DE891725C - Verfahren zum stetigen Giessen metallischer Werkstoffe - Google Patents

Description

• Verfahren zum stetigen Gießen metallischer Werkstoffe Bei der bekannten Herstellung von metallischen Voll- oder Hohlsträngen durch stetiges Gießen, dem sogenannten Stranggießen, wird der schmelzflüssige Werkstoff vorwiegend in gekühlte metallische Gießformen vergossen, in denen er mehr oder weniger vollständig zu einem Strang erstarrt. Bei einigen dieser Verfahren werden besonders kurze Gießformen angewandt. Man will damit erreichen, daß innerhalb der Gießform nur die äußere Schale des Strangs erstarrt und -daß der beim Austritt aus der Gießform noch flüssige Strangkern durch unmittelbare Einwirkung von Kühlmitteln auf den Strang mit möglichst hoher Geschwindigkeit über den ganzen Querschnitt zur Erstarrung gelangt, was vor allem bei zur Seigerung neigenden Legierungen von Vorteil ist. Auf solche Weise hergestellte Stränge weisen aber oft lange klaffende, meistens durch die Mitte des Strangs gehende Risse oder Spalten auf, die sie für ihre weitere Verarbeitung zu Halbzeug in der Regel unbrauchbar machen. Diese Risse werden durch die großen Schrumpfspannungen verursacht, welche durch die schroffe Abkühlung des schmelzflüssigen Metalls bedingt sind.
• Nun ist schon vorgeschlagen worden, die Abkühlung beim Stranggießen stufenweise vorzunehmen und sogar Wärmeausgleichszonen vorzusehen, in denen, ähnlich wie in den Tieföfen für gegossene Stahlblöcke, ein Wärmeausgleich zwischen den Randschichten und dem Kern des Strangs erfolgen sollte. Geschieht nun aber der hauptsächliche Wärmeentzug durch unmittelbare Berührung des Strangs mit einem Kühlmittel, dann ist das Wärmegefälle zwischen Rand und Kern des Strangs bei den derzeit üblichen Strangquerschnitten zu gering, als daß eine Ausgleichszone praktische Bedeutung erhalten könnte. Die stufenweise Abkühlung andererseits kann wohl eine Verbesserung hinsichtlich der Entstehung von Wärmerissen ermöglichen, verbürgt aber nicht die Sicherheit ihrer Vermeidung. Hierfür war erst folgende Überlegung notwendig, auf der die Erfindung beruht: Unterstellt man, daß die bei der Schrumpfung von Gußstücken auftretenden Spannungen den bei der spanlosen Verformung verursachten gleichzusetzen sind, dann ist die Größe der Spannung, die das Werkstück auszuhalten vermag, durch - sein Formänderungsvermögen bestimmt. Dieses aber ist temperaturabhängig, und zwar ist es oberhalb der sogenannten Erholungstemperatur so groß, daß alle Schichten eines gegossenen und erstarrenden Metallkörpers der durch die Abkühlung bedingten Volumenverminderung noch gut folgen können, ohne einen zur Auslösung von Rissen führenden Spannungszustand zu erleiden.
• Versuche bestätigten die Richtigkeit dieser Überlegungen, und hieraus ergab sich das Verfahren gemäß der Erfindung, das die unmittelbare und stufenweise Kühlung des aus der Gießform austretenden Strangs vorsieht und darin besteht, daß die Abkühlung des Strangs zunächst rasch höchstens bis auf die dem vergossenen Werkstoff eigene Erholungstemperatur und dann weiter so erfolgt, daß der Strang eine Zeitlang oberhalb der unteren Grenze der Erholungstemperatur verweilt.
• Das zum unmittelbaren. Kühlen des aus der Gießform austretenden Metallstrangs benutzte Kühlmittel braucht nicht einem vom Kühlmittelbehälter für die Gießform unabhängigen Behälter entnommen zu werden, sondern es kann auch das durch die gekühlte Gießform laufende Kühlmittel hierzu benutzt werden. Zu diesem Zweck muß dann das aus der Gießform austretende Kühlmittel ungefähr auf die Erholungstemperatur des vergossenen Werkstoffs gebracht werden. Bei zu starker Erwärmung des Kühlmittels während des Durchlaufs durch die Gießform muß man die Eintrittstemperatur des Kühlmittels in die Form dementsprechend niedriger halten. Erfolgt keine oder wenigstens keine wesentliche Erhöhung der Temperatur des Kühlmittels während des Durchlaufs durch die Form, so kann die Eintrittstemperatur des Kühlmittels in die Form bereits ungefähr gleich der Erholungstemperatur des vergossenen Werkstoffs sein.
• Die Erfindung kann auch bei der Herstellung von Strängen begrenzter oder unbegrenzter Länge angewandt werden, wenn keine gekühlten Gießformen verwendet werden, sofern dann aber nur der aus der ungekühlten, z. B. etwa aus Graphit bestehenden Form austretende Strang unmittelbar mit Kühlmitteln gekühlt wird.
• Besonders zweckmäßig ist es, daß die Temperatur, auf ".die der vergossene, als Strang vorliegende Werkstoff in möglichst kurzer Zeit gebracht wird, noch innerhalb der Rekristallisationstemperatur des vergossenen Werkstoffs liegt. Von dieser Temperatur erfolgt sodann die weitere Abkühlung des Strangs auf Raumtemperatur langsamer und unter Vermeidung hoher Temperaturdifferenzen zwischen Rand- und Kernzone.
• Die rasche 1_Tberführung des gegossenen Strangs aus dem flüssigen in den festen Zustand über den ganzen Querschnitt ist vor allem bei seigerungsempfindlichen Legierungen von Bedeutung, um Konzentrationsverschiebungen in der Restschmelze, die erfahrungsgemäß in Richtung des Wärmeflusses verlaufen, weitgehend zu unterbinden. Bei aushärtbaren Legierungen mit Gehalten an Bestandteilen, deren Festlöslichkeit im Grundmetall mit sinkender Temperatur abnimmt, ist aber nach völliger Erstarrung ein längeres Verweilen bei höheren Temperaturen vorteilhaft, weil dadurch Kristallseigerungen vermieden und eine völlig oder doch weitgehende Homogenisierung des Werkstoffs erreicht wird. Damit ist der weitere Vorteil verbunden, daß die zum Zwecke -der weiteren Verarbeitung oder der Aushärtung notwendige Wiedererwärmung solcher Werkstücke nur kürzere , Zeit erfordert.
• Es ist zwar bekannt, daß sich die verschiedenen Metalle und Metallegierungen beim Schmelzen und Erstarren verschieden verhalten. Aus dieser Erkenntnis heraus folgerte man, daß die einen im Strahl, die anderen in vertikaler oder horizontaler, wieder andere in schräger Lage vergossen werden müssen, wobei als Kühlmittel für die Überführung des schmelzflüssigen Zustands in den iErstarrungszustand Luft, Wasser, Wasserdampf oder sogar feste Stoffe, welche entweder vorher geschmolzen wurden oder mindestens schmelzflüssig sind, angewandt werden können. Bei keinem dieser bekannten Vorschläge ist aber empfohlen worden, die Abkühlung zunächst rasch höchstens bis auf die Erholungstemperatur des vergossenen Werkstoffs, welche leicht festgestellt werden kann, erfolgen zu lassen. Gerade die Innehaltung dieser Bedingung führt aber erst beim stetigen Gießen von Voll-oder Hohlsträngen unter Verwendung der unmittelbaren Kühlung zu gesunden Strängen, so daß nach dem Verfahren gemäß der Erfindung auch solche Legierungen stetig vergossen werden können, die besonders zur Bildung von Wärmerissen neigen, wie z. B. die kupferarmen Al-Cu-Mg-Legierungen.
• Das für das Verfahren gemäß der Erfindung zu verwendende Kühlmittel kann in jedem möglichen Aggregatzustand benutzt werden. . Zweckentsprechend sind es in der Regel bereits bekannte Kühlmittel, unter denen sich- besonders die flüssigen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren eignen.
• Ausführungsbeispiel Beim stetigen Gießen einer Kupfer - Zinn - Legierung mit 8 °/o Zinn, Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen, auf einen Strang von 9o mm in einer Anlage, :die aus einer kurzgehaltenen Kokille und einer hinter dieser angeordneten Vorrichtung zur unmittelbaren Kühlung des gebildeten Strangs besteht, tritt der Strang aus der Kühlkokille mit erstarrter Randkruste und flüssigem Kern aus. Da .die Erholungstemperatur dieser Legierung zwischen 300 und q.oo° C, die Rekristallisationstemperatur zwischen 4.oo und 450° C liegt, wird für die unmittelbare Kühlung zweckmäßig auf etwa 3oo° C erhitztes Öl verwendet. Dieses Öl wird durch hintereinandergeordnete Spritzringe auf den Strang über eine längere Strecke seines Wegs aufgespritzt, so daß das Metall sich einen bestimmten Zeitraum in dem Gebiet der Rekristallisations- bzw. Erholungstemperatur befindet. Die weitere Abkühlung auf Raumtemperatur kann sodann beliebig erfolgen, da nunmehr keine Schädigungen auch d u ri?.
• rch energische Abkühlung bewi -t werden können.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum stetigen Gießen metallischer Werkstoffe, bei welchem der Strang nach dem Austritt aus der Gießform durch unmittelbare Berührung mit einem Kühlmittel stufenweise gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des Strangs zunächst rasch höchstens bis auf die dem Werkstoff eigene Erholungstemperatur und dann weiter so erfolgt, daß der Strang eine Zeitlang im Bereich oberhalb der unteren Grenze der Erholungstemperatur weilt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang längere Zeit auf gleicher Temperatur im Bereich oberhalb der unteren Grenze der Erholungstemperatur gehalten wird.