NO115451B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved stopning av gjenstander av magnesium eller magnesiumlegering.

Foreliggende oppfinnelse angår støpning av

formede gjenstander av magnesium eller magnesiumlegering og sammensatte gjenstander

inneholdende magnesium eller magnesiumlegering ved innføring av smeltet magnesium eller

magnesiumlegering i et formhulrom og kjøling

av den med metall fylte form for å bringe metallet til å stivne.

Støpning av magnesium og magnesiumlegeringer har hittil vært utført under anvendelse

av en av de følgende tre fremgangsmåter:

Fylling av formhulrommet

1) bare under tyngdens innvirkning,

2) under anvendelse av trykk, såkalt trykk-støpning eller press-støpning, og

3) under anvendelse av vakuum.

Ved alle disse fremgangsmåter oppstår det

vanskeligheter og problemer slik som frem-gangsmåtene hittil har vært anvendt. For å

illustrere dette skal nevnes at det i formhul-

rom som fylles ved tyngdens innvirkning, er det meget vanskelig og nesten umulig å fylle hulrom som har lite tverrsnitt og arealer med irregulære konfigurasjoner. Ved lavtrykksstøp-ning trenges det såvel utluftning som bruk av store stigere. Høytrykkstøpning resulterer noen ganger i porøse støpestykker med dårlig kvali-tet. Hertil kommer at trykkstøpning eller press-støpning nødvendiggjør kostbart utstyr og komplisert kontroll. Den hittil kjente utførelse av vakuumstøpning eliminerer nødvendigheten av kanaler for utlipning av luft og det oppstår normalt ikke støpestykker. Vakuumstøpning krever imidlertid efter de hittil anvendte fremgangsmåter kostbart og komplisert utstyr for å frembringe, opprettholde og kontrollere det vakuum som kreves for tilfredsstillende støp-ning.

Det er klart at det foreligger et behov for en enkel og økonomisk fremgangsmåte for me- tallstøpning som innebærer fordelene ved kon-vensjonell vakuumstøpning, dvs. eliminering av ventilasjonskanaler og bruk av store stigere, men som samtidig eliminerer nødvendigheten av kostbart og komplisert utstyr for frembrin-gelse og kontroll av det nødvendige jvakuum.

En slik fremgangsmåte til støpning av magnesium og magnesiumlegeringer er skaffet ved foreliggende oppfinnelse, som iførste rekke erkarakterisert vedat alle åpninger til formhulrommet neddykkes i smeltet metall og at smeiten trekkes inn i formhulrommet ved innvirkning av vakuumet som dannes ved at magnesiumet reagerer med atmosfæren! i formhulrommet under dannelse av et fast produkt som ikke lett fordamper.

I den følgende beskrivelse er for enkelhets skyld brukt betegnelsen «metall», istedenfor «magnesium og/eller magnesiumlegering».

Formen som anvendes ifølge oppfinnelsen kan ha et enkelt formhulrom, eller flere med hverandre kommuniserende formhulrom, f.eks. porer og kanaler i et porøst legeme.

Det er fordelaktig å oppvarme formen til smeltens temperatur før' innføringen av det smeltede metall i formen. j

Formen kan vibreres eller rystes for å frem-skynde reaksjonen av metallet med atmosfæren i formhulrommet. Det kan være ønskelig å pla-sere et porøst legeme i formhulrommet før inn-føringen av det smeltede metall. Som atmosfære i formhulrommet kan anvendes luft, hvorved det dannes magnesiumoksyd og magnesiumnitrid.

Den nødvendige kontakttid mellom metallet og formen som er nødveridig for fremstilling av støpestykker ved fremgangsmåten i ifølge foreliggende oppfinnelse vil variere i I avhengighet av formen og størrelsen av formåpningene og formhulrommet som skal fylles og reaksjons-hastigheten mellom atmosfæren i formen og metallet som skal støpes. I alminnelighet vil imidlertid feilfrie støpestykker kunne oppnås med en kontakttid varierende fra j 30 sekunder eller mindre til omkring noen timer eller mer og i alminnelighet fra ett minutt til ca. to timer Fortrinnsvis anvendes der for ordinære støpe-stykker en tid fra ett minutt til: omkring en time. Imidlertid vil formens kontakt med metallet i en utstrakt tid efterat støpningen er av-sluttet ikke være skadelig.

Ifølge en utførelsesform for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes en form frem-stillet av ikke-porøst materiale, som f. eks. gra-fitt, hård karbon, bløtt stål eller støpejern med eventuelle dermed forbundne overflater tett tilsluttet og med et forutbestemt, formhulrom. Formen skal være forsynt med en ifyllingsåp-ning for formhulrommet av en slik størrelse i forhold til størrelsen av hulrommet, at fyl-lingen kan finne sted gjennom åpningen, men denne åpning skal samtidig være tilstrekkelig liten til å begrense tap av smeltet metall uav-hengig av stillingen av åpningen i forhold til hulrommet i løpet av en rimelig tid efterat det støpte metall begynner å avkjøles og stivne. Formhulrommet fylles med en gass eller gassblanding, f. eks. luft, som kan reagere med magnesium under dannelse av et tett, fast reaksjonsprodukt (magnesiumoksyd og/eller magnesiumnitrid) som har lavt damptrykk ved smelte-temperaturen for støpemetallet. Formen oppvarmes ordinært til en temperatur som sikrer at metallet vil forbli i smeltet tilstand, mens det trer inn i formhulrommet under støpeprosessen. Oppvarmningen kan tilveiebringes ved neddyk-ning av selve formen i smeiten eller ved til-førsel av varme til formen på kjent måte. Hvis formen nedsenkes i smeiten vil fylling av formhulrommet finne sted etterhvert som det oppstår et undertrykk i formhulrommet som følge av reaksjonen mellom gassen i hulrommet og det smeltede metall i forbindelse med dannelsen av en fast fase.

En uventet fordel som oppnås ved fremgangsmåten består i den omstendighet at hvis formen nedsenkes fullstendig i melten er det ikke nødvendig at den er fullstendig gass- eller væsketett.

Hvis formen oppvarmes ved hjelp av en ytre varmekilde tilføres det smeltede metall til formen for fylling av denne f. eks. ved hjelp av en støpeøse eller en tilførselslednlng. Efterat fyl-lingen har funnet sted fjernes varme enten ved å fjerne varmekilden eller ved å fjerne formen fra smeltebadet. Efterat formen er avkjølt og det støpte metall er stivnet, fjernes støpestyk-ket fra formen i overensstemmelse med vanlig støpeteknikk og avkjøles ytterligere.

De eneste stigeløp som trenges ved utførelse av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er de som er nødvendige for å kompensere for normal krypning under kjøling.

Formhulrommet kan inneholde en rekke forskjellige porøse stoffer som er termisk stabile og ikke angripes på en skadelig måte ved be-handlingstemperaturen og som har med hverandre forbundne kanaler og passasjer. Eksempler på egnede formfyllstoffer er findelte materialer og pulvere, som er komprimert og f. eks. stoffer i form av filt, ull, svamp, trådbunter og tynne stenger og fibre. Bruken av slike fyllstoffer skaffer et enkelt middel for fremstilling av stoffer inneholdende komprimerte partikler impregnert med metall.

Fyllstoffer bestående av enkelpartikler i form av korn, pulver, fibre eller lignende som

har vist seg å være egnet til bruk ved fremstilling av metallimpregnerte sammensatte

stoffer av lettmetaller, som f. eks. magnesium, omfatter f. eks. stål og jern tråder, jern og stålfilt, jern- og stålull, findelte, ildfaste pulvere som karborundum (siliciumkarbid), alumi-niumoksyd, asbestfibre, ildfaste metaller (wol-fram, molydben og tantal) i form av tråder, fibre, pulvere og lignende, karbonfibre, pulver-formet, kornformet og fiberformet bor osv.

Ifølge en utførelsesform for oppfinnelsen anvendes et sammenhengende porøst legeme av ildfast eller metallisk materiale med porer som er forbundet med hverandre direkte som støpe-form. Ved bruk av en form av denne type blir det porøse materiale i alminnelighet fullstendig neddykket i smeiten i en forutbestemt tid. Al- ternativt kan formlegemet av denne type for-synes med en gass- og væsketett omhylning eller dekke, idet bunnet eller en annen liten del las åpen. Det åpne parti av formen neddykkes i berøring med smeiten under støpeoperasjonen. Denne utførelsesform er særlig effektiv ved fremstilling av metallimpregnerte eller metall-fylte sammensatte legemer.

Et særlig fordelaktig sammensatt legeme kan fåes ved denne siste utførelsesform for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i form av magnesiumimpregnert jernsvamp. Dette materiale kan anvendes som et fabrikkfremstillet produkt for innføring av magnesium på en jevn og kontrollerbar måte i smelter med jern som hovedbestanddel, f. eks. for avsvovling og fremstilling av nodulært jern. En vesentlig fordel ved en slik komposisjon er at ingen fremmed-materialer f. eks. karbon eller ildfaste materialer innføres i jernsmelten som behandles. Med dette materiale kan der i avhengighet av jerns vam-pens porøsitet fremstilles sammensatte stoffer inneholdende 30 vektsprosent eller mer magnesium.

Den gass eller gassblanding som trenges i et formhulrom for en bestemt støpeoperasjon må reagere med det flytende metalls overflate under dannelse av et fast produkt, som ikke lett fordamper. Det er f. eks. funnet at hvis der som atmosfære i formhulsrommet anvendes luft, vil der dannes en liten mengde fast magnesiumoksyd og magnesiumnitrid og det frembringes derved samtidig et vakuum som er tilstrekkelig til å bevirke en praktisk talt fullstendig fylling av formen.

Hvis reaksjonen mellom metallet og gassen har tilbøyelighet til å danne en beskyttende reaksjonshinne på overflaten av det smeltede metall som derved stopper eller bremser den videre reaksjon mellom metallet og gassen, kan det anvendes forskjellige kjente midler for å eliminere en slik beskyttende virkning, som f. eks. rysting eller vibrering av formen. Dette bevirker at det faste reaksjonsprodukt som er dannet i form av et belegg på overflaten av metallet, brytes i stykker slik at frisk metall-overflate blir tilgjengelig for fortsatt reaksjon mellom gass og metall under utvikling av det ønskede vakuum.

Eksempel 1.

En todelt grafittform med et enkelt formhulrom og utført med et avtagbart lokk ble anvendt. Når de to formdeler ble sammenklemt var formhulrommet fullstendig lukket med unntagelse av en innløpsåpning med en diameter på 0,76 mm boret fra utsiden og inn i formhulrommet. I lukket tilstand ble formen først forvarmet til 704,5 °C og deretter neddykket i smeltet magnesium likeledes ved 704,5°C i 10 minutter, fjernet og avkjølet for stivning av magnesiuminnholdet. Etter kjøling ble formen åpnet. Magnesiumet fylte fullstendig formhulrommet med unntagelse av det vanlige krympevolum. (Hvis det er ønskelig kan denne krymp-ning kompenseres ved hjelp av et lité stigeløp i formen.)

Eksempel 2.

De i eksemplet 1 angitte operasjonstrinn ble gjentatt under anvendelse av en støpejerns^form med magnesium som smelte. Undersøkelse av det kjølte, stivnede produkt tydet på at magnesiumet fullstendig hadde fylt formhulrommet;

bare det vanlige krympevolum forble ufylt.

Til kontroll ble de tomme former anvendt ved eksempel 1 og 2, før de på ny ble neddykket i smeiten, fylt med argon, en gass som er inert overfor magnesium, ved utskiftning av luften i formhulrommet. Undersøkelse av formene etter neddykkingsbehandlingen viste at det ikke hadde funnet sted- noen fylling av formhulrommet med magnesium. Dette illustrerer den omstendighet at brukbarheten av den nye fremgangsmåte skyldes en reaksjon mellom gass og metall som danner et fast, tilnærmet ikkefordampbart produkt og dermed redusert trykk eller endog tilnærmet fullstendig vakuum i formen.

Eksempel 3.

En stålform med et rektangulært formhulrom 10 x 10 x 0,95 cm:! .og en åpning med en diameter på 6,4 mm ved den ene ende ble fylt med tørre siliciumkarbid-slipekorn med en maksimal gjennomsnittlig diameter på 25 mikron. Kornene ble fylt i formen og formdekslet deretter festet på plass. Formen med sitt innhold ble forvarmet til 704,5°C i 15 min. Deretter ble formen fullstendig neddykket i en smelte bestående av en magnesiumlegering inneholdende 9 vektsprosent aluminium og 1 vektsprosent sink, i 15 min., idet smeiten ble holdt på 704,5°C. Formen ble fjernet fra smeiten og avkjølet. Undersøkelse av forminhholdet viste at dette besto av et sammensatt legeme av magnesiumlegeringen og siliciumkarbidet. Støpestykket var feilfritt dvs. det hadde ingen hulrom. Undersøkelse av et snitt av støpestykket med høy forstørrelse viste at magnesiumlegeringen fylte mellomrommene mellom slipekornene. Støpestykket hadde en spesifikk vekt på 2,5 g pr. cm<3>. Dette svarer til et produkt med 50 volumprosent siliciumkarbid og 50 volumprosent av legeringen.

Eksempel 4.

Det sylindriske formhulrom med en diameter på 1,9 cm og en lengde på 3,2 cm i en grafittform ble fylt med tørt, krystallinsk bor-pulver med en maksimal gjennomsnittlig diameter på 74 mikron. Formen hadde en åpning med en diameter på 3,17 mm. Pulveret ble fylt i formen slik at det ble oppnådd en tett pak-ning. Formen med sitt innhold ble forvarmet til 704,5°C i 15. min. og deretter nedsenket i en smeltet magnesiumlegering inneholdende 9 vektsprosent Al og 1 vektsprosent Zn og med en temperatur på 704,5°C i 1,5 time. Formen ble deretter fjernet fra smeiten og avkjølt. Under-søkelse av det stivnede produkt viste at det var et feilfritt støpestykke i hvilket legeringen fylte praktisk talt alle mellomrom av den opprinne-lige borpulverfylling.

Eksempel 5.

I

En boksformet sylindrisk stålform! med en diameter på 3,8 cm og en lengde på 5,<;>1 cm ble fylt med tørt aluminiumoksydslipepulvér med en maksimal gjennomsnittlig diameter på 74 mikron. Formen ble deretter lukket med et lokk forsynt med en åpning med en diameter på 3,17 mm. Formen med sitt innhold i ble forvarmet til 704,5°C i 1 time og ble deretter neddykket i et smeltet bad av en magnesiumlegering inneholdende 9 vektsprosent aluminium og 1 vektsprosent sink ved 704,5°C i en time. Etter å være fjerne fra smeiten og bragt til å stivne viste det sammensatte støpelegeme seg å være feilfritt og legeringen fylte praktisk [ talt alle mellomrom mellom pulverkornene.

Eksempel 6.

Et antall kabler av rustfritt stål hver inneholdende 21 tråder med en diameter på;0,123 mm ble sammenpresset til en bunt med en!diameter på 3,17 mm og en lengde på 5,1 cm; Et tynt metallrør med åpne ender som ble en formvegg anbragt omkring bunten. 60 volumprosent av den resulterende innesluttede bunt besto av metall. I hver kabel var de enkelte tråder tilnærmet sylindrisk sammenpakket, slik at 90 volumprosent av hver kabel ble opptatt av metalltrådene. Den resulterende omhyllete ka-belbunt ble forvarmet til 649°C i 20 min. og ble deretter fullstendig neddykket i smeltet kom-mersielt rent magnesium ved 732°C i 30 min. Undersøkelse av et tverrsnitt av det resulterende sammensatte støpestykke viste at alle mellomrom herunder også mellomrommene mellom de sylindrisk tettpakkete tråder i kabelstrengene var fylt med magnesium.

i Eksempel 7.

Fin stålull ble presset inn i en rørformet stålform med en diameter på 1,27 cm og en lengde på 5,1 cm til 35 pst. av dens 'teoretiske tetthet. Formen med sitt innhold ble forvarmet i 15 min. ved 649 °C og deretter fullstendig nedsenket i 10 min. i smeltet magnesium av en temperatur på 732°C. Etter kjøling og stivning viste det fremstillete sammensatte støpestykke seg å være feilfritt med magnesiumet utfyllende alle mellomrom i stålullen.

Denne operasjon ble gjentatt under anvendelse av en fin grafittfilt med 10 pst. av sin teoretiske tetthet istedenfor stålullen. -Filten ble ikke fasttrykket, men bare plasert i formen. Formen med sitt innhold ble forvarmet ved 649°C i 30 min. og deretter fullstendig nedsenket i smeltet magnesium i 30 min. ved 732°C. Etter avkjøling og stivning ble det funnet at det sammensatte støpestykke var feilfritt og alle mellomrom i filten var fylt med magnesium.

Eksempel 8.

Støperikoks ble forvarmet i 2 min. ved 538°C og deretter fullstendig nedsenket i smeltet magnesium i 5 min. ved 704,5°C. Etter kjø-ling og stivning ble det ved undersøkelse funnet at det resulterende sammensatte produkt var kompakt med praktisk talt alle porer i koksen utfylt med magnesium.

Eksempel 9.

Et stykke svampjern med en lengde på 5,1 cm og forøvrig av uregelmessig form og med meget fin porøsitet ble forvarmet til 649°C i 30 min. Det oppvarmete stykke ble fullstendig nedsenket i 30 min. i smeltet magnesium ved 732°C. Deretter ble svampjernstykket fjernet fra smeiten og avkjølt for å bringe magnesiumet til å stivne. Undersøkelse av et snitt gjennom det resulterende produkt viste at praktisk talt alle porer i svampjernet var fylt med magnesium. Det sammensatte svamp jernmagnesiumstykke inneholdt omtrent 33 vektsprosent magnesium. Dette svarer til 67 volumprosent magnesium.

Eksempel 10.

En mot varmesjokk motstandsdyktig flaske-formet glassform ble fylt med tørre silicium-karbidslipekorn med en maksimal gjennomsnittlig diameter på 177 mikron og det hele ble forvarmet ved 704,5°C i 1 time. Den flaskefor-mete form ble fullstendig nedsenket i en alu-miniumlegering inneholdende 5 vektsprosent magnesium ved 760°C i to timer. Det resulterende produkt ble etter kjøling og stivning funnet å være feilfritt med praktisk talt alle mellomrom mellom sillciumkarttidkornene utfylt med aluminiumlegeringen.

Eksempel 11.

En sylindrisk stålform med en lukket ende med en ifyllingsåpnlng med en diameter på 3,17 mm og et formhulrom med en diameter på 1,27 cm og en lengde på 15,05 cm ble fylt med tørt siliciumkarbidsiipekorn med en maksimal gjennomsnittlig diameter på 25 mikron. Dette pulver ble innstampet for å danne en tett po-røs masse og den åpne ende av formen ble deretter sammenklemt for tetning av formhulrommet.

Den således fylte form ble forvarmet til en temperatur på 927°C i 30 min. Den oppvarmete form ble nedsenket i en smelte av magnesiumlegering inneholdende 9 vektsprosent aluminium og 1 vektsprosent sink ved 704,5°C og holdt der i 1 minutt.

Formen ble deretter fjernet fra smeiten og avkjølt.

Det resulterende støpestykke viste seg ved undersøkelse å bestå av et sammensatt legeme av magnesiumlegeringen dg siliciumkarbidet, praktisk talt fritt for hulrom, idet alle mellomrom mellom siliciumkarbidpartiklene var helt fylt med magnesium.

Støpestykket hadde en spesifikk vekt på

2,45 g pr. cml Dette svarer til et støpestykke

med omkring 46 volumprosent siliciumkarbid

og ca. 54 volumprosent magnesiumlegering. På

lignende måte som beskrevet i de foranstående

eksempler kan også andre metaller støpes i

former inneholdende en atmosfære som kan

reagere med metallet, som skal støpes, for fremstilling av enkle homogene metallprodukter eller

legemer med en sammensatt struktur.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til støpning av formede

gjenstander av magnesium eller magnesiumlegering og sammensatte gjenstander inneholdende magnesium eller magnesiumlegering ved innføring av smeltet magnesium eller magnesiumlegering i et formhulrom og kjøling av den med metall fylte form for å bringe metallet til å stivne,karakterisert vedat alle åpninger til formhulrommet neddykkes i smel tet metall og at smeiten trekkes inn i formhulrommet ved innvirkning av vakuumet som dannes ved at magnesiumet reagerer med atmosfæren i formhulrommet under dannelse av et fast produkt som ikke lett fordamper.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat det anvendes en støpeform hvis formhulrom består av med hverandre forbundne kanaler i et porøst legeme.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat formen oppvarmes til smeltens temperatur før innføringen av det smeltede metall i formen.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat formhulrommet fylles med et ved støpetemperaturen ikke smelt-bart, findelt stoff, før det smeltede metall inn-føres i dette.