DE2331211A1 - Verfahren zum angiessen von aluminiumformteilen an werkstuecke hohen nickelgehaltes - Google Patents

Description

Gruber & Kaja Druckguß-und Metallwarenfabrik in Wien

(Österreich) Stiftgasse 29

Verfahren zum Angießen von Aluminiumformteilen an Werkstücke hohen Nickelgehaltes

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Verbundmetallkörpern aus einem nickelhaltigem Werkstück mit aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehendem Anguß.

Die Verwendung von Verbundmetallen ist seit langem in vielen Zweigen der Technik bekannt. Derartige Verbundmetalle, von denen hier nur die durch Angießen hergestellte Metallkombination interessiert, vereinigen die für einen bestimmten Verwendungszweck günstigen Eigenschaften zweier Metalle. Besonders die Kombination von Gußeisen oder Stahlteilen mit durch Angießen verbundenem Aluminium hat Ver-

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breitung gewonnen. Die Problematik besteht darin, eine innige, metallische Verbindung zwischen den beiden Metallen zu erzielen. Da die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl und Aluminium erheblich verschieden sind, kommt es bei Temperaturwechselbeanspruchungen in solchen Verbundmetallteilen immer wieder zu einer Lockerung der Verbindung und damit zu einer Verschlechterung des Wärmeüberganges und der Festigkeit. Eine Verbesserung der Herstellung von Eisen-Aluminiumverbundkörpern hat das sogenannte Al-Fin-Verfahren gebracht. In diesem Falle wird eine innige Verbindung zwischen dem Aluminium und dem Eisen durch Bildung einer dünnen FeAl^-Bindeschicht im Berührungsbereich der beiden Metallkörper erzielt. Zur Erzeugung dieser Schicht wird der vorbereitete Stahloder Gußeisenteil in eine Aluminiumschmelze getaucht, wobei sich innerhalb einiger Minuten eine FeAl^-Schicht auf der Oberfläche des eingetauchten Teiles bildet. Danach wird dieser Teil in eine Form eingesetzt und das Aluminium oder die Aluminiumlegierung in die Form eingegossen, in der sie ohne Anwendung von äußerem Druck auf das aus Eisen bestehende Werkstück einwirkt. Nach diesem Verfahren werden z.B. aus Gußeisen bestehende Zylinderlaufbüchsen oder Bremstrommeln mit einer äußeren Verrippung aus Leichtmetall versehen. Auch für die Herstellung von Kochtöpfen und Pfannen aus rostfreiem Stahl mit durch eine Aluminiumauflage verstärktem Boden ist dieses Verfahren angewendet worden. Es erfordert allerdings

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große Sorgfalt um ein Lockerwerden des Aluminiumangusses an dem ständigen Temperaturwechseln unterworfenen Geschirren über eine angemessene Zeitdauer auszuschließen.

Das vorliegende, auf die Anwendung von nickelhaltigen Werkstücken beschränkte Yerbundgußverfahren zeichnet sich demgegenüber dadurch aus, daß das Tauchen des Werkstückes in eine Aluminiumschmelze vermieden ist und das es zu außerordentlich haltbaren Verbindungen zwischen dem aus Aluminium- oder aus Aluminiumlegierung bestehenden Anguß und dem nickelhaltigen Werkstück führt, und dies in einer gegenüber dem Bekannten erheblich verkürzten Arbeitszeit. Die nach vorliegendem Verfahren erhaltenen Yerbundgußkörper vermeiden die gefürchteten Zonen der schlechten oder überhaupt nicht zustandegekommenen Verbindung.

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß Nickel in flüssiges Aluminium unter Bildung einer chemischen Verbindung in Lösung geht. Es ist vorteilhaft, wenngleich nicht entscheidend, diese Verbindung in dem Grenzbereich der beiden den Verbundmetallkörper bildenden Metalle zu belassen, was man dadurch erreicht, daß man die Schmelze sich selbst überläßt. Es kommt dann, wie sich gezeigt hat, zu einer zu großer Festigkeit führenden Ni-Al-Verbindungsschicht. Der feste Zusammenhalt ist auch mechanisch begründet, da das Nickel oberflächlich durch das Aluminium aus dem nickelhaltigem Teil herausgelöst wird, wenngleich dies im Schliffbild nur kaum

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wahrnehmbar ist.

Das vorliegende Verfahren zum Angießen von Aluminiumkörpern an Werkstücke hohen Nickelgehaltes ist nun dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Aluminium unmittelbar mit der Oberfläche des Werkstückes in der den Formkörper festlegenden Form in Berührung gebracht und später erstarren gelassen wird, wobei die Temperatur der Schmelze und die Dauer über welche ein bestimmter Temperaturbereich aufrecht erhalten bleibt, ausreichen, um Nickel in Berührungsbereich der beiden Körper im Aluminium unter Bildung einer Nickel-Aluminium-Verbindung ' zu lösen. Zweckmäßig ist es, wenn die Aluminiumschiaelze nach den Zusammenbringen mit dem nickelhaltigen Werkstück, unter Druck gesetzt wird, weil dies die Bildung der Nickel-Aluminium-Verbindung begünstigt und die Struktur des Aluminiumangusses verfeinert.

Ein wichtiges Anmeldungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Pfannen oder Topfen ,die aus einem aus rostfreiem Stahlblech gezogenen Hohlkörper und einem daran angegossenen Aluminiumboden bestehen. Derartiges Geschirr ist namentlich zur Verwendung auf Elektrokochplatten gefragt, läßt sich indes auch auf der offenen Flamme, d.h. unter erschwerten Bedingungen .des Temperaturwechsels, unter Erreichen einer sehr guten Lebensdauer anwenden. Die Verbindung zwischen dem eigentlichen Topf und der durch Angießen hergestellten Aluminiumplatte ist dabei mindestens so fest

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wie die in diesem Zusammenhang bekannten Verbindungen durch Schweißen oder Löten und besser als nach den Al-Fin-Verfahren, jedoch in allen Fällen viel einfacher herstellbar.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines aus rostfreiem Stahl mit Aluminiumbodenplatte bestehenden Pfannenrohlings wird an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung dieses Rohlings und Fig. 2 eine Presse zur Durchführung des Verfahrens, ebenfalls teilweise im Schnitt; in dieser Figur zeigen die linke Hälfte und die rechte Hälfte verschiedene Betriebszustände der Presse.

Der Pfannenrohling, Fig. 1, besteht aus einem aus rostfreiem Stahlblech gezogenem Körper 1 mit später noch umzubördelndem bzw. einzurollendem Randteil 2, und der an der Außenseite des Bodens angegossenen Aluminiumplatte 3.

Die aus Fig. 2 ersichtliche Presse besitzt einen Pressenkopf 4 mit zentrierendem Endflansch 5 und einen mittels Arbeitszylindern 6, Kolben 7 und Kolbenstangen 8 heb- und senkbaren Spannring 9, der an den Kolben 7 in der linken Hälfte der Zeichnung in seiner oberen Endlage an Anschlägen 11 anstoßend, und in der rechten Hälfte abgesenkt gezeichnet ist. Der Spannring 9 bildet in seiner tiefsten Lage, rechts in Fig. 2, mit dem Boden des auf den Pressenkopf aufgelegten Pfannenrohlings 10 eine oben offene Form, in welche ein Preßstempel 12 mit dessen.Stirnflansch 13 in den

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Formenhohlraum dicht passend eingeführt werden kann, υπ so einen Druckraum mitzubegrenzen. Es versteht sich, dai3 die Presse auch so ausgeführt werden kann, daß der Preßstempel fest und das gesamte Aggregat 4-6-9 heb- und senkbar ist, das alsdann mitsamt seiner nicht näher dargestellten Tragkonstruktion anzuheben wäre.

Die Arbeitsweise dieser Presse ist folgende: Bei angehobenen Spannring 9 wird genügend Raum frei, um das Werkstück, hier ein durch Ziehen eines Zuschnittes aus rostfreiem Stahlblech erlsltener Ausgangskörper 10[ auf den Flansch 5 aufsetzen zu können, wodurch es hinsichtlich des Halters 4 und des Spannringes 9 zentriert wird. Durch entsprechendes Betätigen eines den Zu- bzw. Abfluß eines Druckmittels zu bzw. aus den Zylindern 6 steuernden Ventiles, welches an sich bekannter Art sein kann und daher nicht dargestellt ist, wird der Spannring 9 aus seiner oberen Lage (links in der Zeichnung), in die untere Lage (rechts in der Zeichnung), verstellt, in der er sich mittels einer passenden Auskehlung peripher gegen den Boden des Werkstückes 10 anpeßt und dadurch mit einem Teil des Bodens und seiner zylindrischen Innenfläche einen Formenhohlraum bildet. In diesen nach oben offenen Hohlraum wird nun eine genau abgemessene Menge Aluminium oder Aluminiumlegierung hohen Aluminiumgehaltes eingegossen, wie mit 15 angedeutet. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit, während der das flüssige Aluminium aus dem Topfboden Nickel oberflächlich herauslöst, wird der Druckstempel 12,

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ebenfalls mittels einer (nicht dargestellten) Druckluftoder Hydraulikeinrichtung, in die Stellung 12' gesenkt, wobei er die Schmelze 15 unter Druck setzt. Die Druckanwendung wird solange aufrecht erhalten, bis die Schmelze unter Ausbildung eines homogenen fein-körnigen Gefüges erstarrt ist.

Die Schmelzentemperatur, die Dauer der drucklosen Einwirkung der Schmelze und der Preßdruck und dessen Einwirkungsdauer sind so gewählt, daß sich zwischen dem Körper 15 und dem V/erkstück 10 in einer nach Zeit zu ihrer Hervorbringung und Festigkeit optimale Verbindung einstellt. Diese Arbeitsbedinungen lassen sich durch einige Vorversuche ermitteln. Sie hängen von der Art der zusammenwirkenden Legierungen, von der Form des Angusses 3' undcfer Wärmeab-· leitung durch den Spannring 9 bzw. den Preßstempel 12, 13 ab. Diese Teile können eine Heiz- oder eine Kühleinrichtung erfordern. Das Werkstück muß im Angußbereich oxyärei sein, wozu man diesen Bereich mit einem Desoxydationsmittel bestreichen kann. Die Verwendung von Anstrichen, sog. Trennschichten, zur Vermeidung eines unerwünschten Haftens des flüssigen Metalls an Forment.eilen ist zweckmäßig. Solche Kittel sind aus der bezüglichen-Gießereitechnik bekannt.

Die Anwendung von Druck durch den Stempel 12, 13 verbessert die V/irkung des Anlösens, ist jedoch keine

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unumgängliche Voraussetzung für die Erzielung einer guten Haftverbindung zwischen den beiden Werkstoffen. Die Anwendung des Preßstempels ist jedenfalls auch im Hinblick auf die Erzielung einer glatten Außenfläche des Angusses 3 ratsam, zumal sich die Nachbearbeitung dieser Fläche alsdann reduziert oder bisweilen überhaupt entfallen kann.

Zug- bzw. Biegeversuche beweisen die ausgezeichnete Festigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Verbindung. Ihre Temperaturv/echselbeständigkeit ist hervorragend.

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Angießen von Aluminiumformteilen an ein Werkstück hohen Nickelgehaltes, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Aluminium unmittelbar mit der Oberfläche des Werkstückes in der den Formkörper festlegenden Form in Berührung gebracht und später erstarren gelassen wird, wobei die Temperatur der Schmelze und die Dauer über welche ein bestimmter Temperaturbereich aufrecht erhalten bleibt, ausreichen, um Nickel im Berührungsbereich der beiden Körper im Aluminium unter Bildung einer Nickel-Aluminium-Verbindung zu lösen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall nach Zusammenbringen mit dem nickelhaltigen Werkstück unter Druck gesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, daß das Werkstück aus rostfreiem Stahl besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück ein Kochtopfrohling ißt, dem eine Bodenverstärkungsplatte angegossen wird.

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