CH683267A5 - Verfahren zum Aufheizen eines Werkstückes aus einer Metallegierung. - Google Patents
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Description
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CH 683 267 A5
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Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen eines Werkstückes aus einer festen Metallegierung auf eine zwischen Solidus- und Liquidustem-peratur der Legierung liegende Endtemperatur zur Herstellung eines teilfesten-teilflüssigen, thixotro-pen Zustandes des Werkstückes.
Bei der Herstellung von Metallegierungsphasen mit thixotropen Eigenschaften ist bekannt, die Temperatur einer Legierungsschmelze auf einen Wert zwischen Solidus- und Liquidustemperatur einzustellen und den hierbei entstehenden Legierungsbrei zur Umwandlung der beim Erstarrungsvorgang sich bildenden Dendriten zu im wesentlichen globu-litischen Gusskörnern kräftig zu rühren. Dieses Verfahren sowie die Einsatzmöglichkeiten der damit erzeugten Metallegierungsphase mit thixotropen Eigenschaften sind beispielsweise in US-A 3 948 650 und US-A 3 959 651 ausführlich beschrieben.
Im allgemeinen werden diese teilfesten-teilflüssigen Metallegierungsphasen zunächst unter die Soli-dustemperatur der Legierung - im allgemeinen auf Raumtemperatur - abgekühlt und erst kurz vor deren Weiterverarbeitung auf die erforderliche Verarbeitungstemperatur, bei welcher die thixotropen Eigenschaften in Erscheinung treten, aufgeheizt.
Sowohl bei der Herstellung der Metallegierungsphase mit thixotropen Eigenschaften als auch beim späteren nochmaligen Aufheizen der Werkstücke auf die Weiterverarbeitungstemperatur ist eine Vergröberung der Gusskörner unerwünscht.
Zum Aufheizen von metallischen Werkstoffen ist allgemein bekannt, öl-, gas- oder widerstandsbeheizte Öfen mit oder ohne Luftumwälzung oder auch Induktionsöfen einzusetzen.
Angesichts dieser Gegebenheiten haben sich die Erfinder zum Ziel gesetzt, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit welchem der thixotrope Zustand eines Werkstückes aus einer Metallegierung für dessen Weiterverarbeitung kostengünstig und ohne Inkaufnahme einer wesentlichen Kornvergröberung eingestellt werden kann.
Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass das Werkstück in einem ersten Schritt konvektiv, bevorzugt durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung oder eine nicht-induktive Wärmeübertragung auf eine knapp unterhalb der Solidustempera-tur der Metallegierung liegende Temperatur und in einem anschliessenden zweiten Schritt induktiv auf die Endtemperatur aufgeheizt wird.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird einerseits die gewünschte Endtemperatur durch die induktive Aufheizung im zweiten Schritt schnell erreicht und demzufolge die Verweilzeit des Werkstückes im teilfestenteilflüssigen Zustand, in welchem die stärkste Neigung zur Kornvergröberung beobachtet wird, möglichst kurz gehalten. Da in diesem zweiten Schritt nur eine Temperaturerhöhung am Werkstück von etwa 30° bis 100°C erfolgt, kann zudem die Leistung und damit die Grösse der Induktionsheizanlage verhältnismässig klein und damit kostengünstig ausgelegt werden. Andererseits ist der Energieverlust bei der Aufheizung durch nicht-induktive Wärmeübertragung im ersten Schritt unter Berücksichtigung des grossen Temperaturintervalls wesentlich geringer als bei einer entsprechenden Induktionsheizung.
Unter Praxisbedingungen liegt die nach dem ersten Aufheizschritt erreichte Temperatur etwa 10° bis 50°C unterhalb der Solidustemperatur der Metallegierung. Die Solidustemperatur sollte auf keinen Fall überschritten werden.
Die induktive Aufheizung des Werkstückes im zweiten Schritt erfolgt bevorzugt mit einer Wechselstromfrequenz zwischen 50 und 1000 Hz und einer Heizleistung zwischen etwa 10 und 200 kW. Wechselstromfrequenz und Heizleistung werden derart aufeinander abgestimmt, dass unter Einhaltung einer möglichst kurzen Zeit bis zum Erreichen der Endtemperatur die Oberflächentemperatur des Werkstückes die gewünschte Endtemperatur nie übersteigt.
Unter Produktionsbedingungen wird das erfin-dungsgemässe Verfahren zweckmässigerweise kontinuierlich durchgeführt. Hierbei erfolgt das Aufheizen im ersten Schritt bevorzugt in einem Durchlaufoder Tunnelofen und im zweiten Schritt taktweise durch jeweiliges Überführen in aufeinanderfolgende Induktionsspulen, wobei die Durchlaufgeschwindigkeit der Werkstücke durch den Durchlauf- oder Tunnelofen, die Taktzeit der Induktionsheizanlage sowie die Taktzeit der nachfolgenden Weiterverarbeitungssanlage aufeinander abgestimmt werden. Pro Durchlauf- oder Tunnelofen können auch mehrere Linien von Induktionsspulen eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Lösung ist darin zu sehen, dass im Falle eines Unterbruchs an der Weiterverarbeitungsanlage weniger Ausschuss an Werkstücken im teilfesten-teilfüssigen Zustand entsteht als bei einem taktweisen Verfahren mit induktiver Aufheizung auch im ersten Schritt, da mit dem erfindungsgemässen Verfahren bei gleicher Produktionsgeschwindigkeit weniger Induktionsspulen erforderlich sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird bevorzugt angewendet bei der Herstellung von zur Weiterverarbeitung in Druckgiess-, Schmiede-, Walz-und Pressanlagen vorgesehenen Werkstücken mit thixotropen Eigenschaften. Bevorzugte Werkstücke sind Bolzen oder Barren.
Das Verfahren ist insbesondere geeignet zum Aufheizen von Werkstücken aus Aluminiumlegierungen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Beispiel
Eine Legierung des Typs AISi7Mg mit 6,9 Gew.-% Si und 0,4 Gew.-% Mg wurde in einer Strang-giessanlage unter Erzeugung eines thixotropen Ge-füges zu einem Strang von 75 mm Durchmesser vergossen und zu Bolzen von 180 mm Höhe geschnitten. Der durchschnittliche Durchmesser der globulitischen Gusskörner betrug weniger als 100 um. Die Solidustemperatur der Legierung liegt bei 555°C. Die Bolzen wurden während zwei Stunden in einem Warmhalteofen mit Luftumwälzung auf die
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Claims (12)
1. Verfahren zum Aufheizen eines Werkstückes aus einer festen Metallegierung auf eine zwischen Solidus- und Liquidustemperatur der Legierung liegende Endtemperatur zur Herstellung eines teilfesten bzw. teilflüssigen, thixotropen Zustandes des Werkstückes, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück in einem ersten Schritt konvektiv auf eine knapp unterhalb der Solidustemperatur der Legierung liegende Temperatur und in einem anschliessenden zweiten Schritt induktiv auf die Endtemperatur aufgeheizt wird.
2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück in einem ersten Schritt durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung oder nicht induktive Wärmeübertragung aufgeheizt wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück im ersten Schritt auf eine 10° bis 50°C unterhalb der Solidustemperatur der Legierung liegende Temperatur aufgeheizt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück im zweiten Schritt mit einer Wechselstromfrequenz zwischen 50 und 1000 Hz aufgeheizt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück im zweiten Schritt mit einer Leistung zwischen 10 und 200 kW aufgeheizt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufheizen im zweiten Schritt Wechselstromfrequenz und Heizleistung derart aufeinander abgestimmt werden, dass unter Einhaltung einer möglichst kurzen Zeit bis zum Erreichen der Endtemperatur die Oberflächentemperatur des Werkstückes die gewünschte Endtemperatur nie übersteigt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen der Werkstücke im ersten Schritt kontinuierlich in einem Durchlauf- oder Tunnelofen durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen der Werkstücke im zweiten Schritt taktweise in mehreren aufeinanderfolgenden Induktionsspulen durchgeführt wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass pro Durchlauf- oder Tunnelofen mehrere Induktionsspulenlinien eingesetzt werden.
10. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von zur Weiterverarbeitung in Druckgiess-, Schmiede-, Walz- und Pressanlagen vorgesehenen Werkstücken mit thixotropen Eigenschaften.
11. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 10, zur Herstellung von zur Weiterverarbeitung in Druckgiess-, Schmiede-, Walz- und Pressanalgen vorgesehenen Bolzen oder Barren mit thixotropen Eigenschaften.
12. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auf Werkstücke aus Aluminiumlegierungen.
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