DE3142196A1

DE3142196A1 - Stranggussform mit unterschiedlichen ueberzugsschichten aus metall und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE3142196A1
Application number: DE19813142196
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Mishima Kosan Co Ltd
Current assignee: Mishima Kosan Co Ltd
Priority date: 1981-10-24
Filing date: 1981-10-24
Publication date: 1983-05-11
Also published as: IT1226489B; KR870000336B1; FR2515081A1; AU7680081A; KR830007180A; IT8168401A0; GB2108025A; AU3896085A; DE3142196C2; BR8107015A; US4688320A; FR2515081B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Stranggußform sowie ein Verfahren
zur Hersteiiung derselben, welche im unteren Bereich der Innenwandung verstärkende unterschiedliche Metalle in mehr als einer Schicht besitzt und insJesondere verstärkende unterschiedliche Metalle geringer Stärke, welche am unteren Teil einer Oberfläche in der Innenwand der Fonm aus Cu oder Cu-Legierungen unbedingt fest haften.
Eine Stranggußform besitzt hochgradig wärmeleitende Zieheisen, wobei im aligeffeinen Cu oder Cu-Legierungen in diesem Zieheisen verwendet werden. Die S;ahlschmelze wird in einer Stranggußform allmählich abgeKühlt, wenn sie innerhalb der Form nach unten fließt und oeginnt, einE erhärtete Schale oder Randzone zu bilden.
In einem unteren Bereich der Form kratzt die erhärtete Schale sehr starK an der Innenwandung der Form. Dadurch wird naturgemäß die Form selbst beschädigt oder abgenutzt, wobei ein zweiter Nachteil noch hinzukommt, daß das Kupfer diffundiert und sich mit dem Stahl vermischt, wobei es sich an den Korngrenzen des Stahls ansammelt und die Oberfläche des Stranggußteiles versprödet, wenn Kupfer oder Kupferlegierungen der Form an der Innenwand der Form, welche mit der erhärteten Schale in Berührung kommt, freilagen.
Als Lösung dieser Nachteile wurden im unteren Teil der Form, welcher mit Nickel oder Legierungen auf Nickelbasis beschichtet war, weitere Stoffe wie Cr galvanisch niedergeschlagen, aufgesprüht oder explosionsartig niedergeschlagen (explodeposited).
Bei den neuzeitlichen Stranggußverfahren wird in steigendem Maße Wert darauf gelegt, die Stranggußgeschwindigkeit zu erhöhen und die Eigenschaften der Oberfläche des Stranggußteiles zu verbessern.
Dabei wird gefordert, daß die hochgradig wärmeleite.nden Cu oder Cu-Legierungen auch im unteren Bereich der Innenwandung der Form nicht freigelegt werden. Die erste obere Hälfte der Form, welche mit der Stahlschmelze in Berührung 1--ommt, ist korrcsionsfest, hitzebeständig und beständig gegen Hochtemperatursannungen. Auch die erste obere Hälfte der Form, welche mit der erhärteten Oberfläche des Stranggußteiles in Berührung kommt ist äußerst orrosionsfest und verschleißfest.
So weit die diesbezügliche Technik diese Forderungen erfüllt, wird hierbei die Oberfläche eines unteren Teiles im Formsubstrat nur bis zu einer gewissen Tiefe abgestoßen oder abgehobelt und dieser Bereich mit einem andersartigen Metall beschichtet, welches im abgehobelten Teil die vorgenannten Konditionen erfüllt.
Wie jedoch die Figuren 2 und 3 zeigen, ergeben sich bei dieser bekannten Technologie einige Probleme, da der obere Teil und der untere anschließende Teil im Grenzbereich 12 zwischen einem Formsubstrat 10 und einer unterschiedlichen Metallüberzugsschicht 11 einen Winkel bilden. Dabei ergeben sich im Grenzbereich des oberen Abschnittes, bei dem es sich um den Meniskusabschnitt 10a handelt, durch die relative Bewegung einer Schale der Stahlsnhmelze infolge des Unterschiedes der Wärmeausdehnung zwischen dem Formsubstrat 10 und der unterschiedlichen Metallüberzugschicht 11 Zug- und Schwingbewegungen der Form und dadurch ein Absplittern.
Auch im Grenzabschnitt des unteren anschließenden Teiles wird besonders zwecKs ausreichender Verschleißfestigkeit eine dicke Uberzugsschicht erforderlich. Aus praktischen Gründen wird diese Überzugsschicht explosiv niedergeschlagen (explodeposited) oder galvanisch niedergeschlagen. Andererseits ist jedoch die Haftfähigkeit in der Spitze eines Winkels schlecht, was insbesondere beim Galvanisieren der Fall ist, sodaß es schwierig ist, einen dicken Überzug herzustellen, wie Fig.4 zeigt.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Stranggußforn, zu schaffen und ein Verfahren zur Herstellung derselben anzugeben, wobei die Form im oberen Teil, welcher mit der Stahlschmelze in Berührung kommt, korrosionsfest und hitzefest ist und gegenüber Hochtemperaturspannungen beständig ist, während außerdem der untere Bereich der Form, welcher mit der erhärteten Schale des Stranggußteiles in Berührung kommt, äußerst korrosionsfest und verschleißfest sein soll.
Gekennzeichnet ist eine erfindungsgemäße Stranggußform mit unterschiedlichen Metallüberzugsschichten mit einem unter dem Menisvusabschnitt in einer Oberfläche der inneren Formwandung liegenden verschleißfesten Abschnitt im wesentlichen dadurch, daß ein oberer Grenzabschnitt zwischen dem Formsubstrat und einer unterschiedlichen Metallüberzugsschicht gekrümmt verläuft, wobei der Krümmungsradius R = (15 bis 25)xt ist, wenn t gleich der Dicke unterschiedlicher Metallüberzugsschichten ist.
Die erfindungsgemäße Stranggußform sowie das erfindungsgemäße Verfahren zu ihrer Herstellung werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert; es zeigt Fig.l eine typische Stranggußanlage in schematischer Darstellung; Fig.2 und 5 Ausschnitte aus herkömmlichen Stranggußforrnen; Fig.4 einen Ausschnitt aus einer herkömmlichen Stranggußform zur Darstellung des Haftvermögens unterschiedlicher Metallüberzugss chichten bei der Herstellung einer derartigen Form; Fig.5 und 6 Ausschnitte aus einer erfindungsgemäken Stranggußform; Fig.7 ein Fertigungsablaufdiagramm bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Stranggußform; Fig.8 - 12 Ausschnitte aus verschieaenen Abwandlungen der erfindungsgemäßen Stranggußform, und Fig.13 einen Schnitt durch Fig.12 längs der Linie A-A.
Die Hauptteile einer Stranggußeinrichtung sind schematisch in Fig.l dargestellt, wobei diese Einrichtung eine Gießwanne 1 für die Stahlschmelze besitzt. Von dieser Gießwanne läuft die Stahlschmelze durch die Gleitdüse 2 in die Zwischenwann 5, von dieser durch die untere Gleitdüse 4 in die Stranggußform 3. In dieser Stranggußform 5 besteht das Formsubstrat aus hochgradig wärmeleitendem Cu oder aus Cu-Legierungen und ist außenseitig durch ein Gehäuse 6 versteift, durch welches Kühlwasser nindurchgeleitet wird. Die Stahlschmelze wird beim Herabfließen in die Stranggußform 5 abgekühlt und beginnt sehr bald sich von außen her zu verfestigen, während sie beim Austritt aus der Form durch Aufnahmewalzen 7 abgestützt wird. Die Abkühlung schreitet mit dem weiteren Herabsinken fort und es entstehen somit die gewünschten Stranggußteile.
Um zu erreichen, daß die Verschleißfestigkeit der Form verbessert wird und das Stranggußteil nicht direkt mit Kupfer oder Kupferlegierungen in Berührung kommt, ist die Form mit unterschiedlichen Metallüberzugsschichten aus Nickel versehen, welche eine gute Verschleißfestigkeit in einem unteren Bereich innerhalb des Formsubstrates liefern, wie dies in Fig.2 und 3 dargestellt ist. In Fig.2 ist unterhalb des Meniskusabschnittes 10a des Formsubstrates 10 aus Cu oder Cu-Legierungen eine verschleißfeste Metallüberzugsschicht 11 aus unterschiedlichem Metall aufgetragen, wobei ein oberer Endbereich der Grenzschicht 12 zwischen dieser Überzugsschicht 11 und dem Formsubstrat 10 in einem Winkel verläuft, sodaß es in diesem Fall sehr schwierig ist, die Metallschicht 11 aus unterschiedlichem Metall aufzubringen. Insbesondere beim Galvanisieren, welches im allgemeinen zum Aufbringen des Metallüberzuges angewendet wird, entsteht in dem Winkel kein galvanisch niedergeschlagenes unterschiedliches Metall, wie dies Fig.4 zeigt. Wenn versucht wird, einen derartigen Metallüberzug auch in diesem Winkelbereich aufzubringen, wird beim Galvanisieren sehr viel Zeit benötigt, wobei ein dickerer Uberzug entsteht als dies für den anderen Bereich erforderlich wäre. Da zum Maßschleifen der Form dieser Überschuß abgeschliffen werden muß, bedeutet dies unnötigen Zeit-und Materialverlust.
Eine erfindungsgemäße Btranggußform ist unter Beachtung vorstehender Punkte in der Weise ausgebildet, daß ein oberer Bereich der Grenzschicht 12 zwischen dem Formsubstrat 10 und einer unterschiedlichen Metallüberzugsschicht 11 eine leicht gekrümmte Oberfläche bildet. Wie Fig.5 zeigt, ist ein oberer Grenzbereich 12 zwischen dem Formsubstrat und unterschiedlichen Metallüberzugsschichten gekrümmt ausgebildet, während gemäß Fig.6 ein oberer Grenzbereich 12 und die Oberkante 15 zwischen im Formsubstrat und unterschiedlichen Metallüberzugsschichten jeweils gekrümmt ausgebildet sind.
Bei der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Stranggußform ist die gekrümmte Oberflächenform eines oberen Grenzbereiches 12 durch die dicke Schicht einer unterschiedlichen Metallüberzugsschicht 11 hergestellt, wobei bei dicken Schichten aus unterschiedlichem Metallüberzug der Krümmungsradius größer wird.
Tabelle 1 zeigt das Resultat der Beschichtung des das Formsubstrat umgebenden oberen Grenzbereiches bei einer Beschichtung mit Nickel in Dicken von 2 und 5 mm durch Galvanisieren, wenn die Krümmung in diesem oberen Grenzbereich 12 verändert wird.
Tabelle 1

MtMR ohne 5mm lOmm somm 60mm omm

2mm schlecht schlecht schlecht gut gut gut

5mm schlecht schlecht schlecht schlecht schlecht gut

Legende: t: Dicke der Ni-Schicht R: Krümmungsradius des oberen Grenzbereiches.
Außerde;n zeigt vorstehende Tabelle 1, daß im Unterschied einer Dicke in einem Winkelbereich und einer Dicke im ebenen Bereich über 10cs schlecht und innerhalb 10% gut ist. Bei einem größeren Krümmungsradius eines oberen Grenzbereiches 12 ist, wie Tabelle 1 zeigt, das Haftvermögen besser,-jedoch muß aus Gründen der Verschleiß:estigkeit die Dicke unterschiedlicher Metallüberzugsschichten mindestens größer als lmm sein. Daher kann die unterschiedl:Lche Metallüberzugsschicht bei einem großen Krümmungsradius dünner sein. Zweckmäßigerweise ist daher der Krümmungsradius R = (15 bis 25)xt, wenn t die unterschiedliche Metallüberzugsschicht bedeutet.
Bei dem in seinen verschiedenen Schritten in Fig.7 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Stranggußform wird unterhalb des Meniskusabschnittes im Formsubstrat 10 ein Einschliff mit der Tiefe t ausgebildet, bei welchem der Ubergang vom Boden des Ausschliffes zu seiner Oberkante einen Krümmungsradius R = (15 bis 25)xt erhält, während die Außenkante des ausgeschliffenen Bereiches eine Krümmung mit einem Radius von etwa t erhält. Anschließend wird die gesamte Oberfläche der Innenwandung der Form gemäß Fig.7b mit einer unterschiedlichen Metallüberzugsschicht versehen. Abschließend wird die derart beschichtete Metalloberfläche auf Maß geschliffen.
Entsprechend den Beziehungen zwischen der Dicke der aufgetragenen.
Überzugsschicht 11 gemäß Fig.7b und den Schleiftoleranzen beim Fertigschliff gemäß Fig.7c ergeben sich an der oberen Grenzlinie 15 zwischen dem Formsubstrat 10 und der Metallüberzugsschicht 11 eine gekrümmte und eine nicht gekrümmte Oberfläche gemäß Fig.6 bezw. die gesamte Oberfläche der Forminnenwandung bedeckende unterschiedliche Metallüberzugsschichten entsprechend Fig.8.
Weitere praktische Beispiele einer erfindungsgemäBen Stranggußform zeigen die Figuren 9 bis 13* Bei der Ausbildung gemäß Fig.9 wird die unterschiedliche Metallüberzugsschicht 11 zu einem unteren Teil der Form hin allmählich dicker. In Fig.10 ist insbesondere der untere Endbereich der Forminnenwandung mit einer verdickten Überzugsschicht 11 versenen. Fig.11 zeigt die Verbesserung der Haftfähigkeit mit einer verschleißfe,ten unterschiedlichen Metallschicht an der Basis.
Fig12 und 13 zeigen den Fall einer verschleißfesten unterschiedlichen Metallschicht, welche beiderseits eines unteren Teiles der Form lang und dick aufgetragen ist, da dieser Bereich am leichtesten durch eine erhärtete Schale des entstehenden Stranggußteiles abgenutzt werden kann.
Wie vorstehende Darlegungen zeigen, ist das AuStragen unterschiedlicher Metallschichten zur Erzielung gleichmäßiger und fester Überzugsschichten äußerst einfach, sodaß eine übera.us verschleißfeste langlebige Form entsteht, da verschleißfeste Metallschichten aus vom Formsubstrat unterschiedlichem Metall auf eine gekrümmt ausgebildete Oberfläche eines oberen Teiles der Grenzlinie zwischen dem oberen Ende des Formsubstrates und verschleißfesten unterschiedlichen Metallschichten aufgetragen werden. Da hierdurch Cu oder Cu-Legierungen, welche die Grundlage des Formsubstrates sind, und die Formteile, d.h. die hergestellten Stranggußteile, nicht die Möglichkeit haben, miteinander direkt in Berührung zu kommen, da die unterschiedliche Metallüberzugsschicht zwischen ihnen liegt, wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Stranggußform einwandfrei verhindert, daß Splitterrisse in der Oberfläche der Formteile entstehen können.
Leerseite

Claims

Stranggußform mit unterschiedlichen Überzugschichten aus Metall und Verfahren zur Herstellung derselben.

Patentansprüche: 1. Stranggußform mit unterschiedlichen Metallübeizugsschichten mit einem unter dem Meniskusabschnitt in einer Oberfläche der inneren Formwandung liegenden verschleißfesten Abschnitts d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t n daß ein oberer Grenzabschnitt (12) zwischen dem Formsubstrat (10) und einer unterschiedlichen Metallüberzugsschicht (11) gekrümmt verläuft, wobei der Krummungsradius R @ (15 bis 25)xt ist, wenn t = der Dicke der unterschiedlichen Meta; Iüberzugsschicht (11) ist.
2. Stranggußform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius de Fertigtoleranz beim Oberflächenschliff des oberen Endbereichee des Grenzabschnittes zwischen Formsubstrat (10) und unterschiedlichem Metallüberzugsschichten (11) entspricht.
7. Strcnggußforml nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geKennzeichnet, daß das unterschiedlicke Metall (11) aus Ni oder Legierungen auf Ni-Basis besteht.
4. Verwahren zur Herstellung unterschiedlicher Metallüberzugsschichten mit verbesseiter Verschleißfestigkeit im unter dem MenisKusabschnitt des Iormsubstrates aus Cu oder Cu-Legierungen liegenden Abschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter dem Menisusabschnitt liegender Abschnitt des Formsubstrates (10) um eine der Dicke untersciedlicher Metallüberzugsschichten entsprecher.de Dicke (t) derart ausgeschliffen wird, daß der obere Endabseknitt (12) des ausgeschliffenen Bereiches eine Krümmung erhält, deren Radius (E) den Fertigtoleranzen des Oberflächenschliff entspricht, daß unterschiedliche Metallschichten (11) auf die Oberfläche aufgetragen werden, welche einen über dem ausgeschliffenen Bereicn liegenden Bereich wesentlich dicker machen als die SchleiftDleranzen beim Oberflächensehliff der gesamten Oberfläche der inneren Formwandung, und daß die beschichtete Oberfläche derart fertig geschliffen wird, daß eine Oberfläche aus unterschiedlichem Metall entsteht (Fig.6).
5. Verfahren zur Herstellung unterschiedlicher Metallüberzugsschichten mit verbesserter Verschleißfestigkeit im unter dem Meniskusabschnitt des Formträgers cus Cu oder Cu-Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter dem Neniskusabschnitt liegender Abschnitt des Formsubstrc.tes (10) um eine der Dicke unterschiedlicher Metallüberzugsschichten entsprechende Dicke (t) derart ausgeschliffen wird, dalo der obere Endabschnitt (12) des abgeschliffenen Bereiches eine Krümmung mit dem Radius R = (15 bis 25)xt und der darüber liegende Übergang (1)) in den Menisusabschnitt eine Krümmung mit einem den Fertigtoleranzen des Oberflächenschliffs entsprechenden Radius erhält, daß auf die Innenwandung des Formsubstrates (10) unterschiedliche Metallüberzugsschichten (11) in der Weise aufgetragen werden, daß der über dem ausgeschliffenen Abschnitt liegende Teil eine den Schleiftoleranzen beim Schleifen der gesamten Innenwandung der Form entsprechende Dicke aufweist, and daß abschließend die derart beschichtete Innenwandung der Form auf Maß geschliffen wird.