專利名稱：制備鑄模部件的方法以及根據(jù)該方法制備的鑄模部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的特征的，由包含硅、鎳、鉻和鋯以及金屬間初生相的 銅合金制備鑄模部件的方法。此外本發(fā)明涉及根據(jù)該方法制備的鑄模部件。
背景技術(shù)：
EP 0 346 645 Bl描述了使用可硬化的銅合金和常規(guī)加工添加劑作為原料制備 鑄模部件，所述銅合金由1. 6至2. 4%的鎳，0. 5至0. 8%的硅，0. 01至0. 20%的鋯，余量 的銅，包括制備引起的雜質(zhì)所組成，該鑄模部件在鑄造時經(jīng)受持續(xù)變化的熱負荷，并特別 是作為用于雙帶鑄造裝置(Doppelbandgie β anlagen)的側(cè)壩(Seitendanime )的塊體 (Blocken )的形式。雙帶鑄造裝置的生產(chǎn)能力決定性地取決于由塊體形成的側(cè)壩的無缺 陷的功能。因此，需要塊體具有盡可能高的熱傳導(dǎo)性，從而可以盡可能快地導(dǎo)走熔融熱和凝 固熱。為了避免塊體側(cè)邊由于機械負荷而提早磨損(所述機械負荷導(dǎo)致塊體之間形成縫隙 并隨后導(dǎo)致熔體涌入該縫隙中)，原料除了高的硬度和抗拉強度之外還必須具有很小的顆 粒尺寸。最終，具有非常重要的意義的是最佳的疲勞特性，其確保在離開鑄造段后在塊體 的再冷卻過程中出現(xiàn)的熱應(yīng)力不導(dǎo)致在用于容納鋼帶而加入的τ形槽的邊角處開裂。如果 出現(xiàn)由于熱突變引起的裂紋，那么在短時間后所涉及的塊體就會已從生產(chǎn)鏈(Kette)中脫 落，其中熔融液態(tài)的金屬不受控制地從鑄?？涨涣鞒霾p害裝置部件。為了更換損壞的部 件必須將裝置停車并中斷鑄造過程。為了檢測裂紋敏感性，適用以下測試方法其中將塊體在500°C經(jīng)兩小時的熱處 理，并隨即在25°C的水中淬火。即使在多次重復(fù)該熱突變測試情況下對于適合的材料也不 允許在T形槽區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)裂紋。在EP 0 346 645 Bl中描述的含有鋯的可硬化的CuNiSiCr-合金卓越地適合于雙 帶鑄造裝置的側(cè)壩的塊體。通過添加鉻提高了材料的傳導(dǎo)性。Fe-添加物限制了在擴散退 火時顆粒生長，而不會不利地影響原料的其他性質(zhì)。已知的是，在含有鉻和鋯的原料的組織中出現(xiàn)金屬間初生相，其在熔體凝固時低 共熔地(untereutektisch)，即非均勻分布地結(jié)晶出來。這種含有CrSi和含有的相 在鑄造的圓頭螺栓中就已經(jīng)由于方法而出現(xiàn)，該相用作制備用于雙帶鑄造裝置的側(cè)壩的塊 體的初始材料。為了調(diào)節(jié)細粒組織和為了獲得必需的硬度和電導(dǎo)性，通常用常規(guī)成型方法 來將該鑄造材料熱成型，所述常規(guī)成型方法如擠壓、鍛壓或軋制，并隨即進行擴散退火和硬 化，其中或多或少地有利地破壞鑄造狀態(tài)的金屬間初生相的低共熔、非均勻分布并且在此 過程中使初生相成行地沿著主成型方向取向。在由擠壓或熱軋制的條材常規(guī)地制備塊體 時，在塊體的鑄造表面存在相對不均勻分布的、明顯成行取向的初生相排列。在由鑄坯鍛造 板材的過程中，通常僅不足地消除鑄造狀態(tài)的金屬間初生相的網(wǎng)狀分布，因為總成型度受 到限制并且板材在縱向和橫向上幾乎均勻地被成型。

發(fā)明內(nèi)容
由此本發(fā)明的目的在于，如此優(yōu)化用于制備鑄模部件，特別是用于制備用于雙帶 鑄造裝置的側(cè)壩的塊體的方法，使得與金屬熔體接觸的鑄造面的損耗較晚出現(xiàn)并進展較 慢，從而在較長的生產(chǎn)時期內(nèi)在使用鑄模部件的情況下可以制備具有無缺陷的表面質(zhì)量的 鑄造金屬帶。此外，應(yīng)該提供具有改善的特性的鑄模部件。該目的的方法部分通過權(quán)利要求1的特征實現(xiàn)。具有有利特征的鑄模部件是權(quán)利要求6的主題。各從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明構(gòu)思的有利的進一步實施方式。本發(fā)明所基于的目的通過如下實現(xiàn)，即，使金屬間初生相(其包含在銅合金中)通 過定向的熱成型而這樣取向，使得相對于鑄錠(Gussblock)的拉伸方向，以90士 10°的角 度(即基本垂直)選擇由經(jīng)拉伸的鑄錠制備的鑄模部件的與金屬熔體接觸的鑄造面。在下 文中，“基本垂直”是指與鑄錠的拉伸方向成90士 10°。垂直是指90°角。在該過程中重要的是，在鑄錠的熱成型過程中，除了產(chǎn)生原有的粗粒狀鑄造組織 的細粒組織重結(jié)晶以外，還產(chǎn)生明顯的纖維取向，并且內(nèi)金屬初生相的破碎和取向都沿著 該纖維的方向。在此重要的是，纖維取向具有盡可能精細并均勻分布的初生相，這在本發(fā)明 的范圍內(nèi)如下實現(xiàn)，即，通過熱成型在僅一個方向上進行拉伸，其中將鑄錠以至少4 1，優(yōu) 選大于7 1的比例進行拉伸。在此，熱變型可以通過方法如鍛壓或熱軋制進行。相反，在 不同方向上至少41或優(yōu)選至少71的總體的總變型過程則不會導(dǎo)致根據(jù)本發(fā)明的所 希望的纖維走向。另一個重要的方法特征在于，由經(jīng)拉伸的鑄錠制備的鑄模部件具有一個與金屬熔 體接觸的鑄造面，且選擇該鑄造面與拉伸方向基本垂直(=90士 10° )，優(yōu)選精確垂直。只 有在這種情況下鑄造面的磨損才顯著降低，從而使得在較長的生產(chǎn)時期內(nèi)制備具有無缺陷 的表面質(zhì)量的鑄造金屬帶成為可能。通過纖維的取向，金屬間初生相在鑄造面內(nèi)在外觀上基本上僅出現(xiàn)呈均勻分布的 點。認為符合目的的是，使在鑄造面和經(jīng)拉伸鑄錠的與鑄造面垂直的側(cè)面之間在顯微圖像 中所橫截的金屬間初生相的量比例調(diào)節(jié)到大于1.5 1。這意味著，與在垂直于鑄造面的側(cè) 面或平面相比，在鑄造面或在基本垂直于拉伸方向的平面中橫截出至少多出50%的金屬間 初生相。以此方式調(diào)整得的、所橫截出的金屬間初生相的量比例與鑄造面的取向相結(jié)合， 導(dǎo)致具有優(yōu)化的使用特性的鑄模部件，因為抑制了在鑄造面內(nèi)的裂紋起始和裂紋擴展。由 此，在使用時鑄模部件的磨損降低，因為裂紋擴展發(fā)展得較緩慢，這有助于提高壽命。相比 其中內(nèi)金屬初生相基本未經(jīng)取向的鑄模部件，對疲勞裂紋形成的抵抗力顯著較高。根據(jù)本發(fā)明的方法制備的鑄模部件具有這樣的纖維走向，其致使金屬間初生相也 排布于纖維或行列(Zeilen)中。位于平面內(nèi)的初生相的平均長度是可測量的。認為有利 的是，位于鑄造面的平面內(nèi)的行列的平均長度與基本垂直(=90士 10° )、優(yōu)選精確垂直于 鑄造面延伸的行列的平均長度之間的比例小于3 10。換言之，其長度對應(yīng)于基本垂直或 精確垂直于鑄造面延伸的金屬間初生相的行列長度的最高30%的金屬間初生相的行列位 于鑄造面內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的鑄模部件由可硬化的銅合金構(gòu)成，為此目的其包含作為金屬間相析出的合金成分?？捎不你~合金優(yōu)選包含鎳，且其可以至少部分地被鈷替代。此外，所述合 金包含至少一種以下的合金元素鉻，鋯，鈹，硅。制成的鑄模部件的特征在于針對特殊應(yīng)用情況調(diào)適(zugeschnittene)的、出色 的材料特性，即特別是在20°C的室溫下至少600MPa的抗拉強度以及在500°C下至少350MPa 的抗拉強度。所述銅合金在20°C于硬化狀態(tài)下具有至少470MPA的0. 2%-拉伸極限，至少15% 的斷裂伸長A5，至少190 HVlO的硬度以及在20°C下至少40% IACS的電導(dǎo)性(IACS =國際 退火銅標準(International Annealed Copper Standard)，相比于銅=100%的電導(dǎo)性)。 優(yōu)選電導(dǎo)性為至少45%。根據(jù)ASTM E 112測量，硬化的銅合金應(yīng)該具有最高130 μ m的顆粒尺寸。美國標 準ASTM E 112 (美國試驗與材料協(xié)會)是用于測定平均顆粒尺寸的標準測試方法。以下依據(jù)若干實施例闡述本發(fā)明。

圖1顯示了澆鑄的圓頭螺栓顯微圖像，該螺栓用作用于制備雙帶鑄造裝置的側(cè)壩 的鑄模部件的初始材料。其涉及具有含CrSi或含的低共熔結(jié)構(gòu)的金屬間初生相的 CuNiSiCrfr-合金的典型的鑄造組織。接著，為了調(diào)節(jié)細粒組織和為了獲得必需的硬度和電 導(dǎo)性，用成型方法來將該原料成型，所述成型方法如擠壓、鍛壓或軋制，并隨即進行擴散退 火和硬化，使得金屬間初生相的低共熔、非均勻分布改變。如果在圖1中描述的具有金屬間初生相網(wǎng)狀分布的鑄坯在縱向和橫向上都均勻 成型，則相取向不會以希望的方式和方法變化。相反，圖2顯示了已經(jīng)熱成型的鑄錠的金屬間初生相的分布以及因此在之后的鑄 造零件的鑄造面范圍內(nèi)的顯微圖像。明顯可以看出，金屬間初生相非常精細并均勻地分布。 纖維的取向和金屬間初生相的取向與鑄造面垂直，由此在該圖中經(jīng)橫截的初生相看起來為
點ο經(jīng)橫截的初生相的數(shù)目為約1.7x那么高，如在圖3中所示，圖3顯示了與鑄造面 垂直并因此垂直于圖2顯微圖象的顯微圖象。在圖2中，相行列(Phasenzeilen)僅可初步 地辨別并最大為約100 μ m長，而在圖3中，明顯可識別顯著更多的初生相行列，其中相行列 長度在100至400 μ m的范圍內(nèi)并部分地在超過400 μ m的范圍內(nèi)。下表闡明了根據(jù)本發(fā)明 的方法由CuNiSiCrZr-合金制得的鑄模部件的機械性能以及抗疲勞性。
權(quán)利要求
由至少一種合金元素以及包含金屬間初生相的銅合金制備鑄模部件的方法，所述合金元素分別選自組a)和b)之一，其中組a)包含鎳和鈷和組b)包含鉻，鋯，鈹和硅，其中將鑄錠通過熱成型在僅只一個方向上以至少4∶1的比例拉伸，其中與金屬熔體接觸的、由經(jīng)拉伸的鑄錠制備的鑄模部件的鑄造面選擇為與鑄錠的拉伸方向呈90±10°的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將在鑄造面和與鑄造面呈90士10°角度的 經(jīng)拉伸鑄錠的側(cè)面之間的在顯微圖像中所橫截出的金屬間初生相的量比例調(diào)節(jié)為大于 1. 5 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2方法，其特征在于，所述鑄錠通過熱成型在僅只一個方向上以至 少71的比例被拉伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其特征在于，將所述鑄錠通過熱鍛壓拉伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，將所述鑄錠通過熱軋制拉伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法制備的鑄模部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的鑄模部件，其特征在于，在鑄造面和與鑄造面呈90士 10°角 度的經(jīng)拉伸鑄錠的側(cè)面之間的在顯微圖像中所橫截出的金屬間初生相的量比例為大于 1. 5 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的鑄模部件，其特征在于，金屬間初生相成行排列，其中位于鑄 造面的平面內(nèi)的行列的平均長度對與鑄造面呈90 士 10 (角度延伸的行列的平均長度的比 例小于3 10。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8之一的鑄模部件，其特征在于，所述銅合金在硬化狀態(tài)下于 20°C具有至少600MPa的抗拉強度并且在500°C具有至少350MPa的抗拉強度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9之一的鑄模部件，其特征在于，所述銅合金在硬化狀態(tài)下在 20°C具有至少470MPa的0. 2% -拉伸極限。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10之一的鑄模部件，其特征在于，所述銅合金在硬化狀態(tài)下于 20°C具有至少15%的斷裂伸長A5。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11之一的鑄模部件，其特征在于，所述銅合金于20°C具有至少 190HV10的硬度。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至12之一的鑄模部件，其特征在于，所述銅合金于20°C具有至少 40% IACS電導(dǎo)性。
14.根據(jù)權(quán)利要求6至12之一的鑄模部件，其特征在于，所述銅合金于20°C具有至少 45% IACS的電導(dǎo)性。
15.根據(jù)權(quán)利要求6至14之一的鑄模部件，其特征在于，所述經(jīng)硬化的銅合金具有最高 130 μ m的顆粒尺寸，根據(jù)ASTM E 112測量。
16.根據(jù)權(quán)利要求6至15之一的鑄模部件，其特征在于，其是雙帶鑄造裝置的側(cè)面壩的 塊體。
全文摘要
由包含硅，鎳，鉻和鋯以及金屬間初生相的銅合金制備鑄模部件的方法，其中將鑄錠通過熱成型在僅只一個方向上以至少4∶1的比例拉伸，其中與金屬熔體接觸的、由經(jīng)拉伸的鑄錠制備的鑄模部件的鑄造面選擇為基本垂直于鑄錠的拉伸方向。由此方式制備的鑄模部件的特征在于高耐磨強度和提高的壽命，特別是在用作雙帶鑄造裝置的側(cè)面壩的塊體的情況下。
文檔編號B22D11/06GK101945719SQ200980105091
公開日2011年1月12日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者D·洛德, M·尼曼, T·海爾曼坎普 申請人:Kme德國股份及兩合公司