DE69909150T2

DE69909150T2 - Erschmelzen von reaktiven metallischen Materialien

Info

Publication number: DE69909150T2
Application number: DE69909150T
Authority: DE
Inventors: George D. Amherst Chandley; Ronald E. Milford Erickson; Paul J. Manchester Tousignant
Original assignee: Hitchiner Manufacturing Co Inc
Current assignee: Hitchiner Manufacturing Co Inc
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2019-01-21
Also published as: EP0935006A1; BR9900550A; JPH11285810A; US6004368A; EP0935006B1; CA2257774C; DE69909150D1; CA2257774A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen reaktiver Legierungen in hohen Volumina mit vermindertem Kostenaufwand ohne schädliche Verunreinigung infolge von Reaktionen zwischen der reaktiven Schmelze und den zur Aufnahme der Schmelze verwendeten Materialien.
Viele Legierungen, welche ein reaktives Metall, bei dem es sich z. B. um Titan handeln kann, in hohen Gewichtsprozentanteilen enthalten, reagieren mit Luft und den meisten gebräuchlichen Tiegelfeuerfestmaterialien in dem Maße, dass die Legierung in nicht mehr hinnehmbarem Umfang verunreinigt wird. In dessen Folge werden solche Legierungen üblicherweise in wassergekühlten Tiegeln aus Metall (z. B. Kupfer) geschmolzen unter Anwendung von elektrischen Lichtbögen oder Induktion, um Wärme in der Legierungscharge für das Schmelzen zu erzeugen. Die US-Patente Nr. 4 738 713 und Nr. 5 033 948 sind repräsentativ für derartige Techniken zum Schmelzen.
Intermetallische Verbindungen bildenden Legierungen von Titan und Aluminium, z. B. TiAl, ist in den vergangenen Jahren erhebliche Aufmerksamkeit gewidmet worden im Hinblick auf ihre Verwendung in der Luft- und Raumfahrt und in der Automobilindustrie für Einsätze und Anwendungen, wo ihre hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und ihr relativ geringes Gewicht hocherwünscht sind. Nun enthalten die intermetallischen Legierungen aber als Hauptbestandteil Titan (z. B. besteht sogenanntes Gamma-TiAl zu 66 Gew.-% aus Ti, der Rest besteht im Wesentlichen aus Al), wodurch sich das Erschmelzen und Vergießen ohne Verunreinigung schwierig und sehr kostenaufwendig gestaltet.
Das US-Patent Nr. 5 299 619 beschreibt eine verbesserte Schmelz- und Gießtechnik für reaktive Metalle und Legierungen, einschließlich solcher, welche intermetallische Verbindungen bilden, wobei der Vorgang des Aufheizens und Schmelzens einer Charge festen Titans in einem Keramiktiegel durch eine kräftige exotherme Reaktion mit einer geschmolzenen Aluminiumcharge-Komponente, welche gesondert geschmolzen und dann in den Tiegel eingebracht wird, um die Titancharge-Komponente zu kontaktieren, beschleunigt wird. Die verminderte Verweilzeit der geschmolzenen Charge-Komponenten reduziert die Gefahr der Verunreinigung der Schmelze infolge Reaktion mit den Tiegelmaterialien.
Leider liegt in Titan-basierten Legierungen, so etwa Ti-6Al-4V, ungenügend Aluminium in der Legierungszusammensetzung vor, um die kräftige exotherme Reaktion mit Titan in dem Schmelzgefäß zur Realisierung der Technik zum raschen Schmelzen mit verminderter Verunreinigung nach US-Patent Nr. 5 299 619 zu bewirken. Weil derartige "aluminiumarme" titanbasierte Legierungen weitverbreitet im Einsatz sind, besteht Bedarf nach einem Schmelzverfahren, welches ein kostengünstiges rasches Schmelzen solcher "aluminiumarmer" reaktiver Legierungen mit verminderter Verunreinigung der Schmelze ermöglicht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens, welches die im Vorstehenden erwähnte Forderung nach einem Schmelzverfahren erfüllt, das ein kostengünstiges rasches Schmelzen mit verminderter Verunreinigung von "aluminiumarmen" titanbasierten Legierungen sowie anderen reaktiven Legierungen mit Zusammensetzungen, die zu einer kräftigen exothermen Reaktion in einem Schmelzgefäß nicht befähigt sind, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren von Anspruch 1 erfüllt und für spezifischere Legierungen durch das Verfahren gemäß Anspruch 10 bzw. Anspruch 15.
Die EP-A-0 426 350 offenbart eine Vorrichtung, die ein selektives Induktionserwärmen verschiedener Abschnitte eines Schmelzgefäßes mittels einer Induktionsspule, welche selektiv aktivierbare Abschnitte aufweist, erlaubt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zum Schmelzen reaktiver metallischer Materialien in einem feuerfesten Schmelzgefäß unter Verwendung selektiver und sequentieller Induktionserwärmung von verschiedenen festen Metallcharge-Komponenten, welche in einem feuerfesten Gefäß segregiert vorliegen, derart, dass ein Von-oben-nach-unten-Schmelzen der Komponenten bewirkt wird, welches eine schädliche Reaktion der Schmelze mit feuerfestem Schmelzgefäßmaterial und Verunreinigung der Schmelze vermeidet.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren erübrigt sich die Notwendigkeit der Durchführung eines gesonderten Schrittes zum Schmelzen einer Charge-Komponente, welche bislang zuerst geschmolzen und dann in das Gefäß eingebracht wurde.
Die vorliegende Erfindung kann zum Schmelzen reaktiver metallischer Materialien, wie "aluminiumarmer" titanbasierter Legierungen sowie anderer reaktiver Legierungen, wie Legierungen auf Basis von Zirconium und auf Basis von Eisen, welche Zusammensetzungen aufweisen, die zu einer kräftigen exothermen Reaktion in einem Schmelzgefäß nicht befähigt sind, verwirklicht werden. Ferner kann die vorliegende Erfindung zum Schmelzen von reaktiven metallischen Materialien, wie TiAl und anderen intermetallische Verbindungen bildenden Legierungen mit Zusammensetzungen, die zu einer kräftigen exothermen Reaktion nicht befähigt sind, realisiert werden, und zwar ohne die Notwendigkeit der Durchführung eines gesonderten Schrittes zum Schmelzen einer Charge-Komponente.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bzw. werden das bzw. die höher schmelzende(n) legierende(n) Elemente) einer reaktiven Legierung als feste Charge-Komponente(n) in einer unten liegenden Position, z. B. in einem unteren Bereich, eines feuerfesten Schmelzgefäßes angeordnet, und das bzw. die relativ niedriger schmelzende(n) legierende(n) Elemente) wird bzw. werden als feste Charge-Komponente(n) in einer oben liegenden Position, z. B. oberhalb der höher schmelzenden Charge-Komponente(n) in dem Gefäß, angeordnet. Lediglich als Beispiel sei folgendes angeführt: zur Bildung einer reaktiven Ti-6Al-4V-Schmelze werden relativ hochschmelzende feste Titan- und Vanadiumcharge-Komponenten ineinander verteilt in der Nähe des Bodens des Schmelzgefäßes unterhalb einer niedriger schmelzenden festen Charge-Komponente, welche zumindest teilweise Aluminium zusammen mit fakultativ niedriger und/oder höher schmelzenden Metallen umfasst, angeordnet. Sodann wird der obere Teil der Charge einer selektiven Induktionserwärmung in dem Schmelzgefäß unterworfen, um seine Temperatur auf einen Wert zu erhöhen, der über dem des unteren Teils der Charge liegt. Danach werden sowohl der obere wie auch der untere Teil der Charge einer Induktionserwärmung bei höherer Eingangsleistung ausgesetzt zum raschen Schmelzen des oberen Teils der Charge und anschließenden Schmelzen des unteren Teils der Charge, um eine geschmolzene Legierung innerhalb sehr kurzer Schmelzzeiten, z. B. innerhalb einer Zeit von nur 1 bis 3 Minuten, zu bilden, um die Verweilzeit der Schmelze in dem feuerfesten Schmelzgefäß zu verkürzen. Im Einzelnen zeigt der obere Teil der Charge einen höheren Widerstand infolge seines Vorgewärmtseins auf eine höhere Temperatur und erzeugt dadurch mehr Wärme bei der Induktionserwärmung bei der höheren Eingangsleistung. Die niedriger schmelzende Charge-Komponente kommt zuerst zum Schmelzen, legiert mit dem oberen Teil der Charge und fließt dann als Folge davon nach dem Boden des Schmelzgefäßes hin.
Während des Auftretens des Von-oben-nach-unten-Schmelzens der Charge-Komponenten wird durch die hohe Induktionsspuleneingangsleistung die geschmolzene Legierung von den Seitenwänden des Schmelzgefäßes im Wesentlichen ferngehalten, so dass eine abträgliche Reaktion zwischen der geschmolzenen Legierung und dem Feuerfestmaterial des Gefäßes vermindert wird. Ferner ist die Bodenmitte der höher schmelzenden Charge-Komponente(n) der letzte Bereich der Charge, der zum Schmelzen kommt, wodurch eine abträgli che Reaktion der geschmolzenen Legierung mit dem Feuerfestmaterial am Boden des Schmelzgefäßes vermindert wird.
Die geschmolzene Legierung kann mit Hilfe konventioneller Gießverfahren entgegen der Schwerkraft oder unter Schwerkraftwirkung aus dem Schmelzgefäß vergossen werden, sobald die Schmelze eine geeignete Gießtemperatur aufweist, um ebenfalls die Verweilzeiten und Schmelzeverunreinigungen zu vermindern.
Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft, weil sie es ermöglicht, eine breite Vielfalt von reaktiven Legierungen rasch und mit verminderter Verunreinigung zu schmelzen, zu denen z. B. unzählige reaktive Legierungen mit Zusammensetzungen, die zu einer kräftigen exothermen Reaktion in einem Schmelzgefäß nicht befähigt sind, gehören. Ferner kann die Notwendigkeit eines gesonderten Schmelzschrittes zum gesonderten Schmelzen einer Charge-Komponente, welche sodann dem Schmelzgefäß zuzugeben werden muss, entfallen, wodurch das Schmelzen und das Gießen von reaktiven Legierungen vereinfacht und kostengünstiger werden. Ferner erlaubt die Verwendung einer selektiven und sequentiellen Induktionserwärmung einer Mehrzahl von festen Legierungscharge-Komponenten, welche in einem feuerfesten Schmelzgefäß segregiert vorliegen, derart, dass ein rasches Von-oben-nach-unten-Schmelzen bewirkt wird, den Einsatz herkömmlicher Tiegelfeuerfestmaterialien beim Schmelzen von reaktiven Legierungen und reduziert dennoch die schädliche Verunreinigung der reaktiven Legierungsschmelze.
Diese und andere Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Detailbeschreibung der Erfindung in Verbindung mit den nachfolgenden zeichnerischen Darstellungen.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine schematische, im Schnitt ausgeführte Seitenansicht einer Vorrichtung in Einklang mit einer Ausführungsform der Erfindung zum Schmelzen und zum Gießen entgegen der Schwerkraft einer reaktiven Legierungsschmelze;
2 ist ähnlich 1, wobei das Füllrohr in die reaktive Schmelze eingetaucht ist.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zum raschen Schmelzen einer breiten Vielfalt von reaktiven metallischen Materialien, zu denen – lediglich als Beispiel – Legierungen auf Titanbasis, Legierungen auf Zirconiumbasis und Legierungen auf Eisenbasis gehören, die Zusammensetzungen aufweisen, die ungeeignet sind, um das Verfahren zum raschen Schmelzen mit verminderter Verunreinigung nach US-Patent Nr. 5 299 619 zu verwirklichen, ebenso wie reaktive Legierungen, z. B. TiAl und andere intermetallische Verbindungen bildende Legierungen, die Zusammensetzungen aufweisen, die geeignet sind, das patentierte Verfahren zum raschen Schmelzen zu verwirklichen. Von Bedeutung ist hierbei, dass die letztgenannten reaktiven Legierungen mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ohne die Notwendigkeit eines gesonderten Schmelzschrittes geschmolzen werden können.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung können binäre, ternäre, quaternäre und andere höher reaktive Legierungen geschmolzen werden. Eine exemplarische binäre Legierung umfasst eine Titan- und Aluminiumlegierung mit 66 Gew.-% Ti, Rest im Wesentlichen Al, welche die hinreichend bekannte intermetallische Verbindung TiAl mit vorherrschend gamma-Gefüge bildet. Erfindungsgemäß kann diese reaktive Legierung geschmolzen werden ohne die Notwendigkeit, die Aluminiumlegierungskomponente gesondert zu schmelzen. Eine beispielhafte ternäre Legierung kann eine Legierung von Titan, Aluminium und einem weiteren Metall umfassen, z. B. die hinreichend bekannte Ti-6Al-4V-Legierung, wobei die Zahlen die Gewichtsprozentwerte der legierenden Elemente repräsentieren. Die Ti-6Al-4V-Legierung hat ungenügend Aluminium, um die kräftige exotherme Reaktion mit Titan, wie sie in US-Patent Nr. 5 299 619 beschrieben ist, zu bewirken. Repräsentative reaktive Legierungen, welche in Einklang mit der vorliegenden Erfindung geschmolzen werden können, sind in den nachfolgenden Beispielen beschrieben, die rein beispielhafter und nicht limitierender Natur sind.
Es wird nun auf die 1 bis 2 Bezug genommen, gemäß welchen eine Vorrichtung zur Verwirklichung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Form-Abschnitt 10 und einen Schmelz-Abschnitt 12 aufweist, wobei der Form-Abschnitt 10 oberhalb des Schmelz-Abschnitts 12 angeordnet ist, um die reaktive Schmelze entgegen der Wirkung der Schwerkraft nach oben in den Form-Abschnitt zu vergießen. Ein Formaufnahmebehälter 20 ist relativ zu dem Schmelz-Abschnitt 12 mittels eines hydraulisch betätigten Arms (nicht gezeigt) beweglich, wie in US-Patent Nr. 5 042 561 dargestellt.
Der Form-Abschnitt 10 umfasst einen Aufnahmebehälter 20 aus Stahl mit einer zylinderförmigen Kammer 20a, in der eine Feingieß- oder Investmentform 22 mit einer Mehrzahl von Formhöhlungen 24 in einer Masse 26 von niedrigreaktiven Partikeln angeordnet ist. Die Form 22 sitzt auf einem länglichen Füllrohr 23 aus einem Feuerfestwerkstoff (z. B. auf Kohlenstoffbasis), welches von der Form aus dem Aufnahmebehälter 20 heraus nach unten ragt. Das Füllrohr 23 ist mit dem Boden der Form 22 verbunden und erstreckt sich dichtschließend durch eine Bodenöffnung in dem Aufnahmebehälter 20, wie beispielsweise in dem bereits erwähnten US-Patent Nr. 5 042 561 gezeigt. Ein Formeinguß 28 ist mit dem Füllrohr 23 und über seitliche Anschnitte 31 mit den Formhöhlungen 24 verbunden. Die Investmentform 22 ist durch das hinreichend bekannte Verfahren nach dem verlorenen Wachsmodell hergestellt, wie in der US-Patentschrift Nr. 5 299 619 beschrieben, deren Lehren zu diesem Zweck in den vorliegenden Text aufgenommen werden.
Der Formaufnahmebehälter 20 umfasst einen öffenbaren/schließbaren Deckel 25, der mit dem Aufnahmebehälter über eine Gelenkverbindung 25a verbunden ist. Der Deckel trägt eine Blattgummidichtung 29, die mit der umgebenden Atmosphäre über eine Entlüftungsöffnung 21 in Verbindung steht.
Die Form ist in eine Masse 26 eingebettet, die aus einem partikelförmigen Material besteht, welches so gewählt ist, dass es geringe Reaktionsneigung gegenüber der jeweiligen zu erschmelzenden und in die Form 22 zu vergießenden reaktiven Legierung aufweist, so dass im Falle eines Austretens von Schmelze aus der Form 22 die Schmelze in der Masse 26 eingeschlossen wird, ohne dass es zu einer schädlichen Reaktion kommt. Geeignete partikelförmige Materialien für eine repräsentative TiAl-Schmelze umfassen Mullit- oder Zirconiumoxidkörner mit einer Korngröße von –20 bis +50 mesh. Die Partikel können nach Wunsch aus anderen Materialien ausgewählt sein, in Abhängigkeit von der zu schmelzenden reaktiven Legierung.
Die Gummidichtung 29 verdichtet die partikelförmige Masse 26 um die Form 22 herum, wenn in dem Aufnahmebehälter 20 ein relativer Unterdruck erzeugt wird, um so die Form 22 während des Gießens beim Befüllen mit der geschmolzenen Legierung von außen zu stützen.
Der Formaufnahmebehälter 20 umfasst eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Kammer 36, die über ein herkömmliches Ein/Aus-Ventil 38 mit einer Vakuumquelle 40 kommuniziert, bei der es sich zum Beispiel um eine Vakuumpumpe handeln kann. Die Kammer 36 ist durch ein Lochsieb 41 abgeschirmt, welches so gewählt ist, dass es für das partikelförmige Material der Masse 26 undurchlässig ist, so dass diese auf das Innere des Behälters 20 begrenzt werden. Der Formaufnahmebehälter 20 umfasst außerdem eine Eintrittsleitung 37 für den Zutritt von Argon oder einem anderen Inertgas über einen geeignet abgeschirmten Verteilerkanal 43 zu dem Aufnahmebehälter von einer geeigneten Inertgasquelle 47. Der Form-Abschnitt 10 kann von der Art sein, wie sie im Detail in der obengenannten US-Patentschrift Nr. 5 299 619 beschrieben und gezeigt ist.
Der Schmelz-Abschnitt 12 umfasst ein Schmelzgehäuse 50 aus Metall (z. B. Stahl), welches eine Schmelzkammer 52 um ein/en Feuerfestschmelzgefäß bzw. -tiegel 54 bildet. Das Schmelzgehäuse 50 umfasst eine Seitenwand 56 und einen entfernbaren Deckel 58, der über eine Dichtung 60 dichtschließend mit der Seitenwand verbunden ist. Eine verschiebliche Abdeckung 61 der Art, wie sie in dem bereits erwähnten US-Patent Nr. 5 042 561 aufgezeigt ist, ist an einer festen Abdeckung 59 des Deckels 58 angeordnet und so verschieblich, dass das Füllrohr 23 zu dem in dem genannten Patent aufgezeigten Zweck aufgenommen werden kann. Die feste Abdeckung 59 umfasst eine Öffnung 59a für das Formfüllrohr 23. Die verschiebliche Abdeckung 61 umfasst eine Öffnung 61a zum Aufnehmen des Füllrohrs 23, wenn die Öffnungen 59a, 61a ausgerichtet sind, um die Schmelze entgegen der Wirkung der Schwerkraft von dem Gefäß 54 in die Form 22 zu gießen.
Gemäß einer apparativen Ausführungsform der Erfindung ist eine hohle, wassergekühlte Induktionsspule 68 vorgesehen, welche um das Schmelzgefäß 54 angeordnet ist. Die Induktionsspule 68 umfasst ein selektiv aktivierbares Segment 68a, welches den oberen Bereich des Schmelzgefäßes 54 umschließt, und ein unteres Segment 68b, welches integral mit dem ersten oberen Segment 68a ausgebildet ist und einen unteren Bereich des Schmelzgefäßes umschließt. Bevorzugt umschließt das obere Segment 68a etwa 1/3 des Schmelzgefäßes 54; d. h. das oberste Drittel des Schmelzgefäßes. Das Segment 68b umschließt einen großen Teil der restlichen zwei Drittel des Schmelzgefäßes.
Alternativ kann die Erfindung verwirklicht werden mit einer gesonderten oberen Induktionsspule, welche dem hohlen wassergekühlten Spulensegment 68 entspricht, und einer gesonderten hohlen wassergekühlten Induktionsspule, welche dem unteren Spulensegment 68b entspricht. Die Oberspule und die gesonderte Unterspule weisen jeweils zwei elektrische Leitungen auf, welche Leitungen L zu der Energiequelle 5 entsprechen, so dass die Oberspule selektiv aktiviert werden kann, um die Charge-Komponente C2 vorzuwärmen, und so dass beide Spulen, Oberspule und Unterspule, aktiviert werden können, um die Charge-Komponenten C1, C2 zu schmelzen, wie im Folgenden beschrieben.
Die Seitenwand 56 umfasst eine dichte Eintrittsöffnung 66 für den Durchtritt von Elektroenergieversorgungsleitungen L, welche die Ankopplungselemente 69a, 69b, 69c via Schalter SW mit der Elektroenergiequelle 5 verbinden. Die Energiequelle kann einen herkömmlichen Halbleiter-Frequenzumsetzer umfassen, obgleich die Erfindung nicht auf eine bestimmte Energiequelle begrenzt ist. Die elektrischen Ankopplungselemente 69a, 69c sind mit gegenüberliegenden Enden des oberen Spulensegments 68a verbunden, um Mittel zum elektrischen Versorgen oder Aktivieren des oberen Segmentes 68a bereitzustellen, während die Ankopplungselemente 69a, 69b mit einander gegenüberliegenden Enden des oberen und des unteren Segmentes 68a, 68b verbunden sind, um Mittel zum elektrischen Versorgen oder Aktivieren der ganzen Spule 68, d. h. sowohl des oberen wie auch des unteren Segments 68a, 68b, bereitzustellen. Ein mit der Energiequelle 5 verbundener Schalter SW ist angeordnet, wie in den 1 und 2 gezeigt, so dass die elektrischen Ankopplungselemente 69a und 69c über die Energiequelle S aktiviert werden können, um selektiv das obere Spulensegment 68a zu aktivieren, und so dass ferner die elektrischen Ankopplungselemente 69a und 69b von der Energiequelle 5 aktiviert werden können, um die ganze Spule 68 zu aktivieren. Das elektrische Ankopplungselement 69b ist mit der Spule 68 oberhalb deren unteren Wicklungen verbunden, so dass die unteren Wicklungen den Tiegel konstruktiv stützen können und die Energiezuleitungen von metallenen Stützflanschen 84, 84b ferngehalten werden können.
Die Seitenwand 56 umfasst ferner eine Öffnung 70, die über eine Leitung 72 und ein Ventil 74 mit einer Quelle 76 für Argon oder ein anderes Inertgas und, alternativ, mit einer Vakuumquelle (z. B. einer Vakuumpumpe) 78 verbunden werden kann.
Die Seitenwand 56 umfasst ferner eine/n ringförmige/n Schulter bzw. Flansch 84, an welche/r/m mehrere Spulenhalterungen 86 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sitzen, um die Induktionsspule 68 zu hatten. Der Flansch weist eine/n äußere/n ringförmige/n Schulter bzw. Flansch 84a auf, welche/r/m an der/dem inneren ringförmen Schulter bzw. Flansch 84b befestigt ist, woran die Spulenhalterungen angeordnet sind, um die Induktionsspule 68 zu halten. Eine Masse 119 aus niedrigreaktivem partikelförmigem Material, bei dem es sich z. B. um Zirconiapulver mit einer Korngröße von 100 mesh handeln kann, erstreckt sich nach oben, zwischen Spule 68 und Schmelzgefäß 54, um so jegliche Schmelze, die aus dem Gefäß 54 austreten oder sonstwie entweichen könnte, innerhalb des niedrigreaktiven partikelförmigen Materials einzuschließen.
Das Schmelzgefäß oder der Tiegel 54 umfasst eine zylindrische röhrenförmige Keramikschale 90 mit einem Boden 90a, welche integral mit dem röhrenförmigen Tiegelabschnitt oder als gesonderte, an den röhrenförmigen Tiegelabschnitt gebundene Komponente ausgeführt sein kann. Zum Gießen von Schmelzen auf Titanbasis umfasst der Tiegel 54 Mullitkeramik mit Zirconiumoxid-Schlichteüberzug.
Zum Gießen von titanbasierten Schmelzen umfasst die Form 22 eine auf der Innenseite aufgebrachte Frontschicht aus Zirconiumoxid oder Yttriumoxid und außenliegende Zirconiumoxid- oder Aluminiumoxid-Stütz- oder Hinterfüllschichten, die den Körper der Form bilden (siehe z. B. US-PS Nr. 4 740 246). Die Gesamtwanddicke der Form kann im Bereich von 0,1 bis 0,3 Inch liegen. Die innenseitige Frontschicht ist so gewählt, dass sie höchstens geringfügig mit der in die Form vergossenen Titan-basierten Schmelze reagiert, um eine Verunreinigung der Schmelze auf ein Minimum zu reduzieren. Eine bevorzugte Form-Frontschicht zum Gießen von Titan-basierten Schmelzen wird auf ein flüchtiges Formmodell als eine Suspension, welche eine Zirconiumacetat-Flüssigkeit und Zirconiamehl enthält, aufgetragen, getrocknet und mit Schmelzkorund (Korngröße 80 mesh) berieselt. Typisch wird eine Frontschichtlage aufgebracht. Bevorzugte Hinterfüllschichten zur Verwendung mit dieser Frontschicht werden als Suspension, welche flüssiges Ethylsilicat und tafelförmiges Aluminiumoxid enthält, aufgetragen, getrocknet und mit Schmelzkorund (Korngröße 36 mesh) bestreut.
Das offene obere Ende des Schmelzgefäßes 54 kann durch eine Verschlussplatte 100 aus Fasern auf Aluminiumoxidbasis teilweise verschlossen sein. Die Platte 100 weist eine mittige Öffnung 102 auf, durch die das Füllrohr 23 sich erstrecken kann, wie in 2 gezeigt.
Das untere geschlossene Ende des Schmelzgefäßes 54 kann eine(n) äußere(n) Schulter oder Flansch 110 umfassen, die bzw. der dichtschließend gegen eine(n) ähnliche(n) Schulter oder Flansch 120 anliegt, welche/r einen Deckel oder Verschluss 122 für die Zugangsöffnung trägt.
Bei einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens zum Schmelzen einer Ti-6Al-4V-Legierung wird eine untere (unten liegende) feste Charge-Komponente C1, welche elementares Titan in fester stückiger Form (als schnitzelartige Stücke gezeigt) und elementares Vanadium in fester stückiger Form (als feste schwarze klumpenartige Stücke gezeigt) ineinander verteilt umfasst, als die feste Charge-Komponente (die etwa 2/3 der Gesamtchargenhöhe in dem Schmelzgefäß ausmacht) im unteren Bereich des Schmelzgefäßes 54 angeordnet, wie beispielhaft in 1 dargestellt. Die untere Charge-Komponente C1 kann selbst strähnen- oder schichtartig vorliegen, so dass sie elementares Titan in stückiger Form in der Nähe des Bodens des Schmelzgefäßes 54 in einer Menge, die etwa die Hälfte der Charge-Komponente C1 ausmacht, und eine Mischung von elementarem Titan in fester stückiger Form und dazwischen verteiltem elementarem Vanadium in stückiger Form oberhalb der unteren Titanstücke in einer Menge, die die andere Hälfte der Charge-Komponente C1 ausmacht, aufweist. Die Titanstücke und Vanadiumstücke können vor Einbringen in das Schmelzgefäß 54 zusammengemischt werden, oder sie können während des Einbringens oder nach dem Einbringen in das Schmelzgefäß gemischt werden. Alternativ können vorlegierte Titan-Vanadium-Legierungsstücke in die zwei Drittel des Schmelzgefäßes eingebracht werden, wo die Charge C1 aufgenommen wird. Die Titan- und Vanadium-Stücke haben einen Schmelzpunkt von 3035°F bzw. 3450°F, so dass sie die höher schmelzenden Komponenten der zu schmelzenden Gesamtcharge bilden im Vergleich zu der restlichen Aluminiumcharge-Komponente mit einem Schmelzpunkt von 1220°F.
Zusätzlich oder an Stelle von Vanadium können zwischen den Titanstücken Stücke anderer Metalle, z. B. Molybdän, Chrom, Niob, Silicium und anderen, welche in manchen Titanlegierungen vorhanden sind, verteilt sein. Niob liegt typisch in Form einer Master-Legierung von z. B. Niob und Aluminium vor wegen der Schwierigkeit, die das Schmelzen von Niob aufgrund seines sehr hohen Schmelzpunktes bereitet. Diese anderen Metalle (z. B. Molybdän, Chrom, Niob, Silicium und andere) liegen typisch zwischen Titanstücken verteilt in einer strähnen- oder schichtartig angeordneten Charge-Komponente C1 vor, worin elementares Titan in stückiger Form in der Nähe des Bodens des Schmelzgefäßes in einer Menge, die etwa die Hälfte der Charge-Komponente C1 ausmacht, angeordnet ist und eine Mischung von elementarem Titan in fester stückiger Form und Stücken dieser anderen Metalle oberhalb der unteren Titanstücke in einer Menge, die die restliche Hälfte der Charge-Komponente C1 ausmacht, angeordnet ist. Obgleich eine überwiegende Menge der anderen Metallstücke zwischen den Titanstücken verteilt in der strähnenförmigen Charge-Komponente vorliegt, wie beschrieben, kann beim Chargieren des Schmelzgefäßes 54 eine kleine Menge der anderen Metallstücke in die obere Charge-Komponente C2 verteilt werden.
Nachdem die im Vorstehenden erwähnte untere feste Charge-Komponente C1, welche das Titan mit dazwischen verteiltem Vanadium oder anderen Metallen enthält, wie im Vorstehenden beschrieben, in das Schmelzgefäß eingebracht worden ist, wird die niedriger schmelzende obere Charge-Komponente C2, welche feste Aluminiumstücke (als rundliche Granalien oder Partikel dargestellt) und Titanstücke enthält, in das obere Drittel des Schmelzgefäßes 54 im oberen Bereich des Schmelzgefäßes eingebracht, so dass sie oberhalb der höher schmelzenden festen Charge-Komponente C1 (z. B. Titan- und Vanadiumstücke) liegt. Die Aluminiumstücke der Charge-Komponente C2 können mit Titanstücken chargiert werden, um die Aluminiumstücke für das Vorwärmen zu verteilen und die Reaktivität des geschmolzenen Aluminiums mit den vorhandenen Titanstücken zu verbessern.
Die Charge-Komponente C1 kann Aluminium mit einem dazwischen verteilten niedriger schmelzenden Metall (z. B. Zinn) enthalten, wie in manchen Titanlegierungen (z. B. bei einer Ti-5Al-2,5 Sn-Legierung) verwendet.
Die festen Titanstücke können Titanschrottmaterial in flächiger, paketierter, zerkleinerter oder anderer Form umfassen. Der flächige Titanschrott ist typisch 1 Inch auf 1 Inch auf 1/16 Inch groß und von Chemalloy Co. erhältlich. Die paketierte Form besteht aus Titanschwamm; die Größe beträgt ca. 1 Inch auf 1 Inch auf 3 Inch. Die Titancharge-Komponente wird in einer Menge zugegeben, die zu dem gewünschten Gewichtsprozentanteil an Titan in der Legierungsschmelze führt.
Die Vanadiumquelle kann Vanadium oder eine Vanadium-Aluminium-Legierung als Granalien, flächigen Schrott oder in anderer Form umfassen. So wird zum Beispiel eine Vanadium-Aluminium-Legierung typisch in körniger Form mit einer Größe von –8 bis +50 mesh vorgesehen. Die Vanadiumcharge-Kompo nente wird in einer Menge. zugegeben, die zu dem gewünschten Gewichtsanteil an Vanadium in der Legierungsschmelze führt.
Die festen Aluminiumstücke können Aluminiumschrottmaterial in flächiger Form, Granalien oder andere Formen umfassen. So wird Aluminium zum Beispiel typisch in Form von Granalien mit einem Durchmesser von 1/4 Inch vorgesehen. Die Aluminiumcharge-Komponente wird in einer Menge zugegeben, die zu dem gewünschten Gewichtsprozentanteil an Aluminium in der Legierungsschmelze führt.
Zum Chargieren wird das Schmelzgefäß 54 zusammengebaut und wird von der Abdeckung 122 getragen. Das Schmelzgefäß 54 wird bei entfernter Platte 102 von Hand mit den festen Charge-Komponenten C1, C2 beschickt, wie im Vorstehenden beschrieben. Das chargierte Schmelzgefäß 54 wird innerhalb der Induktionsspule 68 platziert, wie in 2 gezeigt, wobei die Abdeckung oder der Verschluss 122 gegenüber dem Gehäuse 50 abdichtet und die entfernbare Abdeckung 58 von dem Gehäuse 50 entfernt ist. Das partikelförmige Material 119 (z. B. Zirconiakörner) wird dann durch das offene Gehäuse 50 um das Schmelzgefäß 54 herum platziert, wie in 2 gezeigt. Nach Zugabe des partikelförmigen Materials 119 und Wiederaufsetzen der Platte 102 auf das Schmelzgefäß 54 wird die Abdeckung 58 wieder dichtschließend mit dem Gehäuse 50 verbunden.
Zu Beginn des Schmelz-/Gießzyklus für die Ti-basierte Schmelze wird die Schmelzkammer 52 zunächst auf weniger als 0,2 Torr (200 μm) evakuiert und dann über die Öffnung 70 mit Argon auf einen Druck von etwas über Atmosphärendruck gefüllt (kontrolliert auf 1 Torr Druck).
Sodann wird in Einklang mit einer Ausführungsform der Erfindung das Spulensegment 68a (oder die gesonderte Oberspule) via elektrische Leitungen L durch die Ankopplungselemente 69a, 69c und die Energiequelle 5 selektiv aktiviert, um die obere Charge-Komponente C2 (z. B. überwiegend Aluminium- und Titanstücke) in dem Schmelzgefäß 54 auf eine erhöhte Temperatur oberhalb der Temperatur der ersten Charge-Komponente C1 vorzuwärmen. Typisch wird die obere Charge-Komponente C2 selektiv induktiv vorgewärmt auf eine erhöhte Temperatur, welche durch die zu erschmelzende und zu vergießende Legierung bestimmt ist. Wenn mehrere Charge-Komponenten in der oberen Schmelzcharge-Komponente C2 vorliegen, werden alle Komponenten entsprechend ihrer physikalischen Eigenschaften (z. B. Schmelzpunkte) erwärmt und/oder geschmolzen. Die selektive Induktionsvorwärmung der oberen Charge-Komponente C2 erhöht die Temperatur derselben und erhöht dadurch auch den Widerstand der Charge-Komponente C2. Die höher schmelzende Charge-Komponente C1 im unteren Bereich des Schmelzgefäßes 54 wird durch die Aktivierung des Spulensegmentes 68a nur minimal erwärmt, so dass ihre Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur im unteren Bereich des Schmelzgefäßes 54 bleibt.
Lediglich als Beispiel sei angegeben, dass eine Charge-Komponente C2, welche 1,7 lb Aluminium und 7,3 lb Titan umfasst, bei einem Leistungspegel von 180 bis 200 kW durch Aktivieren des Spulensegmentes 68a für die Dauer von 7 bis 7,5 Minuten selektiv induktiv vorgewärmt werden kann. Dabei erhöht sich die Temperatur der oberen Charge-Komponente C2 auf ca. 1500 bis ca. 1750°F, was oberhalb des Schmelzpunktes von Aluminium mit 1220°F und unterhalb des Schmelzpunktes von Titan mit 3035°F liegt.
Nach der selektiven Induktionsvorwärmung der zweiten Charge-Komponente C2 werden sowohl die vorgewärmte zweite Metallcharge-Komponente C2 im oberen Bereich des Schmelzgefäßes 54 wie auch die erste Charge-Komponente C1 im unteren Bereich des Schmelzgefäßes durch Aktivieren der ganzen Induktionsspule 68, einschließlich der Segmente 68a, 68b (oder der separaten Spulen, welche sind obere/untere Spule), via elektrische Leitungen L über die Ankopplungselemente 69a, 69b bei einem viel höheren Leistungspegel induktiv erwärmt und geschmolzen. Weil die obere Charge-Komponente C2 einen höheren Widerstand aufweist als Folge davon, dass sie auf die erhöhte Temperatur (oberhalb Umgebungstemperatur) induktiv vorgewärmt wurde, und damit mehr Wärme bei der Induktionserwärmung bei der höheren Eingangsleistung erzeugt, schmilzt die obere Charge-Komponente C2 (welche überwiegend Aluminium- und Titanstücke aufweist) zuerst und fließt nach dem Boden des Schmelzgefäßes 54 hin. Bei Auftreten des Von-oben nach-unten-Schmelzens der Charge-Komponenten C2, C1 wird die dadurch gebildete geschmolzene Legierung durch den hohen Induktionsleistungspegel von den Seitenwänden des Gefäßes 54 im Wesentlichen ferngehalten, so dass eine abträgliche Reaktion zwischen der geschmolzenen Legierung und dem Feuerfestmaterial des Gefäßes vermindert wird. Ferner ist die Bodenmitte der höher schmelzenden Charge-Komponente C1 der letzte Bereich der Charge, der zum Schmelzen kommt, so dass eine abträgliche Reaktion der geschmolzenen Legierung mit dem Feuertestmaterial am Boden des Gefäßes 54 vermindert wird.
Lediglich als Beispiel sei angegeben, dass eine untere Charge-Komponente C1, welche 17,7 lb Titan und 1,7 lb Vanadium enthält, und eine obere Charge-Komponente C2, welche 1,7 lb Aluminium und 7,3 lb Titan enthält, bei einem Leistungspegel von 220 bis 300 kW durch Aktivieren beider Spulensegmente 68a, 68b via Ankopplungselemente 69a, 69b für die Dauer von 130 bis 220 Sekunden induktiv erwärmt und geschmolzen werden können. Der hohe Induktionsleistungspegel bewirkt, dass mit fortschreitendem Von-oben-nachunten-Schmelzen der Charge-Komponenten die dadurch gebildete geschmolzene TiAl-Legierung von den Seitenwänden des Schmelzgefäßes 54 im Wesentlichen ferngehalten wird und damit eine abträgliche Reaktion zwischen der geschmolzenen Legierung und dem Feuertestmaterial des Gefäßes vermindert wird.
Sobald die Schmelze die gewünschte Gieß-(Überhitzungs-)Temperatur erreicht (z. B. ca. 3100°F schon nach etwa 3 Minuten im Falle einer Ti-6Al-4V-Schmelze), wird der durch den Einlass 37 bereits mit einem Inertgas, beispielsweise Argon, gefüllte Aufnahmebehälter 20 abgesenkt, um das Füllrohr 23 durch die Öffnung 59a und ferner durch die Öffnung 102 in die Schmelze M in dem Gefäß 54 einzuführen, 2. Der Aufnahmebehälter 20 wird mit Hilfe des bereits erwähnten hydraulisch betätigten Arms (nicht gezeigt) bewegt. Vor oder nach Tauchen des Füllrohrs 23 in die Schmelze wird über die Kammer 36 ein Unterdruck in dem Aufnahmebehälter 20 erzeugt. Dadurch wird auch die Form 22 mit einem Unterdruck gegenüber dem atmosphärischen Argongasdruck in der Schmelzkammer 52 beaufschlagt, so dass eine negative Druck differenz zwischen den Formhöhlungen 24 und der Schmelze in dem Gefäß 54 erzeugt wird, die ausreichend ist, um die Schmelze nach oben, durch das Füllrohr 23 und in die Form 22 zu saugen.
Die (gerade aus der Schmelzkammer 52 entnommene) schmelzegefüllte Form 22 wird in ihrem Aufnahmebehälter 20 belassen, unter Hindurchleiten eines Argon-Stroms über den Einlass 237, so dass die Schmelze unter Argongas erstarren und/oder auf eine niedrigere Temperatur von – nur als Beispiel – 800°F abkühlen kann, bevor die Form 22 aus dem Aufnahmebehälter 20 entnommen wird. Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne sie zu begrenzen.
BEISPIEL 1
Erschmelzen einer TiAl-Schmelze:
Als Feuerfestauskleidungsmaterial für den Tiegel wurde mit einem Zirconiumoxid-Schlichteüberzug versehenes Mullit verwendet. Die Charge wurde unter Argon-Atmosphäre geschmolzen. Die untere Charge-Komponente C1 enthielt 27 lb Ti in zerkleinerter Form (zerkleinerte flocken- oder schuppenförmige Stückchen), und die obere Charge-Komponente C2 enthielt 15 lb Al in granulierter Form gemischt mit kleinen Titan-Stückchen. Die anfängliche Eingangsleistung einer oberen Induktionsspule 68a zum Erwärmen der Charge-Komponente C2 betrug 190 kW und wurde für 7 Minuten angelegt. Sodann wurde die volle Eingangsleistung an die obere und untere Induktionsspule 68a; 68b bei 200 kW für 100 Sekunden angelegt, um die Charge-Komponenten C1 und C2 zu erwärmen und zu schmelzen, um eine Schmelzetemperatur von ca. 2900°F zu erreichen. Die Gesamtzeit zum Schmelzen von C1 und C2 betrug 520 Sekunden. Die Schmelze wurde entgegen der Schwerkraftwirkung unter einem Vakuum von 18 Inch Hg in einem Formaufnahmebehälter in 28 Formhöhlungen einer Form mit einer Zirconiumoxid-Frontschicht vergossen, wobei die Form in Mullit-Partikel eingebettet war und eine Füllrohr aus Stahl verwendet wurde.
BEISPIEL 2
Erschmelzen einer Ti-6Al-4V-Schmelze:
Als Feuerfestauskleidungsmaterial für den Tiegel wurde mit einem Zirconiumoxid-Schlichteüberzug versehenes Mullit verwendet. Die Charge wurde unter Argon-Atmosphäre geschmolzen. Die untere Charge-Komponente C1 enthielt 25 lb Ti in zerkleinerter Form und 1,1 lb Vanadium in granulierter Form. Die obere Charge-Komponente C2 enthielt 1,7 lb Al in granulierter Form vermischt mit kleinen Titan-Stückchen. Die anfängliche Eingangsleistung einer oberen Induktionsspule 68a zum Erwärmen der Al-Charge-Komponente betrug 190 kW für 7,5 Minuten. Sodann wurde die volle Eingangsleistung an die obere und untere Induktionsspule 68a; 68b bei 260 kW für 172 Sekunden angelegt, um die Chargen C1 und C2 zu erwärmen und zu schmelzen, um eine Schmelzetemperatur von ca. 3100°F zu erreichen. Die Gesamtzeit zum Schmelzen von C1 und C2 betrug 622 Sekunden. Die Schmelze wurde entgegen der Schwerkraftwirkung unter einem Vakuum von 29 Inch Hg in einem Formaufnahmebehälter in 20 Formhöhlungen einer Form mit einer Zirconiumoxid-Frontschicht vergossen, wobei die Form in Mullit-Partikel eingebettet war und eine Füllrohr aus Stahl verwendet wurde.
Die Erfindung wurde in Zusammenhang mit bestimmten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben; es versteht sich jedoch, dass für den Fachmann weitere verschiedenartige Änderungen, Modifikationen und Weglassungen in Form und Detail der Erfindung möglich sind, ohne den Bereich der Ertndung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.
Umwandlung der Einheiten:

1 Inch = 2,54 cm
1 Inch Hg = 3,39 kPa
1 lb = 0,45 kg
t°C = (5/9)(t°F – 32)

Claims

Verfahren zum Schmelzen eines reaktiven metallischen Materials, umfassend mindestens ein erstes Metall mit einem ersten Schmelzpunkt und ein zweites Metall mit einem zweiten, unter dem ersten Schmelzpunkt liegenden Schmelzpunkt zum Bilden einer geschmolzenen Legierung, welches als Schritte aufweist: Anordnen einer ersten Charge-Komponente (C1) in fester Form, welche das erste Metall enthält, in einem feuerfesten Schmelzgefäß (54) unterhalb einer zweiten Charge-Komponente (C2) in fester Form, welche zumindest zum Teil das zweite Metall in dem Gefäß enthält, selektives Induktionserwärmen der zweiten Charge-Komponente (C2) in dem Gefäß (54) zum Erhöhen ihrer Temperatur auf einen Wert oberhalb der Temperatur der ersten Charge-Komponente, und Induktionserwärmen sowohl der vorgewärmten zweiten Charge-Komponente (C2) wie auch der ersten Charge-Komponente (C1) bei einer genügend hohen Eingangsleistung, um ein Schmelzen der vorgewärmten zweiten Charge-Komponente und nachfolgendes Schmelzen der ersten Charge-Komponente zu bewirken und dadurch ein Schmelzen der Charge-Komponenten von oben nach unten zu erzielen und eine geschmolzene Legierungsschmelze in dem Gefäß zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Verteilen eines weiteren Metalls, dessen Schmelzpunkt höher ist als der des zweiten Metalls, zwischen die erste Charge-Komponente.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Charge-Komponente Stücke des ersten Metalls in der Nähe eines Bodens des Gefäßes aufweist und oberhalb davon eine Mischung von dem ersten Metall und dem weiteren Metall aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Verteilen eines weiteren Metalls, dessen Schmelzpunkt höher oder niedriger ist als der des zweiten Metalls, zwischen die zweite Charge-Komponente.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das anfängliche Aktivieren von Induktionsspulen-Mitteln (68a), welche die zweite Charge-Komponen- te (C2) umschließen, um die Komponente zu erwärmen.
Verfahren nach Anspruch 5, umfassend das Aktivieren von Induktionsspulen-Mitteln (68a, 68b), welche sowohl die erste wie auch die zweite Charge-Komponente (C1, C2) umschließen, um die Komponenten zu schmelzen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hohe Eingangsleistung bewirkt, dass die geschmolzene Legierung von einer Seitenwand des Gefäßes (54) im Wesentlichen ferngehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Titan und Zirconium besteht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die geschmolzene Legierung von dem Gefäß (54) in eine Form (22) gegossen wird.
Verfahren zum Schmelzen einer Legierung auf Titan-Basis, welche Aluminium und ein weiteres Metall mit einem höheren Schmelzpunkt als der des Aluminiums enthält, zum Bilden einer geschmolzenen Legierung, wobei das Verfahren als Schritte aufweist: Anordnen einer ersten Charge-Komponente (C1) in fester Form, welche Titan und das weitere Metall enthält, in einem feuerfesten Schmelzgefäß (54) unterhalb einer zweiten Charge-Komponente (C2) in fester Form, welche zumindest zum Teil das Aluminium in dem Gefäß enthält, selektives Induktionserwärmen der zweiten Charge-Komponente in dem Gefäß zum Erhöhen ihrer Temperatur auf einen Wert oberhalb der Temperatur der ersten Charge-Komponente, und Induktionserwärmen sowohl der vorgewärmten zweiten Charge-Komponente wie auch der ersten Charge-Komponente bei einer genügend hohen Eingangsleistung, um ein Schmelzen der vorgewärmten zweiten Charge-Komponente und nachfolgendes Schmelzen der ersten Charge-Komponente zu bewirken und dadurch ein Schmelzen der Charge-Komponenten von oben nach unten zu erzielen und eine geschmolzene Legierungsschmelze in dem Gefäß zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend das Ineinanderverteilen des Titans und des weiteren Metalls als die erste Charge-Komponente (C1).
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das weitere Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Vanadium, Molybdän, Chrom, Niob und Silicium besteht.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend das Ineinanderverteilen des Aluminiums und eines weiteren, niedriger oder höher schmelzenden Metalls als die zweite Charge-Komponente (C2).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das weitere niedriger schmelzende Metall Zinn umfasst.
Verfahren zum Schmelzen einer Legierung auf Titan-Basis, welche Aluminium und ein weiteres Metall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der des Aluminiums enthält, zum Bilden einer geschmolzenen Legierung, wobei das Verfahren als Schritte aufweist: Anordnen einer ersten Charge-Komponente (C1) in fester Form, welche Titan enthält, in einem feuerfesten Schmelzgefäß (54) unterhalb einer zweiten Charge-Komponente (C2) in fester Form, welche zumindest zum Teil das Aluminium und das weitere Metall in dem Gefäß enthält, selektives Induktionserwärmen der zweiten Charge-Komponente in dem Gefäß zum Erhöhen ihrer Temperatur auf einen Wert oberhalb der Temperatur der ersten Charge-Komponente, und Induktionserwärmen sowohl der vorgewärmten zweiten Charge-Komponente als auch der ersten Charge-Komponente bei einer genügend hohen Eingangsleistung, um ein Schmelzen der vorgewärmten zweiten Charge-Komponente und nachfolgendes Schmelzen der ersten Charge-Komponente zu bewirken und dadurch ein Schmelzen der Charge-Komponenten von oben nach unten zu erzielen und eine geschmolzene Legierungsschmelze in dem Gefäß zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 15, umfassend das Ineinanderverteilen des Titans und eines Metalls, dessen Schmelzpunkt höher ist als der des Aluminiums, als die erste Charge-Komponente.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Vanadium, Molybdän, Chrom, Niob und Silicium besteht.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das weitere Metall Zinn umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die vorgewärmte zweite Charge-Komponente (C2) und die erste Charge-Komponente (C1) gleichzeitig induktiv erwärmt werden bei einer Eingangsleistung, die höher ist als die Eingangsleistung für das selektive induktive Vorwärmen der zweiten Charge-Komponente (C2).