DE1192793B - Verfahren zur Herstellung von Faeden aus mindestens zwei schmelzfluessig gemachten Metallen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

B22d

Deutsche Kl.: 31c-21

Nummer: 1192793

Aktenzeichen: M 33187 VI a/31 c

Anmeldetag: 9. Februar 1957

Auslegetag: 13. Mai 1965

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Fäden aus mindestens zwei schmelzflüssig gemachten Metallen, die unter Auf rechterhaltung ihres schmelzflüssigen Zustandes zusammengeführt werden, um einen vereinigten Strang oder Faden zu bilden.

Soweit im folgenden bezüglich der Erfindung der Ausdruck »Faden« gebraucht wird, soll darunter jede körperliche Form verstanden werden, bei welcher gegenüber der Abmessung des Querschnittes die Länge größer oder unbegrenzt ist.

Gebilde, wie Fäden, Drähte, Stangen, Streifen und auch Fasern, die aus Strängen unterschiedlicher Metalle bestehen oder hergestellt sind, werden im allgemeinen durch Verschweißen oder durch Plattieren eines Kernes mit einem Überzug erhalten. Die Metalle werden dazu in der Regel an ihren Berührungsflächen ausreichend erhitzt und gegebenenfalls einer Druckbehandlung unterworfen, damit das eine Metall in die Oberfläche des anderen mehr oder weniger eindiffundiert.

Diese Verfahren sind mehr oder weniger umständlich und führen zu Erzeugnissen, die nicht allen Ansprüchen an mechanische Widerstandsfähigkeit bei der Weiterverarbeitung und Verwendung entsprechen, wie auch im Gefüge nicht erwünschte Änderungen erfahren haben.

Man hat deshalb bereits versucht, die zu vereinigenden Metalle bereits in dem Zustand der Vorerhitzung und teilweise noch in schmelzflüssigem Zustand zusammenzuführen, um eine innigere Vereinigung zu erhalten.

Bei der Herstellung von Metallsträngen in die Kokille unter die Oberfläche des noch schmelzflüssigen Gießkopfes aus einem Metall noch weitere Zusätze einzuführen und dabei auch mittels einer getrennten Zuführung mindestens ein weiteres noch schmelzflüssiges Metall einzubringen, war bereits bekannt. In diesem Fall entstehen aber innerhalb des noch flüssigen Gießkopfes Mischungen der verschiedenen Metalle und damit Legierungen mit weniger beherrschbarer Verteilung der Komponenten im Querschnitt, jedoch nicht durch Vereinigung auf begrenzten Flächen aus getrennten Strängen bindbare Fäden mit variierbaren Übergängen im Querschnitt, wie sie für manche Anwendungszwecke benötigt oder vorteilhaft sind.

Bekannt sind auch Stranggießverfahren zum Herstellen ausgesprochen mehrschichtiger Gebilde, wie Streifen, Stäbe oder Fäden, wobei ein etwa streifenförmiger Kern ummantelt wird mit einem anderen Material und das schmelzflüssige Kernmaterial in das Mantelmetall dadurch eingebracht wird, daß man Verfahren zur Herstellung von Fäden aus
mindestens zwei schmelzflüssig gemachten
Metallen

Anmelder:

Marvalaud Incorporated, Westminster, Md.
(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Amthor, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Mittelweg 12

Als Erfinder benannt:

Robert B. Pond, Westminster, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 16. Februar 1956
(565 814)

das Mantelmetall an den Wandungen des sich verengenden Spaltes einer Flachdüse zunächst zur Bildung dünner Häute veranlaßt und durch Anordnung eines Einsatzes innerhalb der Flachdüse das schmelzflüssige Kernmetall zwischen diese gebildete Hülle einführt, so daß bei Kühlung der gewünschte Schichtkörper entsteht.

Durch diese Überführung des Mantelmetalles zunächst in eine Haut, die dann erst das schmelzflüssige Kernmaterial umschließt, bildet sich eine praktisch scharf von dem Kern getrennte Mantelschicht aus, die ein Eindiffundieren und unter Umständen gewünschtes Ineinanderlegieren im Bereich der Berührungsoberflächen nicht oder nur in sehr geringem Maße erlaubt.

Nach einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Streifen oder Stäben aus mehreren, zusammengeschichteten Metallen werden beide Metalle als schmelzflüssige Ströme zusammengeführt, und zwar durch Anordnung getrennter Kanäle in einem entsprechend ausgebildeten Kokillenteil, der im Bereich seiner Mündung eine auf die einander abgewandten Oberflächen der Ströme gerichtete Kühlanordnung aufweist, um dadurch eine Verfestigung dieser Oberflächen beider Ströme zu erreichen, die die Sicherheit gibt, daß die Teilströme flüssigen Metalls nach dem Austritt aus der Düse ihre Form

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beibehalten und ein alsbald sich anschließendes me- Zusammenlauf liefert eine Gußstruktur ohne Dehchanisches Zusammenpressen durch Druckrollen er- nung des Kornes, was sich auf das Verhalten gegenmöglichen. Die schon in der Kokille gegeneinander- über chemischer wie mechanischer Beanspruchung gelegten Fäden sollen beim Zusammenpressen noch der fertigen Erzeugnisse einleuchtenderweise ausin rot heißem oder plastischem Zustand sein, damit 5 wirkt.

der Druck der Druckrollen auch eine innige Vereini- In der Zeichnung veranschaulicht zur weiteren

gung beider Fäden zur Folge haben kann. Erläuterung

Auch dieses Verfahren schließt eine übermäßige F i g. 1 den Längsschnitt durch das Beispiel einer

Abkühlung und zu starke Trennung nach Schichten Auspreßvorrichtung in schematischer Darstellung,

im gesamten Bereich der angrenzenden Flächen nicht io wie sie für das vorliegende Verfahren verwendet

aus und wirkt insbesondere dann ungünstig, wenn die werden kann,

Metallströme unterschiedliche Stärke haben und die F i g. 2 die schematische und perspektivische Dar-Kühlung vorzugsweise den dünneren und auf der stellung einer besonderen Anordnung für die Her-Oberfläche des stärkeren Metallstromes angelegten stellung,
Strom erfaßt. 15 F i g. 3 eine andere schematisch dargestellte An-

Das Verfahren nach der Erfindung zum Herstellen Ordnung für die Anwendung der Auspreßvorrichtung

von Fäden aus mindestens zwei schmelzflüssig ge- bei der Herstellung von Metallfäden, teilweise im

machten Metallen, die durch getrennte Kanäle unter Längsschnitt,

Aufrechterhaltung des schmelzflüssigen Zustandes F i g. 4 bis 8 Querschnitte verschiedener gemäß

zusammengeführt werden, um einen vereinigten 20 der Erfindung herstellbarer Fäden in schematischer

Strang zu bilden, ist demgegenüber dadurch gekenn- Darstellung.

zeichnet, daß die Metallstränge frei schwebend zu- Nach Fig. 1 besteht die Auspreßvorrichtung aus

sammengeführt und dann verfestigt werden. einem zylindrischen Behälter 1, in dem durch eine

Dadurch, daß die noch schmelzflüssigen Stränge Trennwand 2 die Schmelze eines Metalls A wie auch bis zu ihrer Vereinigung zu einem einzigen Strang 25 die eines Metalls B aufgenommen werden kann, die weder der Einwirkung eines besonderen Kühlmittels in schmelzflüssigem Zustand in der oben beschriebeausgesetzt sind, noch ihre Vereinigung durch mecha- nen Weise ausgepreßt und zu einem Strang vereinigt nische Hilfsmittel unterstützt wird, bildet sich, wie werden soll. Dieser Zylinder 1 kann nach Art eines sich gezeigt hat, fortlaufend ein einziger und noch üblichen Schmelztiegels selbst mit einer Beheizung im gesamten Querschnitt in schmelzflüssigem Zu- 30 ausgestattet sein, um darin die Metalle zu schmelzen; stand befindlicher Strang, der dadurch eine in seinem nach dem gezeigten Beispiel werden jedoch die Meganzen Querschnitt stetig ineinander übergehende talle in besonderen Schmelztiegeln 3 und 4 geschmol- und je nach seiner Formgebung variierende Zusam- zen und über Ventile V regelbar dem Auspreßbehälter mensetzung der an der Strangbildung beteiligten zugeleitet. Am unteren Ende des Behälters 1 ist ein Metalle aufweist. 35 Einsatz 5 aus keramischem Material oder einer hitze-

Das Verfahren nach der Erfindung bietet damit festen Masse üblicher Art auswechselbar eingeeine einfache Möglichkeit, Fäden herzustellen, die schraubt, der zwei getrennte Kanäle 6 und 7 aufentweder aus miteinander legierbaren oder aus nicht weist, die jeweils mit einem der Räume für die unterlegierbaren Metallen bestehen und in ihren Quer- schiedlichen Metalle in Verbindung stehen und die schnitten ganz beliebig auf verschiedene Teilquer- 40 derart aufeinander zulaufend angeordnet sind, daß schnitte aus dem einen oder anderen Material nach in noch zu beschreibender Weise die beiden Ströme dem Grade der Diffusionsmöglichkeit oder Legier- schmelzflüssigen Metalls frei schwebend aufeinanderbarkeit eingestellt werden können. So kann man bei- treffen: Oben ist der Behälter durch einen Deckel spielsweise Rundfäden herstellen, die nur zur Hälfte verschlossen, der mit zwei Gaszuleitungen 8 und 9 aus z. B. Blei und zur anderen Hälfte aus z. B. Zinn 45 zur Verbindung mit einer Druckgasanlage verbestehen, wobei beide Hälften im gesamten Quer- sehen ist.

schnitt bis an den Fadenrand einwandfrei schmelz- Mittels ausreichenden Gasdrucks können demge-

flüssig wurden, oder man kann innerhalb des Quer- maß die schmelzflüssigen Metallströme unter ge-

schnittes von der einen nach der anderen Seite Über- wünschtem Druck ausgepreßt und zur Vereinigung

gänge vom reinen Metall bis zur Legierung und wie- 50 gebracht werden.

der nach der anderen Seite zum reinen Metall er- Geht man davon aus, daß die Kanäle 6 und 7 des

halten, soweit der Querschnitt des Fadens dazu aus- Düsenkörpers 5 gleiche Querschnitte haben, so treffen

reicht. Es lassen sich ferner Fäden und besonders gleiche Volumina beider Metalle zusammen, um

sehr dünne Fäden herstellen, die aus Legierungen einen fortlaufenden Strang aus schmelzflüssigem

bestehen und die nach außen zu mehr oder weniger 55 Metall zu bilden, der z. B. zu einem festen Faden

größere Anteile der einen oder anderen Legierungs- wird. Nach F i g. 2 kann man den gebildeten Strang

komponente, wie sie von der betreffenden Seite zu- 11 aus beiden Metallen in an sich bekannter Weise

geführt wurde, überwiegend aufweisen. In allen die- auf die konkave Fläche einer schnell rotierenden

sen Fällen zeigt die Vereinigung zu einem geschlosse- Abschreckfläche, z.B. einer Platteil, richten, d.h.

nen Querschnitt durch den Wegfall von Hautbildun- 60 eine Fläche eines Körpers aus einem Metall hoher

gen und einer zusätzlichen Pressung keinerlei uner- Wärmeleitfähigkeit von genügender Masse, wodurch

wünschten Einfluß auf die Gefügebildung. Erzeug- die Überhitze und Schmelzwärme des Metallstabes

nisse nach dem Verfahren der Erfindung unterschei- beim Auftreffen sofort aufgenommen wird und durch

den sich deshalb völlig in ihrer Kristall- oder Kon- die kurze Berührung (bei 13) sofort in den festen

struktur von bekannten Erzeugnissen dadurch, daß 65 Zustand übergeführt und als fortlaufender Faden 14

keine Deformierungen im Korn festzustellen sind. durch die bei der schnellen Drehbewegung des Kühl-

Die Abkühlung und Erstarrung unter den Bedingun- blocks auftretende Zentrifugalkraft abgeschleudert

gen einer frei schwebenden Führung vor einem freien wird. Man erhält dabei in einfacher Weise eine Um-

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bildung zu mehr oder weniger rechteckigen Quer- relativer Lager der Metalle A und B beim Auftreffen schnitten bei einer für die Vereinigung im frei schwe- des Strahls geschmolzenen Metalls auf den rotierenbenden Zustand vorteilhafteren Zusammenführung den Kühlblock verändern kann, indem man die Ausrunder oder im wesentlichen runder Querschnittsfor- preßvorrichtung so anordnet, daß die Kammer mit men der Einzelstränge. ή dem einen Metall oberhalb der Kammer für das

Im Fall der F i g. 3 setzt man den Schmelzmasse- andere Metall liegt. In diesem Fall ändert sich die behälter 15 an das obere Ende eines Turmes 16, Zusammensetzung längs der kleineren Querschnittsdessen Bodenteil 17 als Auffangbehälter dient oder achse des Fadens. Wenn sich demnach die beiden einen angesetzten Transportwagen aufweist und an Metalle nicht miteinander legieren und die das Meden Gaszuleitungen 18 und 19 am unteren und obe- io tall B enthaltende Kammer oberhalb der das Meren Ende angeschlossen sind. Stellt man Fäden oder tall A enthaltenden Kammer liegt, so würde der Fasern her aus Metallen, die in der Luft nicht leicht obenliegende Teil des Fadens aus Metall B und der oxydieren, z. B. Blei und Zinn, so kann das Metall untere Teil aus Metall A bestehen; wenn man die frei schwebend in Luft ausgepreßt werden, bei Me- Auspreßvorrichtung aber so anordnet, daß beide tallen jedoch, die an der Luft leicht oxydieren, kann 15 Kammern in waagerechter Richtung nebeneinanderman durch die Gasleitungen ein inertes Gas, wie liegen, so ändert sich die Zusammensetzung entlang Stickstoff, Helium od. dgl., durch die Zuführung zu- der größeren Querschnittsachse, führen und dabei, wenn dieses Gas schwerer ist als Anisotrope oder Bimetallgebilde, die zu ihrem

Luft, es durch Leitung 18 einleiten und die Luft größeren Teil aus einem Metall bestehen, können durch Leitung 19 austreiben und umgekehrt bei ao hergestellt werden, indem die relativen Volumina der Gasen, die leichter sind als Luft. Sofern die Metalle ausgestoßenen Metalle geändert werden; z. B. kann bei der Auspreßtemperatur einen hohen Dampfdruck ein Erzeugnis, das zum größeren Teil aus Metall B entwickeln, kann man das Gas innerhalb des Turmes besteht und nur einen Rand aus Metall A besitzen auch genügend unter Druck halten, um den Dampf- soll, wie F i g. 6 zeigt, dadurch erhalten werden, daß druck des Metalls zu überwinden. Jedenfalls muß der 25 man einen Einsatz 5 verwendet, bei dem Kanal 6 Druck der Auspreßvorrichtung 15 so eingestellt sein, gegenüber Ausstoßöffnung 7 verhältnismäßig klein daß ein fortlaufender Strahl entsteht und, wenn das ist. Man kann auch einen Querschnitt erzeugen, wie Gas innerhalb des Turmes unter Druck gehalten etwa F i g. 7 zeigt, wonach Metall A den Hauptteil wird, der Auspreßdruck höher sein als der Druck in und Metall B den kleineren Anteil des Fadens ausdem Turm; z.B. bei Zink als einem beteiligten Metall 30 macht. Sofern die beiden Metalle sich nicht miteinsoll Manometerdruck innerhalb des Turmes auf etwa ander legieren, sondern ineinander diffundieren, so 0,703 kg/cm² gehalten werden. besteht der Übergang wiederum in einer Grenz-

Legieren sich die beteiligten Metalle leicht mitein- schicht 20.

ander, z. B. bei Blei als Metall- und Zinn als Me- Zur weiteren Erläuterung sei das Beispiel der Her-

tall B, so erhält man Fäden 10 aus einer Legierung, 35 stellung von Fäden aus Blei und Zinn beschrieben, deren Anteilsverhältnisse über den Querschnitt des Die Auspreßtemperatur mag hier z. B. etwa 350° C Fadens nicht gleichförmig sind. Erhält man beispiels- betragen, d. h. etwa 20° C über dem Schmelzpunkt weise bei Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 3 von Blei und 120° C über dem Schmelzpunkt von runde Fäden, wie F i g. 5 zeigt, so kann die Zusam- Zinn.

mensetzung im Querschnitt in der einen Hälfte im 40 Die Trennwand 2 besteht aus einem entsprechend wesentlichen nur aus Metall A und in der anderen schwer schmelzbaren Isoliermaterial, so daß die Tem-Hälfte im wesentlichen aus Metall B bestehen. Das peratur des höherschmelzenden Metalls nicht der des relative Mengenverhältnis der Metalle A und B in Metalls mit dem tieferen Schmelzpunkt gleich zu der Legierung ändert sich über den Querschnitt des sein braucht, doch soll die Temperatur beider Me-Fadens, entsprechend der Zeit der Berührung beider 45 talle ausreichen, damit die Metallströme beider noch Metallströme in geschmolzenem Zustand miteinan- in geschmolzenem Zustand im gesamten Querschnitt der, ohne daß aber diese Zeitspanne ausreicht, um sind, wenn sie zusammentreffen oder sich miteinander eine Legierung des einen Metalls mit dem anderen vereinigen. Die Kanäle 6 und 7 können z. B. einen Metall zu ermöglichen; wenn allerdings der kombi- Durchmesser von etwa 1,5 mm haben. Der auf die nierte Strahl geschmolzener Metalle sehr dünn ist, 50 Oberfläche der Schmelzen aufgeprägte Druck innerso reicht die Zeit bis zur Bildung des vereinigten halb des Behälters 1 liegt bei etwa 0,421 bis Fadens nicht aus, um Außenbereiche aus jeweils rei- 0,703 kg/cm². Zur Aufnahme des vereinigten Stranges nem Metall zu erhalten, sondern der Faden besteht kann der Kühlblock aus Aluminium bestehen- und dann über den ganzen Querschnitt aus legiertem einen Durchmesser von etwa 7,6 cm besitzen und Material, wobei die Kanten oder Seiten nur eben auf 55 einen Krümmungsradius von etwa 12,7 cm seiner der einen Seite an dem einen und der anderen Seite Aufnahmefläche aufweisen. Der Winkel, in dem der dem anderen Metall reicher sind. Strahl geschmolzenen Metalls auf den Kühlblock auf-

Legieren sich diese Metalle nicht leicht, sondern trifft, kann etwa 30° betragen. Der entstehende Faden haften nur aneinander, so entsteht ein Bimetallfaden ist dann ein flacher Draht, dessen Dicke und Breite (F i g. 5), bei dem ein Teil aus Metall A₁ der andere 60 sich nach der Geschwindigkeit des rotierenden Kühlaus Metall B besteht, die aber durch eine Legierungs- blocks regelt. Bei Aufschlagsgeschwindigkeiten von zone oder Grenzschicht verbunden sind, in der eine 0,6 bis 91,4 m pro Sekunde beträgt die Dicke z. B. Diffusion der Metalle ineinander auftritt, wie dies etwa 0,1 bis 0,2 μ, die Breite von etwa 7 bis etwa durch die gestrichelte Linie 20 angedeutet sein soll. 20 μ. Die Dicke kann abnehmen und die Breite durch

Bei Verwendung einer Vorrichtung gemäß F i g. 2 65 Erhöhen der Geschwindigkeiten des Kühlblocks zuerhält man Fäden von mehr oder weniger recht- nehmen bzw. die Dicke vergrößert und die Breite eckigem Querschnitt, wobei man einfach die Zusam- verringert werden, indem man die Geschwindigkeit mensetzung dieser »rechteckigen« Fäden je nach des Kühlblocks herabsetzt.

Blei-Zinn-Drähte oder solche aus anderen Legierungen, wie Kupfer-Nickel-Legierungen, Aluminium-Zink-Legierungen u. dgl., sowie Bimetallfäden aus verschiedensten Legierungen können in gleicher Weise mit der beschriebenen Vorrichtung oder auch mit einer anderen, z. B. einer solchen nach F i g. 3, hergestellt werden. Wenn man eine Vorrichtung nach F i g. 3 verwendet, so soll die Atmosphäre in dem Turm 16 und der Druck in diesem den Anforderungen der verwendeten Metalle entsprechen. Hat beispielsweise eines oder haben beide Metalle bei der Auspreßtemperatur einen hohen Dampfdruck, wie etwa bei Herstellung eines aluminiumbeschichteten Uranfadens, so muß die Atmosphäre im Turm einen ausreichend hohen Druck haben, um ein Verdampfen des Metalls mit hohem Dampfdruck, d. h. hier Aluminium, zxi verhindern. Soll ein Metall wie Uran mit einem anderen Metall beschichtet werden, so wird zunächst mit der Zuführung des die Umhüllung bildenden Metalls begonnen und dann erst das Kernmetall ao ausgepreßt, und umgekehrt wird bei Beendigung der Fadenbildung zuerst mit dem Auspressen des Kernmetalls aufgehört und dann erst mit dem Ausstoßen des umhüllenden Metalls.

Wie F i g. 8 zeigt, kann man die Zusammensetzung des Fadens radial über den Querschnitt so beeinflussen, daß der Faden einen Kern 21 hat, der von einer Schicht 22 anderen Metalls umgeben ist und, wenn die Metalle sich nicht miteinander legieren, beide Metalle durch eine Grenzschicht 23 ineinander übergehen. In Fällen dagegen, in denen die Metalle sich legieren, kann der Mittelteil des Kernes ausschließlich aus einem Metall und die äußere Randschicht aus einem anderen Metall bestehen, wobei sich die Verhältnisse zwischen beiden Metallen in radialer Richtung nicht schroff, sondern fortschreitend ändern.

Zur Variierung der Querschnittsverhältnisse kann man auch den Zylinder nach F i g. 1 als äußeren Schmelztiegel oder Flüssigkeitsbehälter benutzen und konzentrisch innerhalb desselben einen Behälter oder Tiegel anordnen, der, wenn er gegenüber dem äußeren in seiner Stellung verändert wird, die Wandungsstärke eines Stromes zu regeln erlaubt, der sich nach gewisser Entfernung mit dem inneren Metallstrom zu einem einheitlichen Gebilde vereinigt und einen Faden der bereits oben erwähnten Art mit einer Kernumhüllung ergibt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt eine Vielfalt von Variationen in der Querschnittsausbildung, wie sie nach dem bisher bekannten Verfahren, insbesondere durch die im Düsenkopf festgelegten Kanalführungen, nicht erreichbar sind.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Fäden aus mindestens zwei schmelzflüssig gemachten Metallen, die durch getrennte Kanäle — unter Aufrechterhaltung des schmelzflüssigen Zustandes — zusammengeführt werden, um einen vereinigten Strang zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstränge frei schwebend zusammengeführt und dann verfestigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Bildung des vereinigten Stranges dieser zwecks Verfestigung in an sich bekannter Weise auf eine sich schnell bewegende konkave Kühlfläche geschleudert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspressung und die Bildung des gemeinsamen Stranges in einen Auffangbehälter hinein erfolgt, der mit Anschlüssen zur Ein- und/oder Durchführung eines gegebenenfalls unter Druck eingebrachten Gases ausgestattet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 539 738;

schweizerische Patentschriften Nr. 205 873,
415;

USA.-Patentschriften Nr. 989 075, 2128 941, 569 150.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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