WO1995025822A1 - Gusswerkstoffe - Google Patents

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WO1995025822A1
WO1995025822A1 PCT/EP1995/001023 EP9501023W WO9525822A1 WO 1995025822 A1 WO1995025822 A1 WO 1995025822A1 EP 9501023 W EP9501023 W EP 9501023W WO 9525822 A1 WO9525822 A1 WO 9525822A1
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WO
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melt
indicates
partially
casting
substances
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PCT/EP1995/001023
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English (en)
French (fr)
Inventor
P. R. Sahm
Jürgen SCHÄDLICH-STUBENRAUCH
Pejo Stojanov
Original Assignee
Sahm P R
Schaedlich Stubenrauch Juergen
Pejo Stojanov
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sahm P R, Schaedlich Stubenrauch Juergen, Pejo Stojanov filed Critical Sahm P R
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    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B4/00—Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
    • C22B4/005—Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys using plasma jets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/003—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals by induction
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    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/02—Refining by liquating, filtering, centrifuging, distilling, or supersonic wave action including acoustic waves
    • C22B9/026—Refining by liquating, filtering, centrifuging, distilling, or supersonic wave action including acoustic waves by acoustic waves, e.g. supersonic waves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/10—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with refining or fluxing agents; Use of materials therefor, e.g. slagging or scorifying agents
    • C22B9/103—Methods of introduction of solid or liquid refining or fluxing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for improving the properties of cast materials, in particular metals and metal alloys, in particular for improving the grain refinement, finishing and other mechanical and / or casting properties of the cast material, such as e.g. the feeding, mold filling and fluidity
  • microstructures which are usually to consist of the finest and most uniformly distributed crystallites in the materials and components produced.
  • these microstructures determine the achievable usage properties and are equally responsible for a large number of treatment steps necessary to achieve the desired material properties.
  • this is, for example, the well-known Hall-Petch relationship, according to which the strength of a metallic material is proportional to the reciprocal square root of the crystallite size.
  • the crystallite size also plays an important role in the heat treatment required for the microstructure adjustment, since with the smallest possible crystallite sizes, the segregation, ie the concentration differences that occur during solidification, are smaller, which has a direct positive effect on the required glow times, since here the diffusion lengths compensating for the concentration differences are smaller.
  • metals and metal alloys that are treated in such a way that they solidify in fine-grained form can be processed much better: the casting properties, in particular the mold filling and fluidity as well as the feeding behavior, are better, the tendency to crack and the porosity are less.
  • grain refinement improves the properties of aluminum and most aluminum alloys.
  • refinement which is often additionally supported by grain refinement.
  • germ-effective crystallites are added to the aluminum melt to be refined, which, according to the current teaching, act as nuclei for the crystals that form on the solidifying melt.
  • the intermetallic compound Al 3 Ti and the compound TiB 2 and TiC have proven to be advantageous and have proven themselves in industrial application.
  • the refinement of silicon-containing aluminum alloys is predominantly carried out using elements such as sodium or strontium, which cause the silicon crystals which form during solidification to separate out in a very fine-grained form. If this processing is not performed, the very brittle silicon crystals are precipitated as coarse, istkanti ⁇ of Ge crystals, which make the structure very brittle and thus ein ⁇ • restrict the usability of the therefrom produced components.
  • this sodium favors a certain amount of undercooling of the melt and thus one fine-grained eutectic crystallization of aluminum-silicon melts.
  • the eutectic point shifts slightly due to the addition of sodium.
  • the refinement of eutectic and near-eutectic aluminum-silicon alloys hinders the primary separation of granular silicon in the case of hypothermia to below the eutectic temperature.
  • EP-A-0 178 502 describes a process in which a "good” is supplied to the melt, which gets into the melt in a finely divided manner by means of a plasma arc.
  • the melt is supplied with a considerable amount of heat.
  • the design of the arrangement outlined in the above publication suggests that effective degassing and thorough and rapid distribution of the dissolved material is difficult.
  • the component shown in FIG. 2 of the above publication is exposed to extreme thermal stress, so that the melt, which is strongly heated by the plasma, can only escape from the tube relatively slowly due to the design.
  • the known method does not achieve such good results, with heavy wear on the tube being expected, which has a negative effect on the economy of the method.
  • a process is known from US Pat. No. 5,160,533 in which nitrogen is introduced into the melt via a fixed arc and is distributed directly. At the high temperatures of the arc, the nitrogen reacts with the aluminum melt and forms aluminum nitride with a grain-refining effect.
  • This Although the method is inexpensive because of the relatively inexpensive nitrogen, in the long run, ie with increasing recycling, it likewise leads to an accumulation of substances which have a fine-graining effect, as is the case with the known processes mentioned above.
  • Aluminum nitride is known as a very hard material. Should the germ-active particles agglomerate into larger aggregates in accordance with US Pat. No. 5,160,533, there would be a risk of destruction of the rolls or the film in a film production subsequent to the casting process. It is also questionable whether the known method can also be applied to melts that do not consist of aluminum and silicon.
  • melt treatment processes are known from WO93 / 12261, GB-A-2 014 615, DE-B-35 90 837, US-A-4 248 630 and WO90 / 00205.
  • the invention has for its object to provide a method for further improvement (in particular also grain refinement and / or refinement) of cast materials, preferably metals and metal alloys.
  • the invention proposes a method according to claim 1; Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
  • the method according to the invention it is possible to achieve a significant reduction in the grain size in the metal alloy to be refined compared to previous measures.
  • the refinement of aluminum-silicon alloys with the method according to the invention likewise leads to an improvement, ie to a finer design of the eutectic components.
  • This object is achieved in various ways according to the features of the patent claims. Accordingly, various process variants are possible which lead to an improvement.
  • a metal or metal alloy melt is first treated conventionally and locally strongly heated before or during casting into the casting mold, so that the metal alloy melt is partially overheated to a very great extent.
  • a portion of the melt is overheated in such a way that all crystallites of the added treatment agent which have an improving, in particular grain-refining or ennobling effect, are melted and completely dissolved or otherwise activated in this thermal catchment area.
  • This treatment measure can take place both on the surface of the metal or metal alloy melt and under it. As soon as the flowing melt leaves the area of influence of the heat, the highly heated area suddenly cools down again to the casting temperature of the remaining metal melt.
  • the metal or metal alloy melt is therefore at least partially locally heated before the casting process is carried out, and the melt is thereby partially heated so high that the substances contained therein are activated or
  • Another advantage is that the treatment steps which have been tried and tested in the foundry do not have to be changed; it is only necessary to install an additional device in the vicinity of the metal alloy melt to be treated or the casting place, which ensures local overheating.
  • pure metals do not exist in industrial practice. It is known that, for physical and thermodynamic reasons, it is impossible to produce a pure metal, ie a metal that consists of only a single element. Therefore, "impurities" are always to a greater or lesser extent in “pure metals”. Certain elements dissolve at the usual process temperatures and times; these elements are therefore completely dissolved in the metal melts. However, there are compounds that do not dissolve even in pure metals under the usual process temperatures and times. For example, aluminum melts contain intermetallic compounds that have very high melting temperatures, such as TiB 2 .
  • melting temperatures cannot be specified because "pure metals" have a melting point, but alloys have a melting interval and only a eutectic alloy has a melting point. In terms of metallurgy, there are other combinations from melting points or intervals.
  • the melting intervals are usually given by the liquidus and solidus temperature. In the case of pure metal, both temperatures are the same.
  • the heating up of the cast material according to the invention “until it melts” means that the liquidus temperature is exceeded, which is the technically usual temperature.
  • the main components of the alloy are then completely melted or dissolved.
  • the above-mentioned high-melting compounds, also called phases, crystallites, oxides, borides, carbides, etc. have not yet been solved.
  • a casting material means in particular the alloys and metals used in industrial practice, with their respective technically representable purity.
  • the terms “locally limited” and “partially” are intended to mean that the thermal energy introduced at this location (for example by means of laser, arc or induction) only leads to localized overheating of the melt and is not sufficient, the casting material, of Starting at room temperature, melting or overheating.
  • a main aspect of the invention is that partial overheating occurs in a zone of only minor extent; the energy introduced is far from sufficient to keep the melt liquid. In the method according to the invention, this partial overheating only achieves the partial dissolution of phases present in the melt.
  • the decisive advantage resulting from the invention is that, in principle, the melting process for the partial strong superheating does not have to be changed and no higher process temperatures are required for the entire amount of melt, which would otherwise have a considerable influence on the infeeds required (container material ) of the melting furnace, since these would be severely attacked by the melt at higher temperatures. This would result in increased wear of the infeed and contamination of the melt. If, within the scope of this description, the resolution of "some of the phases in the melt" is mentioned, the following explanation should be given.
  • the chemical composition of this alloy consists on the one hand of the deliberately chosen alloy components and on the other hand of the impurities which more or less always occur depending on the degree of purity.
  • phases correct in terms of metallurgy has been chosen in the context of this invention.
  • melt environment means the environment of the partially strongly heated zone of the melt.
  • the metal alloy melt to be treated a highly heated metal is added that has an improving effect in the melt.
  • This metal can preferably originate from the 4th subgroup in the grain refinement of aluminum and aluminum alloys; titanium or zirconium are particularly suitable.
  • an effective refinement of silicon-containing aluminum alloys with refining elements, in particular with sodium or strontium can take place.
  • Grain refinement with boron-containing alloys, for example AlTi5Bl or SiB 2 or the like, is of course also very effective.
  • partial overheating is carried out directly in the melting vessel. This is particularly advantageous if the melt is mixed intensively by an inductive stirring action, and thus the treated melt is evenly distributed.
  • the inductive stirring action e.g. in induction melting, generally favors the effect of the improvement according to the invention.
  • the method according to the invention can also be carried out in such a way that the partial superheating is carried out on the flowing metal melt, in such a way that the treatment when pouring out of the melting vessel, when pouring into the pouring basin or into the feed channel or into the Casting mold is carried out.
  • the flowing movement of the melt ensures intensive mixing of the treated with the rest of the melt.
  • This heating device can, for example, be arranged concentrically in the form of a coil around a melt-resistant, insulating tube through which the melt to be treated flows.
  • the electromagnetic data are then dimensioned such that the melt on its side facing the inside of the tube is superheated on the surface.
  • the flowing melt ensures intensive mixing of the treated with the rest of the melt.
  • the partial overheating can continue to be carried out by means of an energy-rich laser beam, on the one hand the metals and compounds in the area of the overheating melt completely and on the other hand are activated such that an unusually effective improvement, in particular grain refinement or refinement of the metal to be treated or the metal alloy takes place.
  • the method according to the invention can also be carried out in such a way that the partial superheating takes place by means of an electrically heated arc, which either heats the melt directly via a permanent electrode or advantageously via a melting electrode.
  • an electrically heated arc which either heats the melt directly via a permanent electrode or advantageously via a melting electrode.
  • the advantage of using a permanent electrode is, in particular, that no self-consuming electrodes have to be procured.
  • the advantage of using melting electrodes is that additional alloying elements can be introduced into the melt. In particular, specific material can also be used as the electrode. With a suitable design of the arc power, the treatment materials to be added can be very strongly overheated.
  • the permanent electrode is designed such that it has an improvement. Contains additives that pass into the melt during the overheating treatment.
  • the partial overheating takes place by means of a plasma burner.
  • the advantage is in particular the possibility of very strong overheating of the melt and the robustness of the plant.
  • the plasma flame can also be used to introduce additives with an improving effect, or an improvement with e.g. achieve the same alloy addition.
  • the method according to the invention can also be carried out in such a way that the partial overheating takes place by means of an electron beam.
  • electron beams can be scanned or deflected without loss, so that both larger areas can be overheated locally evenly and point-like areas very strongly, which can be used to control the improvement very precisely locally.
  • intermetallic compounds with the aluminum. These are undesirable during technical processing and especially during technical use - in the form of a component or a semi-finished product - since they adversely affect the properties of use, in particular the mechanical properties and some decorative properties, for example the ductility of the material is deteriorated or Coarse surface defects form on rolled or pressed products.
  • these intermetallic compounds can have a very fine grain refinement if they are activated by the partial overheating according to the invention or if they are present as very fine crystallites in the melt. The invention thus solves the problem of contamination by intermetallic compounds and converts it into useful alloy additives which improve the technical properties.
  • the impurities which accumulate in the casting filters frequently used in the casting process are dissolved by partial overheating and used effectively as a grain refining agent.
  • the filtrate is preferably desorbed (detached) from the casting filter, (partially) overheated and at least partially dissolved again in the melt.
  • the pouring filter is expediently located in a magnetic induction field of a suitable, preferably higher or high frequency, the filtrate (meaning the undissolved phases or substances) thereby dissolving again in the melt.
  • the undissolved phases or substances in the melt are expediently at least partially separated or locally enriched from the melt due to their density difference to the melt and at least partially dissolved or activated there again by overheating.
  • This separation process is expediently carried out by electromotive forces, electrovoltaic forces (meaning a kind of galvanic Element or an electrolytic cell) or by centrifugal forces, the melt running through special windings, through specially designed funnel arrangements or the like.
  • the separated undissolved phases or substances are expediently at least partially separated from the melt and overheated in a separate heating process in such a way that the undissolved phases or substances are at least partially dissolved and then continuously or discontinuously added to the melt to be treated .
  • the separate heating process can be carried out using an energy source based on arc heating, plasma heating, induction heating, laser beam heating, electron beam heating, ultrasound heating, resistance heating or heating with fossil fuels.
  • the undissolved phases or substances are preferably brought back into solution or activated by electrolysis. This applies both to the separated phases or substances and to the phases or substances which are present in the melt to be treated.
  • the electrodes required for the electrolysis preferably contain substances which have an improving, in particular grain-refining or ennobling effect, and which are dissolved in the melt.
  • the electrodes required for the electrolysis expediently further or alternatively contain substances which contribute to the better dissolution or activation of the undissolved phases or substances from the melt to be treated.
  • the above-mentioned electrolysis as a means of separating the phases and substances is also conceivable detached from the other features described above; In this respect, the electrolysis complex is of independent inventive importance.
  • the invention is of particular importance in the field of recycling aluminum and aluminum alloys.
  • the metallic impurities occurring there - which are often too high for further use and are therefore not tolerated - can only be reduced by adding pure aluminum and bringing them into the tolerance range of the alloy specification. In the future, therefore, an oversupply of aluminum alloys can certainly be expected, which does not seem to make much sense from an ecological point of view.
  • This problem is solved with the invention in such a way that these occurring impurities and mainly the intermetallic phases are converted to grain refining agents and are thus used sensibly and lucratively.
  • the process according to the invention aluminum alloys can be so fine that they are exceptionally well suited for the thixo casting and forging processes.
  • the comparatively expensive grain refining agents can advantageously be saved using the method according to the invention.
  • very high contents of conventional grain refining agents are required.
  • the method according to the invention can also be used to reprocess a considerable amount of the circuit material that occurs during the production of the casting technology directly in the foundry.
  • 1 shows a device for locally limited, partial, strong superheating of a cast material melt
  • 2 shows a micrograph of a conventionally grain-fine cast material after solidification
  • FIG. 3 shows a micrograph of a casting material according to the invention which has been fine-grain after solidification.
  • FIG. 1 shows an arrangement 10 for locally limited, partial, strong superheating of a material melt by means of a rotating impeller tube, in which a melting electrode, which consists of the material of the melt, is fed to the material melt.
  • a melting electrode which consists of the material of the melt
  • the melting electrode is e.g. uses the same aluminum alloy.
  • the material of the melting electrode is, in particular, recycling material.
  • the arrangement 10 has a known rotating impeller tube 12, which is provided with a concentric drive pulley 14 which is driven by a belt drive 16.
  • the lower end of the impeller tube 12 carries the impeller wheel 18, which is designed in the manner of a pump impeller and has a plurality of passages 20 leading radially outwards. All the passages 20 are connected to a central space 22 of the impeller wheel 18, which is open towards the inside of the impeller tube 12.
  • the impeller wheel 18 and the lower section of the impeller tube 12 are immersed in a material melt 24, which is located in a crucible 26.
  • a stationary rotary leadthrough 28 coaxially surrounding the impeller tube 12 for supplying inert gas through radial passages 30 in the region of the rotary leadthrough 28.
  • Another rotary leadthrough is arranged centrally on the upper end 32 of the impeller tube 12 which is closed at the end.
  • This rotary leadthrough 32 serves to lead through a wire electrode 36 which has been removed from a supply roll 34 and is made of the same material as the melt 24 (see above).
  • the melting electrode 36 is guided coaxially to the impeller tube 12 and is arranged with its lower end 38 opposite the melt front 40 in the central space 22 of the impeller wheel 18.
  • the melt 24 is supplied with inert gas, which is introduced into the melt 24 via the passages 22 in the impeller wheel 18. This corresponds to the normal procedure for degassing melts with the aid of impeller tube arrangements. If the melt 24 and the electrode 36 are now connected to a welding current source, an arc 42 is formed between the melt front 40 and the lower end 38 of the electrode 36, which causes the material of the electrode 36 to melt and drip into the melt 24 of the central one Room 22 of the impeller wheel 18 brings.
  • the arc 42 overheats the melt 24 located in the central space 22 of the impeller wheel 18, material (as a side effect) dripping from the electrode 36 into the melt 24. Due to the rotation of the impeller wheel 18, the drop of superheated grain lubricant, which cools rapidly when introduced into the melt 24, is distributed within the melt 24. Due to the increased temperature in the area of the melt front 40 within the impeller wheel 18 or the impeller tube 12 due to the formation of the arc 42, an improvement in the degassing effect of the melt 24 is achieved.
  • the arrangement 10 according to FIG. 1 represents an advantageous realization for a device for locally limited partial strong overheating of a material melt.
  • the impeller tube rotates, the entire amount of material melt is led past under the melting electrode. example 1
  • Fig. 2 and 3 each show a metallographic structure of the two samples for comparison.
  • the aluminum was first melted and heated to a casting temperature of 720 ° C.
  • An aluminum wire with a purity of 99.99 was added via an AC-powered electric arc under a protective gas atmosphere made of argon 4.8.
  • the proportion of aluminum wire was 2% of the aluminum melt used.
  • the melt was then poured and solidified at a casting temperature of 720 ° C. in a mold, diameter 60 mm, which was at room temperature. For comparison, the same aluminum was cast into this mold untreated under otherwise identical conditions.
  • the alloy to be refined to which no additional grain refining agent was added and which contains the usual amount of grain refining agent (0.2% by weight titanium content in this alloy), was a partial amount of 2% (of the alloy to be treated) removed and processed into a melting electrode (diameter approx. 6 mm).
  • the melt was then poured at 720 ° C into a Diez mold at 200 ° C, from which tensile bars were produced to determine the mechanical properties.
  • comparative samples were produced from the same alloy only by melting and pouring the return material. All samples were then heat-treated as follows: solution heat treatment at 515 ° C. for 4 hours and at 525 ° C. for 20 hours with subsequent quenching in water and aging at 180 ° C. for 6 hours.
  • the mechanical characteristics are shown in the following table.

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Abstract

Bei dem Verfahren zur Verbesserung von metallischen Gußwerkstoffen wird zunächst der Gußwerkstoff bis zum Schmelzen erhitzt und anschließend auf einer Temperatur gehalten, die bei oder oberhalb der Weiterverarbeitungstemperatur des Gußwerkstoffes liegt. Diese Schmelze wird durch lokal begrenzte Erhitzung partiell derart stark überhitzt, daß sich noch nicht gelöste Phasen und Substanzen der Schmelze zumindest teilweise auflösen und sich anschließend infolge der kühleren Schmelzenumgebung wieder abkühlen.

Description

Gusswerkstoffe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Gußwerkstoffen, insbesondere Metallen und Metallegierungen, insbesondere zur Verbesserung der Kornfei- nung, Veredelung und anderer mechanischer und/oder gießtech- nischer Eigenschaften des Gußwerkstoffs, wie z.B. das Spei- sungs-, Formfüllungs- und Fließvermögen-
Die Verwendung nahezu aller in der Technik eingesetzten Metalle und Metallegierungen setzt kontrollierte Gefügestrukturen vor- aus, die meist aus möglichst fein und gleichmäßig verteilten Kristalliten in den hergestellten Werkstoffen und Bauteilen bestehen sollen. Diese Gefügestrukturen legen prinzipiell die erzielbaren Gebrauchseigenschaften fest und sind gleichermaßen verantwortlich für eine Vielzahl notwendiger Behandlungsschrit- te, um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu realisieren. Insbesondere ist dies z.B. die bekannte Hall-Petch-Beziehung, wonach die Festigkeit eines metallischen Werkstoffes propor¬ tional zur reziproken Quadratwurzel der Kristallitgröße ist. Ebenso spielt die Kristallitgröße eine wichtige Rolle bei der zur Gefügeeinstellung notwendigen Wärmebehandlung, denn bei möglichst kleinen Kristallitgrößen sind die Seigerungs- d.h. die Konzentrationsunterschiede, die während der Erstarrung auf¬ treten, geringer, was sich direkt auf die erforderlichen Glüh¬ zeiten positiv auswirkt, da hierbei die die Konzentrations- unterschiede ausgleichenden Diffusionslängen geringer sind. In gießtechnischer Hinsicht lassen sich Metalle und Metallegierun¬ gen, die so behandelt sind, daß sie feinkörnig erstarren, wesentlich besser verarbeiten: Die Gießeigenschaften, insbe¬ sondere das Formfüllungs- und Fließvermögen sowie das Spei- sungsverhalten sind besser, die Warmrißneigung und die Poro¬ sität sind geringer. Auch bei der Herstellung und Weiterver¬ arbeitung von Halbzeugen sind möglichst feinkörnige Gefüge erforderlich, z.B. lassen sich Barren mit feinem Gefüge leicht und mit geringerer Fehlerneigung zu Flachprodukten walzen als Barren mit grobem Gefüge, das zu sogenannten Kornrissen neigt. Bleche und Folien aus feinkörnigen Gußbarren haben auch bessere Oberflächenqualitäten.
Am Beispiel von Aluminium und Aluminiumlegierungen sollen oben genannte Eigenheiten der Verbesserung stellvertretend für die industriell eingesetzten Metalle und Metallegierungen beschrie¬ ben werden.
Eine Verbesserung der Eigenschaften von Aluminium und den mei¬ sten Aluminiumlegierungen wird durch die sogenannte Kornfeinung bewirkt. Für hoch siliziumhaltige Aluminiumlegierungen kann eine weitere Verbesserung durch die sogenannte Veredelung vor- genommen, die oft noch zusätzlich durch eine Kornfeinung unter¬ stützt wird. Bei der Kornfeinung werden keimwirksame Kristal- lite der zu feinenden Aluminiumschmelze zugesetzt, die in der erstarrenden Schmelze nach gängiger Lehrmeinung als Keime für die sich darauf bildenden Kristalle wirken. Als vorteilhaft haben sich im Laufe der Zeit die intermetallische Verbindung Al3Ti und die Verbindung TiB2 sowie TiC herausgestellt und in der industriellen Anwendung bewährt.
Die Veredelung als ein Beispiel der Verbesserung der Eigen- Schäften von Gußwerkstoffen wird bei siliziumhaltigen Alumi¬ niumlegierungen vorwiegend mit Elementen wie Natrium oder Strontium vorgenommen, die bewirken, daß sich die bei der Er¬ starrung bildenden Siliziumkristalle in sehr feinkörniger Form ausscheiden. Wird diese Veredelung nicht vorgenommen, scheiden sich die sehr spröden Siliziumkristalle als grobe, scharfkanti¬ ge Kristalle aus, die das Gefüge sehr spröde machen und somit • die Gebrauchsfähigkeit der hieraus gefertigten Bauteile ein¬ schränken.
Bei der Veredelung durch z.B. Natriumzusätze begünstigt dieses Natrium eine gewisse Unterkühlung der Schmelze und damit eine feinkörnige eutektische KristallisationvonAluminium-Silizium- Schmelzen. Durch den Natriumzusatz verschiebt sich der eutekti¬ sche Punkt geringfügig. Die Veredelung von eutektischen und nah-eutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen behindert die PrimärausScheidung von körnigem Silizium bei Unterkühlung bis unterhalb der eutektischen Temperatur. Zur Erklärung der Ver¬ edelungswirkung von Natrium- oder Strontium-Zusätzen im Bereich von 100 ppm bis 200 ppm geht man von einer Keim-Inaktivierung des Aluminiumphosphits aus, die eine Primärausscheidung des eutektischen Siliziums unterdrückt und damit das entartete Eutektikum des körnigen Gefüges verhindert.
Im Stand der Technik werden verschiedene Verfahren zur Kornfei- nung vorgeschlagen. In der EP-A-0 178 502 wird ein Verfahren dargestellt, bei dem der Schmelze ein "Gut" zugeführt wird, das mittels eines Plasma-Lichtbogens feinverteilt in die Schmelze gelangt. Hierbei wird der Schmelze eine beträchtliche Wärme¬ menge zugeführt. Die Bauart der in der obigen Druckschrift skizzierten Anordnung läßt darauf schließen, daß eine effektive Entgasung und eine gründliche und schnelle Verteilung des ge¬ lösten Gutes nur schwer möglich ist. Desweiteren ist das in Fig. 2 der obigen Druckschrift dargestellte Bauteil einer ex¬ tremen thermischen Beanspruchung ausgesetzt, so daß die durch das Plasma stark erhitzte Schmelze bauartbedingt aus dem Rohr nur relativ langsam entweichen kann. Mit dem bekannten Verfah¬ ren lassen sich deshalb insgesamt nicht so gute Ergebnisse erzielen, wobei ein starker Verschleiß des Rohres zu erwarten ist, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens negativ beein¬ flußt. Gleiches gilt für die Verfahren gemäß US-A-4 793 971 und DE-A-38 28 613.
Aus US-A-5 160 533 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Stick¬ stoff über einen feststehenden Lichtbogen in die Schmelze ein¬ gebracht und direkt verteilt wird. Der Stickstoff reagiert bei den hohen Temperaturen des Lichtbogens mit der Aluminiumschmel¬ ze und bildet kornfeinend wirkendes Aluminiumnitrid. Diese Methode ist zwar aufgrund des relativ preiswerten Stickstoffes kostengünstig, führt allerdings auf die Dauer, d.h. mit zuneh¬ mendem Recycling, ebenso zu einer Anreicherung kornfeinend wirkender Substanzen, wie es bei den obigen bekannten Verfahren der Fall ist. Aluminiumnitrid ist als sehr hartes Material be¬ kannt. Sollte die gemäß US-A-5 160 533 keimwirksamen Partikel zu größeren Aggregaten agglomerieren, so würde bei einem sich an den Gießvorgang anschließenden Walzvorgang bei der Folien¬ herstellung eine Zerstörungsgefahr für die Walzen bzw. die Folie bestehen. Es ist außerdem fraglich, ob das bekannte Ver¬ fahren auch auf Schmelzen anwendbar ist, die nicht aus Alumi¬ nium und Silizium bestehen.
Weitere Schmelzebehandlungsverfahren sind aus W093/12261, GB-A- 2 014 615, DE-B-35 90 837, US-A-4 248 630 und WO90/00205 be¬ kannt.
Das zunehmende, in jedem Fall als positiv zu bewertende Recyc¬ ling von Aluminium und Aluminiumlegierungen führt hinsichtlich der kornfeinend wirkenden Kristallite auch zu einer Anreiche¬ rung derselben in den recycelten Legierungen. Dies kann zu Agglomeratbildung, unkontrollierter Anreicherung oder zu einem zu hohen Gehalt an Kornfeinungsmittel führen. Die Entfernung desselben ist schwierig. Gängig ist ein Verdünnen mit neuem Aluminium, was allerdings zu einer, sicherlich in Zukunft uner¬ wünschten Erhöhung des Bestandes an recycelten Aluminiumlegie¬ rungen führen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur weiteren Verbesserung (insbesondere auch Kornfeinung und/oder Veredelung) von Gußwerkstoffen, vorzugsweise Metalle und Metallegierungen zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine deut¬ liche Verringerung der Korngröße in der kornzufeinenden Metall- legierung zu erreichen im Vergleich zu bisherigen Maßnahmen. Die Veredelung von Aluminium-Silizium-Legierungen mit dem er- findungsgemäßen Verfahren führt ebenfalls zu einer Verbesse¬ rung, d.h. zu einer feineren Ausbildung der eutektischen Ge¬ fügeanteile. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Patent¬ ansprüche auf verschiedene Arten gelöst. Demnach sind verschie¬ dene Verfahrensvarianten möglich, die zu einer Verbesserung führen.
Nach der Erfindung wird eine Metall- oder Metallegierungs- schmelze zunächst konventionell behandelt und vor oder beim Abguß in die Gießform lokal stark erhitzt, so daß die Metall- legierungsschmelze partiell sehr stark überhitzt wird. Hier¬ durch wird eine Teilmenge der Schmelze derart überhitzt, daß alle in diesem thermischen Einzugsbereich befindlichen, ver¬ bessernd, insbesondere kornfeinend oder veredelnd wirkenden Kristallite des zugegebenen Behandlungsmittels innerhalb kürze- ster Zeit aufgeschmolzen und vollständig aufgelöst oder sonst¬ wie aktiviert werden. Diese Behandlungsmaßnahme kann sowohl an der Oberfläche der Metall- oder Metalllegierungsschmelze, als auch unter derselben erfolgen. Sobald die strömende Schmelze den Einflußbereich der Hitzeeinwirkung verläßt, kühlt sich der hocherhitzte Bereich schlagartig wieder auf die Gießtemperatur der übrigen Metallschmelze ab.
Erfindungsgemäß wird also die Metall- oder Metallegierungs- schmelze vor der gießtechnischen Verarbeitung wenigstens teil- weise lokal erhitzt und dadurch die Schmelze partiell so hoch erhitzt, daß die darin enthaltenen Substanzen aktiviert oder
' aufgelöst oder wenigstens teilweise aufgelöst werden und in der restlichen, nicht überhitzten Metallschmelze derart wirken, daß das metallische Gefüge nach der Erstarrung der Schmelze verbes- sert wird. Für den Fall der Kornfeinung von Aluminiumlegierungen scheiden sich durch diese hohe Abkühlgeschwindigkeit sehr kleine, korn¬ feinend wirkenden Kristallite direkt in der strömenden Schmelze aus und werden durch den weiteren Fließvorgang der Metall- schmelze intensiv in derselben verteilt. Überraschenderweise erfolgt hierdurch eine Kornfeinung des erstarrenden Gefüges.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in einer deutlichen Verbesserung der Gieß-, Erstarrungs- und Gebrauchseigenschaften.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die in der Gießerei be¬ währten Behandlungsschritte nicht geändert zu werden brauchen; es muß lediglich ein zusätzliches Gerät in der Nähe der zu be- handelnden Metallegierungsschmelze oder des Gießplatzes instal¬ liert werden, daß die lokale Überhitzung gewährleistet.
Zum Verständnis der Erfindung sei noch darauf hingewiesen, daß in der industriellen Praxis reine Metalle nicht existieren. Be- kanntermaßen ist es nämlich aus physikalischen und thermodyna- mischen Gründen unmöglich, ein reines Metall, d.h. ein Metall, das aus nur einem einzigen Element besteht, zu erzeugen. Daher befinden sich immer "Verunreinigungen" in mehr oder weniger starkem Ausmaß in "reinen Metallen" . Bestimmte Elemente lösen sich bei den in der Praxis üblichen Prozeßtemperaturen und -Zeiten; diese Elemente liegen daher völlig gelöst in den Metallschmelzen vor. Es gibt allerdings Verbindungen, die auch in reinen Metallen unter den üblichen Prozeßtemperaturen und -Zeiten nicht in Lösung gehen. Beispielsweise befinden sich in Aluminiumschmelzen intermetallische Verbindungen, die sehr hohe Schmelztemperaturen aufweisen, wie z.B. TiB2. Im Rahmen dieser Erfindung können definierte Schmelztemperaturen nicht angegeben werden, weil zwar "reine Metalle" einen Schmelzpunkt haben, jedoch Legierungen ein Schmelzintervall aufweisen und lediglich bei einer eutektischen Legierung wiederum ein Schmelzpunkt vor¬ liegt. Metallkundlich gesehen, gibt es noch weitere Kombinatio- nen aus Schmelzpunkten bzw. -intervallen. Die Schmelzintervalle werden üblicherweise durch die Liquidus- und Solidustemperatur angegeben. Für den Fall des reinen Metalls sind beide Tempera¬ turen gleich. Die erfindungsgemäße Aufheizurig des Gußwerkstoffs "bis zum Schmelzen" meint das Überschreiten der Liquidustempe- ratur, welche die technisch übliche Temperatur ist. Die Haupt¬ komponenten der Legierung sind dann vollständig aufgeschmolzen bzw. aufgelöst. Noch nicht gelöst sind die oben genannten hoch¬ schmelzenden Verbindungen, auch Phasen, Kristallite, Oxide, Boride, Karbide usw. genannt. Unter einem Gußwerkstoff sind im Rahmen dieser Erfindung insbesondere die in der industriellen Praxis angewandten Legierungen und Metalle mit ihrer jeweils technisch darstellbaren Reinheit gemeint.
Die Begriffe "lokal begrenzt" und "partiell" sollen im Rahmen dieser Erfindung bedeuten, daß die an diesem Ort eingebrachte Wärmeenergie (beispielsweise mittels Laser, Lichtbogen oder Induktion) lediglich zu einer örtlich begrenzten Überhitzung der Schmelze führt und nicht ausreicht, den Gußwerkstoff, von Raumtemperatur ausgehend, aufzuschmelzen oder zu überhitzen. Ein Hauptaspekt der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine partielle Überhitzung in einer Zone lediglich geringen Ausmaßes erfolgt; die eingebrachte Energie reicht also bei weitem nicht aus, die Schmelze flüssig zu halten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch diese partielle Überhitzung lediglich die teilweise Auflösung von in der Schmelze vorhandenen Phasen er¬ zielt. Der sich aus der Erfindung ergebende entscheidende Vor¬ teil ist, daß im Prinzip der Schmelzprozeß für die partielle starke Überhitzung nicht verändert werden muß und keine höheren Prozeßtemperaturen für die gesamte Schmelzenmenge erforderlich sind, was andernfalls einen erheblichen Einfluß auf die benö¬ tigten Zustellungen (Behältermaterial) der Schmelzöfen hätte, da diese bei höheren Temperaturen von der Schmelze stark ange¬ griffen würden. Dies hätte einen erhöhten Verschleiß der Zu- Stellung und eine Verunreinigung der Schmelze zur Folge. Sofern im Rahmen dieser Beschreibung von der Auflösung "einiger der in der Schmelze befindlichen Phasen" die Rede ist, soll folgende Erläuterung abgegeben werden. Für das Beispiel einer Aluminiumlegierung läßt sich bezogen auf die obige Aussage fol- gendes sagen: Die chemische Zusammensetzung dieser Legierung besteht zum einen aus den bewußt gewählten Legierungskomponen¬ ten und zum anderen aus den je nach Reinheitsgrad mehr oder weniger stets vorkommenden Verunreinigungen. Diese wiederum können aus verschiedenen chemischen Verbindungen bestehen, bei- spielsweise Oxide, Boride, Karbide, intermetallische Verbin¬ dungen usw. Oft sind deren Schmelztemperaturen höher als die Schmelztemperatur der eigentlichen Legierung, so daß sich auch in der Schmelze noch Anteile fester Verunreinigungen befinden. Um nun keine Wertung vorzunehmen, welche dieser Verunreinigun- gen gut oder schlecht sind, ist im Rahmen dieser Erfindung der metallkundlich korrekte Begriff "Phasen" gewählt worden.
Mit dem Begriff "Schmelzenumgebung" ist die Umgebung der par¬ tiell stark erhitzten Zone der Schmelze gemeint.
Eines der entscheidenden Merkmale der Erfindung ist ferner, daß der zu behandelnden Schmelze keine wirksamen Substanzen zuge¬ fügt werden, sondern vielmehr lediglich mit den in der Schmelze schon vorhanden Phasen eine Kornfeinungs- bzw. Veredelungswir- kung bei gleichzeitiger Entgasung der Schmelze erzielt wird. Das zugeführte Gas nimmt also nicht an der Kornfeinung teil, was auch durch die Bezeichnung "Inertgas" zum Ausdruck kommt. Das Rühren ist bei der Erfindung insofern wichtigt, als fort¬ laufend immer neue Schmelzenmengenteile partiell überhitzt werden und somit eine große Menge an aufgelösten Phasen ent¬ steht (vorstehende Aussage gilt insbesondere bei der Weiterbil¬ dung des Verfahrens gemäß Anspruch 38) .
In einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch festgestellt worden, daß eine überaus gute Verbesse¬ rung eintritt, wenn der zu behandelnden Metallegierungsschmelze ein hocherhitztes Metall zugegeben wird, daß in der Schmelze eine verbessernde Wirkung ausübt . Vorzugsweise kann dieses Metall bei der Kornfeinung von Aluminium und Aluminiumlegie¬ rungen aus der 4. Nebengruppe stammen, insbesondere eignen sich Titan oder Zirkonium. Desgleichen kann nach der Ausbildung dieses Verfahrens eine wirkungsvolle Veredelung siliziumhalti- ger Aluminiumlegierungen mit veredelnd wirkenden Elementen, insbesondere mit Natrium oder Strontium erfolgen. Selbstver¬ ständlich ist auch die Kornfeinung mit borhaltigen Legierungen, beispielsweise AlTi5Bl oder SiB2 oder dergleichen sehr wir¬ kungsvoll.
Dem Fachmann ist bekannt, daß eine hoch überhitzte Schmelze sehr grobkristallin erstarrt. Demgegenüber wurde mit der Erfin- düng überraschenderweise festgestellt, daß auch eine stark überhitzte arteigene Schmelze, die der zu behandelnden (Metall- legierungs-) Schmelze zugegeben wird, zu einer Verbesserung der Kornfeinung bzw. Veredelung führt.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, die partielle Überhitzung direkt im Schmelzgefäß vorzunehmen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Schmelze durch eine induktive Rührwirkung intensiv gemischt wird, und somit eine gleichmäßige Verteilung der behandelten Schmelze erfolgt. Die induktive Rührwirkung, z.B. beim Induk¬ tionsschmelzen, begünstigt allgemein die erfindungsgemäße Wir¬ kung der Verbesserung.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt wer- den, daß die partielle Überhitzung an der strömenden Metall¬ schmelze vorgenommen wird, derart, daß die Behandlung beim Ausgießen aus dem Schmelzgefäß, beim Eingießen in den Gießtüm¬ pel bzw. in die Zuführrinne oder in die Gießkokille erfolgt. Die Fließbewegung der Schmelze sorgt hierbei für eine intensive Vermischung der Behandelten mit der restlichen Schmelze. Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, die Metallegierungsschmelze mittels einer Induk¬ tionsheizeinrichtung partiell zu Überhitzen. Diese Heizeinrich¬ tung kann beispielsweise konzentrisch in Form einer Spule um ein schmelzebeständiges, isolierendes Rohr angeordnet sein, das von der zu behandelnden Schmelze durchströmt wird. Die elektro¬ magnetischen Daten sind dann so bemessen, daß die Schmelze an ihrer, der Innenseite des Rohres zugewandten Seite oberfächlich stark überhitzt wird. Die strömende Schmelze sorgt für eine intensive Vermischung der Behandelten mit der restlichen Schmelze.
Nach der Erfindung kann die partielle Überhitzung weiterhin mittels eines energiereichen Laserstrahles erfolgen, wobei einerseits die im Bereich der Überhitzung befindlichen Metalle und Verbindungen vollständig aufschmelzen und andererseits derart aktiviert werden, daß eine ungewöhnlich effektive Ver¬ besserung, insbesondere Kornfeinung oder Veredelung des zu behandelnden Metalles oder der Metallegierung erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt wer¬ den, daß die partielle Überhitzung mittels eines elektrisch beheizten Lichtbogens erfolgt, der entweder die Schmelze direkt über eine Permanentelektrode oder aber vorteilhafterweise über eine Abschmelzelektrode beheizt. Der Vorteil der Verwendung einer Permanentelektrode besteht insbesondere darin, daß keine selbstverzehrenden Elektroden beschafft werden müssen. Der Vor¬ teil des Einsatzes von Abschmelzelektroden besteht darin, daß zusätzliche Legierungselemente in die Schmelze eingebracht wer- den können. Insbesondere läßt sich auch arteigenes Material als Elektrode einsetzen. Bei geeigneter Auslegung der Lichtbogen¬ leistung lassen sich die zuzugebenden Behandlungsmaterialien sehr stark überhitzen.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Permanentelektrode derart ausgebildet, daß sie verbessernd wir- kende Zusätze enthält, die während der ÜberhitZungsbehandlung in die Schmelze übergehen.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die partielle Überhitzung mittels eines Plasma¬ brenners erfolgt. Der Vorteil besteht insbesondere in der Mög¬ lichkeit der sehr starken Überhitzung der Schmelze sowie in der Robustheit der Anlage. Über die Plasmaflamme lassen sich auch verbessernd wirkende Zusätze in die Schmelze einbringen bzw. eine Verbesserung mit z.B. dem gleichen Legierungszusatz er¬ reichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt wer¬ den, daß die partielle Überhitzung mittels eines Elektronen- Strahles erfolgt . Vorteilhafterweise lassen sich Elektronen¬ strahlen verlustfrei Scannen bzw. Ablenken, so daß hiermit sowohl größere Flächen gleichmäßig, als auch punktförmige Be¬ reiche lokal sehr stark überhitzt werden können, womit die Verbesserung lokal sehr genau gesteuert werden kann.
Mit dem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren der partiellen Überhitzung'der Metallegierungsschmelze ist über¬ raschenderweise auch eine Verbesserung zu erzielen, wenn die bislang bekannten, konventionellen Kornfeinungs- bzw. Verede- lungsmittel nicht zugegeben werden:
Es ist bekannt, daß einige der in der Schmelze befindlichen, metallischen Verunreinigungen wie z.B. Eisen, Silizium, Mangan usw. mit dem Aluminium intermetallische Verbindungen bilden. Diese sind während der technischen Verarbeitung und vor allem während der technischen Anwendung -in Form eines Bauteiles oder eines Halbzeuges- unerwünscht, da sie die Gebrauchseigenschaf¬ ten, insbesondere die mechanischen Eigenschaften sowie einige dekorative Eigenschaften ungünstig beeinflußen, z.B. wird die Duktilität des Werkstoffes verschlechtert oder es bilden sich grobe Oberflächenfehler an Walz- oder Pressprodukten aus. Bis- lang unbekannt ist die Tatsache, daß diese intermetallischen Verbindungen sehr stark kornfeinend wirken können, wenn sie durch die erfindungsgemäße partielle Überhitzung aktiviert wer¬ den bzw. als sehr feine Kristallite in der Schmelze vorliegen. Die Erfindung löst also das Problem der Verunreinigung durch intermetallische Verbindungen und wandelt sie um in nutzbrin¬ gende, die technischen Gebrauchseigenschaften verbessernde Legierungszusätze.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens ist vorgesehen, die Verunreinigungen, die sich in den häufig beim Gießprozeß verwendeten Gießfiltern ansam¬ meln, durch eine partielle Überhitzung aufzulösen, und als Kornfeinungsmittel effektiv zu nutzen.
Vorzugsweise wird das Filtrat vom Gießfilter desorbiert (abge¬ löst) , (partiell) überhitzt und zumindestens teilweise wieder in der Schmelze gelöst.
Das Gießfilter befindet sich zweckmäßigerweise in einem magne¬ tischen Induktionsfeld geeigneter, vorzugsweise höherer oder Hochfrequenz, wobei sich das Filtrat (gemeint sind die unge¬ lösten Phasen bzw. Substanzen) dadurch wieder in der Schmelze auflöst.
Der bei magnetischenWechselstrom-Induktionsfeldern auftretende Skin-Effekt führt zu einer partiellen Erhitzung und damit zu einer möglichst vollständigen Auflösung der ungelösten Phasen.
Zweckmäßigerweise werden die in der Schmelze befindlichen unge¬ lösten Phasen bzw. Substanzen aufgrund ihres Dichteunterschie¬ des zur Schmelze von dieser zumindest teilweise getrennt bzw. örtlich angereichert und dort zumindestens teilweise durch Überhitzung wieder aufgelöst bzw. aktiviert. Dieser Trennvor- gang erfolgt zweckmäßigerweise durch elektromotorische Kräfte, elektrovoltaische Kräfte (gemeint ist eine Art galvanisches Element bzw. eine Elektrolysezelle) oder durch Zentrifugalkräf¬ te, wobei die Schmelze durch besondere Windungen, durch beson¬ ders konstruierte Trichteranordnungen oder ähnlichem läuft.
Die abgetrennten ungelösten Phasen bzw. Substanzen werden zweckmäßigerweise zumindestens teilweise von der Schmelze ge¬ trennt und in einem separaten Aufheizprozeß derart überhitzt, daß die ungelösten Phasen bzw. Substanzen zumindestens teil¬ weise aufgelöst werden und danach der zu behandelnden Schmelze kontinuierlich oder diskontinuierlich wieder zugegeben werden.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn der separate Aufheizprozeß in einem "Durchlauferhitzer" erfolgt.
Alternativ kann der separate Aufheizprozeß mittels einer Ener¬ giequelle auf der Basis von Lichtbogenbeheizung, Plasmabehei¬ zung, Induktionsbeheizung, Laserstrahlbeheizung, Elektronen- strahlbeheizung, Ultraschallbeheizung, Widerstandsbeheizung oder Beheizung mit fossilen Brennstoffen erfolgen.
Vorzugsweise werden die ungelösten Phasen bzw. Substanzen durch eine Elektrolyse wieder in Lösung gebracht bzw. aktiviert. Dies gilt sowohl für die abgetrennten Phasen bzw. Substanzen als auch für die Phasen bzw. Substanzen, die in der zu behandelnden Schmelze vorhanden sind.
Vorzugsweise enthalten die zur Elektrolyse benötigten Elektro¬ den verbessernd, insbesondere kornfeinend oder veredelnd, wir¬ kende Substanzen, die in der Schmelze gelöst werden.
Die zur Elektrolyse benötigten Elektroden enthalten zweckmäßi¬ gerweise ferner oder alternativ Substanzen, die zur besseren Lösung bzw. Aktivierung der ungelösten Phasen bzw. Substanzen- aus der zu behandelnden Schmelze beitragen. Die vorstehend erwähnte Elektrolyse als Mittel zur Trennung der Phasen und Substanzen ist auch losgelöst von den übrigen oben beschriebenen Merkmalen denkbar; insofern kommt dem Elektro¬ lyse-Komplex eine selbständige erfinderische Bedeutung zu.
Besondere Bedeutung hat die Erfindung im Bereich des Recyclings von Aluminium und Aluminiumlegierungen. Die dort auftretenden metallischen Verunreinigungen - die oft für den weiteren Ein¬ satz zu hoch sind und deshalb nicht toleriert werden - können nur durch Zusatz von Reinaluminium reduziert und in den Tole¬ ranzbereich der Legierungsspezifikation gebracht werden. In Zukunft ist daher sicherlich mit einem Überangebot an Alumi¬ niumlegierungen zu rechnen, was unter ökologischen Gesichts¬ punkten wenig sinnvoll erscheint. Dieses Problem wird mit der Erfindung gelöst derart, daß diese auftretenden Verunreinigun¬ gen und hauptsächlich die intermetallischen Phasen zu Kornfei- nungsmittel umgewandelt, und somit sinnvoll und lukrativ ge¬ nutzt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Aluminiumlegie¬ rungen derart kornfeinen, daß sie außergewöhnlich gut für die Thixogieß- und -schmiedeverfahren geeignet sind. Vorteilhafter¬ weise lassen sich unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens die vergleichsweise teuren Kornfeinungsmittel einspa- ren. Für die Kornfeinung von Thixogieß- und -schmiedelegierun- gen sind nämlich sehr hohe Gehalte an herkömmlichem Kornfei¬ nungsmittel erforderlich. Günstigerweise kann auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine erhebliche Menge an bei der gießtechnischen Herstellung auftretendem Kreislaufmaterial direkt in der Gießerei wieder aufgearbeitet werden.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur lokal begrenzten, partiellen, starken Überhitzung einer Gußwerkstoff-Schmelze, Fig. 2 ein Schliffbild eines konventionell korngefeinten Gu߬ werkstoffs nach der Erstarrung und
Fi.g 3 ein Schliffbild eines erfindungsgemäß korngefeinten Gußwerkstoffs nach der Erstarrung.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung 10 zur lokal begrenzten, partiel¬ len, starken Überhitzung einer Materialschmelze mittels eines rotierenden Impellerrohres, in dem der Materialschmelze eine Abschmelzelektrode zugeführt wird, die aus dem Material der Schmelze besteht. Wenn es sich bei dem Material der Schmelze z.B. um eine Aluminiumlegierung handelt, so wird für die Ab¬ schmelzelektrode z.B. die gleiche Aluminiumlegierung verwendet. Bei dem Material der Abschmelzelektrode handelt es sich insbe- sondere um Recycling-Material.
Die Anordnung 10 weist ein an sich bekanntes, rotierendes Im¬ pellerrohr 12 auf, das mit einer konzentrischen Antriebsscheibe 14 versehen ist, die von einem Riementrieb 16 angetrieben wird. Das untere Ende des Impellerrohres 12 trägt das nach Art eines Pumpenlaufrades ausgebildete Impellerrad 18, das mehrere radial nach außen führende Durchlässe 20 aufweist. Sämtliche Durchläs¬ se 20 sind mit einem zentralen Raum 22 des Impellerrades 18 verbunden, der im Innern des Impellerrohres 12 hin offen ist. Das Impellerrad 18 und der untere Abschnitt des Impellerrohres 12 sind in eine Materialschmelze 24 eingetaucht, die sich in einem Tiegel 26 befindet.
Am oberen Ende des Impellerrohres 12 befindet sich eine das Impellerrohr 12 koaxial umgebende stationäre Drehdurchführung 28 zum Zuführen von Inertgas durch radiale Durchlässe 30 im Bereich der Drehdurchführung 28. Eine weitere Drehdurchführung ist zentral am oberen stirnseitigen geschlossenen Ende 32 des Impellerrohres 12 angeordnet. Diese Drehdurchführung 32 dient zum Durchführen einer von einer Vorratsrolle 34 abgenommenen Drahtelektrode 36 aus dem gleichen Material wie die Schmelze 24 (s. oben) . Die Abschmelzelektrode 36 ist innerhalb des Im¬ pellerrohres 12 koaxial zu diesem geführt und ist mit ihrem unteren Ende 38 der Schmelzenfront 40 im zentralen Raum 22 des Impellerrades 18 gegenüberliegend angeordnet.
Bei Rotation des Impellerrohres 12 und Zuführung von Inertgas durch die Drehdurchführung 28 und die Durchlässe 30 in das Im¬ pellerrohr 12 hinein wird der Schmelze 24 Inertgas zugeführt, das über die Durchlässe 22 im Impellerrad 18 in die Schmelze 24 eingebracht wird. Dies entspricht der normalen Vorgehenswei¬ se bei der Entgasung von Schmelzen mit Hilfe von Impellerrohr- anordnungen. Werden nun die Schmelze 24 und die Elektrode 36 mit einer Schweißstromquelle verbunden, so bildet sich zwischen der Schmelzenfront 40 und dem unteren Ende 38 der Elektrode 36 ein Lichtbogen 42, der das Material der Elektrode 36 zum Schmelzen und zum Abtropfen in die Schmelze 24 des zentralen Raumes 22 des Impellerrades 18 bringt. Der Lichtbogen 42 über¬ hitzt die in dem zentralen Raum 22 des Impellerrades 18 befind¬ liche Schmelze 24, wobei (als Nebeneffekt) Material von der Elektrode 36 in die Schmelze 24 hineintropft. Durch die Rota¬ tion des Impellerrades 18 wird der Tropfen überhitzten Kornfei- nungsmittels, das sich beim Einbringen in die Schmelze 24 rasch abkühlt, innerhalb der Schmelze 24 verteilt. Aufgrund der er¬ höhten Temperatur im Bereich der Schmelzenfront 40 innerhalb des Impellerrades 18 bzw. des Impellerrohres 12 infolge der Ausbildung des Lichtbogens 42 wird eine Verbesserung der Ent¬ gasungswirkung der Schmelze 24 erzielt.
Die Anordnung 10 gemäß Fig. 1 stellt eine vorteilhafte Reali- sierung für eine Vorrichtung zur lokal begrenzten partiellen starken Überhitzung einer Materialschmelze dar. Bei Rotation des Impellerrohres wird die gesamte Menge an Materialschmelze unter der Abschmelzelektrode vorbeigeführt. Beispiel 1
Kornfeinung von Reinaluminium
Bei Aluminium der Reinheit 99,85 konnte mittels der erfindungs¬ gemäßen Kornfeinung ohne Kornfeinungsmittel eine deutliche Ver¬ ringerung der Korngröße - verglichen mit nicht gefeintem Ver¬ gleichsmaterial - festgestellt werden. Fign. 2 und 3 zeigen jeweils einen metallographischen Gefügeschliff der beiden Pro- ben zum Vergleich. Hierbei wurde zunächst das Aluminium aufge¬ schmolzen und bis zur Gießtemperatur von 720 °C erhitzt. Die Zugabe eines Aluminiumdrahtes der Reinheit 99,99 erfolgte über einen wechselstromgespeisten elektrischen Lichtbogen unter einer Schutzgasatmosphäre aus Argon 4.8. Der Anteil an Alumi- niumdraht betrug 2 % der eingesetzten Aluminiumschmelze. An¬ schließend wurde die Schmelze mit einer Gießtemperatur von 720 °C in eine, auf Raumtemperatur befindliche Kokille, Durch¬ messer 60 mm, vergossen und erstarrt. Zum Vergleich wurde das gleiche Aluminium auch unbehandelt unter sonst gleichen Bedin- gungen in diese Kokille vergossen.
Beispiel 2
Kornfeinung einer Aluminiu legierung AlCu4,5AglTiMg
Die Versuche wurden zur Deutlichmachung des Potentials der Erfindung mit Rücklaufmaterial, d.h. im Prinzip mit Material, das zum Recycling ansteht, durchgeführt.
Der kornzufeinenden Legierung, der keinerlei zusätzliches Korn- feinungsmittel zugeführt wurde und die übliche Menge an Korn- feinungsmittel enthält (0,2 Gew.-% Titangehalt in dieser Legie¬ rung) , wurde eine Teilmenge von 2 % (von der zu behandelnden Legierung) entnommen und zu einer Abschmelzelektrode (Durchmes- ser ca. 6 mm) verarbeitet. Die nach dem Erreichen der Gießtem¬ peratur von 720 °C vorgenommene Zugabe dieser Teilmenge mittels eines wechselstromgespeisten Lichtbogens erfolgte unter Argon 4.8. Anschließend wurde die Schmelze bei 720 °C in eine 200 °C warme Diez-Kokille vergossen, woraus Zugstäbe zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften hergestellt wurden. Desgleichen wurden aus der gleichen Legierung lediglich durch Aufschmelzen und Vergießen des Rücklaufmaterials Vergleichsproben herge¬ stellt. Anschließend wurden alle Proben wie folgt wärmebehan¬ delt: Lösungsglühung bei 515 °C für 4 Stunden und bei 525 °C für 20 Stunden mit anschließendem Abschrecken in Wasser und einer Auslagerung bei 180 °C für 6 Stunden. Die mechanischen Kennwerte sind in folgender Tabelle dargestellt.
erfindungsgemäße herkömmliche Korn¬ Kornfeinung feinung
Zugfestigkeit Rm in 460 430 N/mm2
Streckgrenze Rp0,2 n 420 400 N/mm2
Bruchdehnung A in % 6 3

Claims

ANSPRUCHE
1. Verfahren zur Verbesserung von metallischen Gußwerkstof- fen, bei dem der Gußwerkstoff bis zum Schmelzen erhitzt wird, die Schmelze auf einer Temperatur gehalten wird, die unterhalb, bei oder oberhalb der Weiterverarbeitungs- temperatur des Gußwerkstoffes liegt, und ein Teil der Schmelze durch lokal begrenzte Erhitzung partiell derart stark überhitzt wird, daß zumindest einige der darin befindlichen Phasen und/oder Substan¬ zen aktiviert werden und/oder sich noch nicht gelöste Phasen und Substanzen der Schmelze zumindest teilweise auflösen und sich anschließend infolge der kühleren Umgebung wesentlich feiner verteilt wieder abkühlen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze vor der lokal begrenzten Überhitzung ein Behand¬ lungsmittel, insbesondere ein Kornfeinungsmittel und/oder ein Veredelungsmittel zugegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmittel im festen Aggregatzustand der Schmelze zugegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze vor der lokal begrenzten Überhitzung ein Behand¬ lungsmittel, insbesondere ein Kornfeinungsmittel und/oder ein Veredelungsmittel aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß"die Schmelze an einer stationären Wär¬ mequelle zur lokal begrenzten partiellen Überhitzung der Schmelze vorbeigeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß eine Wärmequelle zur lokal begrenzten partiellen Überhitzung der Schmelze relativ zur Schmelze bewegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Schmelze im Schmelzgefäß, während des Gießvorgangs oder im Gießtümpel, oder - beim Strang¬ gießen - in der Zuführrinne oder in der Gießkokille lokal begrenzt partiell überhitzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Schmelze mittels einer hochenerge¬ tischen Wärmequelle, insbesondere mittels eines Laser¬ strahls, eines Elektronenstrahls, eines Plasmastrahls, eines Lichtbogens oder eines Induktionsfeldes lokal be¬ grenzt partiell stark überhitzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Schmelze lokal begrenzt eine stark überhitzte andere Schmelze zugegeben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zugegebene andere Schmelze vor der Zugabe auf einer sol¬ chen Temperatur gehalten wird, daß im wesentlichen sämt¬ liche der darin befindlichen Phasen und/oder Substanzen vollständig gelöst vorliegen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die separat stark überhitzte andere Schmelze die gleiche chemische Zusammensetzung aufweist wie die partiell zu überhitzende Schmelze, der sie zugegeben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich¬ net, daß die stark überhitzte andere Schmelze kornfeinend wirkende Metalle insbesondere der 4. Nebengruppe, vorzugs¬ weise Titan und/oder Zirkonium auf eist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die stark überhitzte andere Schmelze veredelnd wirkende Metalle insbesondere der 2. und/oder 3. Hauptgruppe, vorzugsweise Natrium und/oder Strontium aufweist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die stark überhitzte andere Schmelze im Schmelzgefäß, während des Gießvorgangs oder im Gießtümpel, oder - beim Stranggießen - in der Zuführrinne oder in der Gießkokille zugegeben wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Schmelze bei lokal begrenzter par¬ tiell starker Überhitzung im übrigen Bereich auf ihrer Gießtemperatur gehalten wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß "die Schmelze bei lokal begrenzter par¬ tiell starker Überhitzung im übrigen Bereich auf einer nur wenig oberhalb der Liquidustemperatur liegenden Temperatur vorzugsweise bei 1 bis 300 K und insbesondere 1 bis 200 K über der Liquidustemperatur gehalten wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die lokal begrenzte partielle Über¬ hitzung derart stark ist, daß alle in diesem Überhitzungs- bereich befindlichen Phasen der Schmelze vollständig auf¬ gelöst werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß sich die zu behandelnde Schmelze unter einer Inertgasatmosphäre befindet und die lokal begrenzte partielle Überhitzung unter einer Inertgasatmosphäre er¬ folgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die lokal begrenzte Überhitzung unter einer Inertgasatmosphäre erfolgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die lokal begrenzte partielle Über¬ hitzung an der Schmelzenoberfläche erfolgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die lokal begrenzte partielle Über¬ hitzung unterhalb der Schmelzenoberfläche erfolgt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das insbesondere während eines Abgie߬ vorgangs der Schmelze in einem Gießfilter angesammelte Filtrat durch die lokal begrenzte partielle Überhitzung aufgelöst wird. .
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrat zurückgehaltenes Kornfeinungs- und/oder Ver¬ edelungsmittel oder sonstige keimwirksame und/oder verede¬ lungswirksame Substanzen aufweist.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Filtrat vom Gießfilter desorbiert wird, überhitzt wird und zumindestens teilweise wieder in der Schmelze gelöst wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß sich das Gießfilter in einem magneti¬ schen Induktionsfeld geeigneter, vorzugsweise höherer oder Hochfrequenz, befindet und sich das Filtrat dadurch wieder in der Schmelze auflöst.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der bei magnetischen Wechselstrom-Induktionsfeldern auf¬ tretende Skin-Effekt zu einer partiellen Erhitzung und damit zu einer möglichst vollständigen Auflösung der unge¬ lösten Phasen führt.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die in der Schmelze befindlichen unge¬ lösten Phasen bzw. Substanzen aufgrund ihres Dichteunter¬ schiedes zur Schmelze von dieser zumindest teilweise ge¬ trennt bzw. örtlich angereichert werden und dort zumin¬ destens teilweise durch Überhitzung wieder aufgelöst bzw. aktiviert werden.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennvorgang durch elektromotorische Kräfte erfolgt.
29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennvorgang durch elektrovoltaische Kräfte erfolgt.
30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennvorgang durch Zentrifugalkräfte erfolgt.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die abgetrennten ungelösten Phasen bzw. Substanzen zumindestens teilweise von der Schmelze ge¬ trennt werden und in einem separaten Aufheizprozeß derart überhitzt werden, daß die ungelösten Phasen bzw. Substan¬ zen zumindestens teilweise aufgelöst werden und danach der zu behandelnden schmelze kontinuierlich oder diskonti¬ nuierlich wieder zugegeben werden.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der separate Aufheizprozeß in einer Art Durchlauferhitzer erfolgt.
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeich¬ net, daß der separate Aufheizprozeß mittels einer Energie¬ quelle auf der Basis von Lichtbogenbeheizung, Plasmabe¬ heizung, Induktionsbeheizung, Laserstrahlbeheizung, Elek- tronenstrahlbeheizung, Ultraschallbeheizung, Widerstands¬ beheizung oder Beheizung mit fossilen Brennstoffen er¬ folgt.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die ungelösten Phasen bzw. Substanzen durch eine Elektrolyse wieder in Lösung gebracht werden bzw. aktiviert werden.
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Elektrolyse benötigte Elektrode verbessernd, ins¬ besondere kornfeinend oder veredelnd, wirkende Substanzen enthält, die in der Schmelze gelöst werden.
36. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Elektrolyse benötigte Elektrode Substanzen ent¬ hält, die zur besseren Lösung bzw. Aktivierung der unge¬ lösten Phasen bzw. Substanzen aus der zu behandelnden Schmelze beitragen.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Schmelze arteigenes Material zuge¬ führt wird, daß mittels eines Plasmabrenners, einer Licht¬ bogenelektrode oder einer sonstigen Hochenergiequelle überhitzt wird derart, daß im wesentlichen sämtliche darin befindlichen Substanzen bzw. Phasen aufgelöst und/oder aktiviert werden.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß eine als Draht vorliegende Abschmelz¬ elektrode (36) vorgesehen ist, die koaxial durch ein sich drehendes Impellerrohr (12) der Schmelze (24) aus zu ver- besserndem Gußwerkstoff zugeführt wird, wobei die Ab¬ schmelzelektrode (36) in einem ionisierbaren Inertgasstrom kontinuierlich der Schmelzenfront (40) zugeführt wird und diese vermittels eines sich ausbildenden Lichtbogens (42) lokal begrenzt partiell stark überhitzt wird, wobei sich sowohl die in der Abschmelzelektrode als auch die in der Schmelze befindlichen höherschmelzenden Phasen mindestens teilweise auflösen und diese aufgrund der Rotation des Impellerrohres (12) unter gleichzeitiger Entgasung der Schmelze (24) durch den Inertgasstrom mit der Schmelze (24) vermischt werden.
39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschmelzelektrode (36) aus einem Material besteht, das artgleich dem Material der zu behandelnden Schmelze ist.
40. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschmelzelektrode (36) aus reinem Metall besteht.
41. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschmelzelektrode (36) eine Permanentelektrode ist.
42. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß sich an der Oberfläche und/oder im Bodensatz der Schmelze eine reaktive Schichtung befindet, aus der insbesondere bei der lokal begrenzten partiellen starken Überhitzung Phasen und/oder Substanzen in die Schmelze übergehen.
43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bodensatz befindlichen ungelösten Phasen partiell überhitzt werden, so daß sie sich zumindest teilweise auflösen.
44. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Schmelze aus Recyclingschrott bzw. -material besteht, und metallische und/oder nichtmetalli¬ sche Verunreinigungen aufweist.
45. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 44 zur Verbesserung des Gießverhaltens von Metall oder Metalllegierungen, insbesondere Aluminiumlegierungen bei einem Thixogießverfahren.
46. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 44 zur Kornfeinung von insbesondere metallischen Gußwerk¬ stoffen, vorzugsweise von Aluminium oder Aluminiumlegie¬ rungen.
47. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 44 zur Veredelung von insbesondere metallischen Gußwerk¬ stoffen, vorzugsweise Aluminiumlegierungen.
48. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 44 zur Kornfeinung und Veredelung von insbesondere metal¬ lischen Gußwerkstoffen, vorzugsweise Aluminiumlegierungen.
49. Gußteil, erhältlich durch Erstarrung einer nach einem der Ansprüche 1 bis 48 behandelten Schmelze.
50. Gußteil nach Anspruch 49, nachbehandelt gemäß einem Form- gebungs- und/oder Behandlungsverfahren zur Herstellung eines Halbzeuges oder Bauteils.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3947265A (en) * 1973-10-23 1976-03-30 Swiss Aluminium Limited Process of adding alloy ingredients to molten metal
FR2415148A1 (fr) * 1978-01-24 1979-08-17 Asea Ab Procede pour injecter de la matiere dans une masse fondue metallique
EP0115292A2 (de) * 1983-01-31 1984-08-08 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen von Kupfer-Chrom-Schmelzlegierungen als Kontaktwerkstoff für Vakuum-Leistungsschalter
US4493732A (en) * 1982-04-01 1985-01-15 Klockner-Humboldt-Deutz Ag Method for implementing pyro-metallurgical processes
EP0173425A1 (de) * 1984-06-18 1986-03-05 TEXAS GULF MINERALS & METALS, INC. Verfahren zum Gewinnen von Metallen der Platingruppe
EP0178502A1 (de) * 1984-09-27 1986-04-23 Aluminum Company Of America Verfahren zur Herstellung von Legierungen
GB2189508A (en) * 1985-08-16 1987-10-28 Bruss Ti Kirova Method and device for treatment of melt
EP0247354A1 (de) * 1986-04-22 1987-12-02 Necchi Societa Per Azioni Verfahren zur Zugabe von metallischen Elementen zur Metallgussstücken
WO1990000205A1 (en) * 1988-06-30 1990-01-11 Norsk Hydro A.S Method for grain refining of metals

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3947265A (en) * 1973-10-23 1976-03-30 Swiss Aluminium Limited Process of adding alloy ingredients to molten metal
FR2415148A1 (fr) * 1978-01-24 1979-08-17 Asea Ab Procede pour injecter de la matiere dans une masse fondue metallique
US4493732A (en) * 1982-04-01 1985-01-15 Klockner-Humboldt-Deutz Ag Method for implementing pyro-metallurgical processes
EP0115292A2 (de) * 1983-01-31 1984-08-08 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen von Kupfer-Chrom-Schmelzlegierungen als Kontaktwerkstoff für Vakuum-Leistungsschalter
EP0173425A1 (de) * 1984-06-18 1986-03-05 TEXAS GULF MINERALS & METALS, INC. Verfahren zum Gewinnen von Metallen der Platingruppe
EP0178502A1 (de) * 1984-09-27 1986-04-23 Aluminum Company Of America Verfahren zur Herstellung von Legierungen
GB2189508A (en) * 1985-08-16 1987-10-28 Bruss Ti Kirova Method and device for treatment of melt
EP0247354A1 (de) * 1986-04-22 1987-12-02 Necchi Societa Per Azioni Verfahren zur Zugabe von metallischen Elementen zur Metallgussstücken
WO1990000205A1 (en) * 1988-06-30 1990-01-11 Norsk Hydro A.S Method for grain refining of metals

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