DE1527551A1

DE1527551A1 - Process for the production of composite bodies on various metals

Info

Publication number: DE1527551A1
Application number: DE19631527551
Authority: DE
Inventors: Von Hofe Dr Hans; Veit Dipl-Ing Hans-Joachim; Becken Dr Otto
Original assignee: VON HOFE DR HANS
Current assignee: VON HOFE DR HANS
Priority date: 1963-09-12
Filing date: 1963-09-12
Publication date: 1969-12-04

Description

Titel: "Verfahren zum Herstellen von Verbundkörpern an verschiedenartigen Metallen't Beschreibung: Verbundkörper aus verschiedenartigen Metallen worden meist dadurch hergestellt, daß sie aufeinandergeschweißt werden, Beispielsweise entstehen plattierte Bleche dadurch, daß auf ein dicken Grundblech eine dünnere Schicht höherwertigeren Werkätoffs aufgeschweißt wird. Das Aufachweißen geschieht entweder durch Aufwalzen einen dUnneren,Blechen aus den höherwertigen Werkstoff, oder durch Aufschweißen mittels eines der bekannten Schmelzschweißverfahren. Anschließend wird der entstandene Block aus Verbundwerkstoff gewalzt und dabei auf die gewünschte Blechdicke gebracht, Diese Verfahren eignen sich vorzugsweise für das Herstellen von Blechen aus Verbundwerkstoff, sogenannten plattierten Blechen, wenn die Plattierungeschicht nicht allzu dick sein muß, Es versagt aber, wenn im Interesse der Qualitätesteigerung bei-de Werkstoffe in zwei oder mehr zueinander senkrechten Richtungen verformt werden müssen. Außerdem Ist die Wirtschaftlichkeit diesen Verfahrens dadurch stark eingeengt,- daß sich die Dicke der aufeinanderw lzbaren Bleche nicht beliebig steigern läßt.Title: "Process for the production of composite bodies on various types of metals" Description: Composite bodies from various types of metals are mostly produced by welding them together. For example, clad sheets are produced by welding a thinner layer of higher quality material onto a thick base sheet is done either by rolling on a thinner sheet made of the higher-quality material, or by welding on using one of the known fusion welding processes. The resulting block of composite material is then rolled and brought to the desired sheet thickness , so-called clad sheets, if the cladding layer does not have to be too thick, but it fails if both materials are deformed in two or more mutually perpendicular directions in the interest of increasing quality have to. In addition, the economic viability of this process is greatly reduced by the fact that the thickness of the sheets that can be rolled onto one another cannot be increased at will.

Ein weiteren Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern besteht darin, daß zwei 3löcke aus verschiedenartigen Metallen auf Schweißbitze gebracht und unter einen Schmiedehammer durch Feuerachweißen zusammengefügt werden. So kann man erreichen, daß eine der Längskanten eines Stahlblockes aus hochwertigem Werkzeugotahl, der übrige Teil des Blockes aber aus einem normalen preiswerten Kohlenstoffstahl be- steht, Ein solcher Block kann dann in zwei zueinander senkrechten Richtungen durchgeschniedet und anschließend ausgewalzt werden. Dienen Verfahren hat aber den Nachteil, daß sich damit nur Verbundkörper aus Stählen herstellen -lassen, deren Schmelzpunkte nicht allzu unterschiedlich sind. Es versagt, wenn stark vom Grundwerkstoff abweichende Metalle aufgebracht werden sollen, also beispielsweise hochlegierte Chrom-Nickel-Stähle oder gar Titan oder dessen Legierungen auf einen normalen Kohlenstoffstahl.Another method for the production of composite bodies consists in that two blocks of different metals are welded onto welding bits and joined together by fire welding under a forging hammer. Thus it can be achieved that one of the longitudinal edges of a steel ingot of high-quality Werkzeugotahl, the remaining part of the block, however, is sawn from a normal inexpensive carbon steel, such a block can then durchgeschniedet in two mutually perpendicular directions and then rolled. However, this method has the disadvantage that it can only be used to produce composite bodies made of steels whose melting points are not too different. It fails when metals that differ greatly from the base material are to be applied, for example high-alloy chromium-nickel steels or even titanium or its alloys on a normal carbon steel.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Verbundkörpern aus mehreren verschiedenartigen Werkstoffen vermeidet diese Nachteile, Es ist dadurch gekennzeichnetp daß der Werkstoff B als Kern in eine beliebig geformte Bohrung des Rohlings aus dem Werketoff A nach dem Verfahren den Elektro-Schlacke-Schweißens, z*B. mit der Methode des Kanalschweißens eingeschweißt und der so entstandene Rohling durch nachfolgendes Warm- oder Kaltverformen. Trennen und/ oder Fertikbearbeiten in eine für die endgültige Verwendung geeignete Form gebracht wird, Gegenüber dem bisher üblichen Verfahren hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß eine völlig sichere Schweißverbindung entsteht, die den Beanspruchungen beim Verformen und den später meint folgenden Arbeitsgängen wesentlich besser gewa--haen ist, Dazu kommt, daß z,B. das Schmieden bei manchen Metallen auf diese Weise überhaupt erst möglich wird, ohne einen besondere großen technischen Aufwand zu erfordern. Wird beispielsweise als Werkstoff B Titan verwendet, so wäre zunächst einmal eine Feuerschwei-Bung in der bisher üblichen Weine gar nicht möglich, sondern nur eine Schutzganachweißung unter reinsten Edelgasen unter sehr erschwerten Ubständen. Zudem wäre ein Durchschmieden ebenfalls nur nach Erwärmung in einem Schutzganoten durchzuführen, und auch beim Schmieden selbst wären sehr umständliche und teuere Maßnahmen zum Fernhalten von Sauerstoff nötig, da Titan bei den erforderlichen Temperaturen bereits stark zur Oxydation neigt, Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung dagegen ist der Werkstoff 3, beispielsweise das Titan, ringsum vom Werkstoff A umgeben, der einen vollständigen Schutz gegen die Atmosphäre bildet;-jdie Erwärmung den Verbundkörpers kann also ohne irgendwelche Schutzmaßpahmen in jedem normalen Ofen erfolgen, und auch das Ein weiterer Vorteil des erfindungegemäßen Verfahrens beruht darin, daß durch die Anwendung des Elektro-Schlacke-Schweißens ein besonders reines Metall entsteht, da bekanntlich beim Elektro-Kmichlacke-Schweißen als Folge der Form der sich bei der Erstarrung ausbildenden Kristallite die Verunreinigungen nach oben geschoben werden und siCh in einem - - verlorenen Kopf wiederfinden. Dieser sich bei dem Umschmel- tegenüber dem bisher üblichen Vorgehen wird die Qualität bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch noch dadurch wesentlich verbessert, daß bei dem Elektro-Schlacke-Cchweißen ein von Oxyden völlig freies Übergangagefüge zwischen dem Werkstoff A und dem Werkstoff a entsteht, während sizh, wie die Erfahrung zeigt, z.B, beim Feuerschweißen stets Oxydzeilen im th3ergangsgebiet finden, welche die Haltbarkeit der Verbindung herabsetzen, Ein anderer Vorteil den erfindungsgemäßen Virfahrens ist der Umstand, daß durch die Trennschnitte mehrere WerkstUcke entstehen, Wird der VerbundkMrper beispielweise durch zwei durch die Zylinderachse gehende Schnitte, die zueinander senkrecht stehen, zerlegt, so gewinnt man vier gleizhe Werkstücke, die in einem einzigen Arbeitsgang entstanden sind. Die zuletzt aufgeführten Vorteile, also das Entstehen eines besonders reinen Yietalles, die völlig oxydfreien Übergänge und das Herstellen mehrerer WerkstUcke in einen einzigen Arbeitsgang gelten auch dann, wenn der Werkstoff 3 nicht hoch reaktiv ist,-oder wenn er nicht empfindlich gegen die Aufnahme von 3)tickstoff oder Wasserstoff sein sollte, beispielsweise also für den Fall, daß es siCh bei dem Werkstoff 3 um einen sogenannten Arbeitestahl handelt, Es kann vorteilhaft sein, den Hohlkörper des Werkstoffen A aus mehreren Tailstücken zusammenzusetzen,'die so zu einem zylindrischen Hohlkörper zusammengebracht werden, daß zwischen ihnen ein bestimmter Luftspalt vorhanden ist. Dieses Vorgehen ist besonders dann günstig, wenn der Werkstoff 3 beim Erstarren so schwindet, daß sich in seinem Inneren Risse bilden können. Die Luftspalte erlauben dann ein ungehindertes Schrumpfen den Werkstoffes B, so daß die Rissbildung verhindert wird. Zweckmäßig werden die Luftspalte an solche Stellen gelegt, an denen später der Verbundkörper zerschnitten werden soll, Die Luftspalte können die Anwendung eines Gchutzgasstromes an diesen Stellen erforderlich machen, Benn wegen der Eigenschaften des Werkstoffes B der Zutritt von Luft durch die Luftspalte unterbunden werden muß.The inventive method for making composite bodies of a plurality of different types of materials avoids these disadvantages, it is gekennzeichnetp characterized in that the material B as the core in any shaped bore of the blank from the Werketoff A according to the method of the electro-slag welding, z * B. welded in using the method of channel welding and the resulting blank by subsequent hot or cold forming. Separating and / or finishing is brought into a form suitable for the final use. Compared to the previously customary process, the process according to the invention has the advantage that a completely secure welded connection is created that is much better able to withstand the stresses during deformation and the subsequent operations. -haen is, In addition, z, B. the forging of some metals is possible in this way in the first place, without requiring a particularly large technical effort. If, for example, titanium is used as material B, then first of all fire welding would not be possible in the previously common wines, but only protective gan welding under the purest noble gases under very difficult overhangs. In addition, forging through would also only be carried out after heating in a protective goblet, and very cumbersome and expensive measures to keep away oxygen would also be necessary during forging itself, since titanium already has a strong tendency to oxidize at the required temperatures the material 3, for example the titanium, surrounded all around by the material A , which forms a complete protection against the atmosphere; the heating of the composite body can therefore take place in any normal furnace without any protective measures, and that too Another advantage of the method according to the invention is that the use of electro-slag welding results in a particularly pure metal, since it is known that in electric-slag welding, the impurities are pushed upwards as a result of the shape of the crystallites that form during solidification and find yourself in a - - lost head. This is at the remelting Compared to the previously usual procedure, the quality of the method according to the invention is also significantly improved by the fact that a transition structure completely free of oxides is created between material A and material A during electro-slag welding, while experience shows that For example, during fire welding, oxide lines are always found in the transition area, which reduce the durability of the connection.Another advantage of the method according to the invention is the fact that the separating cuts result in several workpieces stand, dismantled, you win four identical workpieces that were created in a single operation. The advantages listed last, i.e. the creation of a particularly pure yietall, the completely oxide-free transitions and the production of several workpieces in a single operation also apply if the material 3 is not highly reactive, -or if it is not sensitive to the absorption of 3 ) should be nitrogen or hydrogen, for example in the event that the material 3 is a so-called working steel, it can be advantageous to assemble the hollow body of the material A from several tail pieces, which are thus brought together to form a cylindrical hollow body that there is a certain air gap between them. This procedure is particularly favorable when the material 3 shrinks during solidification in such a way that cracks can form in its interior. The air gaps then allow the material B to shrink unhindered, so that cracking is prevented. Conveniently, the air gaps are placed at such locations where the composite body is to be cut later, the air gaps may make the application of a Gchutzgasstromes at these points required Benn because of the properties of the material B of the entry must be prevented of air through the air gaps.

Das erfindungsgem&ße Verfahren soll an Bildern im Prinzip und mit einigen Beispielen erläutert werden.The method according to the invention should be based on images in principle and are explained with some examples.

Figur 1 stellt die einfachste Möglichkeit dar, 1 ist einzylindrischer Körper aus dem Verkstoff A, dessen Bohrung 2 mit den Werkstoff 3 vollgeschweißt wird. Der gestrichelte Kreis 3 deutet an, wieweit der Werkstoff A bei dem 0--hweigprozeas-aufgeschmolzen worden-Ist, um eine einwandfreie Bindung mit dem Werkstoff 3 zu erzielen.FIG. 1 shows the simplest possibility, 1 is a cylindrical body made from the material A, the bore 2 of which is fully welded with the material 3 . The dashed circle 3 indicates to what extent the material A has been melted in the 0 - in some cases - in order to achieve a perfect bond with the material 3 .

Figur 2 zeigt das gleiche,für einen Körper 4 mit rechteckigem Querschnitt aus dem Werkstoff A, dessen Bohrung 2 mit dem Werkstoff 3 vollgeachweißt wird, In Figur 3 ist 4 wieder ein reChteckiger Körper aus dem Wqrkstoff A, dessen rechteckiger Hohlraum mit der Methode des Kanalschweißens mit dem Werkstoff B gefüllt worden ist# wobei gleichzeitig drei abuchmelzende Drahtführungen mit drei zugeführten Drähten benutzt worden sind, so daß die drei sich überlappenden Einbrandkreise 5, 6 und 7 entstanden sind.Figure 2 shows the same for a body 4 with a rectangular cross-section made of material A, the bore 2 of which is fully welded with material 3. In Figure 3 , 4 is again a rectangular body made of material A, its rectangular cavity using the method of channel welding has been filled with material B # whereby three melting wire guides with three wires fed in have been used at the same time, so that the three overlapping penetration circles 5, 6 and 7 are created.

Die Figuren 4 bis 7 zeigen die Aufeinanderfolge der verschiedenen Arbeitsgänge gemäß der Erfindung an einem Beispiel. Figur 4 ist der Querschnitt eines Rohlinge, der beispielsweise nach der Methode gemäß Figur 3 hergestellt worden ist, 4 ist ein zylindrischer Körper aus dem Wirkstoff A, hier beispielsweise aus einem normalen Kohlenstoffstahl, während C der Werkstoff B, beispielsweise aus einem sogenannten Arbeitestahl, ist, Dieser Rohling wird längs der gestrichelten Linien 9 und lo zertrennt, erforderlichenfalls nach einem vorangegangenen Schmiedevorgang zur Verbeuaerung der Werkstoffeigenschaften. Auf diese Weise entstehen vier gleiche Werkstücke, von denen eines in Figur 5 zu sehen ist, Dar Teil 4 a besteht also aus normalem Kohlenstoffstahl, der Teil C a aus Arbeitsstahl. Im weiteren Verlauf wird diesen Werkstück auf die erforderliche Form ausgewalzt. Dieser Zustand ist in Figur 6 dargestellt. Die Teile 4 a und 8 a haben dann die Formen 4 b bzw. C b angenommenb Schließlich wird in einem letzten Arbeitsgang dem Werkstück durch klichleifen die endgültige Form gegeben, Figur 7, wo nunmehr die Teile 4 c bzw, 0 -- vorhanden sind. Ein weiteres Beispiel stellen die Figuren C bis lo.dar, Figur 8 ist ein durch das Elektro-Schlacke-Schweißeng in diesem Beispiel unter Verwendung von Plattenelektrodent hergestellter Rohling, der aus den beiden Werkstoffen 11 und 12 besteht, und der längs der gestrichelten Linie 13 in zwei gleiche bitUcke getrennt wird, von denen eines in Figur 9 zu sehen ist, das also aus den Verkstoffen 1-1 a und 12 a besteht. Dieser Rohling wird durch Walzen in die Form der Figur lo gebracht. Es ist auf diese Weise ein Träger entstanden, der aus den unterschiedlichen Werkstoffen 11 b und 12 b besteht, die dem jeweils vorliegenden Verwendungszwe --k angepasst werden können. 3benso kann man aus einem solchen Rohling* beispielsweise Schienen oder andere Profile mit örtlich unterschiedlichen Eigens--hatten, z.B. Härte oder Norrosions- oder Vers--hleißverhalten herstellen. Ein weiteren Beispiel bilden die*Figuren 11 bis 131. Figur 11 ist ein mit Hilfe des Kanalazhweißens hergestellter spielsweine konzentris--hes Loch 16 gebohrt, Figur 12, so daß er nun..aus den TAlen 14 und 15 a besteht. Aus dem Rohling wird nach den üblichen Methoden ein 11ohr hergestellt, Fi gur 131, das nun aus dem äußeren kantel 14 a mit der Inneren PlattierungBachicht 15 b besteht. Man kann dieses Rohr auch längs einer Erzeugenden auftrennen und zu einer Platte abrollen, gewinnt also damit ein plattierten Blech, Auf diese Weise lassen sich plattierte Aohre und Bleche mit beliebigen Plattierungsdi--ken herstellen, wie sie nach bisher üblichen Fertigungsmethoden nur durch langwierigen lagenweises Aufschweißen erreicht werden können. Bohrt man das Loch exzentrisch, so erhält man Werkstücke, bei denen die Plattierungsdicke Eii--h stetig ändert. Plattinen zum Auswalzen plattierter Ble--he lassen sich ten Linien 19, 2o und 21 zertrennt wird. Dann entsteht ein Rohling gemM Figur 15, dessen Teil 17 a aus den ;.p Werkstoff A, und dessen Teil 10 a aus dem Werkstoff 3 besteht, und der nun z.B. zu einem Blech ausgewalzt oder zu anderen Teilen verformt oder verarbeitet werden kann, Die Figuren 16 und 17 zeigen die Nerstellung von rontfreien hochtesten Drähten nach dem erfindungsgemäßen Vorfahren. Zu diesem Zweck wird ein Rohling gemäß Figur 16 .hergestellt, dessen äußerer Teil 22 beispielsweise aus ieil 232 aus,einem kalt verfestigbaren Kohlenstoffstahl besteht. NaCh dem Ziehen dieses Rohlings ist ein Draht entstanden, der.Innen die hochfeste Seele 22 a enthält, und dessen Kussere S--hi--ht 23 a einen porenfreien Rostschutz bildet, Bild 17. FIGS. 4 to 7 show the sequence of the various operations according to the invention using an example. FIG. 4 is the cross-section of a blank which has been produced, for example, according to the method according to FIG. 3 , 4 is a cylindrical body made of the active ingredient A, here for example from a normal carbon steel, while C is the material B, for example from a so-called working steel This blank is severed along the dashed lines 9 and lo, if necessary after a previous forging process to dent the material properties. In this way, four identical workpieces are created, one of which can be seen in FIG. 5 , so part 4 a consists of normal carbon steel, and part C a of working steel. This workpiece is then rolled out to the required shape. This state is shown in FIG. 6 The parts 4 and 8a have then the molds 4 b, and C b angenommenb Finally, in a last step the workpiece by klichleifen the final shape, where, Figure 7, where now the parts 4c respectively, 0 - are present. A further example, Figures C to lo.dar, Figure 8 is a produced by the electro-slag Schweißeng in this example, by using plate electric Dent blank which of the two materials 11 and 12 is composed, and the along the dashed line 13 is separated into two identical bits, one of which can be seen in FIG. 9 , which therefore consists of the substances 1-1 a and 12 a. This blank is brought into the shape of the figure lo by rolling. It is originated in this manner, a carrier consisting of the different materials 11 b and b is 12, which can be adapted to the respectively present Verwendungszwe --k. 3 Likewise, rails or other profiles with locally different properties, such as hardness or corrosion or wear behavior, can be produced from such a blank *. A further example is shown in FIGS. 11 to 131. FIG. 11 is one produced with the aid of channel welding Spielsweine concentric hole 16 drilled, figure 12, so that it now consists of tables 14 and 15 a. A 11ohr is produced from the blank according to the customary methods, Fi gur 131, which now consists b from the outer kantel 14 a with the inner PlattierungBachicht 15th This tube can also be cut along a generating line and rolled off to form a plate, thus gaining a clad sheet metal. In this way, clad tubes and sheets can be produced with any cladding thickness, as was only possible with tedious layer-by-layer welding using conventional manufacturing methods can be achieved. If the hole is drilled eccentrically, workpieces are obtained in which the cladding thickness Eii - h changes continuously. Plates for rolling out clad sheet metal can be ten lines 19, 2o and 21 is separated. A blank according to FIG. 15 is then produced, the part 17 a of which consists of the material A and the part 10 a of the material 3 , and which can now be rolled out, for example, into a sheet metal or deformed or processed into other parts FIGS. 16 and 17 show the production of ront-free high-strength wires according to the inventive method. For this purpose, a blank according to FIG. 16 is produced, the outer part 22 of which is made of, for example ieil 232 consists of a cold work hardenable carbon steel. After drawing this blank, a wire was created which contains the high-strength core 22 a on the inside, and the Kussere S - hi - ht 23 a forms a pore-free rust protection, Figure 17.

Als letztes Beispiel sei das Herstellen von Ziehformen aufgeführt. Gemäß dem Verfahren naCh der Erfindung wird hierzu mittels des Kanalschweißens ein Rohling nach Figur 1C hergestellt, der aus dem Kohlenstoffstühl Teil 24 und dem Arbeitsetahl 25 besteht, der dann zwecks Verbesserung der QualitKt zunächst in verschiedenen Richtungen durchgeschmiedet und sodann längs der gestrichelten Linie 26 aufgetrennt wird, so daß zwei gleiche titücke nach Figur 19 entstehen. Aus diesem Rohling wird die fertige Ziehforra, Figur 2o, hergestellt, indem beispielsweise auf der sieite, die aus dem Kohlenstoffstahl Teil U b besteht, der Fuso 27 angearbeitet und auf der Arbeitestahlseite Teil 25 b die Zieh- The last example is the manufacture of drawing molds. According to the method according to the invention, a blank according to FIG. 1C is produced for this purpose by means of channel welding, which consists of the carbon steel part 24 and the working steel 25 , which is then forged through in different directions in order to improve the quality and then separated along the dashed line 26 so that two identical pieces according to FIG. 19 are produced. The finished drawing shape, FIG. 2o, is produced from this blank by, for example, working the Fuso 27 on the sieite, which consists of the carbon steel part U b , and the drawing part 25 b on the working steel side.

Claims

A n s p r U che 1. Process for the production of composite bodies from several different materials, characterized in that the material B as a core in any shaped 3ohrung the blank from the material A according to the process the electro-slag-W "% welding, e.g.

B, welded in using the method of channel welding and the resulting blank is brought into a shape suitable for the final use by subsequent hot or cold forming, cutting and / or finishing, 2.

Method according to claim 1, characterized in that the material A is composed of several pieces which are brought together so that there is a certain air gap between them, 3. Method according to claims 1 and 2, characterized in that the air gaps at such locations have been placed on which the blank is to be cut later.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that a Gchutzganstrom is applied to the air gaps, which prevents the entry of air through the air gaps,