzielt, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallmenge die zu einem breiartigen Metall zuzubereiten ist in deren flüssigen Zustand ermittelt wird, und wobei das ermittelte Schmelzmetall anschließend in einem Brei-Zubereitungsbehälter abgekühlt wird, um das Metall als breiartiges Metall in einem teilerstarten Zustand zuzubereiten, wobei gleichzeitig zuerst das teilerstarte breiartige Metall im Brei-Zubereitungsbehälter zu einer Form geformt wird, die wie die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine gefüllt werden kann, und Umfüllen des breiartigen Metalls in die Schusshülse/Vorkammer der Teile-Produktionsmaschine und Verarbeiten des breiartigen Metalls darin im teilerstarten Zustand wobei der Brei seine Form mehr oder weniger beibehält.
Anschließend wird eine Bewegung von mechanischen oder physikalischen Mitteln auf das Schmelzmetall während des Abkühlens ausgeübt und wenn mindestens die Temperatur eines Teils des Schmelzmetalls unter die Liquidustemperatur sinkt. Anschließend wird das Schmelzmetalls zu einem teilerstarten Zustand abgekühlt.
Genauer gesagt wird dadurch, dass das Schmelzmetall über die schräge Oberfläche einer Kühlvorrichtung fließt eine Bewegung auf das Schmelzmetall ausgeübt während mindestens ein Teil des Schmelzmetalls eine Temperatur aufweist die unter der Liquidustemperatur liegt; oder wenn durch Umfüllen des Schmelzmetalls in einen Brei-Zubereitungsbehälter wobei mindestens ein Teil des Schmelzmetalls eine Temperatur aufweist die unter der Liquidustemperatur liegt, solch eine Bewegung auf das Schmelzmetall ausgeübt wird; oder durch Ausüben von Ultraschall-Schwingungen auf das im Brei-Zubereitungsbehälter befindliche Schmelzmetall wodurch solch eine Bewegung direkt oder von der Außenwand des Brei-Zubereitungsbehälters aus auf das Schmelzmetall ausgeübt wird.
In der vorliegenden Erfindung werden mehrere Behälter als Brei-Zubereitungsbehälter eingesetzt, wobei jeder Behälter röhrenförmig ausgeführt ist mit einem Boden und offenem Oberteil, dessen Form in Hälften geteilt werden kann, und wobei einer nach dem anderen Brei-Zubereitungsbehälter zufriedenstellend in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umgefüllt wird so dass einzelne Brei-Zubereitungsbehälter den Umfüllungseinlass der Schusshülse/Vorkammer der Teile-Produktionsmaschinen genau zu dem Zeitpunkt erreichen wenn das im Brei-Zubereitungsbehälter zubereitete teilerstarte breiartige Metall einen vorbestimmten Festanteil erreicht. Zudem wird der Brei-Zubereitungsbehälter zufriedenstellend zu einer Röhrenform geformt mit einem Boden oder zu einer Röhrenform, mit einer dünnen Metallwand, die dann intern mit dem teilerstarten breiartigen Metall in die Schusshülse/Vorkammer der Teile-Produktionsmaschine gefüllt wird.
In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet "Zeitpunkt wenn die Temperatur unter der Liquidustemperatur liegt" den Zeitpunkt wenn die Temperatur des Schmelzmetalls das erste anal unter die Liquidustemperatur absinkt.
Während des Abkühlens, zeigt das Schmelzmetall ein Unterkühlungs-Phänomen wobei die Temperatur etwas unter die Liquidustemperatur abgesenkt und anschließend wieder auf die Liquidustemperatur erhöht wird. Das Phänomen taucht auf wenn eine große Anzahl Kerne des primären Kristalls des Schmelzmetalls momentan unter der Liquidustemperatur generiert werden da die Abgabe der Kristallationswärme dann das Metall erwärmt und somit die Temperatur erhöht.
Jedoch haben die Erfinder festgestellt, dass kein Unterkühlungs-Phänomen auftritt wenn eine angemessene Bewegung auf das Schmelzmetall um die Liquidustemperatur herum ausgeübt wird. Weiterhin stellten die Erfinder fest, dass durch langsames Abkühlen des Schmelzmetalls, ausgehend vom Zustand in dem kein Unterkühlungs-Phänomen auftrat, die Mikrostruktur des Metall eine grob kristalline Form anstatt einer dendritischen Morphologie aufweist. Dies könnte dadurch verursacht werden, dass eine große Anzahl Kerne des primären Kristalls gleichzeitig durch Ausüben einer angemessenen Bewegung auf das Schmelzmetall generiert werden um die Liquidustemperatur herum, insbesondere bei einer Temperatur unter der Liquidustemperatur und wobei gleichzeitig die wechselseitige Abhängigkeit zwischen dem kristallisierten Kristallkern und der Kristall-Wachstumsrichtung eliminiert wird, so dass jeder Kristallkern des primären Kristalls eine zufällige Kristallanordnung erhält, die im Stand der Technik noch nicht erläutert wurde.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 bis 3 sind schematische Ansichten von spezifischen Beispielen eines Brei-Zubereitungsbehälters, geeignet für die Zubereitung und Verarbeitung eines breiartigen Metalls;
4 ist eine schematische Seitenansicht, die ein Beispiel einer Kühlvorrichtung zum Einsatz in einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist eine schematische Ansicht von vorne, die ein bevorzugtes Beispiel zur Zubereitung und Verarbeitung eines halbfesten breiartigen Metall beschreibt;
6 zeigt eine schematische Flächenansicht von 5;
7 stellt die Temperaturänderung und die Zeit dar in der das Schmelzmetall in den Brei-Zubereitungsbehälter positioniert wird, wenn eine Bewegung auf das Schmelzmetall ausgeübt wird indem das im Brei-Zubereitungsbehälter positionierte Schmelzmetall Ultraschall-Schwingungen ausgesetzt wird, wobei die Zeit der Ultraschall-Schwingungen in der graphischen Darstellung aufgeführt sind;
8 zeigt mikroskopische Aufnahmen der Mikrostruktur des Metalls die durch die Ultraschall-Schwingungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten (VI bis V9), wie in 7 abgebildet, erzielt wird;
9 zeigt mikroskopische Aufnahmen der Mikrostruktur des Metalls die durch 20 Sekunden lange Ultraschall-Schwingungen zum Zeitpunkt V4 (620°C), wie in 7 abgebildet, erzielt wird;
10 zeigt mikroskopische Aufnahmen der Mikrostruktur des Metalls die durch 5 Sekunden lange Ultraschall-Schwingungen zum Zeitpunkt V5 (615°C) wie in 7 abgebildet, erzielt wird;
11 zeigt mikroskopische Aufnahmen der Mikrostruktur des Metalls ohne Ultraschall-Schwingungen;
12 zeigt eine Kurve die die Temperaturänderung zum Zeitpunkt darstellt an dem das Schmelzmetall Ultraschall-Schwingungen ausgesetzt wird;
13 zeigt mikroskopische Aufnahmen der Mikrostruktur des Metalls die durch eine Bewegung durch mechanisches Rühren des Schmelzmetalls erzielt wurde;
14 zeigt eine Kurve die die Temperaturänderung zum Zeitpunkt darstellt an dem das Schmelzmetall im Brei-Zubereitungsbehälter positioniert wird, wenn das Schmelzmetall durch mechanisches Rühren bewegt wird;
15 zeigt mikroskopische Aufnahmen der Mikrostruktur des Schmelzmetalls im Brei-Zubereitungsbehälter wenn das Schmelzmetall in den Brei-Zubereitungsbehälter umgefüllt wird;
16 zeigt eine Abkühlkurve, die die Temperaturänderung des Schmelzmetalls im Vergleich zur Abkühlzeit an unterschiedlichen Stellen im Brei-Zubereitungsbehälter darstellt, wenn das Schmelzmetall in den Brei-Zubereitungsbehälter umgefüllt wird;
17 zeigt eine Kurve die den Abstand vom Boden des Metalls im Vergleich zur durchschnittlichen Kühlgeschwindigkeit darstellt die in einem Temperaturbereich von der Liquidustemperatur bis zu einer Temperatur bei der die Verfestigung der eutektischen Mischung beginnt berechnet wird, wenn das Schmelzmetall in den Brei-Zubereitungsbehälter umgefüllt wird; und
18(a) zeigt eine mikroskopische Aufnahme der Mikrostruktur des Metalls wenn das Schmelzmetall in den Brei-Zubereitungsbehälter umgefüllt wird; und (b) zeigt eine mikroskopische Aufnahme der Mikrostruktur des Metall wenn das Schmelzmetall von (a) zudem mit einem Hochfrequenz-Induktionsgerät gerührt wird.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die Zubereitung des teilerstarten Metalls der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben, wobei die Erfindung sich jedoch nie auf diese Beispiele beschränkt.
Das Schmelzmetall auf das die vorliegende Erfindung zutrifft enthält Metalle wie Aluminium und Legierungen davon, oder Magnesium-Legierungen, Zink-Legierung, Kupfer oder Legierungen davon, Eisenlegierungen oder ähnliche.
Eine vorzubereitende Metallmenge wird in dessen flüssigen Zustand ermittelt und anschließend wird das Schmelzmetall in einem Brei-Zubereitungsbehälter gekühlt, zur Vorbereitung des Metall als teilerstartes breiartiges Metall. Das Schmelzmetall wird dann einer Bewegung ausgesetzt innerhalb eines Temperaturbereichs der für jedes Schmelzmetalls vorbestimmt wird, und genauer gesagt wenn mindestens ein Teil eines jeden Schmelzmetalls eine Temperatur unter der Liquidustemperatur während des Abkühlens des Schmelzmetalls erreicht, und anschließend kann durch Abkühlen des Schmelzmetalls mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, ein breiartiges Metall in einem teilerstarten Zustand zubereitet werden.
Dabei ist der Anteil des im Behälter positionierten Schmelzmetall bei einer Temperatur unter der Liquidustemperatur vorzugsweise größer. Anders ausgedrückt wird eine Bewegung auf das im Behälter unter der Liquidustemperatur positionierte Schmelzmetall ausgeübt und mit einer möglichst gleichmäßigen Temperaturverteilung. Wenn das im Behälter positionierte Schmelzmetall abgekühlt wird, wird die Kühlgeschwindigkeit vorzugsweise reduziert um eine möglichst gleichmäßigen Temperaturverteilung im Schmelzmetall zu erzielen.
Als Methode zum Ausüben einer Bewegung auf das Schmelzmetall, können jegliche mechanische oder physikalischen Mittel eingesetzt werden. Genauer gesagt können die folgenden Methoden eingesetzt werden; 1. Methode zum Ausüben einer Bewegung auf das Schmelzmetall, durch Umfüllen des von einem Speicherofen erhaltenen Schmelzmetall in einen Brei-Zubereitungsbehälter; 2. Methode zum Ausüben einer Bewegung auf das Schmelzmetall, durch Positionieren einer gegebenen Menge [z. B., einer für einen Schuss benötigten Menge] Schmelzmetalls in einen Brei-Zubereitungsbehälter und mechanisches Vibrieren des Brei-Zubereitungsbehälters um das darin enthaltene Schmelzmetall zu bewegen; 3. Methode zum Ausüben einer Bewegung auf das Schmelzmetall, indem Ultraschall-Schwingungen auf das Schmelzmetall im Brei-Zubereitungsbehälter, direkt oder von der Außenwand des Brei-Zubereitungsbehälter ausgeübt werden; 4. Methode zum Ausüben einer Bewegung auf das Schmelzmetall, durch Rühren des Schmelzmetalls im Brei-Zubereitungsbehälter indem ein Hochfrequenz-Induktionsgerät zum Rühren eingesetzt wird; 5. Methode zum Ausüben einer Bewegung auf das Schmelzmetall, durch mechanisches Rühren des Schmelzmetalls im Brei-Zubereitungsbehälter mit einem Rührstab oder einer Rührschaufel oder ähnlichem; 6.a Methode zum Ausüben einer Bewegung auf das Schmelzmetall, durch magnetisches Rühren des Schmelzmetalls im Brei-Zubereitungsbehälter; 7. Methode zum Ausüben einer Bewegung auf das Schmelzmetall, indem Inertgas und ähnliches in das Schmelzmetall im Brei-Zubereitungsbehälter geblasen wird; oder 8. Methode zum Ausüben einer Bewegung auf das Schmelzmetall, durch Ausführen einer Explosion im Schmelzmetall im Brei-Zubereitungsbehälter; oder ähnlichem.
Wenn eine Bewegung auf das Schmelzmetall ausgeübt wird indem das Schmelzmetall in den Brei-Zubereitungsbehälter umgefüllt wird, wird das Schmelzmetall in einem Aufnahmegefäß wie einer Pfanne oder einem Schmelzmetallbehälter aufgenommen, anschließend auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt und dann in den Brei-Zubereitungsbehälter umgefüllt. Beim Umfüllen des Schmelzmetalls in den Brei-Zubereitungsbehälter, muss mindestens ein Teil des Schmelzmetalls zufriedenstellend eine niedrigere Temperatur als die Liquidustemperatur aufweisen.
Wenn eine Bewegung praktisch auf das Schmelzmetall ausgeübt wird kann irgendeine der Methoden 1 bis 8 zufriedenstellend eingesetzt werden. Jedoch kann auch eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Methoden zufriedenstellend eingesetzt und durch eine entsprechend gewählte Kombination der vorstehenden Methoden, abhängig von den Strukturelementen eines teilerstarten Brei-Zubereitungssystem, eine Bewegung wirksam auf das Schmelzmetall, ausgeübt werden.
Nach Ausüben einer Bewegung auf das Schmelzmetall zu einem bestimmten Zeitpunkt (Temperaturbereich) in der beschriebenen Weise, wird das Schmelzmetall mit einer angemessenen Kühlgeschwindigkeit im Brei-Zubereitungsbehälter abgekühlt. Falls das Schmelzmetall zu schnell abkühlt, wird die Ungleichmäßigkeit der Temperatur in das breiartige Metall indiziert, so dass der Festanteil des resultierenden breiartige Metall auch ungleichmäßig ist. Falls aus dem breiartige Metall ein Teil gefertigt wird ist der Breifluss während des Umfüllens wegen der unterschiedlichen Fluidität gestört, was zu Lufteintritten führt, oder Fehler infolge von Schrumpfung treten wegen des unterschiedlichen Festanteils leicht auf. Deshalb wird das Schmelzmetall vorzugsweise langsam abgekühlt. Genauer gesagt wird das Schmelzmetall mit einer Kühlgeschwindigkeit von 3°C/Sekunde oder noch langsamer, vorzugsweise 0,4°C/Sekunde oder weniger abgekühlt. In diesem Fall kann das primäre Kristall kugelförmig wachsen, und nahezu gleichmäßig granulierte primäre Kristalle können in beständiger Weise erzielt werden. Gleichzeitig kann der Zeitraum in dem das teilerstarte breiartige Metall sich im geeignetsten Rheocasting-Temperaturbereich befindet verlängert werden. Somit kann der Zeitpunkt an dem das im Brei-Zubereitungsbehälter vorbereitete teilerstarte breiartige Metall in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umgefüllt wird einfach dem Fertigungszyklus der Teile-Produktionsmaschine angepasst werden. Außerdem kann, falls der Fertigungszyklus der Teile-Produktionsmaschine mehr oder weniger ungeordnet ist, ein teilerstartes breiartiges Metall mit einem nahezu konstanten Festanteil in die Schusshülse/Vorkammer der Teile-Produktionsmaschine umgefüllt werden.
Der Brei-Zubereitungsbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine Struktur auf dessen Volumen ausreicht um eine Menge Schmelzmetall für einen Schuss aufzunehmen, und eine Form und Struktur die es ermöglichen, dass darin zubereitetes teilerstartes breiartiges Metall einfach in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umgefüllt werden kann wobei die Form im großen und ganzen beibehalten wird.
Genauer gesagt, wird der Brei-Zubereitungsbehälter 1, wie in 1 abgebildet, hergestellt indem das Element 11 einer Blockstruktur vertikal in Hälften entlang der Achsenrichtung angeordnet wird und die (Hälften des) Elements mit einem Gelenk 12 so verbunden werden, dass das Element getrennt und nach links und rechts geöffnet und geschlossen werden kann. Anschließend wird der Innendurchmesser etwas kleiner als der Umfülleinlaß "a1" der Schusshülse/Vorkammer "a" einer Teile-Produktionsmaschine ausgebildet.
Zudem wird ein Brei-Zubereitungsbehälter 1, wie in 2 dargestellt, gebildet in dem zwei Elemente 11' einer getrennten Struktur entlang der horizontalen Richtung angeordnet werden und die Elemente in Links- und Rechtsrichtung verbunden werden, so dass die Elemente getrennt und geöffnet und geschlossen werden können. In diesem Fall wird die Innenform etwas kleiner als der Umfülleinlaß "a1" an der Schusshülse/Vorkammer "a" der Teile-Produktionsmaschine ausgebildet. Der erste Brei-Zubereitungsbehälter 1 kann einfach mit einer Teile-Produktionsmaschine mit Längseinspritzung eingesetzt werden, in der die Schusshülse/Vorkammer "a" vertikal angeordnet ist; Der letzte Brei-Zubereitungsbehälter 1 kann einfach mit einer Teile-Produktionsmaschine mit Quereinspritzung eingesetzt werden, in der die Schusshülse/Vorkammer "a" in horizontaler Richtung angeordnet ist.
Die Oberfläche der Peripherie des Brei-Zubereitungsbehälters ist vorzugsweise mit einem keramischen Material, wie Siliziumnitrid, SIALON, Aluminimum-Magnesium beschichtet, die nicht mit dem Schmelzmetall reagieren. In diesem Fall wird das Schmelzmetall nicht durch eine Reaktion zwischen dem Brei-Zubereitungsbehälter und dem Schmelzmetall verschmutzt.
Ein Teil der Oberfläche der inneren Peripherie des Brei-Zubereitungsbehälters, der in Kontakt mit dem Schmelzmetall steht, ist mit einem soliden Schmiermittel wir Graphit beschichtet oder vorzugsweise wird ein pulverförmiges Wärmeschutzmittel in einem Trockenpulverzustand als Schutzschicht aufgetragen. In diesem Fall haftet das in den Brei-Zubereitungsbehälter umgefüllte Schmelzmetall nicht an der Oberfläche der inneren Peripherie und somit löst sich das im Brei-Zubereitungsbehälter zubereitete teilerstarte breiartige Metall mühelos und kann ausgestoßen werden; gleichzeitig wird die Kühlgeschwindigkeit des Schmelzmetalls im Brei-Zubereitungsbehälter herabgesetzt um eine gleichmäßigere Temperatur zu erzielen. Weiterhin ist es auch zufriedenstellend, dass der Brei-Zubereitungsbehälter röhrenförmig durch Tiefziehen mit einer dünnen Metallplatte gefertigt ist mit einem Boden und einem offenen Oberteil und einer bestimmten Größe (Volumen) oder durch Schlagformen, oder dass der Brei-Zubereitungsbehälter mit einer Metallstange zur passenden Länge geformt wird während der Bodenteil sich frei öffnet und schließt. Und danach wird der resultierende Brei-Zubereitungsbehälter zusammen mit dem darin zubereiteten teilerstarten breiartigen Metall in die Schusshülse/Vorkammer der Teile-Produktionsmaschine umgefüllt.
Wenn ein Metallblech röhrenförmig geformt wird wobei beide Enden mit einer Schiebeplatte verschlossen sind, kann das Schmelzmetall zufriedenstellend in das Metallblech im horizontalen Zustand gegossen werden. In diesem Fall wird es einfacher das breiartige Metall in einem teilerstarten Zustand in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umzufüllen, da das breiartige Metall im Brei-Zubereitungsbehälter vorbereitet wurde und die Form des Breis nahezu beibehalten wird. Anschließend wird der Brei-Zubereitungsbehälter von einem Metallmaterial mit einem höheren Schmelzpunkt als der des darin positionierten Schmelzmetalls geformt (genauer gesagt wird der Behälter falls das Schmelzmetall z. B. eine Aluminiumlegierung ist, aus Stahl geformt). Ansonsten wird der Behälter aus Metall mit der gleichen Matrix wie das darin positionierte Schmelzmetall geformt. Falls der Brei-Zubereitungsbehälter aus Metall mit einem höheren Schmelzpunkt als der des darin positionierten Schmelzmetall gefertigt ist, schmelzt der Brei-Zubereitungsbehälter absolut nie in Kontakt mit dem Schmelzmetall selbst wenn der Behälter aus einem dünnen Blechmaterial geformt ist. Falls der Brei-Zubereitungsbehälter aus Metall mit der gleichen Matrix wie das Schmelzmetall geformt ist, wird das teilerstarte breiartige im Brei-Zubereitungsbehälter zubereitete Metall in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine mit dem Brei-Zubereitungsbehälter angegossen, wobei der Brei-Zubereitungsbehälter zusammen mit dem Anschnitt und Rohling eines gefertigten Teils ohne besondere Behandlung wieder eingeschmolzen werden kann. Außerdem kann die unterschiedliche Zusammensetzung durch Wiedereinsatz des verschrotteten Teils reduziert werden und somit kann das verschrottete Teil einfach wiederaufbereitet werden.
Um das im Brei-Zubereitungsbehälter zubereitete teilerstarte breiartige Metall zusammen mit dem Brei-Zubereitungsbehälter problemlos umfüllen zu können, wird Halter 13 zum Abstützen des Brei-Zubereitungsbehälter 1, wie in 3 dargestellt, eingesetzt. Der untere Teil des Halters 13 kann einen Aufbau aufweisen der eine freie Öffnungs- und Schließbewegung ermöglicht mit einem Öffnungs- und Schließdeckel, oder der Halter 13 kann in zwei oder mehr Teile unterteilt sein, die geöffnet und geschlossen werden können. In dem in 3 abgebildeten Beispiel, besteht der Halter 13 aus einem röhrenförmigen Teil 13' der so geformt ist, das der Teil in zwei Hälften längs der zu öffnenden und schließenden Achsenrichtung geteilt ist und wobei zudem die Bodenplatte 13 davon eine Struktur aufweist die es ermöglicht, das die Platte vom röhrenförmigen Teil 13' getrennt und geöffnet und geschlossen werden kann.
Auf diese Art und Weise kann das im Brei-Zubereitungsbehälter zubereitete teilerstarte breiartige Metall dem Brei-Zubereitungsbehälter entnommen und anschließend in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umgefüllt werden, oder der Brei kann zusammen mit dem Brei-Zubereitungsbehälter in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umgefüllt werden. Auf jeden Fall wird das teilerstarte breiartige Metall in einer Form zubereitet, z. B. röhrenförmig oder kugelförmig, und der Brei mit dem Brei-Zubereitungsbehälter kann in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umgefüllt werden wobei der Brei seine Form beibehält und somit ein Teil gefertigt werden kann.
Routinemäßig kann das teilerstarte breiartige Metall "M2" dann zufriedenstellend vom Umfülleinlaß "a1" in die Schusshülse/Vorkammer "a" umgefüllt werden. Jedoch kann der Brei von der von der getrennten Fläche (Trennfläche) einer Gussform zufriedenstellend in die Schusshülse/Vorkammer "a" umgefüllt werden, insbesondere wenn eine Teile-Produktionsmaschine mit Quereinspritzung eingesetzt wird. In diesem Fall wäre es nicht nötig die Schusshülse zu verlängern oder die Form des Umfülleinlasses "a1" zu ändern, um das teilerstarte breiartige Metall "M2" in die Schusshülse "a" umzufüllen während die Form des breiartigen Metalls beibehalten werden kann. Folglich können konventionelle Schusshülsen ohne Änderung eingesetzt werden.
Der Festanteil des teilerstarten breiartigen Metall "M2" wird vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 bis 0,8 kontrolliert. Falls der Festanteil nicht mehr als 0,3 beträgt, weist das breiartige Metall eine geringer Viskosität auf, so dass der Breifluss unregelmäßig ist wenn der Brei unter Druck in einen Gussformhohlraum gefüllt wird und somit Lufteinschlüsse enthält, wobei die Erstarrungsschwindung davon erhöht wird und leicht ein Schwindungsfehler im gefertigten Teil entsteht. Falls der Festanteil nachteilig über 0,8 liegt ist die Viskosität des breiartigen Metall zu hoch, so das die Fluidität beachtlich herabgesetzt wird und somit ein vollständiges Umfüllen eines teilerstarten breiartigen Metall "M2" in den Gussformhohlraum erschwert wird.
Ein bevorzugtes spezifisches Beispiel wird nachstehend mit Bezug auf 5 und 6 beschrieben.
In den Abbildungen, wird ein Speicherofen der eine bestimmte Menge aufbewahrtes Schmelzmetall "MO" enthält mit "2" gekennzeichnet; "3" bezeichnet eine Kühlvorrichtung die das Schmelzmetall bewegt und gleichzeitig mindestens einen Teil des Schmelzmetalls "MO" auf eine Temperatur unter der Liquidustemperatur abkühlt; "4" bezeichnet eine im Brei-Zubereitungsbehälter "I" positionierte Temperatursteuervorrichtung zur Steuerung der Kühlgeschwindigkeit des Schmelzmetalls "M1"; "5" bezeichnet eine Zuführvorrichtung zum Umfüllen des im Brei-Zubereitungsbehälter "1" zubereiteten teilerstarten breiartigen Metalls in die Schusshülse/Vorkammer "a" einer Teilfertigungsmaschine; und "b" bezeichnet einen Druckkolben der in der Schusshülse "a" schiebbar eingeschoben und angeordnet ist; "c" bezeichnet eine Gussform der Teile-Produktionsmaschine; und "d" bezeichnet den Hohlraum.
Der Speicherofen "2" wird dadurch geformt das Graphittiegel "22" in einem gut bekannten elektrischen Ofen "21" angeordnet werden und der Schmelzmetall-Einfüllkanal "24" mit der Heizvorrichtung "23" an den Graphittiegel "22" angeschlossen wird. Und der Ofen "2" funktioniert so, das die Steuerstange "25" in das Schmelzmetall "MO" eingetaucht wird, um die Zuführmenge des Schmelzmetalls MO frei zu steuern basierend auf einer Eintauchtiefe der Steuerstange "25".
Die Kühlvorrichtung "3" verursacht eine Bewegung der Metallschmelze während mindestens ein Teil davon auf eine Temperatur unter der Liquidustemperatur durch den Fluss des Schmelzmetalls "MO", das vom Schmelzmetall-Einfüllkanal "24" in den Speicherofen "2" fließt, abgekühlt wird. Die Kühlvorrichtung "3" ist plan- oder wannenförmig (röhrenförmig geteilt in zwei Hälften entlang des Achsrichtung) mit einer glatten Oberfläche, oder pfeifenförmig (röhrenförmig mit einem Kreis oder Rechteck), in dem ein Material eines Kupferbleches eingesetzt wird, das mit einem schwer löslichen oder schmelzbaren Material beschichtet ist. Und die Kühlvorrichtung "3" ist schräg nach unten gerichtet, direkt unter Öffnung "24" des Schmelzmetall-Einfüllkanals "24" im Speicherofen "2", so dass das Schmelzmetall "MO" spontan nach unten fließen kann, und die Oberfläche davon (Oberfläche auf die das Schmelzmetall "MO" gegossen wird und dann fließt) Schrägfläche "31" ist.
Wie im Beispiel dargestellt, sollte die Oberflächentemperatur der Schrägfläche "31", mit der des Schmelzmetalls "MO" vom Speicherofen "2" in Kontakt stehen, konstant gehalten werden, z. B. durch ein Kühlrohr (Kühlsystem) "32" zum Zirkulieren von Kühlwasser in der Kühlvorrichtung "3". Jedoch kann ein Teil des Aufbaus der Kühlvorrichtung "3" so konzipiert werden das kein Kühlsystem benötigt wird.
Weiterhin weist die Kühlvorrichtung "3" zufriedenstellend eine Schrägfläche "31" auf, wobei jedoch die Kühlvorrichtung "3" mehrere Schrägflächen "31" aufweist, so dass eine bestimmte Menge, z. B. eine für einen Schuss benötigte Menge Schmelzmetall auf eine Schrägfläche gegossen wird, die Schrägfläche entfernt und daraufhin die nächste Schrägfläche in die Gießposition versetzt wird für den nächsten Gießvorgang, wodurch der Fertigungszyklus gefördert wird. In diesem Fall ist, wie in 4 dargestellt, eine Rotationsachse "33" horizontal durch Lager "34" angeordnet, und mehrere Schrägflächen "31", "31", ---, die ebenförmig, wannenförmig oder pfeifenförmig Rahmen "35" durchlaufen sind radial auf der Spitze der Rotationsachse "33" angeordnet und gleichzeitig sind die Schrägflächen "31", "31", - - zum Achsenkern der Rotationsachse "33" abfallend angeordnet, um jede einzelne Schrägfläche "31", "31", in einer freien Rotation um die in der Mitte befindlichen Rotationsachse "33" anzuordnen. Durch diese Anordnung wird kein separates Kühlsystem benötigt um die einzelnen Schrägflächen abzukühlen; und die mehreren Schrägflächen 31, 31, ---- können auf engem Raum angeordnet werden. Und selbst wenn das Schmelzmetall auf der Oberfläche der Schrägfläche "31" haften und sich ansammeln sollte wird es erstarren und schwinden während das Metall die Fläche herunter läuft, so dass das Schmelzmetall ein dünnes Metallstück "m" bildet und dann automatisch von der Oberfläche der Schrägfläche "31" in einen Auffangkäfig "36" abfällt wenn das Stück die niedrigste Position erreicht. Somit entsteht kein Problem wie haftendes und angesammeltes Schmelzmetall auf der Schrägfläche der Kühlvorrichtung. Und gleichzeitig entsteht das Problem nicht, dass haftendes und angesammeltes Schmelzmetall beim nächsten Guss wieder in das Schmelzmetall eingeschmolzen wird und somit die Qualität des geschmolzenen Metalls beeinträchtigt.
Wenn Schmelzmetall "M1" von der Kühlvorrichtung "3" in den Brei-Zubereitungsbehälter "1" umgefüllt wird, sollte eine für einen Schuss benötigte Menge bereitgestellt werden. Damit können unterschiedliche Zuführmengen von Schmelzmetall die für einen Schuss benötigt werden reduziert werden. Somit ist keine Änderung der Fertigungskonditionen abhängig von der zugeführten Metallmenge erforderlich; und das Problem das entsteht, wenn das Schmelzmetall in einem teilerstarten Zustand mit einer hohen Viskosität in eine bestimmte Menge geteilt wird kann gleichzeitig gelöst werden um ein Fertigen von Teilen von beständiger Qualität zu ermöglichen.
Zuführvorrichtung "5" zum Zuführen von im Brei-Zubereitungsbehälter "I" zubereitetem teilerstarten breiartigen Metall "M2" in eine Schusshülse/Vorkammer "a" einer Teile-Produktionsmaschine kann ebenfalls verschiedene Mechanismen und Strukturen aufweisen, wobei in diesem Beispiel eine bekannte Roboterhand eingesetzt wird.
Obwohl für die praktische Fertigung ein Brei-Zubereitungsbehälter "1" ausreicht werden vorzugsweise mehrere Brei-Zubereitungsbehälters 1, 1, ---, für eine wirksame Fertigung eingesetzt. Hierbei werden Brei-Zubereitungsbehälter 1, 1, --- hintereinander seitlich von der Teile-Produktionsmaschine angeordnet, so dass, das teilerstarte breiartige Metall "M2" in die Schusshülse/Vorkammer "a" der Teile-Produktionsmaschine umgefüllt werden kann wenn das Schmelzmetall "M1" einen bestimmten Festanteil im Brei-Zubereitungsbehälter aufweist.
Genauer gesagt, ist eine als Drehtafel ausgebildete Übertragungsvorrichtung "6" die eine horizontale Drehung ermöglicht zwischen der Kühlvorrichtung "3" und der Zuführvorrichtung (Roboterhand) "5" angeordnet und mehrere Thermostatbehälter werden als Temperaturkontrollvorrichtung "4" konzentrisch auf der Übertragungsvorrichtung (Drehtafel) "6" angeordnet. Anschließend wird nachdem der Brei-Zubereitungsbehälter "I" in der Temperaturkontrollvorrichtung (Thermostatbehälter) "4" positioniert wurde zum Vorheizen des Inneren des Brei- Zubereitungsbehälters auf ca. die Temperatur des Schmelzmetalls "M1", eine bestimmte Menge (z. B. eine für einen Schuss benötigte Menge) Schmelzmetall "M1" durch die Kühlvorrichtung "3" in den Brei-Zubereitungsbehälter "1" überführt.
Durch Bewegen des Brei-Zubereitungsbehälters "1" in eine bestimmte Position durch die Drehung der Übertragungsvorrichtung (Drehtafel) "6" in horizontaler Richtung, wird teilerstartes breiartiges Metall "M2" mit einem bestimmten Festanteil im Brei-Zubereitungsbehälter zubereitet. Zum richtigen Zeitpunkt wird dann der jeweilige Brei-Zubereitungsbehälter "I" von der Roboterhand als Zuführvorrichtung "5" entnommen und dann seitlich von der Teile-Produktionsmaschine abgesetzt, um das teilerstarte breiartige Metall "M2" in den Umfülleinlaß "a1" der Schusshülse/Vorkammer "a" umzufüllen. Das in die Schusshülse/Vorkammer "a" umgefüllte teilerstarte breiartige Metall "M2" wird unter Druck durch den Kolben "b" in den Hohlraum "d" von Gussform "c" wie normal gefüllt, um darin zu einem Teil gefertigt zu werden.
Danach beschreiben einzelne Beispiele die Wirksamkeit des Schmelzmetalls auf das verschiedene Bewegungen ausgeübt werden wenn mindestens ein Teil des Schmelzmetalls auf eine Temperatur unter der Liquidustemperatur ohne Einsatz einer Kühlvorrichtung abfällt, wie im vorstehenden Beispiel beschrieben.
Beispiel 1
In diesem Beispiel wird eine Bewegung auf das Schmelzmetall im Brei-Zubereitungsbehälter ausgeübt indem Ultraschall-Schwingungen von der Außenwand auf den Brei-Zubereitungsbehälter wirken;
Als Schmelzmetall wurde "AC4C" eingesetzt, eine Aluminiumgusslegierung gemäß dem JIS-Standard. Die Liquidustemperatur von "AC4C" liegt bei ca. 610°C.
Bei 660°C, wird das "AC4C" Schmelzmetall in den aus Eisen gefertigte Brei-Zubereitungsbehälter gegossen, der röhrenförmig ausgebildet ist mit einem Durchmesser von 63 mm und einer Höhe von 100 mm, und wenn die Temperatur des Schmelzmetalls in der Mitte des Brei-Zubereitungsbehälter einen bestimmten Wert (635°C bis 595°C) erreicht hat, wird ein Ultraschallrüttler 10 Sekunden lang gegen die Außenseite des Brei-Zubereitungsbehälters zum Vibrieren des Behälters gehalten, wodurch das darin befindliche Schmelzmetall bewegt wird.
7 zeigt den Zeitraum der Ultraschallschwingungen in einem Diagramm, das den Temperaturunterschied des im Brei-Zubereitungsbehälter positionierten Schmelzmetalls zeitlich darstellt, wenn eine Bewegung auf das Schmelzmetall ausgeübt wird indem die Außenwände des Brei-Zubereitungsbehälters Ultraschallschwingungenen ausgesetzt werden.
Nach automatischem Abkühlen des Schmelzmetalls infolge einer durch Ultraschallschwingungen verursachten Bewegung bei Erreichen einer Temperatur von 585°C, wurde das Schmelzmetall zum schnellen Abkühlen in Wasser eingetaucht, um die Mikrostruktur des Metalls im Temperaturmessteil (Mitte) zu begutachten. Die resultierende Mikrostruktur des Metalls wird in 8 dargestellt.

Die Temperatur wurde an unterschiedlichen Stellen des Schmelzmetalls im Brei-Zubereitungsbehälter gemessen (Mitte, Umfang der Mitte, im oberen und unteren Teil), am Anfang und Ende der Ultraschallschwingungen. Die Resultate werden in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1

Mitte		Umfang der Mitte		Obere Teil		Untere Teil
Anfang	Ende	Anfang	Ende	Anfang	Ende	Anfang	Ende
629°C	615°C	628°C	614°C	624°C	616°C	620°C	608°C
625°C	614°C	625°C	613°C	624°C	615°C	618°C	607°C
620°C	611°C	618°C	610°C	620°C	612°C	612°C	606°C
615°C	605°C	614°C	604°C	616°C	605°C	608°C	604°C
609°C	608°C	6Q9°C	608°C	611°C	606°C	606°C	607°C
605°C	609°C	606°C	610°C	606°C	607°C	606°C	607°C

Nur zum Verweis enthalten 9 bis 11 mikroskopische Aufnahmen einer Mikrostruktur des Metalls nach 20 Sekunden langer Ultraschallschwingungen, 5 Sekunden langer Ultraschallschwingungen und keiner Ultraschallschwingungen bei einer Temperatur von V4 (620°C).
In der in 8 abgebildeten mikroskopischen Aufnahme, stellt ein etwas weißer Teil das primäre Kristall dar; und ein etwas schwarzer Teil die eutektische Mischung. (Das gleiche gilt für die folgenden mikroskopischen Aufnahmen der Mikrostruktur des Metalls.)
Eine Betrachtung der Mikrostruktur des Metalls mit Ultraschallschwingungen zum Zeitpunkt VI (die Temperatur, d. h. die Temperatur des Schmelzmetalls bei Anfang der Ultraschallschwingungen beträgt 635°C; die Temperatur wird im Einzelnen darunter aufgeführt), zeigt dass das Metall eine völlig dendritische Struktur aufweist; zum Zeitpunkt V2 (630°C), weist der resultierende Dendrit eine mehr oder weniger unregelmäßige Form auf; zum Zeitpunkt V3 (625°C), entsteht eine teilweise Granulierung im resultierenden Metall mit den ganz kurzen Dendriten; und zum Zeitpunkt V4 bis V6 (620°C bis 610°C), konnte keine dendritische Struktur erkannt werden so dass das Metall ganz granuliert ist. Zum Zeitpunkt V7 (605°C), ist weniger Granulierung sichtbar, sowie teilweises Erscheinen solcher dendritischer Strukturen, während zum Zeitpunkt V8 bis V9 (600°C bis 595°C)/das gesamte Metall eine dendritische Struktur aufweist.
Bei weiterer Betrachtung der Mikrostruktur, wird die Mikrostruktur des Metalls durch die Auswirkung der Ultraschallschwingungen, wenn die Temperatur der Mitte des Schmelzmetalls im Brei-Zubereitungsbehälter ca. 630°C erreicht (629°C am Anfang der Ultraschallschwingungen und 615°C am Ende der Ultraschallschwingungen) verändert. Wie in der vorstehenden Tabelle 1 dargestellt, kann dies durch den folgenden Einfluss auf die Änderung der Mikrostruktur des Metalls verursacht werden; jeder Anteil des Schmelzmetalls im Brei-Zubereitungsbehälter weist unterschiedliche Temperaturen auf, wie ca. 630°C in der Mitte des Schmelzmetalls, trotz ca. 620°C im unteren Teil (620°C am Anfang der Ultraschallschwingungen und 608°C am Ende der Ultraschallschwingungen) unter der Liquidustemperatur (610°C). Eine ganz deutlich granulierte Mikrostruktur wurde erreicht wenn Ultraschallschwingungen bei 620°C bis 610°C in der Mitte ausgeführt wurden. In diesem Fall weist jeder Teil (Mitte, Umfang der Mitte, oberer und unterer Teil) eine Temperatur unter der Liquidustemperatur auf. Bei Anlegen der Ultraschallschwingungen bei 605°C in der Mitte, liegt die Temperatur von allen anderen Stellen bereits unter der Liquidustemperatur, und daher ist die Granulierung weniger verbreitet. Bei Betrachtung der Temperaturänderung zum Zeitpunkt an dem Ultraschallschwingungen auf das Schmelzmetall aufgetragen werden, wie in 12 dargestellt, konnte das Unterkühlungsphänomen bei Auftragen der Ultraschallschwingungen zum Zeitpunkt VI (635°C) beobachtet werden, jedoch erschien kein Unterkühlungsphenomän bei Auftragen der Ultraschallschwingungen zum Zeitpunkt V2 (630°C) bis V6 (610°C). Störungen in der gemessenen Kurve können von der Ultraschallwelle verursacht worden sein.
Beispiel 2
In diesem Beispiel wird das Schmelzmetall im Brei-Zubereitungsbehälter einer Bewegung durch mechanisches Rühren des Schmelzmetalls ausgesetzt;
Bei 650°C, wurde das gleiche Schmelzmetall (AC4C) wie in Beispiel 1 in einen röhrenförmig Wärmeschutzbehälter mit einem Durchmesser von 63 mm und einer Höhe von 100 mm gefüllt, um eine Situation (a) zu untersuchen in der das Schmelzmetall mechanisch mit einem keramischen Rührstab mit der Hand gerührt wurde als die Temperatur des Schmelzmetalls zwischen 620°C bis 611°C lag (39 Sekunden lang) und eine Situation (b) in der das Schmelzmetall in ähnlicher Weise gerührt wurde als das Schmelzmetall die Liquidustemperatur erreichte. Durch spontanes Abkühlen des Schmelzmetalls (a) und (b) und bei dessen Erreichen einer Temperatur von 585°C wurden die Metalle in Wasser eingetaucht und schnell darin abgekühlt. Die mikroskopischen Aufnahmen der resultierenden Mikrostruktur des Metalls sind in 13 dargestellt.
Die Betrachtung der Mikrostruktur des Metalls zeigte, dass die primären Kristalle eine vollkommen entwickelte dendritische Form bei einer Temperatur des Schmelzmetalls von zwischen 620°C und 611°C hatten. Die primären Kristalle zeigten jedoch eine volle Granulierung bei Rühren des Metalls bei Liquidustemperatur.
Im vorliegenden Beispiel werden die Temperaturänderung des Schmelzmetalls in der Mitte des Brei-Zubereitungsbehälter und die jeweiligen Zeitpunkte in 14 dargestellt. Im vorliegenden Beispiel bestand der Brei-Zubereitungsbehälter aus einem Wärmeschutzmaterial und die Kühlgeschwindigkeit des Schmelzmetalls im Brei-Zubereitungsbehälter war weitaus langsamer als im letzten Beispiel. Es ist daher naheliegend, dass die Temperaturverteilung im Schmelzmetall gleichmäßiger ist. Bei Beenden des Rührens (10 Sekunden nach Erreichen der Liquidustemperatur), lag die Temperatur des Schmelzmetalls praktisch bei der Liquidustemperatur, was möglicherweise anzeigt, dass die Temperatur des gesamten Schmelzmetalls nahezu gleichmäßig war. Unter den in (a) beschriebenen Bedingungen wurde eine dendritische Struktur gebildet, da nicht jeder Teil im Brei-Zubereitungsbehälter unter der Liquidustemperatur lag. Andererseits lag unter den in (b) beschriebenen Bedingungen das gesamte Metall unter der Liquidustemperatur so dass das primäre Kristall eine volle Granulierung aufwies. Dies zeigt anscheinend, dass Rühren des Schmelzmetalls bei Liquidustemperatur, d. h. ausüben einer Bewegung auf das Schmelzmetall bei Liquidustemperatur eine Granulierung des primären Kristalls verursacht.
Die Resultate dieser Beobachtung deuten anscheinend an, dass der Zeitpunkt zu dem eine Bewegung auf das Schmelzmetall auszuführen ist vorzugsweise der Zeitpunkt ist wenn mindestens ein Teil des Schmelzmetalls sich beim Abkühlen bei oder unter der Liquidustemperatur befindet (in einem Bereich von 620°C bis 610°C im vorliegenden Beispiel), und das Ausmaß (die Dauer) der Bewegung aus ca. 10 Sekunden langen Ultraschall-Schwingungen oder ca. 10 Sekunden langen mechanischen Rühren besteht. Folglich wird ein vollkommen granuliertes breiartiges Metall mit keiner dendritischen Struktur erzielt.
Dabei wurde untersucht wie die Kühlgeschwindigkeit des Schmelzmetalls bei der Kernbildung des primären Kristalls nachdem die Bewegung auf das Schmelzmetall ausgeübt wurde, die Form des primären Kristalls beeinflusste.
Eine Röhre aus Wärmeschutzmaterial mit einem Innendurchmesser von 63 mm und einer Höhe von 100 mm wurde als Brei-Zubereitungsbehälter eingesetzt mit einem Eisenblock mit einer beständigen Temperatur von 200°C an dessen Boden. Das gleiche Schmelzmetall (AC4C) wie in Beispiel 1 wurde in den Brei-Zubereitungsbehälter bei 620°C gegossen, wonach die Schmelzmetalltemperatur an verschiedenen Abständen vom Boden (H = 2, 10, 20, 40, 70, 90 mm) in der Mitte des Brei-Zubereitungsbehälters gemessen wurde. Anschließend wurde nach spontanem Abkühlen des Schmelzmetalls und bei Erreichen einer Schmelzmetalltemperatur von 520°C, das Metall zum schnellen Abkühlen in Wasser eingetaucht, um die Mikrostruktur des Metalls an den verschiedenen Stellen an denen die Temperatur gemessen wurde zu begutachten. Die hierdurch erhaltene Mikrostruktur des Metalls ist in 15 abgebildet.
Die Begutachtung der Mikrostruktur des Metalls zeigt, dass die Form des primären Kristalls sich abhängig vom Abstand vom Boden ändert. Genauer gesagt, zeigte der Bereich H < 10 mm einen feinen Dendrit; im Bereich H = 10 bis 30 mm änderte sich ein Teil des Dendrits in körnige Strukturen; im Bereich 30 < H < 80 mm zeigte sich eine völlig granulierte Struktur; und bei H > 90 mm zeigte sich eine grobe dendritische Struktur. Wie vorstehend beschrieben resultiert die unterschiedliche Form des primären Kristalls abhängig vom Abstand (d) vom mit dem Eisenblock in Kontakt stehenden Boden, anscheinend von der unterschiedlichen Abkühlungsrate des geschmolzenen Metalls im Brei-Zubereitungsbehälter.
16 zeigt die Abkühlkurven für die verschiedenen Stellen (Schmelzmetalltemperatur und Zeit). In 16 nahm die Kühlgeschwindigkeit bei einem längeren Abstand (d) vorn Boden des Schmelzmetalls ab. Es wird festgestellt, dass das Wachstum des primären Kristalls in einem Bereich von der Liquidustemperatur bis zur Temperatur an der die Verfestigung der eutektischen Mischung beginnt, stattfindet. Somit wurde die durchschnittliche Kühlgeschwindigkeit im Bereich von der Liquidustemperatur bis zur Temperatur bei der die Verfestigung der eutektischen Mischung beginnt berechnet und anschließend mit dem Abstand (d) zum Boden des Schmelzmetalls in einer graphischen Darstellung aufgezeichnet, wie in 17 abgebildet.
Die graphische Darstellung kann in 4 Bereiche unterteilt werden, abhängig von der Form des primären Kristalls. Genauer gesagt, stellt (I) einen Bereich der Kühlgeschwindigkeit (CR > 2.75°C/Sek) dar in dem eine feine dendritische Struktur entsteht; (II) einen Bereich der Kühlgeschwindigkeit (2.75°C > CR > 0.4°C/Sek) in dem ein Übergangsbereich zwischen der dendritischen Struktur und der granulierten Struktur entsteht; (III) einen Bereich der Kühlgeschwindigkeit (CR < 0.4°C/Sek) in dem die körnige Struktur entsteht; und (IV) einen Bereich der Kühlgeschwindigkeit in dem eine vergrößerte dendritische Struktur entsteht. Die Resultate der Begutachtung deuten an, dass ein völlig granuliertes breiartiges Metall ohne dendritische Struktur erzielt werden kann indem das Schmelzmetall mit einer Kühlgeschwindigkeit von 3°C/Sek oder weniger, vorzugsweise 0,4°C/Sek oder weniger abgekühlt wird.
Somit wurde die in den Bereichen (I) und (II) erzielte primäre Kristallstruktur mit dendritischer Morphologie bei Erwärmen in einem Bereich der Teilerstarrungstemperatur granuliert, um eine körnige Struktur der gleichen Größe wie die der in Bereich (III) erzielten Mikrostruktur des Metalls zu erhalten.
Beispiel 3
In diesem Beispiel wurden zwei verschiedenen Bewegungen auf das Schmelzmetall ausgeübt;
Bei 620°C wurde das gleiche Schmelzmetall (AC4C) wie in Beispiel 1 eingesetzt und (a) in einen nahezu röhrenförmigen Wärmeschutzbehälter mit einem Durchmesser von 63 mm und einer Höhe von 100 mm gefüllt, wodurch eine Bewegung auf das Schmelzmetall ausgeübt wurde und (b) und anschließend wurde durch 10 Sekunden langes Röhren des Schmelzmetalls mit einem Hochfrequenz-Induktionsrührsystem eine Bewegung auf das Schmelzmetall ausgeübt. Danach wurde als das Schmelzmetall eine Temperatur von 585°C erreichte, das Schmelzmetall in Wasser zum schnellen Abkühlen eingetaucht zur Begutachtung der Mikrostruktur des Metalls in dessen Mitte und Oberflächenschichten. Die somit erhaltene Mikrostruktur des Metalls wird in 18 dargestellt. Die Begutachtung der Mikrostruktur des Metalls zeigte, dass das primäre Kristall in der Mitte der Mikrostruktur des Metalls granuliert war, während die Mikrostruktur des Metalls in den Oberflächenschichten eine dendritische Form aufwies, ohne Rühren mit einem Hochfrequenz-Induktionssystem und wobei die Mikrostruktur granuliert war bis zur Oberflächenschicht, die mit dem Hochfrequenz-Induktionsrührsystem gerührt wurde.
Der Grund warum die dendritische Form ohne das Hochfrequenz-Induktionsrühren gebildet wurde ist das der Brei-Zubereitungsbehälter während des Umfüllens des Schmelzmetalls erhitzt wurde, so dass die Temperatur des Schmelzmetalls während des letzten Umfüllens nicht unter die Temperatur der Liquidustemperatur des Schmelzmetalls fallen würde. Es wurde daher angenommen, dass eine Bewegung (Gießbewegung) auf das Schmelzmetall im Oberflächenschichtbereich ausgeführt wurde bei einer Temperatur die über der Liquidustemperatur lag und anschließend die Struktur in diesem Bereich eine dendritische Morphologie erhielt. Dies wird anscheinend dadurch bewiesen, dass das Schmelzmetall granuliert wurde indem das Metall in den Brei-Zubereitungsbehälter gegossen wurde und danach das Metall mit einem Hochfrequenz-Induktionssystem gerührt wurde, wodurch eine Bewegung auf das Metall ausgeübt wurde. Anscheinend wird bewiesen, dass das Schmelzmetall granuliert wurde indem eine Bewegung auf die Oberflächenschichten des Schmelzmetalls ausgeübt wurde, wenn die Temperatur des Metalls unter der Liquidustemperatur lag, so dass das Schmelzmetalls eine granulierte Mikrostruktur erzielte.
Wie vorstehend in der teilerstarten Zubereitungsmethode der vorliegenden Erfindung beschrieben, kann eine breiartiges Metall mit primären nicht-dendritischen (granulierten) Kristallpartikel die fein und nahezu einheitlich sind beständig in eine Teile-Produktionsmaschine gefüllt werden, zur beständigen Fertigung eines geformten Qualitätsteils, ohne jegliche komplizierte Ausrüstung.
Außerdem kam eine Menge Schmelzmetall in dessen flüssigem Zustand bestimmt und durch anschließendes Kühlen des Schmelzmetalls in einem Brei-Zubereitungsbehälter kann ein breiartiges Metall in einem teilerstarten Zustand hergestellt werden. Das resultierende breiartige Metall kann bei einem hohen Festanteil, bei dessen Zubereitung im Brei-Zubereitungsbehälter, in eine Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umgefüllt werden, ohne Wechsel des Breibehälters, so dass die folgenden Nachteil des konventionellen Verfahrens einer Rheocasting-Maschine nahezu eliminiert werden können; das genaue Schneiden des teilerstarten breiartigen Metalls ist schwierig, einschließlich des Problems die Menge des teilerstarten Breis davon zu ermitteln; das teilerstarte breiartige Metall haftet einfach und setzt sich anschließend an der Brei-Auslauföffnung der Rheocasting-Maschine fest, und beeinträchtigt somit direkt die Funktion des Öffnungs- und Schließventils; das zubereitete teilerstarte breiartige Metall weist so eine unregelmäßige Form auf, die das Umfüllen des Metalls in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine erschwert. Somit fällt es schwer, das teilerstarte breiartige Metall gleichmäßig zuzuführen, wodurch Schwankungen in der Zuführmenge des teilerstarten breiartigen Metalls entstehen, wodurch dessen Verarbeitungsbedingungen geändert werden, was zu einer veränderlichen Qualität der Teile führt; außerdem ist es schwierig die Temperatur zu kontrollieren bis das in der Rheocastingmaschine erzeugte teilerstarte breiartige Metall in die Schusshülse/Vorkammer einer Teile-Produktionsmaschine umgefüllt wird. Folglich wird kein spezifisches System wie eine Rheocasting-Maschine benötigt, so dass der Systemaufbau der vorliegenden Erfindung relativ vereinfacht wird.
Aus der Beschreibung spezifischer bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen geht hervor, dass die vorliegende Erfindung sich nicht auf diese genauen Ausführungsbeispiele beschränkt und dass verschiedene Änderungen und Abänderungen von einem normalen Fachmann auf diesem Gebiet vorgenommen werden können ohne vom Umfang der Erfindung, der in den anliegenden Patentansprüchen definiert ist, abzuweichen.
7

METALLTEMPERATUR, °C
VNn: ZEITPUNKTE ZUM AUSÜBEN DER ÜBERSCHALLSCHWINGUNGEN
LIQUIDUSTEMPERATUR
ZEIT NACH UMFÜLLEN DER METALLSCHMELZE, SEK

12

METALLTEMPERATUR, °C
METALLTEMPERATUR, °C
METALLTEMPERATUR, °C
ZEIT NACH UMFÜLLEN DER METALLSCHMELZE, SEK
ZEIT NACH UMFÜLLEN DER METALLSCHMELZE, SEK

13

OBERER TEIL
MITTE

14

TEMPERATUR, °C
ZEIT, S

16

METALLTEMPERATUR, °C
ZEIT NACH UMFÜLLEN DER METALLSCHMELZE, SEK

17

DURCHSCHNITTLICHE KÜHLGESCHWINDIGKEIT, °C
ABSTAND VOM UNTEREN TEIL, MM

18

MITTE
OBERFLÄCHENSCHICHT
MITTE
OBERFLÄCHENSCHICHT

Claims

Verfahren zur Bereitstellung eines Schusses aus breiartigem Metall, einschließlich Einspeisung in eine Anlage zur Herstellung von Teilen, bestehend aus der Einspeisung einer vorbestimmen flüssigen Metallmenge in einen röhrenförmigen Brei-Zubreitungsbehälter (1), dessen Volumen ausreicht um den genannten Schuss aufzunehmen und der aus einem Material der gleichen Matrix wie der Brei und der Brei-Zubereitungsbehälter besteht, der das breiartige Metall abgibt, mit einer Form, die während des Füllens fast unverändert bleibt, Anwenden einer Bewegung nachdem oder wenn die vorbestimmte Menge des Metall im flüssigen Zustand in den Brei-Zubereitungsbehälter gegossen wird, gefolgt von Abkühlen des geschmolzenen Metalls zu einem breiartigen Metall, Umfüllen des breiartigen Metalls in die Schusshülse/Vorkammer (a) der Teile-Produktionsmaschine und integralem Zuführen des breiartigen Metalls zusammen mit dem Behälter in die Schusshülse/Vorkammer (a) und Herstellung eines Gussteils, in dem der Zubereitungsbehälter mit der röhrenförmige Schusshülse mit einem Rohling des hergestellten Teils integriert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bewegung, die auf das Schmelzmetall ausgeübt wird, von mechanischen oder physikalischen Mitteln ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Bewegung durch Rühren des Metalls ausgeführt wird oder durch Ultraschall-Schwingungen oder Hochfrequenz-Induktion.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Schuss aus breiartigem Metall in einem Behälter zur Zubereitung von Brei mit einer Kühlgeschwindigkeit von 3°C/s oder weniger abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Behälter zur Zubereitung von Brei röhrenförmig ausgeführt ist und ein offenes Oberteil und einen geschlossenen Boden hat.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ähnliche Metallschüsse in entsprechenden Behältern zur Zubereitung von breiartigem Metall verarbeitet und dann der Schussröhre/Vorkammer zu einem Zeitpunkt zugeführt werden, zu dem der Schuss einen vorbestimmten breiartigen Zustand erreicht hat.