DE1105534B - Hochvakuumschmelz- bzw. -gussverfahren und Vorrichtung zu dessen Durchfuehrung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochvakuumschmelz- bzw. -gußverfahren, bei dem mittels einer Mehrzahl von Elektronenstrahlenbündeln, die aus einiger Entfernung gegen den offenen Oberteil einer Gußform gerichtet sind, durch den Elektronenbeschuß einerseits das oberhalb der Gußform in die Elektronenbahn geschobene Ende des Schmelzgutes, andererseits eine Schicht des in der Gußform befindlichen Materials geschmolzen wird.

Beim Gießen von Metallen, gleichgültig, ob es sich um einen Formguß oder um die Erzeugung von Ingots zum Zwecke weiterer Verarbeitung handelt, besteht das Bestreben, Unreinigkeiten und Lunker im gegossenen Material zu vermeiden. Für den Guß von Ingots, die aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt, wie feuerfesten Metallen, bestehen, wird üblicherweise entweder eine Induktions- oder eine Lichtbogenheizung verwendet. Obwohl diese Heizmethoden als sehr vorteilhaft und praktisch zu bezeichnen sind, liefert doch keine von ihnen vollkommen befriedigende Ergebnisse. Insbesondere wenn es sich um das Schmelzen bzw. Gießen feuerfester Metalle handelt, bringen diese bekannten Verfahren keine wirkliche Reinigung des gegossenen Metalls mit sich. Verunreinigungen, die auf dem zu gießenden Metall schwimmen, können zwar teilweise während des herkömmlichen Gußvorganges abgeschöpft werden, doch werden, wenn von rein chemischen Reinigungsprozessen abgesehen wird, andere Quellen der Metallverunreinigungen kaum beseitigt. Es wurde vor allem festgestellt, daß in Metallen eingeschlossene Gase und flüchtige Verunreinigungen die resultierenden Metalleigenschaften wesentlich beeinträchtigen. Diese flüchtigen Verunreinigungen und eingeschlossenen Gase werden durch die herkömmliehen Verfahren nicht beseitigt. Lichtbogengußverfahren versagen nicht nur bei der Beseitigung von Gasen und Dämpfen aus dem gegossenen Material, sondern verursachen oft, daß zusätzlich Gase und Dämpfe in den Guß gelangen. Da ein Lichtbogen nur in einem Gas unterhalten werden kann, ist es offensichtlich unmöglich, mittels solcher Verfahren den Anteil von im Material eingeschlossenen Gasen und Dämpfen wesentlich zu verringern.

Auf dem hiermit zusammenhängenden Gebiet des Legierens von Metallen ergeben sich bei den üblichen Verfahren Einschränkungen bezüglich des Materials. Bei den Schmelz- und Gießverfahren, die als Heizquelle z. B. Lichtbogenentladungen vorsehen, kann nämlich die Dauer der Heizeinwirkung nur durch entsprechende Zufuhr des Schmelzgutes zum Lichtbogen hin gesteuert werden. Dies ist äußerst nachteilig, weil manche Legierungen sehr viel Zeit benötigen, damit sich ein Metall im anderen löst, weshalb Hochvakuumschmelz- bzw. -gußverfahren und Vorrichtung zu dessen Durchführung

Anmelder:

Stauffer Chemical Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Busse, Patentanwalt,
Osnabrück, Möserstr. 20-24

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. Mai 1959

Charles W. Hanks und Charles d'A. Hunt,

Orinda, Calif. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

die mit den bekannten Verfahren erhaltenen Legierungsgußstücke in ihrem Inneren keine einheitliche Struktur aufweisen.

Die Erfindung geht von einem Hochvakuumschmelzbzw, -gußverfahren aus, bei dem die Erwärmung mit Hilfe von Elektronenbeschuß erfolgt. Durch die Aufrechterhaltung eines Vakuums durch fortdauernde Evakuierung ist es nicht nur möglich, Verunreinigungen des gegossenen Materials zu verhindern, sondern darüber hinaus eine ausreichende Reinigung des gegossenen Materials zu erreichen. Durch das Austreiben flüchtiger Bestandteile aus dem Metall werden nicht nur dessen Eigenschaften an sich wesentlich verbessert, sondern auch jede Lunkerbildung vermieden. Aus der Schmelze werden nicht nur Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxyd, sondern auch zahlreiche flüchtige Verunreinigungen entfernt.

Die Erhitzung erfolgt durch Elektronenbombardement. Dadurch, daß von einer Lichtbogenentladung abgesehen wird, wird das Herumspritzen von Metall, das normalerweise einen Hochspannungslichtbogen begleitet, hintangehalten, wodurch keinerlei Unterbrechung des Schmelz- bzw. Gußprozesses erforderlich ist, wie dies bei Lichtbogenheizung der Fall ist, um das herausgespritzte Metall von den umliegenden Bauteilen zu entfernen; darüber hinaus besteht keinerlei Explosionsgefahr, wie sie bei Lichtbogenentladungseinrichtungen vorliegt.

Der Elektronenbeschuß wird hierbei nicht nur zur Erhitzung des Schmelzgutes, sondern auch zur Er-

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hitzung des schon geschmolzenen Materials herangezogen, wodurch eine von der Speisung des Schmelzgutes unabhängige Regelung der Dauer der Beheizung möglich ist. Durch die Verwendung von Hochspannungselektronenstrahlen treten bei dem Verfahren, auf dem die Erfindung beruht, keinerlei Fokussierungsschwierigkeiten auf. Trotz des kontinuierlich aufrechterhaltenen Vakuums befinden sich nämlich stets bestimmte, vom Schmelzgut herrührende Gasmengen in der Kammer, die von den Elektronenstrahlen durchsetzt werden müssen, wodurch diese die Tendenz haben, sich zum Ort der größten Gasdichte zu bewegen, wodurch eine Gasfukussierung hervorgerufen wird.

Erfindungsgemäß wird das Schmelzgut oberhalb der Gußform im wesentlichen horizontal zu ihr hin bewegt und, um das Ende des Schmelzgutes oberhalb der Gußform zu schmelzen, in den Strahlengang der auf die Gußform gerichteten Elektronen gebracht, wobei wenigstens ein Elektronenbündel derart auf den Oberteil der Gußform gerichtet wird, daß zur Sicherstellung, daß das in die Gußform fließende Material ganz geschmolzen wird, das Schmelzgut von diesem nicht getroffen wird.

Die horizontale Speisung bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. Vor allem kann das Schmelzgut in eine ganz nahe über die Gußform liegende Stelle gebracht werden, an welcher das Schmelzgut geschmolzen wird und in die Gußform fließt. Der kleine Zwischenraum bzw. der kleine Abstand, den das flüssige Schmelzgut zu durchfallen oder zu durchfließen hat, verringert das Spritzen des Metalls bei seinem Fall in die Gußform. Dieses verringerte Spritzen des geschmolzenen Metalls bringt insofern wesentliche Vorteile mit sich, als durch das Spritzen Ablagerungen von Metall entstehen können, die sich auf den die Gußform und das zu schmelzende Gut umgebenden Vorrichtung während des Gießens bilden. Durch solche Ablagerungen werden die Dimensionen und Konfigurationen dieser Vorrichtungen volumenmäßig geändert, abgesehen davon, daß überdies elektrische Kurzschlüsse durch das Spritzen entstehen können. Ein weiterer Vorteil der seitlichen bzw. horizontalen Schmelzgutspeisung liegt darin, daß hierdurch die verschiedenartigsten Schmelzgutformen ermöglicht werden. Durch seitliche Speisung in Verbindung mit der /Anbringung passender Stützeinrichtungen für das Schmelzgut werden an das Schmelzgut keine besonderen Erfordernisse bezüglich seiner Starrheit und Festigkeit gestellt, so daß ohne weiteres die verschiedensten Schmelzgutzusammensetzungen dem Schmelzprozeß zugeführt werden können. So können z. B. ohne Schwierigkeit zusammengepreßte Pulver- oder Metallstücke als Schmelzgut verwendet werden, auch solche, deren strukturelle Festigkeit sie für bekannte Verfahren ungeeignet macht. Außerdem wird durch die horizontale bzw. seitliche Schmelzgutspeisung eine Fokussierung der Elektronenstrahlen hoher Energie in mehrere verschiedene Richtungen auf das offene Oberteil der Gußform ermöglicht. So können z. B. mehrere Elektronenstrahlenquellen, die an verschiedenen Stellen angebracht sind, vorgesehen sein, deren Strahlen von diesen Stellen aus auf den Gußformoberteil gerichtet werden, wodurch nicht nur das Schmelzgut bombardiert und geschmolzen werden kann, sondern darüber hinaus auch ein ununterbrochenes Bombardement des flüssigen Metalls in der Gußform erzielt wird. Hierbei werden die Elektronenstrahlenquellen in ihrer reativen Lage zweckmäßig derart ausgerichtet, daß wenigstens ein Elektronenstrahlenbündel als Ganzes das Schmelzgut unterschneidet, d. h., daß es die ganze Oberfläche des flüssigen Metalls der Gußform bombardiert, ohne daß es in irgendeiner Weise durch das Schmelzgut selbst behindert wird. Durch die Anbringung einer Anzahl von Elektronenstrahlenbündeln wird außerdem jede Brückenbildung ausgeschlossen. Bei der Erhitzung des Schmelzgutes ist es nämlich möglich, daß ein plastischer Fluß des Schmelgutmaterials entsteht, der

ίο von dem Schmelzgut herabhängt und unter gewissen Umständen die darunter befindliche Gußform erreicht, ohne daß eine vollkommene Verflüssigung des Schmelzgutes herbeigeführt wird. Obwohl diese bei Gußverfahren, bei denen keine besondere Reinheit des Metalls erforderlich ist, kaum nachteilig ist, ist dies dennoch von erheblicher Bedeutung, da es nicht möglich ist, die flüssigen Bestandteile des Metalls ganz auszutreiben, wenn dieses nicht ganz geschmolzen ist. Die Unterschneidung des Schmelzgutes schließt jede Brückenbildung vom Schmelzgut zur Gußform aus, weil der allenfalls plastische Fluß des Schmelzgutes von Elektronen hoher Energie bombardiert und dadurch erhitzt und geschmolzen wird. Ein weiterer Vorteil, der sich aus der seitlichen Schmelzgutspeisung gemäß vorliegender Erfindung ergibt, liegt in einer wesentlichen Vereinfachung der Evakuierung, da die sich durch die seitliche Anbringung der Schmelzgutspeisung ergebende Gestaltung des Gußofens mit sich bringt, daß die Verbindung zwischen der Stelle, an der gegossen wird, und der Vakuumerzeugungsanlage voll und ganz erhalten bleibt. Vorteilhafterweise konvergieren die Flugbahnen, um das Metall zu schmelzen und weiterzuerhitzen, in der Weise, daß der zwischen Schmelzgut und Gußform erforderliche Raum ein Minimum wird.

Die Vorrichtung für die Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Gußform mit einem offenen Oberteil, ein eine Kammer um den Oberteil der Gußform bildendes Gehäuse, eine Evakuierungseinrichtung zur Erzielung eines kontinuierlichen Hochvakuums in der Kammer und eine Anzahl von Elektronenstrahlenerzeugern vorgesehen sind, deren Strahlen mit hoher Energie einerseits auf den Oberteil der Gußform, andererseits auf das eine Ende des Schmelzgutes gerichtet sind, wobei für die Zufuhr des Schmelzgutes in einer im wesentlichen horizontalen Richtung ein in geringer Entfernung vom oberen Ende der Gußform, etwa seitlich von ihr angeordneter Zubringertisch od. dgl.

vorgesehen ist und die Elektronenstrahlenerzeuger in verschiedenen Richtungen auf den Gußformoberteil einstellbar sind und wenigstens ein Elektronenstrahlenbündel nicht durch das erwähnte Schmelzgut unterbrochen wird, damit es die ganze Öffnung des Gußformoberteiles mit Sicherheit bombardiert.

Einen derartigen Ofen zeigt beispielsweise die Zeichnung, in der ein schematischer Querschnitt eines Schmelzofens dargestellt ist, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert und der zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist. Das Gußverfahren mit seitlicher Speisung wird in einer evakuierten Kammer ausgeführt, welche durch kontinuierliches Pumpen ein Hochvakuum von der Größenordnung von 1 Mikron Quecksilbersäule oder geringer aufweist. Der Guß kann in dem Fall, daß ein kontinuierliches Ingotgußverfahren durchgeführt werden soll, in einer wassergekühlten Gußform durchgeführt werden, die eine durch sie von oben nach unten hindurchgehende öffnung besitzt. Ein Schmelzgut, das z. B. aus Wolfram

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von durchschnittlicher Reinheit besteht, wird in Rieh- abwärts gerichtet sind. Gewisse Metalle haben besontung zur Achse der Gußform seitlich und oberhalb dere und ungewöhnliche Schmelzcharakteristika und derselben eingebracht. Hierdurch wird eine feste Be- erfordern eine Modifizierung des optimalen Strahlenziehung zwischen dem Schmelzgut und der Gußform winkeis. So erfordert z. B. Tantal eine vertikale Strahgeschaffen, wobei das Schmelzgut mit einer geregel- 5 lenflugbahn, um geschmolzen zu werden, weil dieses ten Zubringergeschwindigkeit zur Gußform hin be- Metall dazu neigt, bei einer Bombardierung unter wegt wird. Vorzugsweise wird der Zwischenraum einem Winkel von 45° in einer Entfernung von dem zwischen der Gußform und dem Schmelzgut in verti- Ende flüssig zu werden.

kaier Richtung sehr klein gehalten, damit das flüssige Durch die seitliche und über der Guß form liegende Metall, das von dem Schmelzgut abschmilzt und von io Schmelzgutspeisung werden ein oder mehrere Elekdort in die Gußform tropft oder strömt, beim Auf- tronenstrahlenbündel, die auf die Gußform fokussiert treffen auf das Metall in der Gußform nicht spritzt. sind, geschnitten, wodurch das vordere Ende des Um durch Erhitzen das Schmelzgut zu schmelzen, Schmelzgutes erhitzt wird, so daß dieses in der Folge wird das Vorderende des Schmelzgutes mit Hoch- schmilzt und in die offene Gußform entweder tropft Spannungselektronen bombardiert, die an einer von 15 oder fließt. Durch Erhitzung des vom Schmelzgut in dem Schmelzgut und der Gußform entfernten Stelle die Gußform fallenden Metalls entsteht in der Gußetwa in Form eines Strahles erzeugt, beschleunigt form eine Schicht flüssigen Metalls. Wenn ein konti- und auf den Oberteil der Gußform fokussiert werden. nuierlich gegossener Ingot erwünscht ist, wird die Von wesentlicher Bedeutung ist es, daß der Elek- Gußform gewöhnlich gekühlt und das Metall, das in tronenstrahl in einem genügenden Abstand von der 20 dieses fällt in dem Maße, als es erstarrt, allmählich Gußform und vom Schmelzgut erzeugt wird und daß vom Boden der Gußform abgezogen. Ununterbrochen weiter der auf diese Weise erzeugte Elektronenstrahl wird auf dem oberen Teil des Metalls, das in der Gußschon an einer Stelle, die von dem Schmelzgut und form erstarrt, eine flüssige Schicht von geschmolzevon der Gußform entfernt ist, auf volle Geschwindig- nem Metall erhalten, in welcher das von dem Schmelzkeit gebracht ist, damit die mit Niederspannungs- 25 gut fließende Metall durch die Elektronenstrahlenstrahlen verbundenen Effekte ausgeschlossen sind. bombardierung schmilzt.

Aus obigen Darlegungen bezüglich der relativen Lage Die Anwendung von zusätzlicher Hitze, die auf die

der Elektronenstrahlenquelle und des Schmelzgutes Schicht flüssigen Metalls durch eine Anzahl von auf

bzw. der Gußform folgt, daß die Elektronenstrahlen- diese fokussierten Elektronenstrahlen einwirkt, ermög-

quelle notwendigerweise über der Gußform ange- 30 licht eine weitere kontrollierbare Heizung des flüssi-

bracht sein muß. gen Metalls, wodurch in der Folge eine Steigerung der

Um mit zusätzlichen Hochspannungselektronen Austreibung der flüchtigen Bestandteile aus diesem auch den Oberteil der Gußform aus verschiedenen und eine zusätzliche Steigerung der Vervollkomm-Richtungen zu bombardieren, können weitere Elek- nung von Legierungsvorgängen, die eine längere Zeit tronenstrahlenquellen vorgesehen werden, die jede für 35 für die Auflösung von einem Metall in das andere besieh Hochspannungselektronenstrahlenbündeln erzeu- nötigen, erreicht wird. Diesbezüglich ist zu erwähnen, gen und an mehreren gesonderten, von der Gußform daß die Erhitzung des Metalls in der Gußform von entfernten Stellen angeordnet sind. Die Elektronen- der Menge des von dem Schmelzgut fließenden Metalls strahlen einer jeden dieser Quellen sind auf den Ober- und von dem Maße, in dem es in das Strahlenbündel teil der Gußform gerichtet und auf diesen so fokus- 40 gebracht wird, unabhängig ist. Durch das Verflüssisiert, daß sie die gesamte Oberfläche der offenen Guß- gen des Schmelzgutes wird eine große Gasmenge frei form bedecken. Dadurch wird der natürlichen und und im Zusammenhang mit der obenerwähnten Evaunvermeidlichen Divergenz der Elektronenstrahlen kuierung rasch aus der Reaktionskammer abgezogen, entgegengetreten. Um diese Divergenz auszunutzen, Außerdem entsteigen Gase und Dämpfe auch der zuwerden die Elektronenstrahlenquellen so angeordnet, 45 sätzlich erhitzten Schicht flüssigen Metalls in der bzw. die Elektronenstrahlen in der Weise erzeugt, Gußform, die ebenfalls durch die Evakuierungseindaß das ausgestrahlte Elektronenbündel an der Auf- richtung aus der Kammer entfernt werden. Durch das treff stelle der Guß form grundsätzlich denselben oder anfängliche Vakuum und die kontinuierliche Entf ereinen größeren Querschnitt aufweist wie diese. nung der Gase, die dem sich verflüssigenden Schmelz-

Obwohl oben erwähnt wurde, daß zum Erhitzen 50 gut entweichen, ist die Gas- und Dampfmenge, die aus

und folglich zum Schmelzen des Schmelzgutes ein ein- der Schicht flüssigen Metalls durch seine weitere zu-

ziges Elektronenstrahlenbündel verwendet wird, sätzliche Erhitzung auf Grund der bombardierenden

können, um eine zusätzliche bzw. stärkere Erhitzung Elektronenstrahlen heraustreten, nicht so groß wie bei

des Schmelzgutes zu erreichen, auch mehrere Bündel anderen Verfahren. Insbesondere hat sich gezeigt, daß

auf das vordere Ende des Schmelzgutes gerichtet 55 im Gegensatz zu Lichtbogenheizungsvorgängen fast

werden. Das Schmelzgut wird, wie erwähnt, in der keine Gasausbrüche in der Schicht flüssigen Metalls

Richtung zur Gußform hin und über dieser zugeführt. zustande kommen. Tatsächlich wurde beobachtet, daß

Die Elektronen hoher Geschwindigkeit werden nun so die Schicht der Oberfläche flüssigen Metalls relativ

auf das Schmelzgut gerichtet, daß sie nur auf das ruhig ist, so daß die Verunreinigungen im flüssigen

vordere Ende desselben oberhalb der Gußform auf- 60 Metall, die leichter als das Metall selbst sind, oben

treffen, so daß das schmelzende Material nur in die auf der Schicht schwimmen und nicht stark umher-

Gußform fallen kann. Ein Teil der Elektronen unter- getrieben werden, so daß keine neuerliche Vermischung

schneidet das Schmelzgut in der Weise, daß diese mit dem sich verfestigenden Metall auf dem Boden der

auf den Oberteil der Gußform fokussiert werden, Schicht eintritt. Doch entstehen ausgiebige Rühr-

ohne daß sie in irgendeiner Weise durch das Schmelz- 65 ströme als Ergebnis der Wärmegradienten in dieser

gut gehindert oder aufgehalten werden. Schicht. Infolgedessen werden flüchtige Verunreini-

Es hat sich herausgestellt, daß es vorteilhaft ist, gungen an die Oberfläche bewegt, wo die Temperatur

wenn die Mehrzahl der Elektronenstrahlen am Um- ein Maximum aufweist, wodurch die Verunreinigun-

fang eines Kreises oberhalb der Gußform liegen und gen rascher flüchtig werden, so daß sie das flüssige

unter einem Winkel von rund 45° zur Vertikalen nach 70 Metall in Form von Gasen und Dämpfen verlassen

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und dann durch Evakuierung abgezogen werden Rohre 22, die von der Stützvorrichtung 21 aus dem können. Gehäuse 12 heraus zu einer Kühlmittelquelle führen,

Obwohl der oben beschriebene Gießvorgang eine zu- und abgeführt wird. Der Tisch 21 ist an einer große Menge gesonderter Elektronenstrahlenbündel Seite der Gußform 16 angebracht und reicht teilweise vorsieht, ist es von Wichtigkeit, daß die Unterschnei- 5 über diese, und zwar so, daß sich sein Ende kurz vor dung des Schmelzgutes gewährleistet und eine Ein- der vertikalen Verlängerung der Gußformöffnung 17 richtung zur gesonderten und kontinuierlichen Born- befindet. Die Stützvorrichtung 21 für das Schmelzgut bardierung des geschmolzenen Metalls in der Guß- ist zweckmäßig entweder in einer horizontalen oder form außer der Bombardierung des Schmelzgutes vor- in einer zu einer Seite der Gußform geneigten Stelhanden ist. Deshalb erfolgen die Beschleunigung und to lung angeordnet und trägt das Schmelzgut 23, welches Fokussierung der Elektronen auf das geschmolzene die Form eines Stabes, einer Stange od. dgl. haben Metall in der Gußform aus mehreren Richtungen, wo- kann. Dieses Schmelzgut kann z. B. ein Ingot aus bei wenigstens ein Teil der so beschleunigten und einem vorher gegossenen Mteall oder auch aus gesinfokussierten Elektronen derart auf die Schicht des ge- tertem Material sein, das aus Pulver und auch aus schmolzenen Metalls gelenkt wird, daß durch dieWahl 15 Metallstücken zusammengesetzt ist. Um die Kontides Einfallswinkels die Elektronen nicht in Berührung nuität des Gußvorganges bzw. der Zufuhr des mit dem Schmelzgut selbst kommen. Hierdurch wird Schmelzgutes zu gewährleisten, ist eine Luftschleuse jede Brückenbildung zwischen dem Schmelzgut und 24 vorgesehen, welche aus dem Inneren der Kammer der Gußform verhindert. 13 durch das Gehäuse 12 nach außen führt, wodurch

Es hat sich herausgestellt, daß ein nach diesem Ver- 20 das Schmelzgut 23 in die Kammer 13 ohne Verlust des fahren gegossenes Material bemerkenswerte und ver- darin befindlichen Vakuums eingeführt werden kann, besserte Eigenschaften aufweist. So wurden z. B. beim Außerdem ist noch eine Vorrichtung 26 für die Zu-Guß von auf Eisen, Nickel und Kobalt basierenden fuhr des Schmelzgutes vorgesehen, welche durch die Legierungen Ingots hergestellt, in denen keine wahr- Luftschleuse 24 reicht und eine Führungseinrichtung nehmbaren Ablagerungen bei Korngrenzlinien vorhan- 25 besitzt, die, von der Außenseite des Schmelzofens geden waren. Aus dem so hergestellten Material ge- steuert, der Fortbewegung des Schmelzgutes auf der schmiedete Stücke haben keine richtungsabhängigen Stützvorrichtung 21 mit regelbarer Geschwindigkeit Eigenschaften. Auf diese Weise wird mit dem Ver- dient. In der Gußform 16, in die beim Beginn des fahren nach der vorliegenden Erfindung neben den Gußvorganges ein Stempel zum Verschluß der Öffgewöhnlichen Gußerfordernissen die Lunkerbildung 30 nung 17 eingeführt werden kann, bildet sich der Ingot und die Ablagerung von Verunreinigungen auf ein 27, der kontinuierlich durch den Boden der Gußform Minimum herabgedrückt und außer dessen bloßem durch eine passend angetriebene Ingotzugvorrichtung Gießen eine Reinigung des Metalls selbst erzielt. So 28 abgezogen wird.

ist z. B. die Dehnbarkeit feuerfesten Metalls, das nach Die Zeichnung zeigt ferner eine Mehrzahl von Elek-

dem erfindungsgemäßen Verfahren gegossen wurde, 35 tronenstrahleneinrichtungen 31, 32, 33, die sowohl die durch die stofflichen Eigenschaften erhöht. Nach die- Stromversorgung als auch die erforderlichen Steuersem Verfahren gereinigte und gegossene Materialien kreise umfassen. Diese erzeugen Hochspannungselekkönnen sofort durch gewöhnliche maschinelle Vor- tronenstrahlenbündel 36, 37 und 38, welche auf die gänge bearbeitet werden, was bis jetzt bei vielen Gußform 16 gerichtet und auf ihre Öffnung 17 fokus-Metallen unmöglich war. Neben dem Gußvorgang um- 40 siert sind. Die Quellen 31, 32, 33 sind oberhalb der faßt die vorliegende Erfindung einen Reinigungsvor- Gußform 16 angebracht und derart verteilt, daß es gang, der in gleicher Weise bei Metallen mit sehr ihre relative Lage gestattet, die einzelnen Strahlenhohem Schmelzpunkt, also bei feuerfesten Metallen, bündel in die Gußform von verschiedenen Richtungen, wie auch bei anderen gebräuchlichen Metallen anwend- z. B. von Punkten eines über der Gußform liegenden bar ist. 45 Kreises und um diese herum zu lenken. Jedes der

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Elektronenstrahlenbündel 36, 37 und 38 hat eine beeriindnngsgemäßen Schmelzofens dargestellt. Die stimmte Divergenz normaler und herkömmlicher Art Zeichnung zeigt als Teil des Schmelzofens 11 ein und ist auf den Oberteil des Ingots 27 in der Gußform vakuumdichtes Gehäuse 12, das eine Kammer 13 16 in einem Winkel zur Vertikalen gerichtet. Wenigbildet. Mit der Kammer 13 ist eine geeignete Evaku- 50 stens eine der Elektronenstrahlenquellen 33 ist so anierungseinrichtung 14 verbunden, die eine rasche Ent- geordnet, daß sie ihr Elektronenbündel 38 auf die fernung von Gasen, die in der Kammer entstehen, be- Gußfo<rm 16 unter einem solchen Winkel lenkt, daß wirkt und ein ausreichendes Vakuum in der Kammer das vordere Ende des Schmelzgutes 23 getroffen wird, in der Größenordnung von 1,0 Mikron Quecksilber- wenn dieses zur Gußform und über diese gebracht säule oder darunter aufrechterhält. Auf dem Boden des 55 wird. Das Bombardement des vorderen Endes des Gehäuses 12 ist eine Gußform 16 angebracht, die Schmelzgutes 23 durch das Strahlenbündel 38 bewirkt zweckmäßig aus Kupfer besteht und eine zentrale·, die erforderliche Erhitzung, durch die das Schmelzgut durchgehende Öffnung 17 besitzt, die eine Verbindung geschmolzen und in Form von Tropfen oder Strömen des Gehäuses nach außen bildet. Die Gußform weist von seinem vorragenden Ende in die Öffnung 17 der einen Kühlmantel auf, in dem Wasser oder andere 60 Gußform 16 herunterfließt. Die Speisungsgeschwindig-Kühlmittel zirkulieren und der durch das Einlaßrohr keit des Schmelzgutes 23 in der Richtung zur Guß-18 und durch das Ausflußrohr 19 mit einer geeigneten form bzw. zu der Stelle, wo das Elektronenbündel 38 Kühleinrichtung verbunden ist. Im Gehäuse 12 ist auf das Schmelzgut trifft, wird so gesteuert, daß dieauch ein Schmelzstütztrog oder Stütztisch 21 ange- ses sich nicht rascher in das Bündel bewegt, als dieses bracht, welcher vorteilhafterweise im Gehäuse durch 65 dem Schmelzgut die zu seiner Verflüssigung notweneine passende Befestigung starr fixiert ist und wel- dige Hitze erteilen kann. Außer dem Umstand, daß eher ebenfalls durch zirkulierendes Wasser oder an- das bewegte Schmelzgut 23 von einem oder mehreren dere Kühlmittel gekühlt wird. Zu diesem Zwecke sind Elektronenbündeln, die durch die Elektronenstrahlenentsprechende Kammern und an diese angeschlossene quellen erzeugt werden, bombardiert wird, soll min-Rohre vorgesehen, wobei das Kühlmittel durch die 70 destens eines der Elektronenstrahlenbündel, das in der

Zeichnung ζ. B, als Bündel 36 dargestellt ist, auf den Oberteil des Ingots 27 in der Gußform 16 unter einem solchen Winkel gerichtet werden, daß es in keinerlei Berührung mit dem Schmelzgut kommt und von diesem auch, nicht teilweise geschnitten wird. Das Elektronenbündel 36 unterschneidet somit das Schmelzgut und trifft unterhalb des Schmelzgutes auf die Gußform, wodurch keinerlei plastischer Schmelzgutfluß, der sich in vertikaler Richtung zur Gußform bildet, wie sich dies bei der Schmelzguterhitzung alleine ergeben kann, den Zwischenraum zwischen dem Schmelzgut und der Gußform überbrücken kann, ohne von dem Elektronenbündel 36 getroffen und dadurch verflüssigt zu werden. Das flüssige Metall, das vom Schmelzgut 23 in die Gußform tropft oder fließt, erstarrt in der Gußform durch die Kühlwirkung des Kühlmittels, das durch den Wassermantel der Gußform fließt. Doch wird auf dem Ingot 27, der in der Gußform 16 geformt wird, eine Schicht geschmolzenen Metalls 39 erhalten, das durch Elektronenbombardement erhitzt wird. Diese Heizung des geschmolzenen Metalls ist völlig unabhängig von der Hitze, die auf das Schmelzgut 23 einwirkt, wodurch bei dem vorliegenden Schmelzofen eine weitere oder zusätzliche regulierbare Hitzeeinwirkung auf das Metall vorgesehen ist, durch die die Austreibung der flüchtigen Bestandteile gefördert und zusätzlich die Legierungszeit um eine gewünschte Zeit verlängert werden kann. Die Verflüssigung des Schmelzgutes 23 wird durch das Bombardement mit einem oder mehreren Elektronenbündeln herbeigeführt, wobei diese Hitze selbstverständlich teilweise über die Tragvorrichtung oder den Tisch 21 abgeleitet wird. Diese dem Tisch 21 zugeführte Wärme wird durch ein Kühlmittel wieder abgeleitet, das durch die Rohre 22 und durch den Tisch 21 fließt. Die Füllung des Schmelzofens wird in einfacher Weise dadurch bewerkstelligt, daß man das Schmelzgut in die Luftschleuse 24 einführt und die dazugehörige Speisevorrichtung 26 betätigt, wodurch der Vorschub des Schmelzgutes reguliert und dieses in die Kammer 13 gestoßen und in der Folge dem Bombardement eines oder mehrerer Elektronenstrahlenbündel ausgesetzt wird. Dadurch wird das Schmelzgut geschmolzen, so daß es in die Gußform fließt und dadurch in der Öffnung 17 den Ingot bildet. Es ist dabei zu beachten, daß außer dem bloßen Gußvorgang der Schmelzofen nach vorliegender Erfindung auch zur Reinigung des geschmolzenen Metalls verwendet werden kann, wie dies im Zuge der Beschreibung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung dargestellt wurde. Das Material wird nämlich nicht nur in einem Ingot gegossen, sondern es werden auch die eingeschlossenen Gase und flüchtigen Verunreinigungen aus dem Metall ausgetrieben und rasch durch die Evakuierungseinrichtung 14 entfernt. Äußerst reine Metalle können dadurch erhalten werden, daß der Schmelzofen zur wiederholten Einschmelzung verwendet wird. Auf diese Weise kann der Ingot 27 aus dem Schmelzofen entnommen, wieder als Schmelzgut verwendet und in den Schmelzofen gebracht werden, wobei das Metall nochmals geschmolzen und gereinigt wird.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Hochvakuumschmelz- bzw. -gußverfahren, bei dem mittels einer Mehrzahl von Elektronenstrahlenbündeln, die aus einiger Entfernung gegen den offenen Oberteil einer Gußform gerichtet sind, durch den Elektronenbeschuß einerseits das oberhalb der Gußform in die Elektronenbahn geschobene Ende des Schmelzgutes, andererseits eine Schicht des in der Gußform befindlichen Materials geschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgut oberhalb der Gußform im wesentlichen horizontal zu ihr hin bewegt und, um das Ende des Schmelzgutes oberhalb der Gußform zu schmelzen, in den Strahlengang der auf die Gußform gerichteten Elektronen gebracht wird, wobei wenigstens ein Elektronenbündel derart auf den Oberteil der Gußform gerichtet wird, daß zur Sicherstellung, daß das in die Gußform fließende Material ganz geschmolzen wird, das Schmelzgut von diesem nicht getroffen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung bzw. Verringerung des Spritzens geschmolzenen Materials aus der Gußform die Zufuhr des Schmelzgutes in geringer vertikaler Entfernung von der Gußform erfolgt, so daß das geschmolzene, in die Gußform hinunterfließende Material nur eine kurze Höhe durchfällt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Elektronenstrahlenbündel auf die Gußform unter einem kleinen Winkel zur Horizontalen gerichtet ist, so daß es ganz unterhalb des Schmelzgutes, ohne mit diesem in Berührung zu kommen, vorbeiläuft und in der Folge einen plastischen Fluß des Schmelzgutes in die Gußform hintanhält.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schmelzen auch von Schmelzgutmaterialien geringer mechanischer Festigkeit, wie gepreßtem Material, und zur Vermeidung dessen Zerfalls durch sein Eigengewicht das Schmelzgut zu seinem größeren Teil von einer unter diesem befindlichen Traganordnung getragen und im wesentlichen horizontal von der Unterlage weg dem Schmelzprozeß zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gußform mit einem offenen Oberteil, ein eine Kammer um den Oberteil der Gußform bildendes Gehäuse, eine Evakuierungseinrichtung zur Erzielung eines kontinuierlichen Hochvakuums in der Kammer und eine Anzahl von Elektronenstrahlenerzeugern vorgesehen sind, deren Strahlen mit hoher Energie einerseits auf den Oberteil der Gußform, andererseits auf das eine Ende des Schmelzgutes gerichtet sind, wobei für die Zufuhr des Schmelzgutes in einer im wesentlichen horizontalen Richtung ein in geringer Entfernung vom oberen Ende der Gußform, etwa seitlich von ihr angeordneter Zubringertisch od. dgl. vorgesehen ist und die Elektronenstrahlenerzeuger in verschiedenen Richtungen auf den Gußformoberteil einstellbar sind und wenigstens ein Elektronenstrahlenbündel nicht durch das erwähnte Schmelzgut unterbrochen wird, damit es die ganze Öffnung des Gußformoberteiles mit Sicherheit bombardiert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speiseeinrichtung vorgesehen ist, mit der das Schmelzgut auf den Zubringertisch schiebbar und über die Gußform bewegbar ist, um das Ende des Schmelzgutes in den Weg der bombardierenden Elektronen zu bringen, so daß dieses Ende geschmolzen wird und in die Gußform hinabfließt.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlenerzeuger entfernt von der Gußform und dem Schmelzgut angebracht sind und die Elektronenstrahlen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigend auf die Gußform und bzw. oder das Schmelzgutende

hin richten, so daß die Elektronenstrahlen in ihrer überwiegenden Menge geradlinig auf die Gußform gerichtet sind und entlang einer im allgemeinen flachen Ebene quer über das Ende des Schmelzgutes teilweise Material abschmelzen, ohne daß sie durch das Schmelzgut abgelenkt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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