DK143486B - Fremgangsmaade til strengstoebning af runde aluminiumstoebeblokke - Google Patents

Description

143486

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til strengstøbning af runde aluminium-støbeblokke og med tendens til centerrevnedannelse under størkningen, navnlig af aluminium-magnesium-silicium-legeringer, og ved 5 hvilken kølemedium påføres direkte på den størknede overflade af den støbeblok, der udtræder fra formen, hvorhos støbeblokken indledningsvis udtrækkes fra formen med en lav hastighed og derefter ved en højere hastighed, hvilken højere hastighed er større end den revneudbredende 10 udtrækningshastighed.

Ved strengstøbning, således som den sædvanligvis praktiseres, indføres smeltet metal i en form, hvis bundende til at begynde med er lukket med en stol, der kan sænkes med ønsket hastighed under kontrol af operatøren 15 med henblik på at udtrække støbeblokken af formen. Når metallet hældes ind i formen, dannes en fast hinde ved periferien, hvor det smeltede metal kommer i kontakt med formvæggen. Efter at en forud bestemt dybde af metal er indhældt i formen, sænkes stolen, og varme fjernes fra 20 metallet ved påføring af kølemiddel direkte på den størknede overfladehinde af metallet, der blotlægges mellem formens bundkant og stolen. Den hastighed, hvormed støbeblokken fremstilles, afhænger af den hastighed, hvormed stolen sænkes, idet der opretholdes et i det væsentlige 25 konstant hoved af metal i formen. Ved en alternativ fremgangsmåde indføres smeltet metal i den ene ende af en horisontalt anbragt form og udtrækkes fra den modsatte ende af formen ved hjælp af et udtrækningsorgan.

Det er velkendt, at der med mange aluminiumlegerin-30 ger er en tendens til revnedannelse ved støbeblokkens centerdel som følge af de spændinger, der opbygges i støbeblokken som resultat af metallets sammentrækning ved støbeblokkens centerdel ved dets overgang fra den flydende til den faste tilstand.

35 Det har i almindelighed vist sig, at forøgelse af støbehastigheden fører til dannelse af centerrevner, og selv om mange hjælpemidler er foreslået til forøgelse af 143486 2 støbehastigheden, har de opnåede resultater været svingende. Mens det i nogle tilfælde har været muligt at støbe sunde, revnefrie støbeblokke ved hastigheder større end de i kommerciel praksis sædvanligvis anvendte, har 5 det ved andre lejligheder vist sig, at revner udvikles i støbeblokke støbt med samme hastighed.

Det er nu erkendt, at forklaringen på disse svingende resultater ligger i de betingelser, der anvendes ved overgangen fra den langsomme støbehastighed, der nor-10 malt anvendes ved begyndelsen af hver støbeoperation under det første korte stykke af den udadgående (vertikale eller horisontale) passage af udtrækningsorganet, til den højere hastighed, der anvendes under størstedelen af støbeprocessen.

15 Det er kendt, at der ved støbning af aluminium- støbeblokke, navnlig ved støbning af aluminiumlegeringer, der udviser tendenser til varmrevnedannelse, er en tendens til, at det første korte stykke af støbeblokken udviser en centerrevne, som følge af de meget høje afkø-20 lingshastigheder og dermed høje spændinger, der skyldes kontakten af støtteenden af støbeblokken med stolen og med kølemediet, foruden den normale afkøling af den perifere overflade af støbeblokken.

Varmrevnedannelse kan defineres som en tendens til 25 flængning eller revnedannelse, hvor revnens vækstende ligger i en zone af støbeblokken, hvor temperaturen er mellem liquidus og solidus.

Ved normal praksis i forbindelse med strengstøbnirg strækker denne centerrevne sig kun et kort stykke ind i 30 støbeblokken og ender så. Alligevel viser det sig ofte, at sådanne revner strækker sig til en position ud over den, ved hvilken stolen eller det horisontale udtrækningsorgan er blevet accelereret til fuld støbehastighed.

Revnerne er med andre ord helet, efter at den fulde, nor-35 male støbehastighed er nået. Ved sædvanlige støbeprocesser er støbehastigheder derfor begrænset til dem, der vil tillade revner at heles inden for en kort distance.

3 143486 I forbindelse med den foreliggende opfindelse er det nu erkendt, at støbehastigheden kan forøges, efter at revnen er helet, til en hastighed, der, hvis den anvendtes på et tidligere tidspunkt under stolens passage, 5 ville have ført til en usund støbeblok med en mere eller mindre kontinuert centerrevne.

Det er påvist, at der er en maksimal støbehastighed, ud over hvilken en revnet støbeblok ikke vil heles, efterhånden som støbeprocessen skrider frem. Denne ha-10 stighed er her omtalt som den "revneudbredende hastighed” dvs. den minimale hastighed, der er nødvendig for at understøtte væksten af en præ-eksisterende revne. Når støbehastigheden sænkes under den revneudbredende hastighed, vil en præ-eksisterende revne heles.

15 Når revnen først er helet, og udtrækningen er fort sat over en yderligere distance til dannelse af en længde af sund støbeblok, vil en frisk revne ved støbeblokkens centerdel imidlertid kun blive dannet, hvis støbehastigheden hasves til en værdi over den revneudbredende hastig-20 hed. Denne højere hastighed er her omtalt som den "revneinitierende hastighed".

Den foreliggende fremgangsmåde til strengstøbning af runde aluminium-støbeblokke, hvilken fremgangsmåde er af den indledningsvis præciserede art, er ifølge opfin-25 delsen ejendommelig ved, at støbeblokkens udtrækningshastighed, efter at der er udviklet en revnefri centerdel i den udtrædende støbeblok ved støbning med en udtrækningshastighed mindre end den revneudbredende udtrækningshastighed, forøges til en hastighed større end den revne-30 udbredende udtrækningshastighed, men mindre end den revneinitierende udtrækningshastighed.

Mens ved en foretrukken udførelsesform den indledende støbehastighed holdes under den revneudbredende hastighed, indtil den revnefri kerne er udviklet, kan det 35 under visse omstændigheder være ønskeligt at anvende en høj indledende støbehastighed højere end den revneudbredende hastighed og acceptere den resulterende revne, hvorefter støbehastigheden sænkes under den revneudbre- 4 1Λ 3 Λ G 6 dende hastighed, indtil den ønskede revnefri centerdel har udviklet sig. Støbehastigheden kan derefter igen hæves over den revneudbredende hastighed og holdes ved en sådan hastighed (men under den revneinitierende hastig-5 hed) under støbningen af den resterende del af støbeblokken.

Ved udøvelsen af fremgangsmåden foretrækkes det at anvende en hastighed betydeligt under den revneudbredende hastighed under det første korte stykke af udtrækningen.

10 For støbeblokdimensioner inden for området ca. 10-23 cm i diameter er det under den første længde af udtrækningen, svarende til ca. 1/2 støbeblokdiameter, foretrukket at anvende en hastighed under ca. 10 cm/minut. For støbeblokke af større eller mindre dimensioner vil denne ha-15 stighed være henholdsvis noget mindre eller større. Derefter hæves hastigheden over en distance på ca. endnu 1/2 støbeblokdiameter til en hastighed lidt under den revneudbredende hastighed, såsom 12-25 mm/min. mindre end den revneudbredende hastighed, idet udtrækningen fortsættes 20 ved sådan hastighed, indtil en revnefri støbebloklængde på mindst ca. 1 støbeblokdiameter og, i følge opfindelsen, fortrinsvis svarende til mindst ca. 2 1/2 støbeblokdiametre er udviklet, og derefter hæves støbehastigheden langsomt til en hastighed mellem den revneudbredende og 25 den revneinitierende hastighed. Den maksimale udtrækiings-hastighed for støbeblokken er ifølge opfindelsen fortrinsvis fra ca. 12 mm til ca. 25 mm pr.minut lavere end den revneinitierende hastighed under udtrækningen af størstedelen af den revnefri længde af støbeblokken. En hastig-30 hed over den revneudbredende hastighed nås sædvanligvis efter støbning af ca. 3 1/2 støbeblokdiametre. For støbeblokdimensioner } ca. 23 cm og ^ ca. 10 cm i diameter skal den revnefri længde, der skal støbes, førend hastigheden hæves til mellem den revneudbredende og den revne-35 initierende hastighed, være henholdsvis ca. 2 og 4 diametre.

Overgangen fra støbehastigheden under den revneudbredende hastighed til hastigheden mellem den revneudbre- 5 143486 dende og den revneinitierende hastighed gennemføres fortrinsvis i trinvise stigninger på ca. 12 mm/min., idet hver hastighedsstigning påføres langsomt, f.eks. i løbet af 5-30 sekunder. Mens hastigheden med henblik på en be-5 kvem operation hæves i separate stigninger ved intervaller på f.eks. 1 minut, kan det under visse omstændigheder være muligt at forøge støbehastigheden kontinuert fra den første hastighed under den revneudbredende hastighed til hastigheden mellem den revneudbredende og den revne-10 initierende hastighed ved en i det væsentlige konstant accelerationshastighed på f.eks. 3 nm - 13 αη/nin. pr.minut således at støbehastigheden hæves fra en hastighed lidt under den revneudbredende hastighed til den endelige støbehastighed i løbet af 1/2 - 15 minutter.

15 Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er af særlig værdi ved fremstillingen af runde støbeblokke dannet ud fra de legeringer, der udviser følsomhed over for varmrevnedannelse. Nogle almindeligt anvendte legeringer inden for raskkerne Al-Μη, Al-Mg, Al-Cu og 20 Al-Zn-Mg og navnlig legeringer inden for rækken Al-Mg-Si, der er meget anvendt til fremstilling af ekstruderinger, udviser følsomhed over for varmrevnedannelse. Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse har navnlig vist sig af værdi ved støbning af Al-Mg-Si-legeringer med 25 følgende respektive procentindhold af magnesium og silicium:

Mg 0,45-0,9, Si 0,20-0,6, Mg 0,4-0,8, Si 0,7-1,3,

Mg 0,8-1,2, Si 0,40-0,8, Mg 0,35-0,8, Si 0,30-0,7.

Disse er meget anvendte, kommercielle aluminiumle-30 geringer.

Den revneudbredende og den revneinitierende hastighed for fremstillingen af støbeblokke ud fra en given legering afhænger af en række faktorer, der stammer dels fra støbebetingelserne og dels fra metal-sammensætningen 35 og -tilstanden.

Den temperatur, ved hvilken metallet hældes ind i formen, typen af flyder og dypperør anvendt til kontrol af metalniveauet i formen, formens diameter eller tvær- 143486 e dimensioner og den fremgangsmåde, der anvendes til påføring af kølemediet på støbeblokkens overflade, influerer således alle på værdien af den revneudbredende og den revneinitierende hastighed.

5 Foruden legeringens hovedelementer har metallets renhed og mængden af jern til stede i aluminiummet og tilstedeværelsen af elementer, der påvirker kornstørrelse, en betydelig indflydelse på nævnte værdier. I almindelighed forøger tilstedeværelsen af både jern og korn-10 fingøringsmidler værdierne af nævnte hastigheder.

Bestemmelsen af værdierne af den revneudbredende og den revneinitierende hastighed kan på grund af det store antal variable, hvoraf de er afhængige, kun foregå empirisk ved at støbe en støbeblok ud fra en smelte af lege-15 ringen. Med f.eks. en støbeblok med en diameter på ca.

18 cm af AA6 06 3 *- leger ing (standardlegering for ekstrude-ring, se "Registration Record of Aluminum Association Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys", USA, 1.marts 1978, 20 side 6) skulle støbehastigheden forøges trinvis fra en indledende hastighed på f.eks. ca. 10 cm/minut, ved stigninger på f.eks. ca. 12 mm/minut som omtalt ovenfor, ved støbelængdeintervaller på f.eks. ca. 60 cm, indtil den forventede revneinitierende hastighed var betydeligt over-25 skredet, hvorefter støbehastigheden skulle sænkes på lignende måde. For støbeblokke af mindre diametre og/eller legeringer mindre tilbøjelige til varmrevnedannelse, kan der anvendes større indledende prøvehastigheder, med samme stigninger, mens for støbeblokke af større diametre 30 og/eller legeringer mere tilbøjelige til varmrevnedannel-se lavere indledende prøvehastigheder og mindre stigninger er ønskelige. Ved at registrere støbehastigheden ved successive positioner langs støbeblokken vil påfølgende ultralydundersøgelse af støbeblokken gøre det muligt at 35 bestemme den støbehastighed, ved hvilken centerrevnen begyndte (på anden måde end ved støtteenden) i et betydeligt antal støbeblokke. Dette vil fastlægge den revneinitierende hastighed.

7 143436

Bestemmelse af den støbehastighed, ved hvilken centerrevnen ophørte under sænkningen af støbehastigheden, vil angive værdien af den revneudbredende hastighed og navnlig en hastighed under den revneudbredende hastighed, 5 ved hvilken udtrækningen kan gennemføres ved begyndelsen af støbeprocessen med henblik på at udvikle en sund centerdel .

Som et eksempel på de fordele, der kan opnås ved anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen har det 10 vist sig, at ved fremstilling af ekstruderings-støbeblok-ke med en diameter på ca. 18 cm af aluminium-magnesium-silicium-legering indeholdende 0,4-0,9% fig, 0,3-0,7% Si, 0,2-0,3% Fe og 0,005-0,15% Ti er den normale maksimale støbehastighed for fremstillingen af sunde støbeblokke 15 på ca. 13 cm/minut efter støbning af det første korte stykke ved en hastighed på ca. 7-10 cm/minut. Når denne metode benyttes, har det vist sig, at der ofte er en centerrevne, der strækker sig over ca. 20 cm opad fra støtteenden. Ved anvendelse af fremgangsmåden ifølge den fo-20 religgende opfindelse støbes en indledende længde af støbeblokken, f.eks. ca. 60 cm, ved ca. 13 cm/minut (efter støbning af det første korte stykke ved en hastighed på ca. 7-10 cm/minut som ovenfor) for at frembringe en støbebloklængde med en revnefri centerdel. Det har vist 25 sig, at støbehastigheden derefter kunne hæves langsomt til ca. 16,5 cm/minut på den ovenfor angivne måde, uden initiering af en centerrevne. Hvis den samme hastighed var anvendt ved begyndelsen af støbeprocessen, dvs. førend støtterevnen var helet, ville støbeblokken være rev-30 net fra ende til ende.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen skal beskrives nærmere gennem et yderligere eksempel og under henvisning til tegningen, på hvilken

Fig. 1 er et skematisk del-snitbillede af et konti-35 nuert fungerende støbeapparat, og

Fig. 2 er et snitbillede langs linien 2-2 i fig. 1.

Fig. 1 viser en aksialt vertikal ringform 10, til hvilken smeltet aluminium 11 føres til støbning af en 8 U3486 støbeblok 12. Formen 10 er konstrueret af et metal (såsom aluminium), der er egnet for støbning af aluminium og har en indre væg 14f der afgrænser en aksialt vertikal støbezone.

5 Omgivende den ydre overflade af formvæggen 14 findes en kølekappe 15, der afgrænser et ringkammer, som omgiver støbezonen fuldstændigt lateralt. Kammeret forsynes med kølevand, til afkøling af formen 14, og er forsynet med en udløbsrevne 22, gennem hvilken vand fø-10 res til overfladen af den voksende støbeblok 12 på sædvanlig måde.

Ved begyndelsen af en støbeoperation er den nedre ende af støbezonen lukket med en stol 18, der bæres på en platform 19 understøttet på et hydraulisk stempel 15 20, Efterhånden som smeltet aluminium i støbezonen størk ner, sænkes stolen 18 og platformen 19 ved operation af det hydrauliske stempel 20 med en hastighed, der kontrolleres af operatøren.

Smeltet aluminium føres til formen fra et trug 26 20 anbragt over formen 10 og med et aksialt vertikalt dypperør 28, der strækker sig coaksialt ind i formen. Den nedre ende af dypperøret 28 udmunder under niveauet af det smeltede aluminium 11 i støbezonen, hvilket hindrer overfladeturbulens i støbezonepølen.

25 En flyder 30 omgiver den nedre ende af dypperøret 28 og bæres svømmende i det smeltede metal 11. Flyderen omfatter et relativt tykt stift pladeformet legeme 31 med en central udboring 32 af lidt større diameter end dypperøret 28. Den nedre overflade af legemet 31 har 30 en central fordybning 34, ind i hvilken udboringen 32 udmunder. En stiv lede- eller skærmdel 36 af flyderen strækker sig tværs over fordybningen 34 umiddelbart under udboringen 32. Skæmdelen 36 har en øvre overflade, der er bredere end den indvendige diameter af dyppe-35 røret 28. Når dypperøret 28 strækker sig nedad gennem udboringen 32, er dets åbne nedre ende direkte over skærmen. Det smeltede aluminium indtræder gennem dypperøret 28 og ledes lateralt af skærmen 36 mod perife- 143486 9 rien af formen.

Det skal forstås, at da operationsniveauet for det smeltede metal 11 i formen 10 skal holdes over den nedre ende af dypperøret 28, og da den øvre overflade 5 af skærmen 36 i almindelighed ligger under enden af dypperøret for at tillade udløb af smeltet metal, skal flydeegenskaberne hos flyderen tilvejebringe dette ønskede rumlige forhold mellem dypperør og skærm, når det smeltede metal befinder sig ved det rette niveau i for-10 men.

Et par trådbærere 38 bæres af flyderen og er bøjet udad, således at de rager ud over modsatte sider af formens topvæg for at hindre nedsynkning af flyderen ud over et fastlagt niveau.

15 Ved apparatets funktion i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen anbringes det hydrauliske stempel 20 til at begynde med således, at stolen 18 lukker den nedre ende af støbezonen. Kølevand føres kontinuerligt til formkølekappen 15 til afkøling af formvæggen 14, 20 og smeltet aluminium, der tilføres fra truget 26, flyder nedad ved tyngdekraftens indvirkning gennem dypperøret 28 til fyldning af støbezonen med smeltet aluminium 11 til det ønskede niveau. Det hydrauliske stempel 20 opereres derefter til sænkning af stolen 18 ved en lav ind-25 ledningsvis hastighed, såsom ca. 7-10 cm/minut for støbeblokke inden for dimensionsområdet ca. 10-23 cm i diameter, på sædvanlig måde, mens stolen passerer gennem en distance d^, typisk ca. 5-13 cm for støbeblokke af disse dimensioner.

30 Efter at stolen er sænket distancen d^, forøger operatøren langsomt udtrækningshastigheden for stolen, efterhånden som den synker gennem en yderligere distance &2, typisk ca. 5-13 cm, til en hastighed lidt under den revneudbredende udtrækningshastighed. Efter at stolen er 35 sænket denne yderligere distance d2, bliver en støbeblok-længde svarende til ca. 2 1/2 støbeblokdiametre støbt ved denne samme hastighed, hvorefter operatøren gradvis forøger udtrækningshastigheden til en hastighed over den

Claims (3)

143486 revneudbredende udtrækningshastighed, men under den revneinitierende udtrækningshastighed, I ét eksempel blev den revneudbredende udtrækningshastighed og den revneinitierende udtrækningshastighed 5 for en særlig Al-Mg-Si-legering bestemt ved den ovenfor beskrevne fremgangsmåde. Den revneudbredende udtræknings-hastighed fandtes at være ca. 15,25-16,5 cm/minut, og den revneinitierende udtrækningshastighed fandtes at være ca. 20,3 cm/minut.

10 Den følgende støbeproces blev fastlagt til støbning af støbeblokke pied en diameter på ca. 17,8 cm ud fra denne Regering; ca. 10 cm/minut for ca, 13 cm, stigning til ca. 15 cm/minut under flg, ca. 15 cm, 15 opretholdelse ved ca. 15 cm/minut for ca. 50 cm, Stigning til ca. 19 cm/minut og opretholdelse ved ca, 19 cm/minut for resterende ca. 200 cm. To støbeblokke støbt ved denne proces fandtes at være sunde. 20. modsætning hertil fulgtes følgende støbeproces: ca. 10 cm/minut for ca. 10 cm, ca. 19 cm/minut for resterende ca. 190 cm. Tq støbeblokke støbt ved denne proces fandtes at være revnede fra den ene ende til den anden, fordi støbe-25 hastigheden blev forøget fra under den revneudbredende udtrækningshastighed til over den revneudbredende udtrækningshastighed, førend centerrevnen var helet.

1. Fremgangsmåde til strengstøbning af runde alumi-30 nium-støbeblokke og med tendens til centerrevnedannelse under størkningen, navnlig af aluminium-magnesium-silici-um-legeringer, og ved hvilken kølemedium påføres direkte på den størknede overflade af den støbeblok, der udtræder fra formen, hvorhos støbeblokken indledningsvis udtrækkes 35 fra formen med en lav hastighed og derefter ved en højere hastighed, hvilken højere hastighed er større end den revneudbredende udtrækningshastighed, kendeteg-