DE3022682A1

DE3022682A1 - Verfahren zur herstellung eines die feste phase und die fluessige phase einer metallegierung enthaltenden gemisches, und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE3022682A1
Application number: DE19803022682
Authority: DE
Inventors: Giovanni Vinovo Torino Manfre; Jonathan Haifa Mironi; Renzo Senigallia Ancona Moschini
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1980-06-18
Publication date: 1981-04-02
Also published as: FR2459072A1; GB2051597A; US4310352A; FR2459072B3; GB2051597B; IT1119287B; IT7968310A0

Description

eschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gemisches, welches die feste und die flüssige Phase einer Metalllegierung enthält, wie sie beispielsweise beim sogenannten halbflüssigen Formverfahren ("semiliquid molding process") verwendet wird.

Aus der Metallurgie ist bekannt, daß die Metallegierungen einen thermischen Erstarrungsbereich aufweisen, dessen Größe charakteristisch für diese Legierung ist. Oberhalb der oberen Grenze dieses Bereichs("Liquidus") befindet sich die Legierung völlig in flüssigem Zustand, während unterhalb der unteren Grenze ("solidus") die Legierung sich im festen Zustand befindet. In dem Erstarrungsbereich liegen zwei Phasen vor* Eine flüssige Phase und eine feste Phase, deren jeweilige Mengeeine Funktion der Temperatur und der Zusammensetzung der Legierung/ist.

Unter den üblichen Erstarrungsbedingungen erscheint die feste Phase in einer dendritischen Form, d.h. in Gestalt eines baumähnlichen Gerippes, das durch Hauptäste gekennzeichnet ist, von denen sich sekundäre, tertiäre usw. Zweige rechtwinklig erstrecken.

Schon bei einem Feststoffgehalt von 20 % bilden die vorhandenen Dendriten ein kontinuierliches, baumähnliches Gerüst, welches die Viskosität weit über die Werte erhöht, die für dies Verfahren akzeptabel sind.

Es sind bereits Verfahren bekannt, um ein Gemisch herzustellen, welches eine feste Phase und eine flüssige Phase eines metallischen Materials enthält, und welches zwar einen ziemlich hohen Gehalt an der festen Phase besitzt,

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jedoch die charakteristischen Eigenschaften einer Flüssigkeit aufweist, insbesondere eine relativ niedrige Viskosität.

Einige dieser bekannten Verfahren sind darauf gerichtet, ein Kriechen (Materialwanderung) zwischen den verschiedenen Partikeln des in Bewegung gehaltenen Gemisches zu verursachen, um innerhalb gewisser Grenzen die dendritischen Zwischenverbindungen zu zerbrechen, die beim Erstarren des Gemisches gebildet werden, und um das weitere Wachstum der Dendriten zu verhindern; auf diese Art und Weise bleiben die dendritischen Bruchstücke selbständig und neiglen dazu, unter der Wirkung der ständigen mechanischen Zusammenstöße eine kugelige Gestalt anzunehmen.

Dieses Kriechen, das anhand des jeweiligen Kriechgradienten verfolgt werden kann, kann sowohl im Inneren einer turbulenten Strömung als auch einer stationären Strömung erzielt werden, d.h. in einem Strom, in welchem die verschiedenen Partikeln des Gemisches in Abhängigkeit von der Position, die sie mit Bezug auf die Wände des Hohlraumes, den sie durchqueren, mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit sich bewegen.

Es ist ein Verfahren bekannt, welches darin besteht, daß man eine Legierung in geschmolzenem Zustand einen axialen Ringkanal passieren läßt, welcher gebildet ist aus einem rohrförmigen Behälter, der in geeigneter Weise gekühlt ist, und in dessen Innerem ein zylindrischer Mitnehmerrotor sich koaxial mit der Achse des Behälters selbst dreht; die Partikeln des Gemisches, die sich in unmittelbarer Nähe der Oberfläche dieses Rotors befinden, rotieren im wesentlichen mit der gleichen Tangentialgeschwindigkeit wie die Oberfläche des Rotors, während die Partikeln, die sich in einer größeren Entfernung von dieser Achse befinden, mit einer geringeren Tangential-

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geschwindigkeit mitgenommen werden, welche für die Partikeln, die in Berührung sind mit der Innenoberfläche dieses Behälters, gegen 0 geht.

Auf diese Weise wird ein bestimmter Bewegungsbereich erzeugt, in welchem eine graduelle Variation der Geschwindigkeit der Partikeln in radialer Richtung des Ringkanals besteht, der von dem Gemisch passiert wird, mit dem Ergebnis, daß ein vorbestimmter Kriechgradient zwischen den Partikeln erzeugt wird; auf diese Weise werden die dendritischen Bindungen, die sich in dem Gemisch bei dessen Abkühlung bilden, zerbrochen, so daß es möglich ist, das Gemisch relativ flüssig zu halten, obwohl es immer noch einen hinreichend hohen Gehalt an fester Phase aufweist.

Dieses Verfahren hat mehrere Nachteile, Erstens ist die Zeit, die erforderlich ist, um eine bestimmte Menge des Gemisches zu verarbeiten, recht lang; außerdem ist bei einer gegebenen Viskosität des Gemisches, die mittels dieses Verfahrens erreicht wird, der Gehalt an fester Phase nicht sehr hoch. Diese Nachteile rühren insbesondere daher, daß der Kriechgradient zwischen den verschiedenen Strömungslinien des in Bewegung befindlichen Gemisches ziemlich klein ist mit dem Ergebnis, daß kein sehr wirksames Zerbrechen der ^dendritischen Bindungen stattfindet. In der Tat ist es in einem Ringkanal, wie er in dem vorstehend beschriebenen Verfahren benutzt wird, beim . Passieren des Gemisches nicht möglich, starke Kriechgradienten zu erzielen, ohne schwere Nachteile in Kauf nehmen zu müssen; eine Zunahme des Gradienten kann nur erzielt werden durch Reduzierung der radialen Dimension dieses Kanals, wodurch gleichzeitig die Strömungsrate verringert wird, oder durch Erhöhung der Geschwindigkeit des Mitnehmerrotors, wozu aber die Antriebskraft erhöht werden muß und wobei die Vibrationen zunehmen.

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Außerdem ist es bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren nicht möglich, ein Gemisch zu erhalten, das einen hohen Prozentsatz an festen Partikeln von geringer Dimension aufweist, weil der Wärmeaustausch zwischen den Partikeln des Gemisches sehr gering ist; in der Tat finden in nur mäßigem umfang zwischen den verschiedenen Strömungslinien des Gemisches, die von der Mitnehmerwirkung des Rotors abhängen, Bewegungen statt, so daß nur ein geringer Wärmeaustausch zwischen den Partikeln erzielt wird.

Außerdem ist das beschriebene Verfahren ungeeignet, um das Gemisch kontinuierlich zu einer angeschlossenen Verarbeitungsanlage, beispielsweise einer Formanlage oder einer Spritzgußanlage zu fördern, weil einige Stufen des Verfahrens nicht ohne Unterbrechung durchgeführt werden können.

Schließlich macht die Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens die Verwendung einer Vorrichtung erforderlich, deren Aufbau nicht einfach ist und deren Dimensionen ziemlich groß sind, was beides durch die Anwesenheit des Mitnehmerteils bedingt ist sowie durch die relative Rotation, die zwischen dem letzteren und dem Behälter hervorgerufen werden muß; hierfür sind nämlich Stützteile notwendig, sowie ein geeigneter Antrieb und geeignete Übertragungsmittel.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gemisches, welches aus der festen Phase und der flüssigen Phase einer Metallegierung besteht, wobei die oben erwähnten Nachteile vermieden werden sollen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung, ist dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine erste Stufe aufweist, uu. diese Legierung in vollkommen flüssigen Zustand zu bringen, eine zweite Stufe, um einen Bereich konstanter Strömung

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für dieses Gemisch zwischen einem Einlaßbereich und einem Auslaßbereich zu erzeugen, eine dritte Stufe, um in einer Längsrichtung diesen Strom in eine Mehrzahl von Strömungsabschnitten zu unterteilen, von denen jeder eine vorbestimmte Länge aufweist und in jedem von welchen der Strom in mindestens zwei Ströme zerteilt wird, die unabhängig voneinander sind, und eine vierte Stufe, um jeden dieser Ströme entlang einer solchen Bahn fließen zu lassen, daß in jedem dieser Ströme jedes dieser Strömungsabschnitte ein Zusammenfließen von Teilen beider Ströme des unmittelbar vorhergehenden Abschnitts bewirkt wird, wobei dieses Gemisch gekühlt wird, während es sich in diesem Strom bewegt, so daß die in diesem Gemisch enthaltenen Materialien einem unterschiedlichen Kriechgradienten unterworfen werden, während sie von dem einen Abschnitt in einen anderen gelangen; auf diese Weise werden die dendritischen Bindungen, die sich in dieser festen Phase zu bilden pflegen, zerbrochen und ihr Wachstum wird verhindert, und außerdem wird das Gemisch zwischen dem Eintritts- und dem Austrittsabschnitt einem hohen thermischen Gradienten unterworfen.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens bereitzustellen .

Zum besseren Verständnis des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden die einzelnen Verfahrensstufen nachfolgend mit Bezug auf eine bestimmte Ausfuhrungsform der Vorrichtung erläutert, die als Beispiel in der Zeichnung dargestellt ist, in welcher

Figur 1 eine schaubildliche, geschnittene Seitenansicht des wichtigsten Teils einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, und

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die Figuren 2, 3 und 4 schematische Längsschnitte sind,

welche die Zerteilungs- und Vorschubeinrichtungen der Vorrichtung in drei aufeinanderfolgenden Betriebspositionen zeigen.

Bevor die verschiedenen Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt werden, soll die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung erläutert werden, welche das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen gestattet.

Wie Figur 1 erkennen läßt, besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus einem Behälter 1, der zweckmäßigerweise zylindrische Gestalt hat, und dessen Innenraum 2 von einem Gemisch durchquert werden soll, das aus einer festen Phase und einer flüssigen Phase einer Metallegierung besteht. Der Hohlraum 2 steht an seinem vorderen Ende 3 in Verbindung mit einem Beschickungsrohr 4, durch welches diese Legierung in flüssigem Zustand in diesen Hohlraum gefördert wird; diese Legierung kann von einem geeigneten Schmelzofen kommen, und zwischen dem letzteren und dem Beschickungsrohr 4 sind Vorrichtungen angeordnet, um dieses flüssige Material unter Druck zu setzen; diese Vorrichtungen können intermittierend oder kontinuierlich arbeiten und können somit beispielsweise im ersteren Falle aus einem Druckkolben und im letzteren Falle aus einer Getriebepumpe bestehen.

Der Behälter 1 ist in geeigneter Weise gekühlt, beispielsweise mittels einer Kühlschlange 1a, die von einer Kühlflüssigkeit durchflossen ist, um das durch den Hohlraum 2 strömende Material allmählich zu kühlen.

Das hintere Ende des Hohlraums 2 steht in Verbindung mit einem Austrittsstutzen 6, welcher das Gemisch, das den Hohlraum passiert hat, zu einer geeigneten Maschine fördert,

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welche dieses Gemisch verwendet, beispielsweise einer Spritzgußanlage oder einer Preßform.

Innerhalb des Hohlraums 2 sind Stromzerteilungs- und -Vorschubeinrichtungen angeordnet, die von dem Material durchquert werden, das sich in Längsrichtung durch den Hohlraum bewegt. Diese Einrichtungen bestehen aus einer Vielzahl von Leitblechen 8 (deutlich zu erkennen in den Figuren 2, 3 und 4), von denen jedes die Aufgabe hat, den Materialstrom, der stromaufwärts von dem Leitblech eingespeist wird, in mindestens zwei unabhängige Ströme aufzuteilen und jeden von ihnen eine solche Bahn nehmen zu lassen, daß in jedem Strom in dem nachfolgenden Leitblech der Zusammenfluß von Teilen der beiden Ströme des unmittelbar vorhergehenden Leitblechs bewirkt wird.

Zu diesem Zwecke können die Leitbleche zweckmäßigerweise die Gestalt haben, die in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt ist, d.h. eine Konfiguration, die dadurch erhalten wird, daß ein Blech in Richtung der Achse des Hohlraums 2 schneckenförmig verdrillt wird. Die axiale Länge und die Steigung der Schnecke werden so gewählt, daß die Endkanten, d.h. die vordere Kante und die hintere Kante 9, bzw. 10 eines jeden Leitblechs um 90° gegeneinander verdreht sind. Es ist klar, daß unter diesen Umständen der durch den Hohlraum 2 fließende Materialstrom durch jedes Leitblech 8 in zwei im wesentlichen gleichgroße Ströme zerteilt wird, und daß jeder dieser Ströme um einen Winkel von 90° rotiert, während er durch das Leitblech fließt.

Die verschiedenen aufeinanderfolgenden Leitbleche 8 sind ebenfalls um 90° zueinander winkelversetzt, wie aus der Zeichnung klar hervorgeht, so daß die. hintere Kante 1.0 eines jeden dieser aufeinanderfolgenden Leitbleche im

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wesentlichen rechtwinklig zu der vorderen Kante 9 des unmittelbar darauffolgenden Leitblechs angeordnet ist.

Diese Leitbleche sind an dem Behälter in beliebiger, geeigneter Weise befestigt.

Zwar sind bei der hier dargestellten Ausführung der Erfindung die verschiedenen Leitbleche 8 alle in gleicher Richtung schneckenförmig verdrillt, jedoch ist es auch möglich, alternierend Leitbleche mit linksgängigen und rechtsgängigen Spiralen anzuordnen.

Ebenso können die Zerteilungs- und Vorschub-Einrichtungen von den hier dargestellten verschieden sein und können beispielsweise so angeordnet sein, daß sie den Strom, den sie aufnehmen, in mehr als zwei Teilströme unterteilen, und daß sie diese Teilströme nacheinander um Winkel rotieren lassen, die von 90° verschieden sind.

Durch die Wahl von Leitblechen mit geeigneten Konfigurationen und Dimensionen ist es möglich, eine Strömungsbahn für das Gemisch zu realisieren, welche die gewünschten Eigenschaften aufweist (Querschnitt, Richtung, Länge). Es können auch Mittel vorgesehen sein, um die relative Lage eines jeden Leitblechs mit Bezug auf die anderen Leitbleche und mit Bezug auf den Behälter zu variieren, um Ströme mit bestimmten, gewünschten Eigenschaften zu erzeugen.

Das erfindungsgemäße Verfahren, durchgeführt in einer Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, verläuft wie folgt:

Eine Metallegierung, die durch Schmelzen verflüssigt worden ist, wird unter Druck in den Beschickungskanal 4 eingeführt; der Druck wird so gewählt, daß der fluody-

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namische Widerstand überwunden wird, den das Material erfährt, wenn es die Zerteilungs- und Vorschub-Einrichtungen passiert, die im Inneren des Behälters 1 angeordnet sind, und daß das Gemisch aus dem Austrittsstutzen mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit austreten kann.

Das Material, das an dem vorderen Ende 3 noch in völlig flüssigem Zustand erscheint, erfährt während seines Durchgangs durch den Hohlraum 2 eine zunehmende Kühlung mittels der Kühlvorrichtungen 1a; das Material, das in das erste Leitblech 8 eintritt, wird in zwei Ströme 15 und 16 zerteilt, die durch die weißen und gestrichelten Pfeilein den Figuren 2 bis 4 angedeutet sind; während des Durchgangs durch das erste Leitblech wird jeder Strom im wesentlichen um 90° gedreht und wird infolgedessen, wenn er auf das zweite Leitblech aufgegeben wird, in zwei weitere Ströme zerteilt (von denen jeder durch weiße und gestrichelte Pfeile gekennzeichnet ist). Es ist somit offensichtlich, daß jeder Strom, der durch den einen dieser beiden Kanäle fließt, die von dem zweiten Leitblech 8 begrenzt werden, tatsächlich aus dem Material gebildet wird, das von den beiden Strömen 15 und 16 kommt, die jeden der Kanäle passiert haben, welche von dem unmittelbar vorhergehenden begrenzt werden; anälogerweise wird jeder derart gebildete Strom, wenn er das dritte Leitblech passiert, weiter in zwei Ströme zerteilt (von denen jeder durch zwei Paare von weißen und gestrichelten. Pfeilen gekennzeichnet ist) .

Somit wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Material, wenn es jedes der beschriebenen Leitbleche passiert, in zwei unabhängige Ströme geteilt, von denen jeder durch Aufnahme von Material aus den Strömen entsteht, die von dem unmittelbar vorhergehenden Leitblech kommen.

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Indem das Material den Hohlraum 2 in Längsrichtung durchquert, wird es durch die Kühlvorrichtungen 1a gekühlt; daraus ergibt sich, daß die Legierung während des Kühlens dazu neigt, ein Gemisch aus einer festen Phase und einer flüssigen Phase zu bilden, in welchem die feste Phase die Neigung hat, während des Kühlens sich zu vermehren. Die Materialpartikeln', die zu einer Strömungslinie gehören, aus welchen die jedes Leitblech 8 passierenden Ströme bestehen, nehmen eine vorgegebene Geschwindigkeit an, die offensichtlich von der Lage der Strömungslinie mit Bezug zu der Oberfläche abhängt, welche den jeweiligen Strom begrenzt (die Oberflächen der Leitbleche 8 und des Hohlraums 2); hieraus ergibt sich, daß während des Durchgangs des Gemisches durch jedes der Leitbleche dieses Gemisch einem Kriechvorgang unterworfen wird, der offensichtlich von der Geschwindigkeitsverteilung zwischen den verschiedenen Strömungslinien jedes Stromes abhängt; dieses Kriechen kann anhand des Kriechgradienten festgestellt werden, der definiert ist als das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeitsänderung zwischen zwei Strömungslinien und ihrem Abstand. Dank dieses Kriechens zwischen den verschiedenen Partikeln, das um so stärker ist, je größer der jeweilige Gradient ist, werden die dendritischen Bindungen zerbrochen, welche sich in dem Materialgemisch zu bilden pflegen, und das Entstehen neuer Bindungen wird verhindert.

Sobald das Material ein Leitblech verläßt und auf das nächste aufgegeben wird, befindet es sich in einem völlig verschiedenen Geschwindigkeitsbereich, dank der Tatsache, daß die verschiedenen Partikeln in Strömungslinien liegen, deren Position mit Bezug auf die Oberflächen, welche die jeweiligen Ströme begrenzen, völlig verschieden ist von der Position, in welcher die Strömungslinien in dem vorhergehenden Leitblech sich befanden, welche die gleichen Partikeln enthielten. Liegt z.B. eine Strömungslinie in

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dem ersten Leitblech in unmittelbarer Nähe der Oberfläche dieses Leitblechs und nicht in seinem Zentrum, so daß sie eine außerordentlich niedrige Geschwindigkeit wegen ihrer Nähe zu dieser Oberfläche besitzt, so wird diese Leitlinie in dem unmittelbar darauffolgenden Leitblech im wesentlichen im Zentrum des Stromes liegen, der in diesem Leitblech erzeugt wird, d.h. in einem größeren Abstand von der Oberfläche des Leitblechs; es ist klar, daß eine Strömungslinie in dieser Position eine viel höhere Geschwindigkeit haben muß als die entsprechende Strömungslinie des unmittelbar vorhergehenden Leitblechs.

Eine derartige plötzliche Geschwindigkeitsänderung, der die verschiedenen Partikeln unterworfen werden, wenn sie von einem Leitblech zu dem nächsten gelangen, führt zu einer beträchtlichen Erhöhung des Krxechgradienten mit dem Vorteil einer erheblichen Steigerung der Kriechvorgänge und der Zusammenstöße zwischen den Partikeln, die den verschiedenen Strömungslinien angehören; dadurch werden in beträchtlichem Ausmaß die dendritischen Bindungen zerbrochen, die sich in der festen Phase des Materials zu bilden pflegen, das sich entlang des Hohlraums 2 bewegt. Es ist somit offensichtlich, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bedeutende Kriechvorgänge zwischen den Partikeln der verschiedenen Strämungslinien in dem Materialstrom hervorgerufen werden, der sich entlang des Hohlraums 2 bewegt, und zwar ohne daß nennenswerte wirbelnde Bewegungen hervorgerufen werden, also mit der Möglichkeit, den Strom mit sehr hoher Geschwindigkeit und großer Konstanz fließen zu lassen. Zu beachten ist, daß diese Vorteile mit einer Vorrichtung erzielt werden, die bemerkenswert einfach ist und keine beweglichen Teile aufweist; dieser letztere Umstand macht die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders zuverlässig im Gebrauch, wenn sie, wie bekannt, hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt wird.

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Wenn sich der Mateialstrom entlang des Hohlraums 2 bewegt, wird er auch einem hohen thermischen Gradienten unterworfen. Dies ist auf den starken Wärmeaustausch zurückzuführen, der zwischen den Partikeln der verschiedenen Ströme erfolgt, die die Leitbleche 8 passieren; ein derartiger Austausch ist möglich wegen des starken Mischeffekts zwischen den verschiedenen Strömen bei deren übergang von dem einen Leitblech zu dem nächsten.

Diesem hohen Wärmegradienten ist es zu verdanken, daß eine Neigung zur Bildung von vielen festen Partikeln mit kleinen Dimensionen besteht, d.h. es ergibt sich ein Gemisch mit einem hohen Gehalt an fester Phase, das jedoch eine ziemlich niedrige Viskosität aufweist.

Außerdem ist zu beachten, daß dank des beträchtlichen Mischeffekts, dem das Gemisch zwischen dem Eintrittsabschnitt und dem Austrittsabschnitt 3, bzw. 5 unterworfen wird, auch eine sehr homoger>o und regelmäßige Verteilung der Partikeln der festen und der flüssigen Phase in dem Gemisch erzielt wird, das aus dem Austrittsstutzen 6 austritt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, ein Gemisch aus dem Stutzen 6 austreten zu lassen, das einen bemerkenswert hohen Gehalt an fester Phase aufweist mit einer sehr großen Zahl von kleinen Partikeln, die größer ist als bei herkömmlichen Verfahren; dieses Gemisch hat jedoch eine so hohe Viskosität, wie sie erforderlich ist, wenn das Gemisch den nachfolgenden Verformungsverfahren in einer Presse oder einer Spritzgußanlage verwendet werden soll. Es wurde gefunden, daß der Gehalt an fester Phase in dem Gemisch bei 60 - 65 % liegen kann bei einer Viskosität des Gemisches in der Größenordnung von mehr als 10 Poises. Dieses vorteilhafte Ergebnis beruht sicherlich

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auf dem bemerkenswerten Kriechen und den Zusammenstößen, denen das Material während des Verfahrens unterworfen wird. Die für die Zubereitung einer vorgegebenen Menge an Gemisch mit den gewünschten Eigenschaften erforderliche Zeit ist ebenfalls erheblich kürzer als bei den herkömmlichen Verfahren.

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der Behandlung einer Sn-15% Pb-Legierung noch näher erläutert.

Diese Legierung war in geschmolzenem Zustand in ein U-förmiges Rohr gegossen und mittels einer elektrischen Widerstandsheizung, die um die Wände des Rohres gewickelt war, bei einer Temperatur von etwa 250⁰C gehalten worden. Ein in dem Rohr beweglicher Kolben übte einen Druck von

0,3 kg/cm auf die geschmolzene Legierung aus. Die Legierung wurde in einen Behälter eingeführt, wie er in Figur 1 mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist; im Innenraum 2 dieses Behälters waren Leitbleche angeordnet, wie sie mit der Bezugsziffer 8 in Figur 2 gekennzeichnet sind. .

Zur gleichen Zeit wurden die Außenwände des Behälters mittels einer Kühlschlange gekühlt und bei einer Temperatur von etwa 120 - 14O⁰C gehalten.

Das aus dem Stutzen 6 des Behälters 1 austretende, halbflüssige Gemisch/das einen hohen Anteil an Feststoffen enthält (etwa 60 - 70%), wird anschließend einem starken Kühleffekt in der Luft unterworfen, dank des kleinen Querschnitts des extrudierten Produkts.

Die Betriebsparameter für das vorstehend beschriebene Verfahren waren wie folgt:

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-xr-

Temperatur der Sn-15 Pb-Legierung am Einlaß des Behälters T_± = 250⁰C;

Temperatur des halbflüssigen Materials am Ausgang des Stutzens 6 T_u = 19O⁰C;

Länge des Behälters 1

L = 20 cm;

Innendurchmesser des Behälters

D = 1,7 cm;

spezifische Wärme der Sn-15%Pb-Legierung

Cp = 0,05 cal/g;

Dichte der Sn-15%Pb-Legierung

5 = 7,9 g/cm³;

durchschnittliche Wärmeleitfähigkeit der Sn-15Pb-Legierung

K = 0,14 cal/cm.s;

Wärmeleitfähigkeit der Wände des Behälters

K¹ = 0,19 cal/cm.s;

Dicke der Wände des Behälters s

s = 0,5 cm;

Schmelzwärme der Sn-15%Pb-Legierung

X = 16,3 cal/g;

Volumetrischer Bereich des Stromes

P^ 5 cm³/s;

Temperatur der Wände des Behälters

T = 120 - 140⁰C.

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Ganz offensichtlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch unter Verwendung einer Vorrichtung durchgeführt werden, die von der hier beschriebenen verschieden ist; andere bauliche Anordnungen sind denkbar, mit denen die Verfahrensstufen ebenfalls durchgeführt werden können. Die Verfahrensschritte können beispielsweise auch durchgeführt werden, indem Leitbleche mit anderer Konfiguration verwendet werden, wobei das Material, das jedes Leitblech betritt,in mehr als zwei Ströme, beispielsweise in vier Ströme zerteilt wird, und wobei jeder Strom fließen gelassen wird, die von einer schneckenförmigen Bahn verschieden ist, vorausgesetzt, daß das Material jedes Stromes, der stromabwärts eines jeden Leitblechs gebildet wird, aus mindestens zwei Strömen des unmittelbar vorhergehenden Leitblechs gebildet ist.

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Claims

Dr. Joachim Rasper crf ι Patentanwalt Wiesbaden m* 22 M. MM« CENTRO RICERCHE FIAT S.p.A. ORBASSANO (Torino), Italien Verfahren zur Herstellung eines die feste Phase und die flüssige Phase einer Metallegierung enthaltenden Gemisches, und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung eines die feste Phase und die flüssige Phase einer Metallegierung enthaltenden Gemisches, in welchem die Konzentration der festen Phase einen vorgegebenen Wert hat, gekennzeichnet durch

- eine erste Verfahrensstufe, in welcher diese Legierung in völlig flüssigen Zustand versetzt wird,

- eine zweite Verfahrensstufe, in welcher aus diesem Gemisch ein Strom von gleichbleibender Stärke zwischen einem Eintrittsabschnitt und einem Austrittsabschnitt gebildet wird,'

- eine dritte Verfahrensstufe, in welcher dieser Strom in Längsrichtung in eine Vielzahl von Strömungsabschnitten unterteilt wird, von denen jeder eine vorgegebene Länge hat und in jedem von welchen der Strom in mindestens zwei unabhängige Ströme unterteilt wird, und eine

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-vierte Verfahrensstufe, in welcher jeder dieser Ströme entlang einer solchen Bahn gezwungen wird, daß in jedem dieser Ströme jedes dieser Strömungsabschnitte ein Zusammenfließen von Teilen beider Ströme des unmittelbar vorangegangenen Abschnitts bewirkt wird,

wobei diese Legierung während ihres Strömens gekühlt wird, so daß die in diesem Gemisch enthaltenen Stoffe einem unterschiedlichen Kriechgradienten beim Übergang von dem einen zu einem anderen Abschnitt unterworfen werden, wodurch die in dieser festen Phase entstehenden dendritischen Bindungen zerbrochen und/oder verhindert werden, und wodurch die in diesem Gemisch enthaltenen Stoffe zwischen den Eintritts- und den Austritts-Abschnitten einem großen thermischen Gradienten unterworfen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese dritte und diese vierte Verfahrensstufe dadurch realisiert werden, daß dieser Strom durch Stromzerteilungsund -Vorschubeinrichtungen geschickt wird, die so angeordnet sind, daß sie diesen Strom in jedem dieser Strömungsabschnitte in mindestens zwei Ströme zerteilen, von denen jeder in eine im wesentlichen schneckenförmige Bahn gezwungen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Stromzerteilungs- und -vorschubeinrxchtungen durch eine Vielzahl von schneckenförmigen Leitblechen gebildet sind, die im Strömungsweg angeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jedes dieser Leitbleche in dieser Richtung so groß ist, daß jedem dieser Ströme zwischen den Enden des jeweiligen Strömungsabschnitts eine Drehung um 90° aufgezwungen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Leitblech aus einem Blech gebildet ist, das in dieser Richtung schneckenförmia ^scdri.lJ-£ j-st, und daß diese Bleche

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in dieser Richtung zueinander derart winkelversetzt sind, daß die Austrittskante eines jeden von ihnen im wesentlichen rechtwinkelig zu der Eintrittskante des unmittelbar darauffolgenden Bleches verläuft.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Leitbleche in Rohren angeordnet sind, durch welche dieser Strom fließen gelassen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Stromzerteilungs- und -Vorschubeinrichtungen aus Leitblechen bestehen, welche alle in gleicher Richtung verdrillt sind.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Stromzerteilungs- und -Vorschubeinrichtungen aus Leitblechen bestehen, welche rechts- und linksgängig verdrillt und alternierend in dieser Richtung angeordnet sind.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gemisch stromaufwärts von diesem Eintrittsabschnitt unter ausreichenden Druck gesetzt wird, um diesen Strom zu erzeugen und.ihn durch diese Stromzerteilungs- und -Vorschubeinrichtungen hindurch zu bewegen.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch

- Mittel zum Erhitzen dieser Legierung, so daß sie vollkommen flüssig wirdj

- Mittel, um dieses Gemisch vom Eintrittsabschnitt zum Austrittsabschnitt eines Rohres strömen zu lassen,

- Zerteilungs- und Vorschubeinrichtungen, die so angeordnet sind, daß sie diesen Strom in Längsrichtung zwischen diesen beiden Abschnitten in eine Vielzahl von Strömungsabschnitten

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unterteilen, in jedem von welchen der Strom in mindestens zwei unabhängige Ströme unterteilt wird, und um diese beiden Ströme in eine solche Bahn zu lenken, daß in jedem der beiden Ströme jedes der Strömungsabschnitte ein Zusammenfließen von Teilen der beiden Ströme des unmittelbar vorangehenden Abschnitts bewirkt wird, und

- Mittel zum Kühlen dieses Gemisches auf seinem Weg durch dieses Rohr.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zerteilungs- und Vorschubeinrichtungen aus schneckenförmigen Leitblechen bestehen, die in der Bewegungsrichtung des Stromes angeordnet und in der Lage sind, denselben in jedem dieser Strömungsabschnitte in mindestens zwei Ströme zu zerteilen und jedem der beiden Ströme eine im wesentlichen schneckenförmige Bahn aufzuzwingen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die- Länge jedes dieser Leitbleche so bemessen ist, daß jedem dieser Ströme zwischen den Enden des jeweiligen Strömungsabschnitts eine Drehung um 90° aufgezwungen wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes dieser Leitbleche aus einem in dieser Richtung spiralig verdrillten Blech besteht, und daß diese Bleche zueinander winkelversetzt in dieser Richtung so angeordnet sind, daß die Hinterkante eines jeden Leitblechs im wesentlichen rechtwinkelig zu der Vorderkante des unmittelbar darauf folgenden Leitblechs verläuft.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese Leitbleche alle in gleicher Richtung verdrillt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche alternierend, rechts- und linksgängig verdrillt sind.

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16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel, durch welche dieses Gemisch stromaufwärts von diesem Eintrittsabschnitt unter Druck gesetzt werden kann.

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