DE2532401C2

DE2532401C2 - Kokille zum Gießen von Schwermetallen und Eisenwerkstoffen, insbesondere von Edelstählen

Info

Publication number: DE2532401C2
Application number: DE19752532401
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr.rer.pol. 5650 Solingen Groß
Original assignee: Piel & Adey 5650 Solingen De
Current assignee: Piel & Adey 5650 Solingen De
Priority date: 1975-07-19
Filing date: 1975-07-19
Publication date: 1986-04-17
Also published as: DE2532401A1

Description

si 4. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da-

■;.; durch gekennzeichnet, daß der innere Teil (2) aus

k reinem Kupfer ^:^t

μ 5. Kokille nach einem der AnsDrüche 1 bis 4, da-

ti durch gekennzeichnet, daß der äußere Teil (3) aus

κ reinem Eisen ist

^ 6. Verfahren zur Herstellung eiiier Kokille nach

Ii einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich-

y net, daß zunächst der aus einem Eisenwerkstoff be-

'■; stehende Teil der Kokille hergestellt und dieser so-

\ dann als Form benutzt wird, und daß daraufhin das

^!i Kupfer bzw. die im wesentlichen Kupfer enthaltende

ι'.' Legierung eingegossen wird.

% 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

ί; zeichnet, daß der aus Eisen bestehende Teil (3) in

;,' einem auf wenigstens etwa 400⁰C erhitzten Zustand

~i eingesetzt und bei dieser Temperatur eingegossen

'',. wird.

■^: 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, daß beim Eingießen der

i inneren Kokillenschicht ein Kern eingesetzt wird,

'■-.■ der in seinen Abmessungen etwas kleiner als das in

i der fertigen Kokille zu gießende Teil ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kokille zum Gießen von Schwermetallen und Eisenwerkstoffen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.

Eine derartige Kokille ist nach der DE-AS 11 82 780 bekannt. Bei einer hiernach hergestellten Verbund-Metallkokille können indes insbesondere durch Rißbildungen Beschädigungen auftreten.

Grundsätzlich machen Schwermetalle und Eisenwerkstoffe im Gegensatz zu Leichtmetallen beim Vergießen in einer Kokille eine besonders gute Wärmeableitung erforderlich. Man hat daher schon Kokillen mit Kühlkanälen ausgeführt, um eine Kühlung mit Wasser zu ermöglichen. Indes führen schroffe Temperaturwechsel bei der Wärmeableitung zu Wärmerissen, so daß derartige Kokillen infolge des Eindringens von Wasser in den Gießraum völlig unbrauchbar werden können.

Nach der DE-PS 9 69 000 war es auch schon bekannt, bei einer innen aus Kupfer und außen aus Eisen bestehenden Verbund-Metallkokille zum Stranggießen im unteren Bereich eine oder mehrere Schichten aus einem schlechter wärmeleitenden Material auszuführen, wodurch sich bei der Erstarrung zunächst im oberen Teil der Kokille eine dünne, feste Gußhaut bildet die dann anschließend möglichst gleichmäßig über den ganzen Querschnitt anwachsen soll, ohne daß der Strang unterkühlt wird.
Der Erfindung liegt vom einleitend benannten Stand der Technik ausgehend, die Aufgabenstellung zugrunde. Wärmerisse bei einer Kokille, durch weiche Kühlwasser in den Gießraum eindringen könnte, zu vermeiden, wobei die Kokille hohe thermische Belastungen aufnehmen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabenstellung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, für den die Gegenstände der Unteransprüche 2 bis 8 vorteilhafte Weiterentwicklung vorsehen.

Neben dem für den Aufbau der Kokille vorgeschlagenen Eisenwerkstoff, der beispielsweise sphärolitisches Gußeisen, insbesondere aber eine warmfeste Stahllegierung sein kann, wird der zweite Werkstoff nach Maßgabe seiner Wärmeleitfähigkeit gewählt. Hier kommen daher außer Aluminiumlegierungen vor allem Kupfer und im wesentlichen Kupfer enthaltende Legierungen in Betracht Bei derartigen Werkstoffpaaren erfährt die Wärmeleitung an der Übergangsstelle keine Unterbrechung. Die Wärmeableitung ist infolge der stark erhöhten Wärmeleitfähigkeit des inneren Teils der Kokille sogar derart gut. daß sich auch Stahllegierungen darin vergießen lassen. Dank der Zähigkeit des Kupfer werden auch bei erheblichen thermischen Belastungen Warm risse weitgehend vermieden.
Durch den aus einem Eisenwerkstcff bestehenden äußeren Teil der Kokille wird der durch den inneren Teil derselben ermöglichte Wärmeentzug trotz der verringerten Wärmeleitfähigkeit des Eisenwerkstoffes nicht herabgesetzt Dies liegt daran, daß der Wärmedurchgang, der bekanntlich proportional 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 inne^re, mit besserer Wärmeleitfähigkeit ausgebildete Teil 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 Eisenwerkstoff bestehende Teil derselben gefertigt und sodann dieses Teil als Form eingesetzt wird. Daraufhin wird das Kupfer bzw. die im wesentlichen Kupfer enthaltende Legierung eingegossen, um den sich anschließenden Teil der Kokille zu erzeugen. Eine auf diese Weise zumindest teilweise gießtechnisch erzeugte Kokille hat bereits sehr gute Verbundeigenschaften. Letztere können noch wesentlich gesteigert werden, wenn der aus Eisen bestehende Teil der Kokille auf eine wenigstens etwa 400⁰C betragende Temperatur erhitzt wird und wenn bei etwa dieser Temperatur das Kupfer

bzw. die im wesentlichen Kupfer enthaltene Legierung eingegossen wird. Diese Erhitzung hat zur Folge, daß die Diffusion des Kupfers in den Eisenwerkstoff sowie eine Legierungsbildung der beteiligten Metalle in der eigentlichen Verbundzone begünstigt werden.

Die Verbundwirkung wird in der Praxis noch dadurch verbessert, daß während des Betriebs die Verbundzone aufgeheizt wird. Als Folge davon kommt es zu einer weitergehenden Eindiffusion des Kupfers in den Eisenwerkstoff. Zweckmäßig wird eine derartige Kokille deshalb anfangs weniger belastet, während man nach einer längeren Betriebszek die Belastung erheblich steigern kann. Die Herstellung der Kokille läßt sich noch vereinfachen, wenn vor dem Eingießen des Kupfers ein etwas kleiner als der eigentliche Formraum ausgebildete Körper eingesetzt wird, der mit dem dann einzugießenden Kupfer nicht reagiert, sondern ihm lediglich die Schmelzwärme entzieht Nach der Erkaltung und dem Entfernen dieses Materials liegt dann die Vorform der Kokille bereits vor, die von innen lediglich noch der mechanischen Bearbeitung bedarf.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die ein Kokillenteil 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 Kokillen/eil 2 steht das äußere Kokillenteil 3, für welches eine Eisenlegierung gewählt wurde. Wenngleich diese aus den dargestellten Gründen durchaus in der Lage ist, die durch das innere Kokillenteil 2 hindurchgehende Wärmemenge weiterzuleiten, unterliegt sie dennoch nur einer erheblich herabgesetzten thermischen Belastung, weil das Temperaturniveau entsprechend verringert ist

Ergänzend kann nun noch die äußere Zone des äußeren Teils 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 bereichsweise untereinander durch Verbindung ihrei äußeren Öffnungen miteinander verbunden sein, so daß die Kühlung sehr gleichmäßig erfolgen kann.

Die neue Kokille ist jedoch nicht nur, wie dargestellt wurde, für erhebliche thermische Beanspruchungen geeignet Die günstigen Festigkeitseigenschaften des ihren inneren Teil 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.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

I Patentansprüche:

I 1. Kokille zum Gießen von Schwermetallen und

|ξ Eisenwerkstoffen, insbesondere von Edelstahlen, die

if aus zwei, einen Verbund bildenden metallischen

S Werkstoffen besteht, dadurch gekennzeich-

p net, daß der äußere Teil (3) der Kokille aus einem

|| Eisenwerkstoff und der innere sich daran anschlie·

f§ ßende, dem flüssigen Gießwerkstoff zugewandte

|: Teil (2) aus einem Werkstoff von mindestens der

iä doppelten Wärmeleitfähigkeit des Eisens besteht,

'|| wobei sich die Wärmedurchgangsflächen nach au-

S ßen hin mit der Maßgabe vergrößern, daß sie wenig-

ψ stens die gleichen Wärmemengen ableiten, die der

|j innere mit größerer Wärmeleitfähigkeit gestaltete

i|: Teil (2) ermöglicht.

M 2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicii- % net, daß der äo3ere Teil (3) aus einer Stahüegierung, ρ insbesondere einer wanniesier. Stahüegierung, und fi der innere Teil (2) der Kokille aus Kupfer oder einer *> im wesentlichen Kupfer enthaltenden Legierung bell steht.

i* 3. Kokille nach den Ansprüchen 1 und 2, die mit

!';' Kühlkanälen ausgeführt ist, dadurch gekennzeich-

g net, daß die Kühlkanäle (4) in dem äußeren Teil (3)

ίΐ der Kokille verlaufen.