DE1812766C3

DE1812766C3 - Verfahren zum Auskleiden eines Metallzylinders mit einer Legierung auf Eisenbasis

Info

Publication number: DE1812766C3
Application number: DE1812766A
Authority: DE
Inventors: Clifford William Oil City Pa. Lindquist (V.St.A.)
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1967-12-07
Filing date: 1968-12-04
Publication date: 1980-02-07
Also published as: DE1812766B2; DE1812766A1; US3551188A; GB1247197A; FR1598298A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren /um Auskleiden eines Metallzylinders mit einer Legierung auf Eisenbasis durch Einbringen von Teilchen als Komponenten dieser Legierung in den Metallzylinder. Aufschmelzen der Teilchen, Schleudern des Zylinders zur gleichmäßigen Verteilung der aufgeschmolzenen Legierung auf der Zylinderinnenflächc und anschließendes Abkühlen des Zylinders zur Verfestigung der Auskleidung.

Es ist bereits bekannt, mit einem Verfahren der gcnannien Art einen aus zerkleinerten bis fein zerteilten Teilchen bestehender! oder in Form von Drehspänen. Schrott oder dergleichen vorliegenden ferritischen oder aiistcnitischcn ("hmm-Nickel-Stahl als alleinige Legierung innerhalb emes Mctalkylindcrs oder Rohres aufzuschmelzen Und durch Rotation des Zylinders über" dessen inncfö Oberfläche gleichmäßig zn veftei·= [cn (CH-PS 295406),

Es ist ferner bekannt, zur Aufbringung von harten Uberzugsmatcrialien auf der Iritienseitc von einem Verschleiß unterliegenden Stahlzylindcrn, beispielsweise" Laüfbüchscii, kleine Teilchen des ÜbcfZugsmalefials in dem Zylinder anzuordnen, diesen dann zu erhitzen, bis das Material schmilzt, und daraufhin in Drehung zu versetzen (US-PS 1923075). Bei diesem bekannten Verfahren bestehen die Zylinder gewöhnlich aus Flußstahl, der bei etwa 1510° C schmilzt. Jedoch dürften die Zylinder nicht über etwa 1371° C erwärmt werden, da sie sich sonst verziehen. Demzufolge ist dieses Verfahren nur zur Auskleidung von Zylindern mit Legierungen verwendet worden, die unterhalb dieser Temperatur schmelzen.

ι» Schließlich ist auch noch ein Verfahren zur Auskleidung von Zylindern mit höherschmelzenden Legierungen auf Eisenbasis bekannt, bei dem das AuskJeidungsmaterial getrennt geschmolzen wird, dann in den erhitzten Zylinder eingegossen wird, der darauf-

ii iiin in Umdrehung versetzt wird, so daß die Auskleidung im Schleudergußverfahren aufgebracht wird. Diese Verfahrensweise erfordert jedoch getrennte Schmelzeinrichtungen und stellt außerdem nicht sicher, daß zwischen dem Zylinder und der Auskleidung

2» eine metallurgische Bindung erreicht wird. Außerdem ergibt sie einen ungunstigen Spannungsverlauf in der Auskleidungslegierung, so daß während des Betriebs in der Auskleidung Risse auftreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin,

-'"> das Verfahren der genannten Art so weiterzubilden, daß das Auskleiden der Metallzylinder gleichzeitig mit mehreren Legierungen verschiedener Schmelzpunkte erfolgen kann und eine feste Haftung der Auskleidung auf der inneren Zylinderoberfläche erreicht wird.

«ι Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Legierung eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung nahezu eutektischer Zusammensetzung zusammen mit höherschmelzenden Legierungen gewählt wird, wobei die prozentualen Anteile der Eisen-Koh-

ii lenstoff-Legierung den übrigen hochschmelzenden Legierungen 25:75^ betragen, daß die Enden des Zylinders vor dem Schleudern abgedichtet werden und der Zylinder evakuiert wird, worauf der Zylinder zur Aufschmelzung der Eiseiv-Kohie^stoff-Legierung

in auf etwa 1140 C erhitzt wird, und daß nach dem Aufschmelzen dieser I egierung der Zylinder weiter erhitzt wird, wobei die geschmolzene Eisen-Kohlenstoff-Legierung fur die höherschmelzenden Legierungen wirkt und der Schmelzpunkt der Lösung auf maxi-

r. mal 1316" C anzeigt.

Diese Verfahrensweise ermöglicht die Herstellung einer Auskleidung aus einer Eisen-Kcihlenstiiff-Legierung und höhersrhmclzenden Legierungen, wobei erstcre als lösungsmittel fur die höherschmelzenden

>(> Legierungen dient und eine Vermischung der Bestandteile der Legierungen erreicht wird, die durch Schleudern und nachfolgendes Abkühlen eine feste metallurgische Bindung zwischen der Auskleidung und der /ylinderwand entstehen IaBt.

»» Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemaBen Verfahrens sind in den I'ntcranspriichen gekennzeichnet

Das erfindungsyem.iBc Verfahren \vird im folgenden inhand der einzigen f-igur der A iihnung. die ei

mi nen schcrnatjsi_hcn Vertjkalsihn.iü u.'ies /Ml /\llhklci dung vorgesehenen Zylinders darstellt, beispielsweise naher erläutert.

Der gezeigte Zylinder 10 besteht ans Metall, zum Beispiel aus Flußstahl. Dieser Zylinder wird mit einer

6> Maierialmeiige, bestehend aus kleinen Stücken 12 einer ßiscmKohlcnstoff-LGgicrurtg mit nahezu eutektischer Zusammensetzung (etwa 4,3 % Kohlenstoff) sowie kfeincn Stücken 13 höhcrschmelz.cnder Lcßieriin-

inn I OO

gen gefüllt. Die Anteile in Gewichtsprozenten der Eisen-Kohlenstoff-Legierung und der übrigen hochschmelzenden Legierungen betragen 25:75, Diese Legierungen können Ferrochrom, Ferromolybdän, Ferrovanadium, einzeln oder Kombination sein. Deren Anteile sind so festgesetzt, daß eine Auskleidung der gewünschten Zusammensetzung geschaffen wird. Die Enden des Zylinders werden mit Deckeln 14 und 15 verschlossen, die vorzugsweise mit dem Zylinder verschweißt werden. Der Deckel 15 weist eine Belüftungsöffnung auf, in der ein kurzes Rohrstück 16 befestigt wird. Durch dieses Rohr wird der Zylinder evakuiert, wonach das Rohr abgedichtet wird, um in dem Zylinder nichtoxidierende Bedingungen m schaffen. Bevor das Rohr abgedichtet wird, kann, falls dies gewünscht wird, der Zylinder mit einem Inertgas gefüllt werden, und zwar insbesondere dann, wenn der Zylinder einen großen Durchmesser aufweist.

Danach wird der Zylinder erhitzt, um zunächst die Eisen-Kohlenstoff-Legierungsstückc 12 zu schmelzen, die bei etwa 1140° C schmelzen. Die geschmolzene Eisen-Kohlenstoff-Legierung löst die Stücke 13 der höherschmelzenden Legierungen. Der Zylinder wird dann weiter erhitzt, wobei sich der Schmelzpunkt der Lösung um so mehr erhöht, je mehr hochschmelzende Legierung sich löst. Der Schmelzpunkt der Lösung erreicht ein Maximum bei 1316° C, wenn die ganze Legierung gelöst ist. Zur Erhitzung des Zylinders lassen sich beliebige Vorrichtungen verwenden, beispielsweise ein Hochfrequenzinduktionsofen oder ein konventionell befeuerter Brennstoffofen. Während des Erhitzens wird der Zylinder langsam gedreht, so daß die in ihm befindliche Schmelze die ganze innere Oberfläche des Zylinders benetzt. Dadurch wird eine feste metallurgische Bindung zwischen der Auskleidung und dem Zylinder erreicht.

Daraufhin wird der Zylinder mit der in ihm befindlichen Schmelze auf einer Drehbank oder einer entsprechenden Vorrichtung angeordnet und um seine Achse geschleudert. Die Zentrifugalkraft verteilt das Auskleidungsmaterial über die ganze innere oberfläche, wo es sich verfestigt. Der Zylinder wird dann langsam abgekühlt, beispielsweise in gemahlenem Glimmer oder in einem Kühlofen, damit die sich verfestigende Auskleidung weich gem: 3 bleibt, um sich maschinell verarbeiten zu lassen. Die Deckel 14 und 15 werden entfernt, und die Auskleidung wird auf ihr Endmaß abgedreht, woraufhin der Zylinder von neuem auf etwa 1038° C erwärmt und an der Luft abgekühlt wird. Die sich ergebende Auskleidung ist nicht nur hart genug und korrosionsbeständig, sondern sie ist auch metallurgisch mit dem Zylinder verbunden und weist eine günstige Spannungsverteilung auf.

Im folgenden werden Beispiele angeführt

Beispiel I
Hin Flußstahlzylinder von iv.

15,3 cm Durchmesser wurde mit 11,35 kg einer Materialladung gefüllt, bestehend aus kleinen Stückchen der folgenden Zusammensetzung:
5,69 kg eutektischer Eisen-Kohlenstofflegierung
2,04 kg einer Legierung, bestehend aus 4,5% C, 67,0% Cr, Rest Fe und unbedeutenden Verunreinigungen

3,23 kg einer Legierung, bestehend aus 0,05% C, 70,5% Cr, Rest Fe und unbedeutenden Verin unreinigungen

0,39 kg einer Legierung, bestehend aus 60% Mo, Rest Fe und unbedeutenden Verunreinigungen.

Die Enden des Zylinders wurden verschlossen, und π der Zylinder wurde evakuiert. Daraufhin wurde der Zylinder in einem Induktionsofen auf eine Temperatur von etwa 1316° C erhitzt, während er langsam gedreht wurde. Dann wurde er in eine Drehbank gespannt, langsam in gemahlenem G'Timer abgekühlt, dann die Deckel entfernt, die Auskleidung maschinell bearbeitet, der Zylinder dann wieder auf 1038° C erhitzt und an Luft abgekühlt. Die sich ergebende Auskleidung wies folgende Zusammensetzung aui:

2.7% C, 27,6 Cr, 1,8% Mo und der Rest Eisen 2'j und unbedeutende Verunreinigungen.

Beispiel II

Das angeführte Verfahren wurde mit gleichen Materialien wiederholt, mit der einen Ausnahme, daß an-

Si) stelle der Molybdänlegierung eine Legierung verwendet wurde, die aus 55% V und Rest Eisen und unbedeutenden Verunreinigungen bestand. Die Ergebnisse waren ähnlich. Die Zusammensetzung der schließlich vorhandenen Auskleidung war: 2,7T} C.

ti 27,6% Cr, 2,04 V und Rest Eisen und unbedeutende Verunreinigungen.

Aus der Beschreibung ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren einen wirkungsvollen und einfachen Weg zur Auskleidung von Zylindern mit höbTschmelzenden Legierungen auf Lisenbasis weist. Als Beladungsmaterial braucht somit keine verhältnismäßig teure Legierung verwendet ?u werden, die die Legierungsbestandteile enthält, sondern anstelle dessen kann das Beladungs- oder Beschickungs-

r, material weitgehend aus einer billigen euteklischen Eisen-Kohlenstofflegierung bestehen. Der einzige bisher bekannte Weg zur Herstellung einer Auskleidung mit hohem Chromanteil durch Schmelzen in dem Zylinder und Schleudern besteht in der Verwendung

vi einer außerordentlich kostspieligen Kobalt-Chrom-Legierung, wie dies in der eingangs genannten US-Patentschrift beschrieben ist. Für den Fachmann ergibt sich somit überraschend, daß sich mit Hilfe der beschriebenen Verfahrensweise eine günstige Span-

ίϊ nungsverteilung erreichen laßt, im Gegensatz zu einem doppelt gegossenen Zylinder, in den geschmol/e-I.angc und nes Ausklcidungsmatcrial eingegossen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auskleiden eines Metallzylinders mit einer Legierung auf Eisenbasis durch Einbringen von kleinen Teilchen als Komponenten dieser Legierung in den Metallzylinder, Aufschmelzen der Teilchen, Schleudern des Zylinders zur gleichmäßigen Verteilung der aufgeschmolzenen Legierung auf der Zylinderinnenfläche und anschließendes Abkühlen des Zylinders zur Verfestigung der Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß als Legierung eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung nahezu eutektischer Zusammensetzung zusammen mit höherschmelzenden Legierungen gewählt wird, wobei die prozentualen Anteile der Eisen-Kohlenstoff-Legierung zu den übrigen hochschmelzenden Legierungen 25:75% betragen, daß die Enden des Zylinders vor dem Schleudern abgedichtet werden und der Zylinder evakuiert wird, worauf der Zylinder zur Aufschmelzung der Eisen-Kohlenstoff-Legierung auf etwa 114O ⁼ C erhitzt wird, und daß nach dem Aufschmelzen dieser Legierung der Zylinder weiter erhitzt wird, wobei die geschmolzene Eisen-Kuhlenstoff-Legierung als Übungsmittel für die höherschmelzenden Legierungen wirkt und der Schmelzpunkt der Lösung auf maximal 1316° C ansteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnc , daß als höherschmelzende Legierungen Ferrochrom, FerromHybdän, Ferrovanadium einzeln oder zusammen eingesetzt werden.

3. Verfahren nach den Ansp'i'ehen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder zunächst langsam abgekühlt wird, um die Auskleidung zwecks folgender maschineller Bearbeitung weich genug zu halten, und daß der Zylinder daraufhin wieder auf 1038'' C erhitzt und dann an der Luft abgekühlt wird.