CH659483A5

CH659483A5 - Metallische giessform und verfahren zu deren herstellung.

Info

Publication number: CH659483A5
Application number: CH1005/84A
Authority: CH
Inventors: Yozo Kumagai
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-03-02
Filing date: 1984-03-01
Publication date: 1987-01-30
Also published as: JPS59159243A; KR840007901A; JPS6239212B2; US4589930A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine metallische Giess-20 form zum Giessen von Gegenständen aus Metall oder Kunststoff sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Giessform.

Die metallische Giessform gemäss der Erfindung soll geeignet sein, für Giessverfahren, bei welchen eine Metallschmelze oder Kunststoff in die Form gegossen wird und 25 darin erstarrt, und zwar in einem Hohlraum der Form,

dessen Form dem herzustellenden Gegenstand entspricht, wobei der Hohlraum zwischen zwei mechanisch miteinander verbundenen Formteilen gebildet ist.

Die metallische Giessform gemäss der Erfindung ist spe-30 ziell geeignet zum Giessen von Gegenständen aus beispielsweise Gusseisen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen und dgl., ganz besonders aber für Gusseisen. Es ist bekannt, aus Kupferlegierungen bestehende Giessformen zur Herstellung von Gegenständen aus Metallschmelze her-35 zustellen. Beispielsweise betrifft die japanische Offenlegungsschrift Nr. 91 839/82 eine metallische Giessform aus einer Kupferlegierung, die im wesentlichen aus mindestens einem der Elemente Chrom, Zirkon und Cadmium und im übrigen aus Kupfer besteht. In dieser Anmeldung wird ange-40 geben, dass diese metallische Giessform aus Kupferlegierung das Auftreten eines erheblichen Temperaturgradienten infolge der Temperaturdifferenz zwischen den mit der Metallschmelze in Berührung stehenden Flächen und den gegenüberliegenden Flächen der Formwand infolge der 45 hohen Wärmeleitfähigkeit dieser metallischen Form verhindert.

Anderseits betrifft die japanische Patentveröffentlichung Nr. 45 816/82 ein Formmaterial zur Verwendung beim kontinuierlichen Giessen von Stahl, welches Material im wesent-50 liehen besteht aus Chrom, Zirkon und im übrigen aus Kupfer. Diese Literaturstelle beschreibt im übrigen ein Formmaterial aus einer Kupfer-Chromlegierung sowie ein Formmaterial aus einer Kupfer-Zirkonlegierung, welche gemäss dieser Literaturstelle dem Formmaterial aus Kupfer-55 Chrom-Zirkonlegierung hinsichtlich der Lebensdauer unterlegen sei.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine metallische Giessform vorzusehen, welche geringerer Deformation unterworfen ist und höhere Lebensdauer als die obener-60 wähnten bekannten Giessformen aus Kupferlegierung aufweist, und auch ein Verfahren zur Herstellung dieser Giessform anzugeben.

Die erfindungsgemässe Form besteht aus einer Zirkon und Titan enthaltenden Kupferlegierung, welche eine Struktur 65 gemäss Anspruch 1 aufweist. Im Material der metallischen Giessform gemäss der Erfindung besteht die Ergänzungskomponente ausser Zirkon und Titan, vorzugsweise aus Kupfer, doch können erfindungsgemäss andere Kompo

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nenten wie Chrom enthalten sein, und zwar in Anteilen, welche die Eigenschaften der metallischen Giessform, wie deren Härte und elektrische Leitfähigkeit, nicht beeinträchtigen.

Die erfindungsgemässe metallische Giessform kann sowohl für kontinuierliches Giessen als auch für stückweises Giessen, bei welchem eine Metallschmelze in die Giessform gegossen wird und darin zu einem Gussstück erstarrt, dienen.

Die Hauptaufgabe der Form im Falle eines kontinuierlichen Giessverfahrens besteht in der Verfestigung der die Innenfläche der Form berührenden Schmelze, während des Durchgangs derselben durch die Form. Aus dieser Sicht ist die wichtigste Voraussetzung, dass die Form hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Andere Eigenschaften wie mechanische Eigenschaften, Bearbeitbarkeit, usw. kommen erst nach der Befriedigung der ersten Voraussetzung, d.h. der hohen Wärmeleitfähigkeit.

Im Falle von stückweisem Giessen, bei welchem die Schmelze bis zu ihrer Erstarrung in der metallischen Form bleibt, spielt dagegen die hohe Wärmeleitfähigkeit nicht die grösste Rolle. Eine zu hohe Wärmeleitfähigkeit behindert nämlich das Einfliessen des Metalls zu allen Teilen des Hohlraums der Form und erhöht die Tendenz der Gussstücke zum Springen, wenn sie aus der Form genommen werden.

Normalerweise weist die metallische Form der beschriebenen Art zwei oder mehr Formteile auf, die mittels Schrauben oder Stangen miteinander verbunden sind, um darin den Hohlraum der Form zu bilden, welcher der Form des herzustellenden Produkts entspricht. Es ist deshalb in der metallischen Form zum stückweisen Giessen besonders wichtig, die Bildung von Gas zwischen den Stossflächen der Formteile, bei deren Vereinigung oder während des Giessens infolge thermischer Verformung der Formteile zu vermeiden. Spalten zwischen den Stossflächen der Formteile erlauben ein unerwünschtes Durchsickern der Schmelze, was zu unterwünschten Brauen oder Bärten am Gussstück führt. Derartige Gussstücke müssen nachbehandelt werden, um die Brauen oder Bärte zu entfernen.

Bei der metallischen Giessform gemäss der Erfindung kann die Bildung von Spalten beim Zusammenfügen der Formteile oder während des Giessens infolge thermischer Deformation vermieden werden, womit jedes Durchsickern von Schmelze durch die Stossfläche der Formteile vermieden werden kann. Folglich kann die Nachbehandlung zur Entfernung von Brauen oder Bärten nach dem Giessvorgang ganz vermieden werden oder die Zahl von Massnahmen solcher Nachbehandlungen kann vorteilhaft reduziert werden.

Die erfindungsgemässe Giessform gewährleistet auch sicheres Einfliessen der Schmelze in alle Teile des Formhohlraums sowie geringe Abnützung, bzw. hervorragende Standzeit, weil die thermische Leitfähigkeit und die Härte auf angemessenem Niveau gehalten sind. Die elektrische und thermische Leitfähigkeit der metallischen Form ist von den Legierungsanteilen abhängig. Die Zugabe von Legierungsanteilen wie Zirkon, Titan und Chrom ist zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und der Härte wesentlich. In der erfindungsgemässen metallischen Giessform sind die Anteile an Zirkon, Titan und Chrom so bemessen, dass zugleich sowohl die elektrische Leitfähigkeit nicht unter 20% (IACS) und die Brinell-Härte, welche mit einem Kugeldurchmesser von 0,01 m und einer Belastung von 98 ION gemessen wird, nicht unter Hb 100 fällt, und um eine gute Füllung der Form durch die einfliessende Schmelze zu erzielen, wird die elektrische Leitfähigkeit der metallischen Giessform vorzugsweise so gewählt, dass sie unter 80% (IACS) liegt.

Werte der elektrischen Leitfähigkeit der metallischen Giessform unter 20% (IACS) haben eine unerwünschte Vergröberung der Struktur des Gussstückes infolge zu geringer

Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze zur Folge. Ausserdem dauert es lange bis das Gussstück nach erfolgtem Giessen aus der Form entfernt werden kann, was eine Herabsetzung der Produktivität zur Folge hat. Ferner wird die Anzahl von Giessvorgängen bis zum Auftreten von Sprüngen in der Oberfläche der Metallgiessform in unerwünschter Weise herabgesetzt.

Ungenügende Härte des Materials der Giessform hat eine rasche Abnützung der Stossflächen der Formteile und die Bildung eines Spaltes zwischen denselben zur Folge. Als Folge kann die Schmelze durch den Spalt heraussickern und Brauen oder Bärte an den Gussstücken bilden. Um dieses Problem im Griff zu halten, ist es erforderlich, die Brinell-Härte nicht unter Hb 100 zu halten und damit die Lebensdauer durch Herabsetzung der Abnützung der Giessform auf ein Minimum zu erhöhen. Eine zu hohe Härte des Materials der metallischen Giessform beeinträchtigt wiederum in unerwünschter Weise die Bearbeitbarkeit sowie die Schmiedbarkeit und spanabhebende Bearbeitung, was die Herstellung der Form erschwert. Aus dieser Sicht soll die Härte vorzugsweise nicht Hb 500 übersteigen.

Die metallische Giessform gemäss der Erfindung weist eine Struktur auf, in welcher sich verteilt die ausgefällte oder niedergeschlagene Phase (precipitate phase), bestehend aus einer Zirkon und Titan enthaltenden Kupferlegierung oder einer Zirkon, Titan und Chrom enthaltenden Kupferlegierung befindet. Die erfindungsgemässe metallische Giessform aus Kupfer-Zirkon-Titan-Legierung oder Kupfer-Zirkon-Titan-Chrom-Legierung, welche die obenerwähnte ausgefällte Phase enthält, weist äusserst geringe Verformung beim Montieren der Form und während des Giessens der Schmelze auf.

Um die Struktur mit der obenerwähnten ausgefällten Phase zu erzielen, sollte die metallische Giessform bei ihrer Herstellung einer Festlösungsbehandlung und einer Alterungsbehandlung unterworfen werden.

Vorzugsweise wird die metallische Giessform gemäss der Erfindung aus einem Material hergestellt, dessen Zusammensetzung im wesentlichen besteht aus 0,01 bis 3 Gew.% Zirkon, 0,03 bis 5 Gew.% Titan und dem Rest Kupfer, oder aus einer Zusammensetzung, die im wesentlichen besteht aus 0,01 bis 3 Gew.% Zirkon, 0,03 bis 5 Gew.% Titan, 0,03 bis 2 Gew.% Chrom und dem Rest Kupfer.

Wird die Kupfer-Zirkon-Titan-Legierung verwendet, wird die metallische Form nach der Festlösungsbehandlung und vor der Alterungsbehandlung vorzugsweise kalt bearbeitet, um eine über Hb 100 liegende Brinell-Härte zu erzielen. Die metallische Form aus Kupfer-Zirkon-Titan-Chrom-Legie-rungkann eine Prinell-Härte nicht unter Hb 100 nur mit der Festlösungsbehandlung und der Alterungsbehandlung aufweisen. Selbstverständlich kann aber auch in diesem Falle vor der Alterungsbehandlung eine Kaltbearbeitung erfolgen. In jedem Falle wird ein Verformungsverhältnis vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10 und 20% gewählt. Die Kaltbearbeitung erfolgt vorzugsweise durch Schmieden.

Die metallische Giessform gemäss der Erfindung kann dadurch hergestellt werden, dass gegossenes Material einer Festlösungsbehandlung und nach einer eventuell gewünschten Kaltbearbeitung einer Alterungsbehandlung unterworfen wird. Vorzugsweise wird die Festlösungsbehandlung durch Abschrecken in Wasser vorgenommen, nachdem das Material auf eine Temperatur von 950°C ±20°C oder 1020°C ±20°C erhitzt worden war, je nach dem, ob als Material eine Kupfer-Zirkon-Titan-Legierung oder eine Kupfer-Zirkon-Titan-Chrom-Legierung verwendet wird. Anderseits kann die Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 500°C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 450 und 480°C durchgeführt werden.

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Die Kaltbearbeitung, die der Alterungsbehandlung vorausgeht, kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden.

Vor der Festlösungsbehandlung kann eine Warmbehandlung durchgeführt werden. Durch diese Warmbehandlung vor der Festlösungsbehandlung ist es möglich, die mechanische Festigkeit und die Härte der metallischen Form weiter zu erhöhen.

Die Gründe zur Begrenzung der Anteile an Zirkon, Titan und Chrom gemäss Obenstehendem sind wie folgt.

0,01 bis 3 Gew.% Zirkon:

Die Festlöslichkeit von Zirkon in Kupfer liegt bei 0,01 bis 0,02 Gew.% bei 450°C. Um die Verbindung von Zirkon und Kupfer durch ein Alterungsverfahren ausfällen zu können ist es erforderlich, dass Zirkon im Kupfer in einer Menge vorhanden ist, welche die Festlöslichkeit bei der Alterungstemperatur übersteigt. Aus diesem Grund ist der Zirkonge-halt vorzugsweise nicht unter 0,01 Gew.%. Anderseits verursacht ein über 3 Gew.% liegender Zirkongehalt eine drastische Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit sowie im wesentlichen eine Sättigung der Zunahme der Härte und Zugfestigkeit. Ein derart hoher Zirkonanteil ist auch nicht vorteilhaft, weil er die Kaltbearbeitbarkeit erheblich einschränkt. Ein Zirkongehalt im Bereiche zwischen 0,03 und 0,5 Gew.% ist besonders vorteilhaft.

0,03 bis 5 Gew.% Titan:

Titan ist ein Element, das wichtig ist zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und Härte. Um diese Wirksamkeit zu nutzen, sollte der Titananteil nicht unter 0,03 Gew.% liegen. Übersteigt jedoch der Titananteil 5 Gew.%, erfolgt während der Kaltbearbeitung oder Warmbearbeitung des Materials eine Versprödung desselben, was es erheblich erschwert, den Hohlraum der Giessform genau dem herzustellenden Gegenstand nachzubilden. Ausserdem verursacht ein hoher Titananteil eine drastische Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit auf einen Betrag unter 20% (IASC). Aus diesen Gründen sollte der Titangehalt zwischen 0,03 und 5 Gew.% gewählt werden, vorzugsweise zwischen 0,05 und 2 Gew.%.

0,03 bis 2 Gew.% Chrom:

Die Festlöslichkeit von Chrom in Kupfer bei 450°C liegt zwischen 0,03 und 0,04 Gew.%. Aus dieser Sicht sollte der Chromgehalt wenigstens nicht unter 0,03 Gew.% liegen. Die Zugfestigkeit und die Härte bei hohen Temperaturen erhöht sich mit dem Chromgehalt bis zu 2 Gew.%. Bei Chromanteilen über 2 Gew.% tritt jedoch eine erhebliche Sättigung der Zunahme der Zugfestigkeit und der Härte ein, während anderseits eine drastische Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit bewirkt wird. Ein Chromanteil im Bereiche zwischen 0,5 und 1,5 Gew.% ist besonders vorteilhaft.

Die metallische Giessform gemäss der Erfindung kann sowohl für kontinuierliches Giessen als auch für stückweises Giessen, bei welchem die Schmelze bis zu ihrer Erstarrung in der Form bleibt, verwendet werden. In beiden Fällen handelt es sich vorzugsweise um eine wassergekühlte Metallform. Vorzugsweise wird nämlich die erfindungsgemässe Giessform mit einem Kühlwasserkanal versehen, durch welchen Wasser zur Kühlung der Form durchgeleitet wird, womit die Expansion und Deformation der metallischen Form während des Giessens weiter herabgesetzt wird. Die innere Wasserkühlung der metallischen Giessform wirkt auch einem Springen der Form unter der thermischen Beanspruchung durch wiederholte Giessvorgänge entgegen.

Wird die erfindungsgemässe Giessform zum kontinuierlichen Giessen verwendet, muss sie auf der mit der Schmelze in Berührung kommenden Oberfläche nicht unbedingt mit einer Beschichtung versehen sein. Wird sie jedoch zum stückweisen Giessen verwendet, wobei die Schmelze in der Form verbleibt, die einen der Form des zu giessenden Gegenstandes entsprechenden Hohlraum aufweist, wird die Form vorzugsweise mindestens auf der mit der Schmelze in Berührung kommenden Oberfläche beschichtet. Diese Beschichtung auf der mit der Schmelze in Berührung kommenden Oberfläche der metallischen Giessform hat folgende Vorteile:

a) Leichte Trennung des Gussstückes von der Metallform,

b) Verhinderung eines Schmelzens der Oberfläche der Metallform infolge Ablagerung von Schmelze, und c) leichtes Entgasen der Schmelze.

Es kann irgendeines der handelsüblichen Beschichtungs-materialen verwendet werden. Beispielsweise können handelsübliche Beschichtungsmittel auf Silikonbasis mit guter Wirkung angewendet werden. Wird eine Beschichtung aufgetragen, so wird die Oberfläche der metallischen Form vorzugsweise durch Bürsten oder Sandstrahlen aufgerauht. Hierbei besteht keine Gefahr, dass die Form bei dieser Auf-rauhungsbehandlung, beispielsweise durch Ausbrechen von Teilen an den Kanten, beschädigt werden könnte, und das Formmaterial gewährleistet eine gute Adhäsion der Beschichtung. Diese Beschichtung wird vorzugsweise aufgesprüht. Es genügt eine Beschichtungsdicke, die einen Mili-meter nicht übersteigt. Da die Beschichtung im allgemeinen porös ist, kann das in der Schmelze freiwerdende Gas durch die Poren der Beschichtung entweichen.

Die herkömmlichen metallischen Giessformen aus reinem Kupfer-Chrom-Legierung und Kupfer-Chrom-Zirkon-Legie-rung sind der erfindungsgemässen metallischen Giessform aus den folgenden Gründen unterlegen:

1) Reines Kupfer und Kupferlegierungen der herkömmlichen Art bewirken infolge ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit eine zu rasche Abkühlung der Schmelze, was ein unvollständiges Füllen aller Teile des Hohlraums der Form zur Folge haben kann.

2) Die herkömmlichen metallischen Giessformen aus reinem Kupfer oder den bekannten Kupfer-Zirkon-Legie-rungen weisen im allgemeinen einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und geringe mechanische Festigkeit auf, so dass diese Formen während des Giessens deformiert werden. Es kann daher leicht vorkommen, dass Schmelze ausfliesst und sich am Gussstück Brauen oder Bärte bilden.

3) Die bekannte metallische Giessform aus Kupfer-Zirkon-Chrom-Legierung weist auch eine grössere Tendenz zu Deformation als die erfindungsgemässe Giessform auf.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung weiter erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer metallischen Giessform, gemäss der Erfindung, und

Figur 2 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhanges zwischen der Zugfestigkeit und der Temperatur von reinem Kupfer und verschiedenen Kupferlegierungen.

Wie Figur 1 zeigt, weist die metallische Giessform 1 ein Paar von Formteilen 2a und 2b auf, die so ausgebildet sind, dass die Giessform 1 im vereinigten Zustand der Formteile eine Angussöffnung 3, einen Einguss 4 und einen Formhohlraum 5, dessen Form dem zu giessenden Gegenstand oder

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Gussteil entspricht, aufweist. Obwohl nicht dargestellt, kann mit dem Hohlraum 5 der Form auch ein Speiser verbunden sein. Die Formteile 2a und 2b sind mittels Bolzen 6 und Muttern 7 miteinander verbunden. Vor dem Giessen wird auf die Innenflächen des Hohlraums 5 der Form, den Einguss 4 und die Angussöffnung 3 eine Beschichtung aufgetragen. Mit 8 und 9 sind in Figur 1 ein Einlass und Auslass für Kühlwasser bezeichnet.

Beispiel 1

Gegossenes Material, das im wesentlichen bestand aus 0,1 Gew.% Zirkon, 0,03 Gew.% Titan und im übrigen im wesentlichen aus Kupfer, wurde einer Festlösungsbehandlung,

dann einem Kaltschmieden und einer Alterungsbehandlung während 4 Stunden bei 480°C unterworfen. Die Festlösungsbehandlung wurde durchgeführt, indem das Material auf eine Temperatur von 950°C erhitzt und bei dieser während 1,5 Stunden gehalten wurde, worauf das Material in Wasser abgeschreckt wurde. Das Kaltschmieden erfolgte mit einer Verformung um 15%.

Die Zugfestigkeit, die Brinell-Härte und die elektrische Leitfähigkeit dieses Materials wurden bei normaler Temperatur gemessen und betrugen 34,8 kg/m2, bzw. Hb 104, bzw. 77% (IACS), wobei die Brinell-Härte mit einem Kugeldurchmesser von 0,01 m und einer Belastung von 9810 N gemessen wurde.

Aus dem oben beschriebenen Material wurden Formteile 2a und 2b mit je einem zylindrischen Hohlraum 5 bearbeitet. Die inneren Oberflächen der Formteile 2a und 2b, welche mit der Schmelze in Berührung kommen, wurden durch Bürsten aufgerauht und mit einem handelsüblichen Beschich-tungsmittel auf Silikonbasis durch Aufsprühen in einer Dicke von ungefähr 0,1 mm beschichtet. Die Formteile wurden mittels Schrauben und Muttern zur Bildung der metallischen Giessform I vereinigt. Hierauf wurde eine Schmelze von Gusseisen bei einer Temperatur zwischen 1340 und 1390°C in den Hohlraum der Form gegossen. Die Form wurde mit innerer Wasserkühlung ausgeführt. Die Gusseisenschmelze hatte eine Zusammensetzung von im wesentlichen 3.7 Gew.% Kohlenstoff, 1,9 Gew.% Silizium, 0,6 Gew.% Mangan, 0,3 Gew.% Phosphor, 0,02 Gew.% Schwefel und im übrigen Eisen. Nach der Erstarrung der Schmelze wurde der Gussteil herausgenommen, indem die Formteile 2a und 2b nach Lösen der Muttern getrennt wurden. Das Trennen des Gussstückes von den Formteilen war gut möglich und es hat sich ein hervorragendes Einfliessen der Schmelze in die Form bestätigt.

Die Giessform zeigte keine Deformation und kein Heraussickern von Schmelze an den Stossflächen der Formteile 2a und 2b, und es wurden selbst nach 3000 Giessvorgängen keine Brauen oder Bärte am Gussstück festgestellt.

Beispiel 2

Ein gegossenes Material, welches im wesentlichen bestand aus 0,18 Gew.% Zirkon, 0,26 Gew.% Titan und im übrigen Kupfer, wurde bei einer Temperatur zwischen 760 und 870°C warmgeschmiedet und wurde einer Festlösungsbehandlung unterworfen. Das Material wurde dann kaltgeschmiedet und hierauf einer Alterungsbehandlung unterworfen. Die Festlösungsbehandlung, das Kaltschmieden und die Alterungsbehandlung wurden unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wie in Beispiel 1. Das Warmschmieden wurde mit einer Verformung von 30% durchgeführt. Das so hergestellte Material hatte eine Zugfestigkeit von 34,0 kg/mm2, eine Brinell-Härte von Hb 114 und eine elektrische Leitfähigkeit von 30% (IACS) bei normaler Temperatur.

Aus dem Material wurde sodann eine Giessform der in Beispiel 1 erwähnten Art hergestellt, die 1000 Giesszyklen mit Gusseisen unterworfen wurde. Es wurden keine Brauen oder Bärte und keine nennenswerte Risse an der metallischen Form infolge thermischer Beanspruchung beobachtet.

Beispiel 3

Ein erstes Materialmuster Nr. 1 wurde aus einer Legierung hergestellt, die im wesentlichen aus 0,05 Gew.% Zirkon, 0,12 Gew.% Titan, 0,74 Gew.% Chrom und im übrigen aus Kupfer bestand, wobei diese Legierung einer Festlösungsbehandlung und sodann einer Alterungsbehandlung unterworfen wurde. Ein zweites Materialmuster Nr. 2 wurde aus der gleichen Legierung wie Muster Nr. 1 hergestellt, jedoch zwischen der Festlösungsbehandlung und der Alterungsbehandlung in kaltem Zustand geschmiedet. Ein drittes Materialmuster Nr. 3 wurde aus dergleichen Legierung wie die Muster Nr. I und 2 hergestellt. In diesem Falle wurde das Material vor der Festlösungsbehandlung in warmem Zustand geschmiedet und vor der Alterungsbehandlung, d.h. nach der Festlösungsbehandlung in kaltem Zustand geschmiedet. In jedem Falle wurde die Festlösungsbehandlung durch Erhitzung der Legierung während 1,5 Stunden auf 1020°C und nachfolgendes Abschrecken in Wasser durchgeführt. Anderseits wurde die Alterungsbehandlung durch Erhitzen des Materials während 4 Stunden auf 450°C und nachfolgendes Abkühlen in der Luft durchgeführt. Die Verformung beim Schmieden im kalten Zustand betrug 15%, während das Schmieden in warmem Zustand bei 760 bis 870°C mit einer Verformung von 30% erfolgte.

Die Prüfung der drei Muster Nrn. 1 bis 3 ergab die Zugfestigkeit, Härte und elektrische Leitfähigkeit bei normaler Temperatur gemäss untenstehender Tabelle I.

Tabelle 1

Muster No.

Zugfestigkeit (kg/mm:)

Brinell-Härte (Hb)

Elektrische Leitfähigkeit (% IACS)

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Metallische Giessformen mit Hohlräumen gemäss Figur 1 wurden aus diesen Materialmustern hergestellt und zum Giessen von Gusseisen gemäss Beispiel 1 verwendet. Nach 1000 Giessvorgängen wurden keine Deformation der Form und kein Heraussickern, bzw. keine Brauen festgestellt.

Beispiel 4

Ein gegossenes Material bestehend im wesentlichen aus 0,3 Gew.%Zirkon, 1,0 Gew.% Titan und 0,55 Gew.% Chrom und im übrigen Kupfer wurde hergestellt. Das gegossene Material wurde einer Festlösungsbehandlung unterworfen, bei welcher das Material während 1,5 Stunden bei 1020°C gehalten und dann in Wasser abgeschreckt wurde. Ferner wurde eine Alterungsbehandlung durchgeführt, indem das Material während 4 Stunden auf 450°C gehalten und dann in Luft abgekühlt wurde.

Dieses Material wurde bei verschiedenen Temperaturen auf seine Zugfestigkeit geprüft und zwar zwischen Normaltemperatur und 600°C. Die Ergebnisse sind in Figur 2 dargestellt. Der Oberflächenbereich der metallischen Form, welcher mit der Schmelze in Berührung steht, wird auf recht hohe Temperaturen erhitzt, selbst wenn die Form wassergekühlt ist. Beim Giessen von Gusseisenschmelzen erreicht die Temperatur eine Höhe von maximal etwa 500°C. Um irgendwelche Verformungen der Giessform während des Giessens s

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zu vermeiden ist es erforderlich, dass die Form auch bei derart hoherTemperatur hohe Festigkeit aufweist. Wie aus Figur 2 klar ersichtlich ist, weist die Kupferlegierung gemäss diesem Beispiel, verglichen mit den Kupferlegierungen der übrigen Beispiele bei hohen Temperaturen eine bemerkenswert hohe Zugfestigkeit auf. Das heisst, dass die Kupferlegierung nach diesem Beispiel bei hohen Temperaturen einen hohen Widerstand gegen Verformung aufweist.

Vergleichsbeispiele

Die Zugfestigkeit und Härte bei normalerTemperatur wurden für reines Kupfer und eine Legierung bestehend im wesentlichen aus 0,3 Gew.% Zirkon .und im übrigen Kupfer vergleichsweise gemessen. Fürdiezirkonhaltige Legierung wurde auch die elektrische Leitfähigkeit gemessen. Die Messergebnisse sind in untenstehender Tabelle 2 aufgeführt. Das reine Kupfer befand sich im Zustand wie gegossen, während die zirkonhaltige Legierung einer Festlösungsbehandlung unterworfen wurde, indem sie während 1,5 Stunden auf 950°C erhitzt und sodann in Wasser abgeschreckt wurde, worauf sie mit einem Verformungsverhältnis von 15% bei normaler Temperatur kalt bearbeitet wurde, und ferner einer Alterungsbehandlung unterworfen wurde, indem sie während 4 Stunden auf 450°C erhitzt und dann in Luft abgekühlt wurde.

Tabelle 2

Muster

Zugfestigkeit (kg/mm )

Brineli-Härte (Hb)

Elektrische Leitfähigkeit (% IACS)

pure Cu

15.0

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Cu-0.3% Zr

23.0

68.8

88.5

Legierung

Das reine Kupfer und die Legierung mit 0,3 Gew.% Zirkon wiesen bei verschiedenen Temperaturen zwischen Normaltemperatur und 600°C Zugfestigkeiten gemäss Figur 2 auf.

Figur 2 zeigt auch die Charakteristiken einer Legierung, s die im wesentlichen bestand aus 0,16 Gew.% Zirkon, 0,71 Gew.% Chrom und im übrigen Kupfer, und einer Legierung, die im wesentlichen bestand aus 0,69 Gew.% Chrom und im übrigen Kupfer, dies gemäss Figur 2 der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 45816/82.

io Offensichtlich weisen reines Kupfer und diese Kupferlegierungen weit geringere Zugfestigkeit bei höheren Temperaturen auf, als die Kupferlegierung nach dem erfindungsge-mässen Beispiel 3, d.h. einer Kupferlegierung mit Zirkon, Titan und Chrom.

15 Eine metallische Giessform wurde aus einer Legierung hergestellt, die im wesentlichen 0,3 Gew.% Zirkon und im übrigen Kupfer gemäss Beispiel 1 enthielt, und wurde zum Giessen benützt. In diesem Falle wurden nach 500 Giessvorgängen in der den Formhohlraum gemäss dem herzustel-20 lenden Gussstück definierenden Oberfläche Risse festgestellt. Als man gegen 1000 Giessvorgänge durchgeführt hatte, wurde ferner die Bildung von Brauen oder Bärten infolge Verformung der Giessform erheblich. Nach über 1000 Giessvorgängen bildeten sich an der Oberfläche der Gussstücke 25 Bärte einer maximalen Dicke von 0,3 mm. Im übrigen versagte nach über 1000 Giessvorgängen der Einguss infolge Schmelzens.

Wirkung der Erfindung:

30 Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, erleidet die metallische Giessform gemäss der Erfindung während des Giessens erheblich geringere Verformung als herkömmliche metallische Giessform aus reinem Kupfer oder Kupferlegierungen. Die erfindungsgemässe Giessform 35 erlaubt daher eine erhebliche Herabsetzung des Heraussik-kerns der Schmelze und von Brauen oder Bärten an den fertigen Gussteilen.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Metallische Giessform aus einer Zirkon und Titan enthaltenden Kupferlegierung, mit einer Struktur, in welcher eine Niederschlagsphase, bestehend aus einer Verbindung von Kupfer und mindestens einem der Elemente Zirkon und Titan besteht, wobei die Form bei normaler Temperatur eine Brinellhärte zwischen Hb 100 und Hb 500 sowie eine elektrische Leitfähigkeit zwischen 20 und 80% gemäss IACS aufweist.

2. Giessform nach Anspruch 1, worin die Kupferlegierung im wesentlichen aus Zirkon, Titan und dem Rest Kupfer besteht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Giessform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung 0,01 bis 3 Gew.% Zirkon enthält.

4. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung 0,03 bis 5 Gew.% Titan enthält.

5. Giessform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung im wesentlichen aus 0,01 bis 3 Gew.% Zirkon, 0,03 bis 5 Gew.% Titan und der Rest aus Kupfer besteht.

6. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Formhälften aufweist, die im mechanisch vereinigten Zustand einen Formhohlraum bilden, welcher der Form des zu giessenden Gegenstandes entspricht.

7. Giessform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Hohlraums mit einem Belag beschichtet ist.

8. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Wasserkühlungssystem aufweist.

9. Giessform nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung auch Chrom enthält.

10. Giessform nach Anspruch 9, worin die Kupferlegierung im wesentlichen aus Zirkon, Titan, Chrom und der Rest aus Kupfer besteht.

11. Giessform nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung 0,01 bis 3 Gew.% Zirkon enthält.

12. Giessform nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung 0,03 bis 5 Gew.% Titan enthält.

13. Giessform nach einem der Ansprüche 9 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung 0,03 bis 2 Gew.% Chrom enthält.

14. Giessform nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung im wesentlichen 0,01 bis 3 Gew.% Zirkon, 0,03 bis 5 Gew.% Titan, 0,03 bis 2 Gew.% Chrom und den Rest Kupfer enthält.

15. Giessform nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Formhälften aufweist, die im mechanisch vereinigten Zustand einen Giesshohl-raum bilden, der mit der Form des zu giessenden Gegenstandes übereinstimmt.

16. Giessform nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Hohlraums mit einem Belag bekleidet ist.

17. Giessform nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Wasserkühlungssystem einschliesst.

18. Verfahren zur Herstellung einer Giessform gemäss Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Barren aus der erwähnten Kupferlegierung einer Festlösungsbehandlung unterworfen wird, dass nach dieser Festlösungsbehandlung eine Kaltbearbeitung vorgenommen wird, und dass nach der Kaltbehandlung der Barren einer Alterungsbehandlung zum Niederschlagen der erwähnten Verbindung aus Kupfer und mindestens einem der Elemente Zirkon und Titan unterworfen wird.

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19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung 0,01 bis 3 Gew.% Zirkon enthält.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung 0,03 bis 5 Gew.% Titan io enthält.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass vor der erwähnten Festlösungsbehandlung der Barren einer Warmbehandlung unterworfen wird.