專利名稱：一種可淬火的銅合金的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用一種可淬火的銅合金來(lái)制造雙帶或澆鑄設(shè)備的側(cè)面擋板的鑄塊，熔體在澆鑄設(shè)備的兩條平行帶的間隙中凝固。例如在從US-PS3865176得知的雙帶式澆鑄設(shè)備中，側(cè)面擋板是由一些金屬鑄塊組成的。這些金屬鑄塊排列在例如由鋼制成的一條環(huán)形帶上，它們沿縱向和澆鑄帶一起同步運(yùn)動(dòng)。同時(shí)這些金屬的側(cè)面擋板鑄塊(damblooks)從側(cè)面限制由帶狀鑄模形成的鑄?？涨弧?br> 雙帶式澆鑄設(shè)備的生產(chǎn)能力，關(guān)鍵取決于由金屬鑄塊形成的側(cè)擋板鏈條的完善功能。這就需要這些金屬鑄塊具有盡可能高的導(dǎo)熱性能，以便熔體熱或凝固熱能盡可能迅速地傳導(dǎo)出去。為了避免由于機(jī)械應(yīng)力作用而過(guò)早磨損金屬鑄塊的側(cè)邊，導(dǎo)致金屬鑄塊之間形成間隙，使熔體擠入間隙中，鑄塊的材質(zhì)除具有高硬度和高抗張強(qiáng)度外，還必須具有微小的粒度。最后，一種最佳的耐疲勞性能具有極其重要的意義，它能保證在離開(kāi)澆鑄段鑄塊再冷卻時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致在為接受鋼帶插入T形槽的拐角處撕裂鑄塊。如果因溫度突變出現(xiàn)裂紋，經(jīng)過(guò)短暫時(shí)間后，有關(guān)的鑄塊就從鏈條上掉下來(lái)，于是熔融的金屬就無(wú)法控制地從鑄模腔往外流出，并能損傷設(shè)備部件。為更換受損傷的鑄塊必須停設(shè)備和中斷鑄造過(guò)程。
為了檢驗(yàn)裂紋傾向，有一種測(cè)試方法是已證明有效的，在這種方法中，將鑄塊在500℃下熱處理兩小時(shí)，接著在25℃的水中驟冷。對(duì)于一種合適的材料，在多次重復(fù)這種溫度突變?cè)囼?yàn)時(shí)，在T形槽范圍內(nèi)也不應(yīng)出現(xiàn)裂紋。
在美國(guó)專利說(shuō)明書(shū)US3955615中，說(shuō)明了將一種可淬火的銅合金用作側(cè)面擋板的鑄塊材質(zhì)。這種由1.5至2.5%鎳、0.4至0.9%硅、0.1至0.5%鉻和0.1至0.3%鐵，其余為銅組成的合金，通常在連續(xù)澆鑄銅管線的雙帶式鑄造設(shè)備中應(yīng)用。當(dāng)然由這種銅合金制成的側(cè)面擋板鑄塊，在澆鑄設(shè)備運(yùn)行較短時(shí)間后就會(huì)在T形槽范圍內(nèi)出現(xiàn)疲勞裂紋。這種合金不令人滿意除在溫度突變?cè)囼?yàn)中的性能外，還因?yàn)榧s含35%IACS(國(guó)際軟銅標(biāo)準(zhǔn))其導(dǎo)電性較小、導(dǎo)熱性也太小。
以銅為基礎(chǔ)含鈹?shù)暮辖鹨膊贿m于用來(lái)制作側(cè)面擋板鑄塊，因?yàn)樵阼T塊的加工或精磨時(shí)不能有把握地排除對(duì)人體健康的損害。
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于制造鑄模的材質(zhì)，該材質(zhì)對(duì)一種溫度突變處理不易出現(xiàn)裂紋，而且耐熱性高。
按本發(fā)明解決此任務(wù)的方法是，使用一種可淬火的銅合金作為制造在鑄造時(shí)承受永久交替變化的溫度負(fù)荷下的鑄模，特別是制造雙帶式澆鑄設(shè)備側(cè)面擋板鑄塊的材質(zhì)，該銅合金由1.6至2.4%鎳、0.5至0.8%硅、0.01至0.2%鋯、其余為銅包括以生產(chǎn)限定的雜質(zhì)和普通的加工添加物所組成。為了提高導(dǎo)電性，添加最多0.4%鉻以及-必要時(shí)為減少在固溶退火時(shí)晶柱生長(zhǎng)-添加最多0.2%鐵是特別有利的。這種在規(guī)定含量范圍內(nèi)的添加物對(duì)鋯使銅材質(zhì)不形成裂紋的特殊作用沒(méi)有不利的影響。
脫氧劑，例如硼、鋰、鎂或磷，最多到0.03%以及通常的以生產(chǎn)限定的雜質(zhì)，同樣對(duì)按本發(fā)明要用的合金的開(kāi)裂傾向沒(méi)有不利影響。
從DE-OS2634614中雖然已知有一種可淬火的銅-鎳-硅-鋯-合金，其組成為1至5%鎳、0.3至1.5%硅、0.05至0.35%鋯，其余為銅。但這種已知的合金是用來(lái)制造在可淬火的情況下于室溫必須具有高韌度的物體。由專利說(shuō)明書(shū)得知，當(dāng)材料受到固溶退火和10至40%冷變形的時(shí)效硬化時(shí)，那么鋯的作用尤其有利。
在本發(fā)明中，更令人驚異的是鋯在只淬火了的和淬火前沒(méi)有冷變形情況下實(shí)際上排除已知的銅-鎳-硅-合金的溫度突變敏感性。此外，通過(guò)一些補(bǔ)充試驗(yàn)證明按本發(fā)明要用的合金的耐熱性，在500℃下明顯超過(guò)那些至今用為制造側(cè)面擋板鑄塊所使用的材質(zhì)。
此外還證明了如果用0.15%由鈰、鉿、鈮、鈦和釩這組元素中的至少一種元素代替鋯含量的一部份，則機(jī)械性能可以達(dá)到進(jìn)一步改善。
以下用幾個(gè)實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。從三種按本發(fā)明所用的合金(合金A、B、C)和三種比較合金(合金D、E、F)表明為了達(dá)到所希望的綜合性能，各合金例子的組成是多么關(guān)鍵！這些合金例子的組成各以重量%計(jì)，說(shuō)明于表1中。
合金A和D在真空電爐中，其余合金在一個(gè)中頻電爐的空氣中熔煉，每次澆鑄成直徑為173毫米的園塊和擠壓成尺寸為55×55毫米的棒材。在790至810℃下固溶退火后將棒材在480℃下時(shí)效硬化4小時(shí)。從這些合金例子每次求得在室溫下的抗張強(qiáng)度Rm、布氏硬度HB(2.5/62.5)、電導(dǎo)率以及耐熱性(在500℃下的Rm)。
最后在尺寸為50×50×40毫米的鑄塊上檢驗(yàn)其溫度突變性能。為此，首先將鑄塊在500℃下保持2小時(shí)，然后在25℃的水中驟冷。溫度突變?cè)囼?yàn)后鑄塊是否有裂紋或無(wú)裂紋，一般可用肉眼看出。用一架顯微鏡在放大十倍的條件下補(bǔ)充檢驗(yàn)鑄塊的T形槽。所有從鑄塊的T形槽開(kāi)始所見(jiàn)到的裂紋的擴(kuò)大，主要在1至7毫米的范圍內(nèi)，個(gè)別情況下裂紋長(zhǎng)度甚至超過(guò)20毫米。
全部試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)于表2中。
從對(duì)比得知，按本發(fā)明要用的合金A、B和C在室溫下的可比強(qiáng)度性能，在它們的電氣性能，特別是在耐熱性和溫度突變性能上，全部數(shù)值都比比較合金D、E、F好。
因此，按本發(fā)明要用的銅合金非常適合用于所有在澆鑄過(guò)程中承受永久變化的溫度負(fù)荷的鑄模除用于雙帶式澆鑄設(shè)備的側(cè)面擋板鑄塊外，這些鑄模首先是園形鑄模和帶形鑄模，其次是用于高壓澆鑄機(jī)的壓力鑄模和高壓活塞。
權(quán)利要求
1.一種可淬火的銅合金，作為制造在鑄造時(shí)承受永久變化的溫度負(fù)荷的鑄模，尤其是制造雙帶式澆鑄設(shè)備側(cè)面擋板鑄塊材質(zhì)的應(yīng)用，該銅合金由1.6%至2.4%鎳、0.5至0.8%硅、0.01至0.2%鋯，其余為銅，包括以生產(chǎn)限定的雜質(zhì)和普通的加工添加物所組成。
2.按權(quán)利要求1所述的一種銅合金的應(yīng)用，另外該銅合金還含有最多0.4%鉻和/或最多0.2%鐵，用于權(quán)利要求1中所述的目的。
3.按權(quán)利要求1或2之一所述的一種銅合金的應(yīng)用，其特征是，含有0.03至0.15%鋯，用于權(quán)利要求1中所述的目的。
4.按權(quán)利要求2或3之一所述的一種銅合金的應(yīng)用，它含有1.9至2.25%鎳、0.55至0.65%硅，0.20至0.30%鉻，0.08至0.15%鋯，其余為銅，包括以生產(chǎn)限定的雜質(zhì)和普通加工添加物，用于權(quán)利要求1中所述的目的。
5.按權(quán)利要求1至4之一所述的一種銅合金的應(yīng)用，其中一部份鋯含量被最多0.15%的至少由鈰、鉿、鈮、鈦和釩這組元素中的一種元素所代替，用于權(quán)利要求1中所述的目的。
6.按權(quán)利要求1至5之一所述的一種銅合金的應(yīng)用，首先在700至900℃下退火，然后驟冷，并接著在350至520℃下經(jīng)受時(shí)效硬化處理，用于權(quán)利要求1中所述的目的。
全文摘要
為了制造在澆鑄時(shí)承受永久變化的溫度負(fù)荷的鑄模，例如雙帶式澆鑄設(shè)備的側(cè)面擋板的鑄塊或圓形鑄模，需要導(dǎo)熱能力高的材質(zhì)，該材質(zhì)對(duì)溫度突變處理不易產(chǎn)生裂紋，而且耐熱性高。按本發(fā)明建議使用一種除1.6至2.4％鎳、0.5至0.8％硅及必要時(shí)最多0.4％鉻和/或最多0.2％鐵以外還含有0.01至0.20％鋯。視附加的鋯含量而定，可消除至今所用的銅合金的溫度突變敏感性。
文檔編號(hào)B22D11/06GK1041184SQ8910409
公開(kāi)日1990年4月11日 申請(qǐng)日期1989年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月14日
發(fā)明者霍斯特·格拉維曼 申請(qǐng)人:金屬導(dǎo)線股份公司