DE2015450A1

DE2015450A1 - Verfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten, weitgehend zylindrischen Körpers

Info

Publication number: DE2015450A1
Application number: DE19702015450
Authority: DE
Inventors: Peter Alexander Edward Bushey Hertfordshire; Keegan Barclay Doncaster Yorkshire; Jump (Großbritannien)
Original assignee: Davy and United Engineering Company Ltd., Sheffield, Yorkshire (Großbritannien)
Priority date: 1969-04-02
Filing date: 1970-04-01
Publication date: 1970-10-08
Also published as: SE361141B; NL7004533A; US3697261A; FR2042826A5; GB1307214A

Description

DAVY AND UNITED ENGINEERING COMPANY LIMITED, Darnall Works, Sheffield 9, Yorkshire (Großbritannien)

Verfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten, weitgehend zylindrischen Körpers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten, weitgehend zylindrischen Körpers, der beispielsweise - jedoch nicht ausschließlich - als Walze in einem Walzwerk oder Kalander verwendbar ist.

Die für Walzwerke oder Kalander verwendeten Walzen werden üblicherweise in einer Form gegossen. Anschließend wird das Gußstück aus der Form herausgenommen und auf die erforderlichen Abmessungen abgedreht. Normalerweise muß der Gußrohling erheblich größere Abmessungen haben als die fertige Walze; dies hat zur Konsequenz, daß das überschüssige Metall unter einem erheblichen Kosten- und Zeitaufwand abgetragen werden muß.

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Es ist an sich nicht notwendig, daß di· gesamt· Wals· im Falle von Walzwerken oder Kalandern aus derselben Materialart besteht. So könnte beispielsweise der Ringmantel der Walze aus einem Stahl bzw« einer Stahllegierung bestehen, die eine große Oberflächenhärte besitzt, während der Walzenkern aus einem Stahl bzw. einer Stahllegierung bestehen könnte, die keine besonders hohe Oberflächenhärte besitzt und preiswerter als das für den Mantel benutzte Material ist· Mit den bisher bekannten Verfahren zum Herstellen von Walzen ist es nicht möglich, einen derart zusammengesetzten Walzenkörper herzustellen, bei dem also der Mantel gegenüber dem Walzenkern unterschiedliche metallurgische Eigenschaften hat.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen grundsätzlich zylindrischen Körper, beispielsweise eine Walze für ein Walzwerk oder einen Kalander, herzustellen, der einen mehrteiligen Aufbau besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Arten von Metallpulver in unterschiedliche Abschnitte einer dünnwandigen Form eingebracht und darauf zusammen mit der Form einem Verdichtungsvorgang unterworfen werden, durch den das Pulver in einen festen Körper übergeführt wird, und daß das Pulver während und/oder nach dem Verdichten gesintert wird. Dabei wird vorzugsweise eine Pulverart zur Bildung des Kerns eingebracht und von mindestens einer weiteren Pulverart umschlossen.

Um die verschiedenen Pulverarten besonders einfach an die gewünschten Stellen der Form zu bringen, wird

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erfindungsgemäß vorqeschlagen, daß die Form um ihre Längsachse rotiert, während zunächst mindestens eine Pulverart zur Bildung einer Schicht mindestens an einem Teil der inneren in Längsrichtung verlaufenden Wandung der Form und darauf mindestens eine zweite Pulverart zur Bildung des Kerns in die Form eingebracht und von der ersten Pulverart umschlossen wird.

Beim Füllen der Form zur Herstellung des im wesentlichen zylindrischen Körpers, wie z.B. einer Walze, wird zunächst ein Pulver aus. Stahl bzw. einer Stahllegierung mit hoher Oberflächenhärte in die rotierende Form eingefüllt und in Berührung mit der Innenwandung der Form geschleudert, die den Walzenmantel definiert; dieser Vorgang dauert so lange an, bis sich die gewünschte Schichtdicke aufgebaut hat. Sofern für die Hälse bzw. Zapfen der Walzen ein abweichendes Material gewünscht wird, dann wird ein entsprechendes Metallpulver in die Form gegeben, so daß sich an jedem der axialen Enden der Wandung der Form eine entsprechende Schicht aufbaut. Schließlich wird ein drittes Metallpulver, das keine besondere Oberflächenhärte zu haben braucht und preiswerter ist als die Materialien für den Walzenmantel und die Zapfen eingebracht, so daß der Raum innerhalb der vorerwähnten Schichten in der Form gefüllt und ein diese Schichten abstützender Kern gebildet wird.

Form und Metallpulver werden dann durch einen isostatischen Vorgang komprimiert. Dieser Vorgang kann entweder bei Umgebungstemperatur ablaufen oder aber unter einer erhöhten Temperatur.

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Sofern der Vorgang bei Umgebungstemperatur stattfindet, kann die Form aus Gummi oder Kunststoff bestehen; in diesem Fall werden die Form und das in ihr befindliche Pulver einem von allen Seiten einwirkenden Druck ausgesetzt, und zwar vorzugsweise durch Verwendung eines Hydrauliköles unter einem Druck in der Größenordnung

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von 75 bis 150 kg/mm . Unter diesem Druck wird das Metallpulver komprimiert und nimmt die gewünschte zylindrische Form an. Der aus dem zusammengepreßten Pulver bestehende Korper wird dann aus der Form herausgenommen und bei Temperaturen in der Größenordnung von 1100° C während einer Zeitdauer zwischen 20 Minuten und einer Stunde gesintert. Sofern der isostatische Kompressionsschritt bei erhöhter Temperatur stattfindet, wird ein heißes Druckmittel benutzt, wie z.B. Argongas. In diesem Falle besteht die Form aus Metall und das Komprimieren sowie Sintern findet gleichzeitig statt. Der dabei verwendete Druck liegt in der Größen-

Ordnung von 2000 kg/cm und die Temperatur liegt beispielsweise zwischen 650 und 700° C. Die Form wird anschließend von dem komprimierten und gesinterten Körper abgedreht.

Die Erfindung ist nachstenend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter« Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten Form;

Fig. 2 einen Teil-Querschnitt der in Fig. 1 gezeigten Form; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Form in einem Druckraum.

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Zum Herstellen einer beispielsweise für Walzwerke oder Kalander verwendbaren zusammengesetzten Walze kann eine vorzugsweise aus dünnwandigem Metall bestehende Form 1 verwendet werden, die so auf einem Drehtisch 2 aufgesetzt wird, daß ihre Längsachse in vertikaler Richtung verläuft. Die Form 1 hat einen zentral gelegenen zylindrischen Mittelbereich, der hinsichtlich seiner Form und Abmessungen dem Ringmantel der herzustellenden Walze entspricht} an jedem Formende befindet sich außerdem ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 3, der den herzustellenden Walzenzapfen bzw. -halsen entspricht. Der Drehtisch 2 wird so angetrieben, daß die Form um ihre Längsachse rotiert. Ein Pulver aus Stahl oder einer Stahllegierung hoher Oberflächenhärte wird durch ein Rohr 4 in die Form 1 eingebracht; dieses Rohr 4 erstreckt sich durch das oben offene Ende 5 der Form in diese hinein. Das Pulver gelangt in den unteren kegelstumpf förmigen Abschnitt 3 der Form. Das Rohr 4 wird während des Einströmens des Metallpulvers graduell nach oben gezogen, wodurch eine gleichförmige Füllung im unteren Abschnitt 3 der Form entsteht.

Zum Auffüllen des zentralen zylindrischen Abschnittes der Form 1 wird ein Pulver aus Stahl oder einer Stahllegierung hoher Oberflächenhärte durch ein weiteres Rohr 6 in die Form eingeführt. Auch dieses Rohr 6 wird während des Füllvorganges graduell nach oben gezogen, wodurch sich an der Innenwandung der Form eine Pulverschicht absetzt. Gleichzeitig, vorzugsweise aber anschließend an das Einführen des Metallpulvers durch das Rohr 4 wird ein anderes Pulver, das nicht die hohe Oberflächenhärte zu haben braucht und dadurch preis-

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werter ist als das bzw. die Pulver für den Mantel und die Zapfen in das Zentrum der Form, vorzugsweise unter Verwendung des bereits erwähnten Rohres 4, eingefüllt. Die Form 1 füllt sich demgemäß graduell mit den beiden Metallpulvern und nach vollständiger Füllung des zentralen Abschnittes der Form wird der obere kegelstumpfförmige Abschnitt 3 mit einem geeigneten Pulver durch das Rohr 4 hindurch aufgefüllt» Die Rohre 4 und 6 sind um ihre vertikalen Längsachsen drehbar angeordnet, so daß sie bequem in die Form eingeführt und aus dieser herausgezogen werden können. Mach dem vollständigen Füllen der Form wird das obere Ende 5 abgeschlossen und die Form evakuiert. Form und darin befindliches Pulver werden dann in einen Druckraum 7 gesetzt (Figur 3) und dort einem auf alle Oberflächen einwirkenden Druck in der Größenordnung von 2000 kg/cm ausgesetzt. Zur Erzeugung dieses Druckes dient ein vorzugsweise heißes Gas, »wie z.B. Argon, von einer Temperatur in der Größenordnung zwischen 650 und 700° C. Dieses Gas gelangt durch ein Rohr 8 in den Druckraum 7 hinein. Durch das heiße Gas wird das Metallpulver komprimiert und zu einem festen Mehrstoffkörper zusammengesintert. Die aus Metall bestehende Form wird anschließend von dem gesinterten Körper abgedreht«

Dieses Verfahren zum Herstellen zylindrischer Körper hat zusätzliche Vorteile insofern, als der komprimierte und gesinterte Körper enger toleriert werden kann als ein durch das konventionelle Gießen hergestellter Körper, so daß außerdem eine Verringerung der Dreharbeit erzielt wird. Hinzu kpmmt vor allem, daß auch solche Legierungen in Pulverform verwendet werden können, die im Schmelzzustand nicht einzusetzen sind, weil ihre

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Legierungsbestandteile dazu neigen, sich beim Abkühlen zu trennen*

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten, weitgehend zylindrischen Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Arten von Metallpulver in unterschiedliche Abschnitte einer dünnwandigen Form (1) eingebracht und darauf zusammen mit der Form einem Verdichtungsvorgang unterworfen werden, durch den das Pulver in einen festen Körper übergeführt wird, und daß das Pulver während und/oder nach dem Verdichten gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pulverart zur Bildung des Kernes eingebracht und von mindestens einer weiteren Pulverart umgeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1) um ihre Längsachse rotiert, während zunächst mindestens eine Pulverart zur Bildung einer Schicht mindestens an einem Teil der inneren in Längsrichtung verlaufenden Wandung der Form (1) und darauf mindestens eine zweite Pulverart zur Bildung des Kerns in die Form eingebracht und von der ersten Pulverart umschlossen wird*

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Pulverart in den axialen Mittelbereich der Innenwandung der Form eingebracht wird und dort eine außenliegende Schicht bildet, daß eine abweichende Pulverart zur Bildung von Schichten im Bereich der beiden axialen Enden der Innenwandung der Form (1) eingebracht wird, und daß schließlich eine dritte Pulverart in die Form eingegeben wird, die den verbleibenden Raum ausfüllt·

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Form und Pulver isostatisch komprimiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Komprimierungsschritt bei erhöhter Temperatur und der Sinterungsvorgang gleichzeitig mit dem Komprimierungsvorgang abläuft·

7* Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Komprimieren und Sintern ein heißes Druckgas verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Argon ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dünnwandigem Metall bestehende Form (1) nach dem Komprimieren und Sintern abgedreht wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in eine um ihre Längsachse

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rotierende dünnwandige Metallform ein erstes Metallpulver hoher Oberflächenhärte eingebracht wird und eine Schicht bildet, die sich mindestens über einen Teil der Innenwandung der Form (1) erstreckt, daß gleichzeitig ein zweites Metallpulver, dessen Überflächenhärte geringer ist, in die Form gelangt und einen Kern bildet, der von der vorerwähnten Schicht aus dem ersten Metallpulver umgeben wird; daß dann die Form geschlossen und evakuiert sowie anschließend mit dem darin befindlichen Metallpulver bei erhöhter Temperatur einem isostatischen Komprimierungsvorgang unterworfen wird, durch den die Metallpulver zu einem Festkörper in den gewünschten Abmessungen zusammen«· sintern; und daß die Metallform anschließend von dem festen Körper abgedreht wird. ._t

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpulver durch getrennte Rohre (4, fc) in die Form eingebracht und die Rohre vor dem Verschließen der Form aus dieser herausgezogen werden.

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