DE1508767A1 - Verfahren zum Herstellen von Metall mit einem metallischen Belag - Google Patents

Description

Patentanwalt ^DH' ^ING' ^H* NEQBNDANK Patentanwalt

Dipl.-Ing. H. Hauck mmiiHWAii DIpI.-Phys. W. Schmitz

HAMBCBQ SS · NBCIB WiLLM · TKBNHCV M 74 M CNSM 41 15

AMSTEB I5DU8THIE8
INCORPOBAISD

3700 Prudential Plaza
Chioaeo. Illinois 60601 (USA)

19. September 1966

Verfahren zum Herstellen von Metall mit einem metalllaohen Belag

Sie vorliegende Erfindung bezieht aioh auf ein Verfahren zum Herstellen von Metall mit einem metallischen Belag.

Die Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines mit einem Belag versehenen Metalls, bestehend aus einem Kernmetall und einem Belagmetall, wobei in der Herstellung

eines der ursprünglich in gesohmolsener form befindlichen Metalle wenigstens teilweise erstarrt und wenigstens ein halbfestes oder starres Teil bildet, während das andere Jk Metall in geschmolzenem Zustand sugefUhrt wird und die vom ersten Metall dem sweiten Metall sugewendete Oberfläche wenigstens halb geschmolzen ist, so dafl bei der Berührung mit dem sweiten Metall und dem darauf folgenden Erstarren beider

<0 Metalle eine einwandfreie Haft- oder Schweißverbindung

J£ zwischen den beiden Metallen entsteht.

ο Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Anwendung der physikalischen Erscheinung, daß unter einem gegebenen Luftdruck stehendes, geschmolzenes Metall einen bestimmten Pegelstand einnimmt und eine Säule geschmolzenen Metalls bildet, da0 nach

dem Verfahren der äußere Teil dieser Säule wenigstens teilweise in einen starren Zustand übergehen kann und daß ein zweites Metall im flüssigen Zustand eingegossen wird, welches durch sein Gewicht den geschmolzenen Teil des ersten Metalls gegen den zur Aufreohterhaltung der Säule geschmolzenen Metalls vorhandenen Druck verdrängt, wodurch ein in einem genau festgelegten Verhältnis aus zwei Metallen bestehender Gegenstand mit deutlichen Grenzfläohen zwischen dem zugegossenen Metall und dem Metall» von dem ein Teil durch dieses zugegossene ,Metall verdrängt wurde, entsteht.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen zu entnehmen.

Fig. 1 ist ein senkrechter Querschnitt einer Gießvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren.

Fig. 2 ist eine Ansicht der in Fig. 1 verwendeten Form

und zeigt die zur Herstellung verwendeten Metalle.

Fig. 3 ist ein Querschnitt eines nach dem Verfahren der

Erfindung hergestellten Gegenstandes, wobei jedoch die Proportionen und Dioken der beiden

Q Metallkomponenten nicht maßstabsgerecht sind.

σ> Fig. 4 ist eine sohematisohe Darstellung eines

° Walzvorganges.

Xn Fig. 1 der Zeichnungen wird eine Gießvorrichtung gezeigt, welohe für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist. Diese

Gießvorrichtung besteht aus einem Tank mit einem Druckluft-Einlaß 12 und einem Druckluft-Auslaß 14_f welche mit einem geeigneten Verdichter oder Pumpe (nicht gezeigt) verbunden werden, der den gewünschten Luftdruck im Tank erzeugt und geeignete Kontrollvorrichtungen zur Steuerung und zum Ablassen des Druckes enthält. Beim Gießvorgang wird der Tank 10 durch eine abnehmbare Abdeckplatte 16 verschlossen.

Vor Beginn des Gießvorganges wird eine Gießpfanne 18 in den Tank gestellt, welche eine bestimmte Menge Belagmetall 20 enthält, auf dessen Eigenschaften noch später Bezug genommen werden soll. Von der Abdeckplatte 16 erstreckt sich ein Gießrohr 22 nach unten in die Gießpfanne bis in die Nähe des Bodens der Gießjfanne. Bei Zunahme des Luftdruckes im Tank wird das Belagmetall durch das Gießrohr nach oben und in die Form 24 gedrückt. Das Gießrohr 22 ist von bekannter Konstruktion und ist in einem geeigneten Gießtisch 26 gelagert, weloher sich auf der Abdeckplatte 16 befindet und mit dieser verbunden ist. Der Gießtisch 26 kann aus einer Bodenplatte 28 und einer weiteren Platte 30 bestehen, welche einen Kern 32 aufweist, der das obere Ende des Gießrohres nach oben fortsetzt. Der Gießtisch und das Gießrohr 22 sind an der Abdeckplatte 16 befestigt und werden beim Abnehmen der Abdeckplatte 16 gleichzeitig mit dieser vom Tank 10 abgenommen, dementsprechend beim Aufsetzen

ο der Abdeckplatte auch wieder in diese Stellung gebracht.

^J Die Form 24 wird auf dem Gießtisch 26 befestigt, wobei sich J₀ zwischen beiden ein Absperrschieber 34 befindet, der beispiels-

ο weise von einem Schlitz im unteren Ende der Form aufgenommen werden kann und auf der Platte 30 ruht. Dieser Absperrschieber

34 hat einen feuerfesten Einsatz oder einen Kern 36, dessen BAD ORIGINAL

Öffnung der Inneren Öffnung des Gießrohres enteprioht, wenn sioh der Absperrschieber in der in Fig. 1 gezeigten geöffneten Stellung befindet. Der Absperrschieber 34 kann aus der gezeigten Stellung naoh rechts in die Schließstellung geschoben werden» wobei sich dann ein fester Einsatz 38 in Deokung mit der Öffnung des Gießrohreβ befindet und die Verbindung des Grießrohre β mit der Form unterbricht.

Die Form 24 besitzt vorzugsweise einen Graphitkern 40 mit einem Hohlraum 42 und kann ggfs. von einem aus Metallblech bestehenden Gehäuse 44 umgeben sein. Der Graphitkern 40 soll aus einem unteren Abschnitt 46 bestehen, der den Hauptabschnitt des Hohlraumes der Form bildet und oberhalb des unteren Abschnittes 46 einen Aufsatz 48 aufweisen, in welchem sich eine trichterförmige Aussparung 50 befindet, die sich vorzugsweise nach oben hin öffnet.

FUr das Kernmetall 54 ist eine Gießpfanne 52 vorgesehen und hält eine bestimmte Menge Metalls. Die Gießpfanne 52 besitzt eine Gießlippe 56, welche das Aufgießen des flüssigen Metalls vereinfacht.

Die beiden für das erfindungsgemäße Verfahren benutzten Metalle müssen nicht besondere Metalle sein, sondern können Q aus einer Vielzahl von Metallen ausgewählt werden. Im voroo liegenden Beispiel soll für das Belagmetall ein rostfreier Stahl cn Verwendung finden, während ein Kohlenstoff-Stahl für das ^ Kernmetall verwendet wird. Die Verwendungsmöglichkeiten von ω Metallbelägen sind sehr zahlreich, und die Schwierigkeiten beim Belegen von Stahl mit korrosionsbeständigen Metallen sind bekannt. Diese Schwierigkeiten sind auf zahlreiche Ursachen

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zurüokzuführen, wobei eine der Hauptursaohen darin besteht» daß die Oberfläohen der miteinander an verschweißenden Metalle der Atmosphäre ausgesetzt sind, wodurch die Oberfläohen erheblich korrodieren und eine einwandfreie Verschweißung unmöglich machen. Im vorliegenden Verfahren liegt keine Berührung dieser Oberfläohen mit der freien Atmosphäre vor.

Verfahrensgemäe wird Luftdruck in den Tank 10 eingeführt, so daß sich das Belagmetall 20 im Grießrohr nach oben und in die Form 24 drückt, wenn sioh der Absperrschieber 34 in der in Pig. 1 gezeigten geöffneten Stellung befindet. Wenn das ^ Belagmetall die gewünsohte Höh· rreioht, welohe im vorliegenden Beispiel am oberen Band des Hohlraumes 42 liegen soll, der durch die Linie 58 angedeutet wird, wird der Gießvorgang unterbrochen, jedoch der auf dem Tank 10 lastende Druok aufrechterhalten, so daß die Säule des geschmolzenen Metalle innerhalb der Porm auf der angegebenen Höhe bleibt.

Der Luftdruok wird so lange auf dem gewUnsohten Wert gehalten, bis sioh das Metall in der Vorm abkühlt und wenigstens an seinem Umfang teilweise erstarrt und die in Jig. 2 gezeigte A Sohale 60 bildet. Sann wird das Kernmetall 54 aus der Gießpfanne 52 in den Aufsatz 48 so eingegossen, daß möglichst keine Turbulent zwischen den beiden Metallen auftritt und die Grena-

^ schicht awisohen den beiden Metallen im wesentlichen in einer φ Ebene verbleibt.

° Da ein gegebener Druok innerhalb de· Tankeβ das gesohmolaene Metall in der form auf einer bestimmten Höhe hält, verursacht dae lingieSen dee Metall« in die Fora, daß die Metallsäule .

innerhalb der ?orm auf dieser Höhe verbleibt, welohe nor

von dem Druck innerhalb des Tanks abhängt. Sas eingegossene Kernmetall verdrängt den mittleren Teil des Belagmetalle nach unten, wie duroh die gestriohelte Linie 62 (Fig. 2) angedeutet wird, welche einen Zeitpunkt während des Gießvorganges darstellt. Ein weiteres Zugießen des Kernmetalle 54 bewirkt, daß sioh dieses weiter nach unten ausbreitet und die Grenzschicht zwischen den beiden Metallen, d.h. die Linie 62, immer weiter naoh unten drückt.

Die Lage der Grenasohicht »wischen den beiden Metallen hängt von der Menge dee in die form zugegossenen Kernmetalle ab und kann duroh eine genaue Bereohnung bestimmt werden, die vorzugsweise bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird und die Größe der form, sowie andere Faktoren, wie z.B. Abkühlaeit usw., berücksichtigt. Wenn die Grenzschioht zwisohen den beiden Metallen auf die gewünschte Höhe abgesunken ist, welohe in der Nähe oder in der Ebene des Absperrschiebers 34 liegt, wird das Eingießen von geschmolzenem Metall unterbrochen, so daß die Säule dee geschmolzenen Metalls oder der beiden geeohmolienen Metalle nioht weiter bewegt wird· Sann wird der Absperrschieber 34 in die Schließstellung gebracht, d. h. in der in Fig. 1 gezeigten Darstellung naoh reohte bewegt, so daß weitere Verfahreneschritte ergriffen werden können, wie s. B. das Ablassen dee Druckes aus dem Sank 10 und das Abnehmen der Gießform vom Tank. Da· geschmolzene

co Metall kann dann in der Gießform erstarren, wonach der Gußgegen- cn et and oder der Barren aus der Gußform genommen und den nachfolgend beschriebenen Verfahreneeohritten unterworfen werden

Die Dioke der Schale 60 tee Kerametalls 54 hängt von der Zeit-

dauer ab, während welcher eich das Belagmetall vor dem Eingießen dee Kernmetalle in der Gießform befindet und von anderen Faktoren, wie z. B. die Größe der Gießform usw. Diese Paktoren sind einfach zu berechnen, so daß eine Schale gewünschter Sicke erhalten werden kann. Obwohl die Abmessungen der verschiedenen Einzelteile der Gießvorrichtung frei gewählt werden können, sollen zum besseren Verständnis des Verfahrens einige praktische Zahlenwerte angegeben werden. In einer praktischen Ausführung der Erfindung besitzt der Hohlraum der Form 24 bis zur Linie 58

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die Abmessungen 76 χ 241 χ 228 mm. Sas Belagmetall wurde duroh Luftdruck in den Hohlraum der Form gepreßt und dort etwa 10

Sekunden lang belassen. Bann wurde in einem Zeitraum von etwa 30 Sekunden das Kernmetall zugegossen, und der geschmolzene Mittelteil dee Belagmetalle nach unten verdrängt. Dadurch wurde eine Sohale 60 mit einer Dicke von etwa 5 mm geformt. Die bei diesem Verfahren benutzten Metalle waren 18-8 rostfreier Stahl als Belagmetall und unlegierter 1010 Stahl als Kernmetall. Der den Belag bildende rostfreie Stahl wurde auf etwa 1560 ⁰C erwärmt, während das Kernmetall auf etwa 1590 ⁰C erwärmt wurde.

Der dabei hergestellte Metallbarren wird schematisoh in Fig. 3 gezeigt, wobei jedoch die Dicken der Metallsohichten und die Proportionen in dieser Darstellung nicht maßstabsgerecht sind. Die Figur zeigt einen Barren 64, der aus einem Kern 66 mit einem Kernmetall 54 aus unlegiertem Stahl und einem Belag 68 aus rostfreiem Stahl 20 besteht. Dieser Barren wird dann durch

in
die/Fig. 4 sohematisch gezeigten Rollen 70 auf eine Dicke von etwa 0,5 mm ausgewalzt. Dadurch erhält das Belagmetall eine Otärire von etwa 0,033 mm. Ein Metallbelag von solcher Dicke wird auch duroh andere Verfahren erzielt und ist für viele Zwecke

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ausreichend. Beim Walzvorgang bildet das Belagmetall einen sehr gleichmäßigen, nicht porösen und sehr festen Belag, welcher ohne Korrosionserscheinungen an der Grenzschicht zwischen den beiden Metallen fest mit dem Ke-rnmetall verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, daß Barren oder Gußteile von beliebigen Abmessungen hergestellt werden, und daß die Dicke des Metallbelages in bezug auf den Gegenstand beliebig verändert werden kann, indem die Länge der Zeit verändert wird, in welcher sich das Belagmetall innerhalb der Form befindet, bevor das Kernmetall eingegossen wird.

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Claims (6)

Patentanwalt DR. ING. H. NEGENDANK Prfonfonwa?» Dipl.-Ing. H. Hauck patinmnwalt D'P'· ' ''< J '·'' Srhmite HAMIiUKU 8β- NKtTBK Wilt« · flRNBCP MHiS ÜNDM41 II AMSTBD INDUSTRIES INCORPORATED Prudential Plaza Chicago. Illinois 60601 (USA) 19. September 1966 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen von Metall mit einem metallischen Belag in einer an beiden Enden offenen Form, dadurch gekennzeichnet, daß das für den Belag verwendete Metall (20) im geschmolzenen Zustand duroh die am Boden einer Form (24) befindliche öffnung (36) in die Form gedrückt wird und gegenüber der freien Atmosphäre einen vorbestimmten Pegelstand annimmt, indem ein Vorratsbehälter (18) mit geschmolzenem Metall (20) unter Strömungsdruok gesetzt wird, daß das in der Form (24) befindliche Metall (20) durch Aufrechterhalten des Strömungsdruckes so lange in der Form gehalten wird, bis ein Teil seiner Oberfläche (60) erstarrt ist und eine Sohale bildet, daß der Übrige Teil des geschmolzenen Metalls für den Belag duroh das Eingießen von geschmolzenem Kernmetall (54) durch die obere öffnung (50) der Form gegen den Strömungsdruok aus dem mittigen Teil der Form verdrängt wird, während

der Pegeletand ($) in der Form (24) beibehalten wird, so

daß das Kernmetall (54) nach dem Verdrängen des übrigen Belagmetalle (20) erstarren und einen festen Körper (64)

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsdruck durch eine Druckluftanlage (12) im Vorratsbehälter (18) für das Belagmetall (20) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

in die für das Kernmetall (54) benötigte und/die Form

(24) eingegossene Menge berechnet wird und nur so viel Metall eingegossen wird, daß der mittige Teil des Belagmetalls bis zu einer Tiefe verdrängt wird, die nicht unterhalb dee unteren Endes des Hohlraumes der Form liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (24) von der unterhalb befindlichen und unter Strömungsdruck stehenden Vorrichtung getrennt wird und abgenommen werden kann, so daß dann das gegossene Werkstüok aus der Form entnommen werden kann.

5. Verfahren zua Herstellen von Metallblech mit einem metallischen Belag, dadurch gekennzeichnet, daß ein Barren (64) naoh dem Verfahren von Anspruch 1 hergestellt und dann durch ein Walzverfahren zu dünnen Metallblech gewalzt wird, bei welchem die Dicken des Kernmetalls

Und des Belagmetalls proportional verringert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmetall (54) wenig korrosionsbeständig und das lelagmetall (20) hoch korrosionsbeständig ist, wobei beide Metalle einen großen Anteil eines in beiden Metallen vorhandenen Elementes aufweisen, so daß eine feste Metallver-

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bindung zwischen den beiden Metallen entsteht

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ORIGINAL INSPECTED

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