DE3803194A1 - Verfahren zum kontinuierlichen herstellen eines duennwandigen plattenartigen strangs aus phosphorbronze - Google Patents
Verfahren zum kontinuierlichen herstellen eines duennwandigen plattenartigen strangs aus phosphorbronzeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuier
lichen Herstellen eines dünnwandigen, plattenartigen
Strangs aus Phosphorbronze.
Stränge aus Phosphorbronze wurden bisher im wesent
lichen im Stranggußverfahren mittels einer Horizontal
stranggußvorrichtung hergestellt. Fig. 5 zeigt
als Beispiel einen schematischen Querschnitt einer
Horizontalstranggußvorrichtung gemäß der japanischen
Patentanmeldung Nr. 38 639/1983. Bezugszeichen 1
bezeichnet eine Metallschmelze, die mittels eines
beispielsweise mit elektromagnetischen Wellen arbeiten
den Schmelzofens (hier nicht gezeigt) aufgeschmolzen
worden ist; Bezugszeichen 2 steht für einen Halteofen,
der die Schmelze bezüglich ihres Zustands und ihrer
Menge konstant hält; mit Bezugszeichen 3 ist eine
an dem unteren Endabschnitt des Halteofens befestigte
Graphitform bezeichnet; Bezugszeichen 4 bezeichnet
einen die Graphitform umgebenden Wasserkühlmantel;
und Bezugszeichen 5 steht für Zugrollen zum Heraus
ziehen eines durch Abkühlen und Erstarren der Schmelze
1 entstandenen Stranges.
Bei der beschriebenen Gußvorrichtung wird die in
dem Halteofen 2 befindliche Schmelze 1 in die Graphit
form 3 gegossen. Die Schmelze 1 erstarrt infolge
der Kühlung mittels Wassers, das durch einen Kanal
innerhalb des Wasserkühlmantels 4 fließt, und wird
schließlich der Form 3 als Strang 6 entnommen.
Der Strang 6 wird mittels der Zugrollen entweder
intermittierend oder kontinuierlich herausgezogen,
wobei ein langer, zusammenhängender Strang entsteht.
Danach wird der Strang mehrmals gewalzt und angelassen,
so daß schließlich eine dünnwandige Platte vorbe
stimmter Gestalt erhalten wird.
Fig. 6 zeigt eine mikrographische Darstellung (50fache
Vergrößerung) der Struktur eines durch Gießen der
Schmelze 1 nach dem beschriebenen Stranggußverfahren
hergestellten Stranges 6 im Querschnitt, wobei
die Schmelze neben Kupfer 8 Gew.-% Sn und 0,15
Gew.-% P enthält.
Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung des Verlaufs
des Sn-Gehaltes in dem Strang über dem Abstand
von der Oberfläche , wobei die Bestimmung des Sn-Ge
halts mittels fluoreszierender Röntgenstrahlen
an der Schnittstelle der Strangoberfläche erfolgt
ist.
Fig. 8 entspricht der Darstellung von Fig. 7, nur
daß die Kurve hier mittels Spektralanalyse ermittelt
worden ist.
Im Lichte dieser Analysen wird deutlich, daß der
mit dem herkömmlichen Verfahren hergestellte Strang
eine Transkristallisationsstruktur in Gestalt der
dendritischen Struktur nach Fig. 6 aufweist, daß
eine Oberflächenausseigerung von Sn nach Fig. 7
auftritt und daß der Gehalt von Sn in der Kristall
struktur auffällig schwankt (Fig. 8). Um die Walzfähig
keit, der beim Herstellen langer, dünnwandiger
Bänder zentrale Bedeutung zukommt, zu verbessern,
war es unerläßlich, den Strang zur Vergleichmäßigung
der Sn-Verteilung einer homogenisierenden Langzeit
wärmebehandlung bei hoher Temperatur zu unterziehen.
Da der Strang aber so lange angelassen und gewalzt
werden muß, bis er die vorbestimmte Größe hat,
war der Energieverbrauch bei der Herstellung von
dünnwandigen Bändern sehr hoch.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde,
die beschriebenen Nachteile zu überwinden und ein
verbessertes Verfahren zum Herstellen von dünn
wandigen Platten aus Phosphorbronze aus einem Strang
anzugeben, welcher frei von Ausseigerungsschichten
ist, gut walzbar ist, ohne daß er einer Langzeitwärme
behandlung bei hoher Temperatur ausgesetzt werden
müßte, und welcher mit wenig Energie verarbeitet
werden kann.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit
einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unter
ansprüchen unter Schutz gestellt.
Im folgenden wird die Erfindung mit weiteren Einzel
heiten anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ab
schreck-Strangguß-Vorrichtung in Zwei
walzen-Bauart zur Ausführung einer Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2-4 die Beschaffenheit des mit dem erfindungs
gemäßen Verfahren hergestellten Strangs,
wobei Fig. 2 eine mikrographische Dar
stellung (50fache Vergrößerung) der
Struktur des Strangs im Querschnitt,
wobei Fig. 3 eine graphische Darstellung
der Sn-Verteilung über dem Abstand von
der Strangoberfläche und Fig. 4 eine
graphische Darstellung der Schwankungen
des Sn-Gehalts über dem Abstand von der
Strangoberfläche zeigen;
Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung
einer herkömmlichen Horizontalstrangguß
vorrichtung; und
Fig. 6-8 die Beschaffenheit des mittels des her
kömmlichen Stranggußverfahrens hergestellten
Stranges, wobei Fig. 6 eine mikrographische
Darstellung der Struktur des Stranges,
Fig. 7 eine graphische Darstellung der
Sn-Verteilung und Fig. 8 eine graphische
Darstellung der Sn-Gehalt-Schwankungen
zeigen.
In Fig. 1, welche eine Metall-Abschreck-Stranggußvor
richtung der Zweiwalzen-Bauart zur Ausführung der
Erfindung zeigt, bezeichnen Bezugszahl 7 eine Gieß
pfanne zum Gießen der Metallschmelze 1, welche
mittels eines Schmelzofens (hier nicht gezeigt)
aufgeschmolzen worden ist, Bezugszahl 8 ein Reservoir
für die Metallschmelze 1; Bezugszahl 9 eine Gießrinne
zum Leiten der aus dem Reservoir fließenden Schmelze
1 an einen bestimmten Ort, wobei die Gießrinne
wärmeisoliert ist, um ein Erstarren der Schmelze
1 zu verhindern; und Bezugszahl 10 eine obere und
eine untere wassergekühlte Kühlwalze, deren gegensei
tiger Abstand variabel ist und deren Rotationsgeschwin
digkeit beliebig eingestellt werden kann. Mit 11
ist ein Strang bezeichnet, der dadurch erhalten
werden kann, daß die Schmelze 1 den Spalt zwischen
den Kühlwalzen 10 passiert, wobei der Strang erfin
dungsgemäß die Form einer dünnwandigen Platte annehmen
soll; Bezugszahl 12 bezeichnet eine Führung, welche
die dünnwandige Platte einer Aufrollvorrichtung
13 zuführt.
In der beschriebenen Abschreck-Stranggußvorrichtung
wird die Schmelze 1 von dem Reservoir 8 über die
Gießrinne 9 in den Spalt zwischen den Kühlrollen
10, 10 eingeführt, in welchem die Schmelze 1 augen
blicklich zu dem dünnwandigen Strang 11 erstarrt.
Der Strang 11 gleitet dann auf der Führung 12 zu
der Aufwickeleinrichtung 13, von der er kon
tinuierlich aufgenommen wird.
Zur Verifikation des erfindungsgemäß angestrebten
Ergebnisses wurde versuchsweise ein Strang mittels
einer Versuchsanordnung hergestellt. Als Kühlwalzen
10 wurden von innen mit Wasser gekühlte gußeiserne
Walzen mit einem Durchmesser von 200 mm verwandt,
wobei als weitere Parameter die Drehzahl der Kühlwalzen
10 zu 10 U/min und die Gießtemperatur der Schmelze
zu 1070°C gewählt wurden. Es konnte ein dünnwandiger
Phosphorbronze-Strang mit 2 mm Dicke und 100 mm Breite
hergestellt werden.
Fig. 2 zeigt eine mikrographische Darstellung der
Struktur des Strangs im Querschnitt, wobei die
Schmelze neben Cu 8 Gew.-% Sn und 0,15 Gew.-% P
enthielt. Die Vorgaben entsprechen denjenigen bei
dem beschriebenen herkömmlichen Stranggußverfahren.
Der Vergrößerungsfaktor der mikrographischen Darstel
lung beträgt 50.
Fig. 3 zeigt den mittels fluoreszierender Röntgen
strahlen ermittelten Sn-Gehalt an der Schnittstelle
der Strangoberfläche.
Fig. 4 zeigt eine mittels Spektralanalyse erstellte
graphische Darstellung der Verteilung des Sn-Gehalts
in dem Strang über dem Abstand von der Oberfläche.
Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit den in dem
herkömmlichen Stranggußverfahren erzielten zeigt
deutlich den Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen
und dem herkömmlichen Verfahren. Mit einer Korn
größe von 50 µm oder darunter weist der erfindungsgemäße
Strang eine Mikrostruktur auf, in der das Auftreten
dendritischer Strukturen unterdrückt wird. Ferner
ist den Fig. 3 und 4 zu entnehmen, daß keine
Schwankungen im Sn-Gehalt existieren und daß das
Auftreten einer Ausseigerungsschicht unterdrückt
ist.
Dem Vorstehenden ist zu entnehmen, daß das Ab
schrecken der Phosphorbronze bewirkt, daß der Strang
eine Kristallkorngröße von 50 µm oder darunter aufweist
und daß das Auftreten dendritischer Strukturen
und das Auftreten einer Sn-Ausseigerungsschicht
unterdrückt wird.
Die Abkühlgeschwindigkeit wurde auf einen Bereich
von 102°C /sec bis 105°C/sec beschränkt, weil verschie
dene Experimente ergeben haben, daß die Mikrostruktur
des Strangs sich bei einer Abkühlgeschwindigkeit
unterhalb von 102°C/sec nicht von derjenigen eines
herkömmlichen Strangs unterscheidet, während die
Dicke des Strangs bei einer Abkühlgeschwindigkeit
oberhalb von 105°C/sec extrem gering wird, so daß
der Strang in der Praxis nicht mehr zu gebrauchen
ist.
In dem beschriebenen Beispiel wurde Phosphorbronze
verwandt, die sich aus Cu, 8 Gew.-% Sn und 0,15
Gew.-% P zusammensetzt. Das gleiche Ergebnis kann
jedoch mit Phosphorbronze erzielt werden, die aus
0,1 bis 9,0 Gew.-% Sn, 0,03 bis 0,35 Gew.-% P,
Rest-Cu und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit Hilfe
der Vorrichtung nach Fig. 1 ausgeführt. Es sei
jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht
nur mit dieser Vorrichtung ausgeführt werden kann.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Abschreck-Erstarrung
der Phosphorbronze wird es möglich, einen dünn
wandigen Strang herzustellen, in dem die Kristallkorn
größe 50 µm oder weniger beträgt, das Auftreten
dendritischer Strukturen unterdrückt ist und keine
Sn-Ausseigerungsschicht beobachtet wird. Daher
ist der Strang sehr gut zu bearbeiten und kann
ohne eine homogenisierende Wärmebehandlung zu 80%
und mehr ausgewalzt werden. Da der Strang mit einer
Stärke produziert werden kann, die der angestrebten
Strangstärke sehr nahe kommt, kann darüber hinaus
die Anzahl der Verfahrensschritte und der Wärmebe
handlungen beträchtlich reduziert werden, wodurch
in erheblichem Maße Energie eingespart werden kann.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen
sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung
können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombi
nationen für die Verwirklichung der Erfindung in
ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich
sein.
Claims (7)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines
dünnwandigen, plattenartigen Strangs aus einer
Schmelze aus einer Phosphorbronze, gekenn
zeichnet durch folgende Schritte:
Abschrecken der Schmelze (1) mit einer Abkühlge schwindigkeit im Bereich von 102°C/sec bis 105°C/sec, so daß die Schmelze zum Erstarren gebracht wird; und
kontinuierliches Abkühlen des erstarrten Metalls auf eine solche Temperatur, daß sich eine Mikro struktur mit einer Kristallkorngröße von 50 µm oder weniger ausbildet und die Ausbildung von dendritischen Strukturen und Ausseigerungen unterdrückt wird.
Abschrecken der Schmelze (1) mit einer Abkühlge schwindigkeit im Bereich von 102°C/sec bis 105°C/sec, so daß die Schmelze zum Erstarren gebracht wird; und
kontinuierliches Abkühlen des erstarrten Metalls auf eine solche Temperatur, daß sich eine Mikro struktur mit einer Kristallkorngröße von 50 µm oder weniger ausbildet und die Ausbildung von dendritischen Strukturen und Ausseigerungen unterdrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schmelze (1)
mittels einer sich mit vorbestimmtem Drehsinn
drehenden Kühlwalze (10) abgeschreckt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Kühlwalze (10)
mit Wasser gekühlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Paar Kühlwalzen
mit oberer und unterer Kühlwalze (10, 10) vorgesehen
ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Schmelze (1) auf einer Temperatur oberhalb der
Erstarrungstemperatur gehalten wird, bis sie
der Kühlwalze (10) zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der
dünnwandige, plattenartige Strang (11) aus
Phosphorbronze nach dem Erstarren kontinuierlich
von einer Aufwickeleinrichtung (13) aufgenommen
wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
den dünnwandigen, plattenartigen Strang (11)
bildende Phosphorbronze 0,1 bis 9,0 Gew.-% Sn,
0,03 bis 0,35 Gew.-% P, Rest-Cu und unvermeidbare
Verunreinigungen enthält.
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D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MITSUBISHI DENKI K.K., TOKIO/TOKYO, JP |
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: BOEHMERT, A., DIPL.-ING. HOORMANN, W., DIPL.-ING. DR.-ING., 2800 BREMEN GODDAR, H., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT. LIESEGANG, R., DIPL.-ING. DR.-ING., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN STAHLBERG, W. KUNTZE, W. KOUKER, L., DR., RECHTSANWAELTE, 2800 BREMEN |
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8331 | Complete revocation |