DE1483650A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung hohler Gusskoerper - Google Patents

Description

STEWARTS AND LLOYDS LIMITED
41 Oswald Street, Glasgow, CL, Scotland

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung hohler Gußkörper (Röhren)

Die Erfindung betrifft $le Herstellung gegossener, rohrförmiger Hohlkörper durch ein Verfahren, bei dem das geschmolzene Metall veranlaßt wird, in einem rohrförmigen

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Stempel, der Gußform, aufzusteigen und in welcher das Material so lange zurückgehalten wird, bis es im Kontakt mit der Wandung der Gußform in gewünschter Schichtdicke erstarrt, um dann, soweit es noch flüssig ist, aus der Form wieder entfernt zu werden, während in derselben das erzielte Rohr gewünschter Wandstärke verbleibt, bis es

selbst entfernt wird«

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In der Theorie hat dieses Verfahren beträchtliche kommerzielle und praktische Vorteile, besonders für die Produktion nahtloser Stahlrohre. Die üblichen Verfahren zum Erzeugen von Stahlrohren (rollen, ziehen, rundschmieden, schrägwalzen, pilgern) erfordern vorab die Herstellung dickwandiger Hohlkörper, Diese werden für gewöhnlich aus einem Gußbarren odei gewalztem Block in mehreren kostspieligen Arbeitegangen, z.B. Lochpressen oder -Stanzen, rundlochen oder bohren, hergestellt; eine andere Art besteht im unmittelbaren Gießen dickwandiger Hohlkörper aus dem geschmolzenen Retail. Gußtechniken,wie Schleuderguß jedoch, sind nicht immer imstande, Bohrungen und Hohlkörper annehmbarer Qualität für das weitere Verfahren zu erzielen. Es sind da auch gewisse Legierungen, aus denen zufriedenstellende Grundkörper zur Herstellung von Rohren nicht erzeugbar sind, weil bekannte Techniken unmittelbar oder mittelbar zu Höhlungen führen, welche eine unerwünschte grobe Struktur zeigen, zuweilen mit interdend.ritisch.er Lunkerbildung, Höhlungen, schwachen Zonen und Agglomerationen von sich absondernden intermetallischer Verbindungen oder anderer Partikel·

Die vorliegende Erfindung bezweckt mit ihrem Gußverfahren die Anpassung an die Produktion dickwandiger Röhren mit ausgezeichneten Eigenschaften für die Rohrstücke zur üblichen Rohrheretellungeausrüetung· Eb kann erwarttet werden,

daß das Verfahren Hohlkörper ergibt, die eine verfeinerte Kornstruktur aufweisen, dicht verstrfcktes radiales, baumförmiges Wachstum durch die Länge eines Hohlkörpers und

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die eine erkennbar gleichförmige Verteilung feiner intermetallischer Komponeten und anderer Partikel durch deren Wanddicke hindurch besitzen, d»h· Eigenschaften, welche für gewöhnlich in Hohlkörpern unerreichbar sind, die durch Reduktion und Lochung massiver Barren erzeugt sind, welche auf übliche Weise hergestellt wurden ider in Hohlkörpern, die z.B. im Schleuderguß gewonnen wurden, wobei (im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren) das geschmolzene Metall in eine rotierende Form bei einer Temperatur eingeführt wird, die beträchtlich über der Schmelztemeperatur ±jün± liegt, was zu groben Korn oder Krisfellgröße führt, die außerdem entlang der Rohrlänge variiert und bei einer spürbaren Dichte Schichtung intermetallischer Komponenten und anderer Partikel gegeben ist, was durch die Zentrifugalkräfte, die beim Gußvorgang auftreten, hervorgerufen wird. Die praktische Verwirklichung der oben erwähnten theoretischen Vorteile des infragestehenden Gießverfahrens zur Erzeugung metallischer Hohlkörper (Rohre) ist dagegen nicht ganz einfach.

Es wurde also gefunden, daß das Gießen eines länglichen Hohlkörpers ein Problem der Ungleichförmigkeit von MikroStruktur desselben aufgibt, besonders in seinen

to äußeren Oberflächenregionen und von Varianten im Lochdurch-

<° messer entlang seiner Länge·

Ct Überraschend wurde festgestellt, daß das Problem dadurch σ wesentlich erleichtert werden kann, daß der Stempel vor <° Einführen des geschmolzenen Metalls auf Temperaturen gehalten wird, die entlang seiner Länge so variieren,

daß die oberen Teile des Stempels eine' wesentlich höhere Anfangstemperatur besitzen als die tieferen unteren Stempelabschnitte.

Es ist klar, daß das Problem wenigstens zum Teil dadurch gegeben ist, daß Differenzen in der Anfangstempergflur des Metalles in den verschiedenen Zonen seiner Länge gegeben sind, als Resultat vielleicht davon, daß das Metall das zuerst in das untere Ende des Stempels (der Gußform) eintritt, an diesem Vfärme verliert, wenn es im Stempel nach oben wandert. Es scheint, daß eine höhere Anfangs-Stempeltemperatur im oberen Teil des Stempels die niedrigere Metalltemperatur kompensiert, das Metall, das mit diesem Teil des Stempels in Berührung kommt als die Temperatur des Metalles das anfangs den unteren Teil des Stempels berührt;, mit dem Ergebnis, daß das Erstarren des Metalls in den oberen Teilen des Stempels in einem Maße fortschreitet , das dem xxxglslxKkixxxlB* des Metalls in den unteren Etempelteilen vergleichbar ist·

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, rohrförmige Hohlkörper aus Metall, ziemlich lang, herzustellen, wobei geschmolzenes Metall gezwungen wird in einem Stempelrohre aufzusteigen, dessen unteres Ende eine niedrigere Temperatur als seine oberen Regionen zeigen und das Metall solange im Stempel gehalten wird, bifc es an dessen Wand in einer vorbestimmten Dicke erstarrt ist, um einen Embryo-

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Hohlkörper zu bilden, worauf dann das übrige flüssige Metall aus dem Stempel entfernt wird· Bei zweckmäßiger Auswahl der Anfangstemperaturen für den oberen und unteren Teil des Stempels ist es möglich, einen Hohlkörper zu erzielen, der im Oberflächenfinish Gleichförmigkeit zeigt und durch seine Länge Micro-Struktur und überdem gleiche Wandstärke auf seiner Gesamtlänge besitzt·

Wie bereits in der britischen Anmeldung 26 492/64 (1-3328) erläutert,wurde_T ermittelt, daß die Stempelanfangstemperatur im Bereiche von 80 - 40Oo C liegen muß, wenn äußerliche Defekte in der Oberflächenzone des gegossenen Hohlkörpers vermieden werden sollen· Diese Temperaturbegrenzungen müssen natürlich bei der Auewahl der Anfangstemperaturen für die verschiedenen Längenabschnitte des Stempel Berücksichtigung finden·

Beim Gießen austenitischer Stähle als Hohlkörper hat ein Metallstempel aus Stahl oder Meehanit kxl in seinem oberen Teil vorzugsweise eine Anfangstemperatur von nicht mehr als 350° C und seine Temperatur im unteren Teil beträgt nicht weniger als etwa 175°C· Die tatsächliche Differenz zwischen den Temperaturen an den beiden Stempelenden soll in Übereinstimmung mit dem zu gießenden Stahl und der Länge des Hohlkörpers ausgewählt werden, der zu gießen ist·

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Die geeigneten Stempel-Teiltemperaturen und die Temperatur-Steigerung wird am besten durch Versuche ermittelt» Bei Stahl, insbesondere ferritischem und spanresistentem Stahl, der schnell härtet und der Krackbildung bei Kühlung durch den Martensit-Umwandlungstemperaturbereich ausgesetzt sein können, ist es erwünscht, daß wie in der britischen Anmeldung 26492/64 (1-3328) erläutert wurde, die Stempel bei einer solchen Temperatur zu halten, daß die Temperatur des in ihnen gebildeten Hohlkörpers nicht W auf einen Wert innerhalb des Martensit-TJmbildungstemperaturbereiches fällt, ehe er bereit ist, aus dem Stempel entfernt zu werden.

Palis solche Stahlhohlkörper nach cem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden boII, muß daher die Temperatur am unteren Ende des Stempels entsprechend hoch , wenigstens 200⁰C, sein, um.zu ermöglichen, daß der gegossene Hohlkörper aus dem Stempel entfernt werden kann, ehe ein Teil desselben in die Umbildungs-Umkristallisations-Temperatur des betreffenden Stahles abgekühlt ist«

Zweckmäßigerweise kann die erforderliche Anfangstemperatursteigerung im Stempel durch gesteuertes Vorheizen des Stempels erreicht werden, d«lw durÄh Unterbringen des Stempelsι umgekehrt, in eine Torwärmkammer, die durch Brenner oder dergleichen an ihrem unteren Teil aufgeheizt wird.

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Jede geeignete Apparatur kann zum Gießen rohrförmiger Hohlkörper nach dem Verfahren gemäß der Erfindung angewendet werden, doch sei nachstehen - beispielsweise - eine solche

geeignete Einrichtung beschrieben. Dies anhand der beigegebenen Zeichnung: |

In der Zeichnung ist ein Ofenkörper mit 1 bezeichnet, er hat

eine Ausfütterung 2 und enthält in seiner Wanne geschmolzenes Metall 3· In dieses taucht ein vertikal angeordneter Stempel, die Gußform4, ein. Eine Zuleitung für Druckgas ist 7» Diese Leitung 7 führt in einen Raum oberhalb des Spiegels der Schmelze in den Ofen 1, der von einem Deckel abgeschlossen ist. Der Stempel 4 tritt durch eine im Ofendeckel vorgesehene Stopfbuchse 8 hindurch nach außen. Der Stempel 4 besteht aus Stahl oder Meehanit oder anderen geeigneten Werkstoffen, z.B. keramischen Material oder auch Graphit· Der Druck des durch den Einlaß 7 in den Ofen 1 eintretenden Gases veranlaßt das geschmolzene Metall, in dem Stempel 4 nach oben zu steigen. Das Metall verbleibt darin so lange, bis es in Berührung mit der Stempel-Innenwandung zu einem Embryo-Hohlkörper von gewünschter Wandstärke erstarrt ist· Der Druck auf das geschmolzene Metall im Ofen 1, 2 wird dann gesenkt und das im Stempel bisher gehaltene, noch flüssige Metall kann sodann in die Offenwanne zurückfließen;

° Im₁ Stempel 4 verbleibt ein rohrförmiger Hohlkörper gewünsch- _> ter Wandstärke. Der Stempel 4 wird nun aus der Stopfbuchse

--· 8 entfernt und aus ihm der Hohlkörper selbst. Der Stempel 4

fT ist an seinem oberen Ende mit einer Buchse 10 aus feuerfestem Material geringer Wärmeleitfähigkeit ausgestattet,

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um Wärmeverluste herabzusetzen, sodaß die Bildung einer Kappe oder Brücke aus festem Metall am oberen Ende des Embryo-Metalls in der' Hauptsache vermieden wird, wie das in der entsprechenden britischen Patentanmeldung No. 26 491/64 (1-3327) beschrieben ist.

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Der Stempel 4 soll bei Betrieb unmittelbar vor Einleiten

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des geschmolzenen Metalls in ihn eine Temperatur aufweisen, die an seinem unteren Ende niedriger ist als in seiner oberen Zone (Anfangstemperatur), wie vorbeschrieben ist. Das Verfahren und die erfindungsgemäße Ausstattung können zweckmäßig in Verbindung mit einem oder mehreren Verfahren und Apparaturen Anwendung finden, die im britischen Paten No. 885,757 beschrieben sind, das sich mit der Verbindung des oberen Endes des Stempels mit einem Behaltet für Inert-Gas befaßt, das in dem Behälter dann komprimiert wird, wenn das Metall im Stempel aufsteigt. Die britische Anmeldung No. 32 990/62 sieht ein gesondertes Tauchrohr vor, das mit dem Stempel selbst in Verbindung steht; die Anmeldung (brit.) Nr. 26 491/64 (1-3327) befaßt sich mit der Minderung von Wärmeverlusten des im Stempel befindlichen Metalls in der Zone des oberen Endes des Embryo-Hohlkörpers, wie vorerwähnt· Die britische Anmeldung No. 26 494/64 (1-3330) befaßt sich damit, das geschmolzene Metall im Stempel auf ein geeignetes

ο Maß anzuheben,· die britische Anmeldung No. 26 495/64 (1-3331) °^ betrifft das Entfernen des geschmolzenen Metalls aus der ^ Bohrung (Höhlung) des Embryo-Hohlkörpers in geeignetem

*- Maße und die britische Anmeldung No. 51 448/64 (1-3332) betrifft die relative axiale Oszillation zwischen Stempel znd dem darin befindlichen Metall·

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Claims (1)

1
Ansprüche

1· Verfahren zum Gießen rohrförmiger Metallhohlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall veranlaßt wird, in einem rohrförmigen Stempel (Büßform 4) anzusteigen, dessen unteres Ende eine niedrigere Temperatur als seine obere Region besitzt und wobei das Metall im Stempel auf eine gewisse Zeit gehalten wird, die ausreicht, daß es an der Stempelwandung in einer gewissen Dicke erstarrt, um einen Embryo-Hohlkörper zu bilden, worauf dann überflüssiges Metall aus dem Stempel abgelassen wird·

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel vorgewärmt 1st, indem er umgedreht in eine Vorwärmkammer gebracht wird, die durch Brenner

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die am unteren Teile der Kamme angeordnet sind, oder dergl. auf Temperatur erhitzt wird«

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3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Anfangstemperatur des Stempele im Bereiche von 80 - 400*0 liegt·

4· Verfahren nach Anspruch 3 zum Gießen rohrförmiger Hohlkörper aus austenitischen Stählen dadurch gekennzeichnet daß, der Stempel aus Metall besteht und in seinem oberen Teil eine Anfangstemperatur von nicht mehr ale 350⁹C besitzt und in seinem unteren Teil nicht weniger als 175⁹O aufweist·

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5* Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Gießen rohrartiger Stahlhohlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangstemperatür des unteren Teiles des Stempels genügend hoch ist, so daß die Temperatur keines Teiles des im Stempel gebildeten Hohlkörpers auf einen Wert fällt, der im Bereich der Martenaitumwandlungstemperatur liegt, ehe der Hohlkörper zur Entfernung aus dem Stempel bereit ist·

6* Verfahren nach Anspruch 5$ dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des unteren Teiles des Stempels wenigstens 200° C beträgt.

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