EP0554808A1

EP0554808A1 - Method to produce metal parts

Info

Publication number: EP0554808A1
Application number: EP19930101454
Authority: EP
Inventors: Gang Dr.-Ing. Wan
Original assignee: Efu Gesellschaft fur Ur-/umformtechnik Mbh
Current assignee: Efu Gesellschaft fur Ur-/umformtechnik Mbh
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1993-08-11
Anticipated expiration: 2013-01-29
Also published as: DE59306300D1; ATE152378T1; EP0554808B1

Abstract

The invention relates to a process for producing shaped parts made of metal alloys, in which the metal alloys are brought into the molten state and according to conventional casting methods are cast to produce geometrically simple shapes, which is followed by heating to a temperature between the solidus and the liquidus line to form a thixotropic slip, which consists of a solid-liquid mixture of rounded primary particles homogeneously distributed in a melt matrix and which after a holding time is passed to a shaping system. The object of the invention is to simplify and make more economical the preparation of rheo-alloy blanks having a close-grained and homogeneous microstructure. To this end it is provided that the metal alloys are admixed in the molten state with an amount of grain refiner which is increased compared to conventional grain refining, said increased amount being determined from a curve of a diagram in which the particle size in mu m is plotted against the addition of grain refiner in per cent by weight, said curve being known for the individual alloys and grain refiners and having a steeply descending first branch and a second branch proceeding asymptotically towards a final value of the particle size, the determination being carried out in such a way that the addition of grain refiner is selected as a value on the second branch of the curve; that the metal alloys are then cooled down to any desired temperature below the solidus line and are then heated to a holding temperature between the solidus and the liquidus line and in the process are held for a holding time of less than 15 minutes. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Metallegierungen, bei dem die Metallegierungen in schmelzflüssigen Zustand gebracht und nach konventionellen Gießverfahren zu geometrisch einfachen Formen vergossen werden und dann durch Aufheizen auf eine Temperatur zwischen der Solidus- und der Liquidus-Linie ein aus einem Fest-Flüssig-Gemisch aus abgerundeten, in einer Schmelzematrix homogen verteilten Primärteilchen bestehender thixotroper Schlicker gebildet wird, der nach einer Haltezeit einer Formgebungsanlage zugeführt wird.The invention relates to a process for the production of moldings from metal alloys, in which the metal alloys are brought into the molten state and cast into geometrically simple shapes by conventional casting processes and then by heating to a temperature between the solidus and the liquidus line from a solid - A liquid mixture of rounded, existing thixotropic slurries, homogeneously distributed in a melt matrix, is formed, which is fed to a molding system after a holding time.

Die Vorteile von Verfahren zur Herstellung von Formteilen im halbfesten Zustand sind inzwischen bekannt, [Metals Handbook, 9th.Ed. Vol.15. Casting, S.327]. Die niedrigere Prozeßtemperatur und die rasche Erstarrung bei diesen Verfahren führen einerseits zu besseren Werkstoffeigenschaften und erhöhter Produktivität und andererseits zu reduziertem Energieaufwand.The advantages of processes for producing molded parts in the semi-solid state are now known, [Metals Handbook, 9th.Ed. Vol.15. Casting, p.327]. The lower process temperature and the rapid solidification in these processes lead on the one hand to better material properties and increased productivity and on the other hand reduced energy consumption.

Bei der konventionellen Erstarrung ist aufgrund der sich bildenden dendritischen Struktur die Legierung schon bei einem Festanteil fs=20% steif und zäh. Ein solches teilerstarrtes Material kann nicht homogen ohne Bildung von Rissen oder Segregationserscheinungen geformt werden. Schlicker, die eine primär globulitisch erstarrte Struktur, d.h. eine spezielle, nicht dendritische feste Phase besitzen, können jedoch von bis zu fs=60% Festanteil durch konventionelle Formgebungsverfahren geformt werden. Deswegen eignet sich der teilerstarrte Schlicker gut zur Weiterverarbeitung in der Halbzeug- und Fertigteilherstellung in Kombination mit anderen nachgeschalteten Verfahren.In conventional solidification, due to the dendritic structure that forms, the alloy is stiff and tough even at a solid fraction fs = 20%. Such a partially solidified material cannot be formed homogeneously without the formation of cracks or signs of segregation. Slips that have a primarily globulitic solidified structure, i.e. have a special, non-dendritic solid phase, but can be formed up to fs = 60% solids by conventional molding processes. Therefore, the partially solidified slip is well suited for further processing in the semi-finished and finished part production in combination with other downstream processes.

Außerdem zeichnet sich aufgrund des Prozeßablaufs im Erstarrungsintervall die Formgebung im halbfesten Zustand als ein Verfahren mit Energiespar-Potential aus. Einen wesentlichen Vorteil stellt die niedrige Gießtemperatur dar, durch die die Walzen, Formen usw. anschließender Formgebungsanlagen einer geringeren thermischen belastung ausgesetzt sind. Auch erstarrt das Material viel schneller aufgrund der anteilmäßig geringeren Erstarrungswärme und bildet weniger Lunker, da der Schlicker teilerstarrt ist und einen geringeren Volumensprung bei der weiteren Erstarrung aufweist.In addition, due to the process sequence in the solidification interval, the shaping in the semi-solid state is characterized as a method with energy saving potential. A key advantage is the low casting temperature, which means that the rollers, molds etc. of subsequent molding systems are exposed to less thermal stress. The material also solidifies much faster due to the proportionally lower heat of solidification and forms fewer voids, since the slurry is partially solidified and has a smaller volume jump during further solidification.

Die grundlegende Basis für ein solches Verfahren ist die Herstellung eines thixotropen Schlickers als spezielles Vormaterial, das aus einer Primär- und einer niedrig schmelzenden Matrixphase besteht. Bei der Weiterverarbeitung wird dieses Vormaterial auf eine Temperatur zwischen Solidus und Liquidus, nachstehend Verarbeitungstemperatur, aufgeheizt. Dabei schmilzt die Matrix zuerst auf, während die feste Phase in Form von abgerundeten feinen Teilchen in der Schmelzmatrix dispergiert wird. Dieser Schlicker wird dann zur Formgebung anschließend einer weiterverarbeitenden Anlage, nachstehend Formgebungsanlage, z.B. einer Druckgießmaschine oder einer Schmiedepresse, zugeführt und aufgrund der thixotropen Eigenschaften des Schlickers in eine Endform gebracht. Das Vormaterial wird nachstehend als Rheovormaterial bezeichnet.The basic basis for such a process is the production of a thixotropic slip as a special raw material, which consists of a primary and a low-melting matrix phase. During further processing, this primary material is heated to a temperature between solidus and liquidus, hereinafter referred to as the processing temperature. The matrix melts first, while the solid phase is dispersed in the form of rounded fine particles in the matrix. This slip is then used for shaping afterwards System, hereinafter molding system, such as a die casting machine or a forging press, fed and brought into a final shape due to the thixotropic properties of the slip. The primary material is referred to below as the rheo primary material.

Es wird angestebt, möglichst feine und sphärische Primärteilchen in dem Schlicker zu erzeugen, weil der Schlicker mit feinen Teilchen nicht nur ein hohes Fließvermögen besitzt sondern auch zu einer besseren Oberflächenbeschaffenheit führt. Die erforderliche Feinheit der Teilchen wird hauptsächlich durch die Formgebungsverfahren< Bauteilgeometrie und -qualität bestimmt. Eine quantitative Angabe darüber existiert nicht. Für die Herstellung des Rheovormaterials mit den erforderlichen Eigenschaften gibt es zur Zeit einige Verfahren, die in drei Gruppen eingeteilt werden können:The aim is to produce primary particles that are as fine and spherical as possible in the slip because the slip with fine particles not only has a high fluidity but also leads to a better surface quality. The required fineness of the particles is mainly determined by the shaping process <component geometry and quality. There is no quantitative information about this. There are currently a number of processes that can be divided into three groups:

Die Verfahren der Gruppe 1 sind durch die erzwungene Konvektion während der Erstarrung gekennzeichnet. Durch mechanisches oder elektromagnetisches Rühren werden die üblicherweise dendritisch kristallisierenden Primärphasen ganz oder teilweise zu abgerundeten festen Teilchen zerschlagen, die sich in der Schmelze befinden. Nach deren Erstarrung entsteht ein für Verarbeitung im halbfesten Zustand geeignetes Rheovormaterial.Group 1 procedures are characterized by forced convection during solidification. Mechanical or electromagnetic stirring breaks up the usually dendritically crystallizing primary phases in whole or in part into rounded solid particles which are in the melt. After it has solidified, a rheo pre-material is produced which is suitable for processing in the semi-solid state.

Die Verfahren der Gruppe 2 setzen eine thermomechanische Behandlung ein, die als SIMA-Verfahren (SIMA= Strain Induced Melt Activated) bezeichnet wird. Dabei werden die konventionell vergossenen Metallegierungen kaltverformt, z.B. durch Recken, Walzen oder Stauchen. Das kaltverformte Vormaterial wird bei der anschließenden Erwärmung bei einer Temperatur zwischen Solidus und Liquidus vor der Weiterverarbeitung zum Schlicker überführt. Zur Erzeugung besonders feiner Teilchen ist vor der Kaltverformung eine zusätzliche Warmverformung notwendig, z.B. durch Strangpressen. Die erreichbare Teilchengröße beträgt 30 µm, [EP 0090253].The group 2 processes use a thermomechanical treatment which is referred to as the SIMA process (SIMA = Strain Induced Melt Activated). The conventionally cast metal alloys are cold-formed, for example by stretching, rolling or upsetting. The cold-formed primary material is transferred to the slip during the subsequent heating at a temperature between solidus and liquidus before further processing. To produce particularly fine particles, additional hot working is required before cold working, for example by extrusion. The particle size that can be achieved is 30 μm, [EP 0090253].

Die Verfahren der Gruppe 3 machen von einer besonderen Wärmebehandlung Gebrauch. Dabei wird eine konventionell vergossene Legierung auf eine Temperatur zwischen Solidus und Liquidus aufgeheizt, bei der Temperatur einige Minuten bis einige Stunden isotherm gehalten und dann der Weiterverarbeitung zugeführt. Die Erreichung abgerundeter fester Teilchen für Al-Legierungen erfordert mehrere Stunden. Die Teilchengröße liegt im Bereich zwischen 100 und 400 µm. Für Al-Legierung beträgt sie ca. 200 µm, [DT 2514355].Group 3 processes make use of a special heat treatment. A conventionally cast alloy is heated to a temperature between solidus and liquidus, kept isothermal at the temperature for a few minutes to a few hours and then sent for further processing. Achieving rounded solid particles for Al alloys takes several hours. The particle size is between 100 and 400 µm. For Al alloy, it is approx. 200 µm, [DT 2514355].

Die obengenannten drei Verfahrensgruppen zur Herstellung des Rheovormaterials weisen jeweils folgende Nachteile auf:The three process groups mentioned above for the production of the rheo preform each have the following disadvantages:

Das Verfahren mit erzwungener Konvektion ist mit erheblichen Anlage- und Energiekosten verbunden. Das mechanische Rühren erfordert die Anwendung eines Rührwerkes, das sowohl thermischen als auch chemischen Belastungen ausgesetzt wird. Dabei entstehen viele verfahrenstechnische Probleme. Obwohl dieses Verfahren als erstes untersucht wurde, ist es bis jetzt nicht industriell eingesetzt worden. Das elektromagnetisches Rühren [DE 3006618] für die Herstellung des Rheovormaterials hat zwar industrielle Anwendung gefunden, aber der geringe energetische Wirkungsgrad ist als gravierender Nachteil anzusehen. Ein Teil der eingebrachten elektromagnetischen Energie geht als Stromwärmeverlust verloren und führt zu unerwünschter Erwärmung. Die Verlustleistung nimmt mit zunehmender Frequenz, abnehmender Polzahl und abnehmender Kokillenleitfähigkeit zu. Außerdem ist das Gefüge nicht über das gesamte Volumen homogen. Es ergibt sich eine Oberflächenschicht, in der die feste Phase dendritisch wächst und während der Wiedererwärmung nicht gleichzeitig wie im Kernbereich zu isolierten abgerundeten Teilchen übergeht. Um diesen Nachteil zu beheben wird entweder die Randschicht abgeschält oder während der Formgebung eine Vorkammer in der Pressform eingebaut [EP 0254437]. Bei der Formgebung wird ein Teil des Vormaterials, überwiegend aus dem Kernbereich, in die Form gepresst, während ein anderer Teil, überwiegend aus der Oberflächenschicht, in der Vorkammer zurückbleibt und später von dem Bauteil entfernt wird. Dadurch wird die Ausnutzung des Materiales geringer.The forced convection procedure is associated with significant investment and energy costs. Mechanical stirring requires the use of an agitator that is exposed to both thermal and chemical loads. This creates many procedural problems. Although this method was the first to be studied, it has not yet been used industrially. Electromagnetic stirring [DE 3006618] for the production of the rheo pre-material has found industrial use, but the low energy efficiency can be regarded as a serious disadvantage. Part of the electromagnetic energy introduced is lost as electricity heat loss and leads to undesired heating. The power loss increases with increasing frequency, decreasing number of poles and decreasing mold conductivity. In addition, the structure is not homogeneous over the entire volume. The result is a surface layer in which the solid phase grows dendritically and does not change to isolated rounded particles during rewarming, as in the core area. In order to remedy this disadvantage, either the edge layer is peeled off or a pre-chamber is installed in the press mold during molding [EP 0254437]. During the molding process, part of the primary material, mainly from the core area, is pressed into the mold, while another part Part, mainly from the surface layer, remains in the antechamber and is later removed from the component. This reduces the use of the material.

Bei den SIMA-Verfahren muß eben diese zusätzliche Warm- und Kaltverformung durchgeführt werden, was wiederum mit zusätzlichem Kosten- und Energiebedarf verbunden ist. Dieser Nachteil wird noch deutlicher, wenn die Abmessung des Rheovormaterials groß sein soll. Die dafür erforderliche Kraft bei der Kaltverformung macht die Anwendung einer großen Umformanlage notwendig.In the SIMA process, this additional hot and cold forming must be carried out, which in turn is associated with additional cost and energy requirements. This disadvantage becomes even clearer if the dimensions of the rheo pre-material are to be large. The force required for cold forming makes it necessary to use a large forming system.

Das Wärmebehandlungsverfahren erfordert eine derartige Langzeitglühung bei einer Temperatur zwischen Solidus und Liquidus, daß technische Probleme auftauchen und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage gestellt wird. Vor allem ist die starke Oxidation des Schlickers während der Erwärmung sehr schwer oder nur mit hohem technischem Aufwand, z.B. durch Erwärmung in einer Vakuumkammer unter Vakuum oder Schutzgas, zu vermindern. Außerdem ist das resultierende Gefüge so grob, daß es sich sowohl bei dem Fließvermögen während der Weiterverarbeitung, insbesondere bei der Formfüllung an dünnwandigen Stellen des Bauteils, als auch bei den mechanischen Eigenschaften negativ auswirken kann.The heat treatment process requires such long-term annealing at a temperature between solidus and liquidus that technical problems arise and the economics of the process are questioned. Above all, the strong oxidation of the slip during heating is very difficult or only with great technical effort, e.g. by heating in a vacuum chamber under vacuum or protective gas. In addition, the resulting structure is so coarse that it can have a negative effect both on the fluidity during further processing, in particular when filling the mold at thin-walled locations on the component, and on the mechanical properties.

Zusammengefaßt kann festgestellt werden, daß alle bisherigen Verfahren zur Herstellung des Rheovormaterials mit sowohl technischen als auch wirtschaftlichen Problemen behaftet sind.In summary, it can be stated that all previous processes for the production of the rheo preform have both technical and economic problems.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art die Nachteile der bisherigen Verfahren zu beseitigen und ein wirtschaftliches Verfahren für die Herstellung von Rheovormaterial mit feinkörnigem und homogenem Gefüge auf der Basis einer ausgereiften Technik bereitzustellen.The object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the previous methods in a method of the type mentioned at the outset and to provide an economical method for producing rheovor material with a fine-grained and homogeneous structure on the basis of a sophisticated technology.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß den Metallegierungen in schmelzflüssigem Zustand eine gegenüber der bekannten Kornfeinung erhöhte Menge an Kornfeinungsmittel zugesetzt wird, wobei diese erhöhte Menge aus einer für die einzelnen Legierungen und Kornfeinungsmittel bekannten, einen stark abfallenden ersten Ast und einen asymptotisch gegen einen Endwert der Korngröße verlaufenden zweiten Ast aufweisenden kurve eines Diagramms, in dem die Änderung der Korngröße in µm über der Änderung der Zugabe an Kornfeinungsmittel in Prozent aufgetragen ist, bestimmt wird derart, daß die Zugabe an Kornfeinungsmittel als ein Wert auf dem zweiten Ast der Kurve ausgewählt wird,
daß die Metallegierungen dann zu einer beliebigen Temperatur unter der Solidus-Linie abgekühlt werden und
daraufhin auf eine Haltetemperatur zwischen Solidus- und Liquidus-Linie erwärmt werden und dabei über eine Haltezeit von weniger als 15 Minuten gehalten werden.This object is achieved according to the invention in a process of the type mentioned at the outset by adding an increased amount of grain refining agent to the metal alloys in the molten state compared to the known grain refinement, this increased amount consisting of a strongly falling first known for the individual alloys and grain refining agents Branch and a second branch curve asymptotically against a final grain size curve of a graph in which the change in grain size in µm is plotted against the change in the addition of grain refining agent in percent is determined such that the addition of grain refining agent as a value the second branch of the curve is selected,
that the metal alloys are then cooled to any temperature below the solidus line and
are then heated to a holding temperature between the Solidus and Liquidus lines and are held for a holding time of less than 15 minutes.

Das dabei gebildete Vormaterial mit einer erhöhten Menge an kornfeinungsmitteln unterscheidet sich von den konventionellen Rheovormaterialien dadurch, daß es vor der Weiterverarbeitung ein dendritisches Gefüge zeigt. Erst bei der Wiedererwärmung bis auf eine Temperatur zwischen Solidus- und Liquidus-Linie gehen die Dendriten zu isolierten abgerundeten kugeligen Teilchen über. Die für Abrundung der Teilchen erforderliche Zeit beträgt je nach Legierungen und Kornfeinergehalt einige Sekunden bis Minuten. Der aus dem erfindungsgemäßen Rheovormaterial entstehende Schlicker kann anschließend unmittelbar einer Formgebungsanlage zugeführt und in eine Endform gebracht werden.The primary material formed with an increased amount of grain refining agents differs from the conventional rheo primary materials in that it shows a dendritic structure before further processing. Only when they are reheated to a temperature between the solidus and liquidus lines do the dendrites turn into isolated, rounded spherical particles. The time required to round off the particles is a few seconds to minutes, depending on the alloys and grain fineness. The slip formed from the rheo preform according to the invention can then be fed directly to a shaping plant and brought into a final shape.

Die Abhängigkeit zwischen der Zugabe an Kornfeinungsmittel und der daraus resultierenden Korngröße ist für die einzelnen Legierungen und die üblichen Kornfeinungsmittel bekannt und liegt in Diagrammen vor. Diese zeigen alle einen stark fallenden ersten Ast, in dem eine Erhöhung der Kornfeinungsmittelzugabe also eine starke Reduzierung der Korngröße bewirkt. Sie zeigen ferner einen asymptotisch gegen einen Endwert der Korngröße verlaufenden zweiten Ast, in dem eine Erhöhung der Kornfeinungsmittelzugabe also praktische keine Reduzierung der Korngröße mehr bewirkt. Eine Zugabe von Kornfeinungsmittel in diesem Bereich ist also zur Reduzierung der Korngröße nicht mehr sinnvoll und deshalb auch nicht bekannt.The dependency between the addition of grain refining agent and the resulting grain size is known for the individual alloys and the usual grain refining agents and is available in diagrams. These all show a strongly falling first branch, in which an increase in the grain refining agent addition, ie a sharp reduction in the grain size causes. They also show a second branch, which runs asymptotically against an end value of the grain size, in which an increase in the addition of grain refining agent practically no longer results in a reduction in the grain size. The addition of grain refining agent in this area is therefore no longer useful for reducing the grain size and is therefore also not known.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß die erhöhte Menge an Kornfeinungsmittel in einem Bereich liegt, in dem die Kornfeinungswirkung δD2/δC2 (Änderung der Korngröße / Änderung der Zugabemenge) weniger als 1/20 des Betrages der mittleren Steigung δD1/δC1 im ersten Ast der Kurve ist.The process according to the invention can be carried out in such a way that the increased amount of grain refining agent lies in a range in which the grain refining effect δD2 / δC2 (change in the grain size / change in the addition quantity) is less than 1/20 of the amount of the mean slope δD1 / δC1 in the first Branch of the curve is.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß die erhöhte Menge an Kornfeinungsmittel in einem Bereich liegt, in dem die Kornfeinungswirkung δD2/δC2 (Änderung der Korngröße / Änderung der Zugabemenge) weniger als 1/50 des Betrages der mittleren Steigung δD1/δC1 im ersten Ast der Kurve ist.The process according to the invention can be carried out in such a way that the increased amount of grain refining agent lies in a range in which the grain refining effect δD2 / δC2 (change in the grain size / change in the addition quantity) is less than 1/50 of the amount of the mean slope δD1 / δC1 in the first Branch of the curve is.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß die zuzugebende Menge an Kornfeinungsmittel dadurch präzisiert wird, daß Proben der Metallegierungen im schmelzflüssigen Zustand unterschiedliche Mengen an Kornfeinungsmittel zugesetzt werden, die Metallegierungen dann zu einer beliebigen Temperatur unter der Solidus-Linie abgekühlt und wieder auf eine Haltetemperatur zwischen Solidus- und Liquidus-Linie erwärmt, über eine wählbare Haltezeit von weniger als 15 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, danach abgeschreckt werden und das abgeschreckte Gefüge metallographisch untersucht und der Mindestgehalt an Kornfeinungsmitteln festgestellt wird, ab dem die Primärphase überwiegend aus voneinander isolierten abgerundeten Teilchen mit einem Formfaktor FF = ≧ 0,5 bei einem mittleren Korndurchmesser ≦ 150 µm besteht.The process according to the invention can be carried out in such a way that the amount of grain refining agent to be added is specified by adding different amounts of grain refining agent to samples of the metal alloys in the molten state, the metal alloys then being cooled to any temperature below the solidus line and back to a holding temperature heated between the solidus and liquidus lines, held at this temperature for a selectable holding time of less than 15 minutes, then quenched and the quenched structure examined metallographically and the minimum content of grain refining agents determined from which the primary phase consists predominantly of rounded particles isolated from one another with a form factor FF = ≧ 0.5 with an average grain diameter ≦ 150 µm.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von Formteilen aus Kupferlegierungen so ausgeführt werden, daß als Kornfeinungsmittel die mit Aluminium ein Peritektikum bildenden Elemente jeweils allein oder in Kombination verwendet werden.The process according to the invention can be carried out for the production of moldings from copper alloys in such a way that the elements which form a peritectic with aluminum are used alone or in combination as grain refining agents.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß als Kornfeinungsmittel Ti,B,Nb allein oder in Kombination verwendet werden.The process according to the invention can be carried out in such a way that Ti, B, Nb are used alone or in combination as grain refinement agents.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß Ti gemeinsam mit C verwendet wird.The inventive method can be carried out so that Ti is used together with C.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß als Kornfeinungsmittel Zr allein oder in Verbindung mit B verwendet wird.The process according to the invention can be carried out by using Zr alone or in combination with B as the grain refining agent.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß bei einer Aluminiumlegierung mit 0 bis 9 Gew.% Si, 0 bis 5 Gew.% Cu, 0 bis 5 Gew.% Zn und 0 bis 3 Gew.% Mg als Kornfeinungsmittel Ti und B mit einem Gesamtanteil von 0,05 bis 0,6 Gew.% eingesetzt werden.The process according to the invention can be carried out in such a way that in the case of an aluminum alloy with 0 to 9% by weight of Si, 0 to 5% by weight of Cu, 0 to 5% by weight of Zn and 0 to 3% by weight of Mg as grain refiners Ti and B with a total proportion of 0.05 to 0.6% by weight can be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß eine Aluminiumlegierung AlSi7Mg geschmolzen und entgast wird und daß in der Schmelze ein Ti-Gehalt von ≧ 0,25 % eingestellt, die Aluminiumlegierung wiedererwärmt und über 5 min zwischen Solidus und Liquiduslinie gehalten wird.The process according to the invention can be carried out in such a way that an aluminum alloy AlSi7Mg is melted and degassed and that a Ti content of ≧ 0.25% is set in the melt, the aluminum alloy is reheated and held for 5 minutes between the solidus and the liquidus line.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß eine Aluminiumknetlegierung AlMg1SiCu geschmolzen und entgast wird und daß in der Schmelze ein Ti-Gehalt von ≧ 0,025 % eingestellt, die Aluminiumlegierung wiedererwärmt und über 5 min zwischen Solidus und Liquiduslinie gehalten wird.The process according to the invention can be carried out in such a way that an aluminum wrought alloy AlMg1SiCu is melted and degassed and that a Ti content of ≧ 0.025% is set in the melt, the aluminum alloy is reheated and held between solidus and liquidus line for 5 minutes.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß als Kornfeinungsmittel Zr und/oder B und P als Desoxidationsmittel verwendet werden.The process according to the invention can be carried out such that Zr and / or B and P as deoxidizing agents as grain refining agents be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß zusätzlich Mg zur Entschwefelung zugegeben wird.The process according to the invention can be carried out by additionally adding Mg for desulfurization.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß bei einer Kupferlegierung mit 0 bis 30 Gew.% Zn und 0 bis 20 Gew.% Sn als Kornfeinungsmittel Zr und/oder B mit einem Gesamtanteil von 0,05 bis 1,0 Gew.% und P eingesetzt werden.The process according to the invention can be carried out in such a way that in the case of a copper alloy with 0 to 30% by weight of Zn and 0 to 20% by weight of Sn as grain refining agent Zr and / or B with a total proportion of 0.05 to 1.0% by weight and P can be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß eine Kupferlegierung CuSn12 geschmolzen und desoxidiert, dann auf einen Zr-Gehalt von ≧ 0,05 % eingestellt und anschließend über eine Minute auf einer Temperatur zwischen Liqidus- und Soliduslinie gehalten wird.The process according to the invention can be carried out in such a way that a copper alloy CuSn12 is melted and deoxidized, then adjusted to a Zr content of ≧ 0.05% and then kept at a temperature between the Liqidus and Solidus lines for one minute.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß die Temperatur der Legierung isotherm zwischen Solidus- und Liquiduslinie gehalten wird.The process according to the invention can be carried out in such a way that the temperature of the alloy is kept isothermally between the solidus and liquidus lines.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß die Temperatur der Legierung gestuft zwischen Solidus- und Liquiduslinie geführt wird.The method according to the invention can be carried out in such a way that the temperature of the alloy is stepped between the solidus and liquidus lines.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß die im schmelzflüssigen Zustand mit Kornfeinungsmittel versehenen Metallegierungen in einer durch ein Kühlmedium gekühlten Metallkokille in einer für die Formgebung benötigten Menge genau dosiert vergossen werden.The process according to the invention can be carried out in such a way that the metal alloys provided with grain refining agent in the molten state are cast in precisely metered amounts in a metal mold cooled by a cooling medium in a quantity required for the shaping.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß die Metallegierungen zwischen Solidus- und Liquidus-Linie auf eine Temperatur über der Haltetemperatur erwärmt werden, wobei die gesamte Dauer innerhalb des Solidus-Liquidus-Bereichs 1 bis 15 Minuten beträgt.The method according to the invention can be carried out in such a way that the metal alloys between the solidus and liquidus lines are heated to a temperature above the holding temperature, the total duration within the solidus-liquidus range being 1 to 15 minutes.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin:

1. Für die Herstellung des Rheovormaterials für die Weiterverarbeitung im halbfesten Zustand können in herkömmlichen Gießereien bestehende Anlagen ohne jede Veränderung genutzt werden.
2. Das erfindungsgemäße Verfahren gibt eine wirtschaftliche und energiesparende Methode zur Herstellung des Rheovormaterials an. Im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen mit höherer Stückzahl, wobei sich das Druckgießen am wirtschaftlichtsten betreiben läßt, ist eine zusätzliche Energieeinsparung durch das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination mit Druckgießen zu erzielen. Dies ist dadurch bedingt, daß man das Rheovormaterial nicht über die Liquidus-Temperatur zu erhitzen braucht, wie dies beim konventionellen Druckgießen der Fall ist.
3. Das erfindungsgemäße Verfahren führt auch zu einer Materialeinsparung. Vor der Wiedererwärmung wird dies durch die Kombination mit Kokillengießen erreicht, wobei das Zersägen des Materials zu benötigter Portion entfällt. Bei der Formgebung trägt die genaue Dosierbarkeit, die Homogenität des Rheovormaterials und der dadurch bedingte Wegfall eines großen Anschnitt- oder Speisungssystems zur Materialeinsparung bei.
4. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich über den gesamten Blockquerschnitt ein homogenes Gefüge erzielen.

The advantages that can be achieved by the method according to the invention are in particular:

1. Existing systems can be used in conventional foundries without any changes for the production of the rheo pre-material for further processing in the semi-solid state.
2. The method according to the invention specifies an economical and energy-saving method for producing the rheo pre-material. In comparison to other manufacturing processes for the production of metallic components with a higher number of pieces, whereby die casting can be operated most economically, additional energy savings can be achieved by the method according to the invention in combination with die casting. This is due to the fact that the rheo preform does not have to be heated above the liquidus temperature, as is the case with conventional pressure casting.
3. The method according to the invention also leads to material savings. Before reheating, this is achieved by combining it with permanent mold casting, whereby the material is not sawn to the required portion. When shaping, the precise dosing, the homogeneity of the rheo pre-material and the consequent elimination of a large gating or feeding system contribute to material savings.
4. With the method according to the invention, a homogeneous structure can be achieved over the entire block cross section.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand von Bildern erläutert. Es zeigt:

Bild 1:: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bild 2:: ein schematisches Diagramm, in dem die Korngröße über der Zugabemenge an Kornfeinungsmittel aufgetragen ist.
Bild 3:: AlSi7Mg nach dem Kokillegießen (a,c,e) und Wiedererwärmen (b,d,f) bei einem Ti-Gehalt (%) : a,b=0,01; c,d=019; e,f=0,42 und einer isothermen Haltezeit (Minuten): b=14; d=10; f=5.
Bild 4:: AlSi7Mg nach einem nicht isothermen Wiedererwärmen mit einer Haltezeit von 4 Minuten bei einem Ti-Gehalt (%) : a=0,26; b=0,34; c=0,50.
Bild 5:: AlSi8Cu3 mit 0,015 % Sr nach dem Kokillegießen (a,c,e) und Wiedererwärmen von 5 Minuten (b,d,f) bei einem Ti-Gehalt (%) : a,b=0,01; c,d=0,15; e,f=0,36.
Bild 6:: AlZn6Mg2Cu mit 0,15% Zr nach dem Stranggießen (a,c) und Wiedererwärmen von 5 Minuten (b,d) bei einem Ti-Gehalt (%) : a,b=0,04; c,d=0.09.
Bild 7:: CuSn12 nach dem Kokillegießen (a,c,e) und Wiedererwärmen (b,d,f) bei einem Zr-Gehalt (%): a,b=0,02; c,d=0,05; e,f=0,07 und einer isothermen Haltezeit (Minuten): b=10; d=7; f=1.

The method according to the invention is explained below using pictures. It shows:

Image 1:: a schematic representation of the method according to the invention.
Picture 2:: a schematic diagram in which the grain size is plotted against the amount of grain refining agent added.
Picture 3:: AlSi7Mg after mold casting (a, c, e) and reheating (b, d, f) at a Ti content (%): a, b = 0.01; c, d = 019; e, f = 0.42 and an isothermal hold time (minutes): b = 14; d = 10; f = 5.
Image 4:: AlSi7Mg after a non-isothermal reheating with a holding time of 4 minutes at a Ti content (%): a = 0.26; b = 0.34; c = 0.50.
Image 5:: AlSi8Cu3 with 0.015% Sr after mold casting (a, c, e) and reheating for 5 minutes (b, d, f) at a Ti content (%): a, b = 0.01; c, d = 0.15; e, f = 0.36.
Image 6:: AlZn6Mg2Cu with 0.15% Zr after continuous casting (a, c) and reheating for 5 minutes (b, d) at a Ti content (%): a, b = 0.04; c, d = 0.09.
Image 7:: CuSn12 after mold casting (a, c, e) and reheating (b, d, f) at a Zr content (%): a, b = 0.02; c, d = 0.05; e, f = 0.07 and an isothermal hold time (minutes): b = 10; d = 7; f = 1.

Bei der für das erfindungsgemäße Verfahren entscheidenden Auswahl der Zugabemenge an Kornfeinungsmittel bedient man sich eines für die jeweilige Legierung und die zugehörigen Kornfeinungsmittel bekannten Diagramms, wie es typisch in Bild 2 dargestellt ist. Im Bereich des stark abfallenden Astes der Kurve dieses Diagramms erfolgt die Kornfeinung. Hier hat eine Erhöhung der Menge des Kornfeinungsmittels einen großen Effekt auf die Reduzierung der Korngröße. Die Kurve hat einen zweiten Ast, der sich asymptotisch einem Endwert der Korngröße nähert. Hier führt die Erhöhung der Zugabemenge des Kornfeinungsmittels nicht zu einer nennenswerten Reduzierung der Korngröße.The selection of the quantity of grain refining agent that is decisive for the method according to the invention uses a diagram known for the respective alloy and the associated grain refining agent, as is typically shown in FIG. 2. The grain is refined in the area of the steeply falling branch of the curve in this diagram. Here, increasing the amount of the grain refining agent has a great effect on reducing the grain size. The curve has a second branch, which approaches an end value of the grain size asymptotically. Here leads the increase in The addition of the grain refining agent does not result in a noticeable reduction in the grain size.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Mengen an Kornfeinungsmittel liegen im Bereich dieses zweiten Astes der Kurve.The amounts of grain refining agent used according to the invention lie in the region of this second branch of the curve.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand von Beispielen dargestellt:The process according to the invention is illustrated using examples:

Beispiel 1:Example 1:

Es wurde in üblicher Weise eine Aluminiumgußlegierung AlSi 7Mg bei 680 °C geschmolzen und entgast. Der Schmelze wurde eine Vorlegierung aus 5% Ti + 1% B Rest Al in unterschiedlichen Mengen zugegeben, so daß ein Ti-Gehalt von 0,01 bis 0,5% Ti in der Schmelze vorlag. Die Schmelze wurde mit dem jeweiligen Ti-Gehalt in einer Stahlkokille zu Zylindern mit einem Durchmesser von 50 und 100 mm und einer Länge von 120 mm vergossen. Es ergab sich demnach unabhängig vom Ti-Gehalt ein überwiegend dendritisches Gefüge, wobei bei Bild 3a der Ti-Gehalt 0,01%, bei Bild 3c 0,19% und bei Bild 3e 0,42% betrug.An aluminum alloy AlSi 7Mg was melted and degassed in the usual way at 680 ° C. A pre-alloy of 5% Ti + 1% B rest Al was added to the melt in different amounts, so that a Ti content of 0.01 to 0.5% Ti was present in the melt. The melt was cast with the respective Ti content in a steel mold into cylinders with a diameter of 50 and 100 mm and a length of 120 mm. This resulted in a predominantly dendritic structure regardless of the Ti content, with the Ti content being 0.01% in Figure 3a, 0.19% in Figure 3c and 0.42% in Figure 3e.

Die gegossenen Zylinder wurden dann in einer Induktionsanlage auf eine Temperatur von etwa 578 °C aufgeheizt und bei dieser Temperatur über verschieden lange Haltezeiten gehalten und danach abgeschreckt. Während des Haltens war zu beobachten, daß bei einem Ti-Gehalt unter 0,18% die Schmelze aus dem Zylinder austrat und sich am Zylinderboden sammelte. Der Zylinder ließ sich mit einem Graphitstab von 10 mm Durchmesser schwer durchstechen. Dabei wurden auch Risse festgestellt. Oberhalb von 0,19% Ti trat dagegen keine Schmelze aus und der Zylinder liegt sich mit dem Graphitstab leicht durchstechen.The cast cylinders were then heated in an induction system to a temperature of about 578 ° C. and held at this temperature for different lengths of time and then quenched. During the holding it was observed that at a Ti content below 0.18% the melt emerged from the cylinder and collected on the cylinder bottom. The cylinder was difficult to pierce with a 10 mm diameter graphite rod. Cracks were also found. In contrast, no melt escaped above 0.19% Ti and the cylinder is easily pierced with the graphite rod.

Nach metallographischer Untersuchung wurde festgestellt, daß die Primärphase bei einem Ti-Gehalt unterhalb von 0,18% überwiegend aus Grobdendriten bestand, selbst wenn der Zylinder bis zu 1 Stunde bei der Temperatur gehalten wurde.After metallographic examination, it was found that the primary phase with a Ti content below 0.18% consisted predominantly of coarse dendrites, even if the cylinder was kept at the temperature for up to 1 hour.

Bild 3b zeigt das Gefüge bei einem Ti-Gehalt von 0,01% nach einer Haltezeit von 14 Minuten. Bild 3d zeigt das Gefüge bei Ti-Gehalt von 0,19% bei einer Haltezeit von 10 Minuten.Figure 3b shows the structure with a Ti content of 0.01% after a holding time of 14 minutes. Figure 3d shows the structure with a Ti content of 0.19% and a holding time of 10 minutes.

Zwischen 0,19 und 0,25% Ti wurden isolierte feine, jedoch nicht abgerundete Primärteilchen festgestellt, wobei mit steigendem Ti-Gehalt der Formfaktor abnahm. Oberhalb von 0,25% Ti wurden isolierte abgerundete Primärteilchen innerhalb einer Haltezeit von 5 Minuten erhalten (Bild 3f). Das Gefüge war über das gesamte Volumen homogen. Der mittlere Durchmesser der abgerundeten Teilchen betrug 110 µm nach 5minutiger isothermer Glühung. Eine Verlängerung der Haltezeit führte zu einer Zunahme des mittleren Durchmessers und einer Abnahme des Formfaktors der abgerundeten Teilchen. Die Veredlung mit Sr beeinflußte nur das Eutektikum und nicht die Ausbildung der Primärphase.Isolated fine but not rounded primary particles were found between 0.19 and 0.25% Ti, the form factor decreasing with increasing Ti content. Isolated rounded primary particles were obtained within a holding time of 5 minutes above 0.25% Ti (Fig. 3f). The structure was homogeneous over the entire volume. The mean diameter of the rounded particles was 110 μm after 5 minutes of isothermal annealing. Extending the hold time resulted in an increase in the mean diameter and a decrease in the shape factor of the rounded particles. Refining with Sr only affected the eutectic and not the formation of the primary phase.

Beispiel 2:Example 2:

Die gleiche Legierung wurde mit einem leicht modifizierten Erwärmungsvorgang behandelt, wobei die Heizleistung der Induktionsanlage so eingestellt wurde, daß die Temperatur zuerst auf 589 °C anstieg und innerhalb von 4 Minuten wieder auf 578 °C abfiel. Bei dieser Temperatur wurden die Proben dann abgeschreckt. Durch anschließende metallographische Untersuchung wurde festgestellt:

1. Der für die Abrundung erforderliche Mindestgehalt an Kornfeinungsmittel (Titan) wurde nicht verändert.
2. Bei gleichen Titan-Gehalt und gleicher Haltezeit waren die Primärteilchen im Vergleich zum isothermen Halten etwas feiner und runder.
3. Zum Erreichen eines bestimmten Formfaktors wurde eine kürzere Haltezeit benötigt.
4. Der Block verlor die Zylinderform bei hohem Flüssiganteil. Dies machte es notwendig, die Erwärmung in einem Tiegel vorzunehmen.

The same alloy was treated with a slightly modified heating process, the heating power of the induction system being set in such a way that the temperature first rose to 589 ° C. and dropped back to 578 ° C. within 4 minutes. The samples were then quenched at this temperature. The following metallographic examination revealed:

1. The minimum level of grain refining agent (titanium) required for the rounding has not been changed.
2. With the same titanium content and the same holding time, the primary particles were somewhat finer and rounder than isothermal holding.
3. A shorter hold time was required to reach a certain form factor.
4. The block lost its cylindrical shape with a high liquid content. This made it necessary to warm in one Crucible.

Bild 4 zeigt das Gefüge nach diesem Beispiel, wobei in Bild 4a mit 0,26%, in Bild 4b mit 0,34% und in Bild 4c mit 0,50% Titan gearbeitet wurde. Der mittlere Durchmesser der abgerundeten Teilchen betrug 95 µm.Figure 4 shows the structure according to this example, with 0.26% in Figure 4a, 0.34% in Figure 4b and 0.50% in Figure 4c. The average diameter of the rounded particles was 95 μm.

Beispiel 3:Example 3:

Mit einer Aluminiumlegierung AlSi8Cu3 (8% Si, 2,7% Cu, 0,6% Mg) wurden die Verfahren nach den Beispielen 1 und 2 durchgeführt. Es wurde ein durchaus ähnliches Ergebnis erzielt. Bei einer vorgegebenen Haltezeit von 5 Minuten wurde ein Mindestgehalt an Ti als Kornfeinungsmittel von 0,18% bestimmt.The processes according to Examples 1 and 2 were carried out using an aluminum alloy AlSi8Cu3 (8% Si, 2.7% Cu, 0.6% Mg). A very similar result was achieved. With a given holding time of 5 minutes, a minimum content of Ti as grain refining agent of 0.18% was determined.

Bild 5 zeigt das Gefüge nach diesem Beispiel, wobei nebeneinander angeordnete Bilder das Gefüge bei gleichem Ti-Gehalt, aber links vor dem Wiedererwärmen und rechts nach dem Wiedererwärmen wiedergeben. Der Ti-Gehalt betrug nach Bild 5a und 5b 0,01%, nach Bild 5c und 5d 0,15% und nach Bild 5e und 5f 0,36%.Figure 5 shows the structure according to this example, whereby images arranged next to each other show the structure with the same Ti content, but on the left before reheating and on the right after reheating. The Ti content was 0.01% according to Figures 5a and 5b, 0.15% according to Figures 5c and 5d and 0.36% according to Figures 5e and 5f.

Die Proben wurden bei 572 °C abgeschreckt. Der mittlere Durchmesser der abgerundeten Teilchen betrug 100 µm.The samples were quenched at 572 ° C. The average diameter of the rounded particles was 100 μm.

Beispiel 4:Example 4:

Eine Aluminiumknetlegierung AlZn6Mg2Cu mit 6% Zn, 2% Mg und 1% Cu wurde wie im Beispiel 1 aufgeschmolzen und sowohl in einem Ofen wie auch in einer Rinne durch die Zugabe von Vorlegierungsdraht aus AlTi5B korngefeint. Die Schmelze wurde in einer Vertikalstranggießanlage zu Strängen mit einem Durchmesser von 100 mm vergossen. Die Stränge wurden dann in Zylinder mit einer Länge von 100 mm getrennt, die in einer Induktionsanlage wie im Beispiel 1 und 2 wiedererwärmt wurden. Bei einer Haltezeit von 5 Minuten wurde ein Mindestgehalt von ca. 0,06% Ti zur Erreichung des gewünschten Gefüges bestimmt.An aluminum wrought alloy AlZn6Mg2Cu with 6% Zn, 2% Mg and 1% Cu was melted as in Example 1 and grain-refined both in an oven and in a trough by the addition of pre-alloy wire made of AlTi5B. The melt was cast in a vertical continuous caster into strands with a diameter of 100 mm. The strands were then separated into cylinders with a length of 100 mm, which were reheated in an induction system as in Examples 1 and 2. With a holding time of 5 minutes, a minimum content of approx. 0.06% Ti was determined in order to achieve the desired structure.

Nebeneinanderliegende Bilder zeigen die Gefüge bei gleichem Ti-Gehalt, links vor dem Wiedererwärmen und rechts nach dem Wiedererwärmen. Der Ti-Gehalt betrug nach Bild 6a,b 0,04% und nach den Bild 6c,d 0,09%. Die Wiedererwärmung erfolgte auf 610 °C für 5 Minuten. Es wurde ein mittlerer Durchmesser der abgerundeten Teilchen von 50 µm erzielt.Adjacent images show the structure with the same Ti content, left before reheating and right after reheating. The Ti content was 0.04% according to Fig. 6a, b and 0.09% according to Fig. 6c, d. Reheating was carried out at 610 ° C for 5 minutes. An average diameter of the rounded particles of 50 μm was achieved.

Beispiel 5:Example 5:

Das Verfahren nach Beispiel 4 wurde mit einer Aluminiumknetlegierung AlMg1SiCu mit 0,6 - 1,2 % Mg, 0,7 - 1,5 % Si, 5,0 % Cu, 0,4 - 1,0 % Mn und 0,3 - 0,5 % Fe durchgeführt. Es wurde ein dem Beispiel 4 ähnliches Ergebnis erzielt. Bei einer vorgegebenen Haltezeit von 5 Minuten wurde ein Mindestgehalt zur Erreichung der gewünschten Gefügestruktur von 0,025 % Ti bestimmt.The process according to Example 4 was carried out using an aluminum wrought alloy AlMg1SiCu with 0.6-1.2% Mg, 0.7-1.5% Si, 5.0% Cu, 0.4-1.0% Mn and 0.3 - 0.5% Fe carried out. A result similar to Example 4 was achieved. With a given holding time of 5 minutes, a minimum content of 0.025% Ti was determined to achieve the desired structure.

Der mittlere Durchmesser der abgerundeten Teilchen betrug ca. 70 µm nach dem Wiedererwärmen.The average diameter of the rounded particles was approx. 70 µm after reheating.

Beispiel 6:Example 6:

Es wurde in üblicher Weise eine Kupferlegierung CuSn12 bei 1020 °C geschmolzen und mit CuP7-Vorlegierung desoxidiert. Die Zugabemenge betrug 1 bis 2 kg/t bezogen auf die Schmelzmenge.A copper alloy CuSn12 was melted in a conventional manner at 1020 ° C. and deoxidized with CuP7 master alloy. The amount added was 1 to 2 kg / t based on the amount of melt.

Zur Reduzierung des Schwefelgehalts wurden der Schmelze 0,2 kg/t Magnesium zugegeben. Als Kornfeinungsmittel wurde eine Kupfervorlegierung mit 35% Zr verwendet. Die Zugabemenge lag bei einem Zr-Gehalt von 0,01 bis 0,10%. Die Schmelze wurde in einer Stahlkokille zu Zylindern vergossen.To reduce the sulfur content, 0.2 kg / t magnesium was added to the melt. A copper master alloy with 35% Zr was used as the grain refining agent. The addition amount was at a Zr content of 0.01 to 0.10%. The melt was cast into cylinders in a steel mold.

Das Gefüge nach dem Gießen mit unterschiedlichem Zr-Gehalt war überwiegend dendritisch, wie das in Bild 7a,c,e dargestellt ist. Die gegossenen Zylinder wurden dann in einer Induktionsanlage auf eine Temperatur von ca. 900 °C aufgeheizt, bei der Temperatur isotherm gehalten und zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgeschreckt. Aufgrund der schnellen Bildung einer dicken Oxidschicht während der Wiedererwärmung unter Atmosphäre war eine kurze Haltezeit notwendig. Während des Aufheizens war zu beobachten, daß bei einem Zr-Gehalt unterhalb 0,03% die Schmelze aus dem Zylinder austrat und sich am Zylinderboden sammelte. Der Zylinder ließ sich mit einem Graphitstab von 10 mm Durchmesser ohne Bildung von Rissen nicht durchstechen. Oberhalb von 0,04 % Zr trat dagegen keine Schmelze aus und der Zylinder ließ sich mit dem Graphitstab durchstechen. Nach metallographischer Untersuchung wurde festgestellt, daß die Primärphase bei einem Zr-Gehalt unterhalb 0,04% überwiegend aus langen Dendriten betand. Oberhalb von 0,05 % Zr wurden isolierte abgerundete Primärteilchen innerhalb einer Haltezeit von 1 Minuten erhalten, wie dies in Bild 7f dargestellt ist. Das Gefüge war über das gesamte Volumen homogen. Der Mindestgehalt betrug 0,05% Zr bei einer Haltezeit von 1 Minute. Der mittlere Durchmesser der abgerundeten Teilchen betrug 70 µm.The structure after casting with different Zr content was predominantly dendritic, as shown in Fig. 7a, c, e. The cast cylinders were then heated in an induction system to a temperature of approximately 900 ° C., kept at that temperature isothermally and quenched at different times. Due to the rapid formation of a thick oxide layer during reheating a short stopping time was necessary in the atmosphere. During the heating it was observed that the Zr content below 0.03%, the melt emerged from the cylinder and collected on the cylinder bottom. The cylinder could not be pierced with a 10 mm diameter graphite rod without forming cracks. In contrast, no melt emerged above 0.04% Zr and the cylinder could be pierced with the graphite rod. After metallographic examination it was found that the primary phase with a Zr content below 0.04% consisted mainly of long dendrites. Isolated rounded primary particles were obtained within a holding time of 1 minute above 0.05% Zr, as shown in Figure 7f. The structure was homogeneous over the entire volume. The minimum content was 0.05% Zr with a holding time of 1 minute. The average diameter of the rounded particles was 70 µm.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Metallegierungen, bei dem die Metallegierungen in schmelzflüssigen Zustand gebracht und nach konventionellen Gießverfahren zu geometrisch einfachen Formen vergossen werden und dann durch Aufheizen auf eine Temperatur zwischen der Solidus- und der Liquidus-Linie ein aus einem Fest-Flüssig-Gemisch aus abgerundeten, in einer Schmelzematrix homogen verteilten Primärteilchen bestehender thixotroper Schlicker gebildet wird, der nach einer Haltezeit einer Formgebungsanlage zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß den Metallegierungen in schmelzflüssigem Zustand eine gegenüber der bekannten Kornfeinung erhöhte Menge an Kornfeinungsmittel zugesetzt wird, wobei diese erhöhte Menge aus einer für die einzelnen Legierungen und Kornfeinungsmittel bekannten, einen stark abfallenden ersten Ast und einen asymptotisch gegen einen Endwert der Korngröße verlaufenden zweiten Ast aufweisenden Kurve eines Diagramms, in dem die Korngröße in µm über der Zugabe an Kornfeinungsmittel in Gewichtsprozent aufgetragen ist, bestimmt wird derart, daß die Zugabe an Kornfeinungsmittel als ein Wert auf dem zweiten Ast der Kurve ausgewählt wird,
daß die Metallegierungen dann zu einer beliebigen Temperatur unter der Solidus-Linie abgekühlt werden und
daraufhin auf eine Haltetemperatur zwischen Solidus- und Liquidus-Linie erwärmt werden und dabei über eine Haltezeit von weniger als 15 Minuten gehalten werden.Process for the production of molded parts from metal alloys, in which the metal alloys are brought into the molten state and cast into geometrically simple shapes by conventional casting processes and then by heating to a temperature between the solidus and the liquidus line from a solid-liquid mixture is formed from rounded primary particles consisting of homogeneously distributed primary particles in a melt matrix and which is fed to a shaping system after a holding time, characterized in that
that an increased amount of grain refining agent is added to the metal alloys in the molten state compared to the known grain refinement, this increased amount consisting of a curve which is known for the individual alloys and grain refining agent and has a strongly falling first branch and an asymptotic second branch which runs asymptotically against an end value of the grain size a graph in which the grain size in µm is plotted against the addition of grain refinement in percent by weight, is determined such that the addition of grain refinement is selected as a value on the second branch of the curve,
that the metal alloys are then cooled to any temperature below the solidus line and
are then heated to a holding temperature between the Solidus and Liquidus lines and are held for a holding time of less than 15 minutes.

Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Menge an Kornfeinungsmittel in einem Bereich liegt, in dem die Kornfeinungswirkung δD2/δC2 (Änderung der Korngröße / Änderung der Zugabemenge) weniger als 1/20 des Betrages der mittleren Steigung δD1/δC1 im ersten Ast der Kurve ist.A method according to claim 1, characterized in that the increased amount of grain refining agent is in a range in which the grain refining effect δD2 / δC2 (change in grain size / change in the addition quantity) is less than 1/20 of the amount of the mean slope δD1 / δC1 in the first branch the curve is.

Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Menge an Kornfeinungsmittel in einem Bereich liegt, in dem die Kornfeinungswirkung δD2/δC2 (Änderung der Korngröße / Änderung der Zugabemenge) weniger als 1/50 des Betrages der mittleren Steigung δD1/δC1 im ersten Ast der Kurve ist.A method according to claim 1, characterized in that the increased amount of grain refining agent is in a range in which the grain refining effect δD2 / δC2 (change in grain size / change in the addition quantity) is less than 1/50 of the amount of the mean slope δD1 / δC1 in the first branch the curve is.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zuzugebende Menge an Kornfeinungsmittel dadurch präzisiert wird, daß Proben der Metallegierungen im schmelzflüssigen Zustand unterschiedliche Mengen an Kornfeinungsmittel zugesetzt werden, die Metallegierungen dann zu einer beliebigen Temperatur unter der Solidus-Linie abgekühlt und wieder auf eine Haltetemperatur zwischen Solidus- und Liquidus-Linie erwärmt, über eine wählbare Haltezeit von weniger als 15 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, danach abgeschreckt werden und das abgeschreckte Gefüge metallographisch untersucht und der Mindestgehalt an Kornfeinungsmitteln festgestellt wird, ab dem die Primärphase überwiegend aus voneinander isolierten abgerundeten Teilchen mit einem Formfaktor FF = ≧ 0,5 bei einem mittleren Korndurchmesser ≦ 150 µm besteht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the amount of grain refining agent to be added is specified by adding different amounts of grain refining agent to samples of the metal alloys in the molten state, the metal alloys then being cooled to an arbitrary temperature below the solidus line and then on again a holding temperature between the solidus and liquidus lines is warmed, held at this temperature for a selectable holding time of less than 15 minutes, then quenched and the quenched structure examined metallographically and the minimum content of grain refining agents from which the primary phase is predominantly isolated from one another is determined rounded particles with a form factor FF = ≧ 0.5 with an average grain diameter ≦ 150 µm.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von Formteilen aus Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß als Kornfeinungsmittel die mit Aluminium ein Peritektikum bildenden Elemente jeweils allein oder in Kombination verwendet werden.Method according to one of the preceding claims for the production of molded parts made of aluminum alloys, characterized in that the elements forming a peritectic with aluminum are used alone or in combination as grain refining agents.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kornfeinungsmittel Ti,B,Nb allein oder in Kombination verwendet werden.A method according to claim 5, characterized in that Ti, B, Nb are used alone or in combination as grain refining agents.

Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Ti gemeinsam mit C verwendet wird.A method according to claim 5 or 6, characterized in that Ti is used together with C.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kornfeinungsmittel Zr allein oder in Verbindung mit B verwendet wird.A method according to claim 5, characterized in that Zr alone or in combination as grain refining agent is used with B.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Aluminiumlegierung mit 0 bis 9 Gew.% Si, 0 bis 5 Gew.% Cu, 0 bis 5 Gew.% Zn und 0 bis 3 Gew.% Mg als Kornfeinungsmittel Ti und B mit einem Gesamtanteil von 0,05 bis 0,6 Gew.% eingesetzt werden.A method according to claim 5, characterized in that in the case of an aluminum alloy with 0 to 9% by weight Si, 0 to 5% by weight Cu, 0 to 5% by weight Zn and 0 to 3% by weight Mg as grain refining agents Ti and B with a total proportion of 0.05 to 0.6% by weight can be used.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminiumlegierung AlSi7Mg geschmolzen und entgast wird und daß in der Schmelze ein Ti-Gehalt von ≧ 0,25 % eingestellt, die Aluminiumlegierung wiedererwärmt und über 5 min zwischen Solidus und Liquiduslinie gehalten wird.Method according to claim 9, characterized in that an aluminum alloy AlSi7Mg is melted and degassed and in that a Ti content of-0.25% is set in the melt, the aluminum alloy is reheated and held for 5 minutes between the solidus and the liquidus line.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminiumknetlegierung AlMg1SiCu geschmolzen und entgast wird und daß in der Schmelze ein Ti-Gehalt von ≧ 0,025 % eingestellt, die Aluminiumlegierung wiedererwärmt und über 5 min zwischen Solidus und Liquiduslinie gehalten wird.A method according to claim 9, characterized in that an aluminum wrought alloy AlMg1SiCu is melted and degassed and in that a Ti content of ≧ 0.025% is set in the melt, the aluminum alloy is reheated and held between solidus and liquidus line for 5 min.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminiumlegierung AlMg1SiCu geschmolzen und entgast wird und daß in der Schmelze ein Ti-Gehalt von ≧ 0,07 % eingestellt, die Aluminiumlegierung wiedererwärmt und über 5 min zwischen Solidus und Liquiduslinie gehalten wird.A method according to claim 9, characterized in that an aluminum alloy AlMg1SiCu is melted and degassed and that a Ti content of ≧ 0.07% is set in the melt, the aluminum alloy is reheated and held between solidus and liquidus line for 5 minutes.

Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 zur Herstellung von Formteilen aus Kupferlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß als Kornfeinungsmittel Zr und/oder B und P als Desoxidationsmittel verwendet werden.Process according to Claims 1 to 4 for the production of molded parts made of copper alloys, characterized in that Zr and / or B and P are used as deoxidizing agents as grain refining agents.

Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Mg zur Entschwefelung zugegeben wird.A method according to claim 13, characterized in that Mg is additionally added for desulfurization.

Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 zur Herstellung von Formteilen aus Kupferlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kupferlegierung mit 0 bis 30 Gew.% Zn und 0 bis 20 Gew.% Sn als Kornfeinungsmittel Zr und/oder B mit einem Gesamtanteil von 0,05 bis 1,0 Gew.% und P eingesetzt werden.A method according to claim 13 or 14 for the production of molded parts made of copper alloys, characterized in that in the case of a copper alloy with 0 to 30% by weight of Zn and 0 to 20% by weight of Sn as grain refining agent Zr and / or B with a total proportion of 0.05 up to 1.0% by weight and P can be used.

Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupferlegierung CuSn12 geschmolzen und desoxidiert, dann auf einen Zr-Gehalt von ≧ 0,05 % eingestellt und anschließend über eine Minute auf einer Temperatur zwischen Liqidus- und Soliduslinie gehalten wird.A method according to claim 15, characterized in that a copper alloy CuSn12 is melted and deoxidized, then adjusted to a Zr content of ≧ 0.05% and then kept at a temperature between the Liqidus and Solidus lines for one minute.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Legierung isotherm zwischen Solidus- und Liquiduslinie gehalten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the alloy is kept isothermal between the solidus and liquidus lines.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Legierung gestuft zwischen Solidus- und Liquiduslinie geführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the alloy is stepped between the solidus and liquidus lines.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im schmelzflüssigen Zustand mit Kornfeinungsmittel versehenen Metallegierungen in einer durch ein Kühlmedium gekühlten Metallkokille in einer für die Formgebung benötigten Menge genau dosiert vergossen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal alloys provided with grain refining agent in the molten state are cast in precisely metered amounts in a metal mold cooled by a cooling medium in a quantity required for the shaping.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierungen zwischen Solidus- und Liquidus-Linie auf eine Temperatur über der Haltetemperatur erwärmt werden, wobei die gesamte Dauer innerhalb des Solidus-Liquidus-Bereichs 1 bis 15 Minuten beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal alloys between the solidus and liquidus lines are heated to a temperature above the holding temperature, the total duration within the solidus-liquidus range being 1 to 15 minutes.