DE2403194B2 - Verfahren zum Stranggießen von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen - Google Patents
Verfahren zum Stranggießen von Aluminium bzw. AluminiumlegierungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen,
bei welchem ein flüssiges Kühlmittel unmittelbar auf die verfestigte Oberfläche des aus der Stranggießkokille
austretenden Stranges aufgebracht und der Strang zunächst mit geringer Abziehgeschwindigkeit
und dann mit einer höheren Abziehgeschwindigkeit abgezogen wird, die aber unter der Rißausbreitungsgeschwindigkeit
liegt, bei welcher eine Rißbildung im Zentrum des Stranges nicht ausheilt.
Es ist bekannt, daß die Neigung zur Rißbildung im Zentrum des Stranges auf Spannungen zurückzuführen ist, die sich aufgrund der Schrumpfung des Metalls beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase ausbilden. Ferner ist es bekannt, daß die Abziehgeschwindigkeit in hohem Maße einen Einfluß aai die Rißbildung hat, d. h. bei geringeren Abziehgeschwindigkeiten eine geringere Tendenz zur Rißbildung zu beobachten ist, als bei höheren Abziehgeschwindigkeiten.
Es ist bekannt, daß die Neigung zur Rißbildung im Zentrum des Stranges auf Spannungen zurückzuführen ist, die sich aufgrund der Schrumpfung des Metalls beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase ausbilden. Ferner ist es bekannt, daß die Abziehgeschwindigkeit in hohem Maße einen Einfluß aai die Rißbildung hat, d. h. bei geringeren Abziehgeschwindigkeiten eine geringere Tendenz zur Rißbildung zu beobachten ist, als bei höheren Abziehgeschwindigkeiten.
is Darüber hinaus hat die Praxis gezeigt, daß Risse,
die sich beim Anfahren von Stranggießanlagen in den ersten Zentimetern des Stranges aufgrund der anfangs
sehr hohen Abkühlgeschwindigkeit ausbilden, zumindest teilweise »auszuheilen« vermögen, wenn der aus
der Stranggießkokille austretende Strang zunächst mit geringer Abziehgeschwindigkeit und dann mit einer
höheren Abziehgeschwindigkeit abgezogen wird, wobei die höhere Abziehgeschwindigkeit jedoch unter
der sogenannten Rißausbreitungsgeschwindigkeit He-
2) gen muß. Unter Rißausbreitungsgeschwindigkeit (V1010) ist diejenige Geschwindigkeit zu verstehen, die
zumindest erforderlich ist, um das Wachsen eines im Zentrum des Stranges vorhandenen Risses in Gang
zu halten. Wird die Abziehgeschwindigkeit unter
jo V1^0 abgesenkt, heilt ein vorhandener Riß im Zentrum
des Stranges aus.
Aufgrund der obigen Erkenntnisse muß bei bekannten Verfahren zum Stranggießen von Aluminium
bzw. Aluminiumlegierungen die Abziehgeschwindigkeit stets unter der Rißausbreitungsgeschwindigkeit
liegen, so daß die Produktionsgeschwindigkeit einer nach der bekannten Verfahrensweise arbeitenden
Anlage nach oben begrenzt ist.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden,
daß eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit ohne Qualitätseinbuße über die oben angegebene
Grenze hinaus ermöglicht wird.
Dieses Ziel wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß bei einem
Durchmesser oder einer minimalen Querabmessung von weniger als 100 mm die höhere Abziehgeschwindigkeit
aufrechterhalten wird, bis die Länge des aus der Stranggießkokille austretenden Stranges minde-
>o stens das 4fache des Strangdurchmessers oder der minimalen Strangquerabmessung beträgt, daß bei einem
Durchmesser oder einer minimalen Querabmessung im Bereich von 100 bis 225 mm die höhere Abziehgeschwindigkeit
aufrechterhalten wird, bis die Länge des aus der Stranggießkokille austretenden Stranges mindestens
das 2 V2fache des Strangdurchmessers oder der
minimalen Strangquerabmessung beträgt, daß bei einem Durchmesser oder einer minimalen Strangquerabmessung
von mehr als 225 mm die höhere Abzieh-
w) geschwindigkeit aufrechterhalten wird bis die Länge
des aus der Kokille austretenden Stranges mindestens das 2fache des Strangdurchmessers oder der minimalen
Strangquerabmessung beträgt, und daß danach bei diesen Durchmesser- bzw. Querabmessungsbereichen
die Abziehgeschwindigkeit mit einer Beschleunigung von 3,2 bis 127,0 mm/min2 entweder kontinuierlich
oder in kleinen Stufen auf eine Geschwindigkeit erhöht wird, welche oberhalb der Rißausbreitungsge-
schwindigkeit, aber unter der Rißinitiierungsgeschwindigkeit
liegt.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise beruht auf der Erkenntnis, daß nach der Herstellung eines im
Zentrum rißfreien Stranges nach dem bekannten zweistufigen Verfahren die Abziehgeschwindigkeit
auf einen Wert erhöht werden kann, der über der Rißausbreitungsgeschwindigkeit ( K^40) liegt, ohne daß
sich dabei neue Risse im Zentrum des Stranges ausbilden. Bedingung ist dabei allerdings, daß die Abziehgeschwindigkeit
unterhalb der sogenannten Rißinitiierungsgeschwindigkeit ( VRIG) verbleibt, d. h. derjenigen
Geschwindigkeit, bei deren Überschreiten sich im Zentrum des gesunden Stranges ein neuer Riß ausbilden
würde.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise eignet sich
besonders zur Herstellung von Strängen mit rundem oder quadratischem Querschnitt.
Für die erfindungsgemäße Verfahrensweise besonders geeignete Legierungen ergeben sich aus den Ansprüchen
2 bis 5.
Obgleich bei der im Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahrensweise die Abziehgeschwindigkeit zunächst
einen Wert hat, der unter V1^g Hegt, kann es in bestimmten
Fällen zweckmäßig sein, beim Anfahren der Anlage eine Abziehgeschwindigkeit zu wählen, die
über V^40 liegt, d. h. den daraus resultierenden Riß
in Kauf zu nehmen und erst danach zur Ausheilung dieses Risses die Abziehgeschwindigkeit unter V1^g
abzusenken, um danach die Abziehgeschwindigkeit wieder auf einen Wert zu steigern, der über VRAG (jedoch
unterhalb VRIG) liegt.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt zunächst eine Abziehgeschwindigkeit
gewählt, die erheblich unterhalb VRAG
liegt. Für Strangabmessungen mit einem Durchmesser von 101,6 bis 228,6 mm bzw. einem Querschnitt von
25,81 bis 58,06 cm2 wird zunächst eine Abziehgeschwindigkeit unterhalb 101,6 mm/min, abgewendet
und zwar über einen Weg, der etwa der Hälfte des Strangdurchmessers bzw. der Strangquerabmessung
entspricht. Für Stränge mit größeren oder kleineren Abmessungen wird diese Geschwindigkeit kleiner
bzw. größer gewählt. Danach wird die Abziehgeschwindigkeit auf einen Wert gesteigert, der geringfügig
unterhalb V114Q, beispielsweise bei 12,7 bis
25,4 mm/min unterhalb K^40 liegt, und zwar über
eine Strecke, die ebenfalls dem halben Strangdurchmesser bzw. einer halben Strangquerabmessung entspricht.
Diese A bziehgeschwindigkeit wird dann über eine Länge beibehalten, die mindestens dem 272fachen
des Strangdurchmessers bzw. der Strangquerabmessungen entspricht. Im Anschluß daran wird die
Abziehgeschwindigkeit langsam auf einen Wert erhöht, der zwischen V1^0 und VRIG liegt. Diese Abziehgeschwindigkeit
Hegt im vorliegenden Fall vorzugsweise bei 12,7 bis 25,4 mm/min unterhalb
Für Stranggrößen mit einem Durchmesser oder einer minimalen Strangquerabmessung von mehr als
225 mm, ist es zweckmäßig, VRAC erst dann zu überschreiten,
wenn die Stranglänge mindestens dem 2fachen des Strangdurchmessers oder der minimalen
Strangquerabmessung beträgt. Bei Strangabmessungen unter 100 mm sollte VRAG erst dann überschritten
werden, wenn die Länge des Stranges mindestens dem 4fachen des Strangdurchmessers oder der minimalen
Strangquerabmessungen entspricht.
Der Übergang von einer Abziehgeschwindigkeit unter V1^0 zu einer Abziehgeschwindigkeit zwischen
^RAC Ull<^ ^Ria wu"d vorzugsweise in fortschreitenden
Teilschritten von etwa 12,7 mm/min durchgeführt, wobei jeder Geschwindigkeitsteilschritt langsam beispielsweise
in 5 bis 30 see erfolgt. Während der Vereinfachung des Betriebs die Geschwindigkeit in gesonderten
Teilschritten mit Intervallen von z. B. 1 Minute gesteigert wird, mag es in manchen Fällen
ίο zweckmäßig sein, die Gießgeschwindigkeit progressiv
von der ersten Geschwindigkeit unterhalb V^0 bis
zu der Geschwindigkeit zwischen der K^40 und VRie
mit einer im wesentlichen konstanten Beschleunigung von z. B. 3,2 bis 127,0 mm/min2 zu steigern, so daß
die Gießgeschwindigkeit innerhalb V2 bis 15 Minuten
von einer Geschwindigkeit geringfügig unterhalb VMG bis zu der Endgießgeschwindigkeit erhöht wird.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ist von besonderem Wert bei der Herstellung von runden Strängen,
die aus solchen Legierungen gebildet werden, die gegenüber einer Heiß-Kurz-Rißbildung empfindlich
sind. Eine Anzahl von üblicherweise verwendeten Legierungen der Al-Mn-, Al-Mg-, Al-Cu- und Al-Zn-Mg-Reihe
und insbesondere die Legierungen der Al-Mg-Si-Reihe, die zur Herstellung von Strangpreßprofilen
viel verwendet werden, sind gegenüber der Heiß-Kurz-Rißbildung empfindlich. Das erfindungsgemäße
Verfahren hat sich als besonders wertvoll zum Stranggießen von Al-Mg-Si-Legierungen mit den folgenden
prozentualen Mengen von Magnesium und Silicium erwiesen:
Mg 0,45 bis 0,9; Si 0,20 bis 0,6; Mg 0,4 bis 0,8; Si 0,7 bis 1,3; Mg 0,8 bis 1,2; Si 0,40 bis 0,8; Mg
0,35 bis 0,8; Si 0,30 bis 0,7.
π Hierbei handelt es sich um viel verwendete, handelsübliche
Aluminiumlegierungen.
Vrag unc* VRia emer vorgegebenen Legierung hängen
von einer Anzahl von Faktoren ab, die zum Teil von den Gießbedingungen und zum Teil von der Metallzusammensetzung
und dem Metallzustand abhängen.
Somit beeinflussen z. B. die Temperatur, mit welcher das Metall in die Kokille gegossen wird, die Art
des Schwimmers und des Tauchrohrs, welche zur Kontrolle des Metallspiegels in der Kokille verwendet
werden, der Kokillendurchmesser oder die Querdimensionen und die Methode der Aufbringung des
Kühlmittels auf die Blockoberfläche die Werte für
Außer den Hauptlegierungselementen üben auch die Sauberkeit des Metalls, die Menge des in dem Aluminium
vorhandenen Eisens, die Gegenwart von Elementen, die die Korngröße beeinflussen, einen wichtigen
Einfluß auf diese Werte aus. Im allgemeinen erhöht die Anwesenheit sowohl von Eisen als auch
von Kornfeinungsmitteln die Werte für VRAG und
Die Bestimmung der Werte für V1^0 und VRIG kann
aufgrund der großen Anzahl von Variablen, von de-
bo nen diese Werte abhängig sind, nur empirisch gesehen
und zwar dadurch, daß ein Strang aus einer Schmelze der Legierung gegossen wird.
So wird z. B. bei einem Strang mit einem Durchmesser von 177,8 mm aus einer Legierung, welche 0,2
b1) bis 0,6 % Si und 0,45 bis 0,9 % Mg enthält, die Abziehgeschwindigkeit
stufenweise von einer Anfangsgeschwindigkeit von z. B. 101,6 mm/min fortschreitend
in Teilschritten von z. B. 12,7 mm/min, wie es oben
beschrieben in Intervallen mit einer Gießlänge von z. B. 609,6 nun gesteigert, bis die erwartete VWG im
wesentlichen überschritten ist. Hiera»«f wird die Gießgeschwindigkeit
in ähnlicher Weise fortschreitend vermindert. Für Stränge mit geringeren Durchmessern
und/oder aus Legierungen, die gegenüber einer Heiß-Kurz-Rißbildung weniger anfällig sind, können
größere Anfangsgeschwindigkeiten mit den gleichen Teilschritten angewendet werden, während bei Strängen
mit größeren Durchmessern und/oder aus Legierungen, die gegenüber einer Heiß-Kurz-Rißbildung
anfälliger sind, niedrigere Anfangsgeschwindigkeiten und kleinere Teilschritte gerechtfertigt sind. Durch
Aufnahme der Abziehgeschwindigkeit an aufeinanderfolgenden Positionen entlang des Stranges gestattet
eine darauffolgende Ultraschall-Untersuchung des Stranges eine Bestimmung der Abziehgeschwindigkeit,
bei welcher in einer signifikanten Anzahl von Blöcken die Mittelrißbildung (eine andere als die Rißbildung
am Strangende) beginnt. Hierdurch wird die VRIC festgelegt.
Die Bestimmung der Abziehgeschwindigkeit, bei welcher während der Abnahme der Abziehgeschwindigkeit
die Mittelrißbildung aufhört, zeigt den Wert für Vo41J an, und insbesondere eine Geschwindigkeit
unterhalb J^0, bei welcher das Abfallen am Beginn
des Gießzyklus durchgeführt werden kann, um eine gesunde Mitte zu entwickeln.
Als Beispiel für die erfindungsgemäßen Vorteile wurde festgestellt, daß bei der Herstellung von Strängen
für die Verwendung als Strangpreßbolzen mit einem Durchmesser von 177,8 mm aus einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierung
mit 0,4 bis 0,9% Mg, 0,3 bis 0,7% Sig, 0,2 bis 0,3% Fe und 0,005 bis 0,15% Ti die normale maximale Abziehgeschwindigkeit
für die Erzeugung von gesunden Strömen etwa
127.0 mm/min beträgt, nachdem die ersten wenigen Zentimeter mit einer Geschwindigkeit von 76,2 bis
101,6 mm/min gegossen worden sind. Wird dieser Verfahrensweise gefolgt, kann festgestellt werden,
daß häufig ein Mittelriß vorliegt, der sich etwa 203,2 mm nach oben von dem unteren Strangende erstreckt.
Nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird eine Anfangslänge des Stranges, z. B. von
609,6 mm mit 127,0 mm/min gegossen (nachdem die ersten wenigen Zentimeter mit einer Geschwindigkeit
von 76,2 bis 101,6 mm/min, wie oben beschrieben, gegossen worden sind), um eine Länge eines Stranges
mit einem rißfreien Zentrum zu erzeugen. Es wurde gefunden, daß die Abziehgeschwindigkeit sodann
langsam in der oben beschriebenen Weise auf
165.1 mm/min erhöht werden konnte, ohne daß eine Mittelrißbildung auftrat. Würde die gleiche Geschwindigkeit
zu Beginn des Verfahrens, d. h. vor dem Heilen des Risses am unteren Strangende, angewendet
worden sein, wäre der Strang von Anfang bis Ende rissig geworden.
Beim Betrieb einer typischen Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist eine Bodenplatte am Anfang
derart angeordnet, daß sie das untere Ende der Stranggießkokille verschließt. Sodann wird die Bodenplatte
in herkömmlicher Weise mit niedriger Anfangsgeschwindigkeit abgesenkt, z. B. mit einer Geschwindigkeit
von 76,2 bis 101,6 mm/min für Stränge
ίο in einer Größenordnung von 101,6 bis 228,6 mm
Durchmesser. Dabei durchwandert die Bodenplatte einen Weg dv der bei dieser Stranggröße 50,8 bis
127,0 mm beträgt.
Nachdem die Bodenplatte um den Betrag dx abge-
senkt worden ist, wird die Absenkgeschwindigkeit der Bodenplatte langsam erhöht, während sie einen weiteren
Weg d2 von 50,8 bis 127,0 mm Länge durchläuft, und zwar bis zu einer Geschwindigkeit, die geringfügig
unterhalb V^0 liegt. Nachdem die Boden-
platte um den Betrag d2 abgesenkt worden ist, wird
mit der gleichen Geschwindigkeit ein Strang einer Länge gegossen, die etwa dem 21/^fachen des Strangdurchmessers
entspricht. Danach wird die Abziehgeschwindigkeit allmählich bis zu einer Geschwindigkeit
gesteigert, die über V1010 liegt, jedoch unter VRIC
bleibt.
Bei einem Beispiel wurden V^0 und VRIC einer
bestimmten Al-Mg-Si-Legierung nach der oben angegebenen
Verfahrenseise bestimmt. K^0 lag dabei bei
ίο 152,4 bis 165,1 mm/min und VRIG bei etwa
203,2 mm/min.
Zum Gießen von Strängen mit einem Durchmesser von 177,8 mm aus dieser Legierung wurde folgende
Verfahrensweise angewendet:
r> 101,6 mm/min Abziehgeschwindigkeit über eine Strecke von 127,0 mm; Erhöhung der Abziehgeschwindigkeit
auf 152,4 mm/min während der nachfolgenden Strecke von 152,4 mm; Halten der Abziehgeschwindigkeit
von 152,4 mm/min über eine Strecke
4» von 508,0 mm; Steigerung der Abziehgeschwindigkeitauf
190,5 mm/min und Halten bei 190,5 mm/min für die restliche Strecke von 2032,0 mm.
Es wurde gefunden, daß die nach dieser Verfahrensweise hergestellten Stränge gesund waren.
Zum Vergleich wurde folgende Verfahrensweise angewandt:
101,6 mm/min Abziehgeschwindigkeit
über 101,6 mm;
190,5 mm/min Abziehgeschwindigkeit
über 101,6 mm;
190,5 mm/min Abziehgeschwindigkeit
über die restlichen 1905 mm.
Es wurde gefunden, daß zwei nach dieser Verfahrensweise gegossene Stränge durchgehend rissig waren,
da die Gießgeschwindigiceit von unterhalb F^,.
auf oberhalb VMG erhöht wurde, bevor der Mittelriß
ausgeheilt worden war.
Claims (5)
1. Verfahren zum Stranggießen von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen, bei welchem ein
flüssiges Kühlmittel unmittelbar auf die verfestigte Oberfläche des aus der Stranggießkokille austretenden
Stranges aufgebracht und der Strang zunächst mit geringer Abziehgeschwindigkeit und
dann mit einer höheren Abziehgeschwindigkeit abgezogen wird, die aber unter der Rißausbreitungsgeschwindigkeit
liegt, bei welcher eine Rißbildung im Zentrum des Stranges nicht ausheilt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem
Durchmesser oder einer minimalen Querabmessung von weniger als 100 mm die höhere Abziehgeschwindigkeit
aufrechterhalten wird, bis die Länge des aus der Stranggießkokille austretenden Stranges mindestens das 4fache des Strangdurchmessers
oder der minimalen Strangquerabmessung beträgt, daß bei einem Durchmesser oder einer
minimalen Querabmessung im Bereich von 100 bis 225 mm die höhere Abziehgeschwindigkeit
aufrechterhalten wird, bis die Länge des aus der Stranggießkokille austretenden Stranges mindestens
das 272fache des Strangdurchmessers oder der minimalen Strangquerabmessung beträgt, daß
bei einem Durchmesser oder einer minimalen Strangquerabmessung von mehr als 225 mm die
höhere Abziehgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, bis die Länge des aus der Kokille austretenden
Stranges mindestens das 2fache des Strangdurchmessers oder der minimalen Strangquerabmessung
beträgt, und daß danach bei diesen Durchmesser- bzw. Querabmessungsbereichen die Abziehgeschwindigkeit mit einer Beschleunigung
von 3,2 bis 127,0 mm/min2 entweder kontinuierlich oder in kleinen Stufen auf eine Geschwindigkeit
erhöht wird, welche oberhalb der Rißausbreitungsgeschwindigkeit, aber unter der Rißinitiierungsgeschwindigkeit liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung, die 0,45
bis 0,9% Mg und 0,20 bis 0,6% Si, Rest Aluminium enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung, die 0,40
bis 0,8% Mg und 0,7 bis 1,3% Si, Rest Aluminium enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung, die 0,8
bis 1,2% Mg und 0,40 bis 0,8% Si, Rest Aluminium enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung, die 0,35
bis 0,8% Mg und 0,30 bis 0,7% Si, Rest Aluminium enthält.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8230 | Patent withdrawn |