DE1909579A1

DE1909579A1 - Zusatzmittel zu geschmolzenen Metallen oder Legierungen und Verfahren zu seiner Verwendung

Info

Publication number: DE1909579A1
Application number: DE19691909579
Authority: DE
Inventors: Brown Harry James; Pappas Nicholas James; Brown Charles Meacham
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Elkem Metals Co LP
Priority date: 1968-02-26
Filing date: 1969-02-26
Publication date: 1969-09-18
Also published as: BE728694A; SU456415A3; PL88899B1; JPS4841405B1; CS199224B2; GB1264547A; DE1909579C3; SE367437B; NO129408B; ES364055A1; FR2002638A1; US3592637A; DE1909579B2

Description

24. Februar. 1969

SSST
HELMUT GORTZ

4 Frank; art am Μ#ίΛ 19 iA4tfSf9

Union Carbide Corporation, 2?o Park Avenue, New York, U.S.A.

Zusatzmittel zu geschmolzenen Metallen oder Legierungen und Verfahren zu seiner Verwendung

Bei metallurgischen Verfahren ist es bekannt, die gewünschten Legierungszuaammensetzungen dadurch zu erhalten, daß man dem geschmolzenen Grundmetall Feststoffe zugibt. So gibt man beispielsweise zu geschmolzenem Aluminium Mangan in Form von Mangan-Aluminium-Legierungen zu, die etwa 5 bis 2o °/o Mangan enthalten, um eine erhöhte Festigkeit des gekneteten Aluminiums zu erzielen. Auch Chrom, Wolfram, Molybdän, Vanadium, Eisen, Kobalt, Kupfer, ifickel, Niob und andere Metalle werden in der Regel in vorlegierter Form den Metallschmelzen zugegeben, um die gewünschten Legierungen zu erhalten. SdL gibt man beispielsweise zu Schmelzen aus Aluminium Chrom zu, um eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit zu erzielen, und zu Titan gibt man Molybdän, Eisen, Vanadium und Chrom als Stabilisatoren hinzu.

Die bisher als Zusatzmittel verwendeten Vorlegierungen sind verhältnismäßig teuer. Ihre Lösungsgeschwindigkeit ist häufig nicht genügend, was zu größeren und unerwünschten Rückgängen der Temperatur im Bade führt_? ΐΐβηη sie zugesetzt werden.

Ein Ziel der Erfindung ist ein Metall enthaltendes Zusatzmittel, das wirtschaftlich bequem hergestellt werden kann, und daa man direkt dem geschmolzenen Metallbade zusetzen kaiin.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise die Lösungsgeschwindigkeiten verschiedener erfindungsgemäßar Zusatzmittel.

BAD ORIGINAL

Die erfindungsgemäßen Zusatzmittel bestehen aus einem innigen Gemisch von zwei verschiedenen fein verbeilten, Metalle enthaltenden Stoffen. Die Stoffe müssen in bestimmten Mengeiiver----- hältnisseri zugegen sein, Die e rf indungs gemäi3 en Susatzmittel-- ^;-lösen sieh schnell bei der Zugabe zu einem geschmolzenen Metall und verursachen einen verhältnismäßig geringen Temperaturabfall,

Die erfindungsgemäßen Zusatamibtel enthalben im wesentlichen einen Lösungsbeschleuniger und einen Grundstoff, Der Grundstoff ist in der Regel dasjenige MIttel., dessen schnelle Lösung erwünscht ist.

Das Zusatzmittel enthält als Lösungsbeschleuniger Aluminium und/ oder Silizium. Der Grundstoff des erfindungsgemäi3en Zusatsmittel;3 besteht aus Mangan, Chrom, Wolfram, Molybdän, Titan, Vanadium, Eisen, Kobalfc, Kupfer, Nickel, Niob, i'antal, Zirkonium,

hafnium, Silber oder aus Gemischen von drei oder mehreren dieser Stoffe.

Sowohl der Lösungsbeschleuniger wie auch der Grundstoff können anstelle der erwähnten reinen Metalle auch waijgtoS 5ofo±g.e Legierungen der genarm tan Metalle enthalten.

Wenn man einen fein verteilten erfindungsgemäßen Grundstoff mit einem der genannten Löatnigsbeschleuniger in den bestimmten unten angegebenen Mengen mischt, so löst sich das Gemisch mit bedeutend vergrößerter Geschwindigkeit in einem Metallbade, und zwar dank des Zusammenwirkens zwischen dem Grundstoff und dem LösungsbeschLeuniger. So führt beispielsweise der Zusatz eines Gemisches

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BAD ORIGINAL

aus fein vea?teiltem Aluminium mit fein verteiltem Mangan im geeigneten Mengenverhältnis zu einer erhöhten Lösungsgeschwindigkeit des Mangans in einer Schmelze, die größer ist als die Lösungsgesch-'indigkeit einer Mangan-Aluminium-Legierung derselben Mengenverhältnisse. Auch Ohrom als Grundstoff kann mit Aluminium als Lösungsbeschleuniger gemischt werden, was eine erhöhte Lösungsgeschwindigkeit des Chroms bewirkt. In jedem Falle wird die Lösungsgeschwindigkei'j der genannten Grundstoffe durch die Lösungsbescnleunier erhöht.

Außer den oben erx^ähn-en Metallen können auch Legierungen verwendet werden, die im LÖsungsbesciileuniger mindestens 5o Gew.% Aluminium und/oder Silizium enthalten sollen, und die bei der Verwendung als Grundstoff einen bestimmten, weiter unten beschriebenen Wert nicht überschreiten sollen.

Der Grundstoff kann also auch eine Legierung sein, die wenigstens 5o Gew.-% des Metalls enthält, und wobei im Lösungsbeschleuniger nicht mehr als bestimmte Mengen einer Legierung zugegen sein sollen»

Zur Erreichung einer guten Löaungsgeschwindigkeit und zur Verminderung des Temperaturabfalles der Schmelze müssen die Mengen des unkombini.erten, d.h. nicht legierten Grundstoffs zu den Mengen des unkombinierten, nicht legierten Lösungsbeschleunigers innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden. Diese Grenzen lassen sich ariaand der nachstehenden Formeln (A) (B) und (G) bestimmen

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(A) % wirksamer Grundstoff χ K^,

ψο wirksamer LosungsbescEleuniger χ K₀ ⁼ ^ ^{bis 0}O"¹' I°^~

^b 2 zugsweise 2,33

bis ο,4·28

(B) % wirksamer Grundstoff = mindestens 2o , vorzugsweise

mindestens 3o

(G) % wirksamer Losungsbeschleuniger = mindestens 2o , vorzugsweise mindestens J>o

In diesen Formeln bedeutet K,, die Gewichtsmenge des Grundstoffes in den Zusatzmitteln, Kg die Gewichtsmenge des Lösungsbeschleunigers in den Zusatzmitteln.

Der Gesamtgehalt des --/irksamen Grundstoffen in dem Zusatzmittel wird nach folgenden Formeln berechnet:

Gewichtamenge des Mn {% des legierten Al im

= Gesamtgewicht des Grundstoffes Grundstoff + 2 χ % des

legierten Si im Grundstoff)

₀, φ. _ Gewichtsmenge des Ti (1,25 x % des legierten

* ~ Gesamtgewicht des Grundstoffes Al im Grundstoff + 3

χ '/o des legierten Si im Grundstoff)

ο/ γ Geyichtsmonge dos V _v (o,6G χ ,j des legierten

^/3 Gesamtgewiclit dos Grundstoffes ^ Al im Grundstoff + 3 x

^ des legierten bi im Grundstoff)

'M_ Gescunt^ewieht des Mo (1»25 x Yo des legier';en

,j wo- (j_esflE1-t_Rewichb des Grundstoffes Al im Grundstoff + 2

χ % des legierten üi im Grundstoff)

_0/ _w Gewichtsmenge des W (Ii25 χ % des Legierten

⁷ Gesamtgewicht des Grundstoffes Al im Grundstoff + 1o χ

°/o des legierten Si im Grundstoff)

on π _ Gewichtsmenge des Co (2 χ ^ des legierten Al

^ Gesamtgewicht des Grundstoffes im Grundstoff + 2 χ %

des legierten üi im Grundstoff)

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+ ^J/o Fe = Gewichtsmenge ^des l''^e y (0,66 χ % des legierten

' Gesamtgewicht des Grundstoffes Al im Grundstoff + 2

χ % des legierten Si im Grundstoff)

+ % Gr - ^&e ^wicirbsmeng^e des Or (2 χ % des legierten Al

⁷^ ~ Gesamtgewicht dos Grundstoffes im Grundstoff + 2 χ %

des legierten Si im Grundstoff)

+ ^0/ Ni - Gewichtsmenge fl ^gs Ni _χ (2 χ % des legierten Al

^/0 ~ Gesamtgewicht des Grundstoffes im Grundstoff + 2 χ γο

des legierten üi im Grundstoff)

0/ r, _ Gewichtsmenge des Zr (2 χ ^C,O des legierten Al

+ ,0 uv - _GesaBltgewicht des Grundstoffes ^x im Grundstoff + 3 χ %

des legierten Si im Grundstoff)

& η Gewichtsmenge des Gu (4- χ # des legierten Al

^ ^υ Gesamtgewicht des Grundstoffes ^Λ im Grundstoff + 15 χ %

des legierten Si im Grundstoff)

ai u-P Gewichtsmenge des Hf _ (4 χ # des legierten Al ⁺ * ¹^ * iiröt des ffpundstölfes * im Grundstoff + 3 χ %

des legierten Si im Grundstoff)

. Gewichtsmengö des A§____ „ .. (11 X $ ^s legierten Al

Ag » ttäiaüiewioliF^es GruiHitofi'es ^x im Grundstoff * 2 χ %

des legierten Si im

Grundstoff)

Hb « Ctewlc^tymeMeäes^KB«^^-^-™™-- * ^¹? ? ^ des legierten

χ ^ sea !«gierten ai

f )

% des legierten di iiff)

BAD ORIGINAL

Der Gesamtgehalt des v/irksamen Lösungsbeschleunigers im Zusatzmittel wird nach folgenden i'ormeln berecnnet:

JlS Al =

üewichtsmenge Al.

Gesamtgewicht des liösurigsbeschleunigers

% legiertes wn im Lösungsbeschleuniger 0,8 χ % legiertes Ti im Lösungsbeecnleuniger 0,8 χ $έ legiertes Mo om Lösungsbeschleuniger o,8 χ ^L/o legiertes W im Lösungsbeschleuniger 1,5 x /0 legiertes V im Lösungsbesciileuniger 0,4-5 χ % legiertes Go im Lösungsbeschleuniger o,45 χ % legiertes Gr im Lösungsbeschleuniger o,45 χ % legiertes nix im Lösungsbeschleuniger o,45 χ '/o legiertes kjr im Lösungsbescnleuniger o,25 x % legiertes Gu im Lösungsbeschleuniger o,25 χ -Ji legiertes Hf im Lösung-sbeschleuniger o,o9 χ /6 legierbes Ag im Lösungsbeschleuniger o,1 χ -ρ legiertes Nb im Lösungsbeschleuniger o,05 x $ legiertes Ta im Lösungsbeschleuniger 1,5 3t fo legiertes 3?e im Lösungsbeschleuniger

* ο, 33 x 70 legiertes ? Im Lösungsbeschleunigsr

0,5 3C % legiertes Ho iES Lbι
-:- c-s 1 3ε $ legiertes dim
■f 0j5 s ί legiertes uo iia

•i.; 5 £ $ Iögi©:?te-3 υ¹© iiß &

5,5 χ /» legiert es Qs iia

wicht des /+ o_s5 3ε % !©gierte© Ii isa
liösuKga- I_{+ Ot}23 se i ifjgi03?i;©s 2s? i®
+ o-.ü6 χ ^' lögisr-tes CI« im
ο 135 3£ % Isgiertea Ef i*a
ο»5 x J* legiertes Ag im 1
o_t2 χ $ iegiejtfsea iffe iö I

^ legiertes fa im Lösungsbeschleuniger

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BAD ORIGINAL

Die genannten Mengenverhältnisse sind das Ergebnis ausführlicher und umfassender Versuche und von Prüfungen des Grundstoffs und des Lösungsbesciileunigers.

Die Formel (A) giot das gesamte Mengenverhältnis zwischen dem freien oder aktiven Grundstoff und dem Lösungsbeschleuniger wieder. Die Formeln (B) und (C) geben die erforderlichen Mengen an freiem oder aktivem Grundstoff und Lösungsbeschleuniger wieder. Die Formel (B) zeigt, daß nur solche Stoffe, die mehr alt eine bestimmte Men^e an freiem, d.h. an nicht kombiniertem, nicht legiertem Grundstofi enthalten,brauchbar sind, nie Formel (C) gibt den entsprechenden Wert für den Lösungsbeschleuniger wieder, uie Ausdrücke "% wirksamer Grundstoxi" ' und "% wirksamer Lösungsbescüleuniger" zeigen, daß die zulässige Menge an Legierungen abhängig ist von den im Grundstoff und im Lösungsbeschleuniger enthaltenen Stoffen. So ist beispielsweise eine Legierung aus 60 % Mangan und 4o % Aluminium geeignet als u-rundstoff, da der ,o-Gehalt an wirksamem Grundstoff in dieser Legierung 60 -4o = gleich 2o ist. jiine Legierung aus 60 % M-mgan und 4o % Silizium ist aber we;>-en der Umsetzung zwischen Mangan und bilizium kein geeigneter Grundstoff, weil der ^-Gehalt an wirksamem Grundstoff in dieser Legierung bo -2 χ 4o = gleich -2o ist, also den »vert von 2o nicht überschrei t-et. üane Legierung aus etwa 73»^ % Mangan und 26,5 % SiIiKiuu ist aber ein geeigneter Grundstoff. Eine Legierung aus 60 °/o Aluminium und 4o 'fo Manf^an ist ein geeigneter Lösungsbescnleunir-er, da der fr-Gehalt an wirksamem Lösungsbescnleuniger in dieser Legierung 60 -4o = gleich 2o ist. Eine Legierung aus 60 % Aluminium und 4o % Vanadium ist aber als Lösungsbeschleuniger nicht rjeoignet, weil der %-Gehalt an wirksamem Lösungsbescnleuniger in diesem Falle 60 - 1,5 x *o » gleich ο ist. Bei Verwendung der Formeln U), (B) und (·) muß beachtet werden, daß in ihnen alle aLn Grundstoffe geeigneten Metalle zusammengezogen sind, um daraus den ^-Gehalt an wirksamem Grundstofi: zu errechnen,

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BAD ORIGINAL

und ebenso sind alle als Lösungsbeschleuniger verwendbaren Stoffe zusammengezogen, um daraus den %-Gehalt an wirksamem Lösungsbeschleuniger zu berechnen.

Die nachstehenden Beispiele A bis I zeigen, wie man anhand dieser Formelin die gewünschten Zusammensetzungen berechnen kanne

BeispielA

Das Zusatzmittel besteht aus 60 Gewichtsteilen fein verteiltem Aluminium und 4o Gewichtsteilen fein verteiltem Mangan.

K* ist gleich 4o

Kp ist gleich 60

% wirksamer Grundstoff (B) ist gleich I00 (Mn bildet I00 % des Grundstoffes)

% wirksamer Lösungsbeschleuniger (C) ist gleich loo (Al bildet I00 % des Beschleunigers)

Daher (A) , _Λ

60 χ I00 ⁼ °'⁶⁷

Beispiel- B

Das Zusatzmittel ist eine Mischung aus 60 Gewichtsteilen einer Legierung aus 80 % Mangaiund 2o % Aluminium, wozu 4o Gewichtsteile fein verteiltes elementares Aluminium kommen.

Κ/, ist gleich 60
Ko ist gleich 4o
% wirksamer Grundstoff (B) ist gleich 80 - || χ 2o = 60

% wirksamer Lösungsbeschleuniger (C) ist gleich I00 (Aluminium bildet I00 % des Lösungsbeschleunigers) Daher (A) ist gleich 60 χ 6o _ _o q

4-O χ I00 ~ '

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Beispiel Q

Das Zusatzmittel "besteht aus 5o Gewicht st eil en. einer Legierung aus 80 ft Aluminium und 2ο·?£ Silizium und 5o Gewichtsteilen, einer Legierung aus 95 $ Mangan und 5 ft Aluminium.

K₁ = 5o (Teile des Grundstoffes: 95 ft in -5 ft Al) K₉ = 5o (Teile des Lösungsbeschleunigers: 80 ft AX -2o $ Si) # wirksamer Grundstoff (B) = 95 - |γ^|· χ 5 = 9o

wirksamer Beschleuniger (0) = 80 - 55-³^ ° ^{+ 2o} - 5§ ^x (°) ^{= 1o}°

^Also (^A) ^ΐ3ΐ

Beispiel D . -

Das Zusatzmittel besteht aus einem Gemisch aus 3o Gewichtsteilen fein verteiltem elementarem Mangan, 2o Gewichtsteilen Ghrom und 5o Gewichtsteilen einer Legierung aus 80 ft Aluminium und 2ο °/> Mangan.

K₁ = 5o (3o Teile Mn + 2o Teile Or)

K₂ = 5o (5o Teile einer Legierung aus 80 $> Al und 2o "/<> IvIn)

<fo wirksamer Grundstoff (B) = 60 $> IvIn + 4o ^a/o Or = I00 .

fo wirksamer Lösungsbeschleuniger (G) = 80 - 80 ₀ _ r

ο Ο

Beispiel E

Das Zusatzmittel ist ein Gemisch aus 80 Gewichtsteilen einer fein verteilten Legierung aus 95 ft Mangan und 5 fo Aluminium und 2o Gewichtsteilen einer fein verteilten Legierung aus- 7o ^üß>

Aluminium und 3ο ft Mangan '■■-■

K₁ = 80 ; " ■■ -

K₂ = 2o

ft wirksamer Grundstoff (B) = 95 - ||j· x 5 = 9o ft wirksamer Lösungsbeschleuniger (0) = 7o - J^- χ 3o = 4o

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- 1ο -

Beispiel ff

Das Zusatzmituel ist ein Gemisch aus 4o G-ewieh·;steilen fein verteiltem Mangan, 2o Gewicht st eil en einer fein -verteil ten. Legierung aus 80 % Vanadium und 2o % Aluminium and 4α> $ fein teiltem Aluminium.

Ky, = 60 (4-0 Teile Mn + 2o Teile einer Legierung ans. 80 % ¹ + 2o # Al)

wirksamer Grundstoff (B) = 67 - fe x 6,7 + 26,6 -

= 4o (4-o Teile Al)

(B) 67 fe

(0,66 χ 6,7) = 87,7 wirksamer Lösun:"£;beüch.leuni'-;er (G) = I00 (Der ;;es;.^;.rnte

sciileuinit";er· I at" Al.) Also (A) ist ij^|2= 1,32

Beispiel G

Das Zusatzmittel isb ein Gemisch aus 4o G-eylehts teilen, fein ver teiltem Mangan, 2o Gev/ichiateilen einer i'ein. verteilten Le^Iar aus 80 /o Mangan und 2o ;Ό Aluminium und "4-o G-ei/ichts jellen. feint verteiltem Aluminium.

K^ = 60 (4-O Teile Mn + 2o Teile einer Legierung aus 80 # Mn ¹ + 2o % Al)

K₂ = 4-0 (4o Teile Al)

% 'wirksamer Grundstoff (B) 93-1| (6,7) .= ö6,3 ..

^ wirksamer Lösungsbeschleuniger (ö) = I00 - .. ■

Also (A) ist 86,3 x 60 _Λ. -, .

TöolT^Fö - ''^

Beispiele E. ■ "

Das Zusatzmitbel ist ein Gemisch aus 2oo Gewichtstellen: einer-Legierung aus 5o % Mangan, 2o % Titan, 2o # Aluminium raid Io % Silizium und 2oo Ge v/i cht st eil en elementarem

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6AD ORIQIMAt.

K₁ = 2oo
K₂ = 2oo
% wirksamer Grundstoff (B) = 5o - 2^°— _x(^2o+2x1o)+2o

- ^L- (1,25 χ 2ο + 3 χ 1ο) = 21,4 + 4,3

= 25,7 % wirksamer Lösungsbeschleuniger (G) = 1oo

iilso (A) ist 25,7 x 2oo _ 257
I00 χ 2oo ~ ' ■*'

Beispiel I

Das Zusatzmittel ist ein Gemisch aus 5o Teilen elementarem Mangan, 5o Teilen einer Legierung aus 4o % Titan, 4o % Aluminium und 2o % Silizium, und I00 Teilen elementares Aluminiumο Die Legierung aus Titan, Aluminium und üilizium ist der Lösungsbeschleuniger, da die Menge an Aluminium aus öilizium größer als 5o /o.

K₁ = 50 K₂ = 150

% wirksamer Grundstoff = I00

% wirksamer Lösungsbesclileuniger:

% Al = I00 Teile elementares Al + 4o % von 5o Teilen einer Al enthaltenden Legierung 2. 15o Teile des gesamten Lösungsbeschleunigers 4 80 %

% Si = 2o % von 5o Teilen einer Sl enthaltenden Legierung i· ^⁰ Teile des gesamten Lösungsbeschleunigers = 6,67 % % Ti legiert im Lösungsbeschleuniger = 4o % von 5o Teilen einer

15o

'ix enthaltenden Legierung - ^ Teile des gesamten Lösungsbeschleunigers = 13»3 %

5o Teile einer Legierung aus Ti, Al und Si + loo Teile Al

% wirksamer Lösungsbeschleuniger = 80 - 1.2o_ (0,8 χ 13?3)

I00 + 2o + 1o

+ 6,67 - Io (o,33 x

I00 + 2o * 1o 13,)

= 76,51 Also (A) ist I00 χ 5o

= o,
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Weitere brauchbare Lösungsbeschleuniger und Grundstoffe sind in den !Tabellen Ia und Ib genannt.

Tabelle Ia

Als Lösungsbeschleuniger brauchbare Legierung 7o % Al, 3o % V 80 % Al, 2o % Ti 80 % Al, 2o % Mn 75 # Si, 25 % Fe 7o # Si, 5 ^ Mg, Rest Pe 60-65 # Si, 1 # Al, 6 % Zr, 2 # Ca, 3 56 Ba, Rest Fe

Tabelle Ib

Als Grundstoffe brauchbare Legierungen 9o % W, 1o % Al 80 # W, 2o # Fe

nitriertes Mn mit bis zu 8 ^ N 93 # Mn, Z % Si, 1,8 56 C, Rest Fe 7o % Cr, 2 ^ Si, Rest Fe

85 % V, 15 # Al 7o % V< 30 % Fe 67 # Ti, Rest Fe 60 % Mn, 4o % Cu

Das erfindungsgemäße Zusatzmittel kann in ungepreßter zusammenhängender Form verwendet werden. Man kann z.B. das Gemisch aus dem Grundstoff und mit dem Lösungsbeschleuniger in eine Metallfolie einschlagen oder in verbrennbaren Behältern verwenden. In dieser Form wird es in üblicher Weise in die Schmelze eingetaucht · Vorzugsweise hat aber das erfindungsgemäße Zusatzmittel die Form von Ereßkörpern oder Hfeelchen mil; einer so großen Dichte, da#sie durch ihr eigenes Gewicht unter die Oberfläche der Metallschmelze

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herabsinkt. In jedem Falle ist die Teilchengröße der Ausgangsstoffe wichtig. Die Teilchen des Lösungsbeschleunigers und des Grundstoffes sollten einen Durchmesser unter o,85 mm, vorzugsweise unter o,2 mm haben, um eine optimale Lösungsgeschwindigkeit zu erreichen. Das Zusatzmittel· besteht vorzugsweise aus wenigstens 80 Gew.-# des Grundstoffes und des Lösungsbeschleunigers,

Bei Verwendung von Preßkörpern sollten sehr hohe Dichten vermieden werden, um die besten Werte für die Lösungsgeschwindigkeit zu erhalten. Die Dichten über 95 % der maximalen theoretischen Dichte sollen vermieden werden.

Die nachstehenden Beispiele beschreiben einige Ausführungsformen der Erfindung.

Beispiell -

Eine schmelze aus 2,27 kg Aluminium wurde bei 85o°G enthalten. Dieser bchmelze wurden 1,5 % (34-g) elektrolytischer Manganschuppen mit Abmessungen von 5 χ ο,32 cm zugesetzt. In verschiedenen Zeitabständen wurden Muster aus der schmelze entnommen und es . wurde in ihnen der Gehalt an Mangan festgestellt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle enthalten

Zeitdauer nach dem Zusatz Gelöstes Mn % Ungelöstes Mn %

0 o,o2 # 1,5 %

2 min o,28 V 1,24

4- min o,5o I»o2 ,

8 min o,84~ 0,68

15min 1,12 ' ; q

Trägt man diese Werte in ein halb-logariHmiches Koordinaten mit ein, so findet man eine Neigung von o,o39, die als Lösungsgeschwindigkeit K bezeichnet wird. Das Verfahren, dieses .Beispiels wurde mit anderen Zusatzmitteln wiederholt, ¹^uSl bei diesen Iiösungsgeschwindigke,iten ermittelt wurden. Höhere negative Werte für K bedeuten größere Lösungsgeschwindigkeiten. ''

Beispiel 2

Das Verfahren des Beispiels ί wurde wiederholt, jss wurden 34- g Kügelchen mit einem Durchmesser von 2,2 cm zugesetzt, üiese Kügelchen bestanden aus gepreßten Mischungen von ötoffen, die in der Tabelle Ha genannt sind und bei einem Druck von 14 iloTcg /m^ gepreßt waren» Die Kügelchen hatten die in der 'Tabelle lib angegebenen Dichten. Die Tabelle Hb zeigt auch, die erhaltenen Lösungsgeschwindigkeiten.

Tabelle Ha

Material Zusammensetzung ursprünglicher Teilchendurchmesser

Mangan-Schuppen 1oo % Mn o,1o4- mm uiid _feiner

Aluminium 1oo % Al O,14? mm - ο,ο4-3 η™

Lojj'e ji'erromangan (9o % Mn, 2 % Si, o,2o8 mm und feiner

6,7 ^Lfa C, Rest i'e) "

LoSi, Lo Fe (86 % Mn, 9 % Si, o,2o8 mm und feiner fferromangan o,o5 % C» Rest i'e) ■■■;-.

Weitere Dtoffe, einschließlich eines "Härters^M aus Mangan mit 5 % Mn,Rest ü.1, wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 geprüft. Die Ergebnisse sind in der Tabelle lib enthalten.

909838/10W

Mn -\~ 2-2 _v2o%Mn φΡ-3 (5o% Mn φΡ-4 (9o#Mn (LoFe, FeHh)8XD

LoFeFeMn + Al)

7 (5# Mn "Härter" 38 mm Stücke)

8 Mn Schuppen

5o χ 3 nun Stücke

9 Mn Schuppen 6 mm

Mn Schuppen o,8 mm

11 Mn Schuppen o,1 mm

-o,oo5

-o, 75
-o,152 -o,18

-o,o159 -o,o39 -o,o24 -o,o47

-o,256

M. -0,122

12 LoFe, FeMn 1o mm 0

13 60% Mn, Legierung 1o mm 0

14 LoSi, LoFe, FeMn -o,o18 o,8-2,4 mm

?-15 LoSi, LoFe, FeMn -0,60 *Kügeichen

-0,005 -o,235

Tabelle Hb

Form des Zusatzes Lösungsgeschwindigk. K Dichte der

Badtemp. C Kügelchen 7§_o 8 5o g/cnr

-o,o32 -o,5o -o,55 -o,2o 86>a

83 %

2,41 2,56 3,53 4,26

3,16 64%

Ausbeute an Mangan -/0

95+

3,53 ψ erfindungsgemäß

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Die Tabelle Hb zeigf, daß die erfindungsgemäßen Zusatzmittel sehr schnelle Lösungsgeschwindigkeiten haben, d.h. negativere Werte für K. Insbesondere sieht man, daß die Zusatzmittel P-2, P-3, P-6, und P-3? nach der Erfindung Losungsgeschwindigkeiten haben, die um ein mehrfaches höher sind als die Losungsgeschwindigkeiten der handelsüblichen Zusätze 7 und 13. Die Lösungsgeschwindigkeite η für den Zusatz P-3 und den handelsüblichen Härter sind in der Zeichnung vergleichsweise dargestellt.

Die Tabelle Hb zeigt, daß erfindungsgemäße Zusatzmittel mit etwa ) 5o % Mn und 5o % Al (P-3 und P-6) sehr hohe Losungsgeschwindigkeiten haben. Es sind also Zusatzmittel vorzuziehen, die etwa gleiche Gehalte und Mengen des wirksamen Grundstoffes und des wirksamen Lösungsbeschleunigers enthalten. Es sei noch bemerkt, daß der Zusatz 11 aus elektrolytischem Mangan mit einem Teilchendurchmesser von o,1 mm eine gute Lösungsgeschwindigkeiijgibt. Mangan in dieser Form ist aber nicht zweckmäßig aus Zusatzmittel zu Aluminium, da es die Schlacke auf der Oberfläche mit geschmolzenem Aluminium nur schwierig durchdringt. Verluste an Mangan durch Oxydation werden also eintreten, und es entständen Schwierigkeiten durch Entflammung und Stauben.

Beispiel 3

' Wolframpulver mit einem Teilchendurchmesser von 7 Mikron wurde unter einem Druck von 7 χ 1o kg/m zu Kügelchen von 2,2 cm Durchmesser gepreßt. Diese Kügelchen wurden bei 85o°C geschmolzenem Aluminium zugesetzt in einer solchen Menge, daß ein Wolframgehalt von 1 % erreicht werden sollte· Ein Lösen des Wolframs wurde nicht festgestellt.

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Beispiel 4-

Ein Gemisch aus 5o Teilen Wolframpulver mit Teilchendurchmessern von 7 Mikron und 5° Teilen Aluminiumpulver mit Teilchendurchmessern von 0,14-7 bis o,o43 mm wurde "bei einem Druck von 7 x 1o

ο ·

kg/m zu Kügelchen von 2,2 cm Durchmesser gepreßt. Diese Kügelchen hatten eine Dichte von 3>7 g/cm . Sie wurden geschmolzenem Aluminium "bei 76o° in einer solchen Menge zugegeben, daß die Legierung Λ% Wolfram enthalten sollte. Die Lösungsgeschwindigkeit K betrug -o,o36o Mehr als 95 % cLes zugesetzten Wolframs waren gelöst.

Beispiel 5

Molybdänpulver mit Teilchendurchmessern von 7. Mikron wurden bei

6 2
einem Druck von 7 x 1o kg/m zu Kügelchen von 2,2 cm Durchmesser gepreßt. Die so erhaltenen Kügelchen wurden geschmolzenem Aluminium bei 85o°C in einer solchen Menge zugegeben, daß die Legierung 1% Molybdän enthalten sollte. Es wurde kein gelöstes Molybdän festgestellt.

Beispiel 6.

Ein Gemisch aus 5o Gewichtsteilen Molybdänpulver mit Teilchendur chmessem von 7 Mikron und 5o Gewichtsteilen Aluminiumpulver mit Teilchendurchmessern von 1,47 bis o,o43 mm wurde bei einem

C. p

Druck von 7 x 1o kg/m zu Kügelchen von 2,2 cm Durchmesser gepreßt» Die Kügelchen hatten eine Dichte von 3*3 g/cm « Man gab sie einem Bade aus geschmolzenem Aluminium bei 76o°0 in einer solchen Menge zu, daß die Legierung. 1 % Molybdän enthalten sollte. Die festgestellte Lösungsgeschwindigkeit K betrug -o,o29. Mehr als 95 °/o des zugesetzten Molybdäns waren gelöst.

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Beispiel 7

Ein Pulver aus Ferrochrom mit 7o % Gr, Z % Si, Eest Fe mit TeIlchendurchmessern von o,1o4 mm und darunter wurde in eine Metalifolie eingeschlagen und einer Aluminiumschmeize bei 76o°G in' /■■ einer solchen Menge zugesetzt, daß die Legierung 1,5 ya Ghrom ■ enthalten soll;e_a Die Lösung sge schwind! rekelt K betrug -o,oo2, '

Beispiel 8 ' .

5o Gewichtsceile des im Beispiel 7 genannten Eerrochroms wurden mit 5o Gewichtsteilen des im Beispiel 6 erwähnten Aluminiumpulvers gemischt. Das Gemisch wurde bei einem Druck von 7 χ 1o Kg/m^c zu Kügelchen von 2,2 cm Durchmesser gepreßt, die eine Dichte von 3,o8 g/cnr hatten. Diese Kügelchen wurden bei 76o° geschmolzeneni Aluminium in einer solchen Menge zugesetzt, daß die Legierung 1,5 % Ghrom enthalten sollte. Die festgestellte Lösungsgeschwindigkeit K betrug -o,o93» Mehr als 95 % des zugesetzten .Chroms waren gelöst.

Beispiel 9

Pulver aus elementarem Chrom mit einem Teilchendurchmesser von: o,1o4 mm und darunter wurde in eine Metallfolie eingeschlagen und geschmolzenem Aluminium bei 79o°C in einer solchen Menge zu.-, gegeben, daß die Legierung 3»5 % Chrom enthalten sollte. Die festgestellte Lösungsgeschwindigkeit K betrug -0,068.

Beispiel Io

5o Gewichtsteile eines Pulvers aus elementarem Chrom mit einem Teilchendurchmesser von o,2o8 mm und darunter wurden- mit 5° Gewichtsteilen eines Aluminiumpulvers nach Beispiel 6 gemischt. Das Gemisch wurde bei einem Druck von 7 y 1o kg/m zu Kügelchen von 2,2 cm Durchmesser gepreßt. Die Kügelchen hatten eine Dichte von 3,15 g/cm^. Sie wurden einem Bade aus geschmolzenem Aluminium bei 76o°0 in einer solchen Menge zugegeben, daß die Legierung

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BAD ORIGINAL

einen GehsuLt von 1,5 % Chrom haben sollte. Die erhaltene Lösungsgeschwindiglceit K betrug -o,56. Mehr als 95 % fertig zugesetzten Chroms waren gelöst·

Beispiel 11

Ein Gemisch aus 5o Gewichtsteilen einer pulverförmigen Legierung aus 95 % Mn* 9 % Si, Rest ]?e mit Teilchendurchmessern von o,2o8 mm und darunter wurden mit 4-2 Gewichtsteilen eines Pulvers aus 92 % Al und 8 % Cr mit Teilchendurchmessern von o,2o8 mm und darunter gemischt. Das Gemisch wurde bei einem Druck von 7 x 1o kg/m zu Kügelchen von 2,2 cm Durchmesser gepreßt, die eine Dichte von 5,21 g/cnr hatten. Man gab diese Kügelchengeschmolzenem Aluminium bei 76o°C in einer solchen Menge zu, daß die Legierung 1,5 % Mangan enthalten sollte. Die Lösungsgeschwindigkeit K betrug - o,14. Mehr als 95 % des zugesetzten Mangans waren gelöst·

Beispiel 12

57 Gewichtsteile eines Manganpulvers und 65 Gewichtsteile einer Legierung aus 6o J6 JU-uminium und 4o % Vanadium mit Teilchendurchmessern von o,2o8 mm und darunter wurden bei einem Druck von 7 χ 1o kg/m zu Kügelchen von 2,2 cm Durchmessern mit einer Dichte von 2,65 ε/enr gepreßt. Man gab sie geschmolzenem Aluminium bei 76o°C ifr. einer solchen Menge zu, daß die Legierung 1,5 % Mangan enthalten sollte. Die festgestellte Lösungsgeschwindigkeit K betrug -ο

Weitere Versuche wurden durchgeführt, um den Temperaturabfall bei Zusätzen von 1,5 % Mangan zu geschmolzenem Aluminium zu bestimmen. Hierfür vrarde ein Thermoelement verwendet.

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- 2ο -

Tabelle III

Zusätze 73o°C Temp.Abfall ⁰C 76o°C

"^s Badtemp» S

(7) Handelsüblicher Härter yο 9ο (ρ-5) 5ο# Mn + 5ο% Al 8 8

Die Tabelle zeigi, daß der erfindungsgemäße Zusatz; P-3 einen geringeren Temperaturabfall verursacht als das handelsübliche Material. Das ist ein bedeutender Vorteil der Erfindung.

Weitere Versuche wurden mit verschiedenen gepreßten Zusatzmitteln aus elektrolytischem Mangan und elementarem Aluminium durchgeführt, die nach dem Beispiel 2 hergestellt waren· Lediglich die Dichten der Pießfectper wurden geändert, um die Wirkung dieser Änderungen auf die Lösungsgeschwindigkeit festzustellen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle IV enthalten.

	Lttel	Tabelle IV	⁵	Lösungsgeschwind. K Dichte bei einer Badtemp· v. 76o°C	55
Zusatzmj	·)% Mn ■>% Al	% der maxim. Dichte	2	,53g/cm⁵	45
(P-3) 5c		88	3	,4 g/cm⁵ -o,	o42
It		61 .	3	,6 g/cm⁵ -o,	o27
Il		91	,95g/cm⁵ -o,
It	95+

Die Tabelle zeigt, daß Dichten über 95# der maximalen Dichte vermieden .werden sollen, da hierbei die Lösungsgeschwindigkeit scharf absinkt. Die bevorzugten Dichten für die Presskörper ge^äß der Erfindung liegen zwischen 65 und 9o % der maximalen theoretischen Dichte.

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Weitere Versuche wurden durchgeführt, um den Einfluß der Teilchendurchmesser der Ausgangsstoffe auf die Lösungsgeschwindigkeit festzustellen. Hierzu wurden je 34 Gramm Preßkörper mit einem Durchmesser von 2,2 cm aus 5o % Mangan und 5o % Aluminium mit einer Dichte von etwa 3,5o + o,o5 g/cnr verwendet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle V enthalten.

Tabelle V

Lösungsgeschwindigkeit K bei 76o G Aluminium-Teilchen Durchmesser

Teilchendur JBneBser p,8^ mm o,835-o«2o8 mm o_t1o4 mm

mm -o,o69 -o,313

o,2o8 mm - -o,465

o,1o4 mm - -o,63

Die Tabelle zeigt, daß die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn der Grundstoff und der Lösungsbeschleuniger Teilchendurchmesser unter o,o833 mm haben. Vorzugsweise sollte der i'eilchendurchmesser unter q,2o8 mm liegen.

Auch die Abmessungen der Preßkörper, welche als Zusatzmittel dienen, sind von Einfluß auf die Lösungsgeschwindigkeit, nie Preßkörper aus Mischungen sollten in einer Dimension nicht mehr als etwa 2,2 cm groß, vorzugsweise nicht mehr als etwa 1,25 cm groß sein, d*h., daß bei zylindrischen Preßkörpern entweder der Durchmesser oder die Länge nicht mehr als 2,2 cm betragen sollten Die optimalen Abmessungen liegen zwischen etwa o,6 bis 1,25 cm.

Die Tabelle VI zeigt die Lösungsgeschwindigkeiten für zylindrische J^reßkörper mit einer Dichte von 3,4o ± o,15 g/cm⁵ aus elektrolytischem Mangan mit Teilchendurchmessern von o,1o4 mm und darunter und aus Aluminiumpulver mit Teilchendurchmessern von bis o,o43 mm.

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Tabelle VI Minimale Abmessung Lösungsgeschwindigkeit K bei 76o°C

0,6 cm -o,71

1,25 cm -o,64

1,8 cm -o,55

2,2 cm -o,3o

Die erfindungsgemäßen Zusatzmittel können nicht nur Aluminium, sondern auch anderen geschmolzenen Metallen zugesetzt werden, in welchen der Grundstoff löslich ist. Hierzu gehören außer Aluminium auch noch Titan, Eisen und Kupfer.

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Claims

Patentansprüche;

Zusatzmittel zu geschmolzenen Metallen oder Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß seine Dichte nicht mehr als 95 $ der theoretischen Dichte beträgt, daß es im wesentlichen aus einem zusammenhängenden Gemisch "besteht, daß es als Lösungsbeschleuniger fein verteiltes Al, Si, ein Gemisch dieser beiden Metall und/oder eine Legierung mit wenigstens 5o Gewichtsprozent eines oder beider Metalle enthält, daß es als Grundstoff fein verteiltes Mn, Cr₉ W, Mo, Ti, V, Fe, Co, Cu, |fi, Nb, Ta, Zr, Hf, Ag, Legierungen mit wenigstens 5o 0ew.-$ dieser Metall oder Gemische von zwei oder mehreren der genannten Stoffe enthält, wobei das Gemisch den nachstehenden zahlenmäßigen Formeln entspricht:

(A) jo wirksamer Grundstoff χ K₁ _ _q , . ....

fo wirksamer Lösungsbesohleuniger χ Kp '

(B) fo wirksamer Grundstoff = mindestens 2o

(C) io wirksamer Lösungsbeschleuniger = mindestens 2ο

worin K₁ die Gewichtsmenge des Grundstoffs in dem Zusatzmittel, Kp die Gewichtsmenge des Lösungsbeschleunigers in dem Zusatzmittel bedeuten, wobei der Gesamtgehalt des wirksamen Grundstoffs in dem Zusatzmittel nach folgenden Formeln berechnet wird:

4, Mn = G-e^Joh-tsmenge des Mn {$> des legierten Al im

^fi Gesamtgewicht des Grundstoffs Grundstoff + 2 χ # des

legierten Si im Grundstoff)

4 Ti Gewichtsmenge des Ti (1,25 χ # dee legier-

^/0 Gesamtgewicht des Grundstoffs ten Al im Grundstoff + 3 χ $ des legierten Si im 909838/1046 Grundstoff)

γ =

Gewichtsmenge des V

Gesamtgewicht des Grundstoffs (o,66 χ fo des legier^x ten Al im Grundstoff + 3 x io des legierten Si im Grundstoff)

Mo =

Gewichtsmenge des Mo Gesamtgewicht des Grundstoffs (1,25 x io des legier^x ten Al im Grundstoff + 2 χ $ des legierten Si im Grundstoff)

W =

Gewichtsmenge des W

Gesamtgewicht des Grundstoffs

(1,25 χ io des legierten Al im Grundstoff + 1o χ $ des legierten Si im Grundstoff)

+ % Oo =

Gewichtsmenge des Oo Gesamtgewicht des Grundstoffs

(2 χ io des legierten Al im Grundstoff + 2 χ io des legierten Si im Grundstoff)

Fe =

Gewichtsmenge des Pe

ng cn

Gesamtgewicht des Grundstoffs (o,66 χ io des legier^x ten Al im Grundstoff + 2 χ io des legierten Si im Grundstoff)

Or =

Gewichtsmenge des Or

eng
L cn

Gesamtgewicht des Grundstoffs (2 χ io des legierten Al im Grundstoff +. 2 χ io des legierten Si im Grundstoff)

Ni =

Gewichtsmenge des ITi Gesamtgewicht des Grundstoffs (2 χ /o des legierten Al im Grundstoff + 2 χ io des legierten Si im Grundstoff)

Zr =

Gewichtsmenge des Zr Gesamtgewicht des Grundstoffs (2 χ $ des legierten Al im Grundstoff + 3 x io des legierten Si im Grundstoff)

Ou =

Gewichtsme

snge .cht

des Ou

Gesamtgewient des Grundstoffs (4 χ io des legierten Al im Gründstoff +

15 x io des legierten Si im Grundstoff)

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_ Gewichtsmenge des Hf

Ag =

Fb =

Gesamtgewicht des Grundstoffes

Gewichtsmenge des Ag Gesamtgewicht des Grundstoffs

Gewichtsmenge des Fb Gesamtgewicht des Grundstoffs

Ta =

Gewichtsmenge des Ta

ih

Gesamtgewicht des Grundstoffs

(4 x $ des legierten Al im Grundstoff + 3 x % des legierten Si im Grundstoff)

(11 χ ^ des legierten Al im Grundstoff +

2 χ io des legierten Si im Grundstoff)

(1o χ i> des legierten Al im Grundstoff +

3 x io des legierten Si im Grundstoff)

(19 x ^ des legierten Al im Grundstoff + 3 x i» des legierten Si im Grundstoff)

und wobei der Gesamtgehalt des wirksamen Lösungsbeschleunigers in dem Zusatzmittel nach folgenden Formeln berechnet wird:

legiertes Mn im Lösungsbeschleuniger

legiertes Ti im Lösungsbeschleuniger

legiertes Mo im Lösungsbeschleuniger

legiertes W im Lösungsbeschleuniger

legiertes V im Lösungsbeschleuniger

% legiertes Oo im Lösungsbeschleuniger

$> legiertes Cr im Läsungsbeschleuniger

legiertes Hl im Lösungsbeschleuniger

legiertes Zr im Lösungsbeschleuniger

% legiertes Ou im Lösungsbeschleuniger

i* legiertes Hf im Lösungsbeschleuniger ?S*legii>rtes Ag im Lösungsbeschleuniger

legiertes Fb im Lösungsbeschleuniger

legiertes Ta im Lösungsbeschleuniger legiertes Ie im Lösungsbeschleuniger

Gewichts-^A1

Gesamtgewicht des
Lösungsbeschleuniger

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Si =

Gewichtsmenge Si ^

Gesamtgewicht des Lösungsbeaclileuniger

legiertes Mn im Lösungsbeschleuniger legiertes Ti im Lösungabs schleunig er legiertes V im Lösungsbeschleuniger legiertes Mo im Lösungsheschleuniger legiertes W im Lösungsbeschleuniger legiertes Oo imLösungsbeschleuniger legiertes Fe im Lösungsbeschleuniger legiertes Gr im Lösungsbeschleuniger legiertes Ni im Lösungsbeschleuniger legiertes Zr im Lösungsbeschleuniger legiertes Gu im Lösungsbeschleuniger legiertes Hf im Lösungsbeschleuniger legiertes Ag im Lösungsbeschleuniger legiertes Nb im Lösungsbeschleuniger legiertes Ta im Lösungsbeschleuniger
2. Zusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für (A) zwischen 2,33 und o,428 liegt.
3. Zusatzmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsgehalt an wirksamem Grundstoff praktisch gleich ist dem Gewichtsgehalt an wirksamem Lösungsbe&chleuniger und daß die Gesamtmenge des Grundstoffs (K₁) praktisch gleich ist der Gesamtmenge an Lösungsbeschleuniger (K₂).
4. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundstoff vorwiegend Mangan und der Lösungsbeschleuniger vorwiegend Aluminium ist.

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5. Zusatzmittel nach, einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch, gekennzeichnet, daß der Grundstoff vorwiegend öhrom und der Lösungsbeschleuniger vorwiegend Aluminium ist.
6. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 1 "bis 3» dadurch, gekennzeichnet, daß der Grundstoff vorwiegend Wolfram und der Lösungsbeschleuniger vorwiegend Aluminium ist.
7. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 1 Ms 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Grundstoff vorwiegend Molybdän und der Lösungsbeschleuniger vorwiegend Aluminium ist.
8. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 1 Ms 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundstoff vorwiegend ¥anadium und der Lösungsbeschleuniger vorwiegend Aluminium ist.
9. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch, gekennzeichnet, daß der Grundstoff vorwiegend Titan und der Lösungsbeschleuniger vorwiegend Aluminium ist.

1o. Verfahren zur Behandlung von geschmolzenen Metallen oder Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß man der Schmelze ein Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zusetzt.

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