DE2837432C2 - Verfahren zum Stranggießen einer amorphen Legierung mittels Gießwalzen - Google Patents

Verfahren zum Stranggießen einer amorphen Legierung mittels Gießwalzen

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DE2837432C2
DE2837432C2 DE2837432A DE2837432A DE2837432C2 DE 2837432 C2 DE2837432 C2 DE 2837432C2 DE 2837432 A DE2837432 A DE 2837432A DE 2837432 A DE2837432 A DE 2837432A DE 2837432 C2 DE2837432 C2 DE 2837432C2
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    • C21D1/62—Quenching devices
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Description

Y die Walzenkraft in t pro Breite des Strangs In cm,
C0 eine durch den Young'schen Modul E und d?e Wärmeleitfähigkeit des Materials der GleBwalzen
bestimmte Konstante,
A die Umdrehungsgeschwindigkeit der Gießwalzen In min"1,
R der Gießwalzendurchmesser In cm,
X die Fllmdlcke in μπι,
T^ die Kristalllsatlonstemperatur der amorphen Legierung In °C, und
T die ^Temperatur der Gießwalzen in °C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang auf einer wärmeleitfählgen, rotierenden Kühltrommel welter abgekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießwalzen mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang von der Kühltrommel in ein Bad aus einer Kühlflüssigkeit geleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohltrommel mit einer höheren Geschwindigkeit als die Gießwalzen angetrieben wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Strangabzlcjrichtung nahe den Gießwalzen (1,2) eine aus einem wärmeleltfähigen Material bestehende rotierende KOhltrommel <4) vorhanden Ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießwalzen (1, 2) aus einem harten Stahl hergestellt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Kühltrommel (4) aus Kupfer hergestellt 1st.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Kühltrommel (4) ein Kühlbad (8) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießwalzen (1, Z) gleiche Durchmesser besitzen.
Gegenstand der Erfindung 1st ein Verfahren zum Stranggießen einer amorphen Legierung mittels Gießwalzen, wobei die Legierung Elsen, Kobalt oder Nickel als Hauptbestandteile enthält und bei dem zwischen einem Paar entgegengesetzt rotierender Gießwalzen die Schmelze zu einem Film der amorphen Legierung verfestigt wird.
In letzter Zelt sind amorphe Legierungen mit Interessanten thermischen, elektrischen, magnetischen und mechanischen Eigenschaften erzeugt worden. Amorphe Legierungen haben Im allgemeinen verschiedene
Vorteile. So Ist Ihre mechanische Festigkeit größer als die kristallinischer Metallwerkstoffe, Ihr Härtemodul
dagegen um den Faktor 20 bis 4056 kleiner. Amorphe Legierungen zeigen keine Bearbeitungsverhärtung, Ihr elektrischer Widerstand Ist Im allgemeinen hoch, Ihr Korrosionswiderstand läßt sich durch Zusatz von Chrom und dergleichen wesentlich erhöhen und schließlich haben solche Legierungen eine hohe Permeabilität.
Es wurden Anwendungsversuche für solche amorphe Legierungen für NF-Aufzelchnungsköpfe, Videoköpfe,
verschiedene Transformatortypen, Verzögerungsleitungen und dergleichen unternommen. Ferner gibt es Bestrebungen zur Verwendung amorpher Legierungen als dehnbare Materlallen und als korroslonsfrele Materlallen.
Im allgemeinen unterscheidet man drei Herstellverfahren für amorphe Legierungen. Das sind die Zentrifugal-Verfestlgungsmethode, die Spritzkühlmethode In Verbindung mit einem Plasmaofen und das Walzverfestlgungsverfahren. Das Walzverfestlgungsverfahren Ist den beiden vorgenannten In bezug auf die Abkühlge-
«> schwlndlgkelt Im allgemeinen unterlegen, so daß gewisse Arten amorpher Legierungen bisher nur durch die anderen Methoden, nicht durch das Walzverfestlgungsverfahren, hergestellt werden konnten. Bei der Walzverfestigung bildet sich oft auf der Oberfläche der amorphen Legierung eine Oxidhaut, welche der Legierung eine Farbe verleiht. Eine feste amorphe Legierung 1st so nur schwer zu erzeugen, well die Abkühlgeschwlndlgkelt zu niedrig Ist.
Zur Beseitigung dieses Nachteils Ist bereits vorgeschlagen worden, direkt unter den Verfestigungswalzen ein Wasserbad anzuordnen und den zwischen den Walzen extrudlerten Film In das Wasserbad zu führen. Notwendigerwelse muß das Wasserbad dicht neben den Walzen sitzen, damit der Film so schnell wie möglich In das Wasserbad gelangt. Dabei gelangen unvermeidbar Wasserspritzer auf die Walzen, und es kommt zu uner-
si? wünschten Breiten- und Dickenabweichungen beim Film. Macht man den Abstand zwischen den Walzen und Ip dem Wasserbad größer, dann wird nicht nur der Kühleffekt verringert, sondern es kommt auch zu einer soge-S nannten Flattererscheinung' (waving phenomenon) bei dem zwischen den Walzen extrudlerten Film. Dadurch Ist 2f. es unmöglich, einen geraden langen Film zu erzeugen.
ia Zur Überwindung dieses Nachteils Ist in der JP-OS 1 06 340/1978 bereits vorgeschlagen worden, unter dem
Pi Paar von sich mit gleicher Drehzahl entgegengesetzt drehenden und gleiche Durchmesser aufweisenden Walzen Xfi in der Nähe mindestens einer der Walzen eine rotierende Trommel aus Kupfer anzuordnen, auf die der FiJm \ il geleitet wird und dabei einen Teil des Umfangs der Trommel umschlingt, so daß er weiter gekühlt wird. Damit 1J läßt sich schoL. ein fester und gerader amorphe? Legierungsfllm herstellen, die Oxidationsgefahr ist gering.
ΐ| Ferner ist In" der JP-OS 106 339/1978 bereits eine Anordnung zur Walzverfestigung vorgeschlagen worden,
p bei der sich zwei aus Stahl hergestellte Verfestigungswalzen mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten i* drehen. Auch damit läßt sich ein fester amorpher legierungsfllm bei geringer Oxidationsgefahr herstellen.
(S Aus der DE-OS 20 63 591 sind weiterhin ein Verfahren und eine Vorrrichtung zum kontinuierlichen Gießen
:'■ von Metallen, Insbesondere von Stahl in Band- oder Streifenform, bekannt, wobei das geschmolzene Metall y;' zwischen zwei gekühlte Walzen gespritzt wird, zwischen denen ein Spalt besteht und deren einander gegenüber- υ
■>■ Hegende Außenflächen sich gleichförmig in Richtung der Metalleinspritzung bewegen. Von der Herstellung ?-■ einer amorphen Legierung ist In dieser Druckschrift aber keine Rede.
yi Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die in den oben beschriebenen Druckschriften
/5 angesprochenen Verfahren und Vorrichtungen dahingehend zu verbessern, daß eine feste amorphe Legierung
ί; mit verbesserten Eigenschaften, namentlich verminderter Oberflächenoxldatlon, in einfacher W.-;'se hergestellt rf werden kann.
J Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kinnzeichnenden Merkmale des Verfahrens gemäß Hauptanspruch,
r' Gegenstand der Erfindung ist daher das Verfahren gemäß Anspruch 1. Gegenstand der Unteransprüche sind
: : nun bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah-
% rens.
' j Ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter
'; Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Flg. 1 zeigt eine schematische Seltenansicht einer erfin-
:; dungsgemäß gestalteten Walzverfestlgungsvorrichtung.
:-' Zu der In Flg. 1 schematisch dargestellter. Walzverfestigungsvorrlchtung 10 gehört ein Paar Gießwalzen 1
?.; und 2 aus hartem Chromstahl, die beispielsweise mit einer Drehzahl von 2800 min"1 in entgegengesetzten Dreh-
■ richtungen rotleren. Aus einem hitzebeständigen Düsenkörper 3 wird eine Leglerungsschmelze In den Spalt
zwischen den Gießwalzen 1 und 2 eingeführt, wobei sich unterhalb des Walzenspalts und In der Nähe der einen Gießwalze eine rotierende Kühltrommel 4 aus einem hoch wärmeleitfählgen Material, wie Kupfer, befindet.
: Zwischen der Gießwalze 1 und der rotierenden Kühltrommel 4 und außerdem In der Nähe der Gießwalze 2
befinden sich je eine Luftabgabedüse 5 bzw. 6, und ein Wasserbad 8 dient zum Abkühlen eines zwischen den Gießwalzen 1 und 2 geformten, verfestigten Strangs In Form des Films 7. Die Gießwalzen 1 und 2 sowie die Kühltrommel 4 werden mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung rotierend angetrieben. Die aus dem hoch wärmeleitfählgen Material, wie Kupfer, hergestellten rotierende Kühltrommel 4 entzieht dem zwischen den Gießwalzen 1 und 2 extrudlerten Strang 7 wirksam Wärme. In der nachfolgenden Beschreibung läuft die Kühltrommel 4 vorzugsweise mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit als die Gießwalzen 1 und 2 um, belspielsweise mit einer Drehzahl von 9GGG ffiirr1. Zur Erzielung elr.es gleichmäßigen Strangablaufs des mit hoher Geschwindigkeit aus dem Spalt zwischen den Gießwalzen 1 und 2 austretenden Strangs 7 1st vorzugsweise die vom Strang 7 zwischen dem Spalt bis auf die Kühltrommel 4 zurückgelegte Strecke so kurz wie möglich gehalten.
Eine die korrekten Molekularproportionen Ihrer Bestandteile aufweisende Probe wird zerquetscht und In diesem Zustand in den Düsenkörper 3 eingegeben; dann wird der Düsenkörper mit der Probe In einen Ofen aus Siliciumcarbid gebracht und die Im Düsenkörper 3 enthaltene Probe geschmolzen. Anschließend wird dieser Düsenkörper 3 von dem Ofen nach unten direkt über den Spalt zwischen den Gießwalzen 1 und 2 bewegt und ein Hochdruckgas, wie beispielsweise Argon, In den Düsenkörper 3 eingeblasen, um die geschmolzene Probe 17 durch eine Düsenöffnung 9 In Pfeilrichtung 11 In den Spalt zwischen den Gießwalzen 1 und 2 abzugeben, so so daß die geschmolzene Probe 17 zwischen den Gießwalzen 1 und 2 gewalzt und verfestigt wird. Die aus dem Spalt zwischen den Gießwalzen 1 und 2 als Strang In Form eines Streifens oder Films 7 extrudierte gewalzte Probe wird direkt auf die rotierende Kohltrommel 4 unterhalb der Gießwalze 2 geleitet und dabei in deren Rotationsrichtung In Pfeilrichtung 2 abgelenkt. Durch den Kontakt mit der Oberfläche der rotierenden Kühltrommel 4 erfolgt eine weitere Abkühlung. Wie Flg. 1 erkennen läßt, erfolgt das Aufrufen des Strangs 7 dlrcJct nach Verlassen des Spalts zwischen den Gießwalzen 1 und 2 bei Kontakt mit der Gießwalze 2. Im Gegensatz zur konventionellen Methode der Wakenkühlung berührt hler der Strang 7 die Gießwalze 2 beträchtlich lange, die Kühlwirkung 1st entsprechend hoch.
Ferner wird Luft zum Kühlen und Lenken des Strangs 7 In Pfeilrichtung 13 aus der Luftabgabedüse 5 und in Pfellrichtung 14 aus der Luftabgabedüse 6 auf den Strang geblasen und dadurch eine noch bessere Kühlwirkung erzielt. Der durch die Kühltrommel 4 gekühlte und geführte Strang gelangt anschließend in das Wasserbad 8 und erfährt darin eine weitere Abkühlung.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Strang 7, ähnlich wie bei der konventionellen Methode, zwischen den Gießwalzen 1 und 2 extrudlert, dann jedoch erfindungsgemäß auf die rotierende Kühltrommel 4 geleitet und dabei intensiv gskOhlt. Aufgrund der erfindungsgemäß verbesserten Abkühigischwlndlgkeit läßt sich dis Herstellung einer amorphen Legierung zuverlässig durchführen. Amorphe Legierungen, die durch das konventionelle Verfahren Uberimupt nicht herstellbar waren, lassen sich mit Hilfe der Erfindung jetzt fabrizieren. Die Berührung mit der rotierenden Kühltrommel 4, die dabei aus den Düsen S und 6 ausgeblasene Luft und das
20 25 .SO
Eintauchen in das Wasserbad 8 bei noch Im Kontakt mit der Kühltrommel 4 befindlichem Strang bewirken eine sehr hohe Abkühlgeschwindigkeit. Da die Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Kühltrommel 4 größer als die der Gießwalzen 1 und 2 Ist, erfolgt eine zufriedenstellende Führung und Abkühlung des Strangs 7. Der Spalt zwischen der Gießwalze 2 und der Kühltrommel 4 sollte so groß sein, daß der Strang nicht auf die Kühltrommel 4 aufgepreßt wird, well sie aus Kupfer besteht und leicht beschädigt werden könnte.
Wegen der hohen Abkühlgeschwindigkeit des Strangs Ist dessen Abkühlzelt so kurz, daß eine Oberflächenoxldatlon auf ein Minimum reduziert wird und folglich eine feste amorphe Legierung gewonnen wird.
Well erfindungsgemäß der aus dem Spalt zwischen den Gießwalzen 1 und 2 extrudlerte Strang 7 unmittelbar danach auf die rotierende Kühltrommel 4 aufgeleitet wird, werden Flattererscheinungen bzw. Wellenbildungen auf dem Strang 7 verhindert, so daß fortlaufend ein langer gerader fllmförmlger Strang aus einer amorphen Legierung gefertigt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Gießwalzen mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben. Indem beispielsweise die Antriebseinrichtung für die Gießwalze 2 abgetrennt wird, wodurch der Strang zu einem engeren Kontakt mit der Gießwalze 2 veranlaßt wird, was zu einer welter verbesserten Abkühlgeschwindigkeit fahrt. Zwar gehören die rotierende Kühlwalze und das Wasserbad 8 zur bevorzugten Ausführung der Erfindung, jedoch können eine oder beide Einrichtungen auf Wunsch auch fortgelassen werden.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Walzverfestlgungsvorrlchtung 10 wurden die Bedingungen untersucht, welche zur gleichförmigen Gewinnung einer Im wesentlichen ülsen, Kobalt oder Nickel enthaltenden amorphen Legierung erforderlich sind. Dabei hat sich ergeben, daß die Walzenkraft größer als die vorbestimmte Kraft sein sollte, damit ein amorpher Film von vorbestimmter Breite und Dicke erzeugt wird. Insbesondere laßt sich Im Gegensatz zu den bisher benutzten niedrigen Walzenkräften eine amorphe Legierung nur unter Anwendung einer hohen Walzenkraft Y herstellen, die die folgende erfindungsgemäße Bedingung erfüllt:
In der die benutzten Symbole die folgende Bedeutung besitzen: Y die Walzenkrjft In t pro Breite des Strangs in cm, C0 eine durch den Young'schen Modul E und die Wärmeleitfähigkeit des Materials der Gleßwalzen bestimmte
Konstante,
A die Umdrehungsgeschwindigkeit der Gießwalzen In min"1, R der Gießwalzendurchmesser In cm, X die Filmdicke In μηι,
Tcn, die Kristallisationstemperatur der amorphen Legierung In °C und / die Temperatur der Gießwaizen in "C.
Wie aus der obigen Bedingung hervorgeht, hängt die Walzenkraft auch von der Krlstalllsatlonstemperatur der Tcry ab, die durch exothermen Austausch beim Erhitzen eingestellt wird und durch die bekannte Dlfferentlalthermoanalysenmethode bestimmt werden kann. In der folgenden Tabelle I sind die Kristallisationstemperaturen Tcr) von verschiedenen erzeugten amorphen Legierungen zusammengestellt.
Tabelle I Zusammensetzung der Tay
amorphen Legierung (0C)
Zusammensetzung der Toy
amorphen Legierung (0C)
50 55 60 65
Fe80PuC7 410 Fe76JSiSjB18 523
Fe78Cr2P13C7 419 Fe78-iSi5-9Bi6 507
Fe76Cf4P13C7 429 Fe76,iCr2Si$,9Bi6 512
Fe74Cr6P13C7 430 Fe744Cr4Si5-9B16 514
Fe72Cr8Pi3C7 437 Fe76-1Al2Si5-9B16 520
Fe80Cr2P11-7C6J 396 Fe78SiK)B u 500
Fe79RUiP13C7 429 Fe76Cr2Si10B12 522
Fe78Ru2P13C7 431 Fe76V4P13C7 411
Fe76Ru4P13C7 420
Der Wert der In der obigen Bedingung angegebenen Konstante Co wird bestimmt durch die Materialart der Gießwalzen und Insbesondere Ihrem Young'schen Modul E und Ihrer Wärmeleitfähigkeit. In der folgenden Tabelle II sind Beispiele für die Konstante Co für unterschiedliche Materialien aufgeführt.
28 Tabelle II 37 432 x ΙΟ4
Material der Walzen x 102
Fe (Hauptbestandteil) x 102
Cu X 102
Cu-35% Zn Konstante Co X 102
Cu- 10% Zn 1,27 X 102
Al 1,0 X 102
Al - 12% Si (GuB) 9,0
Al - 10% Mg (Guß) 6,0
1,3
2,6
7,2
IO
Al- 4,5%Cu (Alterung) 1,9 XlO2 15
In der nachstehenden Tabelle IH 1st das Verhältnis zwischen der Konstanten C0, dem Young'schen Modul E und der Wärmeleitfähigkeit K der unterschiedlichen Gießwalzenmaterialien zusammengestellt.
Tabelle III 20
Material der Walze Young'scher Wärmeleit- E/K2 Co/(E/K2) = a
Modul E fahigkeit
(ΙΟ* N/mm2) (Watt cm"1 K'1
— 25
Fe 20 0,45-0,52 9,9 ~ 7,4 x 104 0,13-0,17
(Hauptbestandteil)
1 3,9 7,2 x 102 0,14
Cu 35% Zn 11 3,9 7,2 x 102 0,14
Cu- 10% Zn 10 6,9 X 103 0,13
Cu- 12 1,9 3,3 X 103 0,18
Al 12% Si 6,9 2,2 1,4 x 103 0,09
Al- 4,5% Cu 7,1 1,6 ~ 2,1 2,8 - 1,6 X 103 0,09 - 0,16
Al- 7,1 1,9 2,0 x 103 0,10
Erfindungsgemäß 1st auch die Anwendung unterschiedlicher Gießwalzendurchmesser möglich. In diesem Fall ergibt sich der Durchmesser R für die Walzen aus der folgenden Formel:
40
ί = I (1 + J-)
R 2 v/f, R2
worin Λι und R1 für die jeweiligen Walzendurchmesser stehen.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. «5
Beispiel 1
Mit Hilfe von Elsen-Gleßwalzen 1 und 2, deren Durchmesser 15 cm und deren Drehzahl 2850 min"1 betrugen, wurde ein Film aus einer amorphen Legierung der empirischen Formel Fe,0PijC7 hergestellt. Dabei 1st bei einer 50 FUmdlcke von 50 μπι eine Walzenkraft von mehr als 19 600 N/cm Filmbreite erforderlich.
Beispiel 2
Man bereitet entsprechend der Arbeltswelse des Beispiels 1 bei einer verminderten Drehzahl der Gießwalzen 1 55 und 2 von 1450 mirr1 eine amorphe Legierung der Summenformel Fe1OPuC7, wobei sich zeigt, daß bei einer Probe mit einer FUmdlcke von 50 μπι eine Walzenkraft von weniger als 9800 N/cm Fllmbrelte notwendig 1st.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
60 65

Claims (1)

Patentanspruch^:
1. Verfahren zum Stranggießen einer amorphen Legierung"" mittels Gießwalzen, wobei die Legierung Elsen, Kobalt oder Nickel als Hauptbestandteil enthält und bei dem zwischen einem Paar entgegengesetzt rotlerender Gießwalzen die Schmelze zu einem Film der amorphen Legierung verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießwalzen unter Einhaltung der Bedingung f?
durchgeführt wird, wobei die benutzten Symbole folgende Bedeutung haben:
DE2837432A 1977-09-12 1978-08-28 Verfahren zum Stranggießen einer amorphen Legierung mittels Gießwalzen Expired DE2837432C2 (de)

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