DE2532401A1

DE2532401A1 - Kokille zum giessen von schwermetallen und eisenstoffen, insbesondere von edelstaehlen, und verfahren zur herstellung der kokille

Info

Publication number: DE2532401A1
Application number: DE19752532401
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr Gross
Original assignee: Piel and Adey
Current assignee: Piel and Adey
Priority date: 1975-07-19
Filing date: 1975-07-19
Publication date: 1977-02-03
Also published as: DE2532401C2

Description

Kokille zum Gießen von Schwermetallen und Eisenstoffen, insbesondere von Edelstählen, und Verfahren zur Herstellung der kokille Die Erfindung bezieht sich auf eine Kokille für das Gießen von Schwermetallen und Eisenwerkstoffen, insbesondere von Edelstählen,. bei denen dem Gleßwerkstoff beträchtl iche Wärmemengen zu entziehen stnd. Weiterhin bezleht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kokille.
Schwermetalle sowie die weiterhin genannten Werkstoffe machen bekanntlich im Gegensatz zu Leichtmetallen belm Vergießen In einer Kokille eine besonders gute Wärmeableltung erforderlich. Bevorzugt finden als Kokillenwerkstoffe Grauguß und Stahl Verwendung, wobel Jedoch bei den In der Regel In erheblichem Umfang Kupfer enthaltenden Schwermetallen Graugußkokillen dann gefährdet sind, wenn bei ihnen eine lamellare Ausscheldung des Graphits besteht, in dessen Richtung vor allem Kupfer elndiffunleren kann, so daß es zu Rissblldungen kommen kann. Dlese Diffusionsgeschwlndlgkelt Ist von der Temperatur abhängig,die bei Eisenwerkstoffen beträchtllche Werte annehmen kann. Man hat daher auch schon die Kokillen mit Kühl kanälen ausgeführt, um eine Kühlung mit Wasser zu ermöglichen. Schroffe Temperaturwechsel können Jedoch zu Wärmerissen führen, so daß eine derartige Kokille Infolge des Elndrlngens von Kühlwasser in den Gießraum völlig unbrauchbar wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kokille der elnleltend beschrlebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die genannten Schwierigkeiten vermleden werden. Vor allem soll also die neue Kokille hohe thermische Belastungen beim Gießen der bezelchneten GTeBwerkstoffe dafür erfahren können, ohne daß die erwähnten Schäden auftreten.
Erfindungsgemäß wird des bei der neuen Kokille dadurch erreicht, daß sie aus zwel metallischen Werkstoffen besteht, die ein Verbundelement bilden, wobei der äußere Teil der Kokille aus einem Eisenwerkstoff und der sich daran anschließende, dem flüssigen Gießwerkstoff zugewandte Teil aus einem Werkstoff von mindestens der doppelten Wärmeleitfähigkeit des Elsenwerkstoffes besteht.
Als Elsenwerkstoff eignet sich grundsätzlich sphärolytisches Gußeisen Infolge seiner bekannten günstigen Eigenschaften gut, während es für den sich daran anschließenden Teil zunächst darauf ankommt, daß ein guter Verbund eintritt, so daß die Wärmeleltung an der übergangsstelle keine Unterbrechung erfährt. Es kommen demgemäß Aluminiumlegierungen und vor allem Kupfer bzw.
Im wesentlichen Kupfer enthaltende Legierungen für den sich anschließenden, inneren Teil der Kokille In Frage.
Die Wärmeableitung ist infolge der stark erhöhten Wärmeleitfähigkeit des Inneren Teils der Kokille derart gut, daß sich auch Stahl legierungen darin vergießen lassen.
Die Zähigkeit des Kupfers führt zu einer erheblichen Beständigkeit bei thermisLhen Belastungen, so daß Warmrlsse weltgehend vermleden werden.
Durch den aus einem Eisenwerkstoff bestehenden äußeren Teil der Kokille wird der durch den inneren Tell derselben ermöglichte Wärmeentzug trotz der verringerten Wärmeleitfähigkeit des Eisenwerkstoffes nicht herabgesetzt. Dies llegt daran, daß der Wärmedurchgang, der bekanntiich proportlonal zur Wärmeleitfähigkeit und umgekehrt proportional zur Wanddicke Ist, zugleich proportional mit der Wärmedurchgangsfläche ansteigt. Da nun aber, ausgehend vom Inneren der Kokille, sich die Wärmedurchgangsflächen nach außen hin stark vergrößern, kann der äußere Teil der Kokille wenigstens die gleichen Wärmemengen ableiten, die der Innere, mit besserer Wärmeleitfähigkeit ausgebildete Tell der Kokille durchläßt. Auf diese Weise lassen sich hinreichende Wärmemengen entziehen, um selbst bei höherer Temperatur schmelzende Edelstahllegierungen In der Kokille zu vergießen.
Die neue Kokille wird In der erfindungsgemäßen Weise dadurch hergestellt, daß zunächst der aus dem Elsenwerkstoff bestehende Teil derselben gefertigt und sodann dleses Tell als Form eingesetzt wird. Daraufhin wird das Kupfer bzw. die im wesentlichen Kupfer enthaltende Legierung eingegossen, um den sich anschl lessenden Teil der Kokille zu erzeugen. Elne auf diese Weise zumindest teilweise gießtechnisch erzeugte Kokille hat bereits sehr gute Verbundeigenschaften. Letztere können noch wesentlich gesteigert werden, wenn der aus Eisen bestehende Tell der Kokille auf eine wenigstens etwa 400°C betragende Temperatur erhitzt wird, und wenn bei etwa dieser Temperatur das Kupfer bzw. die im wesentlichen Kupfer enthaltenen Legierung eingegossen wird. Dlese Erhitzung hat zur Folge, daß die Dlffuslon des Kupfers In den Elsenwerkstoff sowie eine Leglerungsbildung der beteiligten Metalle in der eigentlichen Verbundzone begünstigt werden.
Die Verbundwlrkung wird In der Praxis noch dadurch verbessert, daß während des Betriebes die Verbundzone aufgeheizt wird.
Als Folge davon kommt es zu einer weitergehenden Elndiffusion des Kupfers in den Elsenwerkstoff. Zweckmäßig wird eine derartige Kokille deshalb anfangs weniger belastet, während man nach einer längeren Betrlebszelt die Belastung erheblich steht gern kann. Die Herstellung der Kokille läßt sich noch verelnfachen, wenn vor dem Eingießen des Kupfers ein etwas kleiner als der eigentliche Formraum ausgebildeter Körper eingesetzt wird, der mit dem dann einzugießenden Kupfer nicht reagiert, sondern ihm lediglich die Schmelzwärme entzieht.
Nach der Erkaltung und dem Entfernen dleses Materiales liegt dann die Vorform der Kokille bereits vor, die von Innen lediglich noch der mechanischen Bearbeltung bedarf.
Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die ein Kokillentell schematisch darstellende Zeichnung Bezug genommen.
Zeichnungsgemäß Ist ein Ausschnitt einer Kokille dargestellt, mit der ein schalenförmiges Element 1 gegossen werden soll.
Der Im Innern des letzteren vorgesehene Kern Ist nicht dargestellt. An den zum Gießen des schalenförmigen Elementes 1 vorgesehenen Formraum schließt sich das innere Kokillenteil 2 an, welches aus Kupfer besteht. In Verbund mit diesem Inneren Kokillenteil 2 steht das äußere Kokillenteil 3, für welches eine Eisenleierung gewählt wurde.
Wennglelch diese aus den dargestellten Gründen durchaus in der Lage ist, die durch das innere Kokillenteil 2 hindurchgehende WärmCmenge weiterzulelten, unterliegt sie dennoch nur einer erheblich herabgesetzten thermischen Belastung, weil das Temperaturniveau entsprechend verringert ist.
Ergänzend kann nun noch die äußere Zone des äußeren Tells der Kokille mit an sich bekannten, dem Durchfluß eines Kühlmittels dienenden Kanälen 4 ausgeführt werden. Dadurch läßt sich in zahlreichen Fällen der Wärmeentzug noch erheblich steigern. Diese Kanäle durchsetzen die äußere Zone des äußeren Teils 3 in zeichnerisch nicht dargestellter Längsrichtung und können Insbesondere auch bereichweise unterelnander durch Verbindung ihrer äußeren Öffnungen miteinander verbunden seln, so daß die Kühlung sehr gleichmäßig erfolgen kann.
Die neue Kokille ist jedoch nicht nur, wie dargestellt wurde, für erhebliche thermische Beanspruchungen eignet.
Die günstigen Festigkeitseigenschaften des ihren Inneren Tell umgebenden Eisenwerkstoffes gestatten zugleich eine hohe mechanische Belastung der Kokille, so daß sie den auch in dieser Hinsicht erheblichen Anforderungen eines Giessereibetriebes genügt.
Sofern erfindungsgemäß von Kupfer die Rede ist, handelt es sich hierbei um praktisch reines Kupfer, dessen hohe Wärmeleitfähigkeit ausgenutzt wird. Im wesentlichen Kupfer enthaltende Legierungen dürfen daher nur In der Weise legiert sein, daß die gute Wärmeleitfähigkeit nicht nennenswert beeinträchtigt wird. Als Eisenwerkstoff eignet sich weiterhin besonders reines, weiches Eisen.

Claims

PATENTANSPROCHL:

1. Kokille LU111 Gießen von SchweriieL-i it?n und Eisenwerkstoffen, Insbesondere von Edelstählen, bei denen dem Gießwerkstoff beträchtliche Wärmemengen zu entzlehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei metallischen Werkstoffen besteht, die ein Verbundelement bilden, wobei der äußere Teil (3) der Kokille aus einem Eisenwerkstoff und der sich daran anschließende, dem flüssigen Gießwerkstoff zugewandte Teil (2) aus einem Werkstoff von mindestens der doppelten Wärmeleitfähigkeit des Eisenwerkstoffes besteht.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Eisenwerkstoff eine btahllegierung, insbesondere eine warmfeste Stahl legierung, und als Werkstoff für den sich daran anschließenden Teil der Kokille Kupfer bzw. eine Im wesentlichen Kupfer enthaltende Legierung vorgesehen Ist.

3. Kokille nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den sich an den inneren Teil (2) der Kokille anschließenden Teil derselben an sich bekannte, dem Durchfluss eines Kühlmittels dienende Kanäle (6,7) verlaufen.

4. Verfahren zur Herstellung einer Kokille nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das aus einen Eisenwerkstoff bestehende Teil der Kokille hergestellt und dieses sodann als Form benutzt wird, und daß daraufhin das Kupfer bzw. die im wesentlichen Kupfer enthaltende Leglerung eingegossen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Eisen bestehende Teil (3) in einem auf wenigstens etwa 4000C erhitzten Zustand eingesetzt und bei dieser Temperatur eingegossen wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim E;ngießen der inneren Koki 1 lenschicht ein Kern eingesetzt wird, der In seinen Abmessungen etwas kleiner als das in der fertigen Kokille zu gießende Teil ist.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kupfer in reinem Zustand verwendet wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Elsenwerstoff reines, höchstens in sehr kleinen Mengen Kohlenstoff enthaltendes Eisen verwendet wird.

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