TW201739924A - 惰氣或加壓電渣重熔法中用於製造模具鋼的模具 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種在惰氣或加壓電渣重熔裝置中用於製造模具鋼的模具。該模具包含一具有1000-2500mm之寬度w及700-1250mm之厚度t之非矩形及非圓形內部銅套管，其中該銅套管之厚度方向上之短邊至少部分地具有具彎曲表面之截面且其中寬度方向上之長邊至少部分地具有具彎曲表面之截面。
Description
本發明係關於一種在惰氣電渣重熔(IESR)或加壓電渣重熔(PESR)法中用於製造模具鋼的模具。
模具鋼用於製造用於輕金屬或塑膠物品製造之模具及沖模。通常使用電渣重熔(ESR)以使偏析降到最低及減少在再熔材料中非金屬內含物之量。相比於習知鑄造之材料，ESR錠之清潔度及均勻性產生改良之機械特性。習知ESR無需隔離大氣進行。
近年來，保護氣體方法惰氣電渣重熔(IESR)及加壓電渣重熔(PESR)已獲得相當大的關注，因為此等方法消除自大氣獲取氫氣及氧氣之風險且導致在重熔材料中非金屬內含物之量之進一步減少。
然而，目前已認識到，藉由IESR及PESR生產之大型錠與較小錠相比並不具有相同的高清潔度。此問題係至關重要的，尤其對於直徑超出1000mm之錠而言，尤其考慮到對於大尺寸的模具及沖模之需求在增加。
本發明之一般目標為提供一種在惰氣電渣重熔(IESR)或加壓電渣重熔(PESR)法中用於製造具有改良之清潔度及/或改良之微觀結構之大尺寸模具鋼錠的模具。
另一目標為提供一種包含改良之大尺寸模具之IESR或PESR裝置。再一目標為提供一種可用本發明之IESR或PESR獲得且因此具有改良之清潔度及/或改良之微觀結構的鋼錠。
此等目標藉由如在獨立申請專利範圍中所定義之本發明之手段實現。
在下文中，將參考較佳實施例及附圖更詳細地描述本發明。
圖1為具有1250mm之直徑且具有0.39m2之面積之習知模具的剖面示意圖。
圖2為本發明之一實施例之示意圖，其展示與習知模具具有相同面積之橢圓模具之剖面。
本發明在申請專利範圍中加以限定。
本發明人已出人意料地發現精煉模具鋼之清潔度可藉由改變模具形狀影響。藉由用具有改良之形狀之模具替換如今用於IESR及PESR中之習知圓形模具，可以進一步改良重熔錠之清潔度及微觀結構。
本發明之模具包含具有1000-2500mm之寬度w及700-1250mm之厚度t之非矩形及非圓形內部銅套管，其中在該銅套管厚度方向上之短邊至少部分地具有具彎曲表面之截面且其中在寬度方向上之長邊至少部
分地具有具彎曲表面之截面。
將參考附圖詳細地描述本發明。
圖1揭示具有1250mm之直徑d及0.39m2之面積之習知模具的剖面。
圖2揭示與習知模具具有相同面積但具有橢圓形狀之本發明模具之剖面。模具之厚度經選擇為800mm，其中橢圓模具之寬度為1953mm。
兩個圖式皆關於模具之內部套管之尺寸，除了凝固收縮以外，該尺寸對應於重熔錠之尺寸。
根據本發明，模具可具有不同形狀。然而，在銅套管厚度方向上之短邊以及在寬度方向上之長邊兩者皆至少部分地具有具彎曲表面之截面。
短邊及長邊可具有直截面。
短邊可視情況具備經安置在短邊中間部分中之直截面，亦即在t/2處。短邊可經設計成具有恆定曲率半徑(弧形)或具有可變曲率半徑(例如卵形、橢圓形或超橢圓形)。曲率半徑可延伸至位置w/4前之任何所欲位置。
該等長邊可於各邊上具有僅一個直截面或超過一個直截面。可在各長邊上、尤其在截面w/8至w/2中形成兩個直截面，且該兩個直截面可在w/2處具有平滑過渡。
模具在w/2處之中間厚度可與自模具之各短邊算起之模具w/4處之四分之一厚度相同。然而，模具在w/2處之中間厚度比自模具之各
短邊算起之模具w/4處之四分之一厚度至少厚10mm為通常較佳的。在w/2處之厚度可比w/4處之厚度大20、40、60、80、100、120、140、160或180mm。
具有彎曲表面之短邊截面可具有恆定曲率半徑或可變曲率半徑。短邊可在w/4位置前一直具有恆定曲率半徑或可變曲率半徑。模具可具有卵形、橢圓形或超橢圓形，及/或模具之寬度w可為厚度t之至少1.1倍，較佳地w>1.2t。
模具之尺寸可在如申請專利範圍第1項所陳述之範圍內自由變化。寬度可被限制於2400、2300、2200、2100、2000、1900、1800、1700、1600、1500、1400、1300、1200或1100mm。厚度可被限制於1200、1150、1000、950、900、850、800或750mm。寬度始終大於厚度。
藉由習知EAF煉鋼，接著澆桶冶金、真空除氣及鑄造成具有用於在對應的PESR中重熔的合適直徑的電極來生產塑膠模具鋼。模具示意性地展示於圖1及圖2中。重熔以相同類型之基於CAF-CaO-Al2O3之爐渣在氬氣保護氛圍下進行。在與對應的錠相同的高度處自經鍛造及經熱處理之材料中間取出樣品。將樣品切割，冷安裝，研磨且拋光且其後在一光學顯微鏡(LOM)中進行檢查。檢測在對應的錠中每mm2內含物之數量。只計數大於8μm之內含物。
發現每mm2內含物之數量可藉由改變模具之厚度減少。目前未充分理解此結果之原因且本發明人並不希望受任何理論束縛。然而，將呈現正面結果可由多個因素(諸如在爐渣中及在熔化池中之不同擾流，
熔化池為深度較淺之金屬池)及/或由更加有利之凝固條件影響，使得該錠之凝固時間減少及在重熔錠中等軸結晶之量減少或完全不存在。
本發明尤其適合於製造用於壓鑄輕合金之採用熱加工工具鋼之大尺寸沖模，以及製造用於塑膠物品成型之大尺寸塑膠模具鋼模具。
Claims (11)
- 一種在一惰氣或一加壓電渣重熔法中用於製造模具鋼的模具，其特徵在於該模具包含具有1000-2500mm之一寬度w及700-1250mm之一厚度t之一非矩形及非圓形內部銅套管，其中在該銅套管之厚度方向上之短邊至少部分地具有具彎曲表面之截面且其中在寬度方向上之長邊至少部分地具有具彎曲表面之截面。
- 如申請專利範圍第1項之模具，其中該等短邊之該等彎曲表面具有一恆定曲率半徑。
- 如申請專利範圍第1項之模具，其中該等短邊之該等彎曲表面具有一可變曲率半徑且視情況具有直截面。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之模具，其中該模具在w/2處之中間厚度與自該模具之兩個短邊算起之該模具w/4處之四分之一厚度相同。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之模具，其中該模具在w/2處之中間厚度比自該模具之兩個短邊算起之該模具w/4處之四分之一厚度至少厚10mm。
- 如申請專利範圍第3項之模具，其中該模具具有一卵形、橢圓形或超橢圓形形式。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項之模具，其中該模具具有1500-2000mm之一寬度及/或800-1050mm之一厚度。
- 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項之模具，其中該等長邊具有至少一個直截面。
- 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項之模具，其中該內部銅套管並不具有任何焊接接縫。
- 一種惰氣電渣重熔或加壓電渣重熔裝置，其特徵在於其具備如申請專利範圍第1項至第9項中任一項之模具。
- 一種用於製造模具或沖模之ESR重熔工具鋼錠，其特徵在於該鋼錠可用如申請專利範圍第10項所定義之裝置獲得，其中該鋼錠為非矩形及非圓形的且具有1000-2500mm之一寬度w及700-1250mm之一厚度t，且其中在該錠之厚度方向上之短邊至少部分地具有具彎曲表面之截面且其中在寬度方向上之長邊至少部分地具有具彎曲表面之截面。
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