DE3544878C3 - Vorrichtung zur Herstellung von amorphem Metallbandmaterial - Google Patents
Vorrichtung zur Herstellung von amorphem MetallbandmaterialInfo
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Description
Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1 ist aus DE 27 46 238 A1 bekannt. Dort sind die Ver
hältnisse im Bereich der Düse so gewählt, daß der Abstand zwi
schen Düse und Abschreckfläche im wesentlichen gleich der Dic
ke des zu erzeugenden Metallbandmaterials ist. Dies bedeutet,
daß die den Schlitz nach vorne begrenzende Lippe der Düse mit
der Oberfläche der erstarrenden Metallschmelze in Berührung
steht. Ferner wird mit der bekannten Vorrichtung die Metall
schmelze senkrecht auf die Abschreckfläche ausgebracht, so daß
sich die Metallschmelze auch unter die hintere Lippe der Düse
ausbreitet.
Es hat sich gezeigt, daß das mit der bekannten Vorrich
tung erzeugte amorphe Metallbandmaterial unbefriedigende Ober
flächeneigenschaften aufweist. Insbesondere bei Herstellung
von Bandmaterial mit einer Stärke von etwa 25 µm oder weniger
besteht die Gefahr, daß die Bandoberfläche bei der Herstellung
rauh wird oder verkratzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich
tung anzugeben, die die Herstellung von Metallbandmaterial mit
einwandfreier, glatter Oberfläche gestattet.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kenn
zeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Die darin genann
ten Maßnahmen wirken so zusammen, daß nur ein geringer Teil
der Schmelze-Oberfläche beim Austreten aus der Düse in Kontakt
mit der unteren Fläche der Düse kommt und daß sich dieser Be
rührungsbereich in verhältnismäßig großem Abstand von der Ab
schreckfläche befindet. Daher geht der eigentliche Abschreck
vorgang praktisch ohne Berührung mit der Düse vonstatten,
und es werden Störungen vermieden, die durch an den Lippen an
haftende Schmelzepfropfen oder Schlacke verursacht werden.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht die
Verfestigung einer Metallschmelze, die von einer
Düse auf eine Walzenfläche extrudiert wird, gemäß
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 in einer Querschnittsansicht die gedachte Verfesti
gung einer Metallschmelze auf einer Walzenoberfläche
gemäß DE 27 46 238 A1,
Fig. 3 in einer Querschnittsansicht die tatsächliche Ver
festigung der Metallschmelze auf einer Walzenoberflä
che gemäß DE 27 46 238 A1
Fig. 4 in einer etwas vereinfachten perspektivischen An
sicht die Verfestigung einer Metallschmelze, die
auf eine Walzenoberfläche mit der erfindungsgemä
ßen Vorrichtung ausgestoßen wird und
Fig. 5 in einer graphischen Darstellung die Oberflächen
rauhigkeit Rz in Abhängigkeit vom Verhältnis WF/W
der Breite WF der vorderen Nase und der Schlitzbrei
te W, wobei die Kurve A das experimentielle Ergeb
nis bei der Verwendung einer Düse mit einem Schlitz
mit einer Breite von 0,63 mm und einer hinteren Nase
mit einer Breite von etwa 1,8 mm in einem Abstand
von 0,13 mm von der Abschreckfläche und die Kurve B
die experimentiellen Ergebnisse bei Verwendung einer
Düse mit einem Schlitz mit einer Breite von 0,62 mm
und einer hinteren Nase mit einer Breite von etwa
0,2 mm zeigen.
In Fig. 4 ist in einer perspektivischen Ansicht die Verfesti
gung einer Metallschmelze auf der Abschreckfläche einer laufen
den Walze dargestellt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Walzen
fläche 45 sollte 10 m/s bis 50 m/s betragen, um ein Me
tallblech oder -band 47 im amorphen Zustand zu erzeugen. Die
Breite des Spaltes oder des Zwischenraumes zwischen der Walzen
fläche 45 und der vorderen Nase der Düse 41 sollte 100 µm bis
600 µm betragen. Wenn die Breite des Zwischenraumes unter 100 µm
liegt, führt eine kleine Abweichung der Walzenachse oder etwas
Schlacke an der vorderen Nase zu einem nachteiligen Einfluß auf
die Oberflächenbeschaffenheit des erzeugten Metallbandes, das
im allgemeinen eine Stärke von 10 µm bis 50 µm hat.
Wenn andererseits die Breite des Zwischenraumes über 600 µm liegt,
tritt eine Wellenbildung an der oberen Außenfläche, d. h. an der
Fläche des Bandes, die der Bandfläche gegenüberliegt, die mit
der Walzenfläche in Berührung steht, auf.
Das Verhältnis WF/W der Breite WF der vorderen Nase zur Schlitzbreite
W ist ein besonders wichtiger Einflußfaktor.
Bei der in der DE 27 46 238 A1
beschriebenen Vorrichtung hat die vordere Nase eine
relativ große Breite WF, die die Beziehung 1,5 WF/W 3,0 erfüllt,
wobei W die Schlitzbreite der Öffnung am Ende des Schlitzes
in der Düse bezeichnet.
Bei der bekannten Vorrichtung wird jedoch gegen die obere Außen
fläche eines Metallflecken, der zwischen der Abschreckfläche
und der vorderen Nase gebildet wird, durch die untere Außenflä
che der vorderen Nase gedrückt, was zu einer schlechten Beschaf
fenheit der oberen Außenfläche des erzeugten Metallbandes oder
Metallbleches führt. Gemäß der Erfindung wird durch die Begren
zung der Breite WF der vorderen Nase auf WF/W 0,8 erreicht,
daß die obere Außenfläche des Metallschmelzenfleckens frei ist
und sich eine ausgezeichnete Oberflächenbeschaffenheit des Me
tallbandes oder Metallbleches ergibt. Die Rauhigkeit Rz der
oberen Außenfläche nach der japanischen Industrienorm JIS BO
601-1970 kann verbessert werden. Besonders bemerkenswert ist
die Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit bei relativ dün
nen Metallbändern mit einer Stärke von 25 µm oder weniger. Da
eine Beschränkung der Breite derart, daß die Beziehung WF/W < 0,1 erfüllt
ist, die vordere Nase brüchig macht, sollte die
Breite WF einen Wert haben, der die Beziehung WF/W 0,1 er
füllt. Vorzugsweise ist der Schlitz oder der Kanal, der zur
Düsenöffnung führt, gegenüber der senkrechten Richtung auf die
Abschreckfläche geneigt, da die Freiheit der oberen Außenflä
che des Metallfleckens erhöht werden kann. Der Winkel zwischen
der Bewegungsrichtung der Abschreckfläche und dem Flächenvek
tor des Schlitzes beträgt etwa 10° bis 70°, vorzugsweise etwa
20°, um eine gleichmäßige glatte obere Außenfläche des Metall
bleches oder -bandes zu erzielen. Wenn die Bedingung 0,1 W
WF 0,8 W erfüllt ist, werden amorphe Metallbänder mit kleiner
Oberflächenrauhigkeit Rz und ohne Kratzer erhalten.
Fig. 1 zeigt in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht
ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wie
es in Fig. 1 dargestellt ist, bewegt sich eine Abschreckflä
che 8, die als Fläche eines Riemens oder Bandes dargestellt ist,
in Richtung des Pfeiles 9. Eine Metallschmelze 4 wird von einer
Düsenöffnung 22, die von einer vorderen Nase 6, einer hinteren
Nase 5 und nicht dargestellten Seitenwänden begrenzt wird, auf
die Abschreckfläche 8 ausgestoßen oder extrudiert. Das von der
Düsenöffnung 22 ausgegebene geschmolzene Metall kann sich in
Bewegungsrichtung 9 der Abschreckfläche verteilen und wird auf
der Abschreckfläche
so verfestigt, daß es einen amorphen Strei
fen bildet. Der verfestigte Teil 7 ist am unteren Teil des Me
tallschmelzfleckens und an dem Teil der Schmelze dargestellt,
der aus dem Flecken herausgezogen wird. Die hintere Nase 5 hat
nahezu keinen Einfluß auf den Metallschmelzenflecken 4.
Es kann beobachtet werden, daß die vordere Nase 6 durch Benetzen
mit der oberen Außenfläche 14 des Metallschmelzenfleckens 4 in
Berührung kommen kann, jedoch auf den Metallschmelzenflecken
kaum einen Druck ausübt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbei
spiel liegt der Winkel des Oberflächenvektors 12 des Schlitzes 2
zum Vektor der Bewegungsrichtung der Abschreckfläche bei etwa 20°.
Die Abschreckfläche bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von
etwa 10 m/s bis 50 m/s. Im allgemeinen liegt die Stärke g
des nach diesem Verfahren hergestellten amorphen Metallbandes
im Bereich von etwa 10 µm bis 50 µm. Die Breite des Zwischen
raumes G zwischen der vorderen Nase und der Abschreckfläche be
trägt das etwa 3- bis 20fache der Stärke g des Bandes. Es
reicht aus, daß die Breite WB der hinteren Nase das 0,1 bis 0,8
fache der Schlitzbreite W beträgt. Der Metallschmelzenflecken
wird als Schmelzentropfen aufgrund der niedrigen Viskosität und
der hohen Oberflächenspannung der Schmelze ausgebildet und der
Teil der Schmelze, der mit der Abschreckfläche in Berührung
kommt, wird zu einem dünnen Band verfestigt.
Fig. 2 zeigt in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht
die Ausbildung eines Streifens aus geschmolzenem Metall, das
auf eine sich bewegende Abschreckfläche
von einer Düse gemäß DE 27 46 238 A1 aufgebracht wird. Dabei
stützt die
hintere Nase 25 die Metallschmelze über eine Pumpwirkung der
Schmelze, was zu einem konstanten Abziehen des verfestigten
Streifens 27 führt. Die Verfestigungsfront verfehlt offenbar
das Ende der vorderen Nase. Über der Verfestigungsfront bleibt
eine Masse aus geschmolzenem Metall. Wie es in Fig. 2 darge
stellt ist, ist die Stärke des erzeugten amorphen Metallbandes
nahezu gleich der Breite des Zwischenraumes zwischen der Ab
schreckfläche und der vorderen Nase. Die Breite W, WB und WF
des Schlitzes 233, der hinteren Nase und der vorderen Nase je
weils gemessen in Bewegungsrichtung der Abschreckfläche erfüllen
die Beziehungen 1,5 WF 3W und WB W. Bei diesem Verfahren
drücken die Nasen 25 und 26 den Metallschmelzenflecken 24 gegen
die Abschreckfläche, um stabil ein Metallband zu erhalten.
Wie es bei dem Ausführungsbeispiel in DE 27 46 238 A1 be
schrieben ist, wird ein amorphes Metallband mit einer Legierungs
zusammensetzung von Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆ und einer Stärke von 0,05 mm
aus einer Schmelze zwischen den Nasen und der Abschreckfläche
erhalten, wenn die Länge des Zwischenraumes zwischen der vorde
ren Nase und der Abschreckfläche 0,05 mm beträgt.
Bei der bekannten Vorrichtung wird eine Düse mit einer breiten
vorderen Nase, einer breiten hinteren Nase verglichen mit der
Schlitzbreite der Düsenöffnung verwandt. Dieses Verfahren wird
Planargießverfahren genannt. Untersuchungen haben jedoch erwie
sen, daß die Breite G des Zwischenraumes zwischen der Abschreck
fläche 101 und der vorderen Nase 96 vorzugsweise wenigstens 6mal
größer als die Stärke g des Bandes sein sollte. Die Länge des
Zwischenraumes zwischen der vorderen Nase und der Abschreckfläche
liegt vorzugsweise bei etwa 0,3 mm, wenn das amorphe Metallband
eine Stärke von 0,05 mm hat. Bei diesem Verfahren besteht ein
Zwischenraum zwischen der Unterfläche der breiten vorderen Nase
und der Abschreckfläche, an der Stelle, wo Schlacke 100 und klei
ne Metalltropfen 99 sitzen können. Diese Schlacke und diese Me
talltropfen neigen dazu, Kratzer oder Fehler, die der Schlacke
und den Tropfen entsprechen, auf der oberen Außenfläche des
amorphen Metallbandes zu erzeugen, oder die Bandoberfläche in
anderer Weise nachteilig zu beeinflussen. Manchmal wird durch
die Tropfen, die in den Zwischenraum zwischen der Walzenoberflä
che und der Düsennase eintreten, bei dem bekannten Verfahren
ein Bruch der Düse verursacht. Aufgrund der ungleichmäßigen
Höhe in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung der
Abschreckfläche durch Schlacke, die an der vorderen Nase haftet,
werden Kratzer erzeugt, die in Längsrichtung des Bandes auf der
oberen Außenfläche des Bandes verlaufen. Die Wahrscheinlichkeit
der Bildung von Kratzern nimmt merklich zu, wenn das erzeugte
Band dünner wird, da die Höhe des Metallschmelzenfleckens ver
glichen mit der Stärke des Metallbandes größer wird. Es hat sich
weiterhin herausgestellt, daß die Breite WF der Unterseite der
vorderen Nase gemessen in Bewegungsrichtung der Abschreckfläche
kleiner als die Schlitzbreite W des Schlitzes in der Düse sein
sollte, wobei insbesondere WF um das wenigstens 0,8fache kleiner
sein sollte als W, um Kratzer auf der oberen Außenfläche des Metall
bandes zu vermeiden. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung entstehen
an der Unterseite der vorderen Nase keine Tropfen.
Im folgenden werden Beispiele für den Einsatz der oben
beschriebenen Vorrichtung beschrieben.
Die Oberflächenrauhigkeit Rz eines amorphen Metallbandes mit
einer Breite von 20 mm, das mit der obigen Vorrichtung
erzeugt wurde, wurde gemessen, wobei mit
den folgenden Bedingungen gearbeitet wurde:
Breite des Zwischenraumes zwischen der vorderen Nase und der Abschreckfläche: 0,13 mm
Winkel zwischen dem Richtungsvektor der Bewegung der Wal zenfläche und dem Oberflächenvektor des Schlitzes: etwa 20°
Breite des Schlitzes: 0,63 mm
Breite der hinteren Nase: 1,8 mm
Breite des Zwischenraumes zwischen der vorderen Nase und der Abschreckfläche: 0,13 mm
Winkel zwischen dem Richtungsvektor der Bewegung der Wal zenfläche und dem Oberflächenvektor des Schlitzes: etwa 20°
Breite des Schlitzes: 0,63 mm
Breite der hinteren Nase: 1,8 mm
Es wurde die Oberflächenrauhigkeit eines amorphen Metallbandes
mit einer Breite von 20 mm gemessen. Die experimentiellen Er
gebnisse sind in Fig. 5 durch die Kurve A dargestellt. Wie es
in Fig. 5 dargestellt ist, wird die Oberflächenrauhigkeit Rz
nach der japanischen Industrienorm JIS BO 601-1970 kleiner, wenn
das Verhältnis WF/W kleiner als 1,5 wird. Die Nasenbreite wurde
in Bewegungsrichtung der Abschreckfläche gemessen.
Um die technischen Auswirkungen der beschriebenen Vorrichtung
zu untersuchen, wurde ein weiteres Experiment zum Herstellen
eines amorphen Metallbandes unter den folgenden Bedingungen
durchgeführt:
Breite des Zwischenraumes zwischen der Abschreckfläche und der vorderen Nase: 0,2 mm
Winkel zwischen dem Richtungsvektor der Bewegung der Walzen oberfläche und dem Oberflächenvektor des Schlitzes: etwa 20°
Breite des Schlitzes: 0,62 mm
Breite der hinteren Nase: 0,2 mm
Breite der vorderen Nase: 0,2 mm
Breite des Zwischenraumes zwischen der Abschreckfläche und der vorderen Nase: 0,2 mm
Winkel zwischen dem Richtungsvektor der Bewegung der Walzen oberfläche und dem Oberflächenvektor des Schlitzes: etwa 20°
Breite des Schlitzes: 0,62 mm
Breite der hinteren Nase: 0,2 mm
Breite der vorderen Nase: 0,2 mm
Die Breite des bei diesem Beispiel hergestellten amorphen Me
tallbandes betrug etwa 40 mm. Die experimentiellen Ergebnisse
sind durch die Kurve B in Fig. 5 dargestellt. Obwohl die Rau
higkeit Rz bei etwa 3,7 µm liegt, wenn WF/W gleich etwa 2,5 ist,
beträgt die Rauhigkeit Rz etwa 2,7 µm, wenn WF/W gleich etwa 0,35
ist.
Es wurden amorphe Metallbänder unter ähnlichen Bedingungen
wie Beispiel 2 hergestellt,
wobei eine Vorrichtung nach DE 27 46 238 A1 verwendet wurde,
bei der die den Schlitz umgebenden Nasen gemessen
in Richtung der Bewegung der Abschreckfläche relativ breit waren.
Der Arbeitsablauf wurde gefilmt, wobei es sich herausgestellt
hat, daß eine große Menge an Schlacke an der Nasenwand
haftete und einige Schmelzentropfen an der Unterfläche der Nase
saßen. Im Gegensatz dazu ergibt sich bei der oben beschriebenen
Vorrichtung keine Schlackenbildung an der Nasenwand und es haften
keine Tropfen an der Unterfläche der Nase.
Bei einem weiteren Durchlauf wurde in ähnlicher Weise wie beim
Beispiel 2 ein amorphes Metallband hergestellt.
Es wurden die folgenden unterschiedlichen experimentiellen Be
dingungen verwandt:
Breite des Zwischenraumes zwischen den Düsennasen und der Ab schreckfläche: etwa 0,3 mm
Stärke des Bandes: etwa 18 µm
Breite des Zwischenraumes zwischen den Düsennasen und der Ab schreckfläche: etwa 0,3 mm
Stärke des Bandes: etwa 18 µm
Bei diesem Durchlauf wurden amorphe Metallbänder ohne Kratzer
und ohne verfestigte Tropfen auf der oberen Außenfläche erzeugt.
Während des Gießens oder nach dem Gießen traten keine Brüche
der Düse auf.
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Herstellung von amorphem Metallbandmaterial
mit einer Düse (1) zum Extrudieren der Metallschmelze
(3) auf eine sich mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 50 m/s
bewegende Abschreckfläche (8), wobei die Düse (1) einen von
einer in Bewegungsrichtung der Abschreckfläche (8) vorderen
Lippe (6), einer hinteren Lippe (5) und Seitenwänden definierten
rechteckigen Schlitz (22) mit einer in Bewegungsrichtung
gemessenen Breite W zwischen 0,3 und 0,9 mm aufweist,
die Düse (1) in einem Abstand von 100 bis 600 µm von der Abschreckfläche
(8) angeordnet ist und die Zuführrichtung der
Metallschmelze (3) innerhalb der Düse (1) einen spitzen Winkel
mit der Bewegungsrichtung der Abschreckfläche (8) bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Metallbandmaterial
mit einer Dicke g von weniger als 30 µm der Abstand
G zwischen der Vorderkante der vorderen Lippe (6) und
der Abschreckfläche (8) im Verhältnis 3g ≦ 20 g zur
zur Materialdicke g und die Breite WF der vorderen Lippe (6) im
Verhältnis WF/W ≦ 0,8 zur Schlitzbreite W steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Winkel zwischen der Zuführrichtung der Metallschmelze (3)
und der Bewegungsrichtung der Abschreckfläche (8) etwa 70° be
trägt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß 0,1 W ≦ WF ≦ 0,5 W.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die in Bewegungsrichtung der Abschreckfläche
(8) gemessene Breite WB der hinteren Lippe (5) gemäß der Un
gleichung 0,1 W ≦ WB ≦ 0,8 W bemessen ist.
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---|---|---|---|
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