CH527657A - Giessform für eine Legierung und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

Description

  
 



  Giessform für eine Legierung und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Giessform für eine Legierung mit einem verhältnismässig begrenzten Erstarrungsbereich sowie ein Verfahren zu deren Betrieb.



   Die Erfindung bezweckt damit, die Erzeugung von Gussbarren ohne Erstarrungslunker zu ermöglichen.



   Die erfindungsgemässe Giessform ist gekennzeichnet durch eine Konstruktion zur Aufnahme der Legierungsschmelze zum Erstarrenlassen zu einem Barren und durch Mittel zum Ableiten der Wärme der Schmelze durch die Formkonstruktion nach unten und nach aussen.



   Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb dieser Giessform ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Wärme der Legierungsschmelze in der Form durch letztere nach unten und nach aussen ableitet, wobei man die Bildung von Taschen aus geschmolzener Legierung, die praktisch von mehr oder weniger erstarrter Legierung umschlossen sind, vermeidet.



   Im folgenden sind anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm des Erstarrungsbereichs verschiedener Ti-Ni-Legierungen,
Fig. 2 einen Teil einer Seitenansicht im Schnitt einer Legierungsschmelze in einer herkömmlichen Form beim Schwinden während der Erstarrung und der dadurch entstandene Spalt zwischen dem Barren und den Formwänden,
Fig. 3a einen in einer herkömmlichen Form erstarrten Barren im Schnitt,
Fig. 3b einen in einer erfindungsgemässen Form erstarrten Barren im Schnitt,
Fig. 4a und 4b erfindungsgemässe Giessformen im Schnitt und
Fig. 5a und Sb die Erstarrung in einer herkömmlichen bzw. erfindungsgemässen Giessform.



   Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass Ti-Ni-Legierungen verhältnismässig begrenzte Erstarrungsbereiche aufweisen, was einerseits vorteilhaft, anderseits nachteilig ist. Der Vorteil liegt in der chemischen Homogenität der erstarrten Schmelze.



  Der Nachteil liegt in der Schwierigkeit der Erzeugung eines Gussbarrens ohne Schwindungslunker.



   Wird eine Ti-Ni-Schmelze 2' unter Vakuum und bei einer nur wenig über dem Schmelzpunkt liegenden Temperatur in eine Giessform 10 herkömmlicher Bauart vergossen, so erstarrt die Schmelze darin und bildet zuerst eine Haut, die sich von der Formwand ablöst wie Fig. 2 zeigt. Infolgedessen bildet sich ein durchgehender Spalt 9 um die erstarrte Legierungshaut. Im Spalt herrscht somit praktisch auch Vakuum.



  Wegen des Spalts erfolgt der Wärmeübergang vom Barren zur Form und von der Form zur Ofenwand hauptsächlich durch Strahlung. Dies erschwert die Erzeugung eines Barrens mit geringer Trichterbildung und Porosität, ohne die chemische Homogenität des erstarrten Materials zu ändern.



   Der in Fig. 3a abgebildete Barren weist nicht nur einen grossen Giesstrichter auf, sondern auch sonstige unerwünschte Porosität zufolge des erwähnten Erstarrungsproblems.



   Im Gegensatz dazu ist der in einer erfindungsgemässen Form erstarrte Barren in Fig. 3b frei von Poren und Giesstrichter.



   Die Lösung des zugrundeliegenden Problems im Rahmen der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Wärme übergang bei der Erstarrung im Vakuum durch Strahlung und etwa nach der Gleichung:
Wärmeübergang (Strahlung) = K(TA4-TB4) erfolgt, worin TA und   TB    sich gegenüberliegende Oberflächen bedeuten. Wenn als   TA TB,    SO findet wenig oder kein Wärmeübergang statt. Um die gewünschte Erstarrung so zu beschleunigen, dass sich die chemische Homogenität des erstarrten Barrens nicht ändert, wird nach der Erfindung eine Formkonstruktion, wie aus Fig. 4a und 4b ersichtlich, benützt.



   Die Form 10 kann aus irgendeinem geeigneten Material wie Graphit bestehen und hat einen Bodenteil 11 und einen zylindrischen Halsteil 12. Der zylindrische Hals 12 ist praktisch gleichmässig dick und geht in den dickeren, breiteren Boden 11 über. Im Übergangsteil 13 werden die Wände dicker, indem sich die Aussenwand 13' allmählich erweitert, die die zylindrische Aussenwand 12' des Halsteils 12 mit der zylindrischen Aussenwand 11' des Bodenteils verbindet. Der Halsteil 12, der Übergangsteil 13 als auch Bodenteil 11 sind so ausgebildet, dass der von ihnen umschlossene Hohlraum zylindrisch ist. Dieser Hohlraum kann in den Konstruktionen nach Fig. 4a oder 4b selbstverständlich auch eine andere Form aufweisen. Rand 14 am oberen Ende des Halsteils 12  ist als Flansch ausgebildet.

  Heizelement 15 lässt sich durch Widerstand oder Induktion heizen und umgibt Halsteil 12 und erstreckt sich gegebenenfalls noch über einen Teil des Übergangs 13.



   Das Heizelement kann eine gleichmässige Wärmemenge pro Längeneinheit erzeugen oder durch entsprechende Konstruktion, z. B. Anordnung der Windungen der Widerstandsoder Induktionsspule, die einzelnen Teile der Form verschieden stark erwärmen.



   Die Form in Fig. 4b unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 4a durch einen am Bodenteil 11 anliegenden Kupferbehälter 16. Ein dem Heizelement 15 nach Fig. 4a entsprechender und ein Flansch 14 können auch hier vorhanden sein. Bei beiden Formen besteht eine geringere Gefahr einer unerwünschten Erstarrung.



   Fig. 5a zeigt eine gefüllte herkömmliche Form, in der Schmelzesäcke Poren und Innenlunker im erstarrten Barren verursachen. Fig. 5b zeigt eine gefüllte erfindungsgemässe Form nach Fig. 4b, worin die erstarrte Legierung 2" eine Temperatur TA aufweist, die etwa der Temperatur   TB    der beheizten Formwände 12 und 13 entspricht. Diese Konstruktion bewirkt die Ableitung der Schmelzwärme nach unten und nach aussen und somit eine vom Boden aufsteigende Erstarrungszone. Allerdings ist der Wärmeaustausch sorgfältig zu regeln, da ein zu langsames Abkühlen die Legierungshomogenität stören kann.

 

   Auch anders geformte oder konstruierte Giessformen aus anderem Material können einen Erstarrungsverlauf, wie er in Fig. Sb dargestellt ist, zulassen, sofern im oberen Teil eine geringe Abstrahlung dank gleicher Temperaturen des Oberteils der erstarrten Legierung und der sie umgebenden Formwand erfolgt, während ihr vom Formboden ständig grössere Wärmemengen entzogen werden.



   Ferner lässt sich die vorliegende Giessform anstelle einer Giessrinne oder mit dieser zusammen anwenden; im letzteren Fall wird die Giessrinne wie üblich oben auf die Barrenform gesetzt. Heizung 15 kann sich auch über die Giessrinne erstrecken, wobei man durch Zahl und Verteilung der Windungen die geeigneten Temperaturgradienten erzielt. Obwohl sich jedes für diesen Zweck bekannte Formmaterial eignet, haben sich Graphitformen besonders bewährt. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Giessform für eine Legierung mit einem verhältnismässig begrenzten Erstarrungsbereich, gekennzeichnet durch eine Konstruktion zur Aufnahme der Legierungsschmelze zum Erstarrenlassen zu einem Barren und durch Mittel zum Ableiten der Wärme der Schmelze durch die Formkonstruktion nach unten und nach aussen.

   II. Verfahren zum Betrieb der Giessform nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Wärme der Legierungsschmelze in der Form durch letztere nach unten und nach aussen ableitet, wobei man die Bildung von Taschen aus geschmolzener Legierung, die praktisch von mehr oder weniger erstarrter Legierung umschlossen sind, vermeidet.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Giessform nach Patentanspruch I mit einem Oberteil und einem Bodenteil, gekennzeichnet durch grössere Ausmasse, insbesondere Wanddicke, des letzteren gegenüber dem ersteren.

   2. Giessform nach Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Heizen des Oberteils.

   3. Giessform nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Kühlen des Bodenteils, z. B.

   in Form eines flüssigkeitsgekühlten Metallbehälters.

   4. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man der Legierungsschmelze in der oberen Zone während der Erstarrung Wärme zuführt.

   5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Wärmemengen in vertikaler Richtung derart abstuft, dass sich ein zum Boden hin abnehmender Wärmegradient ausbildet.

   6. Verfahren nach Unteranspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die zugeführte Wärmemenge allmählich vermindert.