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Verfahren zur Herstellung von Verbundugsskörpern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbund gusskörpern aus voneinander verschiedenen Metallen.
Für die verschiedensten Verwendungszwecke werden Werkstoffe benötigt, die im wesentlichen aus einem Metall bestehen, das auf einer oder mehreren Seiten mit einer verhältnismässig dünnen Schicht eines andern Metalles mit besonderen Eigenschaften überzogen ist, z. B. einem Metall, das oxydations-
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die Oberfläche des Werkstoffes andere mechanische Eigenschaften als dasInnere aufweisen.
Es sind schon zahlreiche Verfahren zur Herstellung solcher Verbundmetalle aus zwei oder mehreren Metallen, insbesondere zwei verschiedenen Stahlarten bekannt. Beispielsweise werden Duplexbieche durch Zusammenwalzen von zwei verschiedenen, vorher einer komplizierten Beizbehandiung unterworfenen Ble-
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beiden Metallschichten und verhindern eine gutehaftungdein Grundmetall örtlich verflüssigt ist. Das durch Schweissen aufgetragene Metall haftet nach dem Abkühlen gut auf dem Grundmetall. Das Schweissverfahren ist aber nur örtlich anwendbar. Zwar gibt es Vorrichtungen zur Herstellung von Schweissnähten von mehreren Zentimetern Dicke, aber auch in diesem F al-
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Verbindung vonfesthaftend zu verbinden.
Es ist auch schon bekannt, eine Lotlegierung auf die zu verbindenden Oberflächen aufzutragen und die beiden Bleche unter Druck im Vakuum zu erhitzen, so dass die Lotlegierung schmilzt und die beiden
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teilen begrenzter Grösse beschränkt, ausserdem muss zum Verbinden der beiden Metallteile, z. B. zweier verschiedener Bleche immer ein drittes Metall verwendet werden,
Durch das erfindimgsgemässe Verfahren werden die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden und Verbundmetalle erhalten, bei denen die verschiedenen Metallschichten an ihrer ganzen Berührungsfläche fest aneinander haften.
Beim Verfahren gemäss der Erfindung wird an eine heisse feste oder flüssige Metallmasse, die von
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sind. Die verwendeten Schlacken müssen insbesondere bei der Arbeitstemperatur sehr flüssig sein und eine grosse Grenzflächenspannung gegenüber dem zu giessenden Metall haben.
Die im Schlackenbad befindliche-Metallmasse kann von einem früheren Guss durch eine Schlacke herrühren, in der Schlacke erstarrt sein oder in festem Zustand in den Behälter mit flüssiger Schlacke ein-
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Ist die Giessform eine Kokille, so wird ein Gussblock aus zwei oder mehr Schichten verschiedener Metalle erhalten.
Nachstehend wird die Erfindung der Einfachheit halber nur mit Bezug auf zwei Metalle beschrieben.
Wird unter dauerndem Schutz von Schlacke gemäss der Erfindung vergossen, so können sich zwischen den beiden Metallen keine Oxyde oder nichtmetallische Verbindungen bilden bzw. ansammeln, die die gute Haftfähigkeit der beiden Metalle stören, da die Verunreinigungen durch die Schlacke aufgelöst werden. Die Schlacke steigt infolge ihrer geringeren Dichte beim Giessen nach oben und sammelt sich entweder oben in der Kokille oder fliesst über den Kokillenrand ab. Bei diesem Verfahren ist eine satte Berührung der beiden Metallmassen auch während der Abkühlung und beim Erstarren der flüssigen Teile gesichert.
Damit sich die Oberflächen der beiden Metalle auch gut berühren, muss selbstverständlich die Bil-
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mieden werden, d. h. die Temperatur des in der Schlacke befindlichen Metalls muss beim Angiessen des zweiten Metalls so hoch sein, dass die Schlacke in Berührung mit dieser Metallmasse nicht erstarrt oder an ihrer Oberfläche haften bleibt.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist die im Schlackenbad befindliche
Metallmasse zum grössten Teil flüssig, wenn das andere Metall angegossen wird. In diesem Fall sind ge- wisse Regeln zu beachten, damit sich die Metalle nicht mischen und nur eine dünne Übergangszone zwi- schen den beiden Metallen entstehen kann. Zu diesemZweck dürfen die beiden Metalle nicht mischbar sein und müssen sich leicht und vollständig voneinander trennen. Vorzugsweise werden Metalle mit sehr unterschiedlichen Dichten verwendet und das leichtere Metall wird zuletzt gegossen. Ausserdem muss die obere Schicht so lange flüssig gehalten werden, bis die untere Schicht praktisch vollständig erstarrt ist.
Nach einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäss en Verfahrens ist die Oberfläche der im Schlakkenbad vorhandenen Metallmasse fest, wenn das zweite, flüssige Metall mit ihr in Berührung kommt. Die Giesstemperatur des zweiten Metalls muss genügend hochsein, damit die beidenMetalle gut aneinander haften. Wenn die Schmelztemperatur der festenMetallmasse über der Schmelztemperatur des anzugiessenden Metalls liegt, muss dieses nicht unbedingt auf die Schmelztemperatur der festen Metallmasse überhitzt werden.
Die Giesstemperatur wird jedoch zweckmässig in der Nähe des Schmelzpunktes des festen Metalls liegen.
Damit diese genügend hohe Temperatur eingehalten werden kann) oder die Schlacke überhitzt bleibt, ist es häufig notwendig, der Schlacke Wärme zuzuführen. Dies kann gemäss der franz. Patentschrift Nr. 1. 129. 599 durch den Zusatz von wärmebildenden Stoffen z. B. Aluminium oder Silizium, zur Schlacke erfolgen, der gleichzeitig in regelmässigen Abständen Eisen-ader Manganoxyde zugeführt werden. Es kann auch ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer in der Schlacke befindlichen Elektrode und einer zweiten Elektrode gezogen werden, die etwas über der Schlacke angeordnet ist, oder aber die Schlacke wird als elektrischer Widerstand geschaltet, indem zwei oder mehrere mit einer einphasigen oder dreiphasigen Stromquelle verbundene Elektroden in die Schlacke eingetaucht werden.
Schliesslich kann auch die Oberfläche der Schlacke durch eine auf sie gerichtete Flamme erhitzt werden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann in verschiedener Weise durchgeführt werden. Beispielsweise lassen sich Gussblöcke herstellen, die aus zwei oder mehr Schichten verschiedener Metalle bestehen und die direkt zu plattierten Blechen gewalzt werden können. Es lassen sich aber auch flache Stücke giessen, die aus zwei oder mehreren übereinander geschichteten Metallen bestehen. Weiterhin können Gussblöcke oder andere Gussstücke hergestellt werden, deren Kern aus einem Metall besteht, der mit einem zweiten Metall ummantelt ist
Nach einer besonders interessanten Ausführungsform werden flache, zusammengesetzte Gussblöcke hergestellt, die sich direkt zu Blechen walzen lassen, indem das zweite Metall an einen flachen, bereits gegossenen und in der Kokille erstarrten Gussblock gegossen wird.
Dazu wird eine Kokille mit grosser Oberfläche und geringer Höhe verwendet, in die die stark überhitzte Schlacke gegossen wird. Unmittelbar an- schliessend wird durch die Schlacke Metall in die Kokille gegossen und erstarren gelassen. Die Menge des in die Kokille gegossenen Metalls richtet sich nach. der gewünschten Dicke dieser Metallschicht Im fer- tigen Gussblock. Sobald das Metall erstarrtist, wird durch die darüber befindliche und gegebenenfalls aufgeheizte Schlacke hindurch ein zweites Metall gegossen. Die flüssige Schlacke läuft in dem Masse, indem das zweite Metall angegossen wird über eine Ablaufschnauze an der Kokille ab.
Nach dem Guss des zweiten Metalls soll sich jedoch über dem Verbundgussblock in der Kokille noch eine ausreichende Schlackenschicht befinden. Es wird dann ein flacher Verbundgussblock erhalten, der in keiner der beiden Schichten Lunker enthält. Auf diese Weise lassen sich Verbundgussblöcke auch aus drei oder mehr Schichten herstellen.
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Bei dieser Durchführungsart desVerfahrens ist naturgemäss derZeitpunkt des Angusses deszweiten Metalls von ausschlaggebender Bedeutung. Wird das zweite Metall vor der vollständigen Erstarrung des ersten Metalls angegossen, so würde dies darauf hinauslaufen, das zweite Metall in Berührung mit einer Flüssigkeit zu giessen und es müssten die oben angegebenen Bedingungen eingehalten werden. Ein zu langes Warten aber die Erstarrung des ersten Metalls hinaus, bedingt Zeitverluste und einen zusätzlichen Energieverbrauch für das Flüssighalten der Schlacke über dem zuerst gegossenen Metall. Zuweilen leidet dann auch die gute Haftfestigkeit der beiden Metalle aneinander. Zweckmässig wird deswegen angegossen, sobald das erste Metall gerade zu erstarren beginnt oder gerade erstarrt ist. Dieser Punkt lässt sich verhältnismässig leicht bestimmen, z.
B. nach den Angaben der franz. Patentschrift Nr. 1. 129. 601. Der Grad der Erstarrung lässt sich aber auch durch Sondieren mit einem feuerfesten Stab ermitteln, der in Schlacke und das flüssige Metall getaucht wird.
Zur Herstellung der flachen Verbund gussblöcke durch aufeinanderfolgendesGiessen verschiedener Metalle unter Schlacke können an sich bekannte Verfahren verwendet werden, nur sind zweckmässig einige Vorsichtsmassregeln zu beachten, damit der Giessstrahl des zweiten anzugiessenden Metalls nicht die Oberfläche des zuerst gegossenen und kaum erstarrten Metalls verletzt. Dies kann durch Dämpfen des Giessstrahls oder durch langsame gleichmässige Verteilung des anzugiessenden Metalls über die Oberfläche des vorhergehenden Metalls geschehen. Beispielsweise kann an einer Seite einer flachen Kokille als Dämpfer für den Giessstrahl einer Schwelle angeordnet werden, die das bereits gegossene Metall vor dem direkten Auftreffen des danach gegossenen Metalls schützt, wie es weiter unten noch näher beschrieben wird.
Bei rechteckigen Kokillen kann auch die das zweite Metall enthaltende Giesspfanne über die Kokille hinweggeführt werden, damit derGiessstrahl des zweiten Metalls nicht stets die gleiche Stelle der Schlackenoberfläche trifft.
Nach einer weiteren Durchführungsart wird in die Kokille ein vorher genügend überhitzter Gussblock gegeben und danach in die Kokille so viel überhitzte Schlacke gegossen, dass das feste Metallstück bedeckt ist. Anschliessend wird durch die flüssige Schlacke das zweite Metall gegossen. Die durch das Metall verdrängte Schlacke fliesst beispielsweise durch eine an der Kokille angeordnete Ablaufschnauze ab. Über den beiden Metallen muss nach dem Giessen aber wiederum eine ausreichende flüssige Schlackenschicht verbleiben. Nach dem Angiessen des zweiten Metalls wird erstarren gelassen, die Schlackenschicht aber bis zur Erstarrung des angegossenen Metalls flUssig gehalten, damit ein lunkerfreies Gussstück erhalten wird.
Das in die Kokille eingesetzte feste Metallstück kann ein noch nicht völlig abgekühlter Gussblock sein, der vorher in einer kleineren Kokille gegossen und aus dieser entnommen wurde. Die grosse Grundfläche dieses Gussblockes kann sich in der Angusskokille oben oder unten befinden, Es kann auch eine kleine, vorzugsweise dünnwandige Kokille mit der grossen Grundfläche nach unten in die grössere Angusskoldlle gegeben werden. In die kleine Kokille wird zunächst das erste Metall gegossen und die Kokille bei beginnender Erstarrung entfernt. Danach wird so lange flüssige Schlacke in die grosse Kokille gegossen, bis der kleine Gussblock bedeckt ist und anschliessend wird sofort das zweite Metall angegossen. Es kann auch die Schlacke in die grosse Angusskokille gegossen werden, bevor die kleine Kokille von dem Gussblock entfernt wurde.
Nach diesem Verfahren können Verbundgussblöcke hergestellt werden, die aus einem Metall bestehen, das auf einigen oder allen Seiten mit einem zweiten Metall überzogen ist. Der zuerst gegossene Gussblock kann die gleiche Länge haben wie der fertige Verbundgussblock nach dem Angiessen des zweiten Metalls oder abet auch kürzer oder länger sein. Der erste Gussblock kann auf den Boden der Angusskokille gelegt oder in der Angusskokille aufgehängt werden. le nach der gewählten Ausführungsform wird nur ein Teil der Oberfläche des ersten Metalls oder seine gesamte Oberfläche mit dem zweiten Metall bedeckt sein.
Die gemäss der Erfindung hergestellten Verbundgussstücke oder-blöcke weisen eine Übergangsschicht
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Metall auf ein noch flüssiges erstes Metall gegossen, so tritt an der Grenze der beiden Metalle eine geringe Vermischung ein. Bei richtiger Durchführung des Verfahrens ist die entstehende Übergangsschicht aber immer nur von geringer Dicke. Eine Beeinflussung der Eigenschaften der einen Schicht durch die angrenzende andere Schicht ist nicht zu befürchten, beispielsweise geht bei einem Verbundgussstück, das einerseits aus weichem Stahl und anderseits aus rostfreiem 18/8-Cr-Ni-Stahl besteht, weder Chrom noch Nickel in den weichen en Stahl über.
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Wird ein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt an ein Metall mit einem höheren Schmelzpunkt angegossen, dessen Oberfläche bereits erstarrt ist, so ist die Übergangsschicht nur sehr dünn.
Die gemäss der Erfindung nacheinander gegossenen metallischen Schichten haften sehr gut aneinan-
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dass ein Bruch oder Riss entlang der Grenzschicht eintritt.
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beispielsweise erläutert.
B eisp i el 1 : Es wird eine rechteckige Kokille gemäss den Fig. 1 und 2 verwendet. Die Kokille hat einenQuerschnitt von 1, 8 x 0,35 m und eine Höhe von 30 cm. Sie hat eine kurze senkrechte Seitenwand A an dem einen Ende und eine kurze geneigte Seitenwand P am andern Ende, wie Fig. 1 im Grundriss und Fig. 2 im Schnitt entlang der Linie XY zeigen. An der Längsseite der Kokille, in der Nähe der geneigten Wand B ist eine Schnauze D angeordnet, durch die überschüssige Schlacke abfliesst. In der Nähe der Ansatzlinie R der geneigten Seitenwand an dem Boden der Kokille ist parallel zur Linie R auf dem Boden der Kokille eine Schwelle S angeordnet, deren Höhe der Dicke des ersten Metalls entspricht und im Falle
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det, dient zur Dämpfung des Giessscahles.
Die Kokille wird zunächst mit einer auf 17000C überhitzten Schlacke folgender Zusammensetzung gefüllt :
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<tb> Kalk <SEP> 48%
<tb> Aluminiumoxyd <SEP> 37 <SEP> %
<tb> Kieselsäure <SEP> 15 <SEP> 11 <SEP> {0. <SEP>
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Unmittelbar anschliessend werden 100 kg welcher Stahl mit 17 Ufo Chrom in die Kokille gegossen.
Nach 4 Minuten werden weitere 500 kg gewöhnlicher weicher Stahl über den Giessdämpfer bei C vergossen. Danach wird bis zur vollständigen Erstarrung abkühlen gelassen. Es wird ein Gussblock aus einer 2 cm dicken Schicht aus Chromstahl und einer 10 cm dicken Schicht aus gewöhnlichem weichem Stahl erhalten. Die beiden Metallschichten sind. an der Grenzfläche vollständig zusammengeschweisst. Die Übergangsschicht zwischen den beiden Metallschichten ist, wie die mikroskopische Untersuchung eines Querschnitts durch den Gussblock ergab, weniger als 1 mm dick.
Bei anschliessend durchgeführten Formgebungsarbeiten haften die beiden Metallschichten fest aneinander.
Beispiel 2 : In eine Kokille wurden 500 kg weicher Stahl folgender Zusammensetzung steigend gegossen :
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<tb> C <SEP> 0,058%
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 250%
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 215 <SEP> eo. <SEP>
<tb>
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Schlacke folgender Zusammensetzung gegossen :
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<tb>
<tb> Kalk <SEP> 53 <SEP> %
<tb> Aluminiumoxyd <SEP> 39 <SEP> $
<tb> Kieselsäure <SEP> 7,8 <SEP> %
<tb> Eisenoxyd <SEP> 0,12%.
<tb>
Etwa :
fünf Minuten nachdem das Giessen des weichen Stahls beendet war, wurden fallend durch die
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<tb>
<tb> Zusammensetzung <SEP> gegossen:c <SEP> 0, <SEP> 08%
<tb> 51 <SEP> 0, <SEP> 53 <SEP> ufo <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0,43 <SEP> %
<tb> Cr <SEP> 16,7 <SEP> ufo.
<tb>
Die Haftfestigkeit der beiden Schichten nach dem Erkalten des Gussblockes ist ausgezeichnet und auch beim Walzen des Gussblockes sind keinerlei Anzeichen für eine Abnena. TtCg zu beobachten.