NO20001623L - Termisk sjokk-bestandig innretning for støping av tiksotropiske materialer - Google Patents

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

1. Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en innretning for støping av tiksotropiske materialer til gjenstander. Nærmere bestemt vedrører den foreliggende oppfinnelse en termisk effektiv og termisk sjokkbestandig innretning for støping av tiksotropiske materialer til produktgjenstander.

2. Beskrivelse av kjent teknikk

Metallsammensetninger med dendrittisk struktur ved omgivelsestemperatur er vanligvis blitt smeltet og deretter underkastet høytrykkspresstøping. Disse konvensjonelle presstøpingsprosedyrer er begrenset ved at de lider av porøsitet, smeltetap, forurensning, for mye skrap, høyt energiforbruk, langvarige sykluser, begrenset formlevetid og begrensede formkonfigurasjoner. Videre fremmer konvensjonell prosessering dannelse av et antall mikrostrukturene defekter, slik som porøsitet, hvilke påkrever etterfølgende, sekundær prosessering av gjenstandene og også resulterer i bruk av konservativ dimensjonering med hensyn til mekaniske egenskaper.

Det finnes kjente prosesser for utforming av disse metallsammensetninger slik at deres milaostruktur når de er i halvfast tilstand består av avrundede eller runde, degenererte dendrittpartikler omgitt av en kontinuerlig væskefase. Dette er i motsetning til den klassiske likevektsmikrostruktur av dendritter omgitt av en kontinuerlig væskefase. Disse nye strukturer innehar ikke-newtonsk viskositet, et inverst forhold mellom viskositet og skjærrate, og materialene som sådanne er kjente som tiksotropiske materialer.

En prosess for forming av tiksotropiske materialer påkrever varming av metallsammensetningen eller legeringen til en temperatur høyere enn likvidustemperaturen, hvorpå den flytende metallegeringer underkastes en høy skjærrate ettersom den avkjøles til området for tofaselikevekt. Et resultat av agitasjonen under avkjøling er at de initielt størknede faser av legering kimdannes og vokser som runde primærpartikler (i motsetning til sammenkoblede dendrittiske partikler). Disse primære faste stoffer består av diskrete, degenererte dendrittiske sfæruler og er omgitt av en grunnmasse av en ikke-størknet andel av det flytende metall eller -legering.

En annen metode for å forme tiksotropiske materialer innebærer oppvarming av metallsammensetningen eller legeringen (heretter kun "legering") til en temperatur hvorved det meste, men ikke hele, legeringen er i flytende tilstand. Legeringen overføres deretter til en temperaturkontrollert sone og underkastes skjærpålyenning. Agitasjonen som fremkommer ved skjærpåvirkningen av materialet omdanner eventuelle dendrittpartikler til degenererte dendrittiske sfæruler eller kuler. Ved denne metode er det foretrukket at idet agitasjonen igangsettes inneholder det halvfaste metall mer væskefase enn fast fase.

Det har også vært sett en sprøytestøpeteknikk hvorved det gjøres bruk av legeringer levert i en "som støpt"-tilstand. Med denne teknikk tilføres fødematerialet i en stempelskrueinjeksjonsenhet hvor det varmes eksternt og skjærpåkjennes mekanisk ved vkkningen av en roterende skrue. Ettersom materialet prosesseres med skruen beveges det forover i tønnen. Kombinasjonen av partiell smelting og samtidig skjærpåkjenning frembringer en slurry av legeringen inneholdende diskrete degenererte dendrittkulepartikler, eller med andre ord, en halvfast tilstand av materialet som innehar tiksotropiske egenskaper. Den tiksotropiske slurry leveres med skruen til en akkumuleirngssone i tønnen hvor den plasseres mellom ekstruderdysen og skruespissen. Ettersom slurryen leveres til denne akkumuleirngssone, trekkes skruen samtidig tilbake i en retning bort fra enhetens dyse for å styre mengden slurry tilsvarende en ladning og for å begrense trykkoppbygningen mellom dysen og skruespissen. Slurryen forhindres fra lekkasje eller utsiving fra dysespissen ved kontrollert størkning av en fast metallplugg i dysen, og pluggen dannes ved å styre dysetemperaturen. Straks en passende mengde slurry for produksjon av den ønskede gjenstand er blitt akkumulert i akkumulasjonssonen, føres skruen hurtig forover og utvikler derved tilstrekkelig trykk til å tvinge den faste metallplugg ut av dysen og inn i en mottaker, hvorved det tillates at slurryen injiseres i formkaviteten for derved å danne den ønskede faste gjenstand. Pluggen i dysen tilveiebringer beskyttelse for slurryen mot oksidasjon ved dannelsen av oksid i de indre vegger i dysen, hvilket ellers ville bringes med i den ferdige, støpte del. Pluggen tetter videre formkaviteten på injeksjonssiden, hvilket letter bruken av et vakuum for å evakuere formkaviteten og er videre fordelaktig med hensyn til kvaliteten og kompleksiteten av delen som støpt. Videre tillater pluggen en hurtigere syklus enn det som ellers ville kunne oppnås dersom det ble benyttet drift med en innløpskanalbryter. Mottageren innbefatter en innløpskanalhylse som retter strømmen av slurry inn i formkaviteten og også termisk styrer størkningsraten i innløpskanalen for å redusere syklustiden og for å gjøre maskinen mer effektiv.

Eksempler på innretninger utformet for å gjennomføre disse formeprosesser innbefatter dem beskrevet i patentpublikasjonene WO 9721509 A (D2) og EP 0 761 344 A (D3). I hvert av disse dokumenter beskrives en innretning for prosessering av materiale i en halvfast tiksotropisk tilstand og påfølgende sprøytestøping av materialene. Hver innretning innbefatter en skjærmekanisme, en ladningsslisse og en tønne. Ettersom materialene føres gjennom tønnen underkastes de skjærpåvirkning og oppvarming eller avkjøling, for å bringe materialet til en tiksotropisk tilstand. Materialet utmåles i en ladningsslisse. Når en hensiktsmessig mengde materiale er til stede i ladningsslissen, føres et stempel frem for å tvinge materialet inn i presstøpeformen.

I de hittil tilgjengelige tiksotropiske støpemaskiner gjennomføres all oppvarming av materialet i tønnen i maskinen. Materiale ankommer til én seksjon av tønnen mens det er ved en "kald" temperatur og føres deretter gjennom en rekke oppvarrningssoner hvor temperaturen i materialet heves hurtig og gradvis. Oppvarmingselementene er i seg selv typiske motstands- eller induksjonsvarmere, hvilke i de respektive soner kan eller ikke kan være progressivt varmere enn de foregående varmeelementer. Som et resultat derav eksisterer en termisk gradient både gjennom tykkelsen av tønnen såvel som langs tønnens lengde.

Typiske tønnekonstruksjoner for en støpemaskin for tiksotropiske materialer, har vært tønner utformet som lange (opp til 279,4 cm) og tykke (ytre diameter 27,94 cm) monolittiske sylindre med veggtykkelse 7,62-10,16 cm. Ettersom størrelsen og gjennomløpskapasitetene av maskinene har økt, har lengden og tykkelsen av tønnene økt tilsvarende. Dette har medført økende termiske gradienter gjennom tønnene og tidligere uforutsette og uventede konsekvenser har oppstått. I tillegg er det knapphet på grunnmaterialet, smidd legering 718 (med sammensetning: nikkel (pluss kobolt), 50,00-55,00 %; krom 17,00-21,00 %; jern til bal.; niob (pluss tantal) 4,75-5,50 %; molybden, 2,80-3,30 %; titan, 0,65-1,15 %; aluminium, 0,20-0,80; kobolt, 1,00 maks.; karbon, 0,08 maks.; mangan, 0,35 maks.; silisium, 0,35 maks.; fosfor, 0,015 maks., svovel, 0,015 maks.; bor, 0,006 maks.; kobber, 0,30 maks.; som benyttes ved konstruksjon av tønnene eller sylinderne har for tiden 12 måneders minimum leveringstid og kostnadene er ekstreme ($ 26,43/kg). To nylig konstruerte tønner med 600 tonn (US) kapasitet tok ett år å produsere og kostet hver $ 150 000.

Etter den lange tid for tilveiebringelse av 718-konstruksjonsmaterialet, den høye kostnad derved, og tiden som forløp ved å fabrikkere selve tønnene, ble de to 600 tonn-tønnene satt i drift til støping av tiksotropiske materialer, nærmere bestemt magnesiumlegeringer. Innen mindre enn én ukes driftstid, ved ca. 700-900 sykler med maskinen for tiksotropisk støping, feilet begge tønnene. Ved analyse av tønnene som hadde feilet, foretatt av oppfinnerne, ble det uventet funnet at tønnene hadde feilet som et resultat av termisk spenning og nærmere bestemt termisk sjokk i den kalde seksjon eller enden av tønnene. Slik det her benyttes er den kalde seksjon eller enden av en tønne den seksjon eller ende hvor materialet først ankommer tønnen. Det er i denne seksjon at de mest intense termiske gradienter kan ses, især i det mellomliggende temperaturområde i den kalde seksjon, plassert nedstrøms for fødetrakten.

Under bruk av en maskin for støping av tiksotropisk materiale, tilføres det faste råmateriale, som ofte forefinnes som pellets eller spon, ved omgivelsestemperatur ca. 24 °C. Tønnene i disse støpemaskiner for tiksotropiske materialer er lange og tykke, og er derved termisk ineffektive for oppvarming av et materiale som føres inn i tønnen. Med innstrømningen av "kaldt" råmateriale, blir de mellomliggende temperaturområder i tønnen vesentlig avkjølt på sin indre overflate. Den ytre overflate i dette område blir imidlertid ikke vesentlig påvirket eller avkjølt av råmaterialet på grunn av posisjoneringen av varmeenhetene omkring. En betydelig termisk gradient, målt over tønnens tykkelse, resulteres derved og innføres i denne del av tønnen. På tilsvarende måte induseres også en termisk gradient langs tønnens lengde. I dette mellomtemperaturområde i tønnen hvor de høyeste termiske gradienter er funnet å utvikles, oppvarmes tønnen mer intenst ettersom varmeenhetene sjeldnere slås av.

I tønnen roterer en skrue, hvilken bevirker skjærpåkjenning for råmaterialet og beveger råmaterialet i langsgående retning gjennom de forskjellige oppvarmingssoner i tønnen, hvilket bevirker at råmaterialets temperatur stiger og går til likevekt ved det ønskede nivå når det når den varme ende eller ladningsenden i tønnen. Ved den varme del av tønnen har det prosesserte materiale generelt - temperaturer i området 565,6-593,3 °C. De maksimale temperaturer som tønnen utsettes for er for magnesiumprosessering ca. 615,6 °C. Ettersom råmaterialet varmes til en halvfast tilstand hvorved det utvikles tiksotropiske egenskaper, vil den indre overflate på tønnen tilsvarende få en hevning av temperaturen. Denne temperaturhevning på de indre overflater finner sted langs hele lengden av tønnen, inkludert den kalde del der omfanget er mindre.

Straks det er akkumulert en tilstrekkelig mengde materiale i den varme del av tønnen, og materialet har tiksotropiske egenskaper, injiseres materialet i en støpekavitet med form tilsvarende formen på den ønskede produktgjenstand. Ytterligere råmateriale føres deretter inn i den kalde del av tønnen, hvilket igjen senker temperaturen på den indre tønneoverflate, ved utstøting av materialet fra tønnen.

Slik diskusjonen ovenfor demonstrerer, har den indre overflate på tønnen, særlig i mellomtemperaturområdet i tønnen, en syklus med temperatur under drift av maskinen for støping av det tiksotropiske materiale. Denne termiske gradient mellom de indre og ytre overflater på tønnen har vært observert å være så stor som 350 °C.

Ettersom nikkelinnholdet i legeringen 718 er utsatt for korrosjon av smeltet magnesium, for tiden det hyppigst benyttede tiksotropiske materiale, må tønner fores med en hylse eller en foring av magnesiumbestandig materiale for å forhindre at magnesiumet angriper legeringen 718. Ulike slike materialer er Stellite 12 (nominelt 30Cr, 8,3W og 1,4C; Stoody-Doloro-Stellite Corp.), PM 0,80 legering (nominelt 0,8C, 27,81 Cr, 4,11W og bal. Co. med 0,66N) og Nb-baserte legeringer (slik som Nb-30Ti-20W). Ekspansjonskoeffisientene for tønnen og foringen må selvsagt være kompatible med hverandre for hensiktsmessig drift av maskinen.

På grunn av den betydelige variasjon eller sykling av den termiske gradient i tønnen, utsettes tønnen for termisk utmatting og sjokk. Dette er funnet av oppfinnerne å bevirke oppsprekking i tønnen og i tønneforingen. Straks tønneforingen har sprukket opp, kan magnesium trenge inn gjennom foringen og angripe tønnen. Både oppsprekkingen av tønnen og angrepene på tønnen av magnesium er funnet å bidra til det altfor tidlige havari av de ovennevnte tønner.

Ut fra det ovennevnte er det klart at det finnes behov for en forbedret tønnekonstruksjon, særlig for de store tønner som benyttes for støpemaskiner med stor kapasitet for tiksotropisk materiale.

Det er derfor et hovedformål med den foreliggende oppfinnelse å imøtekomme behovet ved å tilveiebringe en forbedret tønnekonstruksjon såvel som en forbedret konstruksjon for en støpemaskin for tiksotropisk materiale.

Et annet mål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en tønnekonstruksjon med forbedret driftslevetid under de ovennevnte driftsbetingelser.

Et ytterligere mål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en tønnekonstruksjon som ikke er ømtålig for termisk utmatting og sjokk under de ovennevnte driftsbetingelser.

Det er også et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe en tønnekonstruksjon som er mindre kostbar enn de tidligere kjente konstruksjoner og som innbefatter lettere tilgjengelige materialer.

Enda et mål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny fremgangsmåte for fremstilling av materialer som har tiksotropiske egenskaper.

Ytterligere et mål med oppfinnelsen er å optimalisere varmeoverføringen og gjennomløpet i støpemaskinen for tiksotropisk materiale.

Ytterligere et mål med oppfinnelsen er å senke varmeoverføringen gjennom dysen i maskinen til innløpskanalhylsen.

Et ytterligere mål med oppfinnelsen er å øke varmeovergangen fra innløpskanalen gjennom innløpshylsen.

Oppsummering av oppfinnelsen

De ovennevnte mål og andre mål oppnås med den foreliggende oppfinnelse ved at det tilveiebringes en ny tønne, dyse, innløpskanalhylse og oppvarming.

En utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er en sammensatt tønne konstruert av tre deler, hvor én del av tønnen er utformet for preparering av materialet og de andre to deler i tønnen er utformet for ladningsbehovene. Disse tre tønneseksjoner kan generelt betegnes som den kalde-, den varme- og utløpsdyseseksjonen i tønnen. De kalde og varme seksjoner av en tønne i henhold til den foreliggende oppfinnelse er konstruert forskjellig, av ulike materialer og sammenføyd generelt i en sentral del av tønnen. Den varme del er fortsatt konstruert av et tykt (og derfor trykkfast), termisk utmattingsbestandig, sigebestandig, og termisk sjokkbestandig materiale, slik som legering 718, fordi temperaturkontroll er kritisk. En foretrukken konfigurasjon av den varme seksjon er å benytte støpt finkornet legering 718 med en hippet foring av en Nb-basert legering, slik som Nb-30T1-20W, for lavere kostnad og bedre bestandighet mot angrep av materialet som prosesseres. Slike materialer kan inkludere aluminium og magnesium. Temperaturstyring av utløpsdysen, som er koblet til den varme seksjon av tønnen, er også kritisk på grunn av varmeovergangen mellom dysen og formen. Etter støping av en gjenstand er det viktig å danne en fast plugg i dysen, og pluggen må være av hensiktsmessig størrelse for å tilveiebringe en tetning, men ikke så stor (lang) at for høye trykk er nødvendige for å fjerne pluggen fra dysen og til å tilveiebringe passasjevei under den nesten syklus. For høyt trykk ved klarering av pluggen kan resultere i utblåsing av formen når pluggen blåses eller tvinges inn i innløpskanaloppsamlingskaviteten og medblåsning (tilbakestrøm eller lekkasje av halvfast materiale gjennom tilbakeslagsventilen) vil finne sted. En dyseplugg av en uakseptabel størrelse vil dannes når temperaturen i dysen faller for lavt ned. Dette kan være et resultat av en lang syklustid som tillater for høy varmestrøm inn i formen og avkjøling av dysen og/eller prosessering med høyere temperaturprofiler hvorved varmestrømmen inn i formen ikke balanseres mot varmestrømmen inn i dysen.

Det ovennevnte dyseproblem kan unngås ved å bruke en driftsmodus med en innløpskanalbryter eller -tapp, som er en avkobling av dysen fra innløpskanalen etter hver levering. I en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er det imidlertid funnet fordelaktig å fabrikkere en innløpskanalhylseinnsats for verktøyet som tilveiebringer en isolerende barriere mellom dysen og formen. Innløpskanalhylseinnsatsen ble uventet funnet å redusere trykkøkningen som observeres ved dysen, hvorved behovet for driftsmodus med en innløpskanalbryter unngås og utflommingsfaren reduseres. Innløpskanalbrytermodusen tilføyer også flere sekunder til syklustiden for maskinen.

Til forskjell fra tidligere konstruksjoner er den kalde seksjon av tønnen

konstruert med en tynnere (og derfor med lavere bestandighet mot trykk) seksjon av et andre materiale. Det andre materiale som også kan være et billigere materiale enn det første materiale, innehar forbedret termisk konduktivitet og har en senket termisk ekspansjonskoeffisient i forhold til det første materiale. Det andre materiale har

også god slitasje- og korrosjonsbestandighet mot tiksotropiske materialer påtenkt for prosessering. Noen foretrukne materialer for den kalde seksjon av tønnen er rustfritt stål 422, legering T-2888 og legering 909, hvilke kan fores med en Nb-basert

legering (slik som Nb-30Ti-20W) og derpå nitridbehandles, boridbehandles eller silisiumbehandles, for prosessering av aluminium og magnesium.

En annen utførelsesform av den termisk effektive maskin er å benytte avkjøling av innløpskanalhylsen for å forkorte syklustider og å øke maskingj ennomløpet.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er muligheten for å eliminere bruk av en foring i den kalde seksjon av tønnen. Som nevnt ovenfor benyttes en foring i tidligere kjente konstruksjoner for å forhindre at det halvfaste, eller nærmere bestemt den smeltede fase i det halvfaste magnesium, angriper tønnematerialet. Nærmere bestemt vil magnesiumet angripe nikkelen som finnes i legeringen 718.1 rustfritt stål 422 er nildcelinnholdet lavere enn 1 % slik at reaksjonen med magnesium senkes til et neglisjerbart nivå. I tillegg er rustfritt stål 422 et herdbart martensittisk rustfritt stål med 0,2 % karbon. Ved bråkjøling fra 1037,8 °C og varmebehandling ved 648,9 °C, kan rustfritt stål 422 herdes til en hardhet 35 Rockwell C (Rc). I tillegg kan den indre overflate på passasjeveien i den kalde seksjon av tønnen nitridbehandles, hvorved det tilveiebringes enda bedre slitasjebestandighet i det høyst krevende miljø i tønnen. Dette muliggjør at den kalde seksjon av tønnen kan opereres uten en foring slik det tidligere var nødvendig. I situasjoner hvor aluminium skal prosesseres er en foring som nevnt tidligere nødvendig, og denne kan nitridbehandles, boridbehandles eller silisiumbehandles.

En annen modifisert tønnekonstruksjon som senker den termiske påkjenning på tønnen er en der en fiberforsterket kompositt erstatter den ytre del av tønnen,

særlig den kalde seksjon av tønnen. Den fiberforsterkede kompositt plasseres utenfor et ildfast isolasjonslag og en foring. Varmespoler og andre varmeelementer plasseres rundt den fiberforsterkede kompositt. Den varme del av tønnen forblir konstruert som tidligere nevnt.

I en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er temperaturkontrollen av tønnen basert på at temperaturgradienten måles mellom den indre og den ytre overflate på tønnen. Dette er i motsetning til tidligere utførelsesformer der temperaturen i tønnen ble målt nær den indre tønneoverflate. Tidligere ble temperatursensorer, termoelementer, tilveiebragt i tønneområder nær tønnens indre overflate, for å overvåke temperaturene på den indre overflate. Med den foreliggende oppfinnelse er termoelementer plassert ikke bare nær den indre overflate i tønnen, men også nær den ytre overflate i tønnen. På denne måte kan tre temperaturavlesninger foretas: 1) temperatur av den indre overflate; 2) en ytre temperatur; og 3) en termisk gradienttemperatur eller A-T gjennom tønnens tykkelse, hvilket er forskjellen mellom målingene av de indre og ytre termoelementer. Ved å overvåke den termiske gradient som tønnen utsettes for og å justere temperaturen deretter, kan mer presis temperaturstyrking av prosesseringen av tiksotropisk materiale oppnås, og havari av tønnen, som et resultat av termisk utmatting og -sjokk kan unngås. Overvåking kun av den indre overflatetemperatur muliggjør ikke kontroll eller overvåking av de ovennevnte termiske størrelser.

Enda en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er å innbefatte forvarming av det faste råmateriale inn i innretningen og fremgangsmåten for dannelse av tiksotropisk materiale. Forvarming utføres fortrinnsvis etterat råmaterialet har kommet inn i den beskyttende atmosfære i innretningen og før råmaterialet har kommet inn i tønnen. Forvarmingen foretas også kun for å heve temperaturen i råmaterialet opp til omtrentlig 371,1-426,7 °C. Forvarming høyere enn dette temperaturområde vil medføre begynnende smelting av råmaterialet og derfor bør dette unngås. Dette foretas for å sikre innføring av god skjærpåkjenning i materialet for utvikling av de tiksotropiske egenskaper.

Forvarming kan oppnå på ulike måter. E rn metode er å forvarme råmaterialet ettersom det føres gjennom en transportkanal koblet til innløpet i tønnen. Slik oppvarming kan oppnås ved mikrobølgeoppvarming av råmaterialet ettersom det føres gjennom transportkanalen. Alternativt kan råmaterialet forvarmes ettersom det føres med en transportspiral fra matetrakten til transportkanalen. Et ytterligere alternativ ville være å forvarme råmaterialet mens det ennå er i matetrakten. Oppvarming av råmaterialet kan foretas på flere måter, innbefattende, men ikke begrenset til, mikrobølgeoppvarming, bruk av varmebånd, bruk av infrarøde varmere eller bruk av varmerør eller strømmer som sirkulerer et varmt fluid, væske eller gass, fra en fluidkilde.

I ytterligere en utførelsesform av oppfinnelsen modifiseres konstruksjon av den varme seksjon i tønnen for å redusere spenningen som påføres tetninger, bolter og boltehull. Dette oppnås generelt ved å bevege tetningene og boltene til et område med lavere trykk, plassert bak eller oppstrøms for tilbakeslagsventilen forbundet med skruen og plassert i tønnen.

I enda en utførelsesform av oppfinnelsen er konstruksjonen av den tiksotropiske støpemaskin slik at lavtrykksleveringstønnen eller sylinderen selv bevirker høyhastighetsleveringen. I en slik totrinns-konstruksjon maksimerer prosesseringsseksjonen eller den kalde seksjon i den tiksotropiske støpemaskin varmeoverføringen til råmaterialet for å produsere slurryen og deretter tilføres slurryen til leverings- eller den varme seksjon, som er av en konstruksjon for å maksimere styrken under injeksjon av materialet i formen. Alternativt vil flere lavtrykks-kalde seksjoner kunne benyttes for å tilføre materiale til en leverings- eller varm seksjon. En slik konstruksjon vil være gunstig for maskiner med høy kapasitet, hvilke har en stor leverings- eller varm seksjon.

Ytterligere fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil være innlysende for fagpersoner innen denne teknikk fra den etterfølgende beskrivelse av de foretrukne utførelsesformer og fra de vedføyede krav, sett i sammenheng med de tilhørende tegninger.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er en generell illustrasjon i form av et diagram av en støpemaskin for tiksotropisk materiale i henhold til prinsippene med den foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 er et forstørret snitt av en seksjon som illustrerer en annen utførelsesform av tønnen i støpemaskinen vist på Fig. 1; Fig. 3 er et seksjonssnitt som illustrerer den fiberforsterkede komposittkonstruksjon ved én utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 4 er et forstørret seksjonssnitt av konstruksjonen i den varme seksjon av en tønne i henhold til kjent teknologi; Fig. 5 er et forstørret seksjonssnitt av den varme seksjon av en tønne i henhold til en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 6 er et diagram som generelt illustrerer en totrinns (prosessering og injeksjon) maskin i henhold til en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse; og Fig. 7 er et endesnitt av en annen utførelsesform av totrinns-maskinen, med flere ekstrudere som leverer til en felles leveringsslisse eller -kanal.

DETALJERT BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER

Med henvisning til tegningene blir det generelt illustrert, på Fig. 1, i henhold til oppfinnelsen en maskin eller en innretning for prosessering av et metallmateriale i tiksotropisk tilstand, og støping av materialet for å danne støpte, presstøpte eller smidde gjenstander, og innretningen er betegnet 10. Til forskjell fra vanlig presstøpe-og smimaskiner, er den foreliggende oppfinnelse tilpasset til bruk av et fast råmateriale av et metall eller en metallegering (heretter kun kalt "legering"). Dette eliminerer bruken av en smelteovn ved presstøping eller smiprosesser sammen med begrensningene forbundet derved. Den foreliggende oppfinnelse er illustrert som mottagelige for råmateriale i finoppkappet, sponet eller pelletisert form, og disse former foretrekkes. Innretningen 10 overfører det faste råmateriale til en halvfast tiksotropisk slurry som deretter formes til en produktgjenstand ved enten sprøytestøping, presstøping eller smiing.

Det forventes at gjenstandene dannet med innretningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil ha en betydelig lavere defekthyppighet og lavere

porøsitet enn ikke-tiksotropisk støpte eller konvensjonelt presstøpte gjenstander. Det er kjent at ved å senke porøsiteten kan fastheten og duktiliteten av gjenstanden økes. Det er innlysende at enhver reduksjon av støpedefektene såvel som enhver reduksjon av porøsiteten vil anses å være ønskelige.

Innretningen 10 som kun er vist generelt på Fig. 1, innbefatter en tønne 12 koblet til en form 16. Slik det diskuteres i nærmere detalj nedenfor innbefatter tønnen 12 en kald seksjon eller en innløpsseksjon 14 og en varm seksjon eller en leveringsseksjon 15, og en utløpsdyse 30. Et innløp 18 er plassert i den kalde seksjon 14 og et utløp 20 er plassert i den varme seksjon 15. Innløpet 18 er tilpasset til å motta legeringsråmaterialet (vist i fantomtegning) som faste partikler, pellets eller spon, fra en mater 22. Råmaterialet tilveiebringes fortrinnsvis i sponform og med en størrelse i området 4-20 mesh.

Én gruppe legeringer som er hensiktsmessige for bruk i innretningen 10 ifølge den foreliggende oppfinnelse innbefatter magnesiumlegeringer. Imidlertid bør oppfinnelsen ikke tolkes slik at den på noen måte er begrenset med hensyn til ulike metaller eller metallegeringer som kan prosesseres i tiksotropisk tilstand, hvilke kan finne anvendelse med den foreliggende oppfinnelse, særlig legeringer basert på Al, Zn, Ti og Cu.

Ved bunnen av matetrakten 22 bringes råmaterialet ved gravitasjon gjennom et utløp 32 til en volumetrisk mater 38. En matespiral (ikke vist) er plassert inne i materen 38 og roteres med en hensiktsmessig drivemekanisme 40, slik som en elektrisk motor. Rotasjon av spiralen i materen 38 fører frem råmaterialet ved en forutbestemt rate for levering inn i tønnen 12 gjennom en overføringskanal eller matehals 42 og innløpet 18.

Straks råmaterialet er i tønnen 12 varmes dette ved varmeelementene 24 til en forutbestemt temperatur slik at materialet bringes til tofaseområdet. I tofaseområdet er temperaturen i råmaterialet i tønnen 12 mellom solidus- og likvidustemperaturene for legeringen, hvorved materialet smelter partielt og er i en likevektstilstand med både faste og flytende faser.

Temperaturstyringen kan tilveiebringes med ulike typer varme- eller kjøleelementer 24 for å oppnå den påtenkte virkning. Slik det er illustrert er varme/kjøle-elementer 24 representativt vist på Fig. 1 og består av motstandsbåndvarmere. En induksjonsoppvarmingsspole kan benyttes i en alternativ konfigurasjon. Båndmotstandsvarmerne 24 foretrekkes idet disse er mer stabile under drift, mindre kostbare å tilveiebringe og å operere, og gir ingen utilbørlig begrensning av oppvarmingsratene eller kapasiteten, inkludert syklustider.

Et isolasjonslag eller -dekke (ikke vist) kan være tilpasset over varmeelementene 24 for ytterligere å lette varmeoverføringen inn i tønnen 12. For ytterligere å minimere varme/energi-tapene til omgivelsene, kan det anordnes en innkapsling (ikke vist) rundt lengden av tønnen 12.

Innretningene for temperaturstyring i form av båndvarmere 24 plasseres videre rundt dysen 30 (som illustrert i forbindelse med figurene 4-6) for å understøtte temperaturstyringen og for lettere å tillate dannelsen av en fast plugg av legeringen med kritisk størrelse. Pluggen forhindrer utsiving av legeringen eller tilbakestrøm av luft (oksygen) eller andre forurensninger til den beskyttende indre atmosfære (vanligvis argon) i innretningen 10. En slik plugg letter også evakuering av formen 16 når dette er ønskelig, for eksempel for vakuumunderstøttet støping.

Innretningen kan også inkludere en stasjonær presseplate og en bevegelig presseplate, hver med respektive påfestede stasjonære formhalvdeler 16 og en bevegelig formhalvdel. Formhalvdelene innbefatter indre overflater som kombinerer til å definere en formkavitet 100 i form av gjenstanden som skal støpes. Sammenkobling av formkaviteten 100 til dysen 30 består av et løp, en sluse og en innløpskanal, generelt betegnet 102. Driften av formen 16 er helt konvensjonell, og beskrives derfor ikke i nærmere detalj her.

En stempelskrue 26 er plassert i tønnen 12 og roteres tilsvarende som spiralen plassert i matesylinderen 38 ved hjelp av en hensiktsmessig drivemekanisme 44, slik som en elektrisk motor, slik at skovlene 28 på skruen 26 påfører legeringen skjærkrefter og beveger legeringen gjennom tønnen 12 mot utløpet 20. Skjærpåvirkningen medfører at legeringen i en tiksotropisk slurry består av sfærulitter eller kuler av avrundede, degenererte dendrittiske strukturer omgitt av en væskefase.

Under drift av innretningen 10 skrues varmerne 24 på for å varme tønnen 12 grundig til hensiktsmessig temperatur eller temperaturprofil langs lengden. Generelt gjelder at for utforming av tynne seksjonsdeler er det fordelaktig med en høy temperaturprofil, for utforming av en blanding av tynne og tykke seksjonsdeler er det ønskelig med en mellomliggende temperaturprofil og for utforming av tykke seksjonsdeler er en lav temperaturprofil ønskelig. Straks gjennomvarmingen er tilstrekkelig grundig, aktiverer systemstyreenheten 34 deretter drivemekanismen 40 på materen 38 til å bevirke at spiralen i materen 38 roteres. Denne spiral transporterer råmateriale fra matetrakten 22 til matehalsen 42 og inn i tønnen 12 gjennom innløpet 18. Om ønskelig kan forvarming av råmaterialet gjennomføres enten i matetrakten 22, materen 38 eller matehalsen 42, slik det blir beskrevet nærmere nedenfor.

I tønnen 12 bringes råmaterialet i kontakt med den roterende skrue 26 som roteres med drivemekanismen 44 som igangsettes ved styreenheten 34. Inne i sylinderhullet 46 i tønnen 12, transporteres råmaterialet og underkastes skjærpåkjerining ved skovlene 28 på skruen 26. Ettersom råmaterialet føres gjennom tønnen 12 tilføres varme med varmeelementene 24, og skjærpåvirkningen hever temperaturen i råmaterialet til ønsket temperatur mellom solidus- og likvidustemperaturen. I dette temperaturområde transformeres det faste råmateriale til en halvfast tilstand omfattende væskefase som utgjøres av en del av materialinnholdet, og i væskefasen er det fordelt en fast fase av det resterende av materialinnholdet. Rotasjon av skruen 26 og skovlene 28 fortsetter å skjærpåvirke den halvfaste legering ved en rate tilstrekkelig til å hindre dendrittisk vekst med hensyn til faste partikler, hvorved det dannes en tiksotropisk slurry.

Slurryen føres gjennom tønnen 12 inntil en hensiktsmessig mengde slurry er blitt samlet opp i forseksjonen 21 (akkumulasjonsområde) i tønnen 12, forbi spissen 27 av skruen 26. Skruerotasjonen avbrytes ved styreenheten 34 som deretter gir signal til en aktuator 36 for fremføring av skruen 26 og derved tvinges legeringen gjennom en dyse 30 forbundet med utløpet 20 og inn i formen 16. Skruen 26 akselereres til å begynne med til en hastighet på ca. 1 til 5 tommer/sekund (2,54 til 12,7 cm/s). En tilbakeslagsventil 31 forhindrer at materialet strømmer tilbake mot innløpet 18 under fremføringen av skruen 26. Dette bringer sammen ladningsporsjonen i forseksjonen 21 i tønnen 12. Den relativt lave hastighet tillater at ved sammenpressingen presses eller tvinges overskuddsgass ut, inkludert beskyttelsesgassen, ut fra slurryladningen. Straks kompakteringen av ladningen er ferdig, økes hastigheten av skruen 26 hurtig for derved å øke trykket til et nivå tilstrekkelig til å blåse eller tvinge ut pluggen fra dyssen 30 inn i en innløpskanalkavitet utformet for å fange opp denne. Ettersom øyeblikkstrykket faller, øker hastigheten til et forprogrammert nivå, vanligvis i området 101,3 til 304,8 cm/s, i tilfellet for magnesiumlegeringer. Når skruen 26 når posisjonen som tilsvarer en full formkavitet, starter trykkoppbygningen på ny hvorved styreenheten 34 stopper fremføringen av skruen 26 og igangsetter tilbaketrekning derav, for å kunne igangsette rotasjon og prosessering av neste ladning for støping. Styreenheten 34 tillater et bredt spekter av hastighetsprofiler hvorved trykk/hastighets-sammenhengen kan varieres ved posisjon under leveringssyklusen (hvilken kan være så kort som 25 millisekunder eller så lang som 200 millisekunder).

Straks fremføringen av skruen 26 stoppes og formen er fylt, størkner en del av materialet plassert i dysen 30 ved dennes spiss, som en fast plugg. Pluggen tetter det indre av tønnen 12 og tillater at formen 16 kan åpnes for fjerning av den støpte gjenstand.

Under støping av den neste gjenstand vil fremføring av skruen 26 bevirke at pluggen tvinges ut av dysen 30 og inn i innløpskanalkaviteten som er utformet for å oppfange og å motta pluggen uten å påvirke strømmen av slurry gjennom slusen og løpssystemet 102 til formkaviteten 100. Etter støping oppsamles det faste materiale i sluse- og løpssystemet 102, dette fjernes fra gjenstanden under et etterfølgende etterbehandlingstrinn og returneres til resirkulasjon.

Temperaturstyringen av dysen 30 er kritisk på grunn av varmeovergangen mellom dysen 30 og formen 16. Etter støping av en gjenstand er det viktig å danne en fast plugg i dysen som er hensiktsmessig til å tilveiebringe en tetning, men ikke så stor (lang) at unødig høyt trykk er nødvendig for å klarere pluggen for å få passasjevei under den neste syklus. For høyt trykk ved klaring av pluggen kan resultere i utflamming (ekstra materiale ved formskillelinjen som et resultat av en viss separasjon av formen) fra formen, ettersom pluggen blåses eller tvinges inn i innløpskanaloppsamlingskaviteten, og blåses ved (tilbakestrøm eller lekkasje av halvfast materiale gjennom tilbakeslagsventilen). En dyseplugg av uakseptabel størrelse dannes når temperaturen i dysen 30 faller til for lav verdi. Dette kan være resultat av lange syklustider som tillater for høy varmestrøm inn i formen og avkjøling av dysen 30 og/eller av for høy varmeledning gjennom dyse/hylse-sammenkoblingen, hvorved varmestrømmen inn i formen ikke er balansert mot varmestrømmen inn i dysen 30.

Det ovennevnte dyseproblem unngås ved å fabrikkere en innløpskanalforingsinnsats 140 som tilveiebringer et isolasjonsmateriale mellom dysen 30 og formen 16, og ved å fabrikkere dysen 30 av et materiale som har lavere termisk konduktivitet. Innløpskanalforingen 140 er generelt en ring med en sentral åpning 142 og med en grenseflate på én side, betegnet 144, tilpasset for å passe inn mot spissen 146 i dysen 30. Innløpskanalhylsen 140, slik det ses på Figur 5, passer inn i et ringromsete 148 som er anordnet i en hylse 150 som i seg selv er anordnet i formen 16. Hylsen 150 innbefatter porsjoner som definerer et sentralt område 152 hvortil en pluggmottager 154 er anordnet for mottagning av en klarert plugg. En innløpskanalpassasjevei 156 er i samme området definert mellom foringen 150 og mottageren 152.

En innløpskanalhylse 140 fabrikkert av 0,8 % C PM Co-legering, og som beskrevet ovenfor, ble uventet funnet å redusere trykkoppbygningen som observeres ved dysen med 50 % (fra 420 kg/cm<2>) til 210-280 kg/cm<2>), hvorved utstrømmingen reduseres og behovet for drift med en innløpskanalbryter unngås. Plasmasprøyting av nedstrømsoverflaten og omkretsen av dyseforingen 140, med kubisk stabilisert Zr02, reduserer varmeovergangen ytterligere og reduserer trykktoppen. Dersom kompresjon opprettholdes kan innsatser av kubisk stabilisert zirkoniumoksid benyttes. Andre varmebestandige materialer med lav varmeledning kan tjene samme hensikt.

For selve dysen 30 er konstruksjonsmaterialene stållegeringer (slik som T-2888), PM 0,8C-legeringer, og Nb-baserte legeringer, slik som Nb-30 Ti-20W. I én foretrukken utførelsesform er dysen 30 monolittisk utformet av én av de ovennevnte legeringer. I en annen foretrukken utførelsesform er dysen 30 utformet av legering 718 og hippet, for å gi den en bestandig overflate av en Nb-basert legering eller en PM 0,8C-legering.

Innløpskanalforingen 150 på Fig. 5 kan kjøles ytterligere for å fremskynde størkningen av innløpskanalen, hvorved syklustiden forkortes og maskingjennomløpet økes.Med en ladningsporsjon på 0,62 pund, (281 g), ble syklustiden redusert fra 28 til 24 sekunder. Ytterligere reduksjon av syklustiden kan oppnås ved uavhengig kjøling av innløpskanalen uten å påvirke maskinens dyse eller pluggstørrelsen.

Tønnen 12 i den foreliggende innretning 10 avviker fra tidligere konstruksjoner ved at den foreliggende tønne 12 er anordnet som en tredelt konstruksjon. Tidligere tønner har kun vært monolittiske i konstruksjonen, enten med eller uten foringer. Som diskutert ovenfor er det for maskiner med stor kapasitet, slik som 600 tonn-maskiner, meget kostbart med slike monolittiske tønner, de tar en betydelig tid å tilveiebringe, og har havarert altfor tidlig under drift på grunn av forhold identifisert til å være termisk utmatting og -sjokk. Tønnen 12 ifølge den foreliggende oppfinnelse overkommer alle de tre ovennevnte ulemper.

Slik det vises best på Figurene 1 og 2, inkluderer tønnen 12 ifølge den foreliggende oppfinnelse tre seksjoner som er betegnet som 14 for den kalde seksjon, 15 for den varme seksjon og 30 for dysen i tønnen 12. Slik det klart vises på Fig. 2 er den kalde seksjon 14 i tønnen 12 tilpasset til å passe inn mot den varme seksjon 15 slik at det opprettholdes et kontinuerlig sylindrisk hull 46 ved de indre overflater, hhv. 48, 50, i den kalde seksjon 14 og den varme seksjon 15. For å feste de to tønneseksjoner 14, 15 sammen, er den kalde seksjon 15 utstyrt med en radiell flens 52 som definerer monteringshull 54. Tilsvarende gjengede hull er definert i den tilpassende seksjon 58 i sylinderens varme seksjon 15. Gjengede festeelementer 60 (bolter), ført inn gjennom hullene 54 i flensen 52, passer inn i gjengene i de gjengede hull 56, hvorved de varme seksjoner 14,15 festes sammen. For å fremme sammenkoblingen av seksjonene 14, 15, er de varme- og kalde seksjoner 14, 15 komplementært utformet med den kalde seksjon 14 utformet med en hannutstikker 62 og den varme seksjon 15 utformet med en hunnfordypning 64. Tønnen 12 ifølge den foreliggende oppfinnelse overkommer ulempene med kjent teknikk, ved å minimere den termiske gradient som oppstår gjennom tykkelsen og langs lengden. En bidragende faktor til å minimere den termiske gradient er at den kalde seksjon 14 i tønnen 12, innbefattende den mellomliggende oppvarmingssone 17 for tønnen 12, er konstruert av et materiale som avviker fra materialet benyttet til å konstruere den varme seksjon 15. Den varme seksjon 15 er i seg selv konstruert av legering 718 og denne legering med sin høyere flytegrense tilveiebringer tilstrekkelig styrke til å motstå trykket i den varme seksjon, den seksjon hvor trykkfastheten er av vesentlig betydning. Den kalde seksjon 14 har derimot ikke behov av den samme trykkfasthet som den varme seksjon 15, ettersom trykkene i denne seksjon er lavere under støping. Den kalde seksjon 14 har derfor en redusert diameter of veggtykkelse over en vesentlig del av sin lengde i forhold til den varme seksjon 15. Ettersom trykkfastheten for en gitt form generelt økes, slik det er nevnt ovenfor, med tykkelsen, er diameteren A i den kalde seksjon 14 og veggtykkelsen (diameteren B i hullet 46 trukket fra diameteren A av den kalde seksjon 14 og delt på to), vesentlig tynnere enn veggtykkelsen (diameter B trukket fra diameter C og delt på to) i den varme seksjon 15. Dette illustreres ved at tønnen 12 i 600 tonn-innretningen 10, har en diameter A lik 19,05 cm, en diameter B lik 8,89 cm, og en diameter C lik 27,6 cm, hvorved veggtykkelsen er 2 tommer (5,08 cm) for den kalde seksjon 14 og 9,3 cm for den varme seksjon 15.

Materialet som danner den kalde seksjon 14 i tønnen 12 har altså fortrinnsvis høyere termisk konduktivitet og en lavere termiske ekspansjonskoeffisient (TCE) enn materialet som danner den varme seksjon 15. Det foretrekkes videre at materialet som danner den kalde seksjon 14 i tønnen 12 er lett tilgjengelig og koster mindre enn materialet som danner den varme seksjon 15 i tønnen 12. På denne måte vil totalkostnaden for tønnen 12 reduseres. Et foretrukket materiale er rustfritt stål 422. Rustfritt stål 422 har TCE lik 11,9 x IO'<6>/ °C og en termisk konduktivitet på 190 Btu/in/ft<2>/hr/ °F, sammenlignet med legering 718 som har TCE lik 14,4 x IO"<6>/ °C og termisk konduktivitet 135 Btu/in/ft<2>/hr/ °F. Rustfritt stål 422 er også lett tilgjengelig til en kostnad på $ 7,05 pr. kg, sammenlignet med knappheten på legering 718 (en leveringstid på ca. 12 måneder) og en kostnad på ca. $ 26,43 pr. kg.

Slik det ses på Fig. 2 er passasjeveien i sylinderhullet 48 i tønnen 12 anordnet uten uten foring, mens tønnen 12 på Fig. 1 er utstyrt med en foring 66 som en alternativ utførelsesform. Foringen 66 på Fig. 1 er krympepasset til en forutbestemt pasning i tønnen 12 og er konstruert av et materiale som er bestandig mot angrep av legeringen som prosesseres i innretningen 10. Når en magnesiumlegering er materialet som prosesseres, kan en kobolt-kromlegering benyttes for foringen 66 for å hindre at magnesiumet angriper nikkelinnholdet i tønnen. Ettersom den kalde seksjon 14 i tønnen har et lavt nikkelinnhold og den prosesserte legering ikke har en betydelig oppholdstid i den kalde seksjon 14, er det mulig å operere innretningen 10 uten en foring i den kalde seksjon, ettersomkun neglisjerbar korrosjon finner sted i den kalde seksjon 14. For ytterligere å redusere korrosjons virkningene såvel som slitasjen i den kalde seksjon 14, blir den kalde seksjon 14 varmebehandlet ved bråkjøling fra 1038 °C og glødet ved 649 °C, hvorved det produseres en overflatehardhét på 31-35 Rc. I tillegg kan sylinderboringen 48 nitridbehandles for å øke hardheten og tilveiebringe enda høyere slitasjebestandighet.

Når aluminium- eller sink-aluminiumlegeringer prosesseres, antas det at en foring 66 av en Nb-basert legering (slik som Nb-30Ti-20W og som er nitridbehandlet, boridbehandlet eller silisiumbehandlet) bør benyttes i begge seksjonene 14, 15 i tønnen 12. En slik legering har termisk ekspansjonskoeffisient (TCE) på 9 x 10"<6>/ °C og høy termisk konduktivitet, på 320 Btu/in/ft<2>/hr/ °F. Når en slik legering hippes inn i legeringer med høyere TCE (slik som 422 eller finkornet legering 718), vil kompresjonsspenningene dannet under avkjøling og den høye termiske konduktivitet bevirke forlenget levetid. Mellomgløding for spenningsutjevning av tønnen 12 og foringen 66 etter krympepasning kan videre være ønskelig og utføres for å stabilisere dimensjonene.

Testdata for korrosjon av Nb-30 Ti-20W, Nb-30 Ti-20W (nitridbehandlet) og Nb-30Ti-20W (silisiumbehandlet) er presentert nedenfor. Prøver av de ovennevnte materialer ble veid og deretter festet som skovler på en rørestav. Staven ble senket ned i legering A356 ved 605-625 °C og rotert ved 200 r/min. Etter gjennomføring av testen ble prøvene deretter fjernet fra legeringen A356 og veid på ny. Korrosjonen ble deretter bestemt som prosent vekttap. Den ubehandlede prøve av Nb-30Ti-20W viste et tap på 1,4 % over 46 timer, og et tap på 4,6 % over 96 timer. For legeringen Nb-30Ti-20W (nitridbehandlet) var tapene 0,13 % etter 24 timer og 0,20 % etter 96 timer. For Nb-30Ti-20W (silisiumbehandlet) var tapene 0,07 % etter 24 timer og 0,10 % etter 96 timer. Resultater tilsvarende dem for nitridbehandling og silisiumbehandling forventes for boridbehandlede prøver av Nb-30Ti-20W.

En alternativ utførelsesform av den kalde seksjon 14 i tønnen er illustrert, utenom skala, på Fig. 3.1 denne utførelsesform, som gjør bruk av en todelt foring 66' boltet gjennom flensene 110 for å definere den indre sylinderboring 112, danner en karbonfiberkompositt 114 den ytre del av den kalde seksjon 14 i tønnen 12. Mellom den ytre del 114 av kompositt og foringen 66' er det anordnet et lag 116 av et ildfast isolasjonsmateriale. Induksjonsspoler 118 eller andre hensiktsmessige varmeanordninger er viklet rundt den kalde seksjon 14, og kan være spesifikt knyttet til foringen 66' for å tilveiebringe varmeinnføring til den kalde seksjon 14. Foretrukne materialer for den forsterkede fiberkompositt over delen 114 innbefatter alle karbonfibermaterialer og viklede filamentmaterialer, f.eks. grafitt innstøpt i termisk herdet harpiks og karbon-karbonkompositter. Materialer for isolasjonslaget 116 inkluderer et bredt spekter av ildfaste materialer såvel som andre materialer med temperatur- og spenningsegenskaper til å motstå de tidligere nevnte driftsbetingelser. Den foreliggende oppfinnelse inkluderer også en utførelsesform som reduserer spenningene påført på tetninger, bolter, boltehull og flenser der den varme seksjon 15 i tønnen 12 er festet til dysen 30.1 tidligere konstruksjoner, som vist på Fig. 4, er spissen 27 og tilbakeslagsventil 31 på skruen 26 plassert slik at de er oppstrøms for tetningen 120 som er plassert mellom dysen 30 og den varme seksjon 15. Tilsvarende er boltene 122, flensene 124 og monteringshullene 126 benyttet til å sikre dysen 30 til den varme seksjon i tønnen 12, også plassert nedstrøms av skruespissen 27 og tilbakeslagsventil 31. Som et resultat derav fås at ettersom skruen 26 føres frem for å slippe ut materialladningen gjennom dysen 30, vil tetningen 120, boltene 122, flensene 124 og monteringshullene 126 alle utsettes for høyt trykk. Sprengte tetninger 120 er følgelig en mulighet dersom dette område ikke overhales skikkelig.

Med den foreliggende oppfinnelse, som vist på Fig. 5, overvinnes problemene som ovenfor er diskutert for tetningen 120 og relaterte komponenter

plassert i høytrykksområdet. Dette oppnås ved å øke den aksielle lengde av dysen 30 og å senke lengden av den varme seksjon 15 i tønnen 12, hvor det oppnås et effektivt skifte av plasseringen av tetningen 120 og relaterte komponenter aksielt langs skruen 26 til en posisjon hvor de er i område med lavere trykk oppstrøms for tilbakeslagsventilen 31.

For å montere dysen 30 til den varme seksjon 15, er flensene 124 tilsvarende utformet på disse komponenter, og med hensiktsmessige hull 126 og bolter 122 som er plassert og anordnet med gjenger for sammenkobling. Alternativt kan dysen 30 utformes med en gjenget del for å gå i inngrep med en gjenget del av den varme seksjon 15 eller en gjenget holdering kan benyttes for å sammenkoble den varme seksjon 15 og dermed også holde fast dysen 30.

En ytterligere fordel med denne dysekonstruksjon 30 er en reduksjon av tønnens kostnad på grunn av lavere forbruk av tønnematerialet.

For ytterligere å senke virkningene av termisk utmatting og termiske sjokk, er innretningen 10 ifølge den foreliggende oppfinnelse utstyrt for formvarming av råmaterialet, slik det er vist på Fig. 1. Råmaterialet blir fortrinnsvis kun varmet til en temperatur på rundt 316 °C for magnesium og 371-427 °C for aluminium, hvilket er under smeltepunktet for legeringsbestanddelene. Alternative materialer varmes tilsvarende. På denne-måte tilføres råmaterialet til tønnen 12 i en fast tilstand som tillager utvikling av god skjærvirkning med skruen 26 ettersom legeringen begynner å smelte i tønnen 12.

Ulike metoder kan benyttes til å forvarme råmaterialet. En slik metode kan være å innbefatte varmerør 70 rundt og gjennom matetrakten 22. Varmerørene eller - kanalene 70 kan føre et oppvarmet fluid eller gass fra en kilde. Alternativt kan motstands varmere, induksjonsvarmere, infrarøde varmere eller andre varmeelementer benyttes istedenfor varmerøret 70.

Istedenfor oppvarming av råmaterialet i matetrakten 22, kan vanningen bevirkes til å finne sted i materen 38 ved innbefattelse av båndvarmere 72, infrarøde varmere, varmerør eller kanaler 70, eller andre metoder. Som enda et alternativ kan råmaterialet varmes ettersom det føres gjennom transportkanalen eller matehalsen 42 og inn i tønnen 12. En metode for å oppnå varming i matehalsen 42 er å anordne matehalsen 42 som et glassrør og å plassere en mikrobølgekilde eller -reaktor74, av kjent utforming, ved eller rundt glassrøret. Ettersom råmaterialet føres ned gjennom glassmatehalsen 42, vil mikrobølgene fra mikrobølgekilden 74 forvarme råmaterialet via mikrobølgeoppvarming. Slik varming kan lett benyttes til å øke temperaturen i råmaterialet opp til ca. 399 °C. Den følgende tabell illustrerer oppvarmingstidene og temperaturen for ulike prøver ved ulike mikrobølgeeffektinnstillinger, og demonstrerer effektiviteten av denne oppvarmingsmetode.

(Comalco Al: Comalco Aluminium Ltd., Melborne, Australia; "ACuZn": varemerke "Accuzinc 5", General Motors Corporation)

For å måle temperaturgradienten over tønnen 12, er det anordnet temperatursensorer 76, termoelementer, ved de indre overflater 48, 50 i tønnen 12 og ved de ytre overflater 78, 80, som vist på Fig. 2. Ved bruk av styreenheten 34 til å overvåke temperaturgradienten over hele tønnen via forskjellen mellom elementmålingene, kan varmerne 24 styres mer effektivt med hensyn til deres effekt, for å minimere virkningene av termiske sykluser på tønnen 12 hvilke fremkommer ved innstrømningen av råmaterialet (forvarmet eller omgivelsestemperatur) inn i den kalde seksjon 14.

Som en alternativ utførelsesform av innretningen 10 ifølge den foreliggende oppfinnelse, blir det illustrert på Fig. 6 er totrinns innretning 10', hvilken her blir beskrevet.

Det første trinn 130 i innretningen 10' er utformet for å optimalisere varmeovergangen og skjærvirkningen på råmaterialet med hensyn til fremstilling av prosesering av materialet til en smeltet eller halvsmeltet tilstand. I det første trinn 130 er de ulike komponenter i innretningen 10' utsatt for høye temperaturer, lave trykk og lave materialtransporthastigheter ettersom skruen 26 utsetter materialet for skjærkraft og beveger eller pumper materialet i langsgående retning. Som vist på Fig. 6 omfatter det første trinn 130 en kald seksjon 14 av tønnen, tilsvarende den vist på Fig. 2.

Tilsvarende elementer er betegnet med tilsvarende henvisningstall.

Det føreste trinn 130 er tilknyttet et andre trinn 132 av innretningen 10', og dette andre trinn innbefatter en leveringskanal 134 og stempel 136 med stempelflate 139, hvortil prosessert halvfast materiale føres gjennom en overføringskobling 137 og en ventil 138.1 dette andre trinn 132 blir leveringskanalen 134 og andre komponenter i irinretningen 10' utsatt for høyt trykk og høy hastighet dannet ved bevegelse av stemplet 136 og stempel flaten 141 for å injisere materialet gjennom en dyse 30 og inn i en form (ikke vist).

En skjerm 141 strekker seg ut fra stemplet 136 bort fra stempelflaten 139. Skjermen 141 er anordnet for å hindre at materialet som prosesseres strømmer bak stempelet 136, ut av overføringskobling 137. Materialene for utforming av stempelet 136, stempelflaten 139 og skjermen innbefatter fortrinnsvis, av årsaker nevnt allerede, Nb-baserte legeringer (inkludert Nb-30Ti-20W), 0,8 C PM-legering og tilsvarende materialer, enten i en monolittisk eller lagdelt konstruksjon.

Til det andre trinn 132 vil det vanligvis, men ikke nødvendigvis, være behov for varmetilførsel fra varmerne 24. Nøyaktig temperatur i det andre trinn 132 er nødvendig slik at varmeoverføringen mellom dysen 30 (ikke vist på Fig. 6) og formen 16 (ikke vist på Fig. 6) vil føre til dannelse av en hensiktsmessig plugg i dysen. Ettersom temperaturstyringen ved dysen 30 ble diskutert ovenfor i forbindelse med Fig. 5, gjøres det her henvisning til denne beskrivelse som er like gyldig for den foreliggende totrirms-innretning 10' og dennes andre trinn 132.

For prosessering av råmaterialet kan det første trinn 130 ha et volum i størrelsesorden 20-30 ganger større enn volumet av det andre trinn 132. Ettersom det første trinn 130 ikke utsettes for de høye trykk som er forbundet med injeksjonen av materialet inn i formen, kan tønneforingsmaterialene, om slike benyttes, i det første trinn 130 utformes med lave krav til styrke, høyere varmeledningsevne og lavere termisk ekspansjonskoeffisient. Som et resultat av den foreliggende utforming blir komponentene i det første trinn 130 utsatt for lavere termiske spenninger, og produksjonskostnadene for det første trinn 130 reduseres. De lavere trykk og tilhørende virkninger på det første trinn 130 i henhold til denne utforming, tillater anvendelse av alternative materialer i konstruksjonen av det første trinn 130. For eksempel ved prosesesring av aluminium kan det benyttes niobbaserte legeringer (slik som Nb-30Ti-20W) for utformingen av aluminiumbestandige foringer 36 og ulike andre komponenter, innbefattende skruen 26, tilbakeslags ventilen 138, ringer, skruespisser og annet. Konstruksjonen av slike komponenter er beskrevet i den samtidige (US) patentsøknad nr. 08/658945, innlevert 31. mai 1996, og samtidig overdratt til søkeren for den foreliggende søknad, og innholdet innbefattes herved ved henvisning. Som et ytterligere alternativ kan de ulike komponenter i det første trinn 130 fremstilles ved bruk av aluminiumbestandige keramer og cermetmaterialer. Tidligere var slike keramer og cermetmaterialer upraktiske på grunn av de høye trykk og spenninger som de nødvendigvis ville påføres. Begge de ovennevnte materialer, keramer og de Nb-baserte materialer, kan anordnes som overflatelag over andre mindre kostbare materialer eller kan benyttes i form av monoluttiske komponenter.

Slik det ses i utførelsesformen illustrert på Fig. 7, blir det med oppfinnelsen videre anordnet en totrinns-innretning 10' med flere førstetrinn 130 (hvorav kun to er illustrert, men flere er mulige) som mater til et felles andre trinn 132. Som sådan muliggjør utførelsesformen større kapasitet i det andre trinn 132 og senkning av syklustidene i forhold til tidligere diskuterte utførelsesformer. Forøvrig konstrueres totrirms-innretningen 10' med hensyn til materialer slik det er diskutert i forbindelse med Fig. 6.

Ved konstruksjon av enten en totrinns-innretning 10' eller en éntrinns-innretning 10, som beskrevet ovenfor, kan ytterligere reduserte kostnader oppnås ved å fremstille de ulike komponenter med mikrokornstøping eller pulvermetallurgiske (PM) teknikker, for å danne en komponent med korrekt dimensjon av superlegeringen og deretter hippe en Nb-basert-legering eller koboltbasert legering på den utformede komponent, hvorved den ferdige del tilveiebringes. Mikrokornstøping eller utforming ved PM-teknikker til komponenter (nettoformede) med korrekt dimensjon vil resultere i korrekte dimensjoner som er mer bestandige mot kornvekst ved hippe-temperaturene, hvilket holder kornstørrelsen ved ca. ASTM 5-6. Svidde superlegeringer har fremvist kornstørrelser til ASTM 00 (uendelig Ved å produsere nettoformede komponenter ved mikrokornstøping eller en PM-teknikk og deretter hippe komponentene, oppnås en reduksjon av maskineringskostnadene. De ferdige nettformede komponenter vil være særlig anvendbare for bruk som komponenter i den varme del i en enkelttrirmsinnretning 10 eller i det andre trinn i en totrinns-innretning 10'. Følgelig kan slike komponenter benyttes som varme seksjoner i en tønne, tilpasninger mellom den varme seksjon og den kalde seksjon i en tønne, overføringskomponenter i en totrinns-innretning, lveringshylser for det andre trinn i totrinns-innretningen, såvel som ulike andre enkeltkomponenter.

Innbefattelsen av de ovennevnte utførelsesformer og aspekter i den foreliggende oppfinnelse muliggjør produksjon av høykapasitets-, 400 tonn eller høyere*innretninger 10, eller hurtigere maskiner med mindre kapasitet, for prosessering og støping av tiksotropiske materialer uten ulempene med de tidligere kjente systemer. Gjennom innbefattelsen av de nevnte trekk vil en innretning 10 få minimert virkningene av termisk utmatting og spenninger derved, hvorved det kan tilveiebringes en høykapasitetsinnretning 10 med lang driftslevetid. Spenningene totalt i lengderetnngen av tønnen 12 blir derved også redusert. Selv om den ovennevnte beskrivelse omfatter den foretrukne utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, påpekes her at oppfinnelsen kan modifiseres, varieres og endres uten at det fravikes fra oppfinnelsens omfang og idé, slik disse fremkommer ved de tilhørende krav.

Claims (80)

1. Irinretriing for prosessering av et metallisk råmateriale i smeltet eller halvfast fase, med tiksotropiske egenskaper, hvor innretningen (10) inkluderer en roterbar skrue (26) plassert i en tønne (12) og oppvarmingsanordninger (24) plassert rundt tønnen, hvorved råmaterialet mottas i tønnen (12) ved en lavere temperatur enn materialet som føres ut fra tønnen (12) slik at tønnen (12) underkastes termiske sykluser som et resultat av innføringen av ytterligere råmateriale i tønnen (12), idet innretningen omfatter: en tønne (12) med en kald seksjon (14), en varm seksjon (15) og en dyseseksjon (30) med en spiss (146), sammenkoblingsanordninger (60, 122) for sammenkobling (60) av den kalde seksjon (14) til den varme seksjon (15) og for sammenkobling (122) av den varme seksjon (15) til dyseseksjonen (30), hvor den kalde-, varme- og dyseseksjonen inkluderer indre overflater (48, 50) som sammen definerer en sentral passasjevei (46) gjennom tønnen (12), hvor den kalde seksjon (14) videre har deler som definerer et innløp (18) til passasjeveien og dyseseksjonen har deler som definerer et utløp (20) fra passasjeveien, hvor den kalde seksjon (14) er konstruert av et første materiale, den varme seksjon (15) er konstruert av et andre materiale og dyseseksjonen (30) er konstruert av et tredje materiale, en dysehylse (140) går i inngrep mot spissen (146) på dysen (30), dysehylsen (140) har termisk konduktivitet lavere enn det tredje materiale, karakterisert ved at det første materiale har større termisk konduktivitet og lavere termisk ekspansjonskoeffisient enn det andre materiale, hvorved det første materiale bibringes større bestandighet mot termisk utmatting og termiske sjokk enn det andre materiale.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den kalde seksjon (14) over minst en del av sin lengde har en veggtykkelse som er mindre enn veggtykkelsen i den varme seksjon (15).

3. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den kalde seksjon (14) over minst en del av lengden har en ytre diameter som er mindre enn den ytre diameter av den varme seksjon (15).

4. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den varme seksjon (15) har bestandighet mot trykk større enn bestandighet mot trykk for den kalde seksjon (14).

5. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre materiale har høyere konvensjonell flytegrense enn det første materiale.

6. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at det første materiale er en nikkelbasert legering.

7. Inriretning ifølge krav 1, karakterisert ved at det første materiale er en stållegering.

8. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre materiale er legering 718.

9. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre materiale velges blant finkornstøpt legering 718 og PM-legering718.

10. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at det første materiale er rustfritt stål 422.

11. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at det første maeriale er legering 909.

12. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at det første materiale er rustfritt stål T-2888.

13. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den kalde seksjon (14) er varmebehandlet.

14. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den indre overflate på den kalde seksjon (14) er overflateherdet.

15. Innretning ifølge krav 14, karakterisert ved at den indre overflate på den kalde seksjon (14) er nitridbehandlet.

16. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en foring (66') plassert i passasjeveien hvor foringen (66') inkluderer overflater som definerer en sentral passasjevei (112) derigjennom.

17. Innretning ifølge krav 16, karakterisert ved at foringen (66') er konstruert av en Nb-legering.

18. Irmretning ifølge krav 16, karakterisert ved at foringen (66') er av legering PM 0,8 C.

19. Innretning ifølge karv 16, karakterisert ved at foringen (66') er av Nb-30Ti-20W.

20. Irinretning ifølge krav 16, karakterisert ved at foringen (66') er nitridbehandlet.

21. Innretning ifølge krav 16, karakterisert ved at foringen (66') er boridbehandlet.

22. Innretning ifølge krav 16, karakterisert ved at foringen (66') er silisiumbehandlet.

23. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at dysen (30) er en monolittisk konstruksjon.

24. Innretning ifølge krav 23, karakterisert ved at dysen (30) er av en Nb-basert legering.

25. Innretning ifølge krav 23, karakterisert ved at dysen (30) er av Nb-30Ti-20W.

26. Innretning ifølge krav 23, karakterisert ved at dysen (30) er av legering PM 0,8 C.

27. Innretning ifølge krav 23, karakterisert ved at dysen (30) er av T-2888.

28. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at dysehylsen (140) er konstruert av en Nb-basert legering.

29. Innretning ifølge krav 28, karakterisert ved at den Nb-baserte legering er Nb-30Ti-20W.

30. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at dysehylsen (140) er konstruert av legering 0,8 C PM Co.

31. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at dysehylsen (140) er konstruert av et keram.

3 2. Innretning ifølge krav 31, karakterisert ved at dysehylsen (140) har minst én overflate med Zr02 .

33. Innretning ifølge krav 31, karakterisert ved at overflaten (144) er på nedstrømssiden fra spissen (146) på dysen (30).

34. Innretning ifølge krav 28, karakterisert ved at overflaten (144) er konstruert av kubisk stabilisert zirkoniumoksid.

35. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre materiale er valgt blant finkornstøpt legering 718 og PM-legering 718, og at den varme seksjon (15) inkluderer en foring (66') plassert i passasjeveien, konstruert av en Nb-basert legering.

36. Innretning for prosessering av et metallisk råmateriale i en smeltet eller halvfast tilstand, hvor innretningen (10) omfatter: En tønne (12) med motstående kalde (14) og varme (15) ender, en indre overflate (48, 50) som definerer en sentral passasjevei (46) gjennom tønnen (12), deler som definerer et innløp (18) i passasjeveien og plassert mot den første ende (14), deler som definerer et utløp (20) fra passasjeveien og plassert mot den andre ende (15), hvor utløpet (20) er koblet til en dyse (30) med et dyseinnløp og et dyseutløp; en mater (38) koblet til tønnen (12) gjennom innløpet (18); en skrue (26) plassert i passasjeveien for rotasjon i forhold til passasjeveien, hvor skruen (26) inkluderer et legeme (26) med minst en skovl (28) derpå, hvor skovlen (28) i det minste delvis definerer en heliks rundt legemet (36) for å bringe frem råmaterialet gjennom tønnen; oMveanordninger (44) for rotasjon av skruen og skjærpåvkkning av råmaterialet ved en rate tilstrekkelig til å hemme fullstendig dannelse av dendrittiske strukturer i råmaterialet når råmaterialet er i en halvfast tilstand, hvorved råmaterialet prosesseres; og varmeanordninger (24) for overføring av varme gjennom tønnen (12) og inn i råmaterialet slik at råmaterialet varmes til en temperatur høyere enn solidustemperaturen for i det minste én av bestanddelene i råmaterialet; karakterisert ved at innretningen omfatter, forvarmingsanordninger for forvarming av råmaterialet til en temperatur høyere enn omgivelsestemperatur og lavere enn solidustemperaturen for enhver bestanddel i råmaterialet, hvor forvarmingsanordningene er plassert oppstrøms for tønnen og forvarmer råmaterialet før innføring av råmaterialet i tønnen.

37. Innretning ifølge krav 36, karakterisert ved at materen (38) inkluderer en matetrakt (22) og at forvarmingsanordningene (30) forvarmer råmaterialet mens råmaterialet er i matetrakten (22).

3 8. Innretning ifølge krav 36, karakterisert ved at materen (38) inkluderer en volumetrisk mater (38), og forvarmingsanordningene (72) forvarmer råmaterialet når råmaterialet er i den volumetriske mater (38).

39. Innretning ifølge krav 36, karakterisert ved at materen (38) inkluderer en transportkanal (42) koblet til innløpet (18) til tønnen (12), hvor forvarmingsanordningene (74) forvarmer råmaterialet når råmaterialet er i transportkanalen (42).

40. Innretning ifølge krav 39, karakterisert ved at transportkanalen (42) i det minste delvis er konstruert av glass.

41. Innretning ifølge krav 39, karakterisert ved at forvarmingsanordningen (74) er en mikrobølgevarmer (74).

42. Innretning ifølge krav 36, karakterisert ved at forvarmingsanordningen (70) inkluderer varmerør (70) der oppvarmet fluid sirkuleres.

43. Innretning ifølge krav 36, karakterisert ved at forvarmmgsanordningen (70) inkluderer motstandsoppvarmere (70).

44. Innretning for prosessering av metallisk råmateriale i smeltet eller halvfast tilstand, hvor irmretningen (10) inkluderer en roterbar skrue (26) plassert i en tønne (12), og innretningen (10) omfatter: En tønne (12) med motstående kalde (14) og varme (15) ender, en indre overflate (48, 50) som definerer en sentral passasjevei (46) gjennom tønnen (12), innløpsdeler (18) som definerer et innløp til passasjeveien og er plassert mot den første ende, utløpsdeler som definerer et utløp fra passasjeveien og er plassert mot den kalde ende (14) (varme ende 15?), hvor utløpsdelene er koblet til en dyse (30); oppvarmingsanordninger (24) plassert rundt tønnen (12), hvorved råmaterialet mottas til tønnen ved lavere temperatur enn materialet som tas ut av tønnen, slik at tønnen utsettes for termisk sykling som et resultat av innføringen av ytterligere råmateriale; styreanordninger (34) koblet til varmeanordningene (24) for å øke og senke varmeutsrrømningen fra varmeanordningene gjennom tønnen og inn i råmaterialet; karakterisert ved at innretningen omfatter, overvåkiungsanordninger (76) for å overvåke en termisk gradient over veggtykkelsen i tønnen (12), hvor overvåkningsanordningen (76) er koblet til styreanordninger (34) og tilveiebringer overvåkningssignaler dertil, hvorved styreanordningene (34) bevirker at oppvarmingsanordningene frembringer en lavere termisk utstråling dersom den termiske gradient er større enn en forutbestemt verdi.

45. Innretning ifølge krav 44, karakterisert ved at overvåkningsanordningene (76) inkluderer en temperaturmåler (76) plassert i tønnen (12) ved den indre overflate.

46. Innretning ifølge krav 44, karakterisert ved at overvåkningsanordningene (76) inkluderer en temperaturmåler (76) plassert i tønnen (12) ved en ytre overflate på tønnen.

47. Innretning ifølge krav 44, karakterisert ved at overvåkningsanordningene (76) inkluderer minst én indre temperaturmåler (76) plassert i tønnen ved den indre overflate og minst en ytre temperaturmåler plassert i tønnen ved den ytre overflate på tønnen, hvorved den termiske gradient måles som en forskjell mellom avlesningene fra de indre- og ytre temperaturmålere.

48. Innretning ifølge krav 47, karakterisert ved at de indre- og ytre temperaturmålere (76) er anordnet i par med en indre temperaturmåler og en ytre temperaturmåler.

49. Innretning ifølge krav 48, karakterisert ved at oppvarmingsanordningene (24) definerer mange oppvarmingssoner langs en lengde av tønnen (12), hvorved et par av de indre- og ytre temperaturmålere (76) er anordnet i én eller flere av oppvarmingssonene.

50. Innretning for prosessering av et metallisk råmateriale i smeltet eller halvfast tilstand, og med injeksjon av det smeltede eller halvfaste materiale i en form, hvor irinretningen (10) omfatter: en tønne (12) med motstående kalde (14) og varme (15) ender, en indre overflate (48, 50) som definerer en sentral passasjevei (46) gjennom tønnen (12), innløpsdeler som definerer et innløp (18) til passasjeveien og er plassert mot den kalde ende (14), utløpsdeler som definerer et utløp (20) fra passasjeveien og som er plassert mot den varme ende (15); en skrue (26) partielt plassert i passasjeveien, hvor skruen (26) er roterbar og kan beveges på langs i passasjeveien (46), hvor skruen inkluderer en tilbakeslagsventil (31) som tillater énveisbevegelse av det smeltede eller halvfaste materiale gjennom passasjeveien, hvor tilbakeslagsventilen (31) definerer en høytrykksside nedstrøms av tilbakeslagsventilen og en lavtrykksside oppstrøms for tilbakeslagsventilen; aktuatoranordninger (44) for rotasjon og langsgående bevegelse av skruen; en dyse (30) med en spiss (146) for plassering generelt ved formen og innbefattende deler som definerer en sentral passasjevei som sammenfaller med og som korresponderer med den sentrale pasasjevei (46) i tønnen (12), hvor en del av skruen (26) er plassert i den sentrale passasjevei i dysen (30), og med monteringsanordninger (122, 124, 126) hvormed dysen (30) er montert til den varme ende (50) i tønnen (12), hvor monteringsanordningene inkluderer overflater på dysen og den andre ende av tønnen i overflate-til-overflatekontakt med hverandre, karakterisert ved at monteringsanordningene er plassert relativt til skruen slik at monteringsanordningene er plassert på lavtrykkssiden av tilbakeslagsventilen (31).

51. Innretning ifølge krav 50, karakterisert ved at den videre omfatter tetrimgsanordninger (120) plassert mellom delene av overflaten på dysen (30) og overflaten på den varme ende (15) på tønnen (12), hvor tetningsanordningene (120) er plassert på lavtrykkssiden av tilbakeslagsventilen (31).

52. Innretning ifølge krav 50, karakterisert ved at tilbakeslagsventilen (31) i skruen (26) er plassert i passasjeveien i dysen (30).

53. Innretning ifølge krav 50, karakterisert ved at de kalde (14) og varme (15) ender i tønnen (12) henholdsvis er konstruert av første og andre materialer, og med sammenkoblm <g> sanord ^iinger (60) for sammenkobling av den kalde ende (14) til den varme ende (15), og hvor de kalde og varme ender inkluderer overflater (48, 50) som sammen definerer passasjeveien (46) gjennom tønnen (12), hvor innløpet (18) defineres i den kalde ende (14) og utløpet (20) defineres i den varme ende (15), hvor det første materiale har større termisk konduktivitet enn det andre materiale og mindre termisk ekspansjonskoeffisient enn det andre materiale, hvorved det første materiale bibringes større bestandighet mot termisk utmatting og termiske sjokk enn det andre materiale.

54. Innretning ifølge krav 50, karakterisert ved at den videre omfatter en innløpskanalhylse (140) plassert mellom spissen (146) på dysen (30) og formen (16), hvor innløpskanalhylsen (140) er en isolator som reduserer varmeoverføringen fra dysen til formen.

55. Innretning ifølge krav 54, karakterisert ved at innløpskanalhylsen (140) er konstruert av 0,8 C PM Co-legering.

56. Innretning ifølge krav 54, karakterisert ved at innløpskanalhylsen (140) er konstruert av et keram.

57. Innretning ifølge krav 54, karakterisert ved at innløpskanalhylsen (140) har minst én overflate med eller av Zr02 .

58. Irinretning ifølge krav 54, karakterisert ved at overflaten (144) er nedstrøms av spissen på dysen.

59. Innretning ifølge krav 54, karakterisert ved at overflaten (144) er konstruert av kubisk stabilisert zirkoniumoksid.

60. Totrinns innretning for prosessering av metallisk råmateriale i smeltet eller halvfast tilstand, hvor innretningen (10') omfatter: et første prosessermgstrinn (130) inkludert en tønne (12) med motstående første og andre ender, en indre overflate (48) som definerer en sentral passasjevei (46) gjennom tønnen, deler som definerer et innløp (18) til passasjeveien og som er plassert mot den første ende, deler som definerer et utløp fra passasjeveien og som er plassert mot den andre ende, hvor tønnen (12) er konstruert av et første materiale med en første termisk konduktivitet hvorved varmeovergangen til råmaterialet optimaliseres, en skrue (26) plassert i passasjeveien for rotasjon i forhold til passasjeveien, hvor skruen inkluderer et legeme med minst en skovl (28) derpå, hvor skovelen (28) i det minste delvis definerer en heliks rundt legemet for å bringe frem råmaterialet gjennom tønnen, driveanordninger (44) for rotasjon av skruen og skjærpåvirkning av råmaterialet ved en rate tilstrekkelig til å hemme fullstendig dannelse av dendrittiske strukturer deri når råmaterialet er i en halvfast tilstand, hvorved det prosesseres til et råmateriale i tiksotropisk tilstand, oppvarmingsanordninger (24) for overføring av varme gjennom tønnen og inn i råmaterialet slik at råmaterialet varmes til en temperatur høyere enn solidustemperaturen for minst én bestanddel i råmaterialet; et andre trinn (132) inkludert en leveringsslisse (134) med motstående første og andre ender, en indre overflate som definerer en sentral passasjevei gjennom leveringsslissen (134), innløpsdeler som definerer et innløp inn til passasjeveien og utløpsdeler som definerer et utløp fra passasjeveien og er plassert mot den andre ende, anordninger for å holde materialet ved en temperatur på generelt 95-100 % av temperaturen hvorved materialet mottas dertil; leveringsanordninger (136) for levering ved høyt trykk og høy hastighet av materialet fra leveringskanalen gjennom en dyse (30), hvor leveringsanordningene inkluderer et stempel (136) med en stempelflate (139) og en aktuator; en dyse (30) koblet til den andre ende på leveringsslissen og inkludert deler som definerer en dysepassasjevei som sammenfaller med og korresponderer med den sentrale passasjevei i leveringsslissen; en transportkobling (137) med en passasjevei definert derigjennom, hvor koblingen er sammenkoblet mellom den første tønne og den andre tønne for transport av materialet fra utløpet av den første tønne til innløpet på den andre tønne; og ventilanordninger (138) for å bevirke énveisbevegelse av materialet derigjennom; karakterisert ved at leveringsslissen (134) har en andre termisk konduktivitet som er mindre enn den første termiske konduktivitet, og har forhøyet fasthet og korrosjonsbestandighet i forhold til det første materiale, slik at fastheten og korrosjonsbestandigheten optimaliseres i leveringsslissen med hensyn til varmeoverføring.

61. Innretning ifølge krav 60, karakterisert ved at anordningene for å holde materialet generelt ved den mottatte temperatur innbefatter isolasjon plassert rundt leveringsslissen.

62. Innretning ifølge krav 60, karakterisert ved at dysen (30) er konstruert av et tredje materiale med en tredje termisk konduktivitet som er lavere enn den andre termiske konduktivet.

63. Innretning ifølge krav 60, karakterisert ved at det første trinn (130) inkluderer mange tønner og transportkoblinger, hvor tønnene er koblet via transportkoblingene til den varme slisse i det andre trinn.

64. Innretning ifølge krav 60, karakterisert ved at minst én av leveringsslissene (134), transportkoblingen (137), stempelet (136), stempelflaten (139) og dysen (30) er belagt med en Nb-basert legering.

65. Innretning ifølge krav 64, karakterisert ved at legeringen er Nb-30Ti-20W.

66. Innretning ifølge krav 64, karakterisert ved at minst én av komponentene leveringsslissen (134), transportkoblingen (137), stempelet (136), stempelflaten (139) og dysen (30) er belagt med PM 0,8 C-legering.

67. Inmetning ifølge krav 60, karakterisert ved at minst én av bestanddelene leveringsslisse (134), transportkobling (137), stempel (136), stempelflate (139) og dyse (30) er belagt med et nitridbehandlet materiale.

68. Irinretning ifølge krav 60, karakterisert ved at minst én av bestanddelene leveringsslisse (134), transportkobling (137), stempel (136), stempelflate (139) og dyse (30) er belagt med et boridbehandlet materiale.

69. Innretning ifølge krav 60, karakterisert ved at minst én av bestanddelene leveringsslisse (134), transportkobling (137), stempel (136) stempelflate (139) og dyse (30) er belagt med et silisiumbehandlet materiale.

70. Innretning ifølge krav 60, karakterisert ved at minst én av bestanddelene leveringsslisse (134), transportkobling (137), stempel (136), stempelflate (139) og dyse (30) er konstruert av finkornet støpelegering 718.

71. Innretning ifølge krav 70, karakterisert ved at minst én av bestanddelene leveringsslisse (134), transportkobling (137), stempel (136), stempelflate (139) og dyse (30) er belagt med en Nb-basert legering.

72. Innretning ifølge krav 71, karakterisert ved at den Nb-baserte legering er Nb-30Ti-20W.

73. Innretning ifølge krav 60, karakterisert ved at ventilanordningene (138) inkluderer en ventil som i det minste delvis er konstruert av en Nb-basert legering.

74. Innretning ifølge krav 73, karakterisert ved at legeringen er Nb-30Ti-20W.

75. Innretning ifølge krav 60, karakterisert ved at ventilanordningene (138) inkluderer en ventil som i det minste delvis er konstruert av PM 0,8 C-legering.

76. Innretning ifølge krav 60, karakterisert ved at stempelet (136) inkluderer en stempelskjerm (141) som strekker seg bakover fra stempelflaten.

77. Innretning ifølge krav 76, karakterisert ved at stempelskjermen (141) er av en Nb-basert legering.

78. Innretning ifølge krav 76, karakterisert ved at stempelskjermen (141) er av Nb-30Ti-20W.

79. Innretning ifølge krav 76, karakterisert ved at stempelskjermen (141) er av 0,8 C PM-legering.

80. Innretning ifølge krav 60, karakterisert ved at anordningene for å holde materialet generelt ved en mottatt temperatur inkluderer varmeenheter (24) plassert rundt leveringsslissen.