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WO1995005489A1 - Process for treating metallic materials for casting - Google Patents

Process for treating metallic materials for casting Download PDF

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Publication number
WO1995005489A1
WO1995005489A1 PCT/EP1994/002695 EP9402695W WO9505489A1 WO 1995005489 A1 WO1995005489 A1 WO 1995005489A1 EP 9402695 W EP9402695 W EP 9402695W WO 9505489 A1 WO9505489 A1 WO 9505489A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
melt
treated
treatment agent
indicates
grain
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP1994/002695
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen SCHÄDLICH-STUBENRAUCH
Pejo Stojanov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to AU76531/94A priority Critical patent/AU7653194A/en
Publication of WO1995005489A1 publication Critical patent/WO1995005489A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys

Definitions

  • the invention relates to a process for the treatment of metallic casting materials, in particular for the grain refining of a metallic casting material such as aluminum, copper, magnesium, nickel, iron and / or alloys thereof, and / or for refining aluminum-silicon alloys in particular.
  • a metallic casting material such as aluminum, copper, magnesium, nickel, iron and / or alloys thereof, and / or for refining aluminum-silicon alloys in particular.
  • grain-refine metallic casting materials ie metals and / or metal alloys
  • the grain refinement of cast materials can in principle be achieved by two different measures, firstly by increasing the cooling rate (this is generally associated with subcooling the melt and thus increasing the number of bacteria) and secondly by introducing proprietary or Foreign germs as crystallization centers. Grain refinement by increasing the cooling rate is also referred to as homogeneous nucleation, while the introduction of (own or foreign) germs is also referred to as heterogeneous nucleation. Heterogeneous nucleation is sometimes referred to as "vaccination".
  • the refinement is used (exclusively) in the case of aluminum-silicon alloys in order to form the primary, coarse-grained silicon crystals which form to form fine-lamellar eutectic silicon.
  • these measures have an effect on improving the feed, mold filling and flow properties of the metal or metal alloy treated in this way. Furthermore, the susceptibility to hot cracks is reduced.
  • the improvement in the mechanical properties of the components and materials made from this material relates to their tensile strength, yield strength and elongation. Finally, this also results in an improvement in the surface of the manufactured components and materials, which is more uniform and smoother than without such a coating. action becomes.
  • treatment agent is also used in the following as a generic term for "grain refining agent” and "refining agent”.
  • the grain refinement or refinement of metals and / or metal alloys is carried out in such a way that the metal alloy to be treated is heated until it melts and the treatment agent is added in a solid form which is usually at room temperature.
  • the treatment agent itself consists of a carrier substance and one or more effective substances which contribute to grain refinement or refinement.
  • the carrier substance is generally the metal itself or the base metal of the metal alloy to be treated, whereas titanium, zirconium, rare earths, boron and / or carbon are used as germ-active substances, for example in aluminum and aluminum alloys. Strontium or sodium are often used for refining.
  • the grain refining agent supplied in the solid state of aggregation of the metal or metal alloy melt passes into the liquid state of aggregation except for its germ-active substances and is mixed with the metal or the metal alloy.
  • the mean diameters of these crystallites or particles are in the order of 5 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • Substances with a refining effect also dissolve in the aluminum alloy to be refined. During the solidification, they inhibit the growth of the primarily precipitated silicon crystals and thus have a refining effect on this brittle and sharp-edged structural phase.
  • aluminum-based master alloys with titanium, boron, carbon, zirconium and / or other rare earths are frequently used as grain refining agents.
  • these are overheated and poured into ingots, so that due to the relatively slow cooling in the ingot mold results in a coarse-grained structure, the primarily excreted, intermetallic, grain-refining phases being in needle form.
  • the nucleation phases in the master alloys for grain refinement of aluminum and aluminum alloys are Al 3 Ti and TiB 2 , which preferably occur in the structure of the master alloy at the grain boundaries or in the interdendritic spaces.
  • the alloyed and cast ingots, solidified with a coarsely crystalline structure, are then extruded or rolled in order to reduce the germ-effective Al 3 Ti particles in particular by means of forming technology.
  • This process has natural limits, so that the resulting grain sizes of the relatively hard Al 3 Ti particles are around 20 ⁇ m.
  • the formed grain fining agent is usually in wire form and is fed in this form to a metal or metal alloy melt to be refined. Even when the master alloy is poured into a continuously operating wire casting plant, relatively coarse-crystalline interdendritic phases still occur due to the solidification speed that occurs there. The same applies to the manufacture of finishing agents.
  • JP-A-62 133 037 describes a grain refining agent which is an aluminum-based master alloy.
  • the resulting crystallite sizes of the Al 3 Ti particles are given as ⁇ 10 ⁇ m and those of the TiB 2 particles as ⁇ 8 ⁇ m.
  • the cooling rate of the grain refining agent during its production is of the order of 100 K / s. Usually cooling rates of this type are achieved when pouring into metallic molds.
  • OS-DE-38 28 613 describes a method for producing one or more intermetallic compounds such as TiAl 3 , NiAl 3 and the like using a chamber, the outlet end of which is immersed in molten medium such as a molten metal and in which a plasma from the molten medium the outlet opening runs to a location above it.
  • molten medium such as a molten metal
  • a plasma from the molten medium the outlet opening runs to a location above it.
  • One or more components of the desired connection are fed to this location and converted into an overheated mist.
  • the components react with one another or with one or more components of the medium to form the desired compound.
  • a gas escapes from the chamber and improves the contact of the reaction participants, the reaction and also the transition into the medium.
  • the method according to the invention and the method mentioned here differ in that the aim of the method according to the invention is to introduce the melt treatment agent as effectively as possible into the material melt, the concentration of the melt treatment agent in the one to be treated Material melt is very low compared to the method mentioned.
  • the substances introduced by the method according to the invention should also not lead to any reinforcement.
  • the invention is based on the object of specifying a method for the fine treatment of metallic cast materials, in which the treated cast material has improved casting and / or mechanical properties and / or other improved usage properties.
  • the invention proposes a grain refining process for metals and / or metal alloys in which, according to the invention, the grain refining or refining agent is heated to a temperature before it is added to the melt of the material to be treated, which is greater than the temperature of the melt of the material to be treated.
  • the grain refining or refining agent is added to the metallic material to be treated in liquid and / or gaseous form, that is to say as a fluid.
  • the process according to the invention is to ensure that the temperature of the liquid treatment agent is higher than the temperature of the melt of the material to be treated.
  • the temperature must be so high that the high-melting phases of the liquid treatment agent are heated above their liquidus temperature.
  • the treatment agent is quenched when it is added to the melt of the casting material to be treated and cooled to the crystallization point (and preferably below) its grain-refining or refining phases.
  • the active substances can be dissolved more quickly (important in refining) and more effectively (applies in particular to large TiB2 and also AlTi3 particles).
  • the grain-refining or refining substances are preferably added directly as gas to the melt to be treated and finely distributed therein.
  • the substances having a grain-refining or refining effect are heated at least up to their evaporation point and then the substances to be treated Melt fed and finely distributed in it.
  • High-energy heating processes are suitable for heating, generating a plasma or arc.
  • Induction heaters can also be used.
  • the foregoing has a particularly advantageous effect with respect to the addition of the grain-refining substance boron. Due to the gaseous addition, boron is better distributed in the melt.
  • the gaseous addition of the melt treatment agent can be used optimally because its components are completely dissolved in the melt.
  • the temperature difference is at least 1.5 times the temperature of the melt of the material to be treated. This is expediently achieved in that the temperature of the material to be treated is close to its liquidus temperature, while the treatment agent to be added is greatly overheated.
  • the grain refining agent it is advantageously provided according to the invention to overheat the grain refining agent to 1,000 ° C. to 2,000 ° C. and the pure aluminum to be refined or the aluminum alloy to be refined, the melt temperature of which, depending on the composition of the alloy, at about 700 ° C. to 800 ° C. ° C, add overheated.
  • the grain refining agent is cooled rapidly when the grain refining agent is introduced into the metal or metal alloy melt.
  • nucleating crystal forms in the fine grain melt.
  • lite or particles whose diameter is preferably ⁇ 1 ⁇ m, most preferably ⁇ 0.5 ⁇ m and in particular less than 0.1 ⁇ m.
  • Al 3 Ti particles with an average size of ⁇ 2 ⁇ m and TiB 2 particles with an average size of 0 could , 5 ⁇ m in the solidified melt.
  • the grain density of this aluminum alloy which has been grain refined in accordance with the invention is at least 200 more than that density which, when using the same grain finisher, after the conventional addition in solid form to melt the material can be achieved.
  • the casting properties such as feeding, mold filling and fluidity are significantly improved. This is accompanied by a substantial reduction in the tendency to form hot cracks as well as an increase in tensile strength, yield strength and elongation, ie a noticeable improvement in the mechanical properties of the components made from the fine-grain aluminum alloy.
  • the number of nuclei per 1,000 cm 3 of the aluminum alloy grain-refined according to the invention is at least a factor of 100 higher than in the prior art, so that there is a saving in grain refining agent.
  • a tenth of the amount of the grain refining agent added by the process according to the invention already gives better results than with conventional addition of the grain refining agent to the material to be grain.
  • the grain refining agent is liquefied before being added to the melt of the material to be grain and is preferably heated to a temperature which is clearly above the highest liquidus temperature of the germ-active substance or substances contributing to grain refinement.
  • the melt of the material to be refined preferably has a temperature which is at or slightly above the liquidus temperature.
  • the particular advantage of the process according to the invention is that the large size of the crystallites, which represent the active substance in the melt treatment agent, no longer has any influence on the quality of the material treated, since the crystallites are completely dissolved.
  • concentrations of the active substances in the melt treatment agents for grain refinement or refinement are each increased far above the equilibrium concentration.
  • the concentration of the active substances in the melt treatment agents is limited because, at higher concentrations, phases precipitate which, on the one hand, have dimensions that are too large and, on the other hand, have undesired compositions.
  • the melt treatment agent is completely melted before it is added to the material melt to be treated, the concentration of the active substances in the melt treatment agent no longer plays a role. It is even possible to add the pure active substances to the material melt.
  • the dimensions of the active crystallites and phases of the melt treatment agent are expediently larger, in particular substantially larger than the crystallites acting for melt treatment. According to the invention, large crystallites of the treatment agent are melted completely. After The melt treatment agent used according to the invention can therefore have a very high concentration.
  • the liquid grain refining agent is preferably stirred with the melt of the material to be grain refined, which is done in particular mechanically, electromagnetically, piezoelectrically or by means of ultrasound. It is also conceivable to inject the liquid grain refining agent into the melt and mix it with the latter.
  • the grain refining agent can be liquefied by means of a plasma torch, inductively, by means of an arc or by means of ultrasound.
  • the grain refining agent and the material melt are expediently exposed to an inert atmosphere when the grain is heated and when the grain refining agent is introduced into the melt and when it is mixed with the same.
  • the grain refining agent is in the form of a rod or wire and is placed in a circuit with e.g. a high current source or a welding device and the melt is connected. Between the end of the one pole facing the melt and the surface of the melt, an arc is formed which liquefies the material of the other pole, ie the grain refining agent, when it is brought close enough to the melt. Continuous tracking of the pole with the grain lubricant means that the liquid introduction of grain lubricant into the melt is achieved in this way.
  • a further aspect of the invention described here is to be seen in the fact that the grain refining agent, regardless of its aggregate state, is supplied to the grain of the material to be grain to be melted at the time when this melt exhibits its strongest supercooling point. In any case, the grain refining agent should be added before the melting point of the melt.
  • the liquid grain refining agent is preferably added using a rotating feed pipe, in particular an impeller pipe, the lower end of which is immersed in the melt of the material to be refined.
  • impeller tubes are used for degassing material melts.
  • An inert gas is supplied to the impeller tube, which is supplied to the melt via the lower end of the impeller tube, which is designed in the manner of a pump impeller, when the impeller tube rotates.
  • the impeller tube is coaxially fed with grain refining agent in the form of a wire, which is drawn off from a feed roller and guided in the impeller tube up to the melt front.
  • An arc is formed between the melt connected as the anode and the end of the grain refining wire connected as the cathode facing the melt front, which melts the grain refining agent of the wire and allows it to drip onto the melt front.
  • Both a direct and an alternating current source can be used.
  • the liquefied grain refining agent gets into the melt and is advantageously evenly distributed therein.
  • the increased temperature in the area of the melt front increases the degassing effect, which leads to a further improvement in the material properties of the cast material in addition to the casting and mechanical improvements achievable by the liquid introduction of the grain refining agent.
  • a similar arrangement and mode of operation is also feasible for a finishing treatment of silicon-containing aluminum alloys.
  • the grain refining agent is expediently combined with the finishing agent in the form of a single wire, although the use of two or more wires or rods is also conceivable.
  • the semifinished products and products made from the grain-refined metal alloys have improved mechanical properties, in particular as far as the tensile strength, the yield strength and the elongation are concerned.
  • the feeding, mold-filling and fluidity of the liquid fine-grained aluminum alloy have made themselves noticeably noticeable.
  • fine-grained liquid aluminum alloys fill the molds much better due to their improved fluidity.
  • 1 is a micrograph of an aluminum investment casting component with conventional addition of the grain refining agent to the melt of the aluminum alloy to be grain refined
  • FIG. 2 shows a micrograph of an aluminum investment casting component when superheated grain refining agent is added in liquid form to the melt of the metal alloy to be refined
  • FIG. 3 shows a micrograph of an aluminum investment casting component when grain refining agent is added by melting the same from an electrode
  • FIG. 6 is a cross-sectional view through a melt bath with an impeller tube immersed therein to illustrate the addition of grain refining agent by melting an electrode and
  • FIG. 7 shows a temperature-time diagram for adding grain refining agent.
  • An aluminum alloy AlCu4Mg0.3 was melted in a conventional manner at 700 ° C.
  • a conventional grain refining agent alloy AlTi6 was melted separately in a separate induction crucible furnace and overheated to 1,100 ° C.
  • the overheated grain Finishing agent master alloy was poured into the aluminum alloy melt to be refined.
  • the content of titanium in the grain-fine alloy was set to 0.2% by weight.
  • the melt was then stirred, degassed and poured into a precision casting mold preheated to 300 ° C. 5 minutes after mixing at a temperature of 700 ° C. Samples of the cast were taken from cylinders with a diameter of 25 mm and examined metallographically.
  • the microstructure of the aluminum alloy which has been fine-grained in accordance with the above procedure is shown in FIG. 2.
  • a grain refining agent pre-alloy ALTi6 in the form of bars with a diameter of 10 mm was added to the above melt of the aluminum alloy AlCu4Mg0.3 and processed further under otherwise identical conditions. From the cast samples cast in the process, ground specimens were taken from cylinders with a diameter of 25 mm and examined metallographically. The associated micrograph is shown in Fig. 1. It can be clearly seen that the grain size in the grain refinement with liquid grain refinement agent is smaller and more uniform than in the conventional introduction of solid grain refinement agent into the melt to be grain refined.
  • Example 1 an aluminum alloy AlCu4Mg 0.3 was melted in an induction furnace and heated to 700 ° C. An aluminum-titanium pre-alloy AlTi6 was added to this melt, in such an amount that a titanium content of 0.2% by weight was obtained in the alloy to be refined.
  • the grain refining agent is added in such a way that the conventionally available AlTi6 grain refining agent is connected as a melting electrode with a diameter of 3 mm in a circuit which consisted of the melt to be grain refined as the first pole and a welding current source with which the melting electrode electrically connected as the second pole was bound.
  • the front end of the melting electrode which was brought up to the melt, was overheated by means of the arc which forms under an argon protective gas atmosphere and dripped into the melt.
  • the drops of superheated aluminum-titanium master alloy were stirred into the melt.
  • the melt was degassed and poured into a precision casting mold preheated to 300 ° C. at a casting temperature of 750 ° C. Cut specimens of cylinders with a diameter of 25 mm were examined metallographically. The micrograph of one of these samples is shown in Fig. 3.
  • the grain refining agent which was also an aluminum-titanium pre-alloy AlTi6, was added according to the temperature regime shown in FIG. 4.
  • the grain refining agent was heated to an overheating temperature T o of over 1,000 ° C.
  • T o overheating temperature
  • the aluminum alloy AlCu4MgO, 3 to be refined was at the lowest possible level, and only just above its liquidus temperature T L. This ensured the greatest possible quenching effect of the superheated grain refining agent.
  • the melt mixed with grain refining agent was heated to the optimum casting temperature T G and poured (time t G ).
  • the grain-fine alloy is produced as described in the previous example 3. After the grain-fine aluminum alloy has cooled and solidified, the alloy is reheated in the liquidus-solidus area between the liquidus temperature T L and the solidus temperature T s according to FIG. 5 Because of the globulitic structure of the structural bodies, it was possible to carry out a shaping in this temperature range. That with the temperature regime and the addition of grain refining agent according to FIGS. 4 and 5 grain-fine alloy material had finer globulites, which resulted in a changed rheological behavior of the alloy during processing.
  • the arrangement 10 schematically shows an arrangement 10 for introducing superheated drops of grain refining agent by means of a melting electrode.
  • the arrangement 10 has a rotating impeller tube 12 which is known per se and which is provided with a concentric drive pulley 14 which is driven by a belt drive 16.
  • the lower end of the impeller tube 12 carries the impeller wheel 18, which is designed in the manner of a pump impeller and has a plurality of passages 20 leading radially outwards. All passages 20 are connected to a central space 22 of the impeller wheel 18, which is open to the inside of the impeller tube 12.
  • the impeller wheel 18 and the lower section of the impeller tube 12 are immersed in a material melt 24, which is located in a crucible 26.
  • a stationary rotary leadthrough 28 coaxially surrounding the impeller tube 12 for supplying inert gas through radial passages 30 in the region of the rotary leadthrough 28.
  • Another rotary leadthrough is arranged centrally on the upper end 32 of the impeller tube 12 which is closed at the end.
  • This rotary leadthrough 32 serves to lead a wire electrode 36 made of grain refining agent removed from a supply roll 34.
  • the electrode 36 is guided coaxially to the impeller tube 12 and is arranged with its lower end 38 opposite the melt front 40 in the central space 22 of the impeller wheel 18.
  • the melt 24 is supplied with inert gas, which is introduced into the melt 24 via the passages 22 in the impeller wheel 18. This corresponds to the normal procedure for degassing melts with the help of impeller tube arrangements. If the melt 24 is now switched as the anode and the grain refinement electrode 36 as the cathode and both are fed by a welding current source, an arc 42 is formed between the melt front 40 and the lower end 38 of the grain refinement electrode 36, which material of the grain refinement Brings electrode 36 for melting and dripping into the melt 24 of the central space 22 of the impeller wheel 18.
  • the grain refining agent is preferably added within the period of time ⁇ t z during which the melt has a temperature which is the same or less is than the solidus temperature T s and is greater than or equal to the crystallization temperature T ⁇ .

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Abstract

In a grain refining process of metallic materials for casting, in particular aluminium, copper, nickel, cobalt, iron and/or alloys of said materials, or in a refining process of aluminium-silicium alloys, the material for casting to be treated is heated until it melts and the molten mass treating agent is added after the molten mass is heated up to a temperature higher than the melting temperature of the material for casting. The molten mass treating agent is thus quenched when it is introduced into the molten mass and the active substances are substantially better dissolved in the material to be treated. This favours grain refining and refinement, so that the molten mass treating agent has a substantially finer structure after the molten mass of material solidifies than that obtained by previously used processes.

Description

Verfahren zur Behandlung von metallischen GußwerkstoffenProcess for the treatment of metallic cast materials

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von metal¬ lischen Gußwerkstoffen, insbesondere zum Kornfeinen eines metallischen Gußwerkstoffs wie Aluminium, Kupfer, Magnesium, Nickel, Eisen und/oder Legierungen aus diesen, und/oder zum Veredeln von insbesondere Aluminium-Silizium-Legierungen.The invention relates to a process for the treatment of metallic casting materials, in particular for the grain refining of a metallic casting material such as aluminum, copper, magnesium, nickel, iron and / or alloys thereof, and / or for refining aluminum-silicon alloys in particular.

Es ist bekannt, metallische Gußwerkstoffe, d.h. Metalle und/ oder Metallegierungen, kornzufeinen, um ihre gießtechnischen Eigenschaften und/oder die mechanischen Eigenschaften der aus den korngefeinten Gußwerkstoffen gefertigten Bauteile zu ver¬ bessern. Die Kornfeinung von Gußwerkstoffen kann grundsätzlich durch zwei verschiedene Maßnahmen erzielt werden, nämlich zum einen durch Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit (damit ver¬ bunden ist im allgemeinen eine Unterkühlung der Schmelze und damit eine Erhöhung der Keimzahl) und zum anderen durch Ein¬ bringen von Eigen- oder Fremdkeimen als Kristallisationszent¬ ren. Die Kornfeinung durch Erhöhung der Abkühlungsgeschwindig¬ keit wird auch als homogene Keimbildung bezeichnet, während das Einbringen von (Eigen- oder Fremd-)Keimen auch als heterogene Keimbildung bezeichnet wird. Die heterogene Keimbildung wird mitunter auch als "Impfen" bezeichnet. Das Veredeln wird (aus¬ schließlich) bei Aluminium-Silizium-Legierungen angewendet, um die sich bildenden primären, grobkörnigen Siliziumkristalle zu feinlamellarem eutektischem Silizium zu formieren. Gießtech¬ nisch wirken sich diese Maßnahmen in einer Verbesserung des Speisungs-, Formfüllungs- und Fließvermögens des derart behan¬ delten Metalls bzw. der Metallegierung aus. Ferner wird die Warmrißanfälligkeit vermindert. Die Verbesserung der mechani¬ schen Eigenschaften der aus diesem Material gefertigten Bau¬ teile und Werkstoffe betrifft deren Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung. Schließlich wirkt sich dies auch in einer Verbes¬ serung der Oberfläche der gefertigten Bauteile und Werkstoffe aus, die gleichmäßiger und glatter als ohne eine derartige Be- handlung wird. Der Begriff "Behandlungsmittel" wird im folgen¬ den auch als Oberbegriff für "Kornfeinungsmittel" und "Verede¬ lungsmittel" verwendet.It is known to grain-refine metallic casting materials, ie metals and / or metal alloys, in order to improve their casting properties and / or the mechanical properties of the components made from the grain-refined casting materials. The grain refinement of cast materials can in principle be achieved by two different measures, firstly by increasing the cooling rate (this is generally associated with subcooling the melt and thus increasing the number of bacteria) and secondly by introducing proprietary or Foreign germs as crystallization centers. Grain refinement by increasing the cooling rate is also referred to as homogeneous nucleation, while the introduction of (own or foreign) germs is also referred to as heterogeneous nucleation. Heterogeneous nucleation is sometimes referred to as "vaccination". The refinement is used (exclusively) in the case of aluminum-silicon alloys in order to form the primary, coarse-grained silicon crystals which form to form fine-lamellar eutectic silicon. In terms of casting technology, these measures have an effect on improving the feed, mold filling and flow properties of the metal or metal alloy treated in this way. Furthermore, the susceptibility to hot cracks is reduced. The improvement in the mechanical properties of the components and materials made from this material relates to their tensile strength, yield strength and elongation. Finally, this also results in an improvement in the surface of the manufactured components and materials, which is more uniform and smoother than without such a coating. action becomes. The term "treatment agent" is also used in the following as a generic term for "grain refining agent" and "refining agent".

Herkömmlicherweise wird bei der Kornfeinung bzw. der Veredelung von Metallen und/oder Metallegierungen derart verfahren, daß die zu behandelnde Metallegierung bis zum Schmelzen erwärmt wird und das Behandlungsmittel in fester und zumeist auf Raum¬ temperatur befindlicher Form zugegeben wird. Das Behandlungs- mittel selbst besteht aus einer Trägersubstanz und ein oder mehreren zur Kornfeinung bzw. Veredelung beitragender, wirk¬ samer Substanzen. Bei der Trägersubstanz handelt es sich im allgemeinen um das Metall selbst bzw. das Basismetall der zu behandelnden Metallegierung, wohingegen als keimwirksame Sub¬ stanzen beispielsweise bei Aluminium und Aluminiumlegierungen Titan, Zirkonium, seltene Erden, Bor und/oder Kohlenstoff ver¬ wendet wird. Zur Veredelung werden oft Strontium oder Natrium eingesetzt. Das im festen Aggregatzustand der Metall- bzw. Metallegierungsschmelze zugeführte Kornfeinungsmittel geht in der Schmelze bis auf seine keimwirksamen Substanzen in den flüssigen Aggregatzustand über und wird mit dem Metall bzw. der Metallegierung vermischt. Bei der Abkühlung der Metall- bzw. Metalllegierungsschmelze bilden sich aufgrund der keimwirksamen Substanzen Kristallisationszentren. Die mittleren Durchmesser dieser Kristallite bzw. Partikel liegen in der Größenordnung von 5 μm bis 200 μm. Veredelnd wirkenden Substanzen lösen sich ebenfalls in der zu veredelnden Aluminiumlegierung auf. Während der Erstarrung hemmen sie das Wachstum der primär ausgeschiede¬ nen Siliziumkristalle und wirken somit verfeinernd auf diese spröde und scharfkantige Gefügephase.Conventionally, the grain refinement or refinement of metals and / or metal alloys is carried out in such a way that the metal alloy to be treated is heated until it melts and the treatment agent is added in a solid form which is usually at room temperature. The treatment agent itself consists of a carrier substance and one or more effective substances which contribute to grain refinement or refinement. The carrier substance is generally the metal itself or the base metal of the metal alloy to be treated, whereas titanium, zirconium, rare earths, boron and / or carbon are used as germ-active substances, for example in aluminum and aluminum alloys. Strontium or sodium are often used for refining. The grain refining agent supplied in the solid state of aggregation of the metal or metal alloy melt passes into the liquid state of aggregation except for its germ-active substances and is mixed with the metal or the metal alloy. When the metal or metal alloy melt cools, crystallization centers form due to the germ-active substances. The mean diameters of these crystallites or particles are in the order of 5 μm to 200 μm. Substances with a refining effect also dissolve in the aluminum alloy to be refined. During the solidification, they inhibit the growth of the primarily precipitated silicon crystals and thus have a refining effect on this brittle and sharp-edged structural phase.

Zur Kornfeinung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen werden häufig als Kornfeinungsmittel Vorlegierungen auf Aluminiumbasis mit Titan, Bor, Kohlenstoff, Zirkonium und/oder anderen selte¬ nen Erden benutzt. Bei der Herstellung der Vorlegierungen wer¬ den diese überhitzt und in Masseln gegossen, so daß aufgrund der relativ langsamen Abkühlung in der Masselkokille ein grob¬ körniges Gefüge entsteht, wobei die primär ausgeschiedenen, intermetallischen, kornfeinend wirkenden Phasen in Nadelform vorliegen. Die keimbildenden Phasen bei den Vorlegierungen zur Kornfeinung von Aluminium und Aluminiumlegierungen sind Al3Ti und TiB2, die im Gefüge der Vorlegierung vorzugsweise auf den Korngrenzen bzw. in den interdendritischen Räumen auftreten. Die legierten und gegossenen, mit grobkristallinem Gefüge er¬ starrten Barren werden anschließend stranggepreßt bzw. gewalzt, um auf umformtechnischem Wege insbesondere die keimwirksamen Al3Ti-Partikel zu verkleinern. Dieses Verfahren hat natürliche Grenzen, so daß die resultierenden Korngrößen der relativ har¬ ten Al3Ti-Partikel bei etwa 20 μm liegen. Das umgeformte Korn¬ feinungsmittel liegt zumeist in Drahtform vor und wird in die¬ ser Form einer kornzufeinenden Metall- oder Metallegierungs- schmelze zugeführt. Auch beim Gießen der Vorlegierung in eine kontinuierlich arbeitende Drahtgießanlage entstehen aufgrund der dort auftretenden Erstarrungsgeschwindigkeit immer noch relativ grobkristalline interdendritische Phasen. Gleiches gilt auch für die Herstellung von Veredelungsmitteln.For grain refinement of aluminum or aluminum alloys, aluminum-based master alloys with titanium, boron, carbon, zirconium and / or other rare earths are frequently used as grain refining agents. During the production of the master alloys, these are overheated and poured into ingots, so that due to the relatively slow cooling in the ingot mold results in a coarse-grained structure, the primarily excreted, intermetallic, grain-refining phases being in needle form. The nucleation phases in the master alloys for grain refinement of aluminum and aluminum alloys are Al 3 Ti and TiB 2 , which preferably occur in the structure of the master alloy at the grain boundaries or in the interdendritic spaces. The alloyed and cast ingots, solidified with a coarsely crystalline structure, are then extruded or rolled in order to reduce the germ-effective Al 3 Ti particles in particular by means of forming technology. This process has natural limits, so that the resulting grain sizes of the relatively hard Al 3 Ti particles are around 20 μm. The formed grain fining agent is usually in wire form and is fed in this form to a metal or metal alloy melt to be refined. Even when the master alloy is poured into a continuously operating wire casting plant, relatively coarse-crystalline interdendritic phases still occur due to the solidification speed that occurs there. The same applies to the manufacture of finishing agents.

Aus GB-A-2 243 374 ist es bekannt, einer zu feinenden Schmelze kornfeinend wirkende Elemente wie C, S, P und N zuzuführen. Die Korngröße der daraus resultierenden Karbide, Sulfide, Phosphi- de, Nitride und Boride in dem Kornfeinungsmittel können auf Werte unter 5 μm gebracht werden. Der Nachteil dieses Verfah¬ rens ist, daß die oben genannten Phasen teilweise in hochwerti¬ gen Legierungen nicht erwünscht sind.From GB-A-2 243 374 it is known to supply grain-refining elements such as C, S, P and N to a melt to be refined. The grain size of the resulting carbides, sulfides, phosphides, nitrides and borides in the grain refining agent can be brought to values below 5 μm. The disadvantage of this process is that the phases mentioned above are sometimes not desired in high-quality alloys.

In JP-A-62 133 037 ist ein Kornfeinungsmittel beschrieben, bei dem es sich um eine Vorlegierung auf Aluminiumbasis handelt. Die resultierenden Kristallitgrößen der Al3Ti-Partikel werden mit < 10 μm und diejenigen der TiB2-Partikel mit < 8 μm ange¬ geben. Die Abkühlrate des Kornfeinungsmittels bei seiner Her¬ stellung liegt in der Größenordnung von 100 K/s. Üblicherweise werden derartige Abkühlraten beim Gießen in metallische Kokil¬ len erreicht.JP-A-62 133 037 describes a grain refining agent which is an aluminum-based master alloy. The resulting crystallite sizes of the Al 3 Ti particles are given as <10 μm and those of the TiB 2 particles as <8 μm. The cooling rate of the grain refining agent during its production is of the order of 100 K / s. Usually cooling rates of this type are achieved when pouring into metallic molds.

Die OS-DE-38 28 613 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer oder mehrerer intermetallischer Verbindungen wie TiAl3, NiAl3 und dergleichen unter Verwendung einer Kammer, deren Austrittsende in geschmolzenes Medium wie eine Metallschmelze eingetaucht ist und in der ein Plasma vom geschmolzenen Medium an der Austrittsöffnung zu einem Ort oberhalb derselben ver¬ läuft. Ein oder mehrere Bestandteile der erwünschten Verbindung werden diesem Ort zugeführt und zu einem überhitzten Nebel um¬ gewandelt. Die Bestandteile reagieren miteinander oder mit einem oder mehreren Bestandteilen des Mediums zur Bildung der gewünschten Verbindung. Ein Gas entweicht der Kammer und ver¬ bessert den Kontakt der Reaktionsteilnnehmer, die Reaktion und auch den Übergang in das Medium. Diese Schrift befaßt sich ausschließlichmit der Herstellung intermetallischerVerbindun¬ gen und zieht in keiner Weise die Schmelzebehandlung durch Kornfeinung oder Veredelung in Erwägung. Wenn auch von inter¬ metallischen Verbindungen die Rede ist, so unterscheiden sich das erfindungsgemäße Verfahren und das hier genannte Verfahren dahingehend, daß das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ein möglichst effektives Einbringen des Schmelzebehandlungsmittels in die Werkstoffschmelze ist, wobei die Konzentration des Schmelzebehandlungsmittels in der zu behandelnden Werkstoff¬ schmelze im Vergleich zu dem genannten Verfahren sehr gering ist. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eingebrachten Substanzen sollen auch zu keinerlei Verstärkung führen.OS-DE-38 28 613 describes a method for producing one or more intermetallic compounds such as TiAl 3 , NiAl 3 and the like using a chamber, the outlet end of which is immersed in molten medium such as a molten metal and in which a plasma from the molten medium the outlet opening runs to a location above it. One or more components of the desired connection are fed to this location and converted into an overheated mist. The components react with one another or with one or more components of the medium to form the desired compound. A gas escapes from the chamber and improves the contact of the reaction participants, the reaction and also the transition into the medium. This document deals exclusively with the production of intermetallic compounds and in no way takes into account the melt treatment by grain refinement or refinement. If there is also talk of intermetallic compounds, the method according to the invention and the method mentioned here differ in that the aim of the method according to the invention is to introduce the melt treatment agent as effectively as possible into the material melt, the concentration of the melt treatment agent in the one to be treated Material melt is very low compared to the method mentioned. The substances introduced by the method according to the invention should also not lead to any reinforcement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum feinenden Behandeln von metallischen Gußwerkstoffen anzugeben, bei dem der behandelte Gußwerkstoff verbesserte gießtechnische und/oder mechanische Eigenschaften und/oder andere verbesserte Gebrauchseigenschaften aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Kornfei- nungsverfahren für Metalle und/oder Metallegierungen vorge¬ schlagen, bei dem erfindungsgemäß das Kornfeinungs- bzw. Ver¬ edelungsmittel vor seiner Zugabe zur Schmelze des zu behandeln¬ den Werkstoffs auf eine Temperatur erhitzt wird, die größer ist als die Temperatur der Schmelze des zu behandelnden Werkstoffs.The invention is based on the object of specifying a method for the fine treatment of metallic cast materials, in which the treated cast material has improved casting and / or mechanical properties and / or other improved usage properties. To achieve this object, the invention proposes a grain refining process for metals and / or metal alloys in which, according to the invention, the grain refining or refining agent is heated to a temperature before it is added to the melt of the material to be treated, which is greater than the temperature of the melt of the material to be treated.

Nach der Erfindung wird das Kornfeinung- bzw Veredelungsmittel dem zu behandelnden metallischen Werkstoff flüssig und/oder gasförmig, also als Fluid zugegeben. Dabei ist nach dem erfin¬ dungsgemäßen Verfahren dafür zu sorgen, daß die Temperatur des flüssigen Behandlungsmittels größer ist als die Temperatur der Schmelze des zu behandelnden Werkstoffs. Insbesondere muß die Temperatur so hoch sein, daß auch die hochschmelzenden Phasen des flüssigen Behandlungsmittels über ihrer Liquidus-Temperatur erhitzt sind. Bei der Zugabe des Behandlungsmittels kommt es zu einem Abschreckeffekt des Behandlungsmittels. Das Behand¬ lungsmittels erfährt also eine schlagartige Abkühlung, wenn es in die Schmelze des zu behandelnden Werkstoffs eingebracht wird.According to the invention, the grain refining or refining agent is added to the metallic material to be treated in liquid and / or gaseous form, that is to say as a fluid. In this case, the process according to the invention is to ensure that the temperature of the liquid treatment agent is higher than the temperature of the melt of the material to be treated. In particular, the temperature must be so high that the high-melting phases of the liquid treatment agent are heated above their liquidus temperature. When the treatment agent is added, the treatment agent is quenched. The treatment agent is suddenly cooled when it is introduced into the melt of the material to be treated.

Erfindungsgemäß wird das Behandlungsmittels bei seiner Zugabe zur Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs abgeschreckt und bis zum Kristallisationspunkt (und vorzugsweise darunter) sei¬ ner kornfeinend bzw. veredelnd wirkenden Phasen abgekühlt.According to the invention, the treatment agent is quenched when it is added to the melt of the casting material to be treated and cooled to the crystallization point (and preferably below) its grain-refining or refining phases.

Mit der erfindungsgemäßen flüssigen Zugabe des Behandlungsmit¬ tels lassen sich die wirksamen Substanzen schneller (beim Ver¬ edeln wichtig) und effektiver (gilt insbesondere für große TiB2- und auch AlTi3-Partikel) auflösen.With the liquid addition of the treatment agent according to the invention, the active substances can be dissolved more quickly (important in refining) and more effectively (applies in particular to large TiB2 and also AlTi3 particles).

Vorzugsweise werden die kornfeinend oder veredelnd wirkenden Substanzen direkt als Gas der zu behandelnden Schmelze zugege¬ ben und in ihr fein verteilt. Insbesondere werden die kornfei¬ nend oder veredelnd wirkenden Substanzen mindestens bis zu ihrem Verdampfungspunkt erhitzt und dann der zu behandelnden Schmelze zugeführt und in ihr fein verteilt. Für die Erwärmung eignen sich hochenergetische Erhitzungsverfahren unter Erzeu¬ gung eines Plasmas bzw. Lichtbogens. Auch Induktionsheizungen sind anwendbar. Das Vorstehende wirkt sich insbesondere vor¬ teilhaft in Bezug auf die Zugabe der kornfeinend wirkenden Substanz Bor aus. Durch die gasförmige Zugabe verteilt sich Bor in der Schmelze besser. Durch die gasförmige Zugabe des Schmel¬ zebehandlungsmittels kann dieses optimal genutzt werden, weil seine Bestandteile vollständig in der Schmelze aufgelöst sind.The grain-refining or refining substances are preferably added directly as gas to the melt to be treated and finely distributed therein. In particular, the substances having a grain-refining or refining effect are heated at least up to their evaporation point and then the substances to be treated Melt fed and finely distributed in it. High-energy heating processes are suitable for heating, generating a plasma or arc. Induction heaters can also be used. The foregoing has a particularly advantageous effect with respect to the addition of the grain-refining substance boron. Due to the gaseous addition, boron is better distributed in the melt. The gaseous addition of the melt treatment agent can be used optimally because its components are completely dissolved in the melt.

Vorteilhafterweisebeträgt derTemperaturunterschiedmindestens das 1,5-fache der Temperatur der Schmelze des zu behandelnden Werkstoffs. Dies wird zweckmäßigerweise dadurch erreicht, daß die Temperatur des zu behandelnden Werkstoffs in der Nähe sei¬ ner Liquidus-Temperatur liegt, während das zuzugebende Behand¬ lungsmittels stark überhitzt wird. Bei der Kornfeinung von Äluminiumlegierungen ist mit Vorteil nach der Erfindung vor¬ gesehen, das Kornfeinungsmittel auf 1.000 °C bis 2.000 °C zu überhitzen und dem kornzufeinenden Reinaluminium öder der kornzufeinenden Aluminiumlegierung, deren Schmelzentemperatur je nach Zusammensetzung der Legierung bei etwa 700 °C bis 800 °C liegt, überhitzt zuzugeben. Da der Zusatz an Kornfei¬ nungsmittel beim Kornfeinen von Werkstoffen in derart kleinen Mengen erfolgt, daß dadurch kein merklicher Legierungseffekt des kornzufeinenden Gußwerkstoffs beobachtbar ist, kann davon ausgegangen werden, daß genügend Schmelzenmasse zur raschen Abkühlung des stark überhitzten Kornfeinungsmittels vorhanden ist. Überschlagsweise ergeben sich bei dem obigen Beispiel Abkühlraten für das flüssige Kornfeinungsmittel von mindestens 500 K/s bis 1.000 K/s in der Gußwerkstoff-Schmelze.Advantageously, the temperature difference is at least 1.5 times the temperature of the melt of the material to be treated. This is expediently achieved in that the temperature of the material to be treated is close to its liquidus temperature, while the treatment agent to be added is greatly overheated. In the grain refining of aluminum alloys it is advantageously provided according to the invention to overheat the grain refining agent to 1,000 ° C. to 2,000 ° C. and the pure aluminum to be refined or the aluminum alloy to be refined, the melt temperature of which, depending on the composition of the alloy, at about 700 ° C. to 800 ° C. ° C, add overheated. Since the addition of grain refining agents takes place in such small amounts when grain refining of materials that no noticeable alloy effect of the casting material to be refined is observable, it can be assumed that there is sufficient melt mass for rapid cooling of the strongly overheated grain refining agent. In the above example, cooling rates for the liquid grain refinement of at least 500 K / s to 1,000 K / s in the cast material melt result.

Aufgrund des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehenen Temperaturbudgets kommt es beim Einbringen des Kornfeinungsmit¬ tels in die Metall- bzw. Metallegierungsschmelze zu einer raschen Abkühlung des Kornfeinungsmittels. Als Folge davon bilden sich in der korngefeinten Schmelze keimwirksame Kristal- lite bzw. Partikel, deren Durchmesser vorzugsweise < 1 μm, hochstvorzugsweise < 0,5 μm und insbesondere unter 0, 1 μm liegt.Due to the temperature budget provided by the method according to the invention, the grain refining agent is cooled rapidly when the grain refining agent is introduced into the metal or metal alloy melt. As a result, nucleating crystal forms in the fine grain melt. lite or particles whose diameter is preferably <1 μm, most preferably <0.5 μm and in particular less than 0.1 μm.

Bei einer Aluminiumlegierung, die mit einer Aluminium-Titan- Bor-Vorlegierung als Kornfeinungsmittel nach dem erfindungsge¬ mäßen Verfahren korngefeint worden ist, konnten Al3Ti-Partikel mit einer mittleren Größe < 2 μm und TiB2-Partikel mit einer mittleren Größe von 0,5 μm in der erstarrten Schmelze festge¬ stellt werden. Damit ergibt sich eine Verringerung der resul¬ tierenden Korngröße der Aluminiumlegierung nach der Kornfeinung um mindestens den Faktor 3. Die Korndichte dieser erfindungsge¬ mäß korngefeinten Aluminiumlegierung liegt um mindestens 200 über derjenigen Dichte, die bei Verwendung des gleichen Korn¬ feinungsmittels nach der herkömmlichen Zugabe in fester Form zur Schmelze des Werkstoffs erzielbar ist. Aufgrund der wesent¬ lichverbesserten Kornfeinung der korngefeintenAluminiumlegie¬ rung sind die gießtechnischen Eigenschaften wie Speisungs-, Formfüllungs- und Fließvermögen wesentlich verbessert. Damit einher geht auch eine wesentliche Verringerung der Warmrißnei¬ gung sowie eine Steigerung der Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung, d.h. eine merkliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der aus der korngefeinten Aluminiumlegierung gefertigten Bauteile. Die Anzahl der Keime pro 1.000 cm3 der erfindungsgemäßkorngefeintenAluminiumlegierung istmindestens um den Faktor 100 höher als im Stand der Technik, so daß eine Einsparung von Kornfeinungsmittel resultiert. Ein Zehntel der Menge des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zugegebenen Kornfeinungsmittels bringt bereits bessere Ergebnisse als bei konventioneller Zugabe des Kornfeinungsmittels zum kornzufei¬ nenden Werkstoff. Damit verbunden ist eine umweltfreundliche, emissionsarme Anwendung des Kornfeinungsmittels sowie eine energie- und rohstoffsparende Herstellung kornzufeinender Legierungen. Vorteilhafterweise wird das Kornfeinungsmittel vor der Zugabe zur Schmelze des kornzufeinenden Werkstoffs verflüssigt und dabei vorzugsweise auf eine Temperatur erhitzt, die deutlich über der höchsten Liquidus-Temperatur der zur Kornfeinung bei¬ tragenden keimwirkenden Substanz bzw. Substanzen liegt. Die Schmelze des kornzufeinenden Werkstoffs weist vorzugsweise eine Temperatur auf, die bei der Liquidus-Temperatur oder geringfü¬ gig darüber liegt.In the case of an aluminum alloy which has been grain-refined using an aluminum-titanium-boron master alloy as a grain refining agent using the process according to the invention, Al 3 Ti particles with an average size of <2 μm and TiB 2 particles with an average size of 0 could , 5 μm in the solidified melt. This results in a reduction in the resulting grain size of the aluminum alloy after grain refinement by at least a factor of 3. The grain density of this aluminum alloy which has been grain refined in accordance with the invention is at least 200 more than that density which, when using the same grain finisher, after the conventional addition in solid form to melt the material can be achieved. Due to the significantly improved grain refinement of the grain-refined aluminum alloy, the casting properties such as feeding, mold filling and fluidity are significantly improved. This is accompanied by a substantial reduction in the tendency to form hot cracks as well as an increase in tensile strength, yield strength and elongation, ie a noticeable improvement in the mechanical properties of the components made from the fine-grain aluminum alloy. The number of nuclei per 1,000 cm 3 of the aluminum alloy grain-refined according to the invention is at least a factor of 100 higher than in the prior art, so that there is a saving in grain refining agent. A tenth of the amount of the grain refining agent added by the process according to the invention already gives better results than with conventional addition of the grain refining agent to the material to be grain. Associated with this is an environmentally friendly, low-emission application of the grain refining agent as well as an energy and raw material saving production of grain refining alloys. Advantageously, the grain refining agent is liquefied before being added to the melt of the material to be grain and is preferably heated to a temperature which is clearly above the highest liquidus temperature of the germ-active substance or substances contributing to grain refinement. The melt of the material to be refined preferably has a temperature which is at or slightly above the liquidus temperature.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die große der Kristallite, die die wirksame Substanz im dem Schmelzebehandlungsmittel repräsentieren, keinen Einfluß mehr auf die Qualität des behandelten Werkstoffes mehr ausübt, da die Kristallite vollständig aufgelöst werden.The particular advantage of the process according to the invention is that the large size of the crystallites, which represent the active substance in the melt treatment agent, no longer has any influence on the quality of the material treated, since the crystallites are completely dissolved.

Einweiterer, insbesondere wirtschaftlich interessanterVorteil ergibt sich vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn die Konzentrationen der wirksamen Substanzen in den Schmelzebe¬ handlungsmitteln zur Kornfeinung bzw. Veredelung jeweils weit über die Gleichgewichtskonzentration hinaus erhöht wird. Die Konzentration der wirksamen Substanzen in den Schmelzebehand¬ lungsmitteln ist begrenzt, weil sich bei höheren Konzentratio¬ nen Phasen ausscheiden, die zum einen zu große Abmessungen aufweisen und zum anderen ungewünschte Zusammensetzungen be¬ sitzen. Da nun aber das Schmelzebehandlungsmittel vor seiner Zugabe zur zu behandelnden Werkstoffschmelze vollständig aufge¬ schmolzen wird, spielt die Konzentration der wirksamen Substan¬ zen im Schmelzebehandlungsittel keine Rolle mehr. Es ist sogar möglich, die reinen Wirksubstanzen der Werkstoffschmelze zuzu¬ geben.Another, in particular economically interesting, advantage results from the method according to the invention if the concentrations of the active substances in the melt treatment agents for grain refinement or refinement are each increased far above the equilibrium concentration. The concentration of the active substances in the melt treatment agents is limited because, at higher concentrations, phases precipitate which, on the one hand, have dimensions that are too large and, on the other hand, have undesired compositions. However, since the melt treatment agent is completely melted before it is added to the material melt to be treated, the concentration of the active substances in the melt treatment agent no longer plays a role. It is even possible to add the pure active substances to the material melt.

Zweckmäßigerweise sind die Abmessungen der wirksamen Kristal¬ lite und Phasen des Schmelzebehandlungsmittels größer, insbe¬ sondere wesentlich größer als die zur Schmelzebehandlung wir¬ kenden Kristallite. Erfindungsgemäß werden große Kristallite des Behandlungsmittels vollständig aufgeschmolzen. Nach der Erfindung eingesetztes Schmelzebehandlungsmittel kann also eine recht hohe Konzentration aufweisen.The dimensions of the active crystallites and phases of the melt treatment agent are expediently larger, in particular substantially larger than the crystallites acting for melt treatment. According to the invention, large crystallites of the treatment agent are melted completely. After The melt treatment agent used according to the invention can therefore have a very high concentration.

Vorzugsweise wird das flüssige Kornfeinungsmittel mit der Schmelze des kornzufeinenden Werkstoffs verrührt, was insbeson¬ dere mechanisch, elektromagnetisch, piezoelektrisch oder mit¬ tels Ultraschall erfolgt. Es ist auch denkbar, das flüssige Kornfeinungsmittel in die Schmelze einzuspritzen und mit dieser zu vermischen.The liquid grain refining agent is preferably stirred with the melt of the material to be grain refined, which is done in particular mechanically, electromagnetically, piezoelectrically or by means of ultrasound. It is also conceivable to inject the liquid grain refining agent into the melt and mix it with the latter.

Die Verflüssigung des Kornfeinungsmittels kann mittels eines Plasmabrenners, induktiv, mittels eines Lichtbogens oder mit¬ tels Ultraschall erfolgen.The grain refining agent can be liquefied by means of a plasma torch, inductively, by means of an arc or by means of ultrasound.

Zweckmäßigerweise ist das Kornfeinungsmittel und die Werkstoff- schmelze bei der Erhitzung und bei der Einbringung des Kornfei¬ nungsmittels in die Schmelze sowie beim Verrühren mit derselben einer inerten Atmosphäre ausgesetzt.The grain refining agent and the material melt are expediently exposed to an inert atmosphere when the grain is heated and when the grain refining agent is introduced into the melt and when it is mixed with the same.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vor¬ gesehen, daß das Kornfeinungsmittel in Stab- bzw. Drahtform vorliegt und in einen Stromkreis mit z.B. einer Hochstromquelle bzw. einem Schweißgerät und der Schmelze geschaltet ist. 'Zwi¬ schen dem der Schmelze zugewandten Ende des einen Poles und der Schmelzenoberfläche bildet sich ein Lichtbogen, der das Mate¬ rial des anderen Poles, also das Kornfeinungsmittel verflüs¬ sigt, wenn dieses nahe genug an die Schmelze herangeführt ist. Durch kontinuierliches Nachführen des Poles mit dem Kornfei¬ nungsmittel wird auf Weise das flüssige Einbringen von Kornfei¬ nungsmittel in die Schmelze realisiert.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the grain refining agent is in the form of a rod or wire and is placed in a circuit with e.g. a high current source or a welding device and the melt is connected. Between the end of the one pole facing the melt and the surface of the melt, an arc is formed which liquefies the material of the other pole, ie the grain refining agent, when it is brought close enough to the melt. Continuous tracking of the pole with the grain lubricant means that the liquid introduction of grain lubricant into the melt is achieved in this way.

Wie bereits oben ausgeführt, kann zur Schaffung eines maximalen Temperaturunterschiedes zwischen dem überhitzten Kornfeinungs¬ mittel und der Schmelze des kornzufeinenden Werkstoffs dessen Temperatur geringfügig oberhalb der Liquidus-Temperatur gewählt werden. Diese Temperatur der Schmelze ist möglicherweise für den anschließenden ErstarrungsVorgang nicht optimal. Deshalb ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgesehen, die Temperatur der Schmelze nach der Zugabe des Kornfeinungsmittels auf die optimale Gießtemperatur zu erhöhen, um die Schmelze ausgehend von dieser Temperatur abzukühlen und erstarren zu lassen.As already explained above, in order to create a maximum temperature difference between the superheated grain refining agent and the melt of the material to be refined, its temperature can be selected slightly above the liquidus temperature. This temperature of the melt is possibly for the subsequent solidification process is not optimal. It is therefore provided according to a further aspect of the invention to increase the temperature of the melt after the addition of the grain refining agent to the optimal casting temperature in order to cool and solidify the melt starting from this temperature.

Ein weiterer Aspekt der hier beschriebenen Erfindung ist darin zu sehen, das Kornfeinungsmittel unabhängig von seinem Aggre¬ gatzustand zu demjenigen Zeitpunkt der Schmelze des kornzufei¬ nenden Werkstoffs zuzuführen, zu dem diese Schmelze ihren Zeit¬ punkt stärkster Unterkühlung aufweist. In jedem Fall sollte das Kornfeinungsmittel vor dem Kristallisationspunkt der Schmelze zugegeben werden.A further aspect of the invention described here is to be seen in the fact that the grain refining agent, regardless of its aggregate state, is supplied to the grain of the material to be grain to be melted at the time when this melt exhibits its strongest supercooling point. In any case, the grain refining agent should be added before the melting point of the melt.

Vorzugsweise erfolgt die Zugabe des flüssigen Kornfeinungsmit¬ tels unter Verwendung eines sich drehenden Zuführrohrs, insbe- sodnere Impellerrohres, dessen unteres Ende in die Schmelze des kornzufeinendenWerkstoffs eingetaucht ist. Derartige Impeller- rohre werden zur Entgasung von Materialschmelzen eingesetzt. Dem Impellerrohr wird dabei ein Inertgas zugeführt, das über das nach Art eines Pumpenlaufrades ausgebildeten unteren Ende des Impellerrohres der Schmelze bei Rotation des Impellerrohres zugeführt wird. Zweckmäßigerweise wird dem Impellerrohr koaxial Kornfeinungsmittel in Form eines Drahtes zugeführt, der von einer Zuführrolle abgezogen und bis zur Schmelzenfront im Im¬ pellerrohr geführt ist. Zwischen der als Anode geschalteten Schmelze und dem der Schmelzenfront zugewandten Ende des als Kathode geschalteten Kornfeinungsdrahts bildet sich ein Licht¬ bogen, der das Kornfeinungsmittel des Drahtes zum Schmelzen bringt und auf die Schmelzenfront abtropfen läßt. Es kann so¬ wohl eine Gleich- als auch Wechselstromquelle verwendet werden. Infolge der Rotation des Impellerrohres gelangt das verflüs¬ sigte Kornfeinungsmittel in die Schmelze hinein und wird vor¬ teilhafterweise darin gleichmäßig verteilt. Durch die erhöhte Temperatur im Bereich der Schmelzenfront verstärkt sich noch die Entgasungswirkung, was zusätzlich zu den durch das flüssige Einbringen des Kornfeinungsmittels erzielbaren gießtechnischen und mechanischen Verbesserungen zu einer weiteren Verbesserung der Materialeigenschaften des Gußwerkstoffs führt. Eine ähn¬ liche Anordnung und Betriebsweise ist auch für eine Verede¬ lungsbehandlung siliziumhaltigerAluminiumlegierungen machbar. Hierbei wird zweckmäßigerweise das Kornfeinungsmittel mit dem Veredelungsmittel kombiniert in Form eines einzigen Drahtes, zugegeben wobei allerdings auch der Einsatz zweier oder mehre¬ rer Drähte oder Stäbe denkbar ist.The liquid grain refining agent is preferably added using a rotating feed pipe, in particular an impeller pipe, the lower end of which is immersed in the melt of the material to be refined. Such impeller tubes are used for degassing material melts. An inert gas is supplied to the impeller tube, which is supplied to the melt via the lower end of the impeller tube, which is designed in the manner of a pump impeller, when the impeller tube rotates. Expediently, the impeller tube is coaxially fed with grain refining agent in the form of a wire, which is drawn off from a feed roller and guided in the impeller tube up to the melt front. An arc is formed between the melt connected as the anode and the end of the grain refining wire connected as the cathode facing the melt front, which melts the grain refining agent of the wire and allows it to drip onto the melt front. Both a direct and an alternating current source can be used. As a result of the rotation of the impeller tube, the liquefied grain refining agent gets into the melt and is advantageously evenly distributed therein. The increased temperature in the area of the melt front increases the degassing effect, which leads to a further improvement in the material properties of the cast material in addition to the casting and mechanical improvements achievable by the liquid introduction of the grain refining agent. A similar arrangement and mode of operation is also feasible for a finishing treatment of silicon-containing aluminum alloys. In this case, the grain refining agent is expediently combined with the finishing agent in the form of a single wire, although the use of two or more wires or rods is also conceivable.

Wegen der gegenüber dem Stand der Technik wesentlich kleineren Korngrößen der keimwirksamen Kristallite bzw. Partikel des Kornfeinungsmittels weisen die aus den korngefeinten Metall- legierungen hergestellten Halbzeuge und Produkte verbesserte mechanische Eigenschaften auf, insbesondere was die Zugfestig¬ keit, die Streckgrenze und die Dehnung anbelangt. Bei Gußteilen aus nach der Erfindung feingekörnten Aluminiumlegierungen hat sich das Speisungs-, Formfüllungs- und Fließvermögen der flüs¬ sigen feingekörnten Aluminiumlegierung vorteilhaft bemerkbar gemacht. Nach der Erfindung feingekörnte flüssige Aluminium¬ legierungen (und dies gilt im übrigen auch für andere Metall- legierungen, die erfindungsgemäß behandelt werden) füllen die Gußformen aufgrund ihres verbesserten Fließvermögens wesentlich besser aus. Dies gilt insbesondere für an sich zähflüssige Alu¬ miniumlegierungen, für die aufgrund der Zugabe von erfindungs¬ gemäßem Kornfeinungsmittel neue Anwendungsgebiete erschlossen werden können. Aber nicht nur beim Rheogießen, Thixogießen, beim Druckguß, Feinguß, Kokillenguß oder Sandguß, sondern auch beim Strangguß läßt sich eine mit erfindungsgemäßem Kornfei¬ nungsmittel versetzte Metallegierung einsetzen, mit demVorteil der Verbesserung der gießtechnischen, umformtechnischen und mechanischen Eigenschaften.Because of the significantly smaller grain sizes of the germ-effective crystallites or particles of the grain refining agent compared to the prior art, the semifinished products and products made from the grain-refined metal alloys have improved mechanical properties, in particular as far as the tensile strength, the yield strength and the elongation are concerned. In the case of castings made from fine-grained aluminum alloys, the feeding, mold-filling and fluidity of the liquid fine-grained aluminum alloy have made themselves noticeably noticeable. According to the invention, fine-grained liquid aluminum alloys (and this also applies to other metal alloys that are treated according to the invention) fill the molds much better due to their improved fluidity. This applies in particular to viscous aluminum alloys for which new fields of application can be opened up due to the addition of grain refining agent according to the invention. But not only in rheo casting, thixo casting, in die casting, investment casting, permanent mold casting or sand casting, but also in continuous casting, a metal alloy mixed with grain refining agent according to the invention can be used, with the advantage of improving the casting, forming and mechanical properties.

Nachfolgend werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 ein Schliffbild eines Aluminium-Feingußbauteils bei konventioneller Zugabe des Kornfeinungsmittels zur Schmelze der kornzufeinenden Aluminiumlegierung,Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the figures. In detail show: 1 is a micrograph of an aluminum investment casting component with conventional addition of the grain refining agent to the melt of the aluminum alloy to be grain refined,

Fig. 2 ein Schliffbild eines Aluminium-Feingußbauteils bei Zugabe von überhitztem Kornfeinungsmittel in flüssiger Form zur Schmelze der kornzufeinenden Metallegierung,2 shows a micrograph of an aluminum investment casting component when superheated grain refining agent is added in liquid form to the melt of the metal alloy to be refined,

Fig. 3 ein Schliffbild eines Aluminium-Feingußbauteils bei Zugabe von Kornfeinungsmittel durch Abschmelzen des¬ selben von einer Elektrode,3 shows a micrograph of an aluminum investment casting component when grain refining agent is added by melting the same from an electrode,

Fig. 4 ein Temperaturregime zur Zugabe von Kornfeinungsmittel zu einer Schmelze aus kornzufeinendem Werkstoff,4 shows a temperature regime for adding grain refining agent to a melt made of grain-refining material,

Fig. 5 ein Temperaturregime zur Zugabe von Kornfeinungsmittel bei anschließender Abkühlung der korngefeinten Schmel¬ ze, wobei nach einer beliebig langen Lagerzeit die er¬ starrte Schmelze wieder auf eine Verarbeitungstempe- ratur erwärmt wird,5 shows a temperature regime for adding grain refining agent with subsequent cooling of the grain-refined melt, the solidified melt being heated again to a processing temperature after an arbitrarily long storage time,

Fig. 6 eine Querschnittsansicht durch ein Schmelzenbad mit darin eingetauchtem Impellerrohr zur Verdeutlichung der Zugabe von Kornfeinungsmittel durch Abschmelzen einer Elektrode und6 is a cross-sectional view through a melt bath with an impeller tube immersed therein to illustrate the addition of grain refining agent by melting an electrode and

Fig. 7 ein Temperatur-Zeit-Diagramm zur Zugabe von Kornfei¬ nungsmittel.7 shows a temperature-time diagram for adding grain refining agent.

Herstellungsbeispiel 1Production Example 1

Auf herkömmliche Weise wurde eine Aluminiumlegierung AlCu4Mg0,3 bei 700 °C aufgeschmolzen. Parallel hierzu wurde eine konven¬ tionell erhältliche Kornfeinungsmittel-VorlegierungAlTi6 sepa¬ rat in einem getrennten Induktionstiegelofen aufgeschmolzen und bis auf 1.100 °C überhitzt. Die derart stark überhitzte Korn- feinungsmittel-Vorlegierung wurde in die kornzufeinende Alumi¬ niumlegierungsschmelze gegossen. Der Gehalt an Titan in der korngefeinten Legierung wurde auf 0,2 Gew.-% eingestellt. Die Schmelze wurde daraufhin gerührt, entgast und 5 Minuten nach dem Vermischen bei einer Temperatur von 700 °C in eine auf 300 °C vorgewärmte Feingußform vergossen. Von der Gußprobe wurden aus Zylindern mit einem Durchmesser von 25 mm Schliff¬ proben entnommen und metallographisch untersucht. Die Mikro¬ Struktur der gemäß obiger Vorgehensweise korngefeinten Alumi¬ niumlegierung ist in Fig. 2 dargestellt.An aluminum alloy AlCu4Mg0.3 was melted in a conventional manner at 700 ° C. At the same time, a conventional grain refining agent alloy AlTi6 was melted separately in a separate induction crucible furnace and overheated to 1,100 ° C. The overheated grain Finishing agent master alloy was poured into the aluminum alloy melt to be refined. The content of titanium in the grain-fine alloy was set to 0.2% by weight. The melt was then stirred, degassed and poured into a precision casting mold preheated to 300 ° C. 5 minutes after mixing at a temperature of 700 ° C. Samples of the cast were taken from cylinders with a diameter of 25 mm and examined metallographically. The microstructure of the aluminum alloy which has been fine-grained in accordance with the above procedure is shown in FIG. 2.

Als Vergleich dazu wurde der obigen Schmelze der Aluminium¬ legierungAlCu4Mg0,3 eine Kornfeinungsmittel-VorlegierungAlTi6 in Form von Stäben mit einem Durchmesser von 10 mm zugegeben und unter sonst identischen Bedingungen weiterverarbeitet. Von den dabei gegossenen Gußproben wurden aus Zylindern mit einem Durchmesser von 25 mm Schliffproben entnommen und metallogra¬ phisch untersucht. Das zugehörige Schliffbild ist in Fig. 1 dargestellt. Deutlich zu erkennen ist, daß die Korngröße bei der Kornfeinung mit flüssigem Kornfeinungsmittel kleiner und gleichmäßiger ist als bei dem konventionellen Einbringen von festem Kornfeinungsmittel in die kornzufeinende Schmelze.As a comparison, a grain refining agent pre-alloy ALTi6 in the form of bars with a diameter of 10 mm was added to the above melt of the aluminum alloy AlCu4Mg0.3 and processed further under otherwise identical conditions. From the cast samples cast in the process, ground specimens were taken from cylinders with a diameter of 25 mm and examined metallographically. The associated micrograph is shown in Fig. 1. It can be clearly seen that the grain size in the grain refinement with liquid grain refinement agent is smaller and more uniform than in the conventional introduction of solid grain refinement agent into the melt to be grain refined.

Herstellungsbeispiel 2Production Example 2

Wie im Beispiel 1 wurde eine Aluminiumlegierung AlCu4Mg 0,3 in einem Induktionsofen aufgeschmolzen und auf 700 °C erhitzt. Dieser Schmelze wurde eine Aluminium-Titan-Vorlegierung AlTi6 zugegeben, und zwar in einer solchen Menge, daß sich ein Titan¬ gehalt von 0,2 Gew.-% in der kornzufeinenden Legierung ein¬ stellte. Die Zugabe des Kornfeinungsmittels erfolgt dabei der¬ art, daß das konventionell erhältliche AlTi6-Kornfeinungsmit¬ tels als Abschmelzelektrode mit einem Durchmesser von 3 mm in einen Stromkreis geschaltet wurde, der aus der kornzufeinenden Schmelze als erstem Pol und einer Schweißstromquelle bestand, mit dem die Abschmelzelektrode als zweitem Pol elektrisch ver- bunden war. Das an die Schmelze herangeführte vordere Ende der Abschmelzelektrode wurde vermittels des sich unter einer Argon- Schutzgasatmosphäre ausbildenden Lichtbogens überhitzt und tropfte in die Schmelze ab. Die Tropfen überhitzter Aluminium- Titan-Vorlegierung wurden in die Schmelze eingerührt. Nachdem die ganze Menge des Kornfeinungsmittels auf diese Weise zugege¬ ben war, wurde die Schmelze entgast und bei einer Gießtempera¬ tur von 750 °C in eine auf 300 °C vorgewärmte Feingußform ge¬ gossen. Von Zylindern mit einem Durchmesser von 25 mm wurden Schliffproben metallographisch untersucht. Das Schliffbild einer dieser Proben ist in Fig. 3 dargestellt. Es hat sich gezeigt, daß die Körner dieses Gefüges genauso groß wie die Korngröße der Proben, die nach der Methode der separat ge¬ schmolzenen und zugegebenen Vorlegierung entstehen (s. Schliff- bild gemäß Fig. 2) sind, und somit deutlich kleiner als die¬ jenigen konventionell korngefeinter Legierungen sind (s. Schliffbild gemäß Fig. 1) .As in Example 1, an aluminum alloy AlCu4Mg 0.3 was melted in an induction furnace and heated to 700 ° C. An aluminum-titanium pre-alloy AlTi6 was added to this melt, in such an amount that a titanium content of 0.2% by weight was obtained in the alloy to be refined. The grain refining agent is added in such a way that the conventionally available AlTi6 grain refining agent is connected as a melting electrode with a diameter of 3 mm in a circuit which consisted of the melt to be grain refined as the first pole and a welding current source with which the melting electrode electrically connected as the second pole was bound. The front end of the melting electrode, which was brought up to the melt, was overheated by means of the arc which forms under an argon protective gas atmosphere and dripped into the melt. The drops of superheated aluminum-titanium master alloy were stirred into the melt. After the entire amount of the grain refining agent had been added in this way, the melt was degassed and poured into a precision casting mold preheated to 300 ° C. at a casting temperature of 750 ° C. Cut specimens of cylinders with a diameter of 25 mm were examined metallographically. The micrograph of one of these samples is shown in Fig. 3. It has been shown that the grains of this structure are just as large as the grain size of the samples which are produced by the method of the separately melted and added master alloy (see micrograph according to FIG. 2) and are thus significantly smaller than that ¬ are those of conventional grain-fine alloys (see micrograph according to FIG. 1).

Herstellungsbeispiel 3Production Example 3

Die Zugabe des Kornfeinungsmittels, bei dem es sich ebenfalls um eine Aluminium-Titan-Vorlegierung AlTi6 handelte, erfolgte nach dem in Fig. 4 dargestellten Temperaturregime. Das Kornfei¬ nungsmittel wurde auf eine Überhitzungstemperatur Tö von über 1.000 °C erhitzt. Bei der Zugabe, d.h. zum Zugabezeitpunkt tz, befand sich die kornzufeinende Aluminiumlegierung AlCu4MgO,3 auf möglichst niedrigem Niveau, und zwar nur knapp über ihrer Liquidus-Temperatur TL. Damit war ein möglichst großer Ab- schreckeffekt des überhitzten Kornfeinungsmittels gewähr¬ leistet. Nach der Zugabe wurde die mit Kornfeinungsmittel ver¬ setzte Schmelze auf die optimale Gießtemperatur TG aufgeheizt und vergossen (Zeitpunkt tG) .The grain refining agent, which was also an aluminum-titanium pre-alloy AlTi6, was added according to the temperature regime shown in FIG. 4. The grain refining agent was heated to an overheating temperature T o of over 1,000 ° C. During the addition, ie at the time of addition t z , the aluminum alloy AlCu4MgO, 3 to be refined was at the lowest possible level, and only just above its liquidus temperature T L. This ensured the greatest possible quenching effect of the superheated grain refining agent. After the addition, the melt mixed with grain refining agent was heated to the optimum casting temperature T G and poured (time t G ).

Herstellungsbeispiel 4 Die Herstellung der korngefeinten Legierung erfolgt gemäß der Beschreibung im vorherigen Beispiel 3. Nach dem Abkühlen und Erstarren der korngefeinten Aluminiumlegierung erfolgt ein Wiederaufheizen der Legierung in den Liquidus-Solidusbereich zwischen der Liquidus-Temperatur TL und der Solidus-Temperatur Ts gemäß Fig. 5. Aufgrund der globulitischen Struktur der Ge¬ fügekörper war es möglich, eine Formgebung in diesem Tempera¬ turbereich vorzunehmen. Das mit dem Temperaturregime und der Zugabe von Kornfeinungsmittel gemäß Fign. 4 und 5 korngefeinte Legierungsmaterial wies feinere Globuliten auf, was ein verän¬ dertes rheologisches Verhalten der Legierung beim Verarbeiten zur Folge hatte.Production Example 4 The grain-fine alloy is produced as described in the previous example 3. After the grain-fine aluminum alloy has cooled and solidified, the alloy is reheated in the liquidus-solidus area between the liquidus temperature T L and the solidus temperature T s according to FIG. 5 Because of the globulitic structure of the structural bodies, it was possible to carry out a shaping in this temperature range. That with the temperature regime and the addition of grain refining agent according to FIGS. 4 and 5 grain-fine alloy material had finer globulites, which resulted in a changed rheological behavior of the alloy during processing.

Fig. 6 zeigt schematisch eine Anordnung 10 zum Einbringen überhitzter Tropfen von Kornfeinungsmittel mittels einer Ab- schmelzelektrode. Die Anordnung 10 weist ein an sich bekanntes, rotierendes Impellerrohr 12 auf, das mit einer konzentrischen Antriebsscheibe 14 versehen ist, die von einem Riementrieb 16 angetrieben wird. Das untere Ende des Impellerrohres 12 trägt das nach Art eines Pumpenlaufrades ausgebildete Impellerrad 18, das mehrere radial nach außen führende Durchlässe 20 aufweist. Sämtliche Durchlässe 20 sind mit einem zentralen Raum 22 des Impellerrades 18 verbunden, der zum Innern des Impellerrohres 12 hin offen ist. Das Impellerrad 18 und der untere Abschnitt des Impellerrohres 12 sind in eine Materialschmelze 24 einge¬ taucht, die sich in einem Tiegel 26 befindet.6 schematically shows an arrangement 10 for introducing superheated drops of grain refining agent by means of a melting electrode. The arrangement 10 has a rotating impeller tube 12 which is known per se and which is provided with a concentric drive pulley 14 which is driven by a belt drive 16. The lower end of the impeller tube 12 carries the impeller wheel 18, which is designed in the manner of a pump impeller and has a plurality of passages 20 leading radially outwards. All passages 20 are connected to a central space 22 of the impeller wheel 18, which is open to the inside of the impeller tube 12. The impeller wheel 18 and the lower section of the impeller tube 12 are immersed in a material melt 24, which is located in a crucible 26.

Am oberen Ende des Impellerrohres 12 befindet sich eine das Impellerrohr 12 koaxial umgebende stationäre Drehdurchführung 28 zum Zuführen von Inertgas durch radiale Durchlässe 30 im Bereich der Drehdurchführung 28. Eine weitere Drehdurchführung ist zentral am oberen stirnseitigen geschlossenen Ende 32 des Impellerrohres 12 angeordnet. Diese Drehdurchführung 32 dient zum Durchführen einer von einer Vorratsrolle 34 abgenommenen Drahtelektrode 36 aus Kornfeinungsmittel. Die Elektrode 36 ist innerhalb des Impellerrohres 12 koaxial zu diesem geführt und ist mit ihrem unteren Ende 38 der Schmelzenfront 40 im zentra¬ len Raum 22 des Impellerrades 18 gegenüberliegend angeordnet.At the upper end of the impeller tube 12 there is a stationary rotary leadthrough 28 coaxially surrounding the impeller tube 12 for supplying inert gas through radial passages 30 in the region of the rotary leadthrough 28. Another rotary leadthrough is arranged centrally on the upper end 32 of the impeller tube 12 which is closed at the end. This rotary leadthrough 32 serves to lead a wire electrode 36 made of grain refining agent removed from a supply roll 34. The electrode 36 is guided coaxially to the impeller tube 12 and is arranged with its lower end 38 opposite the melt front 40 in the central space 22 of the impeller wheel 18.

Bei Rotation des Impellerrohres 12 und Zuführung von Inertgas durch die Drehdurchführung 28 und die Durchlässe 30 in das Im¬ pellerrohr 12 hinein wird der Schmelze 24 Inertgas zugeführt, das über die Durchlässe 22 im Impellerrad 18 in die Schmelze 24 eingebracht wird. Dies entspricht der normalen Vorgehens- weise bei der Entgasung von Schmelzen mit Hilfe von Impeller- rohranordnungen. Wird nun die Schmelze 24 als Anode und die Kornfeinungsmittel-Elektrode 36 als Kathode geschaltet und beide von einer Schweißstromquelle gespeist, so bildet sich zwischen der Schmelzenfront 40 und dem unteren Ende 38 der Kornfeinungsmittel-Elektrode 36 ein Lichtbogen 42, der das Material der Kornfeinungsmittel-Elektrode 36 zum Schmelzen und zum Abtropfen in die Schmelze 24 des zentralen Raumes 22 des Impellerrades 18 bringt. Durch die Rotation des Impellerrades 18 wird der Tropfen überhitzten Kornfeinungsmittels, das sich beim Einbringen in die Schmelze 24 rasch abkühlt, innerhalb der Schmelze 24 verteilt. Aufgrund der erhöhten Temperatur im Bereich der Schmelzenfront 40 innerhalb des Impellerrades 18 bzw. des Impellerrohres 12 infolge der Ausbildung des Licht¬ bogens 42 wird eine Verbesserung der Entgasungswirkung der Schmelze 24 erzielt. Sowohl diese verbesserte Entgasung als auch die Einbringung von Kornfeinungsmittel in flüssiger über¬ hitzter Form wirken sich vorteilhaft und verbessernd auf die Kornfeinung der Schmelze 24 bei deren Erstarrung aus.When the impeller tube 12 rotates and inert gas is supplied through the rotating union 28 and the passages 30 into the impeller tube 12, the melt 24 is supplied with inert gas, which is introduced into the melt 24 via the passages 22 in the impeller wheel 18. This corresponds to the normal procedure for degassing melts with the help of impeller tube arrangements. If the melt 24 is now switched as the anode and the grain refinement electrode 36 as the cathode and both are fed by a welding current source, an arc 42 is formed between the melt front 40 and the lower end 38 of the grain refinement electrode 36, which material of the grain refinement Brings electrode 36 for melting and dripping into the melt 24 of the central space 22 of the impeller wheel 18. Due to the rotation of the impeller wheel 18, the drop of superheated grain refining agent, which cools rapidly when introduced into the melt 24, is distributed within the melt 24. Due to the increased temperature in the area of the melt front 40 within the impeller wheel 18 or the impeller tube 12 due to the formation of the arc 42, an improvement in the degassing effect of the melt 24 is achieved. Both this improved degassing and the introduction of grain refining agent in liquid superheated form have an advantageous and improving effect on the grain refinement of the melt 24 when it solidifies.

Fig. 7 schließlich zeigt ein Zeit-Temperatur-Diagramm bei Ab¬ kühlung einer Schmelze aus kornzufeinendem Werkstoff. Deutlich zu erkennen ist die Unterkühlung der Schmelze, d.h. der Be¬ reich, in dem die Schmelzentemperatur unterhalb der Solidus- Temperatur Ts liegt. Vorzugsweise wird das Kornfeinungsmittel innerhalb der Zeitspanne Δtz zugegeben, innerhalb derer die Schmelze eine Temperatur aufweist, die gleich ist oder kleiner ist als die Solidus-Temperatur Ts und größer ist oder gleich ist der Kristallisationstemperatur Tκ. 7 finally shows a time-temperature diagram when a melt of material to be refined is cooled. The supercooling of the melt, ie the area in which the melt temperature is below the solidus temperature T s, can be clearly seen. The grain refining agent is preferably added within the period of time Δt z during which the melt has a temperature which is the same or less is than the solidus temperature T s and is greater than or equal to the crystallization temperature T κ .

Claims

ANSPRÜCHEEXPECTATIONS Verfahren zur Behandlung von metallischen Gußwerkstoffen, insbesondere zum Kornfeinen eines metallischen Gußwerk¬ stoffs wie Aluminium, Kupfer, Magnesium, Nickel, Kobalt, Eisen und/oder Legierungen aus diesen, und/oder zum Ver¬ edelnvon insbesondereAluminium-Silizium-Legierungen, bei dem der zu behandelnde Gußwerkstoff bis zum Schmelzen er¬ wärmt wird und der Schmelze ein Schmelzebehandlungsmittel zugegeben wird, das eine Trägersubstanz und ein oder mehrere zur Kornfeinung beitragende keimwirksame und/oder zur Ver¬ edelung beitragende veredelnd wirkende Substanzen auf¬ weist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t . , daß das Schmelzebehandlungsmittel vor der Zugabe zur Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs auf eine Temperatur erhitzt wird, die größer ist als die Tempe¬ ratur der Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs.Process for the treatment of metallic casting materials, in particular for the grain refining of a metallic casting material such as aluminum, copper, magnesium, nickel, cobalt, iron and / or alloys thereof, and / or for refining aluminum-silicon alloys in particular, in which the the casting material to be treated is heated until it melts and a melt treatment agent is added to the melt, which has a carrier substance and one or more germ-active and / or refining substances that contribute to grain refinement and have a refining effect . that the melt treatment agent is heated to a temperature which is greater than the temperature of the melt of the cast material to be treated before it is added to the melt of the cast material to be treated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Schmelzebehandlungsmittel vor der Zugabe mindestens um den Faktor 1,5 größer ist als die Temperatur der Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs.A method according to claim 1, characterized in that the temperature of the melt treatment agent before the addition is at least 1.5 times higher than the temperature of the melt of the cast material to be treated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel vor der Zugabe zur Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs verflüssigt und/oder vergast wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the melt treatment agent is liquefied and / or gasified before being added to the melt of the casting material to be treated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Temperatur der Schmelze des zu be¬ handelnden Gußwerkstoffs bei oder geringfügig oberhalb der Liquidus-Temperatur des Gußwerkstoffs liegt. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel auf eine über der höchsten Liquidus-Temperatur seiner Bestandteile liegenden Temperatur erhitzt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized ge indicates that the temperature of the melt of the cast material to be treated is at or slightly above the liquidus temperature of the cast material. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized ge indicates that the melt treatment agent is heated to a temperature above the highest liquidus temperature of its components. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel eine Kon¬ zentration an wirksamen Substanzen aufweist, die weit über der jeweiligen in der Trägersubstanz sich ausbildenden Gleichgewichtskonzentration liegt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that the melt treatment agent has a concentration of active substances which is far above the respective equilibrium concentration which forms in the carrier substance. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel wirksame Kristallite und Phasen aufweist, deren Abmessungen größer oder wesentlich größer als die zur Schmelzebehandlung wir¬ kenden Kristallite sind.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized ge indicates that the melt treatment agent has effective crystallites and phases, the dimensions of which are larger or substantially larger than the crystallites effective for melt treatment. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß als Schmelzebehandlungsmittel die reine Wirksubstanz bzw. die reinen Wirksubstanzen verwendet wird bzw. werden.8. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that the pure active substance or the pure active substances is or are used as the melt treatment agent. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel getrennt von dem zu behandelnden Gußwerkstoff erhitzt wird und da¬ nach der kühleren Schmelze des zu behandelnden Gußwerk¬ stoffs zugegeben wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized ge indicates that the melt treatment agent is heated separately from the casting material to be treated and da¬ after the cooler melt of the casting material to be treated is added. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das flüssige Schmelzebehandlungsmittel mit der Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs insbe¬ sondere mechanisch verrührt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized ge indicates that the liquid melt treatment agent with the melt of the casting material to be treated is in particular mechanically stirred. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das flüssige Schmelzebehandlungsmittel in die Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs einge¬ spritzt und mit dieser vermischt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized ge indicates that the liquid melt treatment agent injected into the melt of the cast material to be treated and mixed with it. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel bei der Erhitzung und bei der Einbringung in die Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs sowie beim Verrühren mit dem¬ selben einer inerten Atmosphäre ausgesetzt ist.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized ge indicates that the melt treatment agent is exposed to an inert atmosphere during heating and when it is introduced into the melt of the casting material to be treated and when mixed with the same. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der zu behandelnde Gußwerkstoff nach der Zugabe des Schmelzebehandlungsmittel auf seine Verarbei¬ tungstemperatur gebracht wird.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized ge indicates that the casting material to be treated is brought to its processing temperature after the addition of the melt treatment agent. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel in Stab¬ form vorliegt und daß das Schmelzebehandlungsmittel als Kathode und die Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs als Anode geschaltet ist, beide insbesondere jeweils wechselweise als Kathode und Anode betrieben sind, wobei das Schmelzebehandlungsmittel der Kathode in die Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs hineintropft.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized ge indicates that the melt treatment agent is in rod form and that the melt treatment agent is connected as the cathode and the melt of the cast material to be treated as an anode, both in particular alternately as cathode and anode are operated, the melt treatment agent of the cathode dripping into the melt of the casting material to be treated. 15. Verfahren nahe einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Kornfeinungsmittel in Stabform vorliegt und mit der Schmelze in einen Wechselstromkreis geschaltet wird, wobei das Kornfeinungsmittel durch einen zwischen Stab und Schmelze sich ausbildenden Lichtbogen in die Schmelze des zu feinenden Gußwerkstoffs tropft.15. The method near one of claims 1 to 14, characterized ge indicates that the grain refining agent is in rod form and is switched with the melt in an AC circuit, the grain refining agent being formed by an arc between the rod and the melt into the melt of the material to be refined Cast material drips. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel mittels eines Plasmabrenners oder eines Laser- oder Elektronen¬ strahles aufgeschmolzen, überhitzt und in die Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs eingebracht wird. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Erhitzung des Schmelzebehandlungs¬ mittel mittels Ultraschall oder mittels Induktionserwär¬ mung erfolgt.16. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized ge indicates that the melt treatment agent is melted by means of a plasma torch or a laser or electron beam, overheated and introduced into the melt of the casting material to be treated. 17. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized ge indicates that the heating of the melt treatment means is carried out by means of ultrasound or by means of induction heating. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel als lang¬ gestreckter Körper (Draht) vorliegt, der koaxial durch ein sich drehendes Zuführungsrohr, insbesondere Impellerrohr, der zu behandelnden Gußwerkstoffschmelze zugeführt wird, wobei der Schmelzebehandlungsdraht in einem ionisierbaren Inertgasstrom kontinuierlich der Schmelzenfront zugeführt wird, an der er vermittels eines sich ausbildenden Licht¬ bogens schmilzt und überhitzt wird, wobei er aufgrund der Rotation des Impellerrohrs unter gleichzeitiger Entgasung der Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs durch den Inertgasstrom mit der Schmelze vermischt wird.18. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized ge indicates that the melt treatment agent is in the form of an elongated body (wire) which is fed coaxially through a rotating feed tube, in particular an impeller tube, to the cast material melt to be treated, the melt treatment wire In an ionizable inert gas stream, the melt front is continuously fed, at which it melts and is overheated by means of an arc that forms, due to the rotation of the impeller tube, while the melt of the casting material to be treated is degassed by the inert gas stream, it is mixed with the melt. 19. Verfahren, insbesondere nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurchgekennzeichnet, daß das Behandlungsmittel ein Kornfeinungsmittel ist und zum Zeitpunkt starker bzw. stärkster Unterkühlung der Schmelze des kornzufeinenden Gußwerkstoffs, in jedem Fall vor dessen Kristallisations¬ punkt, zugegeben wird.19. The method, in particular according to one of the preceding claims, characterized in that the treatment agent is a grain refining agent and is added at the time of strong or extremely subcooling of the melt of the casting material to be refined, in any case before its crystallization point. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel in die Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs elektromagne¬ tisch eingerührt wird.20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized ge indicates that the melt treatment agent is electro-magnetically stirred into the melt of the cast material to be treated. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel in die Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs piezoelektrisch eingerührt wird. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Schmelzebehandlungsmittel in die Schmelze des zu behandelnden Gußwerkstoffs mittels Ultra¬ schall eingerührt wird.21. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized ge indicates that the melt treatment agent is stirred piezoelectrically into the melt of the casting material to be treated. 22. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized ge indicates that the melt treatment agent is stirred into the melt of the cast material to be treated by means of ultrasound. 23. Gußteil, erhältlich durch Erstarrung einer nach einem der Ansprüche 1 bis 22 mit einem Schmelzebehandlungsmittel be¬ handelten metallischen Gußwerkstoffschmelze.23. Cast part, obtainable by solidification of a metallic cast material melt treated with a melt treatment agent according to one of claims 1 to 22. 24. Gußteil nach Anspruch 23, nachbehandelt gemäß einem Form- gebungs- und/oder Bearbeitungsverfahren zur Herstellung eines Bauteils. 24. Cast part according to claim 23, aftertreated in accordance with a shaping and / or processing method for producing a component.
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