本发明涉及用一种可淬火的铜合金来制造双带或浇铸设备的侧面挡板的铸块,熔体在浇铸设备的两条平行带的间隙中凝固。例如在从US-PS3865176得知的双带式浇铸设备中,侧面挡板是由一些金属铸块组成的。这些金属铸块排列在例如由钢制成的一条环形带上,它们沿纵向和浇铸带一起同步运动。同时这些金属的侧面挡板铸块(dam blooks)从侧面限制由带状铸模形成的铸模空腔。 双带式浇铸设备的生产能力,关键取决于由金属铸块形成的侧挡板链条的完善功能。这就需要这些金属铸块具有尽可能高的导热性能,以便熔体热或凝固热能尽可能迅速地传导出去。为了避免由于机械应力作用而过早磨损金属铸块的侧边,导致金属铸块之间形成间隙,使熔体挤入间隙中,铸块的材质除具有高硬度和高抗张强度外,还必须具有微小的粒度。最后,一种最佳的耐疲劳性能具有极其重要的意义,它能保证在离开浇铸段铸块再冷却时所产生地热应力不会导致在为接受钢带插入T形槽的拐角处撕裂铸块。如果因温度突变出现裂纹,经过短暂时间后,有关的铸块就从链条上掉下来,于是熔融的金属就无法控制地从铸模腔往外流出,并能损伤设备部件。为更换受损伤的铸块必须停设备和中断铸造过程。
为了检验裂纹倾向,有一种测试方法是已证明有效的,在这种方法中,将铸块在500℃下热处理两小时,接着在25℃的水中骤冷。对于一种合适的材料,在多次重复这种温度突变试验时,在T形槽范围内也不应出现裂纹。
在美国专利说明书US3955615中,说明了将一种可淬火的铜合金用作侧面挡板的铸块材质。这种由1.5至2.5%镍、0.4至0.9%硅、0.1至0.5%铬和0.1至0.3%铁,其余为铜组成的合金,通常在连续浇铸铜管线的双带式铸造设备中应用。当然由这种铜合金制成的侧面挡板铸块,在浇铸设备运行较短时间后就会在T形槽范围内出现疲劳裂纹。这种合金不令人满意除在温度突变试验中的性能外,还因为约含35%IACS(国际软铜标准)其导电性较小、导热性也太小。
以铜为基础含铍的合金也不适于用来制作侧面挡板铸块,因为在铸块的加工或精磨时不能有把握地排除对人体健康的损害。
本发明的任务是,提供一种用于制造铸模的材质,该材质对一种温度突变处理不易出现裂纹,而且耐热性高。
按本发明解决此任务的方法是,使用一种可淬火的铜合金作为制造在铸造时承受永久交替变化的温度负荷下的铸模,特别是制造双带式浇铸设备侧面挡板铸块的材质,该铜合金由1.6至2.4%镍、0.5至0.8%硅、0.01至0.2%锆、其余为铜包括以生产限定的杂质和普通的加工添加物所组成。为了提高导电性,添加最多0.4%铬以及-必要时为减少在固溶退火时晶柱生长-添加最多0.2%铁是特别有利的。这种在规定含量范围内的添加物对锆使铜材质不形成裂纹的特殊作用没有不利的影响。
脱氧剂,例如硼、锂、镁或磷,最多到0.03%以及通常的以生产限定的杂质,同样对按本发明要用的合金的开裂倾向没有不利影响。
从DE-OS2634614中虽然已知有一种可淬火的铜-镍-硅-锆-合金,其组成为1至5%镍、0.3至1.5%硅、0.05至0.35%锆,其余为铜。但这种已知的合金是用来制造在可淬火的情况下于室温必须具有高韧度的物体。由专利说明书得知,当材料受到固溶退火和10至40%冷变形的时效硬化时,那么锆的作用尤其有利。
在本发明中,更令人惊异的是:锆在只淬火了的和淬火前没有冷变形情况下实际上排除已知的铜-镍-硅-合金的温度突变敏感性。此外,通过一些补充试验证明:按本发明要用的合金的耐热性,在500℃下明显超过那些至今用为制造侧面挡板铸块所使用的材质。
此外还证明了:如果用0.15%由铈、铪、铌、钛和钒这组元素中的至少一种元素代替锆含量的一部份,则机械性能可以达到进一步改善。
以下用几个实施例更详细地说明本发明。从三种按本发明所用的合金(合金A、B、C)和三种比较合金(合金D、E、F)表明:为了达到所希望的综合性能,各合金例子的组成是多么关键!这些合金例子的组成各以重量%计,说明于表1中。
合金A和D在真空电炉中,其余合金在一个中频电炉的空气中熔炼,每次浇铸成直径为173毫米的园块和挤压成尺寸为55×55毫米的棒材。在790至810℃下固溶退火后将棒材在480℃下时效硬化4小时。从这些合金例子每次求得在室温下的抗张强度Rm、布氏硬度HB(2.5/62.5)、电导率以及耐热性(在500℃下的Rm)。
最后在尺寸为50×50×40毫米的铸块上检验其温度突变性能。为此,首先将铸块在500℃下保持2小时,然后在25℃的水中骤冷。温度突变试验后铸块是否有裂纹或无裂纹,一般可用肉眼看出。用一架显微镜在放大十倍的条件下补充检验铸块的T形槽。所有从铸块的T形槽开始所见到的裂纹的扩大,主要在1至7毫米的范围内,个别情况下裂纹长度甚至超过20毫米。
全部试验结果总结于表2中。
从对比得知,按本发明要用的合金A、B和C在室温下的可比强度性能,在它们的电气性能,特别是在耐热性和温度突变性能上,全部数值都比比较合金D、E、F好。
因此,按本发明要用的铜合金非常适合用于所有在浇铸过程中承受永久变化的温度负荷的铸模除用于双带式浇铸设备的侧面挡板铸块外,这些铸模首先是园形铸模和带形铸模,其次是用于高压浇铸机的压力铸模和高压活塞。