<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur innigen Befestigung eines Körpers aus niedrigsehmelzendem Metall an einem Körper aus einem schwerer schmelzenden Metall.
Verfahren zur innigen Befestigung einer aus einer Kupferlegierung bestehenden Lagerschale an einem sie versteifenden Eisen-oder Stahlmantel sind bekannt. Man hat zunächst versucht, die beiden Körper durch Lötung zu verbinden ; es ergab sich jedoch, dass eine vollkommene Lötschicht über die gesamte, zu verbindende Oberfläche nicht erzielt werden konnte, so dass man zu dem Hilfsmittel einer siebartigen Ausbildung des versteifenden Eisen-oder Stahlmantels griff. Dessen Festigkeit wurde hiedurch so herabgesetzt, dass zu seinem Aufbau legierte Stähle verwandt werden mussten, so dass das Befestigungsverfahren unwirtschnftlich wurde.
Ebenso unwirtschaftlich war das Verfahren, den Rotguss oder die Bronze zu überhitzen. um hierauf das überhitzte Metall in den Stahlmantel einzugiessen ; um eine einigermassen haltbare Verbindung zu erzielen, musste etwa die vierfache Menge des Metalls überhitzt werden, das im erstarrten Zustand die Rotguss-oder Bronzeschale bildete. Man hat weiter Stahllamellen ähnlich Kernstützen in das Rotguss-oder Bronzefutter eingebettet ; die Verbindung war jedoch äusserst minderwertig, weil jede Massnahme fehlte, um eine innige Verbindung sicherzustellen.
Man hat schliesslich die fertig vorgebildete Rotguss-oder Bronzeschale mit Stahlguss umgossen ; es trat zwar die erstrebte, innige Verbindung, aber gleichzeitig auch eine Verschweissung der beiden Körper ein, welche der Trennung Schwierigkeiten machte, wenn diese nach Verbrauch der Lagerschale zur Verwertung des Altmetalls durchgeführt werden sollte.
Alle Schwierigkeiten der bekannten Verfahren beseitigt das erfindungsgemäss vorgeschlagene, nach dem der Stahlmantel, also der Körper aus dem schwerer schmelzenden Metall, vor dem Einguss des geschmolzenen Rotgusses oder einer andern geschmolzenen Kupferlegierung, also vor dem Einguss des geschmolzenen Körpers leichterer Schmelzbarkeit, so hoch aufgeheizt wird, dass die Ausdehnung einer Längeneinheit gleich dem Mass ist, um das die Längeneinheit des geschmolzenen Körpers aus dem Metall leichterer Schmelzbarkeit beim Erstarren schwindet, wobei die Grenze der Aufheizung des schwerer schmelzbaren Körpers dadurch gegeben ist, dass die sich nach dem Temperaturausgleich einstellende Temperatur des schwerer schmelzbaren Körpers unter der Temperatur liegt, bei der eine Unstetigkeit in der Zu-bzw. Abnahme seiner Ausdehnung in Abhängigkeit von der Temperatur auftritt.
Es ist nämlich bekannt, dass sich beispielsweise ein hochaufgeheizter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0'5% gleichmässig von seinem Schmelzpunkt bis zu einer Temperatur von 7000 zusammenzieht. Bei 700 hört die Proportionalität zwischen Abkühlung und Zusammenziehung plötzlich auf, der Stahl dehnt sich sprungartig etwas aus, worauf bei weiterer Abkühlung wieder ein mit der Abkiihlung proportionales Zusammenziehen eintritt. Diese Unstetigkeit in der Abkühlung entspricht dem sogenannten Haltepunkt, bei dem bei Stahl die Umwandlung des Alpha-bzw. Betha-Eisens in Gamma-Eisen eintritt.
Würde man diese Kupferlegierung in einen Stahl eingiessen, der weit über 7000 erhitzt ist, so würde sich beim Haltepunkt der innige Zusammenhang zwischen Stahlmantel und Kupferlegierung dadurch lösen, dass sich der Stahl plötzlich sprungartig ausdehnt und erst bei weiterer Abkühlung sich wieder zusammenzieht. Durch diese plötzliche Ausdehnung hebt er sich von der Kupferlegierung ab, ohne dass eine Möglichkeit besteht, dass der bei der Abhebung entstandene Zwischenraum zwischen Stahlmantel und Kupferlegierung
<Desc/Clms Page number 2>
durch das weitere gleichartige Zusammenziehen aufgehoben wird.
Die Temperatur, auf die der Körper schwerer Schmelzbarkeit aufgeheizt werden muss, errechnet sich dabei aus der Beziehung :
EMI2.1
wobei a ein von der Temperatur linear abhängiger b ein vom Quadrat der Temperatur abhängiger Beiwert cl das Schwindmass des Metalles leichterer Schmelzbarkeit ist.
Für Bronze beträgt beispielsweise die Konstante cl etwa 1/63, während für Stahlguss der Wert a = 0-000014, der Wert b = 0'000 000 00858 ist. Mit diesen Werten muss etwa eine Temperaturerhöhung des Stahlmantels auf etwa 7000 vorgenommen werden, damit. sich bei Einguss der Kupferlegierung Bronze eine innige Verbindung zwischen Stahlmantel einerseits, Lagerschale andrerseits einstellt, die auch erhöhten Temperaturen gegenüber, wie sie beispielsweise beim Heisslauf auftreten, standhält.
Ergibt sich aus der genannten Beziehung eine Temperatur, auf die der Körper schwerer Schmelzbarkeit aufgeheizt werden muss, die höher liegt wie die Temperatur, bei der der Haltepunkt eintritt, so hat man es in der Hand, dem Körper schwerer Schmelzbarkeit Legierungsbestandteile zuzuführen, die zu einer Verschiebung des Haltepunktes oberhalb der errechneten Temperatur führen. Nimmt man beispielsweise an, es hätte sich nicht eine Temperatur 700 , sondern eine Temperatur von 7500 ergeben, so kann man den Haltepunkt dadurch nach oben verschieben, dass man den Kohlenstoffgehalt des Stahles etwas verringert.
So liegt beispielsweise der Haltepunkt bei reinem Eisen, also mit einem Kohlenstoffgehalt von O/o, bei 900 , so dass durch eine Variierung des Kohlen- stoffgehaltes zwischen 0 und 0'5% jeder beliebige Haltepunkt zwischen 700 und 900 eingestellt werden kann. Weitere Variationen sind durch qualitative und quantitative Änderungen der Legierungsbestandteile herbeizuführen.
Die Zeichnung zeigt die Ausbildung der Einrichtung, um nach dem erfindungsgemässen Verfahren zwei Stahlmäntel gleichzeitig mit dem Bronzeeinguss versehen zu können.
Fig. 1 stellt einen Längsschnitt und Fig. 2 einen waagrechten Querschnitt nach Linie IZ-II durch die Giesseinrichtung dar.
In beiden Abbildungen sind mit 1 und 2 zwei Stahlmäntel bezeichnet, die nach Erhitzung auf etwa 700 mit einem Kern 3 zu einer Einrichtung vereinigt werden, wie sie die Abbildungen zeigen. Durch geeignete Mittel werden die Teile 1, 2, 3 während des Gussvorganges zusammengehalten. Der Kern 3 weist in der Mitte einen Eingusstrichter 4 auf, der an seinem unteren Ende über Gusskanäle 5 mit dem Hohlraum zwischen Kern 3 und den Stahlmänteln 1 und 2 in Verbindung steht. Über Eingusstrichter 4 wird unmittelbar nach Herausnahme der Stahlmäntel 1 und 2 aus der Aufheizvorrichtung und unmittelbar nach Zusammenstellung zur Einrichtung nach den Abbildungen die giessfertige Bronze eingegossen.
Diese bildet das Bronzefutter 6, das beim Erstarren denselben Raum einnimmt, wie er zwischen den erkalteten Stahlmänteln und dem Kern freigelassen wird. Durch Anordnung von Haftflächen aller Art kann die Verklammerung, die unter dem Einfluss der Schwind-und Schrumpfdrücke zwischen den Stahlmänteln 1 und 2 einerseits, dem Bronzefutter 6 andrerseits eintritt, noch vergrössert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur innigen Befestigung eines Körpers aus niedrigschmelzendem Metall, beispielsweise einer Lagerschale aus einer Kupferlegierung, an einem Körper aus einem schwerer schmelzenden Metall, beispielsweise einem die Lagerschale versteifenden Eisen-oder Stahlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper aus dem schwerer schmelzenden Metall vor dem Einguss des geschmolzenen Körpers leichterer Schmelzbarkeit so hoch aufgeheizt wird, dass die Ausdehnung einer Längeneinheit gleich dem Mass ist, um das die Längeneinheit des geschmolzenen Körpers aus dem Metall leichterer Schmelzbarkeit beim Erstarren schwindet, wobei die Grenze der Aufheizung des schwerer schmelzbaren Körpers dadurch gegeben ist,
dass die sich nach dem Temperaturausgleich einstellende Temperatur des schwerer schmelzbaren Körpers unter der Temperatur liegt, bei der eine Unstetigkeit in der Zu-bzw. Abnahme seiner Ausdehnung in Abhängigkeit von der Temperatur auftritt.
<Desc / Clms Page number 1>
Method of intimately attaching a body of low-melting metal to a body of a refractory metal.
Methods for the intimate fastening of a bearing shell made of a copper alloy to an iron or steel jacket that stiffens it are known. At first an attempt was made to connect the two bodies by soldering; However, it turned out that a complete soldering layer over the entire surface to be connected could not be achieved, so that one resorted to the aid of a sieve-like construction of the stiffening iron or steel jacket. As a result, its strength was so reduced that alloyed steels had to be used for its construction, so that the fastening method became inefficient.
The process of overheating the gunmetal or bronze was just as uneconomical. to pour the overheated metal into the steel jacket; In order to achieve a reasonably durable connection, about four times the amount of the metal had to be overheated, which in the solidified state formed the gunmetal or bronze bowl. Steel lamellas were also embedded in the gunmetal or bronze lining similar to core supports; the connection, however, was extremely inferior because every measure was lacking to ensure an intimate connection.
The finished, pre-formed gunmetal or bronze bowl has finally been cast around it with cast steel; The intimate connection sought, but at the same time the two bodies were welded together, which made the separation difficult if this was to be carried out after the bearing shell had been used up to recycle the scrap metal.
All the difficulties of the known methods are eliminated by the proposed method according to the invention, according to which the steel jacket, i.e. the body made of the heavier melting metal, is heated to such a high level before the molten gunmetal or another molten copper alloy is poured in, i.e. before the molten body is poured in, which is easier to melt that the expansion of a unit of length is equal to the amount by which the unit of length of the molten body of the metal of easier fusibility shrinks during solidification, the limit of the heating of the less fusible body being given by the fact that the temperature of the heavier one is set after the temperature equalization fusible body is below the temperature at which a discontinuity in the supply or. Decrease in its expansion occurs as a function of temperature.
It is known that, for example, a highly heated steel with a carbon content of 0.5% contracts evenly from its melting point to a temperature of 7000. At 700 the proportionality between cooling and contraction suddenly ceases, the steel expands abruptly somewhat, whereupon with further cooling a contraction occurs again proportional to the cooling. This discontinuity in the cooling corresponds to the so-called breakpoint, at which the conversion of the alpha resp. Betha iron enters gamma iron.
If this copper alloy were to be poured into a steel that is heated to well over 7000, the intimate connection between the steel jacket and the copper alloy would loosen at the break point because the steel suddenly expands and only contracts again when it cools down further. As a result of this sudden expansion, it stands out from the copper alloy, without there being any possibility of the gap between the steel jacket and the copper alloy created during the lift-off
<Desc / Clms Page number 2>
is canceled by the further similar contraction.
The temperature to which the body, which is difficult to melt, has to be heated is calculated from the relationship:
EMI2.1
where a is a linearly dependent on the temperature b a dependent on the square of the temperature coefficient cl is the shrinkage of the metal easier to melt.
For bronze, for example, the constant cl is about 1/63, while for cast steel the value a = 0-000014 and the value b = 0,000 000 00858. With these values, the temperature of the steel jacket must be increased to about 7000 so that. When the copper alloy bronze is poured in, an intimate connection is established between the steel jacket on the one hand and the bearing shell on the other hand, which can also withstand elevated temperatures, such as those that occur during hot running, for example.
If the above relationship results in a temperature to which the body with difficult fusibility must be heated, which is higher than the temperature at which the break point occurs, then it is in the hand of adding alloy components to the body with difficult fusibility that lead to a Shift the stopping point above the calculated temperature. If one assumes, for example, that the result was not a temperature of 700 but a temperature of 7500, the stopping point can be shifted up by reducing the carbon content of the steel somewhat.
For example, the stopping point for pure iron, i.e. with a carbon content of 0 / o, is 900, so that any stopping point between 700 and 900 can be set by varying the carbon content between 0 and 0.5%. Further variations can be brought about by qualitative and quantitative changes in the alloy components.
The drawing shows the design of the device in order to be able to provide two steel jackets with the bronze sprue at the same time using the inventive method.
Fig. 1 shows a longitudinal section and Fig. 2 shows a horizontal cross section along line IZ-II through the casting device.
In both figures, 1 and 2 denote two steel jackets which, after being heated to around 700, are combined with a core 3 to form a device, as shown in the figures. The parts 1, 2, 3 are held together during the casting process by suitable means. The core 3 has a pouring funnel 4 in the middle, which is connected at its lower end to the cavity between the core 3 and the steel jackets 1 and 2 via casting channels 5. The ready-to-cast bronze is poured in via pouring funnel 4 immediately after the steel jackets 1 and 2 have been removed from the heating device and immediately after they have been assembled for the device according to the figures.
This forms the bronze lining 6 which, when solidifying, takes up the same space as is left free between the cooled steel jackets and the core. By arranging adhesive surfaces of all kinds, the clamping which occurs under the influence of the shrinkage and shrinkage pressures between the steel jackets 1 and 2 on the one hand and the bronze lining 6 on the other hand can be further increased.
PATENT CLAIMS:
1. A method for the intimate attachment of a body made of low-melting metal, for example a bearing shell made of a copper alloy, to a body made of a metal that melts more heavily, for example an iron or steel body stiffening the bearing shell, characterized in that the body made of the higher-melting metal the pouring of the molten body of easier meltability is heated so high that the expansion of a unit length is equal to the extent by which the length unit of the molten body of the easier meltable metal shrinks during solidification, whereby the limit of the heating of the more difficult to melt body is given ,
that the temperature of the body which is more difficult to melt after the temperature equalization is below the temperature at which there is a discontinuity in the inlet or outlet. Decrease in its expansion occurs as a function of temperature.