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PATENTANSPRÜCHE
1. Dauerform für das Vergiessen von Metallen aus einer niedriglegierten Kupferlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Cu-Cr-Legierung mit 0,5-1,5 Gew. % Cr aufweist.
2. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Cu-Cr-Legierung 0,8 bis Gew. % Cr enthält.
3. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie vergütet ist.
4. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch 0,08 - 0,25 Gew. % Zr enthält.
5. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung neben Cr und Zr zu 0,1 Gew.% Cd enthält.
6. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung neben Chrom bis zu 0,1 Gew.% Cd enthält.
7. Verfahren zur Herstellung einer Dauerform nach Anspruch 1, durch Giessen einer niedrigiegierten Kupferlegierungsschmelze mit 0,5-1,5 Gew.% Cr in eine Giessform.
8. Verfahren zur Herstellung einer Dauerform nach Anspruch 1, durch Einpressen eines Gesenkes in einen vorgeheizten, niedriglegierten Cu-Cr-Block, welcher 0,15-1,5 Gew.% Cr aufweist.
9. Verwendung einer Dauerform nach Anspruch 1 für die Herstellung von Formguss.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dauerform für das Vergiessen von Metallen gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung.
Als Werkstoffe zur Herstellung von Dauerformen für das Vergiessen von Metallen werden keramische Werkstoffe, Graphit und hauptsächlich Metalle verwendet. Für das Vergiessen von Formguss sind das insbesondere Gusseisen mit Lamellen-graphit, Gusseisen mit Kugelgraphit oder Stahl.
Wegen der relativ niedrigen Temperaturleitfähigkeit dieser
Materialien (a= . ) von 0,07, 0,13 bzw. 0,14 cm2 s-l wird die Wärme auch bei intensivem Kühlen nur langsam abgeführt und es bildet sich ein hoher Temperaturgradient in der Kokillenwand, der hohe Temperaturspannungen in der Formwand erzeugt, die zur Rissbildung und schliesslich zum Zerstören der Form führen.
Zur Senkung dieser Spannungen und zur Erreichung ei ner gewünschten Oberflächenqualität des Abgusses, ist es notwendig, die Dauerform vor dem Einfüllen des flüssigen
Metalles auf eine Arbeitstemperatur von 110 - 350 "C vorzu wärmen.
Die Standzeit solcher Kokillen ist durch die oben beschriebenen Erscheinungen limitiert. Beim Vergiessen von Grauguss lassen sich diese herkömmlichen Kokillen nur für etwa 3000 bis 10 000 Giessvorgänge verwenden, und bei Stahl sogar nur für 200 bis 2000 Giessvorgänge. Gemessen an den sehr hohen Werkzeugkosten, ist die genannte Lebensdauer der bisher gebräuchlichen Kokillen verhältnismässig niedrig, so dass jedes gegossene Formstück mit einem hohen Werkzeugkostenanteil belastet ist.
Die aus der Literatur bekannten Lösungen wie anodisch oxidierte Aluminiumkokillen, pulvermetallurgisch hergestellte Kokillen auf der Basis von Molybdän usw. sind für diesen Anwendungsbereich nicht über das Versuchsstadium hinausgekommen. Die Verwendung von Reinkupfer für Formgusskokillen scheitert an den mechanischen Eigenschaften, wie schwierige Bearbeitbarkeit und niedriger Verschliesswiderstand des Werkstoffes. Die Verwendung von Beryllium-Bronze (Cu mit 0,41,8% Be) als Werkstoff für Dauerformen hat eine gewisse Verbesserung mit sich gebracht. Neben den notwendigen Schutzmassnahmen bei der Bearbeitung (Be-Toxizität) und niedrigem Wärmeleitfähigkeit ist diese Legierung zu teuer für die oben genannten Einsätze.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Dauerform vorzuschlagen, mittels welcher die oben erwähnten Nachteile beseitigt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Lehre des 1. Anspruches. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Als Werkstoff für die erfindungsgemässen Dauerformen hat sich eine niedriglegierte Cu-Cr-Legierung mit 0,5 bis 1,5 Gew.% Cr bewährt.
Diese Legierung besitzt eine hohe Temperaturleitfähigkeit von 1,01 cm2/s was höhere Temperaturgradiente in der Kokille vermeidet und einen schnelleren Takt, d. h. kürzere Zeitintervalle von Abguss zu Abguss ermöglicht.
Durch die Verwendung der erfindungsgemässen Legierung für die Herstellung von Dauerformen erhöhen sich die Standzeiten um den Faktor von 5-100. Zum Beispiel sind bei Verwendung einer wassergekühlten Graugusskokille 5000 Abgüsse/Kokille möglich, während mit der CuCr Kokille 300 000 Abgüsse/Kokille hergestellt werden können.
Durch die schnell sich ausbreitende Temperaturwelle wird die Kokille durch das eingegossene Metall gleichsam vorgewärmt, so dass eine Vorheizung der Kokille nicht mehr nötig ist. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Graugusskokille beträgt ca. 6 - 7 mm/sec, in der CuCr-Kokille dagegen ca. 40 mm/sec.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Dauerform erfolgt auf an sich bekannte Weise. Sie kann entweder vorgegossen und dann bearbeitet werden oder in einen auf ca.
800 "C vorgewärmten Block mit einem Gesenk eingepresst werden. Bei Rissbildungen sind Reparaturschweissungen möglich.
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PATENT CLAIMS
1. Permanent mold for the casting of metals from a low-alloy copper alloy, characterized in that it has a Cu-Cr alloy with 0.5-1.5 wt.% Cr.
2. Permanent form according to claim 1, characterized in that the Cu-Cr alloy contains 0.8 to wt.% Cr.
3. Permanent form according to claim 1, characterized in that it is remunerated.
4. Permanent form according to claim 1, characterized in that the alloy still contains 0.08-0.25% by weight of Zr.
5. Permanent mold according to claim 1, characterized in that the alloy contains 0.1% by weight of Cd in addition to Cr and Zr.
6. Permanent form according to claim 1, characterized in that the alloy contains up to 0.1 wt.% Cd in addition to chromium.
7. A method for producing a permanent mold according to claim 1, by casting a low alloy copper alloy melt with 0.5-1.5 wt.% Cr in a casting mold.
8. A method for producing a permanent mold according to claim 1, by pressing a die into a preheated, low-alloy Cu-Cr block, which has 0.15-1.5 wt.% Cr.
9. Use of a permanent mold according to claim 1 for the production of molded castings.
The present invention relates to a permanent form for the casting of metals according to the preamble of claim 1, methods for their production and their use.
Ceramic materials, graphite and mainly metals are used as materials for the production of permanent molds for the casting of metals. For the casting of molded castings, these are in particular cast iron with lamellar graphite, cast iron with spheroidal graphite or steel.
Because of the relatively low thermal conductivity
Materials (a =.) Of 0.07, 0.13 or 0.14 cm2 sl the heat is only dissipated slowly even with intensive cooling and a high temperature gradient forms in the mold wall, which creates high temperature stresses in the mold wall, which lead to the formation of cracks and ultimately to the destruction of the shape.
To reduce these tensions and to achieve a desired surface quality of the cast, it is necessary to remove the permanent mold before filling the liquid
Preheat metal to a working temperature of 110 - 350 "C.
The service life of such molds is limited by the phenomena described above. When casting gray cast iron, these conventional molds can only be used for around 3,000 to 10,000 casting operations, and for steel, they can only be used for 200 to 2,000 casting operations. Measured in terms of the very high tool costs, the service life of the molds previously used is relatively short, so that each cast molding is burdened with a high proportion of tool costs.
The solutions known from the literature, such as anodized aluminum molds, powder metallurgy molds based on molybdenum, etc., have not gone beyond the experimental stage for this area of application. The use of pure copper for molded casting molds fails due to the mechanical properties, such as difficult machinability and low wear resistance of the material. The use of beryllium bronze (Cu with 0.41.8% Be) as a material for permanent molds has brought about a certain improvement. In addition to the necessary protective measures during processing (loading toxicity) and low thermal conductivity, this alloy is too expensive for the uses mentioned above.
It is the object of the invention to propose a permanent form by means of which the disadvantages mentioned above are eliminated.
The object is achieved according to the invention by the teaching of claim 1. Advantageous further developments emerge from the dependent claims.
A low-alloy Cu-Cr alloy with 0.5 to 1.5% by weight Cr has proven itself as the material for the permanent molds according to the invention.
This alloy has a high temperature conductivity of 1.01 cm2 / s, which avoids higher temperature gradients in the mold and a faster cycle, i. H. Shorter time intervals from cast to cast enabled.
Using the alloy according to the invention for the production of permanent molds increases the tool life by a factor of 5-100. For example, using a water-cooled gray cast iron mold, 5000 casts / mold are possible, while the CuCr mold can produce 300,000 castings / mold.
Due to the rapidly spreading temperature wave, the mold is preheated, as it were, by the cast metal, so that preheating of the mold is no longer necessary. The spreading speed in the gray cast iron mold is approx. 6 - 7 mm / sec, in the CuCr mold, however, approx. 40 mm / sec.
The permanent form according to the invention is produced in a manner known per se. It can either be pre-cast and then machined or in an approx.
800 "C preheated block can be pressed in with a die. If cracks form, repair welds are possible.