DE1121900B

DE1121900B - Verfahren und Vorrichtung zum Aufschmelzen von auf metallischen Werkstuecken aufgebrachten Metallueberzuegen

Info

Publication number: DE1121900B
Application number: DEL29282A
Authority: DE
Inventors: Hans Leistner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-12-13
Filing date: 1957-12-13
Publication date: 1962-01-11

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Aufschmelzen von auf metallischen Werkstücken aufgebrachten Metallüberzügen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufschmelzen von auf metallischen Werkstücken von hinsichtlich Durchmesser bzw. Breite verhältnismäßig großer Längenausdehnung und insbesondere runden Werkstücken aufgebrachten metallischen Überzügen unter Erhitzung mittels Gasflammen.
Das Aufschmelzen metallischer Oberflächenschichten durch Behandlung eines vorher aufgebrachten Überzuges mit Gasflammen oder gleichzeitige Aufspritzung und Erhitzung ist bekannt. Man hat auch zur Herstellung eines für die Weiterverarbeitung durch Warmformgebung bestimmten Halbzeugs, bei dem Trägerwerkstoff und Auflage nahe beieinanderliegende Schmelzpunkte haben, die Auflage in zerkleinerter Form lose auf den Trägerwerkstoff aufgebracht und auf diesem kontinuierlich von einem zum anderen Ende fortschreitend induktiv niedergeschmolzen, wobei das Wechselfeld von der Auflageseite her wirkt. Hierbei wurde bisher bei waagerechter Anordnung der zu behandelnden Flächen gearbeitet, da in jeder anderen Lage das schmelzflüssig gewordene, vorher aufgebrachte überzugsmaterial abtropft oder zumindest absackt. Eine erhebliche Gefahr ist ferner das Verziehen bzw. Durchbiegen des Werkstückes während der Erhitzung, das in vielen Fällen unbedingt vermieden werden muß. Das gilt z. B. besonders beim Aufschmelzen von runden Werkstücken, wie Wellen, Walzen usw. Schließlich ist auch das Aufschmelzen von Werkstücken mittels Hoch- oder Mittelfrequenzbeheizung bekannt, aber die hierzu verwendeten bekannten Vorrichtungen sind außerordentlich kostspielig.
Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten dadurch, daß die zu behandelnde Werkstückfläche in im wesentlichen senkrechter Lage auf ihrer gesamten Breite in einer stetig vertikal, vorzugsweise von unten nach oben, verschobenen Zone geringer vertikaler Ausdehnung durch die an sich bekannte Gasbeheizung in den schmelzflüssigen Zustand übergeführt, gleichzeitig in im wesentlichen der gleichen Zone der Einwirkung eines mitwandernden Magnetfeldes unterwerfen und unterhalb der Erhitzungszone in an sich bekannter Weise gekühlt wird, wobei Erstarrung eintritt. Vorzugsweise wird das mit der Erhitzungszone mitwandernde Magnetfeld in der gesamten Erhitzungszone und in einem sich unterhalb derselben erstreckenden Bereich zur Anwendung gebracht.
Magnetfelder sind in der Metallurgie schon angewendet worden. Sie treten stets bei der Induktivbeheizung auf. Weiter sind auf dem Gebiete der Metallgewinnung Versuche angestellt worden, zum tiegellosen Erschmelzen von ungewöhnlich sauerstoffempfindlichen Metallen, wie Titan, das Material im Hochvakuum zwischen zwei übereinanderliegenden, mit einem kräftigen Wechselstrom gespeisten Spulen durch die Magnetfeld- und sich ergebende Wirbelstromwirkung induktiv zu erschmelzen und gleichzeitig in Form einer Kugel freischwebend im Raum zu halten, von der die Schmelze in einem Stahl unter Erstarrung zu einem Draht abfließen kann. Dieses Verfahren wird angewandt, um, jede Berührung des geschmolzenen Gutes mit anderen Stoffen zu vermeiden.
Die Erfindung wendet dagegen ein Magnetfeld mit an, um das Oberflächenmaterial gegen ein Absacken am Werkstück zu halten und unter Anwendung der billigen Gasbeheizung das Aufschmelzen insbesondere runder Werkstücke zu ermöglichen. Sie ermöglicht dieses Aufschmelzen durch die Gasflammenbeheizung des Werkstückes in im wesentlichen senkrechter Lage unter gleichzeitiger Einwirkung des mit der Erhitzungszone mitwandernden Magnetfeldes, das in gleicher Höhe der Erhitzungszone bzw. auch unterhalb derselben einwirkt und die verflüssigte Oberflächenschicht gegen ein Absacken hält, wobei Verziehungen u. dgl. des Werkstückes völlig vermieden werden. Wenn eine besonders starke Festhaltung des schmelzflüssigen überzugsmaterials gewünscht wird oder erforderlich erscheint, z. B. wenn die Abkühlung nicht unmittelbar an die Erhitzungszone anschließend, sondern erst später, gegebenenfalls mit vom schmelzflüssigen Zustand bis zur Erstarrung allmählich abnehmender Temperatur erfolgen soll, können die Kühl- und Heizelemente in entsprechender Weise auseinandergezogen werden. Dabei kann man, wenn dies erforderlich erscheint, mittels mehrerer Magnetwicklungen dem Magnetfeld die jeweils erforderliche vertikale Ausdehnung geben.
Bei Anwendung eines Magnetwechselfeldes und eines auf die Oberflächenschicht einwirkenden Vibrators wird zusätzlich ein wertvoller Effekt erzielt: Die Teilchen der aufgeschmolzenen Oberflächenschicht werden durchmischt. Hierdurch ergibt sich außer einer hervorragenden Durchmischung gleichzeitig eine Ausscheidung der Verunreinigungen (wie Flußmittelreste, Oxydeinschlüsse), und schließlich wird ein dichteres (porenfreies) Gefüge der Oberflächenschicht erhalten. Es genügt vollauf, die Magnetwicklungen beispielsweise mit der von den üblichen und mit geringen Kosten zur Verfügung stehenden Schweißtransformatoren gelieferten Frequenz zu speisen.
Die Erfindung ermöglicht es erstmals mit einfachen Mitteln, das Aufschmelzen der Oberfläche durch Gasbeheizung bei senkrechter Lage der Behandlungsfläche durchzuführen und dadurch die bisher schwer vermeidbaren Durchbiegungen und Verziehungen des Werkstückes zu vermeiden. Andererseits ergibt sich dadurch gleichzeitig eine Oberflächenschicht erheblich verbesserter Qualität. Außerdem können bei der erfindungsgemäßen Behandlung mit geringeren Kosten wesentlich stärkere Oberflächenschichten als bisher, nämlich von Millimeterstärke, aufgebracht werden. Die Erfindung ermöglicht z. B. die Aufbringung der bekannten Chrom-Nickel-Legierung der Type 12-C in größerer Schichtstärke von z. B. 1 mm und mehr bei senkrechter Werkstücklage.
Besonders gut eignet sich die Erfindung zum Aufschmelzen der Außen- und auch Innenflächen runder, gegebenenfalls hohler Werkstücke, die eine im Verhältnis zu ihrem Durchmesser große Längenausdehnung besitzen. Das Werkstück wird hierzu in der aus der Härtereitechnik bekannten Weise senkrecht gelagert, insbesondere zwischen Körnerspitzen in Umdrehung versetzt. Seine Oberfläche wird mit einem wassergekühlten Brenner (der nach Wunsch als Ring-oder Flächendüse ausgebildet ist) auf Schmelztemperatur gebracht. Besonders gute Ergebnisse, insbesondere eine absolut gleichmäßige Behandlung der Oberflächenschicht, werden durch die Rotation des Werkstückes erzielt. Der Überzug wird dabei z. B. homogener, blasen- und flußmittelfreier und weist eine bessere Materialverteilung auf. Beim Aufschmelzen der Innenflächen von Rohren oder Zylindern erfolgt die erfindungsgemäße Behandlung von der Außenseite, bei kompakten Werkstücken gegebenenfalls auch zusätzlich von der Innenseite her. Besonders günstig ist hierbei, daß sich das schmelzflüssige überzugsmaterial durch die Wirkung der Zentrifugalkraft an die Innenfläche anpreßt und ein Eindiffundieren in das Material des Werkstückes gefördert wird. Die Temperatur kann dabei lichtelektrisch überwacht werden, wobei die Meßelemente im Inneren des Werkstückes zusammen mit der Verschiebung der Erhitzungszone nach oben mitwandern.
In der Zeichnung ist zur Erläuterung schematisch eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Behandlung runder, in Umdrehung versetzter Werkstücke dargestellt.
Die zu behandelnde Walze 1 ist zwischen den Körnerspitzen 2, 3 zentriert und gelagert, deren untere 3 von einem Motor 4 angetrieben wird und die Walze in Umdrehung versetzt. Im Ständer des Maschinenrahmens ist auf- und abgleitend der Support 5 angeordnet, dessen Antrieb über (nicht eingezeichnete) bekannte Mittel erfolgt. Der Support 5 trägt die Brennerdüsen 6, die mit den üblichen Gasen gespeist werden können und so angeordnet sind, daß die Flammen auf die Oberfläche bzw. auf den Metallüberzug der Walze auftreffen.
Der Support 5 trägt ferner einen Halter 7, der um die Walze herum zu der dem Brenner gegenüberliegenden Seite führt und hier die schematisch dargestellte Magnetwicklung 8 trägt, die sich über einen Teil des Werkstückumfanges erstreckt. Unterhalb des Halters 7 für die Magnetwicklung 8 ist ein weiterer Halter 9 vorgesehen, der die Walze ringförmig umgibt und bei 10 zum Herausnehmen des Werkstückes aufklappbar ist. Der Ringteil dieses Halters ist innen mit Kühlmittelauslässen versehen, die das austretende Kühlmittel, z. B. Wasser, auf die Walzenoberfläche richten. Die Halter 9, 10 können auch zu einem einzigen Halter vereinigt sein.
Die Zufuhr von Gas und Kühlmittel bzw. die Stromzufuhr zum Support erfolgt z. B. über flexible Leitungen 11, 12, 13. Der Abstand zwischen Haltern und Werkstückfläche ist vorzugsweise regelbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Aufschmelzen von auf metallischen Werkstücken von hinsichtlich Breite bzw. Durchmesser verhältnismäßig großer Länge, insbesondere zylindrischen und gegebenenfalls hohen Werkstücken, aufgebrachten Metallüberzügen unter fortschreitender Überführung des Überzugs in den schmelzflüssigen Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Überzug in senkrechter Lage auf seiner gesamten Breite bzw. seinem Umfang in einer stetig vertikal, vorzugsweise von unten nach oben, verschobenen Zone geringer vertikaler Ausdehnung durch die an sich bekannte Gasbeheizung in den schmelzflüssigen Zustand überführt, gleichzeitig in im wesentlichen der gleichen Zone der Einwirkung eines mitwandernden Magnetfeldes, insbesondere Magnetwechsefeldes, unterworfen und unterhalb der Erhitzungszone in an sich bekannter Weise gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in der gesamten Erhitzungszone und in einem sich unterhalb derselben erstreckenden Bereich zur Einwirkung gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallüberzug während des Aufschmelzens gleichzeitig der Einwirkung eines Vibrators ausgesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Anwendung auf zylindrische Werkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß diese während der Behandlung um ihre Längsachse rotiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungszone nur in einer solchen Breite, daß sie sich über einen Teil des Umfangs des rotierenden Werkstückes erstreckt, und das Magnetfeld von der diametral gegenüberliegenden Werkstückseite her zur Einwirkung gebracht werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 bis 5 in Anwendung auf zylindrische Werkstücke, gekennzeichnet durch einen parallel zur Werkstückfiäche in regelbarem Abstand von derselben in senkrechter Richtung auf- und abbewegbaren Support (5), der Gasbrenner (6) und Kühlmittelzufuhr (9) und gegenüber diesen die das Magnetfeld erzeugende Vorrichtung (8) trägt, wobei ein die Werkstücke im Abstand teilweise oder vollständig umgebender Halter(7) auf der dem Brenner gegenüberliegenden Seite die das sich um einen Teil des Werkstückumfanges herum erstreckende Magnetfeld erzeugende Vorrichtung (8) trägt und die Kühlmittelzufuhr über ringförmig um das Werkstück herum angeordnete Düsen erfolgt, die von einem gesonderten Halter oder vorzugsweise dem gleichen Halter (7) wie die das Magnetfeld erzeugende Einrichtung gehalten werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 810 090, 871863, 971981; österreichische Patentschrift Nr. 179 165; »Metall«, 1953, S. 753/754.