PL191290B1 - Urządzenie do odlewania elementów z metali nieżelaznych i sposób wytwarzania urządzenia do odlewania elementów z metali nieżelaznych - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do odlewania elementów z metali niezela- znych, a zwlaszcza do odlewania ciaglego w krystalizatorze, lub odlewania cisnieniowego aluminium lub magnezu, majace forme odlewnicza, lub krystalizator, rure ssaca i tygiel, które sa wykonane ze stali lub zeliwa, znamienne tym, ze co najmniej czesc urzadzenia do odlewania, a zwlaszcza formy odlewni- czej (1), lub krystalizatora (2) jest wykonana z metali ciezkich o wysokiej temperaturze topnienia lub ze stopów metali ciez- kich o wysokiej temperaturze topnienia. 6. Urzadzenie do odlewania elementów z metali niezelaznych, a zwlaszcza do odlewania ciaglego w krystalizatorze lub odlewania cisnieniowego alumi- nium lub magnezu, majace forme lub krystalizator, rure ssaca i tygiel, które sa wykonane z zeliwa lub stali, znamienne tym, ze czesc urzadzenia do odlewania, a zwlaszcza czesc formy odlewniczej (1), lub krystaliza- tora (2) jest wykonana z metali ciezkich, lub stopów metali ciezkich, a zwlaszcza ze sferycznych lub kuli- stych czastek (6) metalu ciezkiego polaczonych umiesz- czona w przestrzeniach posrednich pomiedzy tymi czastkami osnowa wiazaca (7), której mieszanina zawie- ra metal ciezki. 20. Sposób wytwarzania urzadzenia do odlewania elemen- tów z metali niezelaznych, a zwlaszcza do odlewania ciaglego w krystalizatorze lub odlewania cisnieniowego aluminium lub magnezu, znamienny tym, ze co najmniej strone .......... ................................. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do odlewania elementów z metali nieżelaznych, a zwłaszcza do odlewania ciągłego, lub ciśnieniowego aluminium lub magnezu, mające formę odlewniczą, krystalizator, rurę ssącą i tygiel. Wynalazek dotyczy również sposobu wytwarzania urządzenia do odlewania elementów z metali nieżelaznych.

Do odlewania elementów z metali nieżelaznych, zwłaszcza z aluminium lub magnezu stosowane są urządzenia odlewnicze, na przykład krystalizatory, lub formy odlewnicze, z których otrzymuje się prawie gotowy element konstrukcyjny.

Forma odlewnicza została opisana w opisie japońskim nr 05000354. Składa się ona z dwóch części, z których jedna część jest ruchoma. Forma jest wykonana ze stopu wolframowego zawierającego 85-98% W, 2-5% Ni, 2-5% Mo i 1-5% Fe, a ponadto na swej powierzchni stykowej z odlewanym elementem ma uformowane tlenki wolframu lub molibdenu.

Odlane elementy konstrukcyjne mogą być poddane dalszej obróbce lub użyte we właściwym celu jako półwyroby, elementy konstrukcyjne, elementy gotowe lub podobne. Stosowane krystalizatory lub formy odlewnicze są wykonane z odpowiedniej stali lub żeliwa.

Okazało się, że urządzenia do odlewania to jest krystalizatory, tygle, rury ssące, pirometryczne rury ochronne lub podobne, często nie wytrzymują dużych obciążeń w wyniku intensywnego kontaktu z płynnym metalem lekkim. Następstwem tego są uszkodzenia na powierzchni i tym samym konieczność wymiany zużytych urządzeń odlewniczych. Uszkodzenia te są wadami powierzchniowymi powstałymi w wyniku ścierania wewnętrznych powierzchni i pęknięciami powstałymi wskutek przepalenia. Ścieranie wewnętrznych powierzchni urządzenia odlewniczego następuje wskutek erozji, korozji i przywierania cząstek odlewanego stopu, a pęknięcia od przepalenia są wynikiem termicznego zmęczenia użytych tworzyw.

Jako erozję określa się mechaniczne ścieranie, które zostaje wywołane dużymi prędkościami przepływu podczas odlewania lekkich metali jak aluminium i magnez. Erozja urządzeń do odlewania jest tym mniejsza, im bardziej odporne są materiały, zastosowane w danych warunkach.

Użyte w opisie określenie korozja obejmuje prawie wszystkie procesy fizyczne, w których następuje rozpuszczanie się elementów odlewniczych takich jak formy, kanały wlewowe itp. W procesach tych wiele elementów wykonanych ze stopów stali rozpuszcza się w metalach lekkich jak aluminium i magnez. Rozpuszczanie to prowadzi z czasem do znacznych ubytków materiałowych powodujących zniszczenie form i/lub innych elementów odlewniczych.

Powstają złogi lub skupiska lekkiego metalu, które krzepną na powierzchni formy lub przylegają do niej. Przy usuwaniu z formy złogów mogą wtedy powstać uszkodzenia na jej powierzchni.

Ze ścieraniem względnie zdzieraniem związane jest przechodzenie materiału formy lub krystalizatora do elementu odlewanego. Zanieczyszczenia te mogą spowodować poważne uszkodzenia otrzymanych odlewów.

Okazało się, że stosowane w samochodach elementy konstrukcyjne z metali nieżelaznych, zwłaszcza z aluminium lub magnezu, które zostały odlane w krystalizatorach lub formach wykazują dużą skłonność do korodowania i są trudne w dalszej obróbce.

Na przykład części karoserii, odlane z aluminium, nie można w zwykły sposób połączyć trwałym złączem spawanym. Dalsze trudności wynikają przy lakierowaniu gotowych części do samochodów, wykonanych z magnezu lub stopów magnezu, a zwłaszcza uchwytów wzgl. klamek do drzwi i pokrywy bagażnika. Takie elementy podczas lakierowania przyjmują tylko częściowo naniesione farby i korodują bardzo szybko.

Wychodząc z uzyskanej wiedzy, ustalone zostało podczas wielu prób, że powodem podanych na wstępie trudności jest przechodzenie składników stopu z krystalizatora lub formy podczas procesu odlewania metali nieżelaznych do odlewanych elementów.

Zadanie to zostało rozwiązane zgodnie z wynalazkiem przez zastosowanie wysokotopliwych metali ciężkich jako tworzywa do wytwarzania form do odlewania elementów z metali nieżelaznych.

Urządzenie według wynalazku do odlewania elementów z metali nieżelaznych, a zwłaszcza do odlewania, ciągłego w krystalizatorze lub odlewania ciśnieniowego aluminium lub magnezu, mające formę lub krystalizator, rurę ssącą i tygiel, które wykonane z żeliwa lub stali, charakteryzuje się tym, że co najmniej część urządzenia do odlewania, a zwłaszcza formy odlewniczej lub krystalizatora jest wykonana z metali ciężkich o wysokiej temperaturze topnienia lub ze stopów metali ciężPL 191 290 B1 kich o wysokiej temperaturze topnienia. Jako metale ciężkie korzystnie stosuje się wolfram, stopy wolframu, molibden lub stopy molibdenu.

Forma odlewnicza, korzystnie ma część bazową po stronie odwróconej od odlewanego elementu i część wewnętrzną z metalu ciężkiego lub ze stopu metali ciężkich po stronie, stykającej się z odlewanym elementem.

Wewnętrzna powierzchnia krystalizatora korzystnie jest pokryta metalem ciężkim lub stopami metali ciężkich o wysokiej temperaturze topnienia. Stop metali ciężkich korzystnie zawiera, co najmniej 90% wolframu i do 10% niklu żelaza, miedzi.

Urządzenie według wynalazku w wykonaniu alternatywnym do odlewania elementów z metali nieżelaznych, a zwłaszcza do odlewania, ciągłego w krystalizatorze lub ciśnieniowego aluminium lub magnezu, mające formę lub krystalizator, rurę ssącą i tygiel, które są wykonane z żeliwa lub stali, charakteryzuje się tym, że część urządzenia do odlewania, a zwłaszcza część formy lub krystalizatora, jest wykonana z metali ciężkich lub ze stopów metali ciężkich o wysokiej temperaturze topnienia, i korzystnie składa się ze sferycznych lub kulistych cząstek metalu ciężkiego połączonych umieszczoną w przestrzeniach pośrednich pomiędzy tymi cząstkami osnową wiążącą, której mieszanina zawiera metal ciężki.

Urządzenie korzystnie ma formę odlewniczą z dwoma połówkami, lub ma krystalizator.

Urządzenie zamiast stopem metali ciężkich, korzystnie jest pokryte metalem ciężkim.

Stop metali ciężkich korzystnie zawiera 30% do 98%, najkorzystniej 90% do 95% metalu ciężkiego, zwłaszcza wolframu, oraz pozostałe składniki stopu, albo korzystnie zawiera, co najmniej 90% wolframu i maksymalnie 10% pozostałych składników stopu.

Składnikami stopu są korzystnie chemiczne pierwiastki z grupy 5 do 11 okresów 4 do 7 układu okresowego pierwiastków, a zwłaszcza mangan, żelazo, kobalt, nikiel, miedź, pallad i platyna.

Urządzenie jest korzystnie wykonane całkowicie ze stopu metali ciężkich, a zwłaszcza ze stopu metali ciężkich jako elementu spiekanego.

Część bazowa urządzenia i jego część wewnętrzna są korzystnie płasko ze sobą połączone, a w szczególności mają komplementarny kształt i są połączone rozłącznie, lub są ze sobą połączone trwale, zwłaszcza za pomocą spawania.

Urządzenie, korzystnie ma część bazową po stronie odwróconej od odlewanego elementu i część wewnętrzną, wykonaną ze stopu metali ciężkich po stronie stykającej się z odlewanym elementem.

Część wewnętrzna korzystnie jest umieszczona w postaci powłoki powierzchniowej na części bazowej i korzystnie części te są połączone ze sobą, a zwłaszcza za pomocą połączenia śrubowego.

Część wewnętrzna połączona z częścią bazową ma od strony stykającej się z odlewanym elementem powierzchnię obrobioną zwłaszcza poprzez obróbkę mechaniczną lub elektroiskrową. Sferyczne lub kuliste cząstki korzystnie posiadają średnicę od 10 mm do 40 mm, zwłaszcza od 20 mm do 30 mm, przy czym zawartość metali ciężkich w osnowie wiążącej wynosi pomiędzy 0% i 30% i 100%, zwłaszcza między 20% i 30%.

Sposób wytwarzania urządzenia do odlewania elementów z metali nieżelaznych, a zwłaszcza do odlewania ciągłego w krystalizatorze lub odlewania ciśnieniowego aluminium lub magnezu, charakteryzuje się tym, że co najmniej stronę wewnętrzną urządzenia, zwłaszcza formy lub krystalizatora zwróconą do odlewanej kształtki, wykonuje się poprzez spiekanie stopu metali ciężkich, zwłaszcza stopu wolframu, z którego to stopu podczas spiekania tworzy się strukturę składającą się z metalu ciężkiego i osnowy, która zawiera również ciężki metal i wiąże ze sobą sferyczne lub kuliste cząstki. Wtym celu zewnętrzną powierzchnię formy lub krystalizatora pokrywa się rozdrobnionymi, cząstkami metalu ciężkiego, które następnie spieka się tworząc trwałą, zewnętrzną powłokę z nałożonych metali.

Jako sferyczne lub kuliste cząstki korzystnie stosuje się zwłaszcza cząstki kuliste a najkorzystniej sferyczne lub kuliste cząstki o średnicy wynoszącej od 10 mm do 40 mm, zwłaszcza od 20 mmdo 30 mm.

W sposobie wytwarzania urządzenia do odlewania elementów z aluminium lub magnezu, do stopu metali ciężkich i tym samym do osnowy wiążącej, którą nakłada się na zewnętrzną powierzchnię formy lub krystalizatora, korzystnie dodaje, co najwyżej śladowe ilości miedzi.

W sposobie według wynalazku jako metal ciężki korzystnie stosuje się wolfram, stopy wolframu, molibden lub stopy molibdenu.

PL 191 290 B1

W sposobie wytwarzania według wynalazku, stopy metalu ciężkiego nanosi się na element formujący jako cienką powłokę, zwłaszcza w stanie proszkowym lub płynnym, lub też nakłada się w postaci cienkiej powłoki blaszanej, zależnie od formowalności stopu metali ciężkich i/lub ich temperatury topnienia w porównaniu z temperaturą topnienia części bazowej elementu formującego.

Jeżeli stosuje się wolfram jako metal ciężki, a część bazowa formy lub krystalizatora jest wykonana z żelaza, to z powodu niskiej temperatury topnienia żelaza w porównaniu z temperaturą topnienia wolframu, nie jest możliwe łączenie wolframu ani w stanie płynnym ani w stanie sproszkowanym (przez spiekanie), i wtedy pokrycie części bazowej wolframem wykonuje się metodą natryskiwania termicznego, jak na przykład natryskiwanie metalem stopionym w strumieniu plazmy.

W przypadku stosowania wolframu jako składnika metalu ciężkiego, albo cały element formujący to jest forma lub krystalizator wykonuje sięze stopu wolframu, lub też jego część wewnętrzna jest kształtowo połączona śrubami lub w inny sposób z częścią bazową (na przykład wykonaną z żelaza). Należy przy tym zwrócić uwagę na różną rozszerzalność cieplną wolframu i żelaza, tak, aby przy nagrzaniu powierzchni wewnętrznej składającej się ze stopu metali ciężkich, która ze względu na oszczędności materiałowe zostaje wykonana jako względnie cienka wymiarowo, nie następował żaden uskok w stosunku do przylegającej od zewnątrz części bazowej, z którą musi być zagwarantowane stabilne, wytrzymałe na ściskanie połączenie mechaniczne.

Krystalizatory lub formy odlewnicze mogą być przy tym wykonane całkowicie z wysokotopliwego metalu ciężkiego lub ze stopu metalu ciężkiego lub nawet ze stali, gdyż ich czynne powierzchnie, zwrócone podczas procesu odlewania do stopionego metalu lekkiego, jest pokryte wystarczająco grubą warstwą wysokotopliwego metalu ciężkiego lub jego stopów.

Zgodnie z wynalazkiem stosuje się stopy wolframu zawierające 30% wolframu (W) a ponadto głównie składniki stopowe jak nikiel (Ni), żelazo (Fe) i miedź (Cu).

Przy zastosowaniu urządzeń do odlewania według wynalazku nie dochodzi w ogóle, pęknięć ogniowych lub, co najmniej jedynie tylko do niewielkiego zużycia powierzchniowego urządzenia do odlewania. W tym celu, stosuje się według wynalazku tworzywa o specjalnych właściwościach, których stopy w wyniku swojej wysokiej twardości w podwyższonej temperaturze i dobrej odporności na odpuszczanie nie ulegają mechanicznemu ścieraniu pod wpływem przepływających płynnych metali. Dlatego też występuje wyraźnie mniejsza erozja, aniżeli przy użyciu zwykłych materiałów. Metale ciężkie, zwłaszcza wolfram i molibden, przechodzą przy stosowanych temperaturach i czasach trwania odlewania jedynie w bardzo małych ilościach do roztworu tak, że korozja jest ledwo zauważalna. Przy stosowanych temperaturach odlewania istniejące w niewielkiej masie utlenienie metali ciężkich dodatkowo zapobiega przywieraniu lekkich metali do form odlewniczych. Tym samym zapobiega się uszkodzeniom formy odlewniczej powstającym podczas usuwania złogów. W porównaniu z innymi materiałami, materiał według wynalazku ma niewielkie wydłużenie cieplne, a jego struktura i właściwości mechaniczne są bardzo odporne na zmęczenie termiczne. Dlatego też nie jest on prawie wcale podatny na pęknięcia powstałe wskutek przepalenia.

Powoduje to, że lekki metal użyty do odlewania elementów nie jest w ogóle lub prawie wcale zanieczyszczony, a krystalizator wzgl. forma w ogóle lub prawie wcale nie jest zużyta przez ścieranie.

Tym samym, więc można odlewać stopy odlewnicze z metali lekkich o wyższej czystości, niż to było możliwe dotychczas. Okazało się, że w tym przypadku spawalność elementów odlanych ze stopów metali lekkich jest wyraźnie lepsza, a skłonność do korozji znacznie zmniejszona.

Wyraźne polepszenie spawalności odlewanych elementów aluminiowych w wyniku zastosowania form odlewniczych według wynalazku jest szczególnie korzystne przy wytwarzaniu chassis składających się z odlewanych elementów aluminiowych i karoserii do budowy samochodów.

Dalsza zaleta wynalazku polega na tym, że zwłaszcza stopy magnezu można obecnie lakierować. Znikomo małe rozpuszczenie się tworzywa według wynalazku prowadzi przy tym do istotnego zwiększenia stanu żywotności krystalizatora wzgl. formy odlewniczej podczas procesów produkcyjnych.

Urządzenia do odlewania, krystalizatory, formy odlewnicze, wykonane z wysokotopliwych metali ciężkich mogą posiadać dowolną postać i ukształtowanie odpowiednio do zastosowanego procesu produkcyjnego i tworzywa, zastosowanego do tego procesu produkcyjnego.

Ponadto okazało się również korzystne, aby wysokotopliwego stopu metali ciężkich, zwłaszcza stopu wolframu, nie stosować do wykonania powierzchni wewnętrznej elementu formującego wzgl. powłoki elementu formującego lub też jako powierzchni kontaktowej z wytwarzanym odlewem, lecz zamiast tego użyć materiału spiekanego, składającego się z siatki mikroskopijnie małych cząstek,

PL 191 290 B1 zwłaszcza z monokryształów metalu ciężkiego, które są trwale połączone ze sobą osnową wiążącą, która również zawiera ciężki metal.

Korzystnie stosuje się sferyczne cząstki wzgl. ziarna (monokryształy), najlepiej w postaci kul.

Skład ilościowy stopu metali ciężkich na powierzchni elementu formującego, jest tak dobrany, aby w procesie spiekania można było wykonać element formujący o wysokiej wytrzymałości mechanicznej i przy równocześnie niewielkim udziale ilościowym składników stopu metali ciężkich dołączonych na powierzchni stykowej między elementem formującym i elementem odlewanym.

Można to osiągnąć zwłaszcza wtedy, gdy jako ciężki metal stosuje się wolfram, a jego w przybliżeniu kuliste cząstki mają średnicę od 10 mmdo 40 mm, zwłaszcza 20 mmdo 30 mm. Wielkość tych cząstek wpływa z jednej strony na zużycie ilościowe składników (wszelkie dane procentowe w niniejszym zgłoszeniu są procentami wagowymi, zaś z drugiej strony wpływa na parametry fizyczne procesu spiekania.

Jeżeli cząstki, na przykład wolframu, będą miały większą średnicę, wtedy wytrzymałość na rozciąganie odpowiedniej części spiekanej będzie zbyt mała, a tym samym zmniejszona zostanie odporność na zmiany temperatury.

Wraz ze zmniejszającą się średnicą cząstek narasta niebezpieczeństwo ich oderwania się od powierzchni stykowej, na przykład podczas odlewania może nastąpić oderwanie się cząstek wolframu od spiekanego elementu formującego i osadzanie się ich w obszarach w pobliżu powierzchni odlewanego elementu. To zanieczyszczenie odlewanego elementu może prowadzić do nieprzewidzianych zmian korozyjnych, ścieralności, trudności przy obróbce mechanicznej i lakierowaniu.

Przy spiekaniu, im dłuższy jest czas oraz im wyższa jest temperatura, tym wielkość ziarna zwiększa się i dlatego w wyniku doboru odpowiednich parametrów procesu spiekania można sterować wielkością ziaren metalu ciężkiego.

W zależności od rodzaju stosowanych pierwiastków stopowych, które powinny być wybrane z pierwiastków o liczbie atomowej 22 do 29 wzgl. 40 do 47 wzgl. 72 do 79 układu okresowego pierwiastków, a zwłaszcza z grupy pierwiastków mających liczbę atomową 25 do 29 wzgl. 46 i 78, stop nie powinien zawierać więcej w sumie, niż trzy pierwiastki, proces spiekania winien być prowadzony z zachowaniem parametrów, przy których powstaje zwięzłe tworzywo.

Sama osnowa wiążąca jest siatkową strukturą metalową, która składa się z wprowadzonych składników stopowych, na przykład niklu i żelaza, w której jest także rozpuszczony w niewielkiej ilości ciężki metal - w przypadku wolframu do 30%. Jest również możliwe spiekanie przy tak niskich temperaturach, w których pierwiastki osnowy wiążącej nie topią się, lecz pozostają w fazie stałej.

Przy wytwarzaniu elementów z aluminium należy przede wszystkim zrezygnować z miedzi jako składnika stopu, ponieważ miedź jednocześnie znajduje się w odlewanym elemencie i dlatego wchodzi z nim w połączenie.

Oprócz wady polegającej na obniżeniu wytrzymałości na rozciąganie, przy zbyt dużych średnicach cząstek metalu ciężkiego, następuje także zwiększenie się powierzchni stykowych utworzonych przez osnowę wiążącą. Im większe są powierzchnie stykowe osnowy wiążącej, o tyle większe jest prawdopodobieństwo, że przez ścieranie, przywieranie do odlewanego elementu lub podobne zjawiska, cząstki z osnowy wiążącej zostają oderwane i osadzone w obszarach w pobliżu powierzchni odlanego elementu.

Podana wielkość średnicy cząstek metali ciężkich jest optymalna dla wytrzymałości mechanicznej urządzenia odlewniczego.

Na przykład przez obróbkę skrawaniem jak frezowanie lub szlifowanie, lub też przez obróbkę iskrową, powierzchnia wewnętrzna formy lub krystalizatora zawierająca cząstki metali ciężkich w osnowie wiążącej może zostać zwiększona. W wyniku tego cząstki metali ciężkich zostają osadzone na powierzchni kontaktowej, tak, że ich sferyczny kształt posiada po stronie kontaktowej płaską powierzchnię. Ponieważ podczas spiekania sferyczne cząstki przylegają do zewnętrznej powierzchni spiekanej formy, struktura wyjściowa części powierzchni cząstek względem części osnowy wiążącej na powierzchni kontaktowej zostaje wobec niej zwiększona, i w wyniku tego także szerokość powierzchni kontaktowych osnowy wiążącej zmniejszona maksymalnie od 1mmdo 5 mm.

Dobre powiązanie rozmieszczonych na powierzchni formy cząstek wolframu z osnową wiążącą zapobiega wypłukiwaniu, a tym samym odrywaniu cząstek metali ciężkich przez odlewane metale lekkie takie jak aluminium i magnez.

PL 191 290 B1

Postać wykonania urządzenia według wynalazku jest poniżej opisana dokładniej w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju ujęcie przez obszar styku między elementem formującym i elementem odlewanym; fig. 2 - ujęcie innej struktury wewnątrz elementu formującego, oraz fig. 3 - różne elementy formujące.

Na figurze 1 pokazano, że wykonany ze stopu metali ciężkich element formujący wzgl. część tego elementu formującego stykającego się z odlewanym elementem 3, składa się z dużej liczby sferycznych, a zwłaszcza sferycznych lub kulistych cząstek 6, które są osadzone w osnowie wiążącej 7, wypełniającej przestrzenie pośrednie.

Stop ten jest wykonany przez spiekanie. Sferyczne lub kuliste cząstki 6 wykonane są z metalu ciężkiego, na przykład wolframu, podczas gdy osnowa wiążąca składa się z mieszaniny materiałów stałych dodanych jako składniki stopu, na przykład niklu i żelaza, jak również ponownie użytego metalu ciężkiego, na przykład wolframu.

Stosowaną podczas spiekania temperaturę utrzymuje się poniżej temperatury topnienia każdorazowo użytego metalu ciężkiego, na przykład wolframu, jednak powyżej temperatury topnienia innych składników stopu, na przykład niklu i żelaza. Te składniki stopu występują w stanie ciekłym, przez co także część wolframu wchodzi do kąpieli roztopionego metalu tak, że osnowa wiążąca znajduje się najpierw w roztworze, a po zakończeniu procesu spiekania zestala się i tym samym tworzy znaną, molekularną strukturę siatkową stopu metali.

Jak to zostało pokazane na fig. 1i 2 sferyczne cząstki oraz opiłki składające się wyłącznie z metali ciężkich, spiekają się bezpośrednio ze sobą, a znajdujące się dodatkowo puste przestrzenie między tworzącymi się cząstkami zostają wypełnione opisaną osnową wiążącą, która posiada również bardzo wysoką zdolność adhezyjną. Powstaje spiek, którego właściwości mechaniczne, zwłaszcza wytrzymałość na rozciąganie, wyraźnie przekracza właściwość czystego metalu ciężkiego, przede wszystkim wolframu.

Rozszerzalność cieplna i wytrzymałość mechaniczna przy wzrastającej zawartości metali ciężkich zmniejszają się i tym samym wzrasta kruchość, a więc zawartość metalu ciężkiego nie powinna przekraczać górnej granicy 98%, korzystnie 95% masy.

Jak to pokazano na fig. 1, na mechanicznie obrobionej, na przykład wyfrezowanej, powierzchni kontaktowej 10, na której z aluminium jest odlewany element 3, pod wpływem wysokiej temperatury wlanego aluminium (około 700°C) tworzy się na powierzchni sferycznych lub kulistych cząstek 6 cienka warstwa z jednego lub wielu tlenków metalu ciężkiego, na przykład WO2, WO3, które względem odlewanego elementu 3 działają jako środek rozdzielający.

W wyniku mechanicznej obróbki powierzchni kontaktowych 10, sferyczne lub kuliste cząstki 6 przylegają wzgl. przywierają do tej powierzchni kontaktowej, przez co ich udział powierzchniowy zwiększa się a tym samym udział powierzchniowy osnowy wiążącej 7 na powierzchni kontaktowej 10 zostaje zmniejszony. Ponadto części osnowy wiążącej na powierzchni kontaktowej są utworzone przede wszystkim w postaci lejków. Na powierzchni kontaktowej 10 w obszarze osnowy wiążącej 7 występuje w mniejszym lub większym stopniu kawitacja.

Przy powierzchni wewnętrznej 10 jest mniej materiału osłony wiążącej 7, z uwagi na postępujące odłączanie i wzrastające przechodzenie jej do odlewanego elementu 3, bez równoczesnego prawdopodobieństwa odrywania się sferycznych lub kulistych cząstek 6, które znajdują się bezpośrednio przy powierzchni wewnętrznej 10.

Na figurze 3 są przedstawione różne elementy formujące. Na fig. 3a pokazana jest forma odlewnicza z dwoma połówkami 1a, 1b. Każda połówka 1a, 1b formy ma części wewnętrzne 5a, 5b z pustą przestrzenią dla odlewanego elementu 3, przy czym części te od swojej tylnej strony są wzmocnione częścią bazową 4a, 4b. Część bazowa 4a, 4b może być wykonana z żelaza lub stali, podczas gdy część wewnętrzna, 5a, 5b jest wykonana ze stopu metali ciężkich według wynalazku. Obydwie części przylegają do siebie przede wszystkim wzdłuż płaszczyzny lub, co najmniej w kierunku prostej płaszczyzny styku 8 i są połączone ze sobą rozłącznie lub nierozłącznie.

Dlatego też jest możliwe, aby część bazową 4a i 4b wykonać ze słabszego materiału i tym samym zmniejszyć zapotrzebowanie na stopy metali ciężkich.

Figura 3b przedstawia krystalizator 2 do odlewania ciągłego, na przykład aluminium. Otaczająca otwór ciągłego odlewania część bazowa 4 jest wykonana ze stopu metali ciężkich według wynalazku, którego grubość jest niewielka, ponieważ po zewnętrznej stronie część bazowa 4 jest podparta otaczającą częścią, która może być wykonana z żelaza lub stali. Połączenie między obydwoma częściami może odbywać się analogicznie, jak przy formach odlewniczych.

PL 191 290 B1

Figura 3c pokazuje przykładowo w szczegółach połowę formy 1a na przykład połowę formy odlewniczej, która również składa się z części wewnętrznej 5 ze stopu metali ciężkich i części bazowej 4 wykonanej z żelaza lub ze stali. Powierzchnia wewnętrzna jest przy tym wykonana w kształcie rynny 8 o przekroju w postaci kapelusza. Zastosowany do części wewnętrznej 5 stop metali ciężkich, na przykład stop wolframu w postaci płaskiego materiału taśmowego lub blachy jest elastyczny tylko w niewielkich granicach, tak, że promienie krzywizny powierzchni stykowych muszą być dostosowane do tej elastyczności stopu metali ciężkich i nie mogą być zbyt małe. Korzystnie stosuje się materiał taśmowy o jednakowej grubości ze stopu metali ciężkich, który zostaje nałożony na część bazową 4, przy czym grubość zastosowanego materiału taśmowego jest tak duża, że przekrój utworzonej powierzchni stykowej 10 znajduje się jeszcze całkowicie wewnątrz przekroju materiału taśmowego 9.

Następnie w wyniku obróbki elektroiskrowej lub mechanicznej obróbki wiórowej następuje uformowanie powierzchni stykowej 10 według żądanego kształtu.

Claims (23)

1. Urządzenie do odlewania elementów z metali nieżelaznych, a zwłaszcza do odlewania ciągłego w krystalizatorze, lub odlewania ciśnieniowego aluminium lub magnezu, mające formę odlewniczą, lub krystalizator, rurę ssącą i tygiel, które są wykonane ze stali lub żeliwa, znamienne tym, że co najmniej część urządzenia do odlewania, a zwłaszcza formy odlewniczej (1), lub krystalizatora (2) jest wykonana z metali ciężkich o wysokiej temperaturze topnienia lub ze stopów metali ciężkich o wysokiej temperaturze topnienia.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że jako metale ciężkie ma wolfram, stopy wolframu, molibden lub stopy molibdenu.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że forma (1) ma część bazową (4) po stronie odwróconej od odlewanego elementu i część wewnętrzną (5) z metalu ciężkiego lub ze stopu metali ciężkich po stronie stykającej się z odlewanym elementem (3).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wewnętrzna powierzchnia krystalizatora (2) jest pokryta ciężkim metalem lub stopami ciężkich metali o wysokiej temperaturze topnienia.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że stop metali ciężkich zawiera co najmniej 90% wolframu i do 10% niklu żelaza, miedzi.

6. Urządzenie do odlewania elementów z metali nieżelaznych, a zwłaszcza do odlewania ciągłego w krystalizatorze lub odlewania ciśnieniowego aluminium lub magnezu, mające formę lub krystalizator, rurę ssącą i tygiel, które są wykonane z żeliwa lub stali, znamienne tym, że część urządzenia do odlewania, a zwłaszcza część formy odlewniczej (1), lub krystalizatora (2) jest wykonana z metali ciężkich, lub stopów metali ciężkich, a zwłaszcza ze sferycznych lub kulistych cząstek (6) metalu ciężkiego połączonych umieszczoną w przestrzeniach pośrednich pomiędzy tymi cząstkami osnową wiążącą (7), której mieszanina zawiera metal ciężki.

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne rym, że ma formę odlewniczą, z dwoma połówkami (1a, 1b).

8. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że jest krystalizatorem (2).

9. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że forma odlewnicza (1) lub krystalizator (2) są pokryte od wewnątrz metalem ciężkim.

10. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że stop metali ciężkich zawiera 30% do 98%, korzystnie 90% do 95 metalu ciężkiego, zwłaszcza wolframu, oraz pozostałe składniki stopu.

11. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że stop metali ciężkich zawiera co najmniej 90% wolframu i maksymalnie 10% pozostałych składników stopu.

12. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że składnikami stopu są chemiczne pierwiastki z grupy 5 do 11 okresów 4 do 7 układu okresowego pierwiastków, a zwłaszcza mangan, żelazo, kobalt, nikiel, miedź, pallad i platyna.

13. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że składa się całkowicie ze stopu metali ciężkich, a zwłaszcza ma stop metali ciężkich jako element spiekany.

14. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że forma (1) ma część bazową (4) i część wewnętrzną (5), które są ze sobą połączone rozłącznie lub nierozłącznie, zwłaszcza za pomocą spawania.

PL 191 290 B1

15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że część bazowa (4) formy (1) jest umieszczona po stronie odwróconej od odlewanego elementu, a część wewnętrzna (5) jest wykonana ze stopu metali ciężkich od strony stykającej się z odlewanym elementem (3).

16. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że część bazowa (4) jest umieszczona na części wewnętrznej (5) w postaci powłoki powierzchniowej.

17. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że część bazowa (4) i część wewnętrzna (5) są połączone ze sobą rozłącznie, zwłaszcza za pomocą połączenia śrubowego.

18. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że część wewnętrzna (5) połączona z częścią bazową (4), ma obrobioną powierzchnię zwłaszcza poprzez obróbkę mechaniczną lub elektroiskrową od strony stykającej się z odlewanym elementem.

19. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że sferyczne lub kuliste cząstki (6) posiadają średnice od 10 mm do 40 mm, zwłaszcza od 20 mm do 30 mm, przy czym zawartość metali ciężkich w osnowie wiążącej (7) wynosi pomiędzy 0% i 30% i 100%, zwłaszcza między 20% i 30%.

20. Sposób wytwarzania urządzenia do odlewania elementów z metali nieżelaznych, a zwłaszcza do odlewania ciągłego w krystalizatorze lub odlewania ciśnieniowego aluminium lub magnezu, znamienny tym, że co najmniej stronę wewnętrzną urządzenia, zwłaszcza formy (1), lub krystalizatora (2), zwróconą do odlewanego elementu (3), wykonuje się przez spiekanie stopu metali ciężkich, zwłaszcza stopu wolframu, z którego to stopu podczas spiekania tworzy się strukturę składającą się z metalu ciężkiego i osnowy, która zawiera ciężki metal i wiąże połączone są ze sobą sferyczne lub kuliste cząstki (6).

21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że jako sferyczne lub kuliste cząstki (6), stosuje się zwłaszcza cząstki kuliste.

22. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że wytwarza się sferyczne lub kuliste cząstki (6) o średnicy wynoszącej od 10 mmdo 40 mm, zwłaszcza od 20 mm do 30 mm.

23. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że do stopu metali ciężkich i do osnowy wiążącej urządzeń do odlewania elementów z aluminium dodaje się co najwyżej śladowe ilości miedzi.