DE1508776A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von blech- oder bandfoermigen Produkten aus extrem rasch abzukuehlenden Legierungen - Google Patents

Description

HW/KRU/khr-2/66 3· Februar 1966

384-67

Battelle-Institut e.V., Frankfurt / Main

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von blech- oder bandförmigen Produkten aus extrem rasch abzukühlenden Legierungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von blech- oder bandförmigen Produkten aus Legierungen, deren Schmelzen zur Erzielung guter mechanischer Eigenschaften auf der Basis von Metasättigung und/oder Dispersionshärtung extrem rasch abgekühlt werden.

Kühlt man Legierungen des Aluminiums mit Cr, Fe, Mn, W₁ V, Ti oder Mo mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit der Größenordnung 10 C/sec aus der Schmelze ab, so steigt die dem

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Gleichgewicht entsprechende maximale Löslichkeit für Cr etwa um den Faktor 8, für Fe um den Faktor 3, für Mn um den Faktor 7, für W um den Faktor 6, für V um den Faktor 3, für Ti um den Faktor 2 und für Mo um den Faktor 2,5. Derartig rasch abgekühlte Legierungen befinden sich im Zustand der "Metasättigung" und weisen bis zu relativ hohen Temperaturen hervorragende Festigkeitseigenschaften bei guter Duktilität auf. Setzt man diesen binären Aluminium-Legierungen Silicium zu, so tritt zu dem Effekt der Metasättigung noch der der Dispersionshärtung durch extrem feine Ausscheidungen von Siliciden.

Metasättigung und Dispersionshärtung durch rasches Abkühlen aus der Schmelze sind keineswegs auf Legierungen auf Aluminiumbasis beschränkt; eine rasche Abkühlung ist auch zur Herstellung von Legierungen mit ähnlichen Eigenschaften im System Cu-Th-B nach der US-Patentschrift 3 199 Mk erforderlich; auch dabei kommt es zu einer feinen Ausscheidung von ThB.-Partikeln in der Matrix, die eine Dispersionshärtung bewirken.

Abkühlungsgeschwindigkeiten der Größenordnung 10 C/sec aus der Schmelze waren in technischem Rahmen bisher jedoch nur dadurch zu verwirklichen, daß die Schmelze verdüst ("Metal Progress", Mai 1958, S. 7O-76) oder aus Öffnungen, z.B. durch

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Zentrifugalkraft, abgeschleudert wurde (Britische Patentschrift 972 305). Die kleinen Schmelzpartikel erstarrten dann mit der gewünschten hohen Abkühlungsgeschwindigkeit. Die Weiterverarbeitung der so erhaltenen Pulver oder Granulate, z.B. zu Blechen, ist allerdings mit vergleichsweise hohen Kosten und fertigungstechnischen Schwierigkeiten behaftet.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß diese er- ä

wähnten Nachteile vermieden werden, wenn die Schmelzen im Wege des an sich bekannten Gießwalzverfahrens mit Walzenspalten unter 1 mm vergossen werden. Eine derartige Verarbeitung gewährleistet die oft erforderliche extrem hohe Abkühlungsgeschwindigkeit und erbringt gleichzeitig, in Abhängigkeit von der Menge der vergossenen Legierung, blech- oder bandförmige Produkte.

Man erhält somit ein brauchbares Verfahren, das es in wirtschaftlicher Weise gestattet, große Mengen warmfester Legierungen aus ihrer Schmelze rasch abzukühlen und dabei direkt zu Halbzeug, z.B. zu Blech, zu verarbeiten.

In Weiterbildung des Grundgedankes der Erfindung läßt sich mit besonderem Vorteil die eutektische Al-Si-Legierung nach diesem Verfahren vergießen, da auf diese Weise eine erheb-

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liehe Steigerung der Verformbarkeit und der Warmfestigkeit gegenüber solchen eutektischen Al-Si-Legierungen erreicht wird, die in herkömmlicher Weise vergossen und abgekühlt wurden.

Die Erfindung richtet sich aber auch auf eine Vorrichtung zur Ausübung der erfindungsgemäßen Verfahren mit einer angetriebenen Hohlwalze und einer Innenwalze zur Bildung eines Walzenspaltes.

Aus der US-Patentschrift 2 127 515 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der zur Bildung eines vorgegebenen Walzenspaltes eine Hohl- und eine Innenwalze drehbar und in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Die Hohlwalze wird von außen gekühlt und die in ihr befindliche Schmelze erwärmt, wodurch letztere unter langsamer Abkühlung an der Hohlwalzeninnenwand ankrustet. Bei Durchtritt durch den Walzenspalt wird das bereits erstarrte Legierungsband lediglich geglättet. Das sich dabei einstellende Gefüge entspricht folglich dem einer langsam erstarrten Schmelze.

Gegenüber dem Stand der Technik ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwalze zur Bildung des Walzenspaltes in radialer Richtung praktisch freibeweglich und im wesentlichen unter Einfluß ihres Eigengewichtes an der

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Innenwandung der Hohlwalze angeordnet 1st.

Auf diese Welse wird erreicht, daß der Walzenspalt nicht durch starre Lagerung der die eigentliche Gießvorrichtung bildenden Walzen vorgegeben wird, daß vielmehr eine der Walzen eine solche Bewegungsmöglichkeit aufweist, daß sie sich selbsttätig, unter Einfluß ihres Eigengewichtes an die Erstarrungszone, an jenen Bereich also, wo die intensivste Wärmeabfuhr erforderlich ist, anlegt. Dadurch ist es ausgeschlossen, daß entweder die Schmelze, ohne zu erstarren, den Walzenspalt passiert oder die Erstarrung bereits vor der engsten Stelle abgeschlossen ist und sich nurmehr ein Warmwalzvorgang abspielt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Innenwalze in einer Gabel gelagert ist, die ihrerseits um eine zu den Walzenachsen parallele Achse drehbar ist. Dies bringt mit relativ geringem und somit auch wenig ( störanfälligem konstruktiven Aufwand eine seitliche Führung der Innenwalze und bei Anliegen an der Hohlwalze gleichzeitig auch eine solche der letzteren. Eine derartige Führung ist im Hinblick auf einen reibungslosen Fertigungsablauf von Vorteil.

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Veitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der schematischen Zeichnung.

In einer beispielsweise auf Antriebswalzen 1, 2 drehbar gelagerten Hohlwalze 3 ist eine Innenwalze k praktisch freibeweglich angeordnet.

Im Ruhezustand, wenn sich keine Schmelze 5 in dem Hohlzylinder 3 befindet, liegt die Innenwalze 4 an der tiefsten Stelle der Hohlwalze 3 auf. Am gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Gießwalzmaschine während eines Arbeitsvorganges dargestellt. Die Drehrichtung von Hohlwalze 3 und Innenwalze k ist durch die Pfeile 6 dargestellt. Die über eine Gießvorrichtung gleichmäßig vor der Innenwalze k einlaufende Schmelze 5 wird durch die Zentrifugalkraft an den Hohlzylinder 3 angepreßt und durch das Gewicht der Innenwalze 4 auseinandergedrückt, die gleichfalls infolge der Zentrifugalkraft und der Reibung am Hohlzylinder 3 etwas in Drehrichtung der Hohlwalze 3 mitbewegt wird. Dabei stellt sich, je nach dem Gewicht der Innenwalze k, die von der angetriebenen Hohlwalze, wie erwähnt, mitgenommen wird, eine konstante Blechdicke ein. Die Dicke eines aus der Schmelze 5 erzeugten Bleches 7 wird also im

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wesentlichen durch den Anpreßdruck der Innenwalze k geregelt. Dieser kann erforderlichenfalls durch Zusatzgewichte oder dergleichen verstärkt werden.

Mit der freibeweglichen Innenwalze h wird außerdem der Vorteil erreicht, daß Blechdicken bis herunter zu etwa 0,1 mm erzeugt werden können, was bei herkömmlichen Gießwalzmaschinen nicht möglich ist, da bei einem derartig geringen Walzenspalt die Schmelze nicht mehr durch den Walzenspalt gefördert wird. Bei der erfindungsgemäßen Gießwalzmaschine hingegen kann die freibewegliche Innenwalze k dem ersten Schmelzenberg folgen; anschließend stellt sie sich jedoch selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Hohlwalze 3, der Zähigkeit der Schmelze 5 und, wie erwähnt, ihrem Anpreßdruck ein. Durch entsprechende Variation dieser vier Faktoren kann die Dicke des zu erzeugenden Bleches 7 in den angegebenen Grenzen von 1 mm bis zu 0,1 mm bestimmt werden. Das erzeugte Blech 7 kann durch einen von j außen in Richtung der Längsachse der Hohlwalze 3 eingeführten Auswerfer 13 aas der Gießwalzmaschine herausgeführt werden.

Hohlwalze 3 und Innenwalze U der in der Zeichnung dargestellten Gießwalzmaschine sind seitlich mit zwei Führungsstangen bzw. einer Gabel 8 geführt. Diese Gabel 8 ist an einer Achse 9 drehbar gelagert; an ihrem gegenüberliegen-

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den Ende weist sie ein Langloch 10 zur Aufnahme einer Achse 11 der Innenwalze 4 auf. Aufgrund dieser Anordnung ist die Innenwalze k praktisch freibeweglich.

Der Schlepphebel oder die Gabel 8 kann auch als Führungseinrichtung 8* schräg nach oben gerichtet sein und so über ihre Achse 9* an einer ortsfesten Stelle angelehnt sein. Auch in diesem Fall ist das Langloch 10* vorgesehen, damit die Innenwalze k freibeweglich ist. Bei dieser Ausbildung empfiehlt sich jedoch die Anbringung eines Stoßdämpfers 12, der zu große Ausschläge der Innenwalze k reduziert, sie in ihrer Arbeitsstellung jedoch nicht beeinflußt.

Sehr gute Gefügeausbildungen haben sich bei Blechen ergeben, die mit einer erfindungsgemäßen Gießwalzmaschine hergestellt wurden, deren Innendurchmesser der Hohlwalze etwa 50 bis 150 cm, deren Durchmesser der Innenwalze etwa 15 bis 50 cm und deren Drehungsgeschwindigkeit der Hohlwalze etwa 1 bis 3 U/sec betrug.

Mit der erfindungsgemäßen Gießwalzmaschine ist die Gewähr dafür gegeben, daß das über den Auswerfer 13 nach außen geleitete Blech 7 oder Blechband nach dem Verlassen des selbsttätig sich einstellenden Walzenspaltes 14 gleichmäßig und völlig erstarrt ist. Erforderlichenfalls kann die von der Hohlwalze 3 und der Innenwalze k aufgenommene Wärme durch zusätzlich vorgesehene Kühleinrichtungen abgeführt werden.

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Claims (1)

1. ■Patentansprüche

   1. Verfahren zur Herstellung von blech- oder bandförmigen Produkten aus Legierungen, deren Schmelzen zur Erzielung guter mechanischer Eigenschaften auf der Basis von Metasättigung und/oder Dispersionshärtung extrem rasch abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzen (5) im Wege des an sich bekannten Gießwalzverfahrensmit Walzenspalten (i4) unter 1 mm vergossen f

   werden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Al-Si-Legierung vergossen wird.

   3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 mit einer angetriebenen Hohlwalze und einer Innenwalze zur Bildung eines Walzenspaltes, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwalze (k) zur Bildung des Walzenspaltes (i4) praktisch freibeweglich und im wesentlichen unter Einfluß ihres Eigengewichtes an der Innenwandung der Hohlwalze (3) angeordnet ist.

   h. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwalze (k) an mindestens einer Stirnfläche geführt ist.

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   5· Vorrichtung nach Anspruch 3 und k, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwalze (k) In einer Gabel (8, 8·) gelagert 1st, die ihrerseits um eine zu den Valzenachsen parallele Achse (9, 9') drehbar ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Gabel 8 als Schlepphebel ausgebildet ist.

   7* Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Innenwalze in Langlöchern (1O, 10') der Gabel gelagert ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung der Gabel z.B. mittels eines Stoßdämpfers (12) oder dergleichen gedämpft ist.

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