FI88885B - Anvaendning av utskiljningshaerdbar kopparlegering - Google Patents

Description

1 P 8 8 8 5

Erkautuskarkaistavan kupariseoksen käyttö Tämä keksintö koskee erkautuskarkaistavan kupari-seoksen käyttöä kaksoishihnavalulaitteistojen, joissa su-5 late jähmettyy kahden yhdensuuntaisesti kulkevan hihnan välisessä raossa, sivusulkujen muodostukseen tarkoitettujen harkkojen valmistukseen. Sivusulut koostuvat esimerkiksi US-patenttijulkaisussa 3 865 176 kuvatussa kaksois-hihnavalulaitteistossa metalliharkoista, jotka on sijoi-10 tettu riviin päättymättömälle, esimerkiksi teräksestä valmistetulle hihnalle ja liikkuvat samassa tahdissa valuhih-nojen kanssa pituussuuntaisesti. Metalliset sivusulkuhar-kot rajoittavat tällöin sivulta päin valuhihnojen muodostamaa valumuottionteloa.

15 Kaksoishihnavalulaitteistojen suorituskyky riippuu voimakkaasti harkoista muodostuvien sivusulkuketjujen moitteettomasta toiminnasta. Niinpä harkoilla tulee olla mahdollisimman hyvä lämmönjohtokyky, jotta sulamis- tai jähmettymislämmön johtuminen pääsee tapahtumaan mahdolli-20 simman nopeasti. Jotta vältettäisiin mekaanisen rasituksen aiheuttama harkkojen reunojen nopea kuluminen, joka johtaa raon muodostumiseen harkkojen väliin ja sitten sulatteen tunkeutumiseen tähän rakoon, tulee materiaalilla olla suuren kovuuden ja murtolujuuden lisäksi pieni raekoko. Eri-25 tyisen suuri merkitys on myös optimaalisella väsymiskäyt-täytymisellä, joka varmistaa, etteivät valualueelta poistumisen jälkeen harkkojen jäähdytyksen yhteydessä syntyvät lämpöjännitykset johda harkkojen säröilemiseen kulmista, jossa teräshihnan vastaanottava T-ura kulkee. Jos tällai-. 30 siä lämpösokin aiheuttamia säröjä esiintyy, putoaa kysei nen harkko vähän ajan päästä ketjulta, jolloin sula juokseva metalli pääsee virtaamaan kontrolloimattomasti ulos valumuottiontelosta ja voi vaurioittaa laitteiston osia. Vahingoittuneen harkon vaihtamiseksi täytyy laitos pysäyt-35 tää ja keskeyttää valu.

2 Γ ε 8 8 5 Säröilytaipumuksen tutkimiseen on osoittautunut käyttökelpoiseksi testimenetelmä, jossa harkkoja lämpö-käsitellään kaksi tuntia lämpötilassa 500° C ja jäähdytetään ne sitten nopeasti vedessä, jonka lämpötila on 25° 5 C. Soveltuvan materiaalin ollessa kyseessä ei T-uran alueella saa esiintyä säröjä edes toistettaessa tämä lämpö-sokkikäsittely useaan kertaan.

US-patenttijulkaisussa 3 955 615 kuvataan sivusul-kuharkkomateriaalina erästä erkautuskarkaistavaa kuparise-10 osta. Tätä seosta, joka sisältää 1,5 - 2,5 % nikkeliä, 0,4 - 0,9 % piitä, 0,1 - 0,5 % kromia ja 0,1 - 0,3 % rautaa loppuosan ollessa kuparia, käytetään tavallisesti kak-soishihnavalulaitteistossa kuparin jatkuvaan valuun. Tästäkin kupariseoksesta valmistetuissa sivusulkuharkoissa 15 esiintyy kuitenkin jo suhteellisen lyhyen valulaitteiston käyntiajan jälkeen taipumus väsymissäröilyyn T-uran alueella. Epätyydyttävän lämpösokkikäyttäytymisen lisäksi tällä seoksella on suhteellisen heikko sähkönjohtokyky (noin 35 % IACS-standardin mukaisesti) ja siten myös pie-20 ni lämmönjohtokyky.

Soveltumattomia sivusulkuharkkojen valmistukseen ovat myös kupariseokset, jotka sisältävät berylliumia, sillä terveyshaittoja ei voida varmuudella sulkea pois harkkojen työstön tai jälkihionnan yhteydessä.

25 Tämän keksinnön päämääränä on tarjota käyttöön ma teriaali valumuottien valmistamiseksi, jossa ei esiinny säröilyä lämpösokkikäsittelyn yhteydessä ja jolla on lisäksi korkea kuumalujuus.

Tähän päämäärään päästään keksinnön mukaisesti 30 käyttämällä erkautuskarkaistavaa kupariseosta, joka si sältää 1,6 - 2,4 % nikkeliä, 0,5 - 0,8 % piitä ja 0,01 -0,20 % zirkoniumia loppuosan ollessa kuparia ja valmistuksen jäljiltä olevia epäpuhtauksia. Keksinnön suositeltavat suoritusmuodot on esitetty oheistetuissa patenttivaatimuk-35 sissa 2-6. Johtokyvyn parantamiseksi on erityisen edul- 3 Γ 8 8 85 lista lisätä korkeintaan 0,4 % kromia samoin kuin - mahdollisesti liuotuskuumennuksen yhteydessä tapahtuvan rakeiden kasvun vähentämiseksi - korkeintaan 0,2 % rautaa. Tällaiset lisäaineet eivät annetulla pitoisuusalueella 5 vaikuta negatiivisesti zirkoniumin säröilyä estävään erity isvaikutukseen kuparimateriaalissa.

Pelkistimillä, kuten esimerkiksi boorilla, litiumilla, magnesiumilla tai fosforilla, joiden pitoisuus on korkeintaan 0,03 % samoin kuin tavanomaisilla valmistuksen 10 yhteydessä mukaanjoutuvilla epäpuhtauksilla ei myöskään ole negatiivista vaikutusta keksinnön mukaisesti käytettävän seoksen säröilytaipumukseen, DE-hakemusjulkaisussa 2 634 614 kuvataan myös erästä erkautuskarkaistavaa kupari-nikkeli-pii-zirkoniumseos-15 ta, joka sisältää 1 - 5 % nikkeliä, 0,3 - 1,5 % piitä ja 0,05 - 0,35 % zirkoniumia loppuosan ollessa kuparia. Tämä tunnettu seos on kuitenkin tarkoitettu käytettäväksi valmistettaessa esineitä, joilla tulee olla erkautuskarkais-tussa tilassa suuri sitkeys huoneen lämpötilassa. Kuvauk-20 sesta käy ilmi, että zirkoniumin vaikutus on edullinen erityisesti silloin, kun materiaali kylmämuokataan 10 - 40 % liuotushehkutuksen ja erkautuskarkaisun välillä.

Sitä yllättävämpänä on tämän keksinnön yhteydessä pidettävä sitä, että zirkonium poistaa käytännöllisesti 25 katsoen kokonaan tunnetun kupari-nikkeli-piiseoksen lämpö-sokkiherkkyyden ainoastaan erkautuskarkaistussa ja ennen erkautuskarkaisua kylmämuokkaamattomassa tilassa. Täydenny stutkimuks in osoitettiin lisäksi, että keksinnön mukaisesti käytettävän seoksen kuumalujuus lämpötilassa 500° C 30 on selvästi parempi kuin tähän asti sivusulkuharkkojen valmistukseen käytettyjen materiaalien.

Lisäksi on osoittautunut, että mekaanisia ominaisuuksia voidaan parantaa edelleen korvaamalla osa zirkoniumista pitoisuuteen 0,15 % saakka vähintään yhdellä al-35 kuaineista cerium, hafnium, niobium, titaani ja vanadiini.

4 ¢8885

Keksintöä valaistaan seuraavassa vielä tarkemmin muutamien suoritusmuotoesimerkkien avulla. Kolmella keksinnön mukaisesti käytettävällä seoksella (seokset A, B ja C) ja kolmella vertailuseoksella (seokset D, E ja F) osoi-5 tetaan, miten ratkaiseva kulloisenkin esimerkkiseoksen koostumus on halutun ominaisuusyhdistelmän saavuttamisen kannalta. Esimerkkiseoksien koostumukset annetaan taulukossa 1 painoprosentteina.

10 Taulukko 1

Koostumus (m-%)

Seos_Ni_Si_Cr Fe_Zr_Cu_ 15 A 2,12 0,70 0,03 Loppu B 2,06 0,63 0,24 0,09 Loppu C 1,94 0,58 0,29 0,12 0,15 Loppu 20 D 1,82 0,63 Loppu E 1,95 0,69 0,28 Loppu F 1,87 0,72 0,38 0,12 Loppu

Seokset A ja D sulatettiin alipaineuunissa ja muut 25 seokset ilmassa keskitaajuusuunissa ja kaikki seokset valettiin pyöröharkoiksi, joiden läpimitta oli 173 mm, ja kuumapuristettiin tangoiksi, joiden mitat olivat 55 x 55 mm. Kun oli tehty liuotushehkutus lämpötilassa 790 - 810° C, tangot erkautuskarkaistiin neljä tuntia lämpötilassa 30 480° C. Esimerkkiseoksista määritettiin kustakin murtolu- juus Re huoneen lämpötilassa, brinellkovuus HB (2,5/62,5), sähkönjohtokyky sekä kuumalujuus (Ru lämpötilassa 500° C) .

Harkoista, joiden mitat olivat 50 x 50 x 40 mm, tutkittiin lopuksi lämpösokkikäyttäytyminen. Sen tekemi-35 seksi pidettiin harkkoja ensin kaksi tuntia lämpötilassa 500° C ja jäähdytettiin ne sitten äkillisesti vedessä, jonka lämpötila oli 25° C. Se, oliko harkoissa lämpösokki- 5 ε ε ε s 5 testin jälkeen säröjä tai olivatko ne säröttömiä, pystyttiin toteamaan yleensä paljain silmin. Harkkojen T-uraa tarkasteltiin lisäksi mikroskoopilla 10-kertaisella suurennuksella. Todettujen säröjen, jotka lähtivät poikkeuk-5 setta harkon T-urasta, pituus oli pääasiassa 1-7 mm; yksittäistapauksissa säröjen pituus oli jopa 20 mm.

Tutkimustulokset on koottu taulukkoon 2.

Taulukko 2 10 HB Johto- Rm(500° C) Ominaisuudet (N/mm2* kyky (N/mm2* lämpösokki-

Seos (%IACS testin _arvosta)_jälkeen 15 A 660 186 41,4 286 särötön B 656 191 42,2 372 särötön C 636 185 43,4 335 särötön D 635 179 34,5 219 säröinen 20 E 653 181 39,7 247 säröinen F 642 184 37,2 233 säröinen

Vertailusta on havaittavissa, että keksinnön mukaisten seoksien A, B ja C saavuttamat arvot ovat huoneen 25 lämpötilassa mitattujen lujuusominaisuuksien ollessa vertailukelpoisia, sekä sähköisten ominaisuuksien että erityisesti kuumalujuuden ja lämpösokkikäyttäytymisen suhteen kaiken kaikkiaan edullisempia kuin vertailuseoksien D, E ja F saavuttamat arvot.

30 Keksinnön mukaisesti käytettävä kupariseos sovel tuu siten erinomaisesti kaikkiin valumuotteihin, jotka ovat valun yhteydessä jatkuvasti muuttuvan lämpökuormituksen kohteina. Tällaisia ovat kaksoishihnavalulaitteis-tojen sivusulkujen harkkojen lisäksi ennen kaikkea valu-: 35 pyörät ja valuhihnat sekä lisäksi painevalumuotit ja pai- nevalukoneiden valumännät.

Claims (7)

6 f- ε ε e s

1. Erkautuskarkaistavan kupariseoksen käyttö valun yhteydessä muuttuvalle lämpökuormitukselle jatkuvasti alt-5 tiina olevien valumuottien, erityisesti kaksoishihnavalu-laitteistojen sivusulkuharkkojen valmistukseen, joka kupa-riseos sisältää 1,6 - 2,4 % nikkeliä, 0,5 - 0,8 % piitä ja 0,01 - 0,20 % zirkoniumia loppuosan ollessa kuparia mukaanluettuina valmistuksen jäljiltä olevat epäpuhtaudet.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen käyttö, tun nettu siitä, että kupariseos sisältää lisäksi vielä enintään 0,4 % kromia ja/tai enintään 0,2 % rautaa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että seoksen zirkoniumpitoisuus on 15 0,03 - 0,15 %.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että seos sisältää 1,9 - 2,25 % nikkeliä, 0,55 - 0,65 % piitä, 0,20 - 0,30 % kromia ja 0,08 - 0,15 % zirkoniumia loppuosan ollessa kuparia mu- 20 kaanluettuina valmistuksessa mukaan tulleet epäpuhtaudet ja tavanomaiset työstölisäaineet.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että osa zirkoniumpitoisuudes-ta 0,15 %:iin saakka, on korvattu vähintään yhdellä alku- 25 aineella, joka on cerium, hafnium, niobi, titaani tai vanadiini .

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että kupariseos on ensin hehkutettu 700 - 900° C:ssa, sitten äkkijäähdytetty ja lopuk- 30 si erkautuskäsitelty 350 - 520° Ctssa 0,5 - 10 tunnin ajan.

7 ? ε ε 8 5