DE1483651A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung hohler Gusskoerper - Google Patents

Description

STEWARTS ANBiIIOYDS LIMITED 41, Oswald Street, Glasgow, 0,1, Scotland

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung hohler

Gußkörper (Bohren)

Die Erfindung betrifft die Herstellung gegossener, rohrförmiger Hohlkörper durch ein Verfahren, bei dem da3 geschmolzene Metall veranlaßt wird, in einem rohrförmigen Stempel, der Gußform, aufzusteigen und in welcher das Material 3o lange zurückgehalten wird, bis es im Kontakt mit der Wandung der Gußform in gewünschter Schichtdicke erstarrt, um dann, soweit es noch flüsoig iBt, aus der Porin wieder entfernt zu werden, während in derselben das erzielte Hohr gewünschter Wandstärke verbleibt, bis es selbst entfernt wird. 909815/0434 BAD ORIGINAL

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Neue Unterlagen <** 7 a 1 au. 2 Nr. 1 &* ₈ *.

In dor Theorie hat dieses Verfahren beträchtliche kommerzielle und praktische Vorteile, besonders für die Produktion nahtloser Stahlrohre. Die üblichen Verfahren zum Erzeugen von Stahlrohrer (rollen, ziehen, rundschmieden, schrägwalzen, pilgern) erfordern vorab die Herstellung dickwandiger Hohlkörper. Diene werden für gewöhnlich aus einem Gußbarren oder gewalztem Block in mehreren, kostspieligen Arbeitsgängen, z.B. Lochpressen oder -Stanzen, rundlochen oder bohren, hergestellt; eine andere Art besteht im unmittelbaren Gießen dickwandiger Hohlkörper aus dem geschmolzenen Metall. 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 Heretellung von Rohren nicht erzeugbar sind, weil bekannte Techniken unmittelbar oder mittelbar zu Höhlungen führen, welche eine unerwünschte grobe Struktur zeigen, zuweilen mit interdentritischer 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 RohrhorstellungsausBrüstung. Es kann erwartet werden,

daß das Verfahren Hohlkörper ergibt, die eine verfeinerte

Konstruktur aufweisen¹, dicht verstricktes radiales, baum-

förmiges Y/achstum. ^UJjph^ig JLän*e eines Hohlkörpers und

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die cine erkennbar gleichförmige Verteilung feiner intermetallischer Komponenten und anderer Partikel durch deren Wanddicke hindurch besitzen, d.h. Eigenschaften, v/olchc für gewöhnlich in Hohlkörpern unerreichbar sind, die durch Reduktion und Lochung masoiver Barren erzeugt sind, welche auf übliche T/eioe hergestellt wurden oder in Hohlkörpern, die z.B. im Schleuderguß gewonnen wurden, wobei (im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren) das geschmolzenem Iletall in eine rotierende Form bei einer Temperatur eingeführt wird, die beträchtlich über der Schmelztemperatur liegt, wan zu groben Korn oder Kristallgröße führt, die außerdem entlang der Rohrlänge variiert und bei einer spürbaren Dichte Schichtung intermetallischer Komponenten und anderer Pai'tikel gegeben ist, was durch die Zentrifugalkräfte, die beim Gußvorgang auftreten, hervorgerufen wird. Die praktische Verwirklichung der oben erwähnten theoretischen Vorteile des infragekommenden Gießverfahrens zur Erzeugun/T metallischer Hohlkörper (Rohre) ist dagegen nicht ganz einfach. Die Anmelder haben so gefunden, daß eine spürbare Tendenz für die äußeren Plächenzonen dee gegossenon Hohlkörpers dafür bo'steht, ausgedehnte Unregelmäßigkeiten - Inhomogenität - sowohl makroskopisch, wie mikronkopicch ^u zeigen, zuweilen mit tiefen, unregelmäßigen Löchern und Höhlungen - Cavernen - , welche das Gußstück ale Rohprodukt für die Röhrcnfnbrikn.tion ohne weitgehende Vorbearbeitung unbrauchbar machen. Experimente haben ergeben, daß derartige

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Defekte in .den äußeren Oberflächenregionen gegossener Hohlkörper bei Anwendung eines Stempels bezw. einer Gußform vermeidbar sind, wenn diese die geeignete Temperatur unmittelbar vor der Initial-Einführung des geschmolzenen Metalles in den Stempel besitzt. Diese Defekte werden wenigstens zum Teil - das ergibt sich aus Vorstehendem - durch unerwünschte anfängliche Abkühlung des geschmolzenen Metalls bei in Be-. rührungkommen mit der Wand des Stempels hervorgerufen. Ein Stempel, der anfangs zu kalt ist, ergibt ein anfängliches Maß an Abkühlung, das so groß ist, daß das Metall erstarrt, ehe es gleichmäßig mit der Stempelwandung in Berührung gekommen ist, wodruch die Erzielung der Erlangung oineB gleichmäßigen radialen V/ärmeflusses verhindert wird, der aber für das reguläre Entstehen radialer Dendriten nötig ist, wohingegen ein ursprünglich zu heißer Stempel in einem niedrigen AnfangB-Kühlungsmaß resultiert, was wiederum die Bildung großer Körner beim Wachstum fördert. Die Anmelder haben erkannt, daß das Problem besonders akut beim Gießen von Stahl- oder Hohlkörpern aus Stahllegierungen ist, indem die Anwendung eines zu kühlen Stempels in dem der Stempelwandtmg benachbartem Metall, wenn die Wärme durch das Gefüge geht und andere unkontrollierte Temperaturänderungen gegeben sind, darin resultiert, daß das zu unvorhergesehenen und nicht gleichförmigen Mikrostrukturen und Eigenschaften bis in beachtliche Tiefen dea Hohlkörpers unter dessen äußerer Oberfläche führt.

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!Diese Nachteile können jedoch dadurch vermieden werden, oder zumindest bis zur Bedeutungslosigkeit verringert wer— den, wenn man einen Stempel anwendet, der eine geeignete Anfangstemperatur von vorzugsweise 80 - 400°0 aufweist. Besonders beim Vergießen austenitischen Stahles in einen Metallstempel empfehlen sloh Temperaturen zwischen 175 und 350° 0.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Gießen rohrförmiger Metallhohlkörper, wobei das gesshhmolzene Metall veranlaßt wird, in einem Stempel aufzusteigen, der eine Anfangstemperatur im Bereich von 80 - 400° C hat. Das Metall wird sodann im Stempel solange gehalten, bis es an der Stempelwandung in vorbestimmter Schichtdicke erstarrt,

um einen Embryo-Hohlkörper zu bilden, worauf dann überflüssigen geschmolzenes Metall wieder aus dem Stempel ent* fernt wird.

Erwünscht für das Gießen rohrförmiger Hohlkörper aus austenitischen Stählen ist eine Anfängstemperatür des Metallstempels (d.h. aus Stahl oder Meehanite) im Bereich von 175 - 350° C. Erfindungsgemäß wird die Anfangstemperatur beim Vergießen von Stählen (besonders von schnellhärtenden fesrnitischen, epan-widerstehenden Stählen) so gewählt, daß dor Wiirmefluß in dem Stempel vom geschmolzenen und erstarrenden Metall die Sterapeltemperatur schnell auf einen V/ert steigert, der über der Temperatur liegt, bei der Martencittransformation In den zu gießenden Stahl beginnt, Dodurch

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wird der Hohlkörper voll ausgeformt und fähig, aus dem Stempel entfernt zu werden, ohne daß seine Temperatur zu irgend einem Zeitpunkt in don kartenflit-Umwandlungstemperaturbereich fällt und so zu unkontrollierten Härten oder Krackbildung tendiert.

Die geeignete Anfangstemperatur hängt nicht allein von dem Hartenßit-Bildungstemperaturbereich des zu gießenden Stahles ab, sondern auch von der Dimension, Größe des Hohlkörpers und dessen Wandstärke undWärmeleitfähigkeit. Im,allgemeinen wird das Gießen von Hohlkörpern großen Maßstabes und Y/andotärke aus einem besonderen Stahl eine

niedrigere Anfangstemperatur des

Stempels erfordern, als

das Gießen kleinerer Hohlkörper pit geringerer Wandstärke

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aus dem gleichen Stahl,¹ weil im letzteren Falle eine kleinere Y/ärmemenge im IJetall im¹ Stempel zur Verfügung steht, um WärmeverluGte in und duröh den Stempel während der Bildung des Embryohohlkörpers auszugleichen.

Für gewöhnlich ist zum Gießen von Hohlkörpern aus ferritischen und spanwiderstandsfähigen Stählen eine Temperatur im Bereich von 200 - 350° C erfoderlich. · Bei diesen Stählen beginnt die Martensittransformation bei Abkühlung auf Temperaturen von 200 - 470° C.

Ήθ ist verständlich, daß die Erzeugung der Hohlkörper unter Bedingungen, welche deren Entfernung aus dem Stempel bei oiner Temperatur erlauben, die über der Temperatur der Martensittransformation für Stahl liegt, gestattet, daß der entfernte Hohlkörper entweder unmittelbar unter einen

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Temperatur-kontrollierten Abschluß kommt, z.B. in einen Tiefofen, in dem der Rohling auf gewünschter Temperatur «ehalten worden kann, um ieothermische Umwandlung zu bewirken oder Kühlung auf gewünschtes Maß, oder er kann bei geeigneter angehobener Temperatur bearbeitet werden und dann auf ein bestimmtes Maß abgekühlt werden. Jede geeignete Apparatur kann zum Gießen rohrförmiger Hohlkörper nach dem Verfahren gemäß der Erfindung angewendet werden, doch sei nachstehend - 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 geschmolzener Metall 3· In dieses taucht ein vertikal angeordneter Stempel, die Oußform 4, ein. Eine Zuleitung für Druokgara 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. keramischem 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

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dann gesenkt und das im Stempel bisher gehaltene, noch flüssige Iletall kann sodann in die Ofenwanne zurückfließen; im Stempel 4 verbleibt ein rohrförmiger Hohlkörper /rewünnchter Wandstärke. Der Stempel 4 wird nun aus der Stopfbuchse 8 entfernt und aus ihm der Hohlkörper selbst. Der Stempel 4 ist an seinem oberen Ende mit einer Buchse 10 aus feuerfestem Material geringer Wärmeleitfähigkeit ausgestattet, um Wärmevorluste 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.

Der Stempel 4 soll bei betrieb unmittelbar vor Einleiten 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 Patent 3To· 885,757 beschrieben sind, daa sich mit der Verbindung des oberen Endes des Stempels mit einem Behälter für Inert-Gas befaßt, das in dem ·** ehält er dann komprimiert wird, wenn das Metall im Stempel aufsteigt» Die britische Anmeldung No. 32 990/62 sieht ein gesondertes Tauchrohr vor, das mit dem Stemp'el selbst in Verbindung steht; die Anmeldung (brit.) No. 26 491/64 (1-3327) befaßt sich mit der Minderung von Wärmeverlusten des im Stempel befindlichen Metalls in der

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Zone des oberen Endes des Emryo-Hohlkörpers, wie vorerwähnt. Die weitere britische Anmeldung No. 26 493/64 (1-3329) versieht verschiedene"Teile der Stempellänge mit geeigneter Anfangatemperatur vor Einlassen des Metalls} die britische Anmeldung ITo. 26 494/64 (1-3330) befaßt sich damit, das geschmolzene Metall im Stempel auf ein geeignetes Maß anzuheben; die britische Anmeldung Fo. 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 und dem darin befindlichen Metall.

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Claims (1)

1. U83651

   Ansprüche

   1· Verfahren zum Gießen rohrförmiger Hohlkörper, dadurch

   gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall in einem " Stempel (Gußform 4) mit einer Anfangstemperatur im Bereiche von 80 - 400° C ansteigt und darin solange gehalten wird, bis es sich erstarrend an der Stempelinncnwand in gewünschter Dicke niedergeschlagen hat, um einen sogenannten Embryo-Hohlkörper zu bilden, v/orauf das überschüssige, noch nicht erstarrte Metall auG dem Stempel entfernt wird.

   2, Vorfahren nach Anspruch.. 1, dadurch gekennzeichnet,

   ! daß die Anfängstemperatur des Metallstempels (4) bei Vergießen austenitischer Stähle im Bereich von 175 350° C liegt.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch-gekennzeichnet, daß die Anfangstemperatur so gewählt wird, daß der Y/ärmefluß in dem Stempel vom geschmolzenen und erstarrenden Metall die Stempeltemperatur rapide auf einen V/ert steigert, der über der Temperatur liegt, bei der die Martensit-Umwandlung im gegossenen Stahl beginnt, wobei der Hohlkörper voll geformt wird und

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   aus dem Stempel entfernt werden kann, ohne daß seine Temperatur zu irgend einer Zeit in die Martensit-Umwandlungstemperatur fällt und daher dazu tendieren würde, unkontrolliertes Erhörten und Rrackumwandlungen durchzumachen·

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempelanfangstemperatur wenigstens 200° C beträgt· ■

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