NO303723B1 - Fremgangsmöte for kokillestaaping samt tilhaarend e apparat - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat for redusering av makroseigring under støping av et metallegerings-støpestykke.

Kontrollering av seigring i metallegeringsstøpninger, f.eks. aluminiumlege-rings-støpestykker, for opprettholdelse av ønsket, ensartet konsentrasjon av lege-ringselementer gjennom hele støpestykket, er særlig viktig ved fremstilling av metallegerings-støpestykker av høy kvalitet. "Makroseigring" er et uttrykk som benyttes for å beskrive seigring i en målestokk som kan jevnføres med støpestykkets dimensjoner. Makroseigring er forskjellig fra mikroseigring som opptrer i samme målestokk som avstanden mellom dendrittgrenene.

Det vil være kjent for fagfolk at det i store støpestykker av metallegeringer vanligvis forekommer makroseigring som medfører tap av legeringsingredienser i støpestykkets midtsone. Da legeringsingrediensene øker styrken, vil dette ingre-dienstap resultere i svekket metall i støpestykkets midtparti.

Det er kjent ulike prosesser og apparat for redusering av seigringen i metallegerings-støpestykket, og forskjellige prosesser og apparat har vært anvendt for kornstrukturregulering. De forbedrete resultater ved fremgangsmåten og apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse er imidlertid verken beskrevet eller antydet.

US-patentskrift 2 861 302 beskriver et apparat for kontinuerlig støping av smeltete legeringer, f.eks.. aluminiumlegeringer, hvorved det delvis herdnete materiale i støpeformen påvirkes av et vekslende magnetfelt med henblikk på omrøring i det smeltete metall. Ifølge nevnte patentskrift vil omrøringen utjevne temperatu-ren i støpestykket og gi en ønsket, strukturmessig tekstur.

US-patentskrift 3 842 895 beskriver et apparat for minsking av mikroseigring og makroseigring i metallegerings-støpestykket. Det hevdes at apparatet vil redusere slike seigringer i kontinuerlige metallegerings-støpninger ved å avlede varme fra én sone av det flytende metall i støpeformen, med henblikk på herdning, og samtidig tilføre varme på regulert måte til det flytende metall, for å redusere bredden av den grøtaktige sone av flytende og fast materiale som eksisterer mellom flytningspunkt- og størkningspunktisotermene. Det omtales at den flytende metallegering som innføres i støpeformen, er overhetet og at konveksjon i den flytende smelt i støpeformen hemmes ved bruk av et tverrettet magnetfelt.

US-patentskrift 3 911 997 beskriver et apparat for metallstøping, som vil forhindre mikroseigring og makroseigring i midtpartiet av et kontinuerlig støpt stø- pestykke. Det anvendes en superledende solenoidemagnet i et isolert kar som er anbrakt nær en side av en støpeform, for opprettelse av et statisk magnetfelt i det flytende metall i støpeformen.

US-patentskrift 4 723 591 beskriver et apparat for regulering av nivået for kontaktlinjen mellom den frie metalloverflate og en form som benyttes ved vertikal støping av aluminiumlegeringer. Det omtales at støpeformen omsluttes av minst én ringformet spole hvorigjennom det ledes ihvertfall én elektrisk vekselstrøm.

US-patentskrift 4 933 005 beskriver en induksjons-omrøringsmetode innbe-fattende elektromagnetisk fremkalt omrøring av smeltet metall for opprettelse av turbulens i det smeltete metall, med etterfølgende bruk av et statisk magnetfelt for minsking av turbulensen grunnet den elektromagnetiske omrøring.

US-patentskrift 4 709 747 beskriver en støpeprosess for aluminiumlegeringer, hvori det inngår svekking av flytstrømmene i dammen av flytende, smeltet metall, ved mekanisk øking av den indre friksjon i dammen. Det beskrives et apparat med en mekanisk demper bestående av to eller flere parallelle plater eller konsentriske ringer, for minsking av turbulens i metalldammen.

US-patentskrift 4 530 404 og Reissue Patent nr. Re. 32 529 omhandler en prosess for elektromagnetisk støping av metaller og legeringer under samtidig bruk av et stasjonært elektromagnetisk felt og et variabelt elektromagnetisk felt for frembringelse av radiale vibrasjoner i metallet og for begrensing av sammenblan-dingsvirkningen.

US-patentskrift 4 523 628 beskriver en prosess for støping av metaller og kontinuerlig støping av aluminiumlegeringer, med samtidig bruk av et stasjonært magnetfelt og et variabelt magnetfelt for frembringelse av radiale vibrasjoner i metallet.

Fremgangsmåter og apparat for elektromagnetisk støping av metall- og legeringsstøpestykker med partikler av liten kurveradius er beskrevet i US-patentskrift 4 321 959 og 4 458 744. Det fremgår av disse patentskrifter at apparatene innbefatter en modifisert skjerm eller sikt for minsking av den elektromagnetiske feltstyrke i hjørnene av kokilleformen ved øket lokal avskjerming av feltet i hjørne-ne og for redusering av bindekraften i den perifere ytterflate av det smeltete materiale. Det er beskrevet en modifisert induktor som magnetiseres med veksel-strøm.

USSR-patentskrift 187 255 beskriver kokillestøping ved anvendelse av inner- og ytterelektroder som plasseres i det smeltete metall under støping av et støpestykke i formen. Ifølge beskrivelsen vil det ved hjelp av et spenningsfall mellom inner- og ytterelektrodene opprettes et permanent, radialt felt mellom disse, mens strømmen som ledes langs midtelektroden, skaper et permanent azimutfelt.

I samvirkning med radialfeltet vil azimutfeltet opprette volumetriske krefter i et metall som er innesluttet mellom elektrodene.

US-patentskrift 2 944 309 beskriver en kontinuerlig støpeform for støping av metallegeringer, med en vannavkjølt kappe og elektriske ledere som omgir sel-ve den kontinuerlige støpeform, for opprettelse av et roterende, magnetisk ytter-felt.

US-patentskrift 1 721 357 beskriver en fremgangsmåte som kan gjøre me-talldeler varmebestandige ved behandling med magnetkraft. Det hevdes at pro-sessen vil forebygge formendring av metalldelen, når denne utsettes for høye temperaturer.

JP-patentskrift 58 163 566 beskriver en legering av jern-krum-kobolttype som tilberedes ved at legeringen smeltes og ifylles i en form som er anbrakt mellom elektromagneter som skaper et magnetfelt. Smeiten herdner i formen i et magnetfelt, hvorved konveksjonen forhindres. Det herdnete legeringsstøpestykke holdes på en temperatur av 550 - 700°C, innen det gjennomgår eldningsbehand-ling.

I "Effects of electromagnetic fields on solidification of some aluminum al-loys", British Foundrvman. bind 70 (1977), del III, side 89-92, beskriver Sahu, M. D., m.fl. hvordan utvendig elektromagnetisk omrøring innvirker på kornstrukturen hos aluminium-kobber- og aluminium-magnesiumlegeringer.

I "Grain Coarsening by Solidification in a Steady Magnetic Field", Aluminium. 62, (6), juni 1986, side 446-448, beskriver Ambardar, R. m.fl., et stabilt mag-netfelts grovkorndannende virkning på strukturformasjonen i en aluminium-4%-kobberlegering som er støpt i en natriumsilikatbunnet sandform.

I "Effect of steady magnetic field on the structure of unidirectionally solidi-fied alloy castings", Transactions of the Indian Institute of Metals, 1987, årgang 40, nr. 1, side 22-26 beskriver Ambardar, R., m.fl. hvordan et stabilt magnetfelt ble benyttet for å forebygge varmekonveksjon under ensrettet herdning av aluminium-

kobberstøpninger med fullstendig kolonnestruktur.

I "The effect of magnetic fields on the structure of Metal Alloy Castings", Transactions of the Metallur<g>ical Society of AIME. bind 236, april 1966, side 527-531 beskriver Uhlmann, D.R., m.fl., hvordan et magnetfelt anvendes for avdem-ping av væskekonveksjon under herdningen av metallegeringsstøpninger, for å forhindre kolonne-til-likeakset overgang og frembringelse av en struktur som er søyleformet mot midten av støpestykket.

I "Thermal and solutal convection damping using an applied magnetic field", Washington Microqravitv Sei, and Appl..NAS 8-34922, mai 1985, side 77-78 har Pirich, R.G., m.fl., foretatt en jevnføring mellom eutektiske bismuth/man-ganlegeringsprøver som er frembrakt i et tverrettet magnetfelt, og prøver som er frembrakt uten bruk av magnetfelt. Det fremgår at prøver som er frembrakt ved hastigheter under 3 cm/h (cm/time) i magnetfeltet viser lite eller intet avvik i eutek-tisk morfologi fra prøvene som er frembrakt uten bruk av magnetfelt.

På tross av denne kjente teknikk er det fortsatt et meget følbart og vesentlig behov for en fremgangsmåte og et apparat for redusering av uønsket makroseigring under støping av et metallegerings-støpestykke. Dette behov tilfredsstilles ved en fremgangsmåte og et apparat som angitt i de etterfølgende patentkrav. Ved bruk av fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen oppnås et støpe-stykke med likeakset, finkornet struktur og minsket porestørrelse, fremstilt på en effektiv og regningssvarende måte.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor

Figur 1(A) viser et skjematisk snitt av en versjon av apparatet ifølge oppfinnelsen med en spoleapparat som er anbrakt rundt yttersiden av støpeformkam-meret og nedenfor støpeformen. Figur 1(B) viser et skjematisk snitt av en versjon av apparatet ifølge oppfinnelsen med en spoleapparat plassert ovenfor støpeformen. Figur 1(C) viser et skjematisk snitt av en versjon av apparatet ifølge oppfinnelsen med spoleapparatet anordnet koaksialt med støpestykkets lengdeakse og ovenfor støpeformen. Figur 1 (D) viser et skjematisk snitt av en versjon av apparatet ifølge oppfinnelsen med spoleapparatet plassert rundt yttersiden av støpeformkammeret både

ovenfor og nedenfor støpeformen.

Figur 2 viser virkningen av et stort sett statisk magnetfelt (likestrøm) på støpestykke-makroseigringen i 2124-legering. Figur 3(A), 3(B) og 3(C) viser virkningen av et stort sett statisk magnetfelt (likestrøm) på støpestykke-makroseigringen i 7050-legering.

Fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen vil redusere makroseigringen under støping av metallegerings-støpestykket.

I beskrivelsen er uttrykket "støpning" benyttet om halvkontinuerlig og kontinuerlig støpning av metallegeringer av forskjellige former og innbefatter toplans-støping, nivåihellings-støping, og horisontale systemer som vil være kjent for fagkyndige. Videre er uttrykket "støpeform" benyttet om en direktekjølings-form, hvor det i støpekammeret dannes et fast materiale som kan romme den V-formete flytende masse i støpningens midtparti.

Uttrykket "strømspoleapparat" er benyttet om en enkeltspole eller en grup-pe av spoler som i samvirkning oppretter praktisk talt det samme stort sett statiske magnetfelt som vil kunne oppnås med én spole.

Med uttrykket "stort sett statisk elektrisk strøm" menes en likestrøm.

Uttrykket "likestrøm" er benyttet om en strøm hvor (A) samtlige strømlad-ninger overføres i én og samme retning i det angjeldende tidsrom, og (B) strøm-styrken er stort sett konstant, bortsett fra mindre pulseringer i amplituden.

I beskrivelsen er alle prosentstørrelser angitt i vekt-%.

Uttrykket "symmetriplan" betegner at hvert plan deler det stort sett statiske magnetfelt i innbyrdes speilvendte segmenter.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter innføring av en smeltet metallegering i et støpeformkammer, avkjøling av legeringen slik at det dannes en fastsone, en grøtaktig flytende-fastsone ovenpå den faste sone, en flytende sone ovenpå den grøtaktige flytende-faste sone og en smelteoverflate på den flytende sone, anvendelse, under avkjølingen, av minst ett stort sett statisk magnetfelt med minst to symmetriplan som skjærer hverandre i støpestykkets lengdeakse, opprettelse av magnetfeltet ved hjelp av minst én strømspoleapparat med en innersone hvorigjennom metallegeringen passerer, aktivisering av strømspoleapparatet med en stort sett statisk elektrisk strøm som ledes i en bane som dannes av strøm-spoleapparatet og passerer rundt minst én av den smeltete metallegerings soner og de ovennevnte soner, og demping, ved hjelp av magnetfelt, av de konveksjons-strømmer i den smeltete metallegering som forårsaker makroseigring.

Ved denne fremgangsmåte anvendes en form hvor støpekammeret danner tverrsnittsomkretsen av det frembrakte metallegerings-støpestykke. Ved støping av et rundt metallegerings-støpestykke har således støpeformkammeret form av en bøyle eller ring med en innerdiameter som stort sett tilsvarer diameteren av det metallegerings-støpestykke som skal fremstilles. Ved støping av et rektangulært metallegerings-støpestykke har formkammeret fasong av et rektangel som omslut-ter et rektangulært rom som avgrenser tverrsnittet av det metalllegerings-støpe-stykke som skal fremstilles. Det stort sett statiske magnetfelt opprettes med minst én strømspoleapparat av samme symmetri som støpestykket som skal fremstilles. Det vil derfor være åpenbart for fagkyndige at strømspoleapparatet vil være forskjellig formet, f.eks. (A) ikke-sirkulær hvis støpeformkammeret har ikke-sirkulær form, slik at det eksempelvis anvendes en rektangulær strømspoleapparat hvis støpeformkammeret er rektangulært, en kvadratisk strømspoleapparat hvis støpe-formkammeret er kvadratisk eller en eliptisk strømspoleapparat hvis støpeform-kammeret er eliptisk, eller (B) en sirkulær strømspoleapparat hvis støpeformkam-meret er sirkulært.

Den rektangulære strømspoleapparat skaper et stort sett statisk magnetfelt med to symmetriplan. Disse plan er innbyrdes perpendikulære og hvert plan strekker seg gjennom en midtlinje av metallegerings-støpestykker. Disse plan deler støpestykket i fire symmetriske kvadranter. Hver av kvadrantene som av-grenses av disse to plan mottar like intensiteter fra det stort sett statiske magnetfelt og har like konsentrasjoner av legeringsbestanddeler, og bidrar derved til me-talllegerings-støpestykkets ensartethet.

I de beskrevne prosesser ifølge oppfinnelsen inngår en prosess hvorved det som metallegering benyttes en aluminiumlegering som er utvalgt fra den grup-pe som omfatter 2xxx-, 3xxx-, 5xxx- og 7xxx-legeringsserier (i henhold til en klas-sifisering utarbeidet av «The Aluminum Association, Washington, D.C., gjengitt i «Mechanical Engineer's Handbook» side 148. Ved prosessene ifølge oppfinnelsen kan det således anvendes legering 2124, legéring 3004, legering 7050 eller legering 7075.

Aluminiumlegeringene ifølge oppfinnelsen kan ha de samme urenhetsgra-

der som er kommersielt akseptable for slike legeringer.

Ved en annen versjon ifølge oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten sam-menblanding av et finkorndannende middel med den smeltete metallegering, innen den smeltete metallegering innføres i støpeformkammeret.

Ifølge oppfinnelsen innføres den smeltete metallegering i en første ende av støpeformkammeret, for opprettelse av en strøm av den smeltete metallegering mot en andre ende av støpeformkammeret. Mens den gjennomstrømmer støpe-formkammeret, vil den smeltete metallegering avkjøles. Grunnet avkjølingen dannes både (A) en grenseflate mellom den grøtaktige, flytende-faste sone og den faste sone og (B) en grenseflate ved den grøtaktige, flytende-faste sone og den flytende sone. Disse grenseflater oppstår når den smeltete metallegering avkjøles og danner den faste sone og støpestykket frembringes. Det stort sett statiske magnetfelt er representert ved flukslinjer. Med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ledes hver flukslinje gjennom et punkt på en linje som forløper tangensialt i en vinkel av mer enn 20° i forhold til grenseflaten mellom den grøtaktige, flytende-faste sone og den flytende sone. Fremgangsmåten omfatter fortrinnsvis innføring av den smeltete aluminiumlegering i støpeformkammeret hvor det dannes en dam av flytende materiale hvorfra metallegering overføres til grenseflaten mellom den flytende sone og den grøtaktige, flytende-faste sone.

Ved en annen versjon ifølge oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten bruk av minst én strømspoleapparat med en innersone hvorigjennom metallegeringen kan passere. I fremgangsmåten inngår støping av støpestykket i et formkammer av ønsket, eksempelvis ikke-sirkulær eller sirkulær fasong. Støpeformkammeret kan være av ikke-sirkulær eller sirkulær fasong med en innvendig kjerne som vil gi det ferdige støpestykke et hult parti, det anvendte strømspoleapparat kan være av ønsket form som tilsvarer og er avhengig av fasongen av det spesielle støpe-formkammer som benyttes. I fremgangsmåten inngår plassering av minst én strømspoleapparat stort sett ovenfor støpeformkammeret.

I en annen versjon ifølge oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten montering av minst én strømspoleapparat generelt under støpeformen. I fremgangsmåten inngår fortrinnsvis plassering av en innerside av strømspoleapparatet i en avstand av 2-6 cm fra en ytterside av støpestykket.

I en særlig foretrukket versjon omfatter fremgangsmåten støping av støpe- stykket i et rektangulært støpeformkammer og innbefatter (A) montering av minst én rektangulær strømspoleapparat generelt under støpeformen, og (B) plassering av en innerside av strømspoleapparatet i en avstand av 2-6 cm fra en ytterside av støpestykket.

I en annen versjon ifølge oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten montering av minst én strømspoleapparat rundt yttersiden av støpeformkammeret. Hvis

strømspoleapparatet er i form av en spole med en åpning av større tverrdimensjon enn støpeformkammerets tverrdimensjon, vil spoletrådene generelt være viklet om støpeformkammerets omkrets i en retning på tvers av formkammerets lengdeakse.

I en annen versjon ifølge oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten plassering av minst én strømspoleapparat rundt yttersiden av støpeformen og delvis under

støpeformen.

I en annen versjon ifølge oppfinnelsen innbefatter fremgangsmåten montering av et antall strømspoleapparater generelt under støpeformen, over denne eller rundt yttersiden av denne, samt kombinasjoner av dette. I fremgangsmåten inngår bruk av den stort sett statiske elektriske strøm i samme retning i hver av spoleapparatene.

I en annen versjon ifølge oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten bruk av et magnetfelt med en intensitet av minst 500 gauss.

I en annen versjon ifølge oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten bruk av minst én strømspoleapparat med en innersone hvorigjennom metallegeringen passerer og som har en mindre tverrdimensjon enn støpeformen. I fremgangsmåten inngår montering, generelt over støpeformkammeret, av minst én strøm-spoleapparat med en innersone av mindre tverrdimensjon enn støpeformen.

Det vil innses av fagkyndige at de beskrevne fremgangsmåter ifølge oppfinnelsen innbefatter justering av den stort sett statiske elektriske strøm som akti-viserer strømspoleapparatet, slik at konveksjonen i den smeltete metallegering reduseres til et forutbestemt nivå.

I strømspoleapparatet inngår generelt minst én spole med vannkjølt kob-berrørledning som har en ytterdiameter av 0,50 - 1,50 cm og opptar en påtrykt, stort sett statisk elektrisk strøm av 500-1500 ampere.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan inngå fremstilling av støpestyk-ket i konvensjonelle, kontinuerlige eller halvkontinuerlige støpeforminnretninger

som vil være kjent for fagkyndige.

Ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremkommer et støpestykke med likeakset finkornstruktur. Dette uventete resultat er i kontrast til de tidligere påstander at et magnetfelt vil forårsake en overgang til søyleformete grovkorn.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter fremstilling av et støpestyk-ke med redusert porestørrelse, jevnført med et støpestykke som er fremstilt i fra-vær av et magnetfelt. Magnetfeltet vil stort sett redusere eller eliminere store gas-sporer i det ferdige støpestykke grunnet hydrogen i smeiten, hvorved det fremkommer et støpestykke med redusert porestørrelse.

En annen versjon ifølge oppfinnelsen omfatter et apparat for redusering av uønsket makroseigring under støping av et metallegerings-støpestykke. I apparatet inngår et støpeformkammer for opptaking av en smeltet metallegering, et kjøle-system for avkjøling av støpeformkammeret med henblikk på herdning av den smeltete metallegering, og minst én strømspoleapparat for mottaking av stort sett statisk elektrisk strøm for opprettelse av minst ett stort sett statisk magnetfelt med minst to symmetriplan som skjærer hverandre i støpestykkets lengdeakse.

En foretrukket versjon av oppfinnelsen omfatter et apparat som beskrevet,

hvori minst én strømspoleapparat er montert generelt under støpeformen.

I en særlig foretrukket versjon ifølge oppfinnelsen omfatter apparatet minst én strømspoleapparat som er montert generelt under støpeformen, og hvor en innerside av spoleapparatet er plassert i en avstand av 2 - 6 cm fra en ytterside av støpestykket.

En annen versjon ifølge oppfinnelsen av apparatet som beskrevet omfatter minst én strømspoleapparat som er montert generelt rundt yttersiden av støpe-formen.

Ved en annen versjon av apparatet ifølge oppfinnelsen er strømspoleappa-ratet montert generelt over støpeformen.

I en annen versjon ifølge oppfinnelsen er det beskrevne apparat utstyrt med minst én strømspoleapparat som er montert generelt rundt yttersiden av stø-peformen og delvis under støpeformen.

I en annen versjon ifølge oppfinnelsen omfatter apparatet strømspoleappa-rater som er plassert i minst én av de posisjoner som er utvalgt fra en posisjons- gruppe omfattende (A) generelt under støpeformen, (B) generelt over støpefor-men, (C) generelt rundt yttersiden av støpeformen og (D) generelt rundt yttersiden av støpeformen og delvis under støpeformen.

Det vil være åpenbart for fagkyndige at det beskrevne apparat kan ha en støpeform og en strømspoleapparat av ønsket fasong. Hvis støpeformen eksempelvis har sirkulær fasong, omfatter strømspoleapparatet minst én ringformet spole. Hvis støpeformen har ikke-sirkulær fasong, omfatter strømspoleapparatet minst én ikke-sirkulær spole. Både støpeformen og spolen kan eksempelvis være av rektangulær, kvadratisk eller elliptisk fasong.

Figur 1(A) viser en utførelsesform av det likestrømsmagnetiske demperapparat ifølge oppfinnelsen. Det er i figur 1(A) vist en direktekjølings-støpeform 1 med en stål-fluksbane 2 og et kjølesystem 3 med en vanntank 4. En sidevegg av støpestykket som har forlatt støpeformen 1, er betegnet med 5. Kjølevann ut-strømmer fra vanntanken 4 og ledes gjennom en kanal 6 i retning mot sideveggen 5 av støpestykket. Figur 1(A) viser en feltspole 7 som aktiveres med en stort sett statisk elektrisk strøm og innbefatter en innersone av større tverrdimensjon enn støpeformkammeret 8. Feltspolen 7 er montert generelt rundt yttersiden av støpe-formen og delvis under støpeformen. Lengdeaksen for støpestykket og for smeltoverflaten er betegnet med henholdsvis 9 og 10. På figur 1(A) vil det fremgå for

fagkyndige at magnetfeltet har en symmetriakse som strekker seg innvendig i stø-peformkammeret og er rettet stort sett parallelt med retningen for støpestykket, og at magnetfeltets flukslinje 11 reduserer uønsket konveksjon i den smeltete metallegering. Grenseflaten mellom en grøtaktig, flytende-fast sone 13 og en fast sone (herdnet støpestykke) 14 er i figur 1(A) betegnet med 12. Grenseflaten mellom den grøtaktige, flytende-faste sone 13 og en flytende sone (dam) 16 er betegnet med 15. Den smeltete metallegering som kan inneholde et finkorndannende middel, innføres i støpeformkammeret, for opprettelse av en stort sett vertikal fall-strøm av den raffinerte, smeltete metallegering. Figur 1(A) viser at hver magnetfelt-flukslinje 11 passerer gjennom et punkt på en linje (ikke vist) som forløper tangensialt i en vinkel a over 20° i forhold til grenseflaten mellom den grøtaktige, flytende-faste sone 13 og den flytende sone 16.

Effektiviteten hvormed et stort sett statisk magnetfelt reduserer hastigheten av en smeltet metallegeringsstrøm, kjennetegnes ved dempingstiden. Således kan et kvantum av smeltet metallegering i et stort sett likestrømsfrembrakt magnetfelt antas å ha en utgangshastighet som reduseres ved samvirkning med magnetfeltet. Det flytende metall som beveges oppover magnetfeltlinjene, frembringer en elektromotorisk kraft (emf) med tendens til å bevirke at elektrisk strøm ledes i metallet. Denne strøm vil oppstå hvis strømreturbaner står til rådighet. I et ideelt tilfelle hvor strømbanenes motstand er lik null, eller hvor strømreturbanene har ut-viklet emfs grunnet en egen bevegelse, vil den etterfølgende formel angi dempingstiden for bevegelsen. Dempingstiden er proporsjonal med densiteten av det flytende metall og omvendt proporsjonal med metallets elektriske ledingsevne. Dempingstiden er også omvendt proporsjonal med kvadratet av magnetfeltstyr-ken. I ikke-ideelle tilfeller hvor strømmene reduseres grunnet tap som følge av ohmsk tilstand i strømreturbanene, vil samme proporsjonalitetsforhold gjelde generelt. I mange ikke-ideelle tilfeller, f.eks. i det foreliggende, hvor det faste alumi-niums-støpestykke inneholder flytende aluminium, blir dempingstiden forlenget med en mindre faktor, f.eks. 2, jevnført med det ideelle tilfelle. I et eksempel på et ideelt tilfelle vil flytende aluminium med en utgangshastighet av 1 m/sekund brem-ses i et felt av 0,1 TESLA til en hastighet av 0,3678 m/sekund i løpet av 0,0592 sekunder. Etter ytterligere 0,0592 sekunder er aluminiumstrømmen bremset ytterligere til en hastighet av 0,1353 m/sekund.

Figur 1(B) viser en annen versjon av det likestrømsmagnetiske demperapparat ifølge oppfinnelsen. Det er i figur 1(B) vist en støpeform 21 med en stål-fluksbane 22 og et kjølesystem 23 med en vanntank 24. Sideveggen av støpe-stykket som har forlatt formen 21, er betegnet med 25. Kjølevann utstrømmer gjennom en rørledning 26 fra vanntanken 24 og ledes i retning mot sideveggen 25 av støpestykket. En feltspole 27 som er vist i figur 1(B), aktiviseres av en stort sett statisk elektrisk strøm. Innerpartiet 28 av feltspolen 27 er anbrakt generelt over

støpeformen. Lengdeaksen for støpeformkammeret og for smeltoverflaten er betegnet med henholdsvis 29 og 30. Det vil av figur 1(B) være åpenbart for fagkyndige at magnetfeltet har en symmetriakse som strekker seg i støpeformkammeret og er rettet stort sett parallelt med retningen for støpestykket, og at magnetfelt-flukslinjer 31 reduserer uønsket konveksjon i den smeltete metallegering. Grenseflaten mellom den grøtaktige, væske-faste sonen 33 og den faste sone (herdnet støpestykke) 34 er i figur 1(B) betegnet med 32. Grenseflaten mellom den grøtak-

tige, flytende-faste sone 33 og den flytende sone (dam) 36 er betegnet med 35. Den smeltete metallegering som kan inneholde et finkorndannende middel, innfø-res i støpeformkammeret. Det fremgår av figur 1(B) at hver magnetfelt-flukslinje 31 går gjennom et punkt på en linje (ikke vist) som forløper tangensialt i en vinkel a av mer enn 20° i forhold til grenseflaten mellom den grøtaktige, væske-faste sone 33 og den flytende sone 36.

Figur 1(C) viser en versjon av det likestrømsmagnetiske demperapparat ifølge oppfinnelsen. En form 41 som er vist i figur 1(C), omfatter en stålfluksbane 42 og et kjølesystem 43 med en vanntank 44. Sideveggen av støpestykket som har forlatt formen 41, er betegnet med 45. Kjølevann utstrømmer fra vanntanken 44 og ledes gjennom en ledning 46 i retning mot sideveggen 45 av støpestykket. Det er i figur 1(C) vist en feltspole 47 som aktiviseres med stort sett statisk elektrisk strøm og omfatter en innersone som har mindre tverrdimensjon enn støpe-formkammeret 48 og er anordnet koaksialt med lengdeaksen for støpestykket 49, og generelt over støpeformkammeret. Smeltoverflaten er betegnet med 50. Av figur 1(C) vil det være åpenbart for fagkyndige at magnetfeltet har en symmetriakse som strekker seg i formkammeret og er rettet generelt parallelt med retningen for støpestykket, og at magnetfelt-flukslinjer 51 reduserer uønsket konveksjon i den smeltete metallegering. I figur 1(C) er grenseflaten mellom den grøtaktige, flytende-faste sone 53 og den faste sone (herdnet støpestykke) 54 betegnet med 52. Grenseflaten mellom den grøtaktige, flytende-faste sone 53 og den flytende sone (dam) 56 er betegnet med 55. Den smeltete metallegering som kan inneholde et finkorndannende middel, innføres i støpeformkammeret for å danne en væskedam for overføring av metallegeringen til grenseflaten mellom den flytende sone og den grøtaktige, flytende-faste sone. Det fremgår av figur 1(C) at hver magnetfelt-flukslinje 51 passerer gjennom et punkt på en linje (ikke vist) som for-løper tangensialt i en vinkel a av mer enn 20° i forhold til grenseflaten mellom den grøtaktige, flytende-faste sone 53 og den flytende sone 56.

Figur 1(D) viser en ytterligere versjon av det likestrømsmagnetiske demperapparat ifølge oppfinnelsen. Det er i figur 1 (D) vist en form 61 med en stålfluksbane 62 og et kjølesystem 63 med en vanntank 64. Sideveggen av støpestykket som forlater støpeformen 61, er betegnet med 65. Kjølevann utstrømmer fra vanntanken 64 og ledes gjennom en ledning 66 i retning mot sideveggen 65 av støpestykket. Som vist i figur 1 (D) er feltspolen 67A montert generelt over støpe-formen 61 og feltspolen 67B generelt under støpeformen 61. Feltspolen 67B har større innvendig tverrdimensjon enn støpeformkammeret 68. Lengdeaksen for støpestykket og for smeltoverflaten er betegnet med henholdsvis 69 og 70. Av figur 1 (D) vil det være åpenbart for fagkyndige at magnetfeltet har en symmetriakse som strekker seg i støpeformkammeret og er rettet stort sett parallelt med retningen for støpestykket, og at magnetfelt-flukslinjene 71 reduserer uønsket konveksjon i den smeltete metallegering. Grenseflaten mellom den grøtaktige, flytende-faste sone 73 og den faste sone (herdnet støpestykke) 74 er i figur 1(D) betegnet med 72. Grenseflaten mellom den grøtaktige, flytende-faste sone 73 og den flytende sone (dam) 76 er betegnet med 75. Den smeltete metallegering som kan inneholde et finkorndannende middel, innføres i støpeformkammeret. Det fremgår av figur 1(D) at hver magnetfelt-flukslinje 71 passerer gjennom et punkt på en linje (ikke vist) som forløper tangensialt i en vinkel a av mer enn 20° i forhold til grenseflaten mellom den grøtaktige, flytende-faste sone 73 og den flytende sone 76.

I en annen versjon omfatter oppfinnelsen et støpestykke med likeakset finkornstruktur og redusert porestørrelse. Dette støpestykke kan frembringes i over-ensstemmelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Figur 2, 3A, 3B og 3C viser virkningen av et stort sett statisk likestrøms-magnetfelt på makroseigring langs støpestykkets midtlinje ved støping av støpestykker med dimensjoner 406 x 1270 mm av forskjellige legeringer, raffinert med en aluminium-finkorndanner inneholdende 5% titan og 0,2% bor. Prøver av hver legering ble analysert for legeringselement-konsentrasjon, og de innhentete data ble avsatt som vist i figur 2, 3A, 3B og 3C.

I figur 2 er konsentrasjonen av kobber og magnesium i en 2124-legering avsatt som en funksjon av avstanden fra støpestykke-ytterflaten. Figur 2 viser

-5,8% avvik i støpestykkesenterlinje-sammensetning i forhold til kobberkonsentrasjonen angitt i vekt-% av kobber, tilført til støpingen, når et stort sett statisk like-strømsmagnetfelt ble anvendt under støpingen. Figur 2 viser at et -12% avvik oppsto i forhold til kobberkonsentrasjonen, når bruk av magnetfelt ikke inngikk i støpeprosessen. Det bør derfor bemerkes at ca. 50% reduksjon av kobbermakroseigringen i støpestykkets senterlinje (CL) i 2124-legeringen ble oppnådd

ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Vedrørende magnesiumkon-sentrasjonen ble det oppnådd ca. 75% reduksjon av magnesiummakroseigringen i 2124-legeringen i støpestykkets senterlinje ved bruk av det stort sett statiske like-strømsmagnetfelt. Av uventete fordeler som ikke fremgår av figur 2, kan nevnes forbedret finkornlegering og redusert porestørrelse i legeringen.

Figur 3A, 3B og 3C viser virkningen av et stort sett statisk likestrømsmag-netfelt på makroseigringen av henholdsvis Cu, Mg og Zn under støping av et stø-pestykke av dimensjoner 406 x 1270 mm av en 7050-legering, raffinert med en aluminium-finkorndanner inneholdende 5% titan og 0,2% bor.

Basert på sammensetningsawiket i støpestykkets senterlinje, som vist i figur 3A, ble det oppnådd ca. 60% reduksjon av kobbermakroseigringen i 7050-legeringen i støpestykkets senterlinje ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Ca. 55% (figur 3B) og 50% (figur 3C) reduksjon av makroseigringen av henholdsvis magnesium og zink (Zn) i 7050-legeringen i støpestykkets senterlinje ble oppnådd ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

For ytterligere belysning av oppfinnelsen er det gitt et spesielt eksempel.

EKSEMPEL

Det ble anvendt en rektangulær, vannkjølt støpeform av dimensjoner ca. 406 x 1270 mm. Formhøyden var ca. 127 mm. En spole av kobberledning var viklet rundt yttersiden av formkammeret. Avstanden mellom spolens innerside og yttersiden av formkammeret var 2-6 cm. Kobberledningen hadde en ytterdiameter av ca. 0,50 cm og 90 viklinger. Etter innføringen av smeltet 7050-aluminiumlegering i formkammeret, foregikk avkjøling, og spolen som var montert rundt formkammerets ytterside, opprettet et magnetfelt som var generelt symmetrisk om formkammerets lengdeakse og med en intensitet av minst 500 gauss. Dette magnetfelt motvirket den uønskete makroseigring i aluminiumlegeringen.

Det vil være åpenbart for fagkyndige at det ifølge oppfinnelsen er tilveie-brakt en fremgangsmåte og apparat for redusering av uønsket makroseigring under støping av et metallegerings-støpestykke. Det ferdige, forbedrete støpestykke har en likeakset finkornstruktur og redusert porestørrelse. Det fremgår av den ovenstående beskrivelse at fremgangsmåten vil redusere uønsket konveksjon av legeringsbestanddeler i smeltete metallegeringer, og opprette et stort sett statisk magnetfelt med minst to symmetriplan som skjærer hverandre i støpestykkets lengdeakse.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for redusering av makroseigring under støping av et stø-pestykke av metallegering, omfattende

innføring av en smeltet metallegering i et støpeformkammer (8), avkjøling av den smeltete metallegering for frembringelse av en fast sone (14), en grøtaktig, flytende-fast sone (13) ovenpå den faste sone, en flytende sone (16) ovenpå den grøtaktige, flytende-faste sone og en smeltoverflate (10) på den flytende sone,karakterisert vedat det under avkjølingen anvendes minst ett stort sett stasjonært magnetfelt med minst to symmetriplan som skjærer hverandre i støpestykkets lengdeakse, at magnetfeltet opprettes ved bruk av minst én strømspoleapparat (7) med en innersone hvorigjennom metallegeringen passerer, at strømspoleordningen aktiviseres med en stort sett stasjonær elektrisk strøm som ledes i en bane som dannes av strømspoleapparatet, og passerer ihvertfall rundt én av de smeltete metallegeringssoner, og at de konveksjonsstrømmer i den smeltete metallegering som forårsaker makroseigring dempes ved hjelp av magnetfeltet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat en magnetfelt-flukslinje føres gjennom et punkt på en linje som forløper tangensialt i en vinkel (a) av mer enn 20° i forhold til grenseflaten mellom den grøtaktige, flytende-faste sone (13) og den flytende sone (16).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat et finkorndannende middel blandes med den smeltete metallegering, innen sistnevnte inn-føres i en støpeform (1).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat den omfatter ett eller flere av følgende særtrekk a) montering av minst én strømspoleapparat (47) generelt over form kammeret (48), b) montering av minst én strømspoleapparat (7) generelt under formkammeret (8), c) montering av minst én strømspoleapparat generelt under formkammeret og plassering av en innerside av spoleapparatet i en avstand av 2-6 cm fra yttersiden (5) av støpestykket, d) montering av minst én strømspoleapparat (27) generelt rundt yttersiden av formkammeret (28), e) montering av minst én strømspoleapparat generelt rundt yttersiden av formkammeret og delvis under formkammeret, f) montering av flere strømspoleapparater generelt under (67B) formkammeret, over (67A) formkammeret, rundt yttersiden av formkammeret eller rundt yttersiden av formkammeret og delvis under dette, og kombineringer av disse og eventuelt bruk av den elektriske strøm i hver av strømspoleapparatene i samme retning, eller g) opprettelse av magnetfeltet med en intensitet av minst 500 gauss.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedanvendelse av en kjerne i formkammeret, for frembringelse av et støpestykke med et hulparti. t

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat det som metallegering anvendes en aluminiumlegering som er utvalgt fra gruppen omfattende 2xxx-, 3xxx-, 5xxx- og 7xxx-legeringsserier.

7. Apparat for redusering av makroseigring under støping av et metall-legerings-støpestykke, omfattende: et støpeformkammer (8) for opptaking av en smeltet metallegering, et kjølesystem (4, 6) for avkjøling av støpeformkammeret (8) med henblikk på herdning av den smeltete metallegering,karakterisert vedminst én strømspoleapparat (7) for mottaking av en stort sett stasjonær elektrisk strøm for opprettelse av minst ett stort sett stasjonært magnetfelt med minst to symmetriplan som skjærer hverandre i støpe-stykkets lengdeakse.