Verwendung von Kupferlegierungen für Kühlpressplatten

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf den Einsatz bestimmter Legierungen für Kühlpreßplatten in Einrichtungen für die Wärmebehandlung von Stahlteilen, insbesondere für die Härtung.

[0002] Die Erfindung bezieht sich dabei auch auf Vorrichtungen zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Härten von Stahlteilen mittels eines Rollenofens, dessen Rollenbahn bis in die Kühlzone führt, in der die Stahlteile zwischen den Kühlpreßplatten mit der gewünschten Abkühlungscharakteristik abgekühlt werden, wobei auch Stahlteile mit geringer Dicke und großen Längsabmessungen rasch abgekühlt werden können.

[0003] In der Vergangenheit ist bereits vorgeschlagen worden (HTM Härterei - Technische Mitteilungen, Bd 45, Nr. 6, Dezember 1990, München, S. 325-329), beim Wärmebehandeln von Stählen Rollenöfen einzusetzen, an deren Ausgangsseite Preß- und Spanneinrichtungen vorgesehen sind, die den Stahlteil während des Abkühlvorganges fest einspannen können. Es geht hier insbesondere um das Härten von besonders kritischen Werkstücken, beispielsweise Kreissägeblättern im Durchmesser von mehr als 30 cm oder aber Sägeblättern in Längserstreckungen über 1, 2 oder gar 3 m. Hier ist es zunächst von besonderer Bedeutung, den Erwärmungsvorgang so gleichmäßig wie möglich durchzuführen und direkt anschließend die gezielte Abkühlung durchzuführen, wobei durch die Kühlpreßplatten auch noch erreicht werden soll, daß sich diese besonders kritischen Werkstücke nicht verziehen können.

[0004] Bislang sind die Kühlpreßplatten aus Stahl hergestellt worden, allein aus der Überlegung heraus, daß die Werkstücke vor der Wärmebehandlung Temperaturen im Bereich von 1000°C haben und daß für diesen Bereich nur Stahlwerkstoffe zur Verfügung stehen, die die mechanischen und die thermischen Anforderungen bewältigen können. Die Stahlplatten selbst sind dabei so ausgestaltet, daß sie über ein Kühlsystem gekühlt werden können, damit die von den heißen Werkstücken übernommene Wärme rasch abgeführt werden kann. Hierbei stellt die relativ geringe thermische Leitfähigkeit von Stahl ein Problem dar.

[0005] Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat zunächst einmal erkannt, daß Stahl nicht der geeignete Werkstoff ist, um von den heißen Werkstücken relativ schnell eine große Wärmemenge abzunehmen und diese Wärmemenge dann auch noch über die Kühleinrichtungen abzuführen, damit die Kühlpreßplatte so schnell wie möglich für den nächsten Arbeitsvorgang auf niedriger Temperatur wieder zur Verfügung steht.

[0006] Diejenigen Werkstoffe, die über deutlich bessere thermische Leitfähigkeiten als Stahl verfügen, haben jedoch den Nachteil, daß sie wegen ihrer geringen Wärmestandfestigkeit und Verschleißfestigkeit nicht eingesetzt werden können. Wegen der relativ geringen thermischen Belastbarkeit scheidet beispielsweise Aluminium aus. Kupfer oder Kupferlegierungen wären schon besser einsetzbar, fast alle haben jedoch den Nachteil, daß sie im Laufe ständiger thermischer Wechselbeanspruchung ihre Festigkeit verlieren, also nur eine geringe Anlaßbeständigkeit haben, so daß nur geringe Standzeiten von derartigen Kühlpreßplatten erreicht werden können.

[0007] Schließlich kommt noch hinzu, daß bei der Wahl des geeigneten Werkstoffes auch berücksichtigt werden muß, daß die Kühlpreßplatten mit einer Kühleinrichtung ausgestattet werden müssen. Dies bedeutet, daß deren Material mit vertretbarem Aufwand bearbeitbar sein muß, um die erforderlichen Kühlkanäle ausbilden zu können.

[0008] Gemäß der Erfindung sind nun Kupfer- und Kupferknetlegierungen gefunden worden, die für den hier vorgesehenen Einsatzzweck in allen ihren Eigenschaften brauchbar sind. Sie haben ein hinreichend großes thermisches Speichervermögen, so daß im ersten Moment bei der Berührung der Kühlpreßplatte mit dem heißen Werkstück eine relativ große Energiemenge pro Fläche aufgenommen werden kann, die dann über die Kühleinrichtung abgeführt wird. Die Legierungen nach der Erfindung haben weiterhin den Vorteil, daß sie eine wesentlich höhere thermische Leitfähigkeit als die bislang verwendeten Stahlwerkstoffe haben. Sie lassen sich auch mit vertretbarem Aufwand bearbeiten, so daß die Herstellung der Kühlkanäle problemlos bewältigt werden kann. Schließlich haben sie eine solche Härte bzw. Festigkeit, daß selbst höhere Drücke beim Kühlpreßvorgang und im Kühlkreislauf bewältigt werden können.

[0009] In der Tabelle sind einige typische Zusammensetzungen für derartige Legierungen zusammengestellt worden.

[0010] Eine besonders bevorzugte Kühlpreßplatte gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie im Vergleich zu den bisherigen Kühlpreßplatten eine wesentlich größere Dicke aufweist, insbesondere eine Dicke im Bereich von 20 mm. Die bislang eingesetzten Stahlplatten konnten nur bis zu einer Dicke von 8 mm ausgeführt werden. Bei einer Kühlpreßplatte mit 20 mm Dicke kann aufgrund der Wärmespeicherfähigkeit und der thermischen Leitfähigkeit erreicht werden, daß an der Oberfläche der Kühlpreßplatte lediglich eine Temperatur von ca. 200°C auftritt, wenngleich die Kühlpreßplatte mit einem Werkstück in Berührung kommt, das beispielsweise eine Temperatur von 1000°C hat.

[0011] Gemäß der Erfindung sind solche Kupfer-Legierungen ausgewählt worden, die nach DIN im Bereich mit dem Werkstoff Nr. 2.1200 bis 2.1300 klassifiziert sind, also etwa 2.1285 und 2.1247, und zwar solche, die eine Brinellhärte von etwa 250 in N/mm² bis zu Temperaturen von 500°C und Wärmeleitfähigkeiten von 150 bis 250 W/m·K bei 20°C haben. Dies ist der optimale Bereich für die Kupferlegierungen gemäß der Erfindung. Zum Vergleich eine Tabelle mit den entsprechenden Werten für Ferritischen Stahl und Elektrolytkupfer.

	Brinellhärte (HB10) in N/mm2 bei 20°C	Brinellhärte (HB10) in N/mm2 bei 500°C	Wärmeleitfähigkeit in W/m × K bei 20°C
Kupferlegierungen gemäß der Erfindung	150 ... 350	250	100 ... 350
bevorzugte Kupferlegierungen gemäß der Erfindung	230 ... 280	250	100 ... 250
	insbes. 250	250	220
Ferritischer Stahl	200 ... 450	150 ... 300	20
Elektrolytkupfer	90	50	400

Ansprüche

1. Anwendung von Kupferlegierungen für Kühlpreßplatten in Einrichtungen für die Wärmebehandlung von Stahlteilen mittels eines Rollenofens, dessen Rollenbahn zu einer Kühlzone führt, in der die Stahlteile mit der gewünschten Abkühlungscharakteristik abgekühlt werden, mit Brinellhärten (HB10 in N/mm² bei 20°C) im Bereich von 150 bis 350, vorzugsweise 230 bis 280 und insbesondere vorzugsweise 250 und Wärmeleitfähigkeiten (in W/m·K bei 500°C) von 100 bis 250 und vorzugsweise 220.