DE3018290A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen feinkoerniger gusstuecke - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Gußstücken mit feinkörnigem Gefüge.

Bei der Gußfabrikation von Metallerzeugnissen ist es manchmal wichtig, daß ein Gußstück.hergestellt wird, welches nachfolgend verformt werden kann, -um demselben die angestrebten Festigkeits- und andere Eigenschaften zu erteilen- So kann es z.B. erforderlich sein, Gußstücke einer Warmverformung zu unterwerfen, indem man dieselben mehrfach zwecks Verfestigung schmiedet. In Fällen, in welchen die Korngröße des Gußstückes groß ist, kann die Warmverformung eine Vielzahl von Stufen umfassen. Es versteht sich, daß ein derartiges Verarbeiten zeit- und energieaufwendig ist. Als Folge der in Gußstücken häufig anzutreffenden großen Korngrößen sowie als Folge der lang dauernden, aber erforderlichen Schmiede- und Walzverformungen, besitzen solche Gußstücke eine Rißneigung, was solche Gußstücke wirtschaftlich wertlos macht.

Gäbe es ein befriedigendes Verfahren zum technischen Herstellen feinkörniger Gußstücke,, so wäre es möglich, die Warmverformungen zu vereinfachen,und die Kosten zu senken und dennoch ein Erzeugnis mit gesteigerter Qualität zu erhalten.

Bekannte Verfahren zum Herstellen feinkörniger Gußstücke umfassen das Vergießen zerstäubter Metallschmelzen sowie das Vergießen von Metallschmelzen nach teilweiser Erstarrung. Das Zerstäubungsverfahren bedarf eines Inertgases zum Atomisieren der Metallschmelze und diese zerstäubte Metallschmelze wird sodann in einem Behälter aufgefangen, bevor sie· erstarrt ist.

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Die Zerstäubungsverfahren haben sich jedoch als unbefriedigend herausgestellt, da ein Teil des zur Zerstäubung benutzten Inertgases in das metallische Gußerzeugnis eingeschleppt wird, was dessen Qualität herabsetzt. Werden Metallschmelzen nach teilweiser Erstarrung abgegossen, so ist es erforderlich, daß die Temperaturen über die Gesamtdauer des Verfahrens sorgfältig überwacht und konstant gehalten werden, da das Metall im breiigen Zi stand vergossen wird. Das Erfordernis nach sorgfältiger Steuerung kompliziert notwendigerweise die Durchführung dieses bekannten Verfahrens.

Unter der Bezeichnung "Tropfenguß" (drip casting) ist mit sich verbrauchenden Elektroden gearbeitet worden, wolche erhitzt werden, um eine schmelzflüssige Legierung zn liefern. Diese Legierung wird sodann in ein Gießgefäß oder ein Induktions-Haltegefäß gebracht, aus welchem die Legierungsschmelze in eine wassergekühlte Form abgegossen wird. Die Verwendung eines Gießgefäßes oder Gießtrichters erfordert jedoch eine Vorwärmung desselben, um eine vorzeitige Erstarrung der Schmelze zu verhindern. Eine Vorrichtung zum Durchführen des in Rede stehenden Verfahrens ist in Fig. 3 der US-Patentschrift 3 847 205 sowie der US-Patentschrift 3 920 062 dargestellt. Auf die genannte Druckschriften wird ausdrücklich Bezug genommen. Dieses zumeist als Trichter ausgebildete Gießgefäß gestaltet somit den Arbeitsablauf schwieriger und erfordert komplizierte Einrichtungen, wobei sowohl die Arbeitsweise als auch die Einrichtungen sorgfältig gesteuert und überwacht werden müssen.

Die Erfindung verfolgt somit das Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen feinkörniger Gußerzeugnisse zu schaffen, so daß die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen feinkörniger Gußerzeugnisse aus vorlegiertem Metall umfaßt eine abgeschlossene Kammer zum Ausbilden eines Lichtbogens in derselben, wobei wenigstens eine der Elektroden als Gußblock mit einer Zusammensetzung ausgebildet ist, welche der chemischen Zusammensetzung des angestrebten Gußerzeugnisses entspricht. Ferner umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung Einrichtungen zum Steigern der Temperatur der ersten und der zweiten Elektrode bis zum Schmelzpunkt wenigstens der erstgenannten Elektrode, so daß eine Metallschmelze entsteht, welche von der genannten Elektrode abtropft. Ferner ist eine offenendige Form oder Kokille so angeordnet, daß die abtropfende Metallschmelze von dieser Elektrode direkt in die Kokille hineinfällt.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Oszillationseinrichtungen für die erste und die zweite Elektrode vorgesehen, so daß die beiden Elektroden relativ zueinander oszillieren können. Wahlweise können auch Einrichtungen zum Rotieren der ersten und der zweiten Elektrode vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Elektroden, in entgegengesetzten Richtungssinnen in Rotation versetzt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen feinkörniger Gußstücke aus vorlegiertem Metall umfaßt die folgenden Schritte: Es werden erste und zweite Elektroden innerhalb einer geschlossenen Kammer angeordnet, wobei die erste und die zweite Elektrode so voneinander im Abstand angeordnet werden, daß zwischen ihnen ein Spalt entsteht. Wenigstens eine dieser Elektroden ist als Metallblock (Gußblock) mit einer solchen Zusammensetzung, wie für das angestrebte fertige Gußstück vorgesehen, ausgebildet. Die erste und zweite Elektrode werden auf eine

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hinreichende Temperatur erhitzt, um wenigstens die eine Elektrode zum Schmelzen zu bringen, so daß Metalltropfen von dieser Elektrode in eine Form hineinfallen, in welcher das abgeschmolzene Metall wenigstens teilweise erstarrt. Die Besonderheit der Erfindung liegt darin, daß die Metalltropfen dazu veranlaßt werden, direkt von der in Rede stehenden Elektrode in die Gießform hineinzufallen, wodurch ein Gußstück mit feinkörnigem-Gefüge erhalten wird.

Beim Durchführen des erfindungsgemaßen Verfahrens kann die Elektrode oder können die die sich verbrauchende vorlegierte. Elektrode umfassenden Elektroden derart oszilliert werden, daß die Elektroden gleichmäßig abschmelzen. Außerdem können auch einstellbare Stromquellen verwendet werden, um in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt der jeweiligen Elektroden unterschiedliche Spannungen an die Elektroden anzulegen.

Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in einer Vorrichtung zum Herstellen feinkörniger Gußstücke aus vorlegiertem Metall und die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine geschlossene Kammer, erste und zweite Elektroden, die zwischen sich einen Spalt ausbildend innerhalb dieser Kammer angeordnet sind, wobei zwischen den Elektroden ein Lichtbogen aufrechterhaltbar ist, wenigstens eine dieser Elektroden besitzt eine chemische Zusammensetzung, welche der Zusammensetzung des herzustellenden Gußstückes entspricht. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Temperatur der ersten und zweiten Elektroden bis zum Schmelzpunkt der wenigstens einen Elektrode zu steigern, so daß die Elektrode zum Schmelzen gebracht wird und Metalltropfen von dieser Elektrode herabfallen. Eine offenendige Gießform (Kokille) ist so angeordnet, daß die von der Elektrode abschmelzenden Metalltropfen direkt in sie hineinfallen.

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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen feinkörniger Gußstücke aus vorlegiertem Metall umfaßt die folgenden Schritte: Es werden erste und zweite Elektroden innerhalb einer geschlossenen Kammer so angeordnet, daß zwischen den beiden Elektroden ein Spalt ausgebildet ist, wobei wenigstens eine der beiden Elektroden eine chemische Zusammensetzung aufweist, welche der chemischen Zusammensetzung des herzustellenden legierten Gußstückes, welches kontinuierlich abgegossen wird, entspricht. Die Elektroden werden hinreichend erwärmt, um die wenigstens eine Elektrode zu schmelzen, so daß Metalltropfen von dieser wenigstens einen Elektrode in eine Gießform (Kokille) hineintropfen, in welcher die Metallschmelze wenigstens teilweise erstarrt. Der besondere Aspekt der Erfindung besteht darin, daß das geschmolzene Metall dazu veranlaßt wird, direkt von der wenigstens einen Elektrode in eine Gießform hineinzutropfen, so daß ein Gußstück mit feinkörnigem Gefüge erhalten wird.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführung sb ei spx el en unter Bezug auf die Zeichnung., In dieser zeigt:

Pig. 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen feinkörniger Gußstücke,

Fig. 1A die Elektroden und die Kokille in relativ zueinander versetzter Anordnung entlang linie A-A,

Pig. 1B einen Querschnitt durch die Einrichtung entlang . Linie A-A in Fig. 1A,

Fig. 2 eine Gießeinrichtung, deren Kokille relativ zum Herabtropfen der Metallschmelze versetzt ist, und

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Fig. 3 eine Gießeinrichtung, deren Kokille eine ortsfeste zylindrische Wandung aufweist.

Erfindungsgemäß wird wenigstens eine saubere,sich verbrauchende Elektrode, d.h. ein Metallblock mit der für das herzustellende Gußstück angestrebten chemischen Zusammensetzung, auf ihre Schmelztemperatur erwärmt. Sind entweder eine oder beide Elektroden derart erwärmt worden, so tropft geschmolzenes Metall unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten in eine Kokille. Wie noch erläutert werden wird, ist es gelegentlich erforderlich, sehr hohe Temperaturen anzuwenden, um ein vollständig geschmolzenes Material zu erzielen, welches keine ungeschmolzenen Bestandteile darin enthält.

Die Elektroden können mit Hilfe einer Vielzahl von Einrichtungen erwärmt werden, wobei die zu verwendenden Einrichtungen sich nach dem Schmelzpunkt der jeweiligen Elektroden richten. So können die Elektroden dadurch erwärmt werden, daß man einen Gleichstrom oder einen Wechselstrom zwischen den beiden Elektroden fließen läßt, nachdem die beiden einander gegenüberliegend längs einer gemeinsamen Längsachse mit einem Spalt zwischen ihren benachbarten Stirnflächen angeordnet sind. Die Elektroden sind vorzugsweise innerhalb einer Kammer angeordnet, j η welcher ein Vakuum oder kontrollierte Atmosphärenbedingungen aufrecht erhalten werden.

Als Folge der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung getroffenen Anordnung fallen die von den Elektroden abschmelzenden Tropfen direkt in die Kokille. Folglich enthalten die Tropfen im wesentlichen keine Überhitzung, so daß eine rasche Erstarrung der Tropfen erfolgt und ein feinkörniges Gefüge erzielt wird, wenn die latente Schmelzwärme der Metallschmelze mittels

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Stahlung und Leitung übertragen wird. Herkömmliche zusätzliche Kühleinrichtungen können erforderlichenfalls benutzt werden. Mit Hilfe der sich aufeinandertürmenden (erstarrten) Metalltropfen können somit feinkörnige Gußstücke, insbesondere auch Hohlkörper und halbvorgeformte Gußstücke erzeugt werden.

Wie bereits dargelegt, besteht wenigstens eine der Elektroden aus einer Legierung, die zusammensetzungsmäßig der Zusammensetzung des herzustellenden Gußstückes entspricht. Demzufolge ist die Erfindung nicht auf eine spezifische Legierung_oder eine spezifische Klasse von Legierungen beschränkt. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf alle Werkstoffe anwenden, die mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens geschmolzen werden können.

Pig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung in welcher eine rotierende Kokille 1, welche mit Hilfe eines Motors 24 und einer Welle 2 in Rotation gesetzt werden kann, unterhalb sich verbrauchender, sehr rein abschmelzender Elektroden 3 und 4 angeordnet ist. Bei den Elektroden handelt es sich vorzugsweise um mit Hilfe des 'Vakuum-Induktionsverfahrens erschmolzene Materialien. Die Elektroden und die Kokille sind innerhalb einer Abschmelzkammer 16 und einer abgedichteten Kammer 5 angeordnet. Eine Vakuum oder eine andersweitig kontrollierte Atmosphäre wird innerhalb der Kammern aufrechterhalten, um die Qualität des Erzeugnisses aufrechzuerhalten. Wie dargestellt,ist eine Vakuumpumpe an die Kammer 16/5 angeschlosssen.

Wie in Pig. 1 dargestellt, ist die Gießvorrichtung mit Einrichtungen 6 und 7 versehen, welche den Vorschub der Elektroden ermöglichen, so daß der notwendige Spalt zwischen den beiden Elektroden einstellbar' ist. Zur Förderung

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eines gleichmäßigen Ab "brande s können die Elektroden um wenigstens 180° in entgegengesetzten Sichtungen oszilliert werden. Die Elektroden 3 und 4 sind mit Hilfe flexibler Kabel 11 und 12 mit einer Spannungsquelle verbunden. Diese Kabel führen den zum Erwärmen der Elektroden benötigten elektrischen Strom heran. Um den bei Betrieb mit Gleichstrom auftretenden ungleichmäßigen Abbrand zu kompensieren, können die jeweiligen Polaritäten der Elektroden mit Hilfe eines nicht dargestellten Polaritätsumschalters umgeschaltet werden. Diejenigen Ofenteile, die als Folge hoher Ströme überhitzt werden könnten, werden vorzugsweise mittels Wasser gekühlt, welches durch flexible Schläuche 13 und 14 strömt.

Im Betrieb werden die Elektroden, von denen wenigstens eine als sich verbrauchende Elektrode ausgebildet ist, mit Hilfe eines die Elektroden durchströmenden und den Elektrodenspalt 8 überwindenden Stromes auf ihre Schmelztemperatur erwärmt. Das sich ergebende schmelzflüssige Metall bildet Tropfen 15, die von den Elektroden abtropfen und unter der Wirkung der Schwerkraft in die rotierende Kokille 1 hineinfallen, wodurch auf der Basis 17 der Kokille ein Gußkörper ausgebildet wird. Wie bereits dargelegt, ist die Temperatur der herabfallenden Metalltropfen gleichmäßig. Weil die Tropfen direkt in die Kokille hineintropfen, ohne zunächst in ein Zwischengefäß zu gelangen, bleiben ihre relative Temperatur und ihre breiige Textur während des Abkühlens gleichmäßig. Dieses führt zu .dem bereits erörterten höchst vorteilhaften feinkörnigen Gefüge.

Die Kokille selbst kann unterschiedliche Formen und Gestalten haben, was lediglich von der Formgestalt des herzustellenden Gußstücks abhängt. Gemäß Fig. 1 umfaßt die rotierende Kokille 1 eine zylindrische Formwandung 18,

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die von einem Ringflansch 19 getragen wird, welcher seinerseits auf einer Kokillenhalterung 20 ruht.

Fig. 1A zeigt einen Schnitt durch eine der Aüsführungsforra gemäß Fig. 1 ähnelnde Ausführungsform, wobei die Elektroden längs einer gemeinsamen Zentralachse D-ϊ) ausgerichtet sind. Diese Ausführungsform unterscheidet sich (jedoch da-, durch, daß die zentrale Achse der Kokille 21 nicht nach der Fallinie der herabfallenden Metalltropfen ausgerichtet ist.

Fig. 1A zeigt auch einen alternativen Kokillenaufbau mit einer zylinderförmigen Wandung 22, welche auf einem ebenen, festen Bodenteil 23 befestigt ist.

Fig. 1B zeigt einen Schnitt durch Fig. 1A entlang der Linie A-A. Diese Fig. zeigt die in die versetzte Kokille 21 hineinfallenden Tropfen 15· Es wurde gefunden, daß die Tropfen 15 von der sich verbrauchenden Elektrode längs eines Umfangsabschnittes der zylindrischen Elektrode 5 abtropfen, welcher einem Bogen von 60° entspricht. Die Breite des Tropfenvorhanges ist gleich dem Radius (r) der zylindrischen Elektrode 3· Durch geeignetes Tersetzen der Zentralachse der Kokille 21 gegenüber den fallenden Tropfen wird während der Rotation der Kokille ein gleichförmiges und gleichmäßiges Gußstück aufgebaut. Die Kokille ist in einer etwa senkrecht zum Tropfenvorgang verlaufenden Ebene angeordnet .

Fig. 2 zeigt eine Gießvorrichtung, die mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung Ähnlichkeit besitzt. Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind einander gegenüberliegende sich verbrauchende Elektroden 3 und 4 innerhalb einer Kammer 16 angeordnet und diese Elektroden werden in Rotation oder in Oszillationen versetzt, während

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sie als Folge einer über die Elektroden abgelegten Spannung erwärmt werden, wobei sich im Spalt zwischen den Elektroden ein Lichtbogen ausbildet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist jedoch eine ringförmige Kokille 25 so angeordnet, daß die abschmelzenden Metalltropfen in den Ringbereich dieser Kokille hineinfallen, während sich diese dreht. Dieses führt zu einer gleichmäßigen Verteilung des abschmelzenden Metalls'in der den Kokillenkern umringenden Ringzone. Die Mittelachse C-C dieser Kokille ist somit gegenüber der Ebene B-B versetzt, welche axial den aus herabfallenden Tropfen gebildeten Vorhang teilt. Wie der Zeichnung zu entnehmen, umfaßt die Kokille einen zylindrischen, kollabierbaren Innenkern 27, der auf einer festen Basis 29 befestigt ist, welche von einer ringförmigen Wandung 31 umgrenzt wird. Die Basis 29 ist ihrerseits von einer Ringkante 30 eines Halterungszylinders 32 gehalten. Der kollabierbare Kern 27 führt zu dem Vorteil, daß ein Schrumpfen des erstarrenden Metalls beim Abkühlen ohne Reißen ermöglicht wird. Der Kern kann aus einem Werkstoff mit höherer oder gleich hoher Schmelztemperatur wie die sich verbrauchenden Elektroden sein. Der Motor 24- versetzt die Kokille in Abhängigkeit von der in der Zeiteinheit abgeschmolzenen Metallmenge in solche Drehgeschwindigkeiten, daß ein gleichmäßiges Gußstück aufgebaut wird. Die Drehzahl der Kokille soll nicht mehr als 60 Umdrehungen $e Minuten betragen.

-Pig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei sich diese dadurch von der vorhergehend beschriebenen Ausführungs unterscheidet, daß die zylindrische Kokillenwand ortsfest ist- Wie in der Zeichnung dargestellt, besitzt die Kokille 34 eine ortsfeste zylindrische Wandung 42, welche eine mit einem hochstehenden Teil 44 versehene Basis 40 umringt,

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wobei die Basis 4-0 von einer Kolbenstange 38 abgestützt ist, die innerhalb eines Rückzugszylinders 36 hin- und herbeweglich ist. Im Betrieb schmelzen die sich verbrauchenden Elektroden ab, und fallen die abgeschmolzenen Metalltropfen von den Elektroden in die Kokille 34·· Wenn die Kokille von den abgeschmolzenen Tropfen gefüllt ist, so wird die Basis 40 mit Hilfe der Kolbenstange 38 abgesenkt, wodurch das Gußstück mittels·· des hochstenden Teiles 44 herabgezogen wird, da dieses Teil in das erstarrende Gußstück hineingreift. Auf diese Weise ist es möglich, Gußstücke bzw. Gußblöcke zu erzeugen,.die 10- und sogar 15-mal länger sind als ihre Durchmesser beträgt.. Diese Gußblöcke können sodann als superreine Umschmelzmaterialien verwendet werden. Diese Blöcke können durch isostatisches Heißpressen verarbeitet werden, um.ihre Dichte und Körnung einzustellen, falls erwünscht.

Wenngleich die Fig. sich jeweils aufeinander gegenüberliegenden Elektroden beziehen, die durch einen Spalt voneinander getrennt sind und durch Anlegen einer Spannung über diesen Spalt erwärmt werden, sind die Torrichtung und das Verfahren nach der Erfindung nicht auf diese speziellen Heizung seinrichtungen beschränkt. Unter gewissen Umständen kann es erforderlich sein,, die Metall beträchtlich bis auf Temperaturen in der Größenordnung von 159O°C zu überhitzen, um Carbide oder andere vorliegende Materialien zu schmelzen, damit sie gleichmäßig in der Metallschmelze gelöst sind. I¹Ur diesen Zweck können sich die in der Zeichnung dargestellten Heizeinrichtungen als unzureichend erweisen. Sofern nicht alternative oder zusätzliche Heizeinrichtungen verwendet werden, werden die Carbide oder andere Materialien in Form langer blockartiger Strukturen abgegossen mit der Folge, daß das hergestellte Gußstück nicht die gleiche Carbidstruktur wie in pulvermetallurgisch hergestellten Erzeugnissen aufweist, obwohl insgesamt ein

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feinkörniges Gefüge vorliegt. Diese besondere Bedeutung, die der Einschmelztemperatur zukommt, ist in dem Aufsatz "Differential Thermal Analysis Detects Superalloy Reactions", Metals Progress, Oktober 1975? erörtert und zwar unter besonderer Berücksichtigung der Werkstoffe NiTaC-I3 sowie Udiraet IN-738 (enthaltend 1,7 % Ta und 0,17 % C).

Sind somit höhere Überhitzungen erforderlich, so können alternative und/oder zusätzliche Wärmequellen, wie eine Induktionserwärmung, eine Elektronenstrahlerwarmung, eine Lasereinrichtung oder dergl. als Heiζeinrichtungen verwendet werden.

Beispiel

Zwei 200 mm 0-Elektroden, bestehend aus 0,15 % Kohlenstoff, 14 % Chrom, 8 % Kobalt, 3,5 % Molybdän, 5,5 % Wolfram, 3,5 % Niob, 2,5 % Titan, 3,5 % Aluminium, 0,01 % Bor, 0,05 % Zirkonium, Rest Nickel,welche mit Hilfe des Vakuum-Induktionsverfahrens erschmolzen worden waren, wurden tropfenförmig abgeschmolzen und die herabfallenden Tropfen wurden in einer Kokille mit einer Höhe von 152 mm und einem Durchmesser von 280 mm aufgefangen» Die Kokille selbst bestand aus einem Stahlrohr, deren Innenoberfläche mit sog. Fiberfrex-Papier mit einer Stärke von etwa 1,016 mm ausgekleidet war.

Den Elektroden wurde ein Strom von 6000 A und etwa 23 V zugeführt. Mittels dieser Stromzufuhr wurden je Minute 8,06 kg Material abgeschmolzen. Das Erstarren des schmelzflüssigen Metalls verhinderte das Ausbilden eines Flüssigkeit smeniskus' und die Schmelztropfen hatten die Neigung, sich aufeinander aufzutürmen. Schmelztropfen liefen vom Zentrum der Kokille zu den Rändern unter einem Winkel von etwa 10 bis 15° mit der Horizontalen.

Das hergestellte Gußstück wurde aus der Kokille entnommen

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und in. Längsrichtung mit einem Schneidinstrument geritzt, um das Schrumpfen und das Gefüge zu untersuchen. Bas Gußstück zeigte sich als klassisches Schrumpfrohr und war kürzer als statisch vergossene Gußrohre. Das Korn war sehr fein und hatte eine Korngröße von etwa 0,79 1,58 mm in der Mitte, wobei die Korngröße allmählich in Richtung auf die äußeren Kanten des Gußstückes anwuchsen. Nichtsdestoweniger zeigte die äußerste Oberfläche des Gußstücks eine sehr feine Körnung, welche der Korngröße in der Gußstückmitte glich.

Aus diesem Beispiel geht hervor, daß das erfindungsge— mäße Tropfengußverfahren zu einem Gußstück mit feinkörnigem Gefüge selbst bei Abschmelzleistungen von mehr als 6,8 kg/Minute führt. Durch Vergleich zeigt sich, daß es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Tropfengußverfahrens möglich ist, die Schmelzleistung um das Dreifache gegenüber dem herkömmlichen Vakuum-Lichtbogenumschmelzen (vakuum arc remelting) zu steigern, und dennoch ein sehr feinkörniges Gefüge zu erzielen.

Die Erfindung ist keinesfalls auf die in der vorstehenden Beschreibung angegebenen Einzelheiten beschränkt, da diese lediglich zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen. Innerhalb dieses Erfindungsgedankens sind dem Fachmann mannigfaltige Modifikationen der Erfindung möglich.

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Leerseite

Claims (16)

.PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER DPLINa H. KINKELDEY DR-IlMQ W. STOCKMAIR DR-ING. · AaE (CALTECH) K. SCHUMANN DR RCR NAT. OCPL-PHYS P. H. JAKOB DlPL-INa G. BEZOLD DR RSl NAC· DIPL-ΟΘΛ 8 MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRAS3E 43 13- Mai 1980 P 15 018/He Special Metals Corporation New Hartford, New York 13413, V.St.A. Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen feinkörniger Gußstücke Pat entansprüche

1. Vorrichtung zum Herstellen von feinkörnigen vorlegierten Gußstücken, gekennzeichnet
durch

a) eine geschlossene Kammer (5, 16), die an eine
Vakuumpumpeneinrichtung angeschlossen ist,

b) erste und zweite Elektroden (3 bzw. 4-), welche innerhalb der Kammer unter Ausbildung eines Spaltes zwischen ihnen so angeordnet sind, daß ein Lichtbogen zwischen ihnen zündbar ist, wobei wenigstens eine der beiden Elektroden eine chemische! Zusammensetzung aufweist , die der angestrebten Zusammensetzung für das herzustellende Gußstück entspricht,

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telefon (oae) aaseea ^{TeLEX oe}"©RtGI|SJAL^ELR^SPPET^Ö^PAT telekopierer

c) Einrichtungen (11, 12) zum Steigern der Temperatur der beiden Elektroden bis zum Schmelzpunkt wenigstens der einen Elektrode, so daß eine Metallschmelze erzielt wird, und

d) eine offenendige Kokille (1,21,25*34), welche so angeordnet ist, daß die von der Elektrode herabfallenden schmelzflüssigen Metalltropfen (15) direkt in die Kokille hineinfallen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Erhitzungseinrichtung (11,12) eine Gleichstrom-Spannungsquelle umfaßt, welche an die erste und zweite Elektrode (3 bzw. 4) angelegt ist, um die wenigstens eine Elektrode durch Anlegen einer Spannung über die erste und zweite Elektrode zu schmelzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (38 bis 44) zum kontinuierlichen Abziehen und Erstarrejn des abgeschmolzenen Metalls aus der Kokille (34), nachdem das Metall wenigstens teilweise erstarrt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mit deren Hilfe die erste und die zweite Elektrode (3 bzw. 4) relativ zueinander in Oszillation versetzbar-sind,,

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24) zum Verlagern der '. Kokille (1,21,25) gegenüber dem von der wenigstens einen Elektrode (3 bzw. 4) herabtropfenden geschmolzenen Metall (15).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Kokille (1,21,25) mit Hilfe

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der Verlagerungseinrichtung (24-) gegenüber dem von der wenigstens einen Elektrode (3 "bzw. 4) abtropfenden geschmolzenen Metall (15) in Rotation versetzbar ist, wobei die Rotationsebene etwa senkrecht zur Fallrichtung der abgeschmolzenen Metalltropfen ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Kokille "(34·) eine ringförmige Gestalt aufweist und daß diese Kokille gegenüber der ersten und der zweiten Elektrode (3 bzw. 4) derart versetzt ist, daß das abgeschmolzene Metall (15) die Kokille während ihrer Eotation gleichmäßig füllt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch an der ersten und zweiten Elektrode (3 bzw. 4) befestigte Rotationsantriebe, mit deren Hilfe die Elektroden relativ zueinander in Umdrehung versetzbar sind.

9· Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verlagerungseinrichtungen (6,7) für die beiden Elektroden (3,4), mit deren Hilfe der Elektrodenspalt (8) zwecks Aufrechterhaltung eines Lichtbogens zwischen diesen Elektroden einstellbar ist.

10. Verfahren zum Herstellen feinkörniger Gußstücke aus vorlegiertem Metall, gekennzeichnet durch

a) Anordnen erster und zweiter Elektroden innerhalb einer geschlossenen Kammer, wobei die erste und die zweite Elektrode unter Ausbildung eines Spaltes voneinander getrennt sind und wenigstens eine der Elektroden eine Zusammensetzung besitzt, die der chemischen Zusammensetzung des herzustellenden vorlegierten Gußstücke s ent spricht,

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b) Erwärmen der "beiden Elektroden auf eine Temperatur die ausreicht, um wenigstens die eine Elektrode zu schmelzen, so daß Metalltropfen von dieser einen Elektrode in eine Kokille fallen, in welcher das abgeschmolzene Metall wenigstens teilweise erstarrt, wobei das abgeschmolzene Metall direkt von weni 5-stens der einen Elektrode in die Kokille abtroprt, so daß ein Gußstück mit feinkornigem Gefüge er- '

halten wird.

11. Verfahren nach. Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Kokille in einer etwa senkrecht zur Fallrichtung der Metalltropfen verlaufenden Eichtung rotiert wird und in bezug auf die Fallrichtung der Metalltropfen versetzt wird, so daß das abschmelzende Metall gleichmäßig innerhalb der rotierenden Kokille verteilt wird. " ' . , .

12. Verfahren nach Anspruch. 10, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens die eine Elektrode derart in Oszillationen versetzt wird, daß diese Elektrode gleichmäßig abschmilzt.

13. Verfahren nach. Anspruch' 10, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Elektroden in einer gemeinsamen Längsachse angeordnet werden und die beiden Elektroden in entgegengesetzten Eichtungen um diese Längsachse gedreht werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Kokille verwendet wird, und daß diese Kokille um eine senkrech¹; zur Elektroden-Längsachse verlaufende Achse gedreht wird, so daß das abschmelzende Metall gleichmäßig beim Fallen in die Kokille verteilt wird.

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15- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens die eine Elektrode auf eine Temperatur erwärmt wird, die nicht signifikant oberhalb ihres Schmelzpunktes liegt, derart, daß das geschmolzene Metall rasch in der Kokille erstarrt, nachdem die latente -Schmelzwärme aus dem geschmolzenen Metall abgeführt ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15,· dadurch gekennzeichnet , daß die latente Schmelzwärme durch Kühlen der Kokille abgeführt wird.

17· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Elektroden mit Hilfe eines Gleichstroms erwärmt werden, der an die Elektroden angelegt wird und dessen Polarität man periodisch wechselt.

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