EP2898966B1 - Verfahren zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung Download PDF

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EP2898966B1
EP2898966B1 EP14195600.3A EP14195600A EP2898966B1 EP 2898966 B1 EP2898966 B1 EP 2898966B1 EP 14195600 A EP14195600 A EP 14195600A EP 2898966 B1 EP2898966 B1 EP 2898966B1
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EP
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magnesium
magnesium alloy
melted
crucible
mold
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EP2898966A2 (de
EP2898966A3 (de
Inventor
Dr. René Poss
Heinz-Peter Reichel
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LMpv Leichtmetall-Produktion & Verarbeitung GmbH
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LMpv Leichtmetall-Produktion & Verarbeitung GmbH
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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
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/007—Treatment of the fused masses in the supply runners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/04—Casting aluminium or magnesium

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing a magnesium alloy molding in which magnesium or a magnesium alloy is melted in a crucible and the molten magnesium or molten magnesium alloy is poured from the crucible into a mold.
  • a process for producing a magnesium alloy molding in which magnesium or a magnesium alloy is melted in a crucible and the molten magnesium or molten magnesium alloy is poured from the crucible into a mold.
  • Such a method is for example in the WO 2010/032893 A1 described.
  • magnesium alloys are not without problems, because magnesium alloys can easily ignite. By adding rare-earth metals, the ignition behavior of a magnesium alloy can be shifted to higher temperatures and thus at later times.
  • the rare earth metals are only limited available and very expensive, which is why this material can hardly be used economically to solve the problem of ignition in the production of magnesium alloys.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a molding of a magnesium alloy, which is feasible economically and with reduced risk of ignition of the magnesium alloy.
  • the inventive method is characterized in particular by the molten magnesium or the molten magnesium alloy is placed on the way from the crucible into the mold with an anti-inflammatory substance.
  • the anti-inflammatory agent is not introduced into the crucible but is fed to the melt after it leaves the crucible and before it reaches the mold.
  • the melt between the crucible and the mold assumes a particularly dynamic state.
  • optimal mixing of the anti-inflammatory substance and the molten magnesium or the molten magnesium alloy is achieved in a particularly simple manner, which considerably reduces the risk of undesirable inflammation of the resulting magnesium alloy.
  • the uniform distribution of the anti-inflammatory substance in the melt also has a positive influence on the mechanical properties of the resulting end material.
  • the resulting solidified magnesium alloy is characterized by increased tensile strength and elongation at break.
  • protective gases such as, for example, SF 6
  • SF 6 a gas atmosphere
  • the magnesium melted in the crucible or the molten magnesium alloy is poured into the mold via a runner.
  • the anti-inflammatory agent is supplied to the molten magnesium or molten magnesium alloy in the runner.
  • the added anti-inflammatory substance melts in the runner and distributed by the flow of molten magnesium or the molten magnesium alloy independently and evenly in the melt.
  • the addition of the anti-inflammatory substance preferably takes place in a region adjacent to the crucible, so to speak as far upstream as possible in the runner. In this way, neither the mold, nor the runner needs to be kept under a protective gas atmosphere, ie protective gas atmosphere must be provided for the crucible, if necessary. This makes the process even more economical.
  • the anti-inflammatory substance is preferably continuously fed during the casting.
  • Such a continuous supply of the anti-inflammatory substance can be realized in a particularly simple and economical manner, for example by supplying the anti-inflammatory substance in the form of a wire, in particular an endless wire.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the addition of calcium or calcium oxide as an anti-inflammatory substance.
  • molten magnesium or a molten magnesium alloy can also be mixed with other anti-inflammatory substances in the manner according to the invention, e.g. with rare earth metals.
  • the process according to the invention is particularly economical to carry out.
  • the molten magnesium or the molten magnesium alloy calcium or calcium oxide is supplied in the form of a mixture with magnesium or a magnesium alloy.
  • the calcium / magnesium mixture is fed into the melt preferably in such a way that calcium or calcium oxide having a weight fraction in the range from 0.1% to 1.5% is present in the final material solidified in the mold.
  • the anti-inflammatory substance is supplied in the form of a compact, for example in the form of a pressed calcium / magnesium wire.
  • a device comprising a crucible for melting magnesium or a magnesium alloy, a mold for receiving the molten magnesium or the melted magnesium alloy and means for introducing an anti-inflammatory substance into the molten magnesium or into the molten magnesium alloy in an intermediate between the crucible and the mold Area can perform the method described above and achieve the advantages mentioned accordingly.
  • the mold is stationary and / or rigid.
  • the mold may be a movable mold, e.g. a moving belt onto which the melt is poured to form a belt-shaped molding.
  • the device shown comprises a crucible 10 for melting a starting material, here magnesium or a magnesium alloy, and a casting trough 12 for pouring the molten starting material (melt) into a mold 14 in which the melt solidifies to form a molded article.
  • a starting material here magnesium or a magnesium alloy
  • a casting trough 12 for pouring the molten starting material (melt) into a mold 14 in which the melt solidifies to form a molded article.
  • the mold 14 is a stationary solid mold. It is understood, however, that the mold 14 could also comprise a moving belt on which the melt is poured to form a band-shaped molding.
  • the melt is mixed with an anti-inflammatory substance, in the present embodiment with a pressed mixture of calcium and magnesium, wherein instead of calcium also calcium oxide and magnesium instead of a magnesium alloy can be used.
  • the pressed mixture of calcium and magnesium is in the form of an endless wire 16 and is fed from a wire feeding machine 18.
  • the wire 16 is allowed to melt in an upstream end region of the runner 12, i.
  • the calcium / magnesium mixture of the wire 16 melts, evenly distributed in the flowing melt and finally solidified together with the starting material in the mold 14.
  • the supply of the wire 16 and thus the introduction of the calcium / magnesium mixture in the melt are controlled so that in the solidified in the mold 14 end material calcium or calcium oxide with a weight fraction in the range between 0.1% to 1.5% is present.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung, bei welchem Magnesium oder eine Magnesiumlegierung in einem Schmelztiegel aufgeschmolzen wird und das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung aus dem Schmelztiegel in eine Form gegossen wird. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der WO 2010/032893 A1 beschrieben.
  • Die Herstellung von Magnesiumlegierungen ist nicht unproblematisch, weil sich Magnesiumlegierungen leicht entzünden können. Durch die Hinzugabe von Metallen der Seltenen Erden lässt sich das Entzündungsverhalten einer Magnesiumlegierung zu höheren Temperaturen und dadurch zu späteren Zeitpunkten verschieben. Allerdings sind die Metalle der Seltenen Erden nur begrenzt verfügbar und sehr teuer, weshalb sich dieses Material kaum wirtschaftlich einsetzen lässt, um die Entzündungsproblematik bei der Herstellung von Magnesiumlegierungen zu lösen.
  • Zur Umgehung von Metallen der Seltenen Erden hat man versucht, das Entzündungsverhalten von Magnesium oder Magnesiumlegierungen durch die Zugabe von Calcium oder Calciumoxiden zu verbessern, beispielsweise durch das Einrühren von gepressten Calcium/Magnesium-Tabletten in die im Schmelztiegel befindliche Magnesiumschmelze. Durch diesen Ansatz konnte bislang jedoch keine zufriedenstellend homogene Verteilung von Calcium oder Calciumoxid in dem in der Form erstarrten Endwerkstoff erreicht werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung zu schaffen, welches wirtschaftlich und mit reduziertem Risiko einer Entzündung der Magnesiumlegierung durchführbar ist.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung auf dem Weg von dem Schmelztiegel in die Form mit einem entzündungshemmenden Stoff versetzt wird. Der entzündungshemmende Stoff wird mit anderen Worten nicht in den Schmelztiegel eingebracht, sondern der Schmelze zugeführt, nachdem sie den Schmelztiegel verlassen hat und bevor sie die Form erreicht hat.
  • Da das aufgeschmolzene Magnesium bzw. die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung üblicherweise aus dem Schmelztiegel in die Form gegossen wird, nimmt die Schmelze zwischen dem Schmelztiegel und der Form einen besonders dynamischen Zustand ein. Durch die Zufuhr des entzündungshemmenden Stoffes in diesem Bereich wird auf besonders einfache Weise eine optimale Vermischung von dem entzündungshemmenden Stoff und dem aufgeschmolzenen Magnesium bzw. der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung erreicht, wodurch das Risiko einer unerwünschten Entzündung der resultierenden Magnesiumlegierung erheblich reduziert wird. Die gleichmäßige Verteilung des entzündungshemmenden Stoffes in der Schmelze hat außerdem einen positiven Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des resultierenden Endwerkstoffes. So zeichnet sich die resultierende erstarrte Magnesiumlegierung beispielsweise durch eine erhöhte Zugfestigkeit und Bruchdehnung aus.
  • Sobald der entzündungshemmende Stoff in das aufgeschmolzene Magnesium bzw. in die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung eingebracht wurde, kann auf Schutzgase, wie beispielsweise SF6, verzichtet werden. Durch die Zufuhr des entzündungshemmenden Stoffes zwischen dem Schmelztiegel und der Form braucht letztlich nur der Schmelztiegel unter Schutzgasatmosphäre gehalten zu werden, wodurch sich das Verfahren auf besonders wirtschaftliche Weise durchführen lässt.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das in dem Schmelztiegel aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung über eine Gießrinne in die Form gegossen.
  • Vorteilhafterweise wird der entzündungshemmende Stoff dem aufgeschmolzenen Magnesium oder der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung in der Gießrinne zugeführt. Der zugegebene entzündungshemmende Stoff schmilzt in der Gießrinne auf und verteilt sich durch die Strömung des aufgeschmolzenen Magnesiums bzw. der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung selbstständig und gleichmäßig in der Schmelze.
  • Bevorzugt erfolgt die Zugabe des entzündungshemmenden Stoffes in einem dem Schmelztiegel benachbarten Bereich, gewissermaßen also möglichst weit stromaufwärts in der Gießrinne. Auf diese Weise braucht weder die Form, noch die Gießrinne unter Schutzgasatmosphäre gehalten zu werden, d.h. Schutzgasatmosphäre muss allenfalls für den Schmelztiegel vorgesehen werden. Hierdurch lässt sich das Verfahren noch wirtschaftlicher durchführen.
  • Um eine noch gleichmäßigere Verteilung des entzündungshemmenden Stoffes in dem aufgeschmolzenen Magnesium bzw. in der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung zu erreichen, wird der entzündungshemmende Stoff während des Gießens bevorzugt kontinuierlich zugeführt.
  • Eine solche kontinuierliche Zuführung des entzündungshemmenden Stoffes lässt sich auf besonders einfache und wirtschaftliche Weise zum Beispiel dadurch realisieren, dass der entzündungshemmende Stoff in Form eines Drahtes, insbesondere eines Endlosdrahtes zugeführt wird.
  • Versuche haben gezeigt, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut für die Zugabe von Calcium oder Calciumoxid als entzündungshemmendem Stoff eignet. Grundsätzlich lässt sich geschmolzenes Magnesium oder eine aufgeschmolzene Magnesiumlegierung auf die erfindungsgemäße Art und Weise auch mit anderen entzündungshemmenden Stoffen versetzen, z.B. mit Metallen der Seltenen Erden. Unter Verwendung von Calcium oder Calciumoxid ist das erfindungsgemäße Verfahren aber besonders wirtschaftlich durchführbar.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird dem aufgeschmolzenen Magnesium oder der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung Calcium oder Calciumoxid in Form eines Gemenges mit Magnesium oder einer Magnesiumlegierung zugeführt. Die Zufuhr des Calcium/Magnesium-Gemenges in die Schmelze erfolgt dabei bevorzugt derart, dass in dem in der Form erstarrten Endwerkstoff Calcium oder Calciumoxid mit einem Gewichtsanteil im Bereich zwischen 0,1 % bis 1,5 % vorliegt.
  • Besonders einfach ist es, wenn der entzündungshemmende Stoff in Form eines Presslings zugeführt wird, beispielsweise in Form eines gepressten Calcium/Magnesium-Drahtes.
  • Mittels einer Vorrichtung umfassend einen Schmelztiegel zum Aufschmelzen von Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, eine Form zur Aufnahme des aufgeschmolzen Magnesiums oder der aufgeschmolzen Magnesiumlegierung und Mittel zum Einbringen eines entzündungshemmenden Stoffes in das aufgeschmolzene Magnesium oder in die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung in einem zwischen dem Schmelztiegel und der Form gelegenen Bereich lassen sich das voranstehend beschriebene Verfahren durchführen und die genannten Vorteile entsprechend erreichen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Form stationär und/oder starr ausgebildet. Alternativ kann es sich bei der Form aber auch um eine bewegliche Form handeln, z.B. um ein bewegtes Band, auf welches die Schmelze zur Bildung eines bandförmigen Formlings gegossen wird.
  • Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer möglichen Ausführungsform beschrieben.
    • Fig. 1
    zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfasst einen Schmelztiegel 10 zum Aufschmelzen eines Ausgangswerkstoffes, hier Magnesium oder eine Magnesiumlegierung, und eine Gießrinne 12 zum Abgießen des aufgeschmolzenen Ausgangswerkstoffes (Schmelze) in eine Form 14, in welcher die Schmelze unter Bildung eines Formlings erstarrt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Form 14 um eine stationäre feste Gussform. Es versteht sich, dass die Form 14 aber auch ein bewegtes Band umfassen könnte, auf welches die Schmelze zur Bildung eines bandförmigen Formlings gegossen wird.
  • Auf dem Weg von dem Schmelztiegel 10 in die Form 14 wird die Schmelze mit einem entzündungshemmenden Stoff versetzt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem gepressten Gemenge aus Calcium und Magnesium, wobei anstelle von Calcium auch Calciumoxid und anstelle von Magnesium auch eine Magnesiumlegierung verwendet werden kann.
  • Das gepresste Gemenge aus Calcium und Magnesium liegt in Form eines Endlosdrahtes 16 vor und wird von einer Drahtzuführmaschine 18 zugeführt.
  • Der Draht 16 wird der Schmelze in einem stromaufwärtigen Endbereich der Gießrinne 12, d.h. also im Ausgangsbereich des Schmelztiegels 10, kontinuierlich zugeführt, so dass das Calcium/Magnesium-Gemenge des Drahtes 16 aufschmilzt, sich in der strömenden Schmelze gleichmäßig verteilt und zusammen mit dem Ausgangswerkstoff schließlich in der Form 14 erstarrt.
  • Die Zufuhr des Drahtes 16 und somit die Einbringung des Calcium/Magnesium-Gemenges in die Schmelze werden dabei so gesteuert, dass in dem in der Form 14 erstarrten Endwerkstoff Calcium oder Calciumoxid mit einem Gewichtsanteil im Bereich zwischen 0,1 % bis 1,5 % vorliegt.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Schmelztiegel
    12
    Gießrinne
    14
    Form
    16
    Draht
    18
    Drahtzuführmaschine

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Formlings aus einer Magnesiumlegierung, bei dem
    Magnesium oder eine Magnesiumlegierung in einem Schmelztiegel (10) aufgeschmolzen wird und
    das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung aus dem Schmelztiegel (10) in eine Form (14) gegossen wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung auf dem Weg von dem Schmelztiegel (10) in die Form (14) mit einem entzündungshemmenden Stoff versetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das in dem Schmelztiegel (10) aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung über eine Gießrinne (12) in die Form (14) gegossen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der entzündungshemmende Stoff dem aufgeschmolzenen Magnesium oder der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung in der Gießrinne (12) zugeführt wird, insbesondere in einem dem Schmelztiegel (10) benachbarten Bereich.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der entzündungshemmende Stoff während des Gießens kontinuierlich zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der entzündungshemmende Stoff in Form eines Drahtes (16), insbesondere eines Endlosdrahtes, zugeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das aufgeschmolzene Magnesium oder die aufgeschmolzene Magnesiumlegierung mit Calcium oder Calciumoxid versetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dem aufgeschmolzenen Magnesium oder der aufgeschmolzenen Magnesiumlegierung Calcium oder Calciumoxid in Form eines Gemenges mit Magnesium oder einer Magnesiumlegierung zugeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der entzündungshemmende Stoff in Form eines Presslings zugeführt wird.
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