AT401628B - Verfahren zum herstellen von durchlaufkokillen für stranggiessmaschinen - Google Patents

Description

AT 401 628 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Durchlaufkokillen für Stranggießmaschinen aus rohrförmigen, durch Strangpressen und/oder Ziehen und/oder Schmieden hergestellten Formteilen aus einer aushärtbaren Kupferlegierung, bei dem der Formteil lösungsgeglüht und danach abgeschreckt wird, dann mittels eines in den Formteil eingebrachten Doms kaltumgeformt sowie anschließend die Kupferlegierung 5 warmausgehärtet wird.

Es ist bereits bekannt (DE-OS 26 35 454), als Material für Stranggießkokillen aushärtbare Kupferlegierungen zu verwenden, wobei durch Auswahl der Legierungsbestandteile, wie Chrom und Zirkonium, hohe Werte für die Wärmeleitfähigkeit, die Warmfestigkeit sowie Kriechfestigkeit und Warmplastizität erreicht werden. Aus solchen aushärtbaren Legierungen hergestellte Kokillenplatten werden anschließend bei io 1030°C lösungsgeglüht, dann in Wasser abgeschreckt und schließlich bei 475 "C warmausgehärtet, wobei anschließend die spanende Bearbeitung der Platte auf das Endmaß vorgenommen wird.

Diese bekannten Verfahrensschritte lassen sich in ähnlicher Weise auch für das Herstellen dickwandiger, rohrförmiger, einteiliger Durchlaufkokillen anwenden, wenn nach dem Herstellen der Rohrform durch Pressen, Ziehen oder andere Verfahren die Aushärtungsbehandlung durchgeführt wird und anschließend 75 eine spanende Endbearbeitung erfolgt.

Die oben beschriebenen Verfahrensschritte sind jedoch so bei einem bekannten Verfahren, bei dem zum Herstellen von geraden, vor allem aber von gebogenen, konischen oder teilkonischen Durchlaufkokillen in ein Rohrstück aus Kupferwerkstoffen ein Dorn mit den Innenendmaßen und der Innenform der herzustellenden Kokille eingeführt und anschließend das Rohrstück durch Kaltverformung auf den Dorn aufgepreßt 20 wird, nicht anwendbar (DE-PS 18 09 633).

Aus der DE-OS 31 09 438 ist ein Verfahren zum Herstellen rohrförmiger Stranggießkokillen bekannt, bei dem nach der Warmaushärtung eine Verformung des Formteiles auf die endgültigen Abmessungen erfolgt. Dieser letzte Verfahrensschritt soll bei der DE-OS 31 09 438 eine Explosionsumformung der formgebenden Wandung der Rohrkokille sein. 25 Es ist in der DE-OS 31 09 438 zwar angegeben, daß die Rohrkokille zwischen dem Lösungsglühen und dem Warmaushärten kaltverformt werden soll. Dieser Verfahrensschritt ist jedoch eine zusätzliche Maßnahme, welche die abschließende Explosionsumformung nicht ersetzt. Es ist also nach dem Warmaushärten des Kupferwerkstoffes ein weiterer Formgebungsschritt erforderlich. Die DE-OS 31 09 438 enthält somit keinerlei Hinweise, auf Formgebungsschritte nach dem Warmaushärten zu verzichten. 30 Aus der DE-OS 30 23 798 ist ein Verfahren zum Herstellen von dünnen Bändern aus einer Kupferlegierung bekannt, die durch einen Kaltverformungsgrad oberhalb 60% einen hohen Kaltverfestigungszustand aufweisen sollen. Das Verfahren nach der DE-OS 30 23 798 geht von Gußblöcken aus, die zunächst einer Warmverformung unterzogen werden. Nach erneuter Wärmebehandlung werden die Kupferlegierungsbänder dann um mindestens 60% kaltgewalzt und anschließend bei einer im Temperaturbereich von 350 bis 35 550 *C liegenden Temperatur ausgehärtet. Der DE-OS 30 23 798 ist kein Hinweis auf das Herstellen von

Durchlaufkokillen zu entnehmen, die üblicherweise einer im Bereich von etwa 10 bis 30% liegenden Kaltverformung unterzogen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, auch rohrförmige Durchlaufkokillen aus aushärtbaren Kupferwerkstoffen so herzustellen, daß sie in ihrer Qualität den heute gestellten 40 Anforderungen genügen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Formteil vor dem Warmaushärten durch eine abschließende Kaltumformung über einen in den Formteil eingebrachten Dorn auf seine Endabmessungen kalibiriert wird.

Dabei hat sich als überraschender Effekt herausgestellt, daß aufgrund der Kaltumformung und Kalibriere rung durch einen die Innenendmaße und -form aufweisenden Dorn ein Verzug der so hergestellten Kokille nicht eintritt, wenn sie anschließend einer Warmbehandlung zum Zwecke des Warmaushärtens des Kupferwerkstoffes ausgesetzt wird. Auf diese Weise hergestellte Stranggießkokillen weisen daher auch nach längerer Gießreise noch hohe Maßhaltigkeiten bei geringem Verschleiß auf.

Die Kaltumformung und Kalibrierung mittels Dorn kann auf unterschiedlichem Wege erfolgen. Nach so einem Vorschlag der Erfindung kann so vorgegangen werden, daß die Kaltumformung und Kalibrierung in an sich bekannter Weise durch gemeinsames Hindurchführen von Dorn und Formteil durch eine Matrize erfolgt. In diesem Zusammenhang hat man bereits (DE-PS 18 09 633) in einen geraden Formteil (Rohrstück) ein die Innen-Endmaße und -form der herzustellenden Kokille aufweisenden gebogenen Dorn eingedrückt, dessen äußere Abmessungen nur um ein weniges geringer oder auch größer als die 55 Innenabmessungen des Formteils sind, wodurch das Formteil den Dornabmessungen entsprechend vorgeformt wird. Anschließend werden Formteil und Dorn gemeinsam durch eine Matrize hindurchgedrückt, um die Innenflächen des Rohrstückes dicht auf den Dorn aufzupressen. Schließlich wird der Dorn aus dem nunmehr kaltverfestigten Formteil herausgedrückt. 2

AT 401 628 B

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit ist die, die Kaltumformung und Kalibrierung durch Krafteinwirkung auf die Außenwandungen des Formteiles durch einen Schmiede- oder Watevorgang vorzunehmen.

In einem alternativen Vorschlag zeichnet sich das Verfahren beispielsweise dadurch aus, daß die Kaltumformung und Kalibrierung wie an sich bekannt durch Krafteinwirkung auf die Außenwandung des Formteils durch Detonation von Sprengstoff oder elektrodynamische Verfahren vorgenommen wird. Es kann im Rahmen der Erfindung aber auch so vorgegangen werden, daß die Kaltumformung und Kalibrierung in bekannter Weise durch hydrostatischen Druck oder hydrostatische Verfahren erfolgt. Für spezielle Anwendungszwecke hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zwei oder mehrere der angegebenen Möglichkeiten zu kombinieren. So kann man nach einem Vorschlag der Erfindung beispielsweise gemäß der Kombination der folgenden Verfahrensschritte vorgehen: - gemeinsames Hindurchführen von Dorn und Formteil durch eine Matrize bzw. gemeinsames Schmieden von Dorn und Formteil; - abschließende Kaltumformung zum Kalibrieren des Formteils auf seiner Endabmessung durch Detonation von Sprengstoff.

Dies ist eine weitere vorteilhafte Möglichkeit, die abschließende Kaltumformung und Kalibrierung durch Krafteinwirkung auf die Außenwandungen des Formteils vorzunehmen. Hierbei werden Dorn und Formteil entweder gemeinsam durch eine Matrize hindurchgeführt oder das Formteil wird geschmiedet. An diesen Kaltverformungsschritt schließt sich eine weitere Kaltverformung an, nämlich eine Kalibrierung des Formteils auf seine Endabmessungen mittels Detonation von Sprengstoff (Explosionsumformung).

Das Lösungsglühen des Formteils vor dem Kaltumformen und Kalibrieren kann an Luft erfolgen, wobei anschließend die Oberflächen des Formteiles einem Säuberungs- oder Glättungsprozeß, etwa durch Schleifen, unterzogen werden müssen- Vorteilhafter kann es deshalb mitunter sein, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung so vorgegangen wird, daß das Lösungsglühen zumindest des formgebenden inneren Bereiches des rohrförmigen Formteils in reduzierender Atmosphäre erfolgt. Dies geschieht z.B. mit Vorteil durch Einfüllen von trockener Holzkohle in den Innenraum des Formteiles, der an beiden Enden mit z.T. durchlöcherten Blechkappen verschlossen wird.

Bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung lassen sich praktisch alle aushärtbaren Kupferwerkstoffe einsetzen, bei denen sich durch die Verfahrensschritte Lösungsglühen, Kaltverformen und Aushärten Eigenschaften ergeben, die ihren Einsatz als Kokillenwerkstoffe ermöglichen. Dieses sind beispielsweise Legierungen auf der Basis CuCr, CuCrZr, CuCoBe, CoCoNiBe, CuCoNiBeZr, CuNiSi und andere. Ganz besonders bewährt hat es sich bei der Durchführung der Erfindung, wenn als aushärtbare Kupferlegierung eine Legierung aus 0,2 bis 1,2 % Chrom, 0,05 bis 0,4 % Zirkonium, bis zu 0,04 % eines oder mehrerer der Elemente Phosphor, Lithium, Calzium, Magnesium, Silizium oder Bor als Desoxidationsmittel, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen verwendet wird.

Mit dem Verfahren der Erfindung und seinen Ausführungsformen lassen sich verschiedene Querschnittformen von Durchlaufkokillen hersteilen. So erstreckt sich die Erfindung auch auf eine erfindungsgemäß hergestellte Durchlaufkokille, die sich dadurch auszeichnet, daß die Durchlaufkokille wie an sich bekannt eine rechteckige, mehreckige oder runde Querschnittsform aufweist. Eine nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Durchlaufkokille kann aber auch dadurch gekennzeichnet sein, daß die Durchlaufkokille wie an sich bekannt eine T, Doppel-T, U- oder L-förmige Querschnittsform aufweist. Bei beiden Ausführungsformen von erfindungsgemäß hergestellten Durchlaufkokillen ist es möglich, daß die den Formhohlraum begrenzenden Innenflächen der Durchlaufkokillen wie an sich bekannt konisch oder teilkonisch verlaufen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 7 am Beispiel einer gebogenen Rohrkokille näher erläutert.

Ein durch Strangpressen und/oder Ziehen und/oder Schmieden hergestelltes Rohrstück 1 beliebiger Querschnittsform, das aus einer aushärtbaren Kupferlegierung, z.B. der Zusammensetzung 0,5 % Chrom, 0,12 % Zirkonium, 0,015 % Bor, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen besteht, wird zunächst vorzugsweise in reduzierender Atmosphäre bei 1000 - 1020'C etwa 1/2 Stunde lösungsgeglüht und anschließend in Wasser abgeschreckt.

In das gerade, ggf. auch vorgebogene Rohrstück 1 wird nun ein z.B. hat verchromter Dorn 2 eingedrückt. Anschließend wird das Rohrstück 1 durch äußere Krafteinwirkung, etwa durch gemeinsames Hindurchdrücken durch eine Matrize oder durch einen oder mehrere Schmiede- oder Walzvorgänge, auf den Dorn 2 aufgeformt. Die Kaltverformung des Rohrstückes 1 z.B. so gewählt, daß die ursprüngliche Härte von etwa 55 HB auf einen Wert von 80 - 100 HB angehoben wird.

Der Dorn 2 kann zur Anpassung der zu fertigenden Rohrkokille an die Kreisform der Stranggießanlagen bereits gebogen sein, ggf. kann er auch konisch oder teilkonisch geformt sein. 3

Claims (9)

1. AT 401 628 B Beim Eindrücken des Domes 2 in ein gerades Rohrstück 1 erfolgt bereits eine entsprechende Verformung des Kokillenrohres. Selbstverständlich kann das Rohrstück 1 auch durch einen zusätzlichen Arbeitsschritt bereits in die gebogene Form gebracht sein, bevor ein ebenfalls gebogener Dorn 2 eingeführt wird. In der Regel wird das schon maßgenaue Kokillenrohr nach dem Entfernen des Domes 2 aus dem Rohrstück 1 während etwa 3 bis 4 Stunden in einem Temperaturbereich von 460 ”C - 480 *C warmausge-härtet. Bevorzugt erfolgt diese Warmbehandlung ebenfalls unter Schutzgas. Bei der angegebenen Kupferlegierung konnten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren für eine Rohrkokille folgende Werte festgestellt werden. thermische Leitfähigkeit 324 (W/m.K) Rekristallisations-Temperatur 700 (· C) Erweichungstemperatur 500 (· C) Härte HB 2,5/62,5 142 Zugfestigkeit 445 (N/mm1) 0,2-Dehngrenze 360 (N/mm1) Bruchdehnung 18 (%) Warmfestigkeit bei 200 · C 416 (N/mm1) Bruchdehnung bei 200 *C 17 (%) Warmfestigkeit bei 350 ° C 352 (N/mm1) Bruchdehnung bei 350 ° C 15 (%) Demgegenüber weist eine nicht erfindungsgemäß kalibrierte und kalt umgeformte Kokille der gleichen Legierungszusammensetzung die folgenden Werte auf: thermische Leitfähigkeit 315 (W/m.K) Rekristallisations-Temperatur 700 (-C) Erweichungstemperatur 500 (· C) Härte HB 2,5/62,5 115 Zugfestigkeit 375 (N/mm1) 0,2-Dehngrenze 282 (N/mm1) Bruchdehnung 19 (%) Warmfestigkeit bei 200 · C 345 (N/mm1) Bruchdehnung bei 200·C 16 (%) Warmfestigkeit bei 350 * C 285 (N/mm1) Bruchdehnung bei 350 * C 14 (%) Das Ausführungsbeispiel läßt die Querschnittsfrage der Kokille offen. Neben runden, quadratischen, rechteckförmigen, mehreckigen Querschnittsformen bekannter Art können beliebige andere Querschnitte, etwa T- oder Doppel-T-förmige Querschnitte gewählt werden, wenn nur der Dorn 2 die entsprechende Querschnittsform aufweist. Zwei solcher Ausführungsbeispiele zeigen die Fig. 6 und 7. Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von Durchlaufkokillen für Stranggießmaschinen aus rohrförmigen, durch Strangpressen und/oder Ziehen und/oder Schmieden hergestellten Formteilen aus einer aushärtbaren Kupferlegierung, bei dem der Formteil lösungsgeglüht und danach abgeschreckt wird, dann mittels eines in den Formteil eingebrachten Dorns kaltumgeformt sowie anschließend die Kupferlegierung warmausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Formteil vor dem Warmaushärten durch eine abschließende Kaltumformung über einen in den Formteil eingebrachten Dorn auf seine Endabmessungen kalibiriert wird. 4 1 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltumformung und Kalibrierung in an sich bekannter Weise durch gemeinsames Hindurchführen von Dorn und Formteil durch eine Matrize erfolgt. AT 401 628 B
2. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltumformung und Kalibrierung wie an sich bekannt durch Krafteinwirkung auf die Außenwandung des Formteils durch Detonation von Sprengstoff oder elektrodynamische Verfahren vorgenommen wird.
3. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltumformung und Kalibrierung in bekannter Weise durch hydrostatischen Druck bzw. hydrostatische Verfahren erfolgt.
4. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte: - gemeinsames Hindurchführen von Dorn und Formteil durch eine Matrize bzw. gemeinsames Schmieden von Dorn und Formteil; - abschließende Kaltumformung zum Kalibrieren des Formteils auf seiner Endabmessung durch Detonation von Sprengstoff.
5. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsglühen zumindest des formgebenden inneren Bereiches des rohrförmigen Formteils in reduzierender Atmosphäre erfolgt.
6. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als aushärtbare Kupferlegierung eine Legierung aus 0,2 bis 1,2 % Chrom, 0,05 bis 0,4 % Zirkonium, bis zu 0,04 % eines oder mehrerer der Elemente Phosphor, Lithium, Calzium, Magnesium, Silizium oder Bor als Desoxidationsmittel, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen verwendet wird.
7. 8. Durchlaufkokille für Stranggußanlagen hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufkokille wie an sich bekannt, eine rechteckige, mehreckige oder runde Querschnittsform aufweist.
8. 9. Durchlaufkokille für Stranggußanlagen hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufkokille wie an sich bekannt eine T, Doppel-T, U-oder L-förmige Querschnittsform aufweist.
9. 10. Durchklaufkokille hergestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den Formhohlraum begrenzenden Innenflächen der Durchlaufkokille wie an sich bekannt konisch oder teilkonisch verlaufen. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 5