DE277292C

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Publication number: DE277292C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE.31 c. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. April 1912 ab.

In der Metallindustrie — in erster Linie der Eisen- und Stahlindustrie — werden gewisse Erzeugnisse, z. B. Eisenbahnschienen, hergestellt, welche nur von einer Seite oder nur in einem Teile auf Abnutzung oder Zerstörung beansprucht werden, während dies im übrigen entweder gar nicht oder nur in geringem Maße der Fall ist. Trotzdem mußten bisher — aus technischen Gründen — Eisenbahnschienen usw. durchaus ■—■ also auch in den gar nicht oder nur wenig beanspruchten Teilen — aus einem möglichst widerstandsfähigen harten Stahl hergestellt werden. Dies hatte außer den unnötig höheren Materialkosten den Nachteil, daß man wegen der Bruchgefahr der durchweg aus hartem Stahl bestehenden Walzwerkerzeugnisse mit der Härte nicht über eine gewisse Grenze hinausgehen durfte. Diese zulässige Härte ergab jedoch in den meisten Fällen keine der Beanspruchung entsprechende Verschleißfestigkeit und Widerstandsfähigkeit.

Schwere Panzerplatten wurden längere Zeit aus hartem Flußstahl und weichem Flußeisen in der Weise hergestellt, daß in eine flache, liegende Gußform zuerst eine Schicht harten Stahles eingegossen wurde. Diese Schicht ließ man von unten nach oben so weit erstarren, daß die Oberfläche sich noch in einem rotglühenden, teigigen oder auch flüssigen Zustande befand. Auf die derart nur an ihrer Oberfläche rotwarm und teigig erhaltene Stahlschicht wurde das weiche Flußeisen gegossen, welches mit dem harten Stahl innerhalb einer wagerechten, ebenen Schicht von sehr geringer Dicke zusammenschweißte. Diese dünne Schweißschicht, welche außerdem noch mit Schlacken und sonstigen Fremdkörpern und unganzen Stellen durchsetzt war, ergab keine sichere Verbindung der beiden verschiedenen Metallsorten. War die erste Metallschicht noch flüssig beim Aufgießen der zweiten, so wurde letztere so vorsichtig aufgegossen, daß sie in erstere nicht wesentlich eindringen konnte; auch bei diesem Verfahren konnte sich also nur eine dünne Übergangsschicht bilden, welche einen innigen Zusammenhang der beiden Metallsorten nicht gewährleistete. Man ging daher später bei der Herstellung von Panzerplatten und auch bei manchen anderen Erzeugnissen — trotz der sehr hohen Kosten — zu dem Zementationsverfahren über.

Für das Gießen von Verbundblöcken zur Massenerzeugung von Eisenbahnschienen, BIechen u. dgl. sind zwar in den letzten Jahrzehnten verschiedene Vorschläge und Versuche gemacht worden; diese haben sich jedoch stets als in der Praxis unausführbar, oder die Erzeugnisse haben sich als unbrauchbar erwiesen.

Das nachstehend beschriebene Verfahren hat nun den Zweck, aus hartem Flußstahl und weichem Flußeisen Verbundblöcke oder sonstige

Gußstücke für die Massenerzeugung von Eisenbahnschienen und sonstigen Walzstäben, Platten, Blechen usw. zu gießen, welche — im Gegensatz zu den bisherigen vergeblichen Versuchen — allen Anforderungen der Praxis entsprechen.

Die Herstellung der für die Verbundblöcke bestimmten beiden Metallsorten erfolgt in zwei verschiedenen Konvertern oder öfen in bekannter Weise; ebenso findet das Abgießen in die Gußformen, wie bekannt, derart statt, daß zuerst die eine Metallsorte, z. B. der harte Stahl, in die Gußform gelangt und auf diese \ das zweite Metall, z. B. weiches Eisen, aufgegössen wird; es muß jedoch eine stehende Gußform benutzt werden.

Die stehende Gußform kann beliebig gestaltet sein; es wird jedoch zweckmäßig eine oben und unten offene eiserne Kokille von beliebigem Querschnitt gewählt, welche auf einer eisernen. Bodenplatte steht. Die Blockform kann auch mehrteilig sein.

Der für die Aufnahme der zuerst einzugießenden Metallsorte bestimmte untere Teil der Form muß derart gestaltet und beschaffen sein, daß nach dem Eingießen die in diesem Teile der Guß form befindliche Metallschicht bei einem möglichst kleinen und zweckmäßig unten kleineren, oben größeren Querschnitt eine im Verhältnis zu diesem Querschnitt zweckentsprechende Höhe besitzt, die Bodenplatte und der angrenzende Teil der Formwandung möglichst dick ist und gegebenenfalls auch noch von außen gekühlt wird, damit eine starke und schnelle Wärmeableitung stattfindet; dagegen besitzt die eiserne Wandung dieses unteren Teiles der Gußform oben eine geringere Dicke und eine solche Beschaffenheit, daß eine möglichst geringe und langsame Wärmeableitung stattfindet und der obere Teil der flüssigen Metallschicht vor Abkühlung geschützt ist.

Infolge dieser Gestaltung und Beschaffenheit des für die Aufnahme der zuerst einzugießenden Metallsorte bestimmten unteren Teiles der Gußform erstarrt — abweichend von dem Bekannten — die zuerst in der Gußform befindliche flüssige Metallschicht sehr schnell von unten nach oben, aber nur bis zu einer je nach Bedarf vorher bestimmten Höhe, während in der gleichen Zeitdauer der obere Teil der Metallsäule bis zu einer vorher bestimmten größeren Tiefe noch flüssig bleibt, ohne daß eine besondere Wärmezuführung zu diesem oberen Teile nötig ist. Diese Tiefe muß so groß sein, daß stets eine je nach Bedarf erfahrungsmäßig genügend große Menge der zuerst eingegossenen Metallsorte in demjenigen Zeitpunkt flüssig ist, in welchem mit dem Eingießen der zweiten Metallsorte begonnen wird; sie muß so groß sein, daß dadurch die weiter im nachstehenden beschriebene neue technische Wirkung mit Sicherheit erreicht wird.

Mit dem Eingießen der zweiten Metallsorte in die Gußform wird — ebenfalls abweichend von dem Bekannten — in dem oben angegebenen Zeitpunkt begonnen (wenn also die zuerst eingegossene Metallschicht von unten nach oben bis zu einer bestimmten Höhe erstarrt und gleichzeitig ihr oberer Teil bis zu einer bestimmten Tiefe noch flüssig ist).

Das Eingießen sowohl der ersten als auch der zweiten und gegebenenfalls weiterer Metallsorten erfolgt zweckmäßig von oben, ungefahr in der Querschnittsmitte der Gußform. Das Aufgießen jeder nachfolgenden Metallsorte auf die vorgehende in dem oben angegebenen richtigen Zeitpunkt erfolgt entweder derart, daß das nachfolgende Metall auf das vorhergehende auftrifft, oder daß das nachfolgende Metall unter der Oberfläche des vorhergehenden Metalles in letzteres eintritt.

Die Zeitdauer zwischen der Beendigung des Eingießens der ersten Metallsorte und dem Beginn des Eingießens der zweiten Metallsorte ist verschieden; sie richtet sich nach dem Querschnitt und der Höhe der zuerst in die Gußform eingebrachten Metallschicht nach der mehr oder weniger raschen Wärmeableitung im unteren Teile dieser ersten flüssigen Metallsäule und außerdem nach verschiedenen Umständen im Betriebe. (Bei Blöcken von ungefähr 1500 kg Gewicht, von welchem der harte Stahl der ersten Metallschicht ein Drittel beträgt, dauert z. B. die notwendige Unterbrechung des Gießens ungefähr sechs Minuten.)

Die Höhe der verschiedenen Metallschichten kann je nach Bedarf verschieden sein; ebenso kann die Höhe jeder Mischzone zwischen je zwei Metallschichten im voraus bestimmt werden. Es können zwei, drei oder mehr verschiedene Metallsorten übereinander gegossen werden.

Die neuen technischen Wirkungen des vorstehend beschriebenen Gießverfahrens sind folgende :

i. Dadurch, daß die in die Gußform zuerst eingebrachte flüssige Metallschicht von unten no nach oben bis zu einer bestimmten Höhe erstarrt, während in dem gleichen Zeitraum
abweichend von dem Bekannten — der obere Teil bis zu einer größeren Tiefe flüssig bleibt, vermischt sich die verhältnismäßig bedeutende Menge dieses flüssig gebliebenen Metalls mit einer ungefähr gleichgroßen Menge der hinzutretenden zweiten flüssigen Metallsorte unter einem tiefgehenden Durcheinanderrühren zu einer neuen gleichmäßigen Legierung. Die Vereinigung der beiden flüssigen Metallmengen ist eine so innige und gleichmäßige, daß, wie

aus den in ihrer Längsachse durchgeschnittenen Verbundblöcken stets zu ersehen ist, der erstarrt gewesene und daher unvermischt gebliebene untere Teil der erst eingegossenen S Metallsorte ganz allmählich und vollständig gleichmäßig in eine Schicht der vermischten beiden Metalle übergeht, oder falls die Gesamtmenge der zweiten Metallsorte bedeutend größer ist, die Mischzone — wieder ganz allmählich und gleichmäßig ·— in den unvermischt gebliebenen Teil der zweiten Metallsorte übergeht.

2. Eine weitere neue technische Wirkung ist folgende:

Mit der beginnenden Erstarrung des unteren Teiles der zuerst eingegossenen Metallsorte und des infolgedessen beginnenden Lunkerns senkt sich im mittleren Teile des Querschnittes der Gußform das oben noch flüssige Metall, während es ringsum, gegen die Formwände zu, höher bleibt. Infolge des weiteren Umstandes, daß die zweite flüssige Metallsorte bei ihrem Eingießen in die Gußform, im mittleren Teile des Querschnittes der letzteren, auf eine größere Menge der bis zu einer bedeutenden Tiefe flüssig gebliebenen ersten Metallsorte auftrifft, wird dieser bereits tiefer liegende flüssige Teil der ersten Metallsorte unter der Wucht des auftreffenden zweiten Metalls noch tiefer heruntergedrückt, während der übrige flüssig gebliebene Teil der ersten, Metallsorte ringsum noch höher steigt. Durch die Gesamtwirkung der beiden vorstehend angegebenen Umstände wird ein besonders tiefgehendes, inniges Durcheinandermischen der Moleküle der beiden verschiedenen flüssigen Metalle erreicht. Auch diese Wirkung ist aus den durchgeschnittenen Verbundblöcken deutlich zu ersehen.

3. Eine dritte neue technische Wirkung ist ferner noch folgende:

Die in die Gußform zuerst eingegossene Metallschicht — in den meisten Fällen der harte Stahl — erstarrt in ihrem unteren Teile sehr schnell, und es wird infolgedessen die Übergangszeit aus dem flüssigen in den erstarrten Zustand, in welcher am meisten Gase gelöst sowie Seigerungen gebildet werden, sehr abgekürzt, und die sich noch bildenden wenigen Gasblasen und Seigerungen sowie spezifisch leichtere Fremdkörper können in der niedrigen flüssigen Metallschicht ungehindert nach oben steigen; die Gasblasen können entweichen. Tritt dann zu dem flüssig gebliebenen oberen Teil der ersten Metallschicht die dünnflüssige zweite Metallsorte hinzu, so können auch weiterhin alle spezifisch leichteren Fremdkörper nach oben steigen, und die Gasblasen entweichen. Durch das tiefgehende Durcheinanderrühren der beiden flüssigen Metallmengen in der Mischzone wird in dieser das Aufsteigen der Fremdkörper und das Entweichen der Gasblasen noch bedeutend gefördert.

Auch für diese technische Wirkung dienen als Beweis die in ihrer Längsachse durchgeschnittenen Verbundblöcke.

Der durch das im vorstehenden beschriebene Verfahren zum Gießen von Blöcken oder sonstigen Gußstücken aus zwei oder mehr verschiedenen Metallen oder Metallegierungen erzielte Fortschritt auf dem Gebiete des Eisenbahnwesens und vieler Gebiete der Stahl- und Eisenindustrie besteht in folgendem :

Die Eisenbahnschienen und Radreifen für Lokomotiven und Wagen besitzen bei einer bisher nicht erreichten Verschleißfestigkeit gleichzeitig eine selbst bei den größten Beanspruchungen fast absolute Bruchsicherheit.

Bauträger und die verschiedensten Eisenkonstruktionsteile sowie Federn usw. besitzen eine bedeutend größere Elastizität und Widerstandsfähigkeit bei gleichzeitiger vollständiger Bruchsicherheit, desgleichen Panzerplatten, Schiffsbleche, Kesselbleche u. dgl. Viele Erzeugnisse, bei welchen es auf eine Gewichtsersparnis ankommt, können trotz größerer Tragfähigkeit, Widerstandsfähigkeit, Elastizität, Bruchsicherheit usw. in leichteren Profilen gewalzt werden.

Ferner können viele Erzeugnisse der Stahl- und Eisenindustrie, statt unnötig (und oft schädlich) aus einer einzigen teuren Stahlsorte zu bestehen, nur zur Hälfte oder sogar nur zu einem Drittel oder einem Viertel aus teurem Stahl, im übrigen dagegen aus billigem, weichem und zähem Flußeisen bestehen, wie z. B. Eisenbahnschienen, Radreifen, Federn, viele Werkzeuge, Waffen usw.

Nach dem vorstehend beschriebenen Gieß-. verfahren werden außer Verbundblöcken, j welche als Zwischenerzeugnisse oder Halb-j fabrikate durch Pressen, Schmieden oder Walzen zu Schienen, Stäben, Platten, Blechen [105 usw. verarbeitet werden, auch Formstücke! gegossen^ die entweder im rohen gegossenen! Zustande ~^m^~V"erwWdüTig~k75mTrnen"~6der die lediglich durcl? drehen, Hobeln, Tfasen. usjv., oder durch Härten und Schleifen, zu ..Fertigerzeugnissen hergerichtet werden.

Außer für Stähl und Eisen kann das vorstehend beschriebene Gießverfahren auch für andere Metalle zur Anwendung kommen.

Claims

Patent-Anspruch: "^ö

Verfahren zum Gießen, von Verbundblöcken oder sonstigen Gußstücken durch Übereinandergießen von zwei cder mehr verschiedenen Metallen oder Metallegierungen in einer eisernen Gußform, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Eingießen

der/ ersten Metallsorte in die stehende Gußform die zweite Metallsorte erst dann aufgegossen wird, wenn der untere Teil - der ersten Sorte bis zu einer bestimmten Höhe erstairt, der obere Teil dieser Metallsorte aber noch bis zu einer solchen Tiefe flüssig ist, daß sich dieses flüssig gebliebene Metall mit einer ungefähr gleichgroßen Menge der zugeführten flüssigen zweiten Metallsorte unter einem tiefgehenden, innigen Durchmischen zu vereinigen vermag.