DE2645449C2 - Verbundkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper aus einer Metallsicht und zumindest einer Schicht auf der Basis von Eisensilizium, bei dem die Schichten aufeinander geformt und an der C.enzfläche miteinander verwachsen sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Verbundkörper.

Rohre aus Eisensilizium, die außen mit einem Stahlrohr umhüllt sind, sind bekannt. Sie werden in der chemischen Industrie als Förderleitungen für Salpetersaure, Schwefelsäure u. dgl. eingesetzt.

Neben der Funktion des Schutzes des Eisensiliziumrohres dient dabei das Panzerrohr aus Stahl auch zur Stützung des Eisensiliziumrohres. Eisensilizium ist gegen mechanische Einwirkungen sehr empfindlich und reißt bei Einwirkung von Stoß und Druck sehr leicht. Das äußere Panzerrohr aus Stahl schützt das Eisensiliziumrohr vor der Einwirkung von Druck und Stoß und verhindert darüber hinaus noch, daß vom behandelten Medium auf das Eisensiliziumrohr einwirkender Druck zu Rissen im Eisensiliziumrohr führt, einfach, weil das Eisensiliziumrohr durch das Panzerrohr aus Stahl geschützt wird. Die Fertigung solcher Eisensiliziumrohre, die mit einem Panzerrohr aus Stahl versehen sind, ist jedoch sehr aufwendig. Aufgrund der zwangsläufig zwischen den beiden Rohren vorhandenen Luftspalte, sind solche Rohre auch nicht für den Einsatz, z. B. als Wärmeaustauschrohre und für andere Einsatzfälle, wo der Wärmeübergang gewährleistet sein muß und von Bedeutung ist, geeignet.

Aus dem UdSSR-Urheberschein 97 637 ist es bekannt, Zwei-Schichtenrohre dadurch herzustellen, daß zuerst flüssiger Stahl in eine Fliehkraftmaschine gegossen wird, die zu einer zylindrischen Schicht gewordene Schmelze auf eine Temperatur von 1320 bis 1350° C abgekühlt wird, dann flüssiges Ferrosilizium bzw. flüssiger rostfreier Stahl auf die erste Schicht gegossen wird und das erhaltene Zwei-Schichten-Rohr dann abgekühlt wird.

Es kann angenommen werden, daß die flüssig, aufgegossene letzte Schicht die Oberfläche des bereits festen, zuerst eingegossenen flüssigen Stahls leicht anschmilzt, so daß die beiden Schichten miteinander verwachsen. Lunker zwischen den beiden Schichten lassen sich jedoch bei diesem Verfahren nicht vermeiden. Geschmolzene Metalle enthalten Gase, die dazu führen, daß das Metall im abgekühltem Zustand spröder ist als ein gasfreies Metall. Auch entweichen diese Gase zumindest teilweise beim Abkühlen und bilden Lunker im Metall bzw. sammeln sich zwischen den beiden Schichten an und bilden Spalten.

Also auch auf diesem Wege hergestellte Zwei-Schichten-Rohre sind nicht für solche Zwecke geeignet, wo sie höchsten Beanspruchungen ausgesetzt sind, z. B. als

ίο Wärmetauscherrohre oder für andere Einsatzfälle, wo der Wärmeübergang gewährleistet sein muß und von Bedeutung ist

Aus Schumann »Metallographie« VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1967, Seite 438 ist es bekannt, durch Erhitzen von Eisen und Stahl in dampfförmigen SiCU oder in Gemischen aus pulverisiertem Ferrosilizium + Sand + FeCh bei Temperaturen zwischen 800 und 1000° C die Oberfläche des Stahles mit Silizium anzureichern und so korrosionsbeständiger zu machen als reinen Stahl.

Bei einem solchen Verfahren entsteht ein Metallkörper, der in den behandelten Außenzonen eine von der Außenfläche nach innen kontinuierlich abnehmenden Si-Gehalt aufweist, wobei die Stärke dieser Schicht von der Behandlungstemperatur und der Behandlungsdauer abhängt. Die Stärke der mit Si angereicherten Schicht und die Menge des in dieser Schicht eingelagerten Siliziums ist aiso in erheblichem Umfange von Zufälligkeiten abhängig. Verbundkörper, die auch höchsten Beanspruchungen genügen, z. B. als Wärmeauslauscherrohre eingesetzt werden können, oder auch für andere Fälle, wo der Wärmeübergang gewahrleistet sein muß und von Bedeutung ist, können auf diesem Wege nicht hergestellt werden.

In der DE-AS 15 58 196 wird ein Schleudergußverfahren beschrieben, bei dem es erforderlich ist, in der Schleudergußkokille eine neutrale oder reduzierende Atmosphäre aufrechtzuhalten.
Gegenüber diesem Stande der Technik ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Verbundkörper aus einer Metallschicht und zumindest einer Schicht auf der Basis von Eisen.silizium herzustellen, bei dem die Schichten aufeinandergeformt und an der Grenzfläche miteinander verwachsen sind, bei dem keine der beiden Schichten Lunker enthalten und vor allem zwischen den beiden Schichten keine Spalten vorhanden sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schicht auf der Basis von Eisensilizium graphithaltig ist und beide Schichten aus entgasten Schmelzen hergestellt sind.

Weiterhin wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern, bei dem auf die Schicht des Metalls bei erhöhter Temperatur die Schicht auf der Basis des Eisensiliziums gegossen wird, gelöst, dadurch, daß das Aufgießen graphithaltiger Schicht auf der Basis des Eisensiliziums bei einer Temperatur des Metalls erfolgt, die kurz unterhalb der Liquiduskurve liegt und bei der das Metall noch teigig ist.

Bei einem solchen Verfahren verwachsen die beiden Schichten an der Grenzfläche legierungsmäßig miteinander und Gase können nicht entweichen, weil beide Schichten aus entgasten Schmelzen hergestellt sind. Spalten zwischen den beiden Schichten können also nicht entstehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Formkörper ist kein Spalt zwischen der Metallschicht und der Eisensiliziumschicht vorhanden, der in irgend einer Form den Wärmeübergang beeinträchtigen könnte. Einzuhaltende Maßtoleranzen gibt es bei der Fertigung nicht. Auf

die Metallschicht einwirkende mechanische Kräfte führen bei einem solchen Verbundkörper im allgemeinen r>ur dann zu Schaden an der Eisensiliziumschicht, wenn diese Kräfte relativ hoch sind. Auch können erfindungsgemäß hergestellte Rohre mit Erfolg in Wärmeaustauschern eingesetzt werden, weil kein Spalt zwischen den Schichten vorhanden ist

Das flüssige Eisensilizium verteilt sich relativ gleichmäßig auf der Schicht aus dem teigigen Stahl, wobei sich Stahl und Eisensilizium an der Berührungsfläche legicren. Bei der Abkühlung und dem Übergang in den festen Zustand kristallisieren sowohl der Stahl als auch das Eisensilizium aus.

Bei einem erfindungsgemäß hergestellten Verbundkörper ist der Graphit gleichmäßiger im Eisensilizium verteilt als bei den üblicherweise hergestellten Eisensiliziumformteilen. Auch scheidet sich in einem erfindungsgemäßen Verbundkörper der Graphit feiner aus, als in den üblicherweise hergestellten Eisensiliziumformteilen, was für die Korrosionsbeständigkeit von bedeutung ist.

In den F i g. 1 —3 sind Verbundkörper und ein Verfahren zu ihrer Herstellung beispielsweise dargestellt, ohne daß die Erfindung auf diese Ausführungsformen und diese Art der Herstellung beschränkt ist.

F i g. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen rechteckigen Verbundkörper,

F i g. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen rohrförmigen Verbundkörper, und

F i g. 3 einen senkrechten Schnitt durch eine Maschine zur Herstellung eines Verbundkörpers nach Fig.? im Schleuderguß.

Der Verbundkörper besteht aus der Metallschicht, insbesondere Stahlschicht 1 und der Eisensiliziumschicht 2. Zwischen den beiden Schichten 1 und 2 bildet sich beim Aufgießen des Eisensiliziums eine Zwischenschicht 3, in der der Si-Gehalt kontinuierlich von der Eisenschicht auf den Si-Gehalt der Eisensiliziumschicht 2 ansteigt. Die drei Schichten gehen kontinuierlich ineinander über. Scharfe Grenzflächen sind nicht vorhanden.

In Fig.3 ist eine mögliche Herstellung eines Verbundkörpers nach F i g. 2 beispielsweise dargestellt 8 ist eine liegende Kokille mit einer Trennmittelschicht 9. Diese Kokille 8 ist in einer Drehvorrichtung 10 eingespannt. Vom offenen Ende ist in die Kokille 8 eine ein- und ausfahrbare Rinne H eingeführt, deren Auslaufende 12 schräg geschnitten ist. Die Kokille wird in Pfeilrichtung, also mit dem unteren Teil nach vorne und oben so schnell gedreht, daß das aus der Rinne 11 ausfließen- so de Metall durch die Schwerkraft in Richtung Kokillenwand gedrückt wird. Über die Rinne 11 wird zuerst Flüssiges Metall, insbesondere Stahl, zur Bildung der Metallschicht 1 eingebracht, welches durch die Drehbewegung der Kokille 8 gegen die Trennmittelschicht 9 gedrückt wird. Ist diese Metallschicht 1 bis auf den teigigen Zustand, also bis auf eine Temperatur kurz oberhalb der Temperatur, bei der es in den festen Zustand übergeht gekühlt, wird durch die Rinne 11 flüssiges Eisensilizium zugeführt. Selbstverständlich ist es möglich, zum Einbringen des Eisensiliziums eine zweite Rinne zu verwenden. Entsprechend der gewünschten Stärke der Eisensiliziumschicht und der durch die Rinne 11 zufließenden Menge, wird die Rinne 11 langsam zum offenen Ende der Kokille 8 zurückgezogen, bis das Auslaufende 12 der Rinne 11 am offenen Ende der Kokille 8 angelangt ist. Das von der Rinne 11 ablaufende flüssige Eisensilizium wird durch die Drehbewegung der Kokille 8 gegen die noch teigige Metallschicht gedrückt. Sind die eingebrachten Schichten soweit gekühlt, daß sie sich selbst tragen, kann die Drehbewegung beendet werden. Sinnvoll ist es, vor der Herstellung der Verbundkörper, das flüssige Metall, insbesondere den flüssigen Stahl und das flüssige Eisensilizium in an sich bekannter Weise, von seinen gasförmigen Bestandteilen zu befreien. Diese gasförmigen Bestandteile können sich dann beim Kühlen nicht ausscheiden und womöglich gashaltige Spalten bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verbundkörper aus einer Metallschicht und zumindest einer Schicht auf der Basis Eisensilizium, bei dem die Schichten aufeinander geformt und an der Grenzfläche miteinander verwachsen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf der Basis von Eisensilizium graphithaltig ist und beide Schichten aus entgasten Schmelzen hergestellt sind.

2. Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern nach Anspruch 1, bei dem auf die Schicht des Metalls bei erhöhter Temperatur die Schicht auf der Basis des Eisensiliziums gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufgießen der graphithaltigen Schicht auf der Basis des Eisensiliziums bei einer Temperatur des Metalls erfolgt, die kurz unterhalb der Liquiduskurve liegt und bei der das Metall noch teigig ist.