Direktkühlguss von Leichtmetalllegierungen

 

Wissenschaft und Technik

von John Grandfield, D. G. Das nennt man Gießen mit direkter Kühlung (Abb., Ian Bainbridge

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

INHALT

VORWORT UND DANKSAGUNG

DIREKTKÜHLGUSS: HISTORISCHE UND INDUSTRIELLE PERSPEKTIVE

• Industrielle Perspektive
• Historische Entwicklung

FLÜSSIGMETALLVERSORGUNG, LEGIERUNGSVORBEREITUNG, UND SCHMELZTRANSPORT

• Anlagenlayout, Metallplanung, und Flüssigkeitsversorgung
• Legierungselemente und Vorlegierungen
• Ofentechnik
  • Mischtechnik
  • Temperaturkontrolle
• Schmelzetransport zum und vom Ofen
  • Ofenfüllung
  • Schrottbeschickung und -einschmelzung
  • Ofenreinigung
  • Transport von geschmolzenem Metall vom Ofen zum Gießer
• Physikalische und mechanische Prüfung von korrodierten Materialien
• Schutz und Handhabung von Magnesiumschmelzen
• Sicherheit

SCHMELZREINIGUNG UND VERUNREINIGUNGSKONTROLLE

• Verunreinigungsquellen
  • Aluminium
  • Magnesium
• Wirkung von Verunreinigungen
  • Gelöster Wasserstoff
  • Gelöste metallische Verunreinigungselemente einschließlich Alkalimetalle
  • Einschlüsse
• Entfernung von Verunreinigungen
  • Gelöste Metallverunreinigungen
  • Wasserstoffentfernung: Entgasung
  • Minimierung der Inklusionslast
  • Inklusionsentfernung
  • Entfernung von Alkalimetallen
  • Magnesium-Flux-Raffination
  • Flussmittelfreie Raffination von Magnesium
• Messung von Verunreinigungen
  • Inklusionsmessung
  • Wasserstoffmessung
  • Messung des Alkaligehalts
• Thermomechanische Modellierung der Grobkornbildung einer Al-Mg-Si-Legierung während der Extrusion
• Systemlayouts, Sicherheit, und Kostenüberlegungen

Kornwachstum und Morphologie

• Historischer Überblick
• Grundlagen der Kornverfeinerung
• Mechanismen der Kornverfeinerung in Aluminium- und Magnesiumlegierungen
  • Kornfeinung durch Phasenbildung durch Legierungselemente während der Erstarrung
  • Kornverfeinerung durch Zugabe von unlöslichen Partikeln
  • Kornverfeinerung durch einheimische unlösliche Partikel
  • Kornverfeinerung durch Multiplikation von Erstarrungsstellen
• Technologie der Kornfeinung beim DC-Gießen
  • Kornfeinung von Aluminiumlegierungen durch Al-Ti-B- und Al-Ti-C-Vorlegierungsstäbe
  • Kornverfeinerung mit im Ofen hinzugefügten Master-Legierungen
  • Zugabe von Kornfeinern als Salze, Flüsse, Verbindungen, und Gase

ERSTÄRUNGSPHÄNOMENE UND GUSSFEHLER

• Einfluss von Abkühlgeschwindigkeit und Schmelztemperatur auf die Erstarrung von Aluminiumlegierungen
• Mikrosegregation
• Auswirkungen von Prozessparametern auf die Dendritenstruktur
• Einfluss von Prozessparametern und Legierungszusammensetzung auf das Auftreten spezifischer Gefügefehler
• Makrosegregation
  • Mechanismen der Makrosegregation
  • Mechanismen der Makrosegregation
  • Einfluss der Zusammensetzung auf die Makroseigerung: Makroseigerung in kommerziellen Legierungen
• Wirkung der Zusammensetzung auf die Makrosegregation
  • Thermische Kontraktion während der Erstarrung
  • Mechanische Eigenschaften im halbfesten Zustand
  • Mechanismen und Kriterien des Heißreißens
  • Anwendung der Warmreißkriterien auf den Gleichstromguss von Leichtmetalllegierungen
  • Auswirkungen von Prozessparametern auf Warmriss und Formverzerrungen beim DC-Gießen
• Kaltes Knacken
  • Mechanische Eigenschaften von Gusslegierungen und Mechanismen der Kaltrissbildung
  • Kaltrisskriterien
  • Methoden zur Verhinderung von Kaltrissen
  • Mängel im Zusammenhang mit der Technologie des DC-Castings

DC CASTING TECHNOLOGIE UND BEDIENUNG

• Einführung
• Formentechnik
  • Formwärmeübertragung
  • Wärmeübertragung bei Wasserkühlung
  • Formenbau: Allgemeine Entwicklung
  • Elektromagnetisches DC-Casting
  • Varianten und Evolution der Extrusions-Billet-Mold-Technologie
  • Gasdruck-Hot-Top-Formbetrieb
  • Formabmessungen
  • Casting-Parameter
  • Rollbrammenkokillen und Cast-Start-Technologie
  • HDC-Casting
  • Schmierung und Formreibung
• Andere Ausrüstung
  • Schimmeltabelle
  • Startkopfbasis und Startköpfe
  • Lieferung des geschmolzenen Metalls an die Formen
  • Füllstandskontrolle für geschmolzenes Metall
  • Gießmaschine
  • Zusatzausrüstung und Grubentechnik
• WASSERSTOFFABSORPTION DURCH FLÜSSIGE METALLE
  • Allgemeine Beschreibung
  • Wasserbedarf
• Kontroll systeme
  • Allgemeine Anforderungen
  • Automatisierte Systeme
• Gerätefehler im Zusammenhang mit Defekten
• Sicherheitsaspekte

NACHGUSSVERARBEITUNG

• Einführung
• Allgemein
• Inspektion und Sägen
• Homogenisierung und Stressabbau
• Sägen und Verpacken
• Sicherheitsprobleme

MODELLIERUNG UND SIMULATION

• Einführung und Geschichte
  • Physikalische Modellierung
  • Strömungsmodellierung
  • Wärmeübertragung durch Wassersprühen
• Dimensionslose Zahlenanalyse
• Mathematische Modellierungsmethoden
• Modellierungsanforderungen
  • Modellformulierung
  • Randbedingungen und Eigenschaftsdaten
  • Validierung und experimentelle Verifizierung
  • Nachbearbeitung
  • Ressourcen: Menschen, Hardware, und Software
• Strömungsmodellierung von Metallabgabesystemen
• Modellierung der Makroseigerung beim DC-Gießen von Aluminiumlegierungen
  • Hintergrund
  • Beispiel einer Makrosegregationssimulation
• Spannungs- und Rissmodellierung
  • Hot Tearing beim DC Casting
  • Kaltrisse beim DC-Gießen
• Modellierung von Formprozessen
  • Formverzerrung, Barrenformmodellierung, und Kontrolle
  • Luftspaltbildung und Oberflächentrennung
  • Gasdruckform Meniskusmodellierung
• Modellierung von Magnesium-DC-Guss
• Abschließende Bemerkungen zur Anwendung von Modellen

Anhang

• Analytische Lösungen für DC-Casting

WIRTSCHAFTLICHE ÜBERLEGUNGEN

• DC Produktmärkte und Margen
• Finanzielle Maßnahmen
  • Beispiele für die Anwendung finanzieller Maßnahmen
• Durchsatz, Prüfung, Key Performance Indicator (KPI), und Benchmarking-Analyse

VORSCHAU

KAUFEN

Einige sehr nützliche Figuren aus diesem Buch über praktisches DC-Gießen von Aluminiumknüppeln

Abbildung 2.2 – Typische kippbare Hallofenkonfiguration,
mit unten montiertem Magnetrührer [Ofentechnik]

Abbildung 2.11 – Typischer Rinnenquerschnitt mit einigen Konstruktionsmerkmalen.
Ein optionaler Klappdeckel ist abgebildet.

Abbildung 3.6 – Querschnitt durch den Filterkasten.

Abbildung 3.15 – Allgemeines Layout von Öfen und Schmelzbehandlungsanlagen
in Bezug auf Gießmaschine.

Abbildung 3.16 – Automatischer Trogdammantrieb.

Abbildung 5.2 – Schematische Darstellung typischer Bereiche im erstarrenden Knüppel
in Bezug auf den Wärmefluss in der Form (Primärkühlung) und
unterhalb der Form (Luftspalt und Sekundärkühlung).
Der Übergangsbereich ist in Gülle- und Breizonen unterteilt
durch die Kohärenzisotherme.

Abbildung 5.24. Formverzerrungen, die für Direct-Chill-Gussbarren typisch sind.
Ein Blick von der kurzen Seite des Barrens.

Abbildung 6.1 – Schematischer Schnitt einer VDC-Gießanlage
zeigt die einzelnen Hauptkomponenten.

Abbildung 6.8 – Querschnitt einer Hot-Top-Kokille
zusammen mit Gussprodukt u
die geschmolzene metallzufuhr in die form,
plus Wasserkühlungszufuhr zum Werkzeug.
Die Formform ist im Allgemeinen rund, kann aber oval sein.

Abbildung 6.11. Typische moderne gasdruckbeaufschlagte Hot-Top-Kokille für Knüppel
mit Carbon-Liner-Konfiguration.
(Hycast)

Abbildung 6.14 – Schema einer Gasdruckform
mit Gasdruck, der den Metallkopfdruck ausgleicht.

Abbildung 6.20 – Die Auswirkung einer Änderung des Knüppeldurchmessers
vom Wärmeeintrag in die Kokille für eine konstante Gießgeschwindigkeit.

Abbildung 6.28 – Allgemeine Anordnung eines kippbaren DC-Gießtisches.

Abbildung 6.31 – Querschnitt einer Knüppelkokille mit Startkopf
befindet sich in Gussstartposition
mit Anfangskopf/Formspalt und
Startkopfausrichtungssystem.

Abbildung 6.35 – Zufuhrsystem für geschmolzenes Metall zu Formen für ein integriertes Hot-Top-System.
Es ist nur eine Füllstandskontrolle für geschmolzenes Metall erforderlich,
normalerweise am Eintrittspunkt zum Formtisch
im mittleren Abschnitt des Verteilersystems für geschmolzenes Metall.