WO2009115081A1 - Verfahren zur herstellung von giessformteilen sowie nach dem verfahren hergestellte giessformteile - Google Patents

Verfahren zur herstellung von giessformteilen sowie nach dem verfahren hergestellte giessformteile Download PDF

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WO2009115081A1
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copper alloy
molded part
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casting surface
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Thomas Helmenkamp
Dirk Rode
Markus Niemann
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Kme Germany Ag & Co. Kg
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of moldings from a silicon, nickel, chromium and zirconium and intermetallic primary phases containing copper alloy according to the features of claim 1.
  • the invention further relates to moldings produced by this method.
  • EP 0 346 645 B1 describes the use of a curable copper alloy of 1.6 to 2.4% nickel, 0.5 to 0.8% silicon, 0.01 to 0.20% zirconium, the remainder of copper including production-related impurities and more commonly Processing additives, as a material for the production of moldings, which are subject during casting a permanently changing temperature stress, in particular in the form of blocks for side dams of Doppelbandg screenanlagen.
  • the performance of Doppelbandg screenanlagen depends crucially on the proper functioning of the formed from block side dam chain. So it is necessary that the blocks have the highest possible thermal conductivity, so that the melting or solidification heat can be dissipated as quickly as possible.
  • the material must not only have a high hardness and tensile strength and a small grain size.
  • an optimal fatigue behavior which ensures that after leaving the casting line, the thermal stresses which occur during the cooling of the blocks do not lead to the tearing of the blocks in the corners of the T-slot incorporated for receiving the steel strip. Occur such caused by thermal shock cracks, after a short time the block in question falls out of the chain, the molten metal leak out of the mold cavity uncontrolled and can damage equipment. To replace the defective block, the system must be stopped and the casting process interrupted.
  • the zirconium-containing, curable CuNiSiCr alloy described in EP 0 346 645 B1 is outstandingly suitable for blocks of side dams of double-belt casting plants.
  • the addition of chromium increases the conductivity of the material. Fe addition limits grain growth during solution annealing without adversely affecting the other properties of the material.
  • the cast material is usually hot-formed to adjust a fine-grained structure and to achieve the required hardness and electrical conductivity by conventional forming processes such as extrusion, forging or rolling, then solution-annealed and cured, the eutectic, inhomogeneous distribution of the intermetallic primary phases of the casting more or less well destroyed and the primary phases aligned in the Hauptumformraum.
  • conventional forming processes such as extrusion, forging or rolling, then solution-annealed and cured, the eutectic, inhomogeneous distribution of the intermetallic primary phases of the casting more or less well destroyed and the primary phases aligned in the Hauptumformraum.
  • In the conventional production of blocks of extruded or hot rolled bars there is a relatively unevenly distributed, pronounced line oriented primary phase array in the casting surface of the blocks.
  • the net distribution of the intermetallic primary phases of the casting state is usually insufficiently eliminated since the overall degree of deformation is limited and the slab is formed approximately equally in the longitudinal and transverse directions.
  • the invention is based on the object to optimize a process for the production of moldings, in particular for the production of blocks for side dams of Doppelbandgitanlagen so that the wear of the casting surfaces coming into contact with a molten metal later begins and progresses more slowly, so that about a longer production period using the mold parts, a cast metal strip with integrity can be produced. Furthermore, a molded part with the improved properties to be shown.
  • the object underlying the invention is achieved in that the intermetallic primary phases contained in the copper alloy are oriented by directional hot working such that a casting surface coming into contact with the molten metal of a casting part produced from the ironed cast block is inclined at an angle of 90 ⁇ 10 °, ie is substantially perpendicular, is selected to the ironing of the ingot.
  • substantially perpendicular means an angle of 90 ⁇ 10 ° to the ironing direction of the ingot.
  • Vertical means an angle of 90 °.
  • the fiber orientation has finely divided and uniformly distributed primary phases, which is achieved in the context of the invention in that ironing is carried out in only a single direction, wherein the cast block in a ratio of at least 4: 1, preferably more as 7: 1, is stripped.
  • the hot forming can be done by processes such as forging and or hot rolling.
  • a total cumulative transformation of at least 4: 1 or preferably of at least 7: 1 in different directions does not lead to the fiber course desired according to the invention.
  • the intermetallic primary phases in the casting surface essentially only appear as uniformly distributed points. It is considered expedient if the quantitative ratio of the intermetallic primary phases cut in a grinding pattern between the casting surface and the sides of the ironed casting block perpendicular to the casting surface is set to greater than 1.5: 1. This means that at least 50% more intermetallic primary phases are cut in the casting surface or in a plane substantially perpendicular to the ironing direction than in a side or plane perpendicular to the casting surface.
  • the ratio of the proportion of intermetallic primary phases cut in this way, in combination with the orientation of the casting surface, results in casting parts with optimized application behavior, since crack initiation and crack propagation in the casting surface are inhibited.
  • the resistance to fatigue cracking is significantly greater than mold parts in which the intermetallic primary phases are substantially undirected.
  • the molded part produced by the process according to the invention has a fiber profile, which requires that the intermetallic primary phases are arranged in fibers or lines. The mean length of an in-plane primary phase is measurable.
  • there are lines of intermetallic primary phases whose length corresponds to at most 30% of the length of a line of an intermetallic primary phase which is substantially or exactly perpendicular to the casting surface.
  • the mold part according to the invention consists of a hardenable copper alloy, which for this purpose contains alloy constituents which precipitate out as intermetallic phases.
  • the curable copper alloy preferably contains nickel, which can be at least partially replaced by cobalt.
  • the alloy contains at least one of the following alloying elements: chromium, zirconium, beryllium, silicon.
  • the finished molded part is characterized by tailored to the specific application, excellent material properties, namely in particular a tensile strength of at least 600 MPa at a room temperature of 20 0 C and a tensile strength of at least 350 MPa at a temperature of 500 0 C.
  • the electrical conductivity is at least 45%.
  • the hardened copper alloy should have a grain size of at most 130 ⁇ m measured according to ASTM E 112.
  • ASTM E 112 American Society for Testing and Materials is a standard test method for determining the average particle size.
  • Figure 1 shows a micrograph of a cast round bolt, which is used as a starting material for the production of moldings of side dams of a Doppelbandg tellstrom.
  • This is the typical cast structure of a CuNiSiCrZr alloy with CrSi-containing or NiZr-containing intermetallic primary phases in eutectic arrangement.
  • the material is then reshaped to form a fine-grained structure and to achieve the required hardness and electrical conductivity with forming processes, such as extrusion, forging or rolling, then solution annealed and cured, so that the eutectic, inhomogeneous distribution of the intermetallic primary phases will change.
  • FIG. 1 shows the distribution of the intermetallic primary phases of an already hot-formed ingot and thus the micrograph in the region of the casting surface of a casting component of a later casting. It can be clearly seen that the intermetallic primary phases are very finely and evenly distributed. The fiber orientation of the intermetallic primary phases is perpendicular to the casting surface, whereby the truncated primary phases appear as dots in this figure.
  • the number of trimmed primary phases is about 1.7 times as high as in FIG. 3, which shows a microsection perpendicular to the casting surface and thus perpendicular to that of FIG. While in FIG. 2 the phase lines are only slightly recognizable and have a maximum length of approximately 100 .mu.m, considerably more primary phase lines can be seen in FIG. 3, the phase line lengths being in ranges of 100 to 400 .mu.m and partly in ranges of more than 400 .mu.m.
  • the following table illustrates the mechanical properties and the fatigue resistance of moldings made of CuNiSiCrZr alloys produced by the process according to the invention.
  • Exemplary embodiment A is based on an alloy of the following composition in% by weight: 2.1% Ni
  • This alloy was melted in an induction crucible furnace and cast into a round block in a continuous casting process.
  • the round block would be pre-dipped on a forging press in a temperature range between 950 0 C and 750 0 C and then formed into a cuboid.
  • the cuboid was then forged lengthwise to a plate.
  • This forged plate was then rolled on a hot rolling mill between 950 ° C and 800 0 C to final dimension.
  • the total deformation ratio V in the longitudinal direction was 5.3: 1, starting from the precharge length to the finished rolled plate length.
  • the plate was then solution heat treated and cured.
  • the cooling after curing was carried out in a furnace with a defined cooling rate. Subsequently, the plate was sawed in horizontal stripes and from these strips casting moldings, the so-called dam blocks with dimensions of 70 mm x 50 mm x 40 mm were made.
  • the mold parts of dimensions 60 mm ⁇ 50 mm ⁇ 40 mm or 50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 40 mm can be removed in the same way.
  • the casting surfaces of the casting moldings preferably come to lie substantially exactly perpendicular to the longitudinal direction of the plate and therefore also essentially exactly perpendicular to the ironing direction of the formed cast block or the fiber orientation.
  • the table shows the mechanical / technical properties and the fatigue resistance of molded parts removed in comparison with molded parts whose fibers are parallel to the casting surface or which have not undergone any preferred forming with a ratio of at least 4: 1.
  • the mold parts produced by the method according to the invention with an orientation of the intermetallic primary phases perpendicular to the casting surface show in the laboratory test a 17% better fatigue resistance than mold parts whose fiber layer is parallel to the casting surface.
  • Embodiment B is based on an alloy having the composition: 2.2% Ni
  • This alloy was also melted in an induction crucible furnace and cast in a continuous casting process into a round block.
  • the round block was then on a hot rolling mill between 950 0 C and 800 C C to a plate verwalzt.
  • the total deformation ratio V in the longitudinal direction, based on the initial length of the ingot, is 7.4: 1 and thus corresponds to the preferred inventive specification of at least 7: 1.
  • Table 1 again shows the strength properties of the mold parts with primary phases running perpendicular to the ironing direction, in comparison to mold parts whose intermetallic primary phases run parallel to the casting direction.
  • the mold parts according to the invention produced according to Embodiment B even show 26% better fatigue resistance than comparable moldings in the laboratory test with a fiber orientation parallel to the casting surface.
  • the exemplary embodiments show that the casting moldings produced according to the invention have 17 to 26% better fatigue behavior of the casting surface than comparable casting mold parts with fiber and phase alignment parallel to the casting surface or without preferential orientation.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Gießformteilen aus einer Silizium, Nickel, Chrom und Zirkonium sowie intermetallische Primärphasen enthaltenden Kupferlegierung, wobei ein Gussblock durch Warmumformung in nur eine Richtung in einem Verhältnis von mindestens 4 : 1 abgestreckt wird, wobei eine mit einer Metallschmelze in Kontakt kommende Gießfläche eines aus dem abgestreckten Gussblock hergestellten Gießformteil im wesentlichen senkrecht gewählt wird zur Abstreckrichtung des Gussblocks. Ein auf diese Weise hergestelltes Gießformteil eignet sich durch hohe Verschleißfestigkeit und erhöhte Standzeit aus, insbesondere bei Verwendung als Block eines Seitendammes einer Doppelbandgießanlage.

Description

Verfahren zur Herstellung von Gießformteilen sowie nach dem Verfahren hergestellte Gießformteile
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gießformteilen aus einer Silizium, Nickel, Chrom und Zirkonium sowie intermetallische Primärphasen enthaltenden Kupferlegierung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung betrifft ferner Gießformteile hergestellt nach diesem Verfahren.
Die EP 0 346 645 B1 beschreibt die Verwendung einer aushärtbaren Kupferlegierung aus 1 ,6 bis 2,4% Nickel, 0,5 bis 0,8% Silizium, 0,01 bis 0,20% Zirkonium, Rest Kupfer einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen und üblicher Verarbeitungszusätze, als Werkstoff zur Herstellung von Gießformteilen, die beim Gießen einer permanent wechselnden Temperaturbeanspruchung unterliegen, insbesondere in Form von Blöcken für Seitendämme von Doppelbandgießanlagen. Die Leistungsfähigkeit von Doppelbandgießanlagen hängt entscheidend von der einwandfreien Funktion der aus Blöcken gebildeten Seitendammkette ab. So ist es erforderlich, dass die Blöcke eine möglichst hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen, damit die Schmelz- bzw. Erstarrungswärme möglichst rasch abgeführt werden kann. Um einen frühzeitigen Verschleiß der Seitenkanten der Blöcke durch mechanische Beanspruchung zu vermeiden, die zur Spaltbildung zwischen den Blöcken und dann zum Eindringen der Schmelze in diesen Spalt führt, muss der Werkstoff neben einer hohen Härte und Zugfestigkeit auch eine geringe Korngröße aufweisen. Von ganz entscheidender Bedeutung ist schließlich ein optimales Ermüdungsverhalten, welches sicherstellt, dass nach dem Verlassen der Gießstrecke die beim Rückkühlen der Blöcke auftretenden thermischen Spannungen nicht zum Reißen der Blöcke in den Ecken der für die Aufnahme des Stahlbandes eingearbeiteten T-Nut führen. Treten derartige durch Thermoschock hervorgerufene Risse auf, fällt schon nach kurzer Zeit der betreffende Block aus der Kette heraus, wobei das schmelzflüssige Metall unkontrolliert aus dem Gießformhohlraum auslaufen und Anlagenteile beschädigen kann. Für das Auswechseln des schadhaften Blocks muss die Anlage angehalten und der Gießvorgang unterbrochen werden.
Zur Überprüfung der Rissneigung hat sich eine Testmethode bewährt, bei der die Blöcke einer zweistündigen Wärmebehandlung bei 500 0C unterzogen und anschließend in Wasser von 25 0C abgeschreckt werden. Auch bei mehrfacher Wiederholung dieser Thermoschockprüfung dürfen bei einem geeigneten Material keine Risse im Bereich der T-Nut auftreten.
Die in der EP 0 346 645 B1 beschriebene zirkoniumhaltige, aushärtbare CuNiSiCr-Legierung eignet sich hervorragend für Blöcke von Seitendämmen von Doppelbandgießanlagen. Durch den Zusatz von Chrom erhöht sich die Leitfähigkeit des Werkstoffs. Der Fe-Zusatz begrenzt das Kornwachstum beim Lösungsglühen, ohne die anderen Eigenschaften des Werkstoffs negativ zu beeinflussen.
Es ist bekannt, dass im Gefüge des chrom- und zirkoniumhaltigen Werkstoffs intermetallische Primärphasen auftreten, die bei der Erstarrung der Schmelze untereutektisch, d.h. in inhomogener Verteilung auskristallisieren. Diese CrSi- haltigen und NiZr-haltigen Phasen treten verfahrensbedingt bereits in den gegossenen Rundbolzen auf, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Blöcken für die Seitendämme von Doppelbandgießanlagen eingesetzt werden. Das gegossene Material wird üblicherweise zur Einstellung eines feinkörnigen Gefüges und zur Erzielung der erforderlichen Härte und elektrischen Leitfähigkeit mit gängigen Umformverfahren, wie Strangpressen, Schmieden oder Walzen warm umgeformt, anschließend lösungsgeglüht und ausgehärtet, wobei die eutektische, inhomogene Verteilung der intermetallischen Primärphasen des Gusszustandes mehr oder weniger gut zerstört und die Primärphasen dabei in der Hauptumformrichtung zeilig ausgerichtet werden. Bei der üblichen Herstellung der Blöcke aus stranggepressten oder warmgewalzten Stangen, liegt eine relativ ungleichmäßig verteilte, ausgeprägt zeilig ausgerichtete Primärphasenanordnung in der Gießfläche der Blöcke vor. Beim Schmieden von Platten aus einem Gussrohling wird üblicherweise die netzförmige Verteilung der intermetallischen Primärphasen des Gusszustandes nur unzureichend beseitigt, da der Gesamtumformgrad begrenzt ist und die Platte in Längs- und Querrichtung annähernd gleichermaßen ausgeformt wird.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Gießformteilen, insbesondere zur Herstellung von Blöcken für Seitendämme von Doppelbandgießanlagen so zu optimieren, dass der Verschleiß der mit einer Metallschmelze in Kontakt kommenden Gießflächen später einsetzt und langsamer fortschreitet, so dass über einen längeren Produktionszeitraum unter Einsatz der Gießformteile ein gegossenes Metallband mit einwandfreier Oberflächenqualität hergestellt werden kann. Ferner soll ein Gießformteil mit den verbesserten Eigenschaften aufgezeigt werden.
Der verfahrensmäßige Teil dieser Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein Gießformteil mit den vorteilhaften Eigenschaften ist Gegenstand des Patentanspruchs 6.
Die jeweils abhängigen Patentansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die intermetallischen Primärphasen, welche in der Kupferlegierung enthalten sind, durch gerichtete Warmumformung so orientiert werden, dass eine mit der Metallschmelze in Kontakt kommende Gießfläche eines aus dem abgestreckten Gussblock hergestellten Gießformteils in einem Winkel von 90 ± 10°, d.h. im wesentlichen senkrecht, gewählt wird zur Abstreckrichtung des Gussblocks. Nachfolgend wird unter "im wesentlichen senkrecht" ein Winkel von 90 ± 10° zur Abstreckrichtung des Gussblocks verstanden. Senkrecht meint einen Winkel von 90°.
Wesentlich bei dieser Vorgehensweise ist, dass bei der Warmformgebung des Gussblocks neben der feinkörnigen Gefügerekristallisation des ursprünglich grobkörnigen Gussgefüges eine ausgeprägte Faserorientierung mit Zerkleinerung und Ausrichtung der intermetallischen Primärphasen längs dieser Fasern erzeugt wird. Hierbei ist wichtig, dass die Faserorientierung möglichst fein und gleichmäßig verteilte Primärphasen aufweist, was im Rahmen der Erfindung dadurch erreicht wird, dass eine Abstreckung durch Warmumformung in nur eine einzige Richtung erfolgt, wobei der Gussblock in einem Verhältnis von mindestens 4 : 1 , vorzugsweise mehr als 7:1 , abgestreckt wird. Die Warmumformung kann dabei durch Verfahren wie Schmieden und oder Warmwalzen erfolgen. Eine summarische Gesamtumformung von mindestens 4 : 1 oder vorzugsweise von mindestens 7 : 1 in verschiedene Richtungen führt dagegen nicht zu dem erfindungsgemäß gewünschten Faserverlauf. Ein weiteres wichtiges Verfahrensmerkmal ist, dass die aus dem abgestreckten Gussblock hergestellten Gießformteile, eine mit einer Metallschmelze in Kontakt kommende Gießfläche aufweisen, die im wesentlichen senkrecht (= 90 ± 10°) , vorzugsweise exakt senkrecht zur Abstreckrichtung gewählt wird. Nur in diesem Fall wird der Verschleiß der Gießflächen signifikant reduziert, so dass es möglich ist, über einen längeren Produktionszeitraum ein gegossenes Metallband mit einwandfreier Oberflächenqualität herzustellen.
Durch die Orientierung der Fasern treten die intermetallischen Primärphasen in der Gießfläche im Wesentlichen nur als gleichmäßig verteilte Punkte in Erscheinung. Es wird als zweckmäßig angesehen, wenn das Mengenverhältnis der in einem Schliffbild angeschnittenen intermetallischen Primärphasen zwischen der Gießfläche und den im senkrecht zu der Gießfläche stehenden Seiten des abgestreckten Gussblocks größer als 1 ,5 : 1 eingestellt wird. Das bedeutet, dass in der Gießfläche bzw. in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Abstreckrichtung mindestens 50% mehr intermetallische Primärphasen angeschnitten werden als in einer Seite bzw. Ebene senkrecht zu der Gießfläche.
Das auf diese Weise eingestellte Mengenverhältnis der angeschnittenen intermetallischen Primärphasen in Kombination mit der Orientierung der Gießfläche, führt zu Gießformteilen mit optimiertem Einsatzverhalten, da die Risseinleitung und Rissausbreitung in der Gießfläche gehemmt wird. Dadurch sinkt der Verschleiß der Gießformteile im Einsatz, da die Rissausbreitung langsamer voranschreitet, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer beiträgt. Die Resistenz gegenüber Ermüdungsrissbildung ist gegenüber Gießformteilen, bei welchen die intermetallischen Primärphasen im Wesentlichen ungerichtet sind, deutlich größer. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gießformteil besitzt einen Faserverlauf, der bedingt, dass auch die intermetallischen Primärphasen in Fasern bzw. Zeilen angeordnet sind. Die mittlere Länge einer in einer Ebene liegenden Primärphase ist messbar. Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn das Verhältnis zwischen der mittleren Länge einer in der Ebene der Gießfläche liegenden Zeile zur mittleren Länge einer Zeile, die im wesentlichen senkrecht (= 90 ± 10°), vorzugsweise exakt senkrecht, zur Gießfläche verläuft, kleiner 3 : 10 ist. Mit anderen Worten befinden sich in der Gießfläche Zeilen intermetallischer Primärphasen deren Länge höchstens 30% der Länge einer Zeile einer intermetallischen Primärphase entspricht, die im wesentlichen oder exakt senkrecht zur Gießfläche verläuft.
Das erfindungsgemäße Gießformteil besteht aus einer aushärtbaren Kupferlegierung, die zu diesem Zweck Legierungsbestandteile beinhaltet, welche sich als intermetallische Phasen ausscheiden. Die aushärtbare Kupferlegierung enthält bevorzugt Nickel, das zumindest teilweise durch Cobalt ersetzt werden kann. Zusätzlich enthält die Legierung wenigstens eines der folgenden Legierungselemente: Chrom, Zirkonium, Beryllium, Silizium.
Das fertige Gießformteil zeichnet sich durch auf den spezifischen Anwendungsfall zugeschnittene, hervorragende Materialeigenschaften aus, nämlich insbesondere eine Zugfestigkeit von wenigstens 600 MPa bei einer Raumtemperatur von 20 0C sowie einer Zugfestigkeit von wenigstens 350 MPa bei einer Temperatur von 500 0C.
Die Kupferlegierung besitzt im ausgehärteten Zustand bei 20 0C eine 0,2%- Dehngrenze von wenigstens 470 MPA, eine Bruchdehnung A5 von wenigstens 15%, eine Härte von wenigstens 190 HV10 sowie bei 20 0C eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 40% IACS (IACS = International Annealed Copper Standard, elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu Kupfer = 100%). Vorzugsweise liegt die elektrische Leitfähigkeit bei wenigstens 45%.
Die ausgehärtete Kupferlegierung soll eine Korngröße von höchstens 130 μm gemessen nach ASTM E 112 aufweisen. Die US-Norm ASTM E 112 (American Society for Testing and Materials) ist ein Standarttestverfahren zur Bestimmung der mittleren Korngröße.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Beispiele erläutert.
Figur 1 zeigt ein Schliffbild eines gegossenen Rundbolzens, der als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Gießformteilen von Seitendämmen einer Doppelbandgießanlage eingesetzt wird. Es handelt sich um das typische Gussgefüge einer CuNiSiCrZr-Legierung mit CrSi-haltigen bzw. NiZr-haltigen intermetallischen Primärphasen in eutektischer Anordnung. Der Werkstoff wird anschließend zur Einstellung eines feinkörnigen Gefüges und zur Erzielung der erforderlichen Härte und elektrischen Leitfähigkeit mit Umformverfahren, wie dem Strangpressen, Schmieden oder Walzen umgeformt, anschließend lösungsgeglüht und ausgehärtet, so dass sich die eutektische, inhomogene Verteilung der intermetallischen Primärphasen verändern wird.
Wird der in Figur 1 dargestellte Gussrohling mit einer netzförmigen Verteilung der intermetallischen Primärphasen sowohl in Längs- als auch in Querrichtung gleichermaßen ausgeformt, ändert sich die Phasenorientierung nicht in der gewünschten Art und Weise. Dahingegen zeigt Figur 2 die Verteilung der intermetallischen Primärphasen eines bereits warmumgeformten Gussblocks und somit das Schliffbild im Bereich der Gießfläche eines späteren Gießbauteils. Es ist deutlich zu erkennen, dass die intermetallischen Primärphasen sehr fein und gleichmäßig verteilt sind. Die Faserausrichtung bzw. die Ausrichtung der intermetallischen Primärphasen steht senkrecht zur Gießfläche, wodurch die angeschnittenen Primärphasen in dieser Figur als Punkte erscheinen.
Die Anzahl der angeschnittenen Primärphasen ist etwa 1 ,7 x so hoch, wie in Figur 3, welche ein Schliffbild senkrecht zur Gießfläche und somit senkrecht zu dem der Figur 2 zeigt. Während in Figur 2 die Phasenzeilen nur ansatzweise erkennbar und maximal ca. 100 μm lang sind, sind in Figur 3 erheblich mehr Primärphasenzeilen zu erkennen, wobei die Phasenzeilenlängen in Bereichen von 100 bis 400 μm und teilweise in Bereichen über 400 μm liegen. Die nachfolgende Tabelle verdeutlicht die mechanischen Eigenschaften sowie die Ermüdungsresistenz von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gießformteilen aus CuNiSiCrZr-Legierungen.
CO
Figure imgf000011_0001
Dem Ausfϋhrungsbeispiel A liegt eine Legierung mir folgender Zusammensetzung in Gew.-% zu Grunde: 2,1% Ni
0,62% Si 0,30% Cr 0,15% Fe Rest = Cu einschließlich unvermeidbarer Beimengungen.
Diese Legierung wurde in einem Induktionstiegelofen erschmolzen und im Stranggussverfahren zu einem Rundblock vergossen. Der Rundblock würde auf einer Schmiedepresse in einem Temperaturbereich zwischen 950 0C und 750 0C vorgestaucht und dann zu einem Quader ausgeformt. Der Quader wurde dann in Längsrichtung zu einer Platte ausgeschmiedet. Diese vorgeschmiedete Platte wurde dann auf einem Warmwalzwerk zwischen 950 °C und 800 0C an Endabmessung ausgewalzt. Das Gesamtumformungsverhältnis V in Längsrichtung betrug ausgehend von der Vorstauchlänge bis zur fertig ausgewalzten Plattenlänge 5,3 : 1. Die Platte wurde anschließend lösungsgeglüht und ausgehärtet. Die Abkühlung nach der Aushärtung erfolgte in einem Ofen mit definierter Abkühlgeschwindigkeit. Anschließend wurde die Platte in Querstreifen zersägt und aus diesen Streifen wurden Gießformteile, die so genannten Dammblöcke mit den Abmessungen 70 mm x 50 mm x 40 mm gefertigt.
Alternativ können in gleicher Weise die Gießformteile der Abmessungen 60 mm x 50 mm x 40 mm bzw. 50 mm x 50 mm x 40 mm entnommen werden. Die Gießflächen der Gießformteile kommen dabei im wesentlichen vorzugsweise exakt senkrecht zur Längsrichtung der Platte und damit auch im wesentlichen vorzugsweise exakt senkrecht zur Abstreckrichtung des umgeformten Gussblocks bzw. der Faserausrichtung zu liegen.
In der Tabelle sind die mechanisch/technischen Eigenschaften sowie die Ermüdungsresistenz so entnommener Gießformteile im Vergleich zu Gießformteilen, deren Fasern parallel zur Gießfläche liegen oder die keine bevorzugte Umformung mit einem Verhältnis von mindestens 4 : 1 erfahren haben, wiedergegeben. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gießformteile mit einer Ausrichtung der intermetallischen Primärphasen senkrecht zur Gießfläche zeigen im Labortest eine um 17% bessere Ermüdungsresistenz als Gießformteile, deren Faserlage parallel zur Gießfläche verläuft.
Das Ausführungsbeispiel B basiert auf einer Legierung mit der Zusammensetzung: 2,2% Ni
0,60% Si 0,33% Cr 0,12% Fe Rest = Cu einschließlich unvermeidbarer Beimengungen.
Auch diese Legierung wurde in einem Induktionstiegelofen erschmolzen und im Stranggussverfahren zu einem Rundblock vergossen. Der Rundblock wurde anschließend auf einem Warmwalzwerk zwischen 950 0C und 800 CC zu einer Platte verwalzt. Das Gesamtumformungsverhältnis V in Längsrichtung beträgt, bezogen auf die Ausgangslänge des Gussblocks, 7,4 : 1 und entspricht damit der bevorzugten erfinderischen Vorgabe von mindestens 7 : 1.
Die weitere Behandlung der warmgewalzten Platte und die Entnahme der Gießformteile erfolgt, wie im Ausführungsbeispiel A.
In Tabelle 1 sind wiederum die Festigkeitseigenschaften der Gießformteile mit senkrecht zur Abstreckrichtung verlaufenden Primärphasen wiedergegeben, im Vergleich zu Gießformteilen, deren intermetallischen Primärphasen parallel zur Gießrichtung verlaufen.
Die erfindungsgemäß hergestellten Gießformteile gemäß Ausführungsbeispiel B zeigen bei vergleichbaren mechanischen Eigenschaften im Labortest sogar eine um 26% bessere Ermüdungsresistenz als Gießformteile mit einer Faserausrichtung parallel zur Gießfläche.
Die Ausführungsbeispiele zeigen, dass die erfindungsgemäß hergestellten Gießformteile ein um 17 bis 26% besseres Ermüdungsverhalten der Gießfläche aufweisen als vergleichbare Gießformteile mit Faser- und Phasenausrichtung parallel zu der Gießfläche oder ohne Vorzugsorientierung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Gießformteilen aus einer mindestens ein Legierungselement aus jeweils einer der Gruppen a) und b), wobei die Gruppe a) Nickel und Cobalt und die Gruppe b) Chrom, Zirkonium, Beryllium und Silizium umfasst, sowie intermetallische Primärphasen enthaltenden Kupferlegierung, wobei ein Gussblock durch Warmumformung in nur eine Richtung in einem Verhältnis von mindestens 4 : 1 abgestreckt wird, wobei eine mit einer Metallschmelze in Kontakt kommende Gießfläche eines aus dem abgestreckten Gussblock hergestellten Gießformteils in einem Winkel von 90 ± 10° gewählt wird zur Abstreckrichtung des Gussblocks.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenverhältnis der in einem Schliffbild angeschnittenen intermetallischen Primärphasen zwischen der Gießfläche und den in einem Winkel von 90 ± 10° zu der Gießfläche stehenden Seiten des abgestreckten Gussblocks größer als 1 ,5 : 1 eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gussblock durch Warmumformung in nur eine Richtung in einem Verhältnis von mindestens 7 : 1 abgestreckt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gussblock durch Warmschmieden abgestreckt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gussblock durch Warmwalzen abgestreckt wird.
6. Gießformteil hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 5.
7. Gießformteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenverhältnis der in einem Schliffbild angeschnittenen intermetallischen Primärphasen zwischen der Gießfläche und den in einem Winkel von 90 ± 10° zu der Gießfläche stehenden Seiten des abgestreckten Gussblocks größer als 1 ,5 : 1 ist.
8. Gießformteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass, die intermetallischen Primärphasen in Zeilen angeordnet sind, wobei das Verhältnis zwischen der mittleren Länge einer in der Ebene der Gießfläche liegenden Zeile zur mittleren Länge einer Zeile, die in einem Winkel von 90 ± 10° zur Gießfläche verläuft, kleiner als 3 : 10 ist.
9. Gießformteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung im ausgehärteten Zustand bei 20 0C eine Zugfestigkeit von wenigstens 600 MPa und bei 500 0C eine Zugfestigkeit von wenigstens 350 MPa aufweist.
10. Gießformteil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung im ausgehärteten Zustand bei 20 0C eine 0,2 %- Dehngrenze von wenigstens 470 MPa aufweist.
11. Gießformteil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung im ausgehärteten Zustand bei 20 CC eine Bruchdehnung A5 von wenigstens 15 % aufweist.
12. Gießformteil nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung bei 20 0C eine Härte von wenigstens 190 HV10 aufweist.
13. Gießformteil nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung bei 20 0C eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 40 % IACS aufweist.
14. Gießformteil nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung bei 20 °C eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 45 % IACS aufweist.
15. Gießformteil nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgehärtete Kupferlegierung eine Korngröße von höchstens 130 μm gemessen nach ASTM E 112 aufweist.
16. Gießformteil nach einem der Patentansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Block für Seitendämme von Doppelbandgießanlagen ist.
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