EP1060048A1 - Method of casting a metal melt in the presence of a magnetic field - Google Patents

Method of casting a metal melt in the presence of a magnetic field

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EP1060048A1
EP1060048A1 EP99907603A EP99907603A EP1060048A1 EP 1060048 A1 EP1060048 A1 EP 1060048A1 EP 99907603 A EP99907603 A EP 99907603A EP 99907603 A EP99907603 A EP 99907603A EP 1060048 A1 EP1060048 A1 EP 1060048A1
Authority
EP
European Patent Office
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melt
casting
electrical conductivity
phases
lower electrical
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EP99907603A
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German (de)
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EP1060048B1 (en
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Otto Stenzel
Stephan Beer
Thomas Steffens
Peter Busse
Matthias Zwissler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KS Kolbenschmidt GmbH
KS Huayu Alutech GmbH
Original Assignee
KS Aluminium Technologie GmbH
KS Kolbenschmidt GmbH
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Publication date
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Publication of EP1060048A1 publication Critical patent/EP1060048A1/en
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Publication of EP1060048B1 publication Critical patent/EP1060048B1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/02—Use of electric or magnetic effects

Definitions

  • the invention relates to a process for casting a melt at a relatively low solidification rate, such as gravity die casting processes, sand casting processes, low pressure casting processes or intermediate forms of these processes, in which the solidification speed is low compared to that in pressure casting processes, the melt phases, such as pre-selections of
  • Wear-resistant castings are often made from melts or alloys which have precipitations, intermetallic phases or added particles or fibers, which are intended to increase the wear resistance of the casting against the base metal or the base metal alloy.
  • hypereutectic AlSi alloys are to be mentioned here, in which primarily pre-deposited silicon forms such a phase of lower electrical conductivity.
  • a uniform distribution of such phases in the casting can be assumed.
  • the increased wear resistance is not required at all points on the casting, but usually at surface areas that later form a sliding area, or at bearing sections or cross-sectional constrictions.
  • An increased concentration of these phases in the casting can even have an adverse effect (eg embrittlement), which is why the wear resistance of castings, for example on surface sections, is not arbitrary due to enrichment such phases can be increased in the entire casting,
  • electromagnetic rotary fields have already been used to counteract segregation in the up to 6 meter long sumps of steel in the strand that is just solidifying.
  • the rotating field is generated by coils arranged below the continuous casting mold, i.e. in the after-cooling area, and is radiated into the strand. This is intended to achieve intimate mixing within the sump and, as already mentioned, counteract signs of segregation in order to obtain a homogeneous structure within the continuous casting.
  • a method is known from DE-A-28 55 933, according to which the buoyancy forces of components of the medium which are good conductors are influenced by the combination of a current flow applied externally via electrodes in an electrically conductive fluid medium and a magnetic field applied independently thereof. It is a DC field method, ie electricity and the magnetic field are coordinated with one another in a predetermined manner in terms of time and space; they could only be changed in phase with each other.
  • the document teaches the complete volume penetration of the liquid by the current or the magnetic field in order to cancel or reinforce segregation, for example in order to be able to separate a phase.
  • the object of the present invention is to concentrate wear-reducing phases in the surface areas in question without having to accept the resulting negative effects in other areas of the casting.
  • This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset in that the melt is solidified under at least local action of an alternating electromagnetic field, in that case the alternating electromagnetic field is in a surface area of a penetration depth which is dependent on the frequency of the alternating field and the conductivity of the melt penetrates and thereby an enrichment of the less conductive phases is achieved on these surface areas of the casting. It was recognized according to the invention that a force component is formed on the less conductive phases in the direction of the casting surface in the area of the penetration depth of an alternating electromagnetic field, so that these accumulate on areas of the casting surface.
  • the term cast surface is to be understood in the broadest sense. This can be a bore, a channel or the like.
  • the application of the method according to the invention proves to be particularly advantageous in connection with the casting of a hypereutectic or near-eutectic technical aluminum-silicon alloy, in which the silicon pre-deposits, the so-called silicon primary crystals, form the phase of lower electrical conductivity.
  • Intermetallic phases such as Ni 2 Al 3 or TiAl 3 are also pre-deposited in AlSi alloys and have a lower electrical conductivity than liquid aluminum and are therefore also transported to the surface.
  • the melt can also advantageously be an iron melt in which graphite or cementite pre-precipitates are the phase form lower electrical conductivity.
  • Heavy metal melts as well as light or non-ferrous metal melts with particles or short fibers made of materials with lower electrical conductivity than the residual melt are also suitable for casting by the method according to the invention.
  • the phase of lower electrical conductivity in the melt to be cast can also be formed by granules or else by dispersed SiC particles.
  • the phase of lower electrical conductivity can also comprise fibers, such as A1 2 0 3 , Si0 2 , C or aluminum silicates (Al 2 0 3 ) • (Si0 2 ).
  • the melt becomes tougher overall with increasing solidification.
  • the growth of stem crystals, dendrites or plates hinders the mobility of the particles to be displaced.
  • a further development of the invention suggests that it is of particular importance that by irradiating a magnetic Traveling field, in particular in addition to the alternating electromagnetic field, a tangential material flow is generated in the area of the cast part surface. This hinders the formation of large stem and plate crystals, which has proven to be advantageous in every respect.
  • the solidifying melt remains thixotropic longer. The mobility of the phases to be shifted can be maintained up to higher solids contents.
  • the traveling magnetic field can in particular also be generated and radiated independently of alternating electromagnetic fields. If fields with different frequencies are used, both fields work independently of each other, but it must be noted that the traveling field can also have a force effect on the less conductive phases in the normal direction.
  • the position of the field vectors of the segregation field and the hiking field can have different directions. This allows the coil systems required for this to be designed more freely.
  • the design of the induction coils can be constructed with complex chord as in larger three-phase motors or only from a few partial coils. Will be few 10
  • harmonic fields arise.
  • the third-order harmonic field is a rotating field with an opposite direction of rotation. Its depth of penetration into the material is significantly lower than that of the basic field. Therefore, the harmonic field only weakens the surface-parallel drive in the immediate vicinity of the surface of the melt or the casting formed therefrom.
  • this variant of the invention is particularly suitable for melts with a relatively low electrical conductivity. If high alternating strengths of the casting to be produced are desired, the method proves to be advantageous since the tensions on the surface are always particularly high and cracks are usually triggered by larger deposits with a different modulus of elasticity, the concentrations of which in the surface area are reduced according to the invention.
  • additional heating can be achieved by superimposing an additional alternating field at a significantly higher frequency by means of an additional induction field in those areas of the mold where a targeted particle enrichment is to be achieved, but without this causing a noticeable additional force effect.
  • Ultrasonic fields can also be used to reduce the mutual blocking of solid phases in the course of the segregation effects to be brought about according to the invention.
  • Brake drums as well as brake cylinders, pump housings and bearing shells, which are produced by the method according to the invention (claims 13-19).
  • the cast part surface has an accumulation of phases with lower electrical conductivity in the area of the running surfaces of the cylinder bore or in the area of the storage chairs.
  • Brake disks and brake drums produced according to the invention preferably contain SiC or Al 2 O 3 particles as wear-reducing deposits on the brake surfaces.
  • the proposed solution allows the surface concentration to be increased significantly, so that the resulting locally increased brittleness does not have a negative effect because of the more ductile areas behind it.
  • the casting mold and / or a core inserted into the mold comprises a coil for generating the alternating electromagnetic field.
  • the mold wall of the casting mold is preferably made of a non-magnetizable material with preferably low electrical conductivity.
  • An austenitic chrome-nickel steel has been used for this, on which a protective layer e.g. applied from ceramic or molybdenum, has proven to be useful.
  • FIG. 1A shows a perspective illustration of a mold wall section of a mold casting device
  • FIG. 1B shows a winding for generating an electromagnetic alternating field for acting on the mold wall section according to FIG. 1A;
  • FIG. 2A shows a plan view of a device which can be inserted into a mold for producing a cylinder bore
  • FIG. 2B shows a vertical section through the device according to FIG. 2A
  • FIG. 1A shows a mold wall section 2 which is formed from a helically wound hollow profile 4 which is rectangular in cross section.
  • a cooling medium can flow through the hollow profile 4, which is indicated by the connecting pieces 6, 8.
  • the individual spiral paths do not abut one another, but a gap or slot 12 is formed between them, which is filled with a ceramic mass 14, which also forms an inner coating 16 of the mold wall section 2.
  • the mold wall is ideally permeable to an electromagnetic alternating field to be irradiated.
  • the winding 20 shown in FIG. 1B can be positioned around the mold wall section 2.
  • This winding 20 corresponds to a three-phase stator winding with a structure comparable to that of an asynchronous motor.
  • the coil packages are only hinted at. 17
  • FIGS. 2A and 2B show a device 30 that can be inserted into a casting mold for producing a cylinder bore.
  • the melt to be cast therefore reaches the peripheral surface 32 of the device 30, which is formed by a ceramic coating 34 of the peripheral surfaces of hollow profile bodies 36 running in the longitudinal direction.
  • These hollow profile bodies 36 are arranged slightly spaced apart from one another in the circumferential direction, so that a gap 38 remains between them, which is filled by the ceramic coating material 34.
  • the respective hollow profile bodies 36 form a longitudinally extending coolant channel 40, but they also serve as a current-carrying winding for generating an alternating electromagnetic field.
  • the letters R, S and T indicate a circuit arrangement for 3-phase three-phase current for three pole pairs with a total of 18 palisade-like hollow body profile conductors.
  • the phases labeled "'" are electrically offset by 180 ° and form the respective opposite phase.
  • the conductors are brought together at a central point 42. There is the star point of the 3-phase three-phase connection.
  • the reactive power requirement of the arrangement is reduced by permeable ferrite ring bodies.

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Abstract

The invention relates to a method for casting a molten mass at a relatively low solidification rate, such as, in particular, gravity chill-cast methods, sand casting methods, low pressure casting methods or intermediate forms of these methods, whereby the molten mass has phases, such as the presettling of crystals, particles or short fibers, having a lower conductibility of electricity than the metal of the remaining molten mass. In order to obtain surface areas which are resistant to wear, the invention provides that the molten mass is solidified by at least the local effect of an electromagnetic alternating field and that, in the course of this, the electromagnetic alternating field penetrates into a surface area with a penetration depth according to the frequency of the alternating field and to the conductibility of the molten mass. As a result, the phases with lower conductibilities are enhanced on these surface areas of the cast part.

Description

Titel: Verfahren und Vorrichtung zum Vergießen einer Schmelze sowie danach hergestellte GussstückeTitle: Method and device for pouring a melt and castings produced therefrom
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergießen einer Schmelze bei verhältnismäßig geringer Erstarrungsgeschwindigkeit, wie beispielsweise Schwerkraftkokillengießverfahren, Sandgießverfahren, Niederdruckgießverfahren oder Zwischenformen dieser Verfahren, bei denen die Erstarrungsgeschwindigkeit verglichen mit derjenigen bei Druckgießverfahren gering ist, wobei die Schmelze Phasen, wie Vorausscheidungen vonThe invention relates to a process for casting a melt at a relatively low solidification rate, such as gravity die casting processes, sand casting processes, low pressure casting processes or intermediate forms of these processes, in which the solidification speed is low compared to that in pressure casting processes, the melt phases, such as pre-selections of
BHSTÄTIGUNGSKOPIE Kristallen oder Partikel oder Kurzfasern, mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit als das Metall der Restschmelze aufweist .BRA CONFIRMATION COPY Crystals or particles or short fibers, with lower electrical conductivity than the metal of the residual melt.
Verschleißfeste Gussstücke werden häufig aus Schmelzen oder Legierungen hergestellt, welche Vorausscheidungen, intermetallische Phasen oder zugesetzte Partikel oder Fasern aufweisen, die die Verschleißfestigkeit des Gussstücks gegenüber dem Basismetall bzw. der Basismetallliegierung erhöhen sollen. Beispielhaft sei an dieser Stelle lediglich auf übereutektische AlSi- Legierungen hingewiesen, bei denen primär vorausgeschiedenes Silizium eine derartige Phase niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit bildet. Von Schwerkraftseigerungseffekten abgesehen ist grundsätzlich von einer gleichmäßigen Verteilung derartiger Phasen im Gussstück auszugehen. Die erhöhte Verschleißfestigkeit wird jedoch nicht an allen Stellen des Gussstücks, sondern üblicherweise an Oberflächenbereichen, die später einen Gleitbereich bilden, oder an Lagerabschnitten oder Querschnittsverengungen benötigt. Eine erhöhte Konzentration dieser Phasen im Gussstück kann sich sogar nachteilig auswirken (z.B. Versprödung) , weshalb die Verschleißfestigkeit von Gussstücken beispielsweise an Oberflächenabschnitten nicht beliebig durch Anreicherung derartiger Phasen im gesamten Gussstück erhöht werden kann,Wear-resistant castings are often made from melts or alloys which have precipitations, intermetallic phases or added particles or fibers, which are intended to increase the wear resistance of the casting against the base metal or the base metal alloy. For example, only hypereutectic AlSi alloys are to be mentioned here, in which primarily pre-deposited silicon forms such a phase of lower electrical conductivity. Apart from the effects of gravity, a uniform distribution of such phases in the casting can be assumed. However, the increased wear resistance is not required at all points on the casting, but usually at surface areas that later form a sliding area, or at bearing sections or cross-sectional constrictions. An increased concentration of these phases in the casting can even have an adverse effect (eg embrittlement), which is why the wear resistance of castings, for example on surface sections, is not arbitrary due to enrichment such phases can be increased in the entire casting,
Um die Qualität des Gussstücks beim Stranggießen von Stählen zu erhöhen, wurden bereits elektromagnetische Drehfelder eingesetzt, um der Seigerung in den bis zu 6 Meter langen Sümpfen von Stahl im gerade erstarrenden Strang entgegenzuwirken. Das Drehfeld wird durch unterhalb der Stranggusskokille angeordnete Spulen, also im Nachkühlbereich, erzeugt und in den Strang eingestrahlt . Hierdurch soll eine innige Vermischung innerhalb des Sumpfs erreicht werden und wie bereits erwähnt Seigerungserscheinungen entgegengewirkt werden, um ein homogenes Gefüge innerhalb des Stranggussstücks zu erhalten. Im Hinblick auf die Verhinderung von Seigerungserscheinungen durch elektromagnetische Drehfelder wird auf die DE-A-31 22 156 und die DE-A-2 424 610 verwiesen.In order to increase the quality of the casting when continuously casting steel, electromagnetic rotary fields have already been used to counteract segregation in the up to 6 meter long sumps of steel in the strand that is just solidifying. The rotating field is generated by coils arranged below the continuous casting mold, i.e. in the after-cooling area, and is radiated into the strand. This is intended to achieve intimate mixing within the sump and, as already mentioned, counteract signs of segregation in order to obtain a homogeneous structure within the continuous casting. With regard to the prevention of segregation by electromagnetic rotating fields, reference is made to DE-A-31 22 156 and DE-A-2 424 610.
Aus der DE-A-28 55 933 ist ein Verfahren bekannt, wonach durch die Kombination eines von außen über Elektroden angelegten Stromflußes in einem elektrisch leitfähigen fluiden Medium und eines hiervon unabhängig angelegten Magnetfeldes die Auftriebskräfte von verschieden gut leitenden Bestandteilen des Mediums beeinflusst werden. Es handelt sich hierbei um ein Gleichfeldverfahren, d.h. Strom und Magnetfeld sind in vorgegebener Weise zeitlich sowie räumlich aufeinander abgestimmt; sie könnten nur gleichphasig zueinander verändert werden. Die Druckschrift lehrt die vollständige volumenmäßige Durchdringung der Flüssigkeit durch den Strom bzw. das Magnetfeld, um Entmischungen aufzuheben oder zu verstärken, um beispielsweise eine Phase abtrennen zu können.A method is known from DE-A-28 55 933, according to which the buoyancy forces of components of the medium which are good conductors are influenced by the combination of a current flow applied externally via electrodes in an electrically conductive fluid medium and a magnetic field applied independently thereof. It is a DC field method, ie electricity and the magnetic field are coordinated with one another in a predetermined manner in terms of time and space; they could only be changed in phase with each other. The document teaches the complete volume penetration of the liquid by the current or the magnetic field in order to cancel or reinforce segregation, for example in order to be able to separate a phase.
Ausgehend von der eingangs erwähnten Herstellung von Gussstücken mit verschleißfesten Oberflächenbereichen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, verschleißmindernde Phasen in den betreffenden Oberflächenbereichen zu konzentrieren, ohne in anderen Bereichen des Gussstücks hieraus resultierende negative Auswirkungen hinnehmen zu müssen.On the basis of the production of castings with wear-resistant surface areas mentioned at the outset, the object of the present invention is to concentrate wear-reducing phases in the surface areas in question without having to accept the resulting negative effects in other areas of the casting.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schmelze unter zumindest lokaler Einwirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes zur Erstarrung gebracht wird, dass dabei das elektromagnetische Wechselfeld in einen Oberflächenbereich einer von der Frequenz des Wechselfelds und der Leitfähigkeit der Schmelze abhängigen Eindringtiefe eindringt und dadurch eine Anreicherung der weniger leitfähigen Phasen an diesen Oberflächenbereichen des Gußteils erreicht wird. Es wurde erfindungsgemäß erkannt, dass im Bereich der Eindringtiefe eines elektromagnetischen Wechselfeldes eine Kraftkomponente auf die weniger leitfähigen Phasen in Richtung der Gussstückoberfläche gebildet wird, so dass diese sich an Bereichen der Gussteiloberfläche anreichern. Dies lässt sich physikalisch mit dem Eindringen des elektromagnetischen Wechselfelds in die Schmelze und die Auswirkungen der hierbei sich ergebenden elektrischen Feldstärke E und magnetischen Feldstärke H bzw. Induktion B und der aus dem Vektorprodukt der elektrischen Feldstärke und der magnetischen Feldstärke H gebildeten Energiestromdichte S (S=E X H) im Zusammenhang mit der jeweils unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeit σ der Phasen und der sie umgebenden Schmelze zumindest qualitativ erklären. Diese Wirkung ist praktisch auf den Bereich der Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfelds im Bereich einiger weniger mm, etwa 0,5 bis 10 mm, vorzugsweise 1 bis 4 mm, beschränkt, welche nach der Theorie proportional zum Reziproken der Wurzel aus Frequenz, magnetischer Permeabilität und elektrischer Leitfähigkeit ist (δ = l// (πfμσ) . Bevorzugte Frequenzen des elektromagnetischen Wechselfelds sind 20 bis 1000 Hz, vorzugsweise 50 bis 500 Hz.This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset in that the melt is solidified under at least local action of an alternating electromagnetic field, in that case the alternating electromagnetic field is in a surface area of a penetration depth which is dependent on the frequency of the alternating field and the conductivity of the melt penetrates and thereby an enrichment of the less conductive phases is achieved on these surface areas of the casting. It was recognized according to the invention that a force component is formed on the less conductive phases in the direction of the casting surface in the area of the penetration depth of an alternating electromagnetic field, so that these accumulate on areas of the casting surface. This can be done physically with the penetration of the alternating electromagnetic field into the melt and the effects of the resulting electrical field strength E and magnetic field strength H or induction B and the energy current density S (S =. Formed from the vector product of the electrical field strength and the magnetic field strength H) EXH) in connection with the different electrical conductivity σ of the phases and the surrounding melt explain them at least qualitatively. This effect is practically limited to the range of the penetration depth of the alternating electromagnetic field in the range of a few mm, about 0.5 to 10 mm, preferably 1 to 4 mm, which according to the theory is proportional to the reciprocal of the root from frequency, magnetic permeability and electrical Conductivity is (δ = l // (πfμσ). Preferred frequencies of the alternating electromagnetic field are 20 to 1000 Hz, preferably 50 to 500 Hz.
Innerhalb dieser Eindringtiefe werden also die weniger leitfähigen Partikel in Richtung auf die Oberfläche bewegt, weil sie eine geringere abstoßende Kraft durch das Wechselfeld erfahren als die stärker leitfähige umgebende Schmelze. Hierdurch entsteht hinter der angereicherten Oberflächenschicht mit erhöhter Konzentration der jeweils betrachteten Phase eine Schicht mit demgegenüber deutlicher Verarmung. Es wird auch darauf hingewiesen, dass der Begriff der Gussteiloberfläche im weitesten Sinne zu verstehen ist. Es kann sich hierbei um eine Bohrung, einen Kanal oder dergleichen handeln.Within this penetration depth, the less conductive particles are moved towards the surface, because they experience less repulsive force from the alternating field than the more conductive surrounding melt. This creates a layer behind the enriched surface layer with an increased concentration of the phase under consideration, with a clear depletion. It is also pointed out that the term cast surface is to be understood in the broadest sense. This can be a bore, a channel or the like.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann also bei gleicher Ausgangsschmelze eine höhere Oberflächenkonzentration der betreffenden Phase als bei einem bekannten Gießverfahren erreicht werden.With the solution according to the invention, a higher surface concentration of the phase in question can thus be achieved with the same starting melt than in a known casting process.
Diese bewusst herbeigeführte Seigerung unter der Wirkung elektromagnetischer Wechselfelder muss im wesentlichen im noch flüssigen Zustand erfolgen. Wird der Anteil aus Partikeln bzw. Vorausscheidungen und weiteren Schmelzenanteilen zu groß, so lassen sich die Partikel nicht mehr hinreichend leicht verschieben. Die festen Phasen verkanten und behindern sich gegenseitig.This deliberately induced segregation under the action of alternating electromagnetic fields must essentially take place in the still liquid state. If the proportion of particles or pre-selections and further melt contents becomes too large, the particles can no longer be moved with sufficient ease. The fixed phases tilt and hinder each other.
Diese örtlich eingeleitete Phasenbewegung unter elektromagnetischer Feldeinwirkung benötigt auch Zeit. Die Erstarrung darf daher nicht so rasch wie zum Beispiel beim Druckguss erfolgen. Die üblichen Erstarrungszeiten im Sandguss aber auch im Kokillenguss mit vorzugsweise wärmedämmenden Schlichten erlauben im allgemeinen die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Insoweit erweist es sich auch als vorteilhaft, dass die Einstrahlung des elektromagnetischen Wechselfelds in die Schmelze nicht nur "Auftriebskräfte" erzeugt, sondern auch die Erzeugung von Wärme mit sich bringt. Diese lokale Energiezufuhr verzögert die Erstarrung in vorteilhafter Weise weiter.This locally initiated phase movement under the influence of electromagnetic fields also takes time. The solidification must therefore not be as quick as, for example, the Die cast. The usual solidification times in sand casting but also in chill casting with preferably heat-insulating sizes generally allow the process according to the invention to be carried out. In this respect, it has also proven to be advantageous that the radiation of the alternating electromagnetic field into the melt not only generates "buoyancy forces", but also entails the generation of heat. This local energy supply further delays the solidification in an advantageous manner.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erweist sich als besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit dem Vergießen einer übereutektischen oder nah-eutektischen technischen Aluminium-Silizium-Legierung, bei der die Silizium- Vorausscheidungen, die sogenannten Silizium-Primärkristalle die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit bilden.The application of the method according to the invention proves to be particularly advantageous in connection with the casting of a hypereutectic or near-eutectic technical aluminum-silicon alloy, in which the silicon pre-deposits, the so-called silicon primary crystals, form the phase of lower electrical conductivity.
Auch intermetallische Phasen wie z.B. Ni2Al3 oder TiAl3 werden in AlSi-Legierungen vorausgeschieden und weisen eine geringere elektrische Leitfähigkeit auf als flüssiges Aluminium und werden daher ebenfalls an die Oberfläche transportiert .Intermetallic phases such as Ni 2 Al 3 or TiAl 3 are also pre-deposited in AlSi alloys and have a lower electrical conductivity than liquid aluminum and are therefore also transported to the surface.
Bei der Schmelze kann es sich aber in ebenfalls vorteilhafter Weise auch um eine Eisenschmelze handeln, bei der Graphit- oder Zementit -Vorausscheidungen die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit bilden. Auch Schwermetallschmelzen sowie Leicht- oder Buntmetallschmelzen mit Partikeln oder Kurzfasern aus Materialien mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit als die Restschmelze eignen sich zum Vergießen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.However, the melt can also advantageously be an iron melt in which graphite or cementite pre-precipitates are the phase form lower electrical conductivity. Heavy metal melts as well as light or non-ferrous metal melts with particles or short fibers made of materials with lower electrical conductivity than the residual melt are also suitable for casting by the method according to the invention.
Die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit in der zu vergießenden Schmelze kann auch von Granulatkörnen oder auch von dispergierten SiC-Partikeln gebildet sein. In vorteilhafter Weise kann die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit auch Fasern, wie zum Beispiel A1203, Si02, C oder Aluminiumsilikate (Al203) • (Si02) umfassen.The phase of lower electrical conductivity in the melt to be cast can also be formed by granules or else by dispersed SiC particles. Advantageously, the phase of lower electrical conductivity can also comprise fibers, such as A1 2 0 3 , Si0 2 , C or aluminum silicates (Al 2 0 3 ) • (Si0 2 ).
Wie vorausgehend bereits erwähnt, wird die Schmelze mit zunehmender Erstarrung insgesamt zäher. Vor allem das Wachstum von Stengelkristallen, Dendriten oder Platten behindert die Beweglichkeit der zu verschiebenden Partikel Auch im Bereich dünner Wandstärken beispielsweise im Stegbereich zwischen Bohrungen eines Zylinderblocks führt das "Aufschwimmen" der weniger leitfähigen Partikel sehr rasch zu einer Verarmung, so dass es wünschenswert wäre, wenn "aus der Tiefe" des Gussstücks weitere Phasen nachgeliefert würden. Zur Lösung dieses Problems wird in Weiterbildung der Erfindung von besonderer Bedeutung vorgeschlagen, dass durch Einstrahlen eines magnetischen Wanderfeldes, insbesondere zusätzlich zu dem elektromagnetischen Wechselfeld ein tangentialer Materialfluss im Bereich der Gussteiloberfläche erzeugt wird. Hierdurch wird die Ausbildung großer Stengel- und Plattenkristalle behindert, was sich in jedweder Hinsicht als vorteilhaft erweist. Die erstarrende Schmelze bleibt länger thixotrop. Die Beweglichkeit der zu verschiebenden Phasen kann bis zu höheren Feststoffanteilen aufrecht erhalten werden.As already mentioned above, the melt becomes tougher overall with increasing solidification. Above all, the growth of stem crystals, dendrites or plates hinders the mobility of the particles to be displaced. Even in the area of thin wall thicknesses, for example in the web area between bores of a cylinder block, the "floating" of the less conductive particles very quickly leads to depletion, so that it would be desirable to if additional phases would be supplied "from the depth" of the casting. In order to solve this problem, a further development of the invention suggests that it is of particular importance that by irradiating a magnetic Traveling field, in particular in addition to the alternating electromagnetic field, a tangential material flow is generated in the area of the cast part surface. This hinders the formation of large stem and plate crystals, which has proven to be advantageous in every respect. The solidifying melt remains thixotropic longer. The mobility of the phases to be shifted can be maintained up to higher solids contents.
Das magnetische Wanderfeld kann, wie vorstehend erwähnt, insbesondere zusätzlich aber auch unabhängig von elektromagnetischen Wechselfeldern erzeugt und eingestrahlt werden. Werden Felder mit unterschiedlicher Frequenz verwendet, so wirken beide Felder unabhängig voneinander, wobei aber beachtet werden muss, dass auch das Wanderfeld eine Kraftwirkung auf die weniger leitfähigen Phasen in Normalenrichtung haben kann. Die Lage der Feldvektoren des Segregationsfeldes und des Wanderfeldes können unterschiedliche Richtungen haben. Dies erlaubt eine freiere Gestaltung der hierfür erforderlichen Spulensysteme .As mentioned above, the traveling magnetic field can in particular also be generated and radiated independently of alternating electromagnetic fields. If fields with different frequencies are used, both fields work independently of each other, but it must be noted that the traveling field can also have a force effect on the less conductive phases in the normal direction. The position of the field vectors of the segregation field and the hiking field can have different directions. This allows the coil systems required for this to be designed more freely.
Die Ausgestaltung der Induktionsspulen kann mit aufwendiger Sehnung wie bei größeren Drehstrommotoren oder aber nur aus wenigen Teilspulen aufgebaut werden. Werden nur wenige 10The design of the induction coils can be constructed with complex chord as in larger three-phase motors or only from a few partial coils. Will be few 10
Teilspulen verwandt, so entstehen sogenannte Oberwellenfelder. Mit steigender Ordnungszahl nimmt deren Amplitude jedoch ab. Das Oberwellenfeld der dritten Ordnung ist ein Drehfeld mit entgegengesetztem Drehsinn. Seine Eindringtiefe in das Material ist deutlich niedriger als diejenige des Grundfeldes. Daher bewirkt das Oberwellenfeld nur eine Schwächung des oberfächenparallelen Antriebs in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Schmelze bzw. des hieraus gebildeten Gussstücks.Related coils, so-called harmonic fields arise. However, the amplitude decreases with increasing atomic number. The third-order harmonic field is a rotating field with an opposite direction of rotation. Its depth of penetration into the material is significantly lower than that of the basic field. Therefore, the harmonic field only weakens the surface-parallel drive in the immediate vicinity of the surface of the melt or the casting formed therefrom.
Um den apparativen Aufwand nicht zu groß werden zu lassen, erweist es sich als vorteilhaft, die Erzeugung der Drehfelder nicht mit einem 3 -Phasensystem aus drei jeweils um 120° zeitlich versetzten Stromleitersystemen, sondern nur mit zwei um 90° zeitlich versetzten Systemen zu arbeiten. Dies erlaubt den Einsatz eines einfacheren Spulenaufbaus innerhalb der beengten Verhältnisse einer Gießform. Zwar steigt der Anteil der Oberwellenfelder hierdurch; dies wirkt sich aber auf die Ausbildung der Anreicherungsschicht vorteilhaft aus.In order not to make the expenditure on equipment too great, it proves to be advantageous not to work with the generation of the rotating fields with a 3-phase system from three current conductor systems which are each offset by 120 °, but only with two systems which are offset by 90 °. This allows the use of a simpler coil structure within the tight space of a mold. The proportion of harmonic fields increases as a result; however, this has an advantageous effect on the formation of the enrichment layer.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt also eine deutliche Verringerung der Konzentration der verschleißfesten Phasen im übrigen Gussstück bzw. in der Schmelze, wobei dennoch eine hohe Oberflächenkonzentration der verschleißfesten Phasen erreicht werden kann. Dies 11The application of the method according to the invention thus allows a significant reduction in the concentration of the wear-resistant phases in the rest of the casting or in the melt, although a high surface concentration of the wear-resistant phases can nevertheless be achieved. This 11
bringt Vorteile im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit des übrigen Gussstücks mit sich, aber auch die mechanischen Kennwerte des Gussstücks werden hierdurch verbessert. Eine Versprödung in Folge hoher Konzentrationen verschleißfester harter Partikel kann damit auf die angereicherten Oberflächenbereiche des Gussstücks beschränkt werden. Die Dehnbarkeit und Zugfestigkeit des Grundmaterials kann den Anforderungen entsprechend besser gewählt werden.brings advantages in terms of the machinability of the rest of the casting, but also improves the mechanical characteristics of the casting. Embrittlement as a result of high concentrations of wear-resistant hard particles can thus be restricted to the enriched surface areas of the casting. The elasticity and tensile strength of the base material can be chosen better according to the requirements.
Werden teure Verstärkungsmaterialien, z.B. SiC eingesetzt, so kann mit stärker "verdünnten" Schmelzen gearbeitet werden, so dass die Herstellungskosten deutlich reduziert werden können.Are expensive reinforcement materials, e.g. If SiC is used, more "diluted" melts can be used, so that the production costs can be significantly reduced.
Mit der Erfindung wird auch Schutz begehrt für ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12, wonach innerhalb der zu vergießenden Schmelze Phasen mit höherer elektrischer Leitfähigkeit als das Metall der Restschmelze vorgesehen sind und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schmelze unter zumindest lokaler Einwirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes zur Erstarrung gebracht wird und dadurch eine Verarmung der Gusssteiloberfläche an höher leitfähigen Phasen erreicht wird. Das Einstrahlen elektromagnetischer Wechselfelder in derartige Schmelzen drängt daher in entsprechender Weise feste Phasen mit höherer elektrischer Leitfähigkeit von der Oberfläche weg. 12With the invention, protection is also sought for a method having the features of claim 12, according to which phases with higher electrical conductivity than the metal of the residual melt are provided within the melt to be cast, and which is characterized in that the melt under at least local action of an electromagnetic Alternating field is solidified and thereby a depletion of the cast part surface is achieved on more conductive phases. The irradiation of alternating electromagnetic fields in such melts accordingly forces solid phases with higher electrical conductivity away from the surface. 12
Die Anwendung dieser Erfindungsvariante bietet sich insbesondere bei Schmelzen mit verhältnismäßig geringer elektrischer Leitfähigkeit an. Wenn hohe Wechselfestigkeiten des herzustellenden Gussstücks erwünscht sind, erweist sich das Verfahren als vorteilhaft, da die Spannungen an der Oberfläche stets besonders hoch sind und Risse üblicherweise von größeren Einlagerungen mit abweichendem E-Modul ausgelöst werden, deren Konzentrationen im Oberflächenbereich erfindungsgemäß reduziert werden.The use of this variant of the invention is particularly suitable for melts with a relatively low electrical conductivity. If high alternating strengths of the casting to be produced are desired, the method proves to be advantageous since the tensions on the surface are always particularly high and cracks are usually triggered by larger deposits with a different modulus of elasticity, the concentrations of which in the surface area are reduced according to the invention.
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken kann mittels eines zusätzlichen Induktionsfeldes in denjenigen Bereichen der Kokille wo eine gezielte Partikelanreicherung erreicht werden soll, durch Überlagern eines zusätzlichen Wechselfelds mit deutlich höherer Frequenz eine zusätzliche Erwärmung erreicht werden, ohne dass jedoch eine merkliche zusätzliche Kraftwirkung hierdurch verursacht wird.According to a further inventive concept, additional heating can be achieved by superimposing an additional alternating field at a significantly higher frequency by means of an additional induction field in those areas of the mold where a targeted particle enrichment is to be achieved, but without this causing a noticeable additional force effect.
Zur Reduzierung der gegenseitigen Blockierung fester Phasen im Zuge der erfindungsgemäß herbeizuführenden Seigerungseffekte können auch Ultraschallfelder eingesetzt werden .Ultrasonic fields can also be used to reduce the mutual blocking of solid phases in the course of the segregation effects to be brought about according to the invention.
Zum Gegenstand der Erfindung, für den Schutz begehrt wird, gehören auch Zylinderblöcke, Kolben, Bremsscheiben, 13The subject matter of the invention, for which protection is sought, also includes cylinder blocks, pistons, brake discs, 13
Bremstrommeln sowie Bremszylinder, Pumpengehäuse und Lagerschalen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind (Ansprüche 13 - 19) .Brake drums as well as brake cylinders, pump housings and bearing shells, which are produced by the method according to the invention (claims 13-19).
Bei Zylinderblöcken erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die Gussteiloberfläche im Bereich der Laufflächen der Zylinderbohrung oder im Bereich der Lagerstühle eine Anreicherung von Phasen mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit aufweisen.In the case of cylinder blocks, it proves to be particularly advantageous if the cast part surface has an accumulation of phases with lower electrical conductivity in the area of the running surfaces of the cylinder bore or in the area of the storage chairs.
Bei Kolben mussten seither extrem verschleiß- bzw. thermisch beanspruchte Bereiche, wie zum Beispiel Ringnutbereiche, der Feuersteg, die Kolbenbolzenbohrungen oder Muldenkanten durch aufwendige Bearbeitung, wie z.B. Aufschmelzlegieren von nickelhaltigen Legierungen oder Beschichten, verbessert werden. Zur Herstellung von Kolben aber auch Zylinderblöcken wurden auch infiltrierbare Hohlkörper mit verschleißbeständigen Partikeln oder Fasern eingesetzt, die dann mit einer untereutektischen Aluminium- Silizium-Legierung infiltriert werden und so die verschleißbeständigen Oberflächenbereiche bilden. Wird das erfindungsgemäße Gießverfahren nunmehr zum Herstellen von Kolben oder Zylinderblöcken angewandt, so kann in den vorstehend erwähnten Bereichen eine Anreicherung von Silizium, NiAl , TiAl erreicht werden, ohne dass die 14In the case of pistons, areas subject to extreme wear or thermal stress, such as ring groove areas, the top land, piston pin bores or trough edges, had to be improved by complex processing, such as reflow alloys of nickel-containing alloys or coatings. For the manufacture of pistons but also cylinder blocks, infiltrable hollow bodies with wear-resistant particles or fibers were used, which are then infiltrated with a hypoeutectic aluminum-silicon alloy and thus form the wear-resistant surface areas. If the casting method according to the invention is now used to produce pistons or cylinder blocks, an enrichment of silicon, NiAl, TiAl can be achieved in the above-mentioned areas without the 14
diesbezügliche Konzentration der Restschmelze erhöht werden muss .relevant concentration of the residual melt must be increased.
Erfindungsgemäß hergestellte Bremsscheiben und Bremstrommeln enthalten vorzugsweise SiC- oder Al203- Partikel als verschleißmindernde Einlagerungen an den Bremsflächen. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die Oberflächenkonzentration noch deutlich erhöht werden, wodurch die sich hieraus ergebende lokal verstärkte Sprödbrüchigkeit wegen der dahinterliegenden duktileren Bereiche sich nicht negativ auswirkt.Brake disks and brake drums produced according to the invention preferably contain SiC or Al 2 O 3 particles as wear-reducing deposits on the brake surfaces. The proposed solution allows the surface concentration to be increased significantly, so that the resulting locally increased brittleness does not have a negative effect because of the more ductile areas behind it.
Des Weiteren wird für eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 20 Schutz in Anspruch genommen. Hiernach umfasst die Gießkokille und/oder ein in die Kokille eingesetzter Kern eine Spule zum Erzeugen des elektromagnetischen Wechselfelds. Die Kokillenwand der Gießkokille ist vorzugsweise aus einem nichtmagnetisierbaren Werkstoff mit vorzugsweise niedriger elektrischer Leitfähigkeit gefertigt. Hierfür hat sich ein austenitischer Chrom- Nickel -Stahl , auf den eine Schutzschicht z.B. aus Keramik oder Molybdän aufgebracht ist, als zweckmäßig erwiesen.Furthermore, protection is claimed for a device for performing the method according to the invention with the features of claim 20. According to this, the casting mold and / or a core inserted into the mold comprises a coil for generating the alternating electromagnetic field. The mold wall of the casting mold is preferably made of a non-magnetizable material with preferably low electrical conductivity. An austenitic chrome-nickel steel has been used for this, on which a protective layer e.g. applied from ceramic or molybdenum, has proven to be useful.
Zusätzlich ist durch Kombination magnetischer und nicht magnetisierbarer Werkstoffe im Gießwerkzeug eine gezielte 15In addition, by combining magnetic and non-magnetizable materials in the casting tool, a targeted one 15
Lenkung des Magnetfelds möglich, so dass bestimmte Bereiche des Gussteils magnetisch abgeschirmt werden, während andere ein entsprechend konzentrierteres Magnetfeld erfahren.Steering of the magnetic field possible, so that certain areas of the casting are magnetically shielded, while others experience a correspondingly more concentrated magnetic field.
Um die Abschirmung des Magnetfeldes durch die Kokillenwand weiter herabzusetzen, wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken vorgeschlagen, die Kokillenwand senkrecht zu den dahinterliegenden Spulen mehrfach geschlitzt auszubilden, damit das elektromagnetische Wechselfeld möglichst umgeschwächt zur Schmelze gelangen kann.In order to further reduce the shielding of the magnetic field by the mold wall, it is proposed, according to a further inventive idea, to design the mold wall with multiple slits perpendicular to the coils behind it, so that the alternating electromagnetic field can reach the melt as weak as possible.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einiger Anwendungsbeispiele. In der Zeichnung zeigt:Further details, features and advantages of the invention result from the graphic representation and the following description of the method according to the invention with the aid of some application examples. The drawing shows:
Figur 1A eine perspektivische Darstellung eines Kokillenwandabschnitts einer Kokillengießvorrichtung;FIG. 1A shows a perspective illustration of a mold wall section of a mold casting device;
Figur 1B eine Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfelds zur Beaufschlagung des Kokillenwandabschnitts nach Figur 1A; 161B shows a winding for generating an electromagnetic alternating field for acting on the mold wall section according to FIG. 1A; 16
Figur 2A eine Draufsicht auf eine in eine gießformeinsetzbare Vorrichtung zur Herstellung einer Zylinderbohrung;FIG. 2A shows a plan view of a device which can be inserted into a mold for producing a cylinder bore;
Figur 2B einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung nach Figur 2A2B shows a vertical section through the device according to FIG. 2A
Figur 1A zeigt einen Kokillenwandabschnitt 2, der aus einem wendeiförmig gewickelten und im Querschnitt rechteckförmigen Hohlprofil 4 gebildet ist. Das Hohlprofil 4 ist von einem Kühlmedium durchströmbar, was durch die Anschlussstücke 6, 8 angedeutet ist. Die einzelnen Wendelgänge liegen nicht aneinander an, sondern es ist ein Spalt oder Schlitz 12 zwischen ihnen ausgebildet, der von einer keramischen Masse 14 ausgefüllt ist, die auch eine innere Beschichtung 16 des Kokillenwandabschnitts 2 bildet. Im Bereich dieser Spalte 12 ist die Kokillenwand für ein einzustrahlendes elektromagnetisches Wechselfeld ideal durchlässig.FIG. 1A shows a mold wall section 2 which is formed from a helically wound hollow profile 4 which is rectangular in cross section. A cooling medium can flow through the hollow profile 4, which is indicated by the connecting pieces 6, 8. The individual spiral paths do not abut one another, but a gap or slot 12 is formed between them, which is filled with a ceramic mass 14, which also forms an inner coating 16 of the mold wall section 2. In the area of this column 12, the mold wall is ideally permeable to an electromagnetic alternating field to be irradiated.
Um den Kokillenwandabschnitt 2 herum ist die in Figur 1B dargestellte Wicklung 20 positionierbar. Diese Wicklung 20 entspricht einer Drehstromstatorwicklung mit vergleichbarem Aufbau wie bei einem Asynchronmotor. Die Spulenpakete sind nur angedeutet . 17The winding 20 shown in FIG. 1B can be positioned around the mold wall section 2. This winding 20 corresponds to a three-phase stator winding with a structure comparable to that of an asynchronous motor. The coil packages are only hinted at. 17
Die Figuren 2A und 2B zeigen eine in eine Gießform einsetzbare Vorrichtung 30 zur Herstellung einer Zylinderbohrung. Die zu vergießende Schmelze gelangt daher an die Umfangsflache 32 der Vorrichtung 30, welche von einer Keramikbeschichtung 34 der Umfangsflachen von in Längsrichtung verlaufenden Hohlprofilkörper 36 gebildet ist. Diese Hohlprofilkörper 36 sind in Umfangsrichtung voneinander geringfügig beabstandet angeordnet, so dass zwischen ihnen jeweils ein Spalt 38 verbleibt, der von der keramischen Beschichtungsmasse 34 ausgefüllt ist.FIGS. 2A and 2B show a device 30 that can be inserted into a casting mold for producing a cylinder bore. The melt to be cast therefore reaches the peripheral surface 32 of the device 30, which is formed by a ceramic coating 34 of the peripheral surfaces of hollow profile bodies 36 running in the longitudinal direction. These hollow profile bodies 36 are arranged slightly spaced apart from one another in the circumferential direction, so that a gap 38 remains between them, which is filled by the ceramic coating material 34.
Die jeweiligen Hohlprofilkörper 36 bilden einerseits einen längsverlaufenden Kühlmittelkanal 40, sie dienen aber auch als stromführende Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfelds. Mit den Buchstaben R, S und T wird eine Schaltungsanordnung für 3 -phasigen Drehstrom für drei Polpaare mit insgesamt 18 palisadenartigen Hohlkörperprofilleitern angedeutet. Die mit "'" bezeichneten Phasen sind um 180° elektrisch versetzt und bilden die jeweilige Gegenphase. An zentraler Stelle 42 sind die Leiter zusammengeführt. Dort ist der Sternpunkt des 3 -phasigen Drehstromanschlusses.The respective hollow profile bodies 36 form a longitudinally extending coolant channel 40, but they also serve as a current-carrying winding for generating an alternating electromagnetic field. The letters R, S and T indicate a circuit arrangement for 3-phase three-phase current for three pole pairs with a total of 18 palisade-like hollow body profile conductors. The phases labeled "'" are electrically offset by 180 ° and form the respective opposite phase. The conductors are brought together at a central point 42. There is the star point of the 3-phase three-phase connection.
Der Blindleistungsbedarf der Anordnung wird durch permable Ringkörper aus Ferrit reduziert. The reactive power requirement of the arrangement is reduced by permeable ferrite ring bodies.

Claims

18Patentansprüche 18 patent claims
Verfahren zum Vergießen einer Schmelze bei verhältnismäßig geringer Erstarrungsgeschwindigkeit, wie insbesondere Schwerkraftkokillengießverfahren, Sandgießverfahren, Niederdruckgießverfahren oder Zwischenformen dieser Verfahren, wobei die Schmelze Phasen, wie Vorausscheidungen von Kristallen oder Partikel oder Kurzfasern, mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit als das Metall der Restschmelze aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze unter zumindest lokaler Einwirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes zur Erstarrung gebracht wird, dass dabei das elektromagnetische Wechselfeld in einen Oberflächenbereich einer von der Frequenz des Wechselfelds und der Leitfähigkeit der Schmelze abhängigen Eindringtiefe eindringt und dadurch eine Anreicherung der weniger leitfähigen Phasen an diesen Oberflächenbereichen des Gußteils erreicht wird.Process for casting a melt at a relatively low solidification rate, such as, in particular, gravity die casting processes, sand casting processes, low-pressure casting processes or intermediate forms of these processes, the melt having phases, such as precipitations of crystals or particles or short fibers, with lower electrical conductivity than the metal of the residual melt, characterized in that that the melt is solidified under at least local action of an alternating electromagnetic field, that the alternating electromagnetic field penetrates into a surface area of a penetration depth dependent on the frequency of the alternating field and the conductivity of the melt, and thereby an enrichment of the less conductive phases on these surface areas of the cast part is achieved.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze eine übereutektische Aluminium- Silizium-Legierung ist, bei der die Silizium- Vorausscheidungen die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit bilden. 19A method according to claim 1, characterized in that the melt is a hypereutectic aluminum-silicon alloy, in which the silicon pre-deposits form the phase of lower electrical conductivity. 19
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze eine Eisenschmelze ist, bei der Graphit- oder Zementitvorausscheidungen die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit bilden.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the melt is an iron melt, in which graphite or cementite pre-precipitates form the phase of lower electrical conductivity.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze eine Schwermetallschmelze ist.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the melt is a heavy metal melt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze eine Leicht - oder Buntmetallschmelze mit Partikeln oder Kurzfasern aus Materialien mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit als die Restschmelze ist.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the melt is a light or non-ferrous metal melt with particles or short fibers made of materials with lower electrical conductivity than the residual melt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit Granulatkörner umfasst.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the phase of lower electrical conductivity comprises granules.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit von dispergierten SiC- Partikel gebildet ist. 207. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the phase of lower electrical conductivity is formed by dispersed SiC particles. 20th
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit Fasern umfasst, wie z.B. A1203, Si02, C oder Aluminiumsilikate (A1203) (Si02) .8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the phase of lower electrical conductivity comprises fibers, such as A1 2 0 3 , Si0 2 , C or aluminum silicates (A1 2 0 3 ) (Si0 2 ).
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstrahlen eines magnetischen Wanderfeldes ein tangentialer Materialfluß im Bereich der Gußteiloberfläche erzeugt wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a tangential material flow is generated in the region of the cast part surface by irradiation of a magnetic traveling field.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Wanderfeld zusätzlich und unabhängig von elektromagnetischen Wechselfeldern erzeugt und eingestrahlt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the magnetic traveling field is generated and radiated additionally and independently of alternating electromagnetic fields.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Anwendung von Wanderfeldern in Form von Drehfeldern verschleißmindernde Phasen mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit in den Stegbereich zwischen zwei Bohrungen gebracht werden.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that wear-reducing phases with lower electrical conductivity are brought into the web area between two bores using moving fields in the form of rotating fields.
12. Verf hren zum Vergießen einer Schmelze bei langsamer Erstarrungsgeschwindigkeit, wie insbesondere 2112. A method of casting a melt at slow solidification rate, such as in particular 21
Schwerkraftkokillengießverfahren, Sandgießverfahren, Niederdruckgießverfahren oder Zwischenformen dieser Verfahren, wobei die Schmelze Phasen, wie Vorausscheidungen von Kristallen oder Partikel oder Kurzfasern, mit höherer elektrischer Leitfähigkeit als das Metall der Restschmelze aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze unter zumindest lokaler Einwirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes zur Erstarrung gebracht wird, dass dabei das elektromagnetische Wechselfeld in einen Oberflächenbereich einer von der Frequenz des Wechselfelds und der Leitfähigkeit der Schmelze abhängigen Eindringtiefe eindringt und dadurch eine Verarmung dieses Oberflächenbereichs des Gußteils an höher leitfähigen Phasen erreicht wird.Gravity die casting process, sand casting process, low pressure casting process or intermediate forms of these processes, the melt having phases, such as precipitations of crystals or particles or short fibers, with higher electrical conductivity than the metal of the residual melt, characterized in that the melt under solidification, at least locally, by an alternating electromagnetic field is brought about that the electromagnetic alternating field penetrates into a surface area of a penetration depth which is dependent on the frequency of the alternating field and the conductivity of the melt, and thereby a depletion of this surface area of the casting on more conductive phases is achieved.
13. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12 zum Herstellen von Zylinderblöcken.13. Application of the method according to one or more of claims 1-12 for the manufacture of cylinder blocks.
14. Anwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gußteiloberfläche im Bereich der Laufflächen eine Anreicherung von Phasen mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit erreicht wird.14. Application according to claim 13, characterized in that an enrichment of phases with lower electrical conductivity is achieved in the casting surface in the area of the treads.
15. Anwendung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gußteiloberfläche im 2215. Use according to claim 13 or 14, characterized in that in the casting surface in 22
Bereich der Lagerstühle des Zylinderblocks eine Anreicherung von Phasen mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit erzeugt wird.Area of the bearing blocks of the cylinder block an accumulation of phases with lower electrical conductivity is generated.
16. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12 zur Herstellung von Kolben.16. Application of the method according to one or more of claims 1-12 for the production of pistons.
17. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12 zur Herstellung von Bremsscheiben, wobei vorzugsweise SiC-Partikel als verschleißmindernde Einlagerungen an den Bremsflächen angereichert werden.17. Application of the method according to one or more of claims 1-12 for the production of brake discs, wherein preferably SiC particles are enriched as wear-reducing deposits on the brake surfaces.
18. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12 zur Herstellung von Bremstrommeln.18. Application of the method according to one or more of claims 1-12 for the manufacture of brake drums.
19. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12 zur Herstellung von Pumpengehäusen.19. Application of the method according to one or more of claims 1-12 for the manufacture of pump housings.
20. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12 mit einer Gießkokille, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkokille eine Spule zum Erzeugen des elektromagnetischen Wechselfelds zugeordnet ist. 2320. Device for performing the method according to one or more of claims 1-12 with a casting mold, characterized in that the casting mold is assigned a coil for generating the electromagnetic alternating field. 23
21. Vorrichtung nach .Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenwand aus nicht magnetisierbarem Werkstoff gefertigt ist.21. The device according to .Anspruch 20, characterized in that the mold wall is made of non-magnetizable material.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kokille ein Kern mit einem Leiter eingesetzt ist.22. The apparatus of claim 20 or 21, characterized in that a core with a conductor is inserted into the mold.
23. Vorrichtung nach Anspruch 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein austenitischer Chrom-Nickelstahl ist, auf den eine Schutzschicht, z.B. aus Keramik oder Molybdän, aufgebracht ist.23. The device according to claim 20, 21 or 22, characterized in that the material is an austenitic chromium-nickel steel on which a protective layer, e.g. made of ceramic or molybdenum.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille im Bereich der Spule senkrecht zur Spulenebene geschlitzt ausgebildet ist. 24. Device according to one of claims 20 to 23, characterized in that the mold is slotted in the region of the coil perpendicular to the coil plane.
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