DE202009009726U1

DE202009009726U1 - Komponenten für Heißkanalsysteme

Info

Publication number: DE202009009726U1
Application number: DE200920009726
Authority: DE
Original assignee: SCHMELZMETALL AG
Current assignee: SCHMELZMETALL AG
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2019-07-16

Abstract

Komponenten für Heißkanalsysteme, die sämtlich mit einer heißen Kunststoffschmelze in unmittelbaren Kontakt treten, insbesondere Maschinendüsen, Heißkanaldüsen, Nadelverschlussdüsen und Vorkammerbuchsen, dadurch gekennzeichnet, dass sie überwiegend aus einer Nickel-Legierung mit einem Nickel-Anteil von größer gleich 95 Gew.-% bestehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Komponenten für Heißkanalsysteme, die sämtlich mit einer heißen Kunststoffschmelze in unmittelbaren Kontakt treten.
Heißkanalsysteme der Spritzgusstechnik weisen eine ganze Reihe von Komponenten auf, die mit einer heißen Kunststoffschmelze in unmittelbaren Kontakt treten. Zu diesen Komponenten gehören insbesondere Maschinendüsen, Heißkanaldüsen, Angussspitzen, Nadelverschlussdüsen und Vorkammerbuchsen. Aufgrund ihres unmittelbaren Kontaktes mit der heißen, strömenden und gelegentlich auch abrasiven Kunststoffschmelze sind diese Komponenten besonderen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Sie müssen daher zum einen entsprechend abriebfest sein, zum zweiten mechanisch stabil sein, da sie gegebenenfalls mit hoher Frequenz gegen andere Komponenten gefahren werden und zum dritten müssen sie gute Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, um die Kunststoffschmelze nicht aus dem korrekten Prozeßfenster herauszukühlen und so die Qualität der hergestellten Produkte zu verschlechtern.
Bekannte derartige Komponenten bestehen daher entweder aus Stahl oder aus einem Kupferwerkstoff oder sind auf unterschiedlichen konstruktiven Wegen aus diesen beiden Materialien kombiniert.
Beispielsweise sind aus der DE 20 2006 007 721 eine Maschinendüse und eine Heißkanaldüse bekannt, deren jeweiliger Grundkörper aus einem Kupferwerkstoff besteht und deren vorderer Teil aus einem, den Kupferwerkstoff konturnah ersetzenden Stahl gefertigt ist.
Aus der DE 10 2004 009 806 B3 ist eine stählerne Heißkanaldüse bekannt, die in einem vorderen Bereich einen Anschlagring aus einem Keramikwerkstoff aufweist, der die Düsenspitze thermisch von der Umgebung trennt und so Temperaturverluste vermeiden möchte.
Aus der DE 10 2008 035 436.8 ist eine Vorkammerbuchse aus einem hochwärmeleitfähigen Cu-Material bekannt, die im Bereich des Angusskanals und des konturbildenden Bereichs eine galvanisch aufgetragene, thermisch und mechanisch stabile Schicht aufweist, die Keramikpartikel enthält.
Schließlich ist aus der DE 10 2005 050 161 A1 eine konstruktiv aufwändige, dreiteilige Heißkanaldüse bekannt, bei der lediglich die Düsenspitze ein Bauteil aus hochwärmeleitfähigem Be-Cu Material aufweist und die ansonsten aus Stahl gefertigt ist.
Um den konstruktiven Aufwand dieser Komponenten zu verringern, wäre es wünschenswert, sie vollständig aus einem einzigen Material fertigen zu können. Diesem Wunsch stehen jedoch die sich konträr gegenüberstehenden Eigenschaften Festigkeit und Härte bei hoher Wärmeleitfähigkeit entgegen, die für eine solche Komponente jeweils für sich optimiert werden müssten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, konstruktiv möglichst einfache Komponenten für Heißkanalsysteme anzugeben.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sie überwiegend aus einer Nickel-Legierung mit einem Nickel-Anteil von größer gleich 95 Gew.-% bestehen. Überraschenderweise ermöglicht der Wechsel von Cu auf Ni als Grundbestandteil einer Legierung zur Verwendung als Material für die genannten Komponenten die Herstellung von hochfesten, gut wärmeleitenden und harten Komponenten, deren Material den geforderten konträren Eigenschaften optimal entspricht.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nickel-Legierung eine Nickel-Beryllium-Legierung ist, wobei der Be-Anteil kleiner gleich 2,1 Gew.-% beträgt. Dieser zweite Legierungsbestandteil erhöht die Härte der Legierung mit Vorteil.
Weist die Nickel-Beryllium-Legierung weiterhin auf: einen Ti-Anteil von kleiner gleich 0,6 Gew.-%, einen Cu-Anteil von kleiner gleich 0,25 Gew.-% sowie weitere Bestandteile mit einem Gesamtanteil von nicht mehr als 0,25 Gew.-%, so ergibt sich ein optimaler Werkstoff für die genannten Komponenten, aus dem sie überwiegend bestehen. Erfindungsgemäß können die Komponenten auch vollständig aus der erfinderischen Legierung bestehen, da diese ausreichend hart für die Urformung oder nachträgliche Bearbeitung der Komponenten ist und im späteren Einsatz mechanischen Belastungen widersteht.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Nicht-Nickel-Bestandteile Be und Ti einen Anteil aufweisen von: Be: 1,8 Gew.-% bis 2,1 Gew.-%, Ti: 0,0 Gew.-% bis 0,6 Gew.-%.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass diese Nickellegierung thermisch so ausgehärtet ist, so dass sie bei erhöhten Temperaturen eine außerordentliche Härte und Festigkeit bei ausreichender thermischer Leitfähigkeit aufweist. Das erfindungsgemäße Material weist einen HRC-Wert von größer 56 auf. Aufgrund der thermischen Aushärtung tritt mit Vorteil keine Verzunderung auf, es bildet sich lediglich eine sehr dichte und stabile, fest haftende Oxidschicht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass diese Temperaturhärtung bei 540°C durchführbar ist. Sie kann ebenfalls bei Temperaturen zwischen 500°C und 540°C durchgeführt werden. Diese Härtung verändert die Molekülstruktur der Legierung derart, dass eine höhere Härte und Festigkeit resultieren.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Material der Komponenten vor deren Herstellung kaltverfestigt ist.
Mit großem Vorteil ist eine spanende Bearbeitung des Materials der Komponenten möglich, so dass diese aus entsprechendem Halbzeug einfach gefertigt werden können. Konstruktiv umständliche und aufwändige Fertigung aus mehreren, zusammenzusetzenden Bauteilen entfällt mit Vorteil. Mit Vorteil ist ebenfalls die Verbindung durch Hartlöten oder Schweißen möglich, letzteres bevorzugt im lösungsgeglühten Zustand der Legierung.
1a gibt ein Gefügebild der erfindungsgemäßen Legierung mit jeweils 0,4 Gew.-% Ti nach erfolgter Lösungsglühung wieder, 1b gibt ein Gefügebild einer erfindungsgemäßen Legierung mit 0,4 Gew.-% Ti nach erfolgter Ausscheidungshärtung wieder. Zu erkennen sind jeweils die Korngrenzen, die Zusammensetzung der Kristall oder Körner sind den Figuren nicht zu entnehmen. 1b zeigt Mikroseigerungen, also Entmischungen des Werkstoffs.
Lösungsglühen und Ausscheidungshärten bilden erfindungsgemäß die thermische Härtung des Materials für die Komponenten. Die frisch hergestellt und im dendritischen Gussgefüge befindliche Legierung wird umgeformt und anschließend, beim ersten Schritt der thermischen Härtung, dem Lösungsglühen, solange erwärmt, bis sich ausgeschiedenes Be im α-Mischkristall der Ni-Be-Legierung gelöst hat. Dies geschieht oberhalb von 1050°C und unterhalb von 1150°C, im Bereich der größten Löslichkeit von Be in Ni. Durch anschließendes Abschrecken auf Raumtemperatur verbleibt der erzeugte homogene Mischkristall im metastabilen übersättigten einphasigen Zustand, einem Zwangsgefüge mit übersättigtem Mischkristall. Hierbei ist es wichtig, um mehr als 300°C innerhalb der ersten fünf Sekunden herabzukühlen, was bevorzugt mit Wasser geschieht. Der zweite Schritt der Wärmehärtung umfasst das Ausscheidungshärten. Hierbei wird das Zwangsgefüge durch ein längeres Temperieren bei 450°C bis 540°C in ein thermodynamisch stabileres Gefüge durch Nachholung von Diffusionsvorgängen und Wechsel der Raumstruktur der Kristalle überführt. Hierbei bilden sich α- und γ-Mischkristalle. Erfindungsgemäß erfolgt hierbei eine Einstellung der gewünschten Parameter durch die Wahl der Ausscheidungshärtungsparameter und damit den Grad der Umwandlung des Zwangsgefüges in das stabilere Gefüge.
Vorteilhaft werden erfindungsgemäß viele Keime gebildet, die homogen und isotrop im Gefüge verteilt sind. Damit werden besonders harte Werkstücke möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202006007721 [0004]
- DE 102004009806 B3 [0005]
- DE 102008035436 [0006]
- DE 102005050161 A1 [0007]

Claims

Komponenten für Heißkanalsysteme, die sämtlich mit einer heißen Kunststoffschmelze in unmittelbaren Kontakt treten, insbesondere Maschinendüsen, Heißkanaldüsen, Nadelverschlussdüsen und Vorkammerbuchsen, dadurch gekennzeichnet, dass sie überwiegend aus einer Nickel-Legierung mit einem Nickel-Anteil von größer gleich 95 Gew.-% bestehen.
Komponenten gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-Legierung eine Nickel-Beryllium-Legierung ist, wobei der Be-Anteil kleiner gleich 2,1 Gew.-% beträgt.
Komponenten gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-Beryllium-Legierung weiterhin aufweist: einen Ti-Anteil von kleiner gleich 0,6 Gew.-%, einen Cu-Anteil von kleiner gleich 0,25 Gew.-% sowie weitere Bestandteile mit einem Gesamtanteil von nicht mehr als 0,25 Gew.-%.
Komponenten gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nicht-Nickel-Bestandteile Be und Ti einen Anteil aufweisen von: Be: 1,8 Gew.-% bis 2,1 Gew.-%, Ti: 0,0 Gew.-% bis 0,6 Gew.-%.
Komponenten nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-Legierung thermisch ausgehärtet ist, um einen HRC-Wert von größer 56 zu erreichen, insbesondere bei 540°C ausgehärtet ist.
Komponenten nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Komponenten vor deren Herstellung kaltverfestigt ist.