DE2823173A1 - Verfahren zum giessen von metall - Google Patents

Verfahren zum giessen von metall

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DE2823173A1 DE19782823173 DE2823173A DE2823173A1 DE 2823173 A1 DE2823173 A1 DE 2823173A1 DE 19782823173 DE19782823173 DE 19782823173 DE 2823173 A DE2823173 A DE 2823173A DE 2823173 A1 DE2823173 A1 DE 2823173A1
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Description

L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L1ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE, 75, Quai d'Orsay, Paris 75007/Frankr.
Verfahren zum Gießen von Metall
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Metall in eine sich drehende Kokillenform, bei welchem gleichzeitig sichergestellt ist ein Schutz der Oberfläche des Metallbades und des Innenvoluraens der Form vor dem Gießen, und zwar mittels eines gesteuerten Strahles inerten verflüssigten Gases, der einerseits auf die Oberfläche des Bades gelenkt wird und andererseits in das Innere der sich in Drehung befindenden Form eingeführt wird.
Dieses Verfahren wird bei der Herstellung von zentrifugieren Rohren angewendet. Man führt in die Form vor dem Einführen des Metalles in die Form inertes, verflüssigtes Gas in ausreichender Menge ein, um einen andauernden inerten Zustand zu erhalten, der die notwendige Zeit zur Verfügung stellt, um das richtige Formen sicherzustellen. Bei dieser Herstellungstechnik, die ein Giessen nur mit Metall bedeutet, erfolgt die Zufuhr von verflüssigtem Gas einzig vor dem Gießen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung des oben genannten Verfahrens derart, daß die Herstellung von Werkstücken ermöglicht wird, die aus mehreren Metallen gebildet sind, so daß
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mehrere aufeinanderfolgende Gießschritte in der Drehform notwendig werden.
Es gibt zahlreiche metallische Drehwerkstücke, die also durch Formen in einer Drehform erhalten sind und, um den Benutzungsbedingungen, die ihnen auferlegt sind, zu genügen, gewisse Qualitäten sehr hohen Grades haben müssen. Also müssen auch die für den Transport von korrosiven Flüssigkeiten bestimmten Kanalisationen und die Rohre, die für das Eintauchen im Meer bestimmt sind, einen erhöhten Widerstand gegen die Korrosion haben, odes die Walzwerkzylinder müssen auf ihrer Umfangsoberfläche eine sehr große Härte haben. Also haben die Metalle oder Legierungen mit den erforderlichen Qualitäten einen sehr hohen Preis, der dazu führt, daß diese nur benutzt werden, um einen Teil des letztlich zu erhaltenden Werkstückes auszumachen, während der Rest dieses Werkstückes aus einem normalen Metall mit niedrigerem Preis bestehen kann. Für eine Kanalisation, die dazu bestimmt 1st, z.B. eine korrosive Flüssigkeit zu transportieren, braucht nur die Innenwand, die in direkter Berührung mit der Flüssigkeit steht, in sehr geringer Dicke einen hohen Widerstand gegen die Korrosion zu bieten, während die übrige Wand, die lediglich einen mechanischen Widerstand sicherstellen muß, aus einem Guß oder einem normalen Stahl bestehen kann. Dasselbe gilt für einen Walzwerkzylinder, nur der Tisch oder die Bahn, d.h. die äußere ArbeitsoberfLache, muß sehr hart sein, während der Kern des Zylinders keine erhöhte Härte zu haben braucht und vorzugsweise sogar andere
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Eigenschaften besitzen muß, z.B. eine gewisse Biegsamkeit,
die dazu führt, ein relativ walzfähiges und preiswertes Material, wie z.B. Grauguß, herzustellen.
Die Entstehung dieser Werkstücke zwingt zum nacheinanderfolgenden Gießen mehrerer in ihrer Eigenschaft unterschiedlicher Metalle, im allgemeinen zweier Metalle in einer Drehform,
also beim Formen in mehreren Schritten vorzugehen: Ein erstes Gießen erlaubt das Erhalten oder Entstehen einer ersten Schicht, ein zweites Gießen, welches nach einer Zeit erfolgt, die für die Verfestigung der ersten Schicht nötig ist, erlaubt die Entstehung einer zweiten Schicht usw...
Diese Verfahrensweise bietet zahlreiche Nachteile. Die in
Drehung gebrachte Form, die öfter vorgeheizt ist, besteht aus einem warmen, offenen Behälter, der Umgebungsluft heftig ansaugt. Daraus ergibt sich, daß das Gießen und die Verfestigung der Metallschichten in einem von einem sehr heißen und
turbulenten Luftstrom durchlaufen-en Behälter erfolgt. Wenn eine Schicht unter diesen Bedingungen verfestigt ist, zeigt sie auf ihrer inneren Oberfläche eine Oxydation, welche das gute Anhaften der Metallschicht, die durch das nachfolgende Gießen herangebracht wird, verhindert. Die Verbindung zwischen den beiden Schichten bietet schwere Fehler, die für die Qualität des fertigen Werkstückes schädlich sind.
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1O.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Ausschaltung dieser Nachteile und zur Lösung der Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens, welches darin besteht, daß man ein erstes Gießen eines ersten Metalles durchführt, das sich durch Zentrifugieren gegen die Wand der Form auflegt und sich unter Bildung einer ersten äußeren Schicht dieses ersten Metalles verfestigt, wobei man mit dem Einführen des inerten, verflüssigten Gases in die Form während dieses ersten Giessens und während dieser Verfestigung fortfährt, wobei das inerte verflüssigte Gas also den inneren Hohlraum dieser ersten Schicht füllt, wobei man nach der Verfestigung dieser ersten Schicht eine zweite Metallschicht aufgießt, die sich durch Zentrifugieren gegen die Innenwand der eisten Schicht anlegt, und zwar unter mindestens teilweisem Auffüllen dieses inneren Hohlraumes der ersten Schicht sowie unter Bildung einer zweiten inneren Schicht auf der ersten, wobei man während dieses zweiten Gießens und während der Verfestigung des Metalls die Zufuhr von verflüssigtem Gas beibehält, welches so den inneren Hohlraum auf der zweiten Schicht mindestens bis zu deren Verfestigung füllt, usw., bis man ein fertiges, durch Drehung gebildetes Werkstück aus zwei oder mehreren nacheinander folgenden Schichten verschiedener Metalle erhält.
Der Schutz gegen die Korrosionstätigkeit der Luft, der so während der Gieß- und Verfestigungsphase sichergestellt wird, erlaubt das Erhalten von verfestigten Metallschichten, und
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zwar gänzlich ohne Oberflächenoxydation, wodurch die Möglichkeit geschaffen ist, eine hervorragende Verbindung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichten zu erhalten.
Nach einem weiteren anderen Merkmal der Erfindung schafft man mehrere Schichten dadurch, daß man im Inneren der letzten Schicht einen Hohlraum derart bestehen läßt, daß man ein rohrförmiges, fertiges Werkstück erhält, wobei das verflüssigte Gas diesen Hohlraum im Verlaufe der Verfestigung der letzten Schicht füllt.
So erhält man Leitungsanlagen oder Röhren, deren Außenteil der letzten, -zuletzt gegossenen Schicht, d.h. im Inneren der Leitun^.sanlagen oder des fertigen Rohres, ohne jede Oxidation ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sieht man mehrere Gießschritte vor, wobei der letzte Gießschritt vollständig den Innenraum der durch das vorhergehende Gießen gebildeten Schicht derart füllt, daß man ein kompaktes oder volles, fertiges Werkstück erhält.
Diese Art zu gießen benutzt man für die Herstellung von Walzwerkzylindern.
Erfindungsgemäß wird das verflüssigte Gas immer in die Form im Verlaufe aufeinanderfolgender Gießtätigkeiten und im Verlaufe
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der Verfestigungsphasen, in einer Menge pro Minute eingeführt, die einem Gasvolumen in gasförmiger Phase gleich 5 oder 10 mal dem Volumen des zu füllenden Hohlraumes entspricht, derart, daß man dort eine Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt unter 0,1 ia aufrechterhält.
Ein solcher Sauerstoffgehalt erlaubt das Ausscheiden jedes Oxydationsrisikos mit Sicherheit.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:
Figur 1 schematisch die Herstellung eines Rohres durch Zentrifugieren gemäß dem Verfahren der Erfindung,
Figur 2 die Herstellung eines Walzwerkzylinders und
Figur 3 im Schnitt ein aus zwei aufeinanderfolgenden Schichten gebildetes Rohr, das einem Preßversuch unterzogen worden ist.
Die Herstellung von Drehwerkstücken, die aus mehreren Metallen oder Legierungen gebildet sind, muß in mehreren Schritten in Drehformen erfolgen, deren Achse entweder horizontal oder vertikal sein muß, wobd. die Formen mit horizontaler Achse hauptsächlich für die Herstellung von hohlen Werkstücken und die Formen mit vertikalen Achsen für die Herstellung von vollen Werk-
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stücken verwendet werden.
Die Form 1 gemäß Figur 1 ist eine Form aus Stahl in Gestalt eines Rohres mit horizontaler Achse; sie wird durch zwei Rollen 2 gestützt, welche die Form und die Achse X-X1 in Drehung mitführen, und die Form ist an ihren beiden Enden durch zwei Flansche 3a» 3b geschlossen, deren jeder mit einer Öffnung ka bzw. kb ausgerüstet ist. Das in Schmelze befindliche Metall M, welches in einer Kanne oder Wanne 5 enthalten ist, ergießt sich in ein Zwischengefäß 6 und entleert sich durch eine Austrittsdüse 6a, welche durch die Öffnung 4b des Flansches 3*> hindurchgeht, in das Innere der Form 1. Das Metall in der Wanne 5 und in dem Zwischenbehälter 6 sowie der in den Zwischenbehälter fallende Metallstrahl werden durch eine fortlaufende Entleerung inerten, verflüssigten Gases mittels bekannter Vorrichtungen geschützt, wie z.B.Fließausgüsse 7a und den Ring 7^· Das verflüssigte Gas, Stickstoff, wird in das Innere der Form 1 durch ein Ausgießrohr 8 eingeführt, welches durch die Öffnung ha des Flansches 3a hindurchgeht.
Man will mittels dieser Form ein Rohr herstellen, das aus zwei Metallschichten unterschiedlicher Eigenschaft (Bimetallrohr) gebildet ist; das Rohr hat eine Länge von ungefähr k m, einen Außeiidurchmesser von 30 cm, einen Innendurchmesser von 25 cm und eine Dicke von 2,5 cmt
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Das Gießen erfolgt in folgender Weise:
Ganz zu Anfang spült man die in Drehung gebrachte Form vorher und macht sie inert. Der verflüssigte Stickstoff, der mit einem konstanten Durchsatz von 2 l/mn 3 Minuten lang ausgegossen wird, füllt die Form schnell dadurch, daß er sich infolge der Rotation homogen auf die gesamte Länge der Innenwand anlegt. Von der Ankunft des verflüssigten Gases an wird die in der Form enthaltene Luft heftig vertrieben, denn die der Verdampfung folgende Gasexpansion ist sehr groß, denn 1 1 flüssiger Stickstoff gibt bei 15°C etwa 680 1 Gas. Man erhält so im Inneren der Form eine Stickstoffatmosphäre von weniger als 0,1 $ Sauerstoff.
Dann verfährt man beim Gießen eines ersten Metalles oder einer ersten Legierung, z.B. Nickelchrom, derart, daß man eine Aussenschicht 9 einer Dicke von ungefähr 5 mm erhält. Während des Gießens dieses ersten Metalles, welches ungefähr 1 Minute lang dauert, gießt man fortlaufend flüssigen Stickstoff mit dem vorgenannten Durchsatz aus.
Man erwartet während ungefähr 3 Minuten, daß die erste Schicht 9 sich verfestigt, wobei der Stickstoffdurchsatz oder die Stickstof fmenge während dieser Verfestigung konstant bleibt.
Dann gießt man ein zweites Metall oder eine zweite Legierung, die sich von dem ersten oder der ersten unterscheidet, z.B. Guß-
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metall derart, daß man eine zweite Schicht 10 einer Dicke von ungefähr 20 mm erhält. Während dieses zweiten Gießens, das ungefähr 1 Min. dauert, fährt man mit der Zufuhr von flüssigem Stickstoff mit dem vorgenannten Durchsatz fort. Die Form läßt man drehen, und man fährt mit der Einführung von flüssigem Stickstoff während ungefähr 1 Min. derart fort, daß man eine zweite hinreichend verfestigte Schicht 10 erhält.
Die Drehung der Form wird dann verlangsamt, danach angehalten, und man zieht das fertige Rohr heraus.
Die gesamte Betriebsdauer beträgt ungefähr 9 Min., und die Menge des verflüssigten Stickstoffes beträgt ungefähr 18 1.
Das erhaltene fertige Rohr zeigt somit eine dünne innere Schicht 9, die z.B. einen hohen Korrosionswiderstand hat, und eine viel dickere Innenschicht 10, die z.B. aus einem viel preiswerteren Metall als die Außenschicht hergestellt ist.
Die Tatsache, daß man die Form vorher gespült hat und dann eine Atmosphäre ohne Sauerstoff während des ersten Gießens des Metalles und während seiner Verfestigung sowie während des zweiten Gießens des Metalles ebenso bis zur Verfestdg ung des letzteren erhalten hat, erlaubt die Vermeidung jeglicher Verunreinigung der inneren Fläcle der ersten Schicht und stellt folglich ein hervorragendes Anhaften zwischen der ersten und der zweiten Schicht sicher. Diese fehlende Verunreinigung
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folgt nicht nur aus der Abwesenheit von Sauerstoff, sondern auch von der Abwesenheit von Wasserdampf, der immer in der atmosphärischen Luft vorhanden ist.
Die Form 12 nach Fig. 2 ist eine Stahlform zylindrischer Gestalt mit vertikaler Achse, die einen Durchmesser von ungefähr 0,35 m und eine Höhe von ungefähr 0,70 m hat. Die Form ist unten durch eine Form 13 verlängert, die ebenfalls zylindrisch ist, aber erheblich kleinere Abmessungen hat, wobei die zweite Form einen Durchmesser von ungefähr 0,15 m und eine Höhe von ungefähr 0,20 m hat. Die Gesamtheit der Formen 12 und 13 wird um die vertikale Achse YY1 mit ungefähr 800 U/Min, mittels nicht dargestellter Einrichtung in Drehung versetzt. Die Form 12 ist oben durch einen Deckel 14 geschlossen, der mit einer Öffnung 15 versehen ist, durch welche eine MetaJlausgießeinrichtung 16 hindurchgeht, die mit einem (nicht dargestellten) Zwischengefäß verbunden und von einem Mantel 17 umgeben ist. Das inerte verflüssigte Gas wird durch ein wärmeisoliertes Rohr 18 eingeführt, das an einer (nicht dargesteLlten) Quelle angeschlossen ist. Das verflüssigte Gas tritt so in die Form durch die Öffnung 15 parallel zu dem MetaLlguß ein, der aus der Ausgießeinrichtung 6a kommt.
In dieser Form will man einen Walzwerkzylinder herstellen, der aus einer äußeren Schicht mit hohen mechanischem Widerstand und einem inneren Kern gebildet ist, der aus einem weniger wider-
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standsfähigem, aber streckbareren Metall hergestellt ist.
Die Betriebsfolgen sind vollständig vergleichbar mit denen bei der Herstellung des zentrifugierten Rohres.
Man verfährt ganz zu Anfang, indem man die in Drehung gebrachte Form spült und inert macht, indem man dort verflüssigtes Gas einführt, in diesem Falle Stickstoff, und zwar mit einem Durchsatz von 2 l/Min., und dies ungefähr während einer Minute und dreißig Sekunden.
Dann gießt man das erste Metall, z.B. Nickelguß, derart ein, daß man eine erste äußere Schicht 19 erhält, der
eine Dicke von ungefähr 1 cm hat. Fahrend dieses Gießens mit einer Dauer von ungefähr 30 Sekunden fährt man mit der Zufuhr von flüssigem Stickstoff in die Form fort.
Während man die Form mit flüssigem Stickstoff immer weiter speist, erwartet man die Verfestigung dieser Außenschicht während ungefähr 6 Minuten.
Dann fährt man mit dem Gießen eines zweiten Metalles fort, z.B. eines Graugusses, der das Innere der Form 12 unter Bildung des Herzstückes oder Keines 20 und das Innere der Form 13 unter Bildung des Laufzapfens 21 füllt. Während des Gießens dieses zweiten Metalles, was ungefähr 1 Minute lang dauert, speist
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man fortlaufend verflüssigten Stickstoff bis zum Ende des Gießschrittes zu.
Danach verlangsamt man die Form und hält sie an und zdsht den Zylinder heraus. Die Gesamtdauer des Betriebes beträgt ungefähr 9 Minuten, und der Verbrauch an verflüssigtem Stickstoff beträgt ungefähr 18 1.
So erhält man einen Walzwerkzylinder oder Schichtzylinder, der ein Gewicht von ungefähr 500 kg, einen Durchmesser von ungefähr 0,35 m hat und aus einer Außenfrhicht mit großer Härte und großem Abriebwiderstand und einem Innenkern gebildet ist, der eine größare Elastizität und eine viel größere Fähigkeit für ein Biegen bietet.
Wie in dem vorhergehenden Falle ist die Grenzfläche zwischen den zwei Schichten ohne jegliche Verunreinigung oder Oxydation, so daß die Haftung der beiden Schichten aneinander hervorragend ist.
Die Prüfung der mit diesem Verfahren erhaltenen Werkstücke zeigt, daß das Anhaften der zwei Schichten hervorragend bleibt, sogar nach den Zusammendrückungs- bzw. Preßversuchen. Fig. 3 stellt im Schnitt ein Rohr dar, das nach dem Formungsverfahren gemäß Fig. 1 erhalten ist, und zeigt, daß beim Zusammendrücken dieses Rohres, nachdem man es längs gespalten hat, keine Nei-
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gung zur Ablösung zwischen den Schichten 9 und 10 besteht, selbst nicht im Bereich A maximaler Deformation.
Man könnte zahlreicle Varianten zu den beschriebenen und oben dargestellten Ausfiihrungsfonnei bringen. So könnte man zum Beispiel Werkstücke anstelle aus zwei Schichten auch aus drei oder mehr Schichten gebildet vorsehen. In diesem Falle wird die Form während des Gießens jeder Schicht und während deren Verfestigung mit verflüssigtem Gas versorgt. Das verflüssigte Gas könnte aus jedem anderen Gas als Stickstoff bestehen, z.B. Argon.
Das Verfahren ist ebenso auf alle geeigneten Metalle, kombinierten metallischen Verbindungen oder Legierungen anwendbar.
Die Dicke der Schichten kann ebenso beliebig sein, wobei diese Dicke nur von den gewünschten Qualitäten des letztlich erhaltenen Werkstückes abhängt.
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Le ο rs e i \ e

Claims (1)

VERFAHREN ZUM GIESSEN VON METALL Priorität vom 1. Juni 1977 in Frankreich, Nr. 7716.675 Patentansprüche
1. Verfahren zum Gießen von Metall in einer sich drehenden Kokillenform, in welcher gleichzeitig ein Oberf 1 ächenschutz des Metallbades und des Innenvolumens der Form vor dem Gießen mittels eines gesteuerten Strahles verflüssigten, inerten Gases sichergestellt wird, welches einerseits auf die Oberfläche des Bades und andererseits auf das Innere der in Drehung befindlichen Form gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Gießen eines ersten Metalles erfolgt, das sich durch ZentrL-
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fugicren gegen die Formwand anlegt und sich verfestigt unter Bildung einer ersten äußeren Schicht dieses ersten Metalles, dann mit der Einführung des inerten verflüssigten Gases in die Form während dieses ersten Gießens und während dieser Verfestigung fortgefahren wird, wobei das Gas somit den inneren Hohlraum mit der ersten Schicht füllt, daß nach der Verfestigung dieser ersten Schicht ein zweites Gießen eines zweiten Metalles erfolgt, das sich durch Zentrifugieren gegen die Innenwand der genannten ersten Schicht unter mindestens teilweisem Auffüllen des Innenraumes auf diese erste Schicht auflegt und eine zweite Innenschicht auf der ersten Schicht bildet, wobei während dieses zweiten Gießens und möglicherweise während der Verfestigung der Schicht die Zufuhr von verflüssigtem Gas, welches somit den inneren Hohlraum füllt, zu dieser zweiten Schicht mindestens bis zu ihrer Verflüssigung aufrechterhalten wird, usw., bis zum Erhalt eines fertigen Drehstückes, das aus zwei oder mehreren, nacheinander folgenden Schichten unterschiedlicher Metalle gebildet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gießschritte erfolgen, wobei ein Hohlraum im Inneren der letzten Schicht belassen wird und ein rohrförmiges Stück erhalten wird, wobei das verflüssigte Gas diesen Hohlraum im Verlaufe der Verfestigung der letzten Schicht füllt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gießschritte erfolgen und der letzte Gießschritt vollständig
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den Innenraum der Schicht füllt, welche durch das vorhergehende Gießen zum Erhalten eines vollen Endstückes gebildet ist.
k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte Gas in die Form im Verlaufe der aufeinanderfolgenden Gießtätigkeiten und im Verlauf der Verfestigungsphasen in einer Menge pro Minute eingeführt wird, die einem Gasvolumen in Gasphase gleich 5 bis 10 mal dem Volumen des zu füllenden Hohlraumes entspricht, derart, daß dort eine Atmosphäre erhalten wird, die einen Sauerstoffgehalt von weniger als 0,1 $ hat.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte Gas in das Innere der Form und in das Innere jeder nacheinander folgenden Schicht eingeführt wird, die parallel zur Achse der Spritzdüse gebildet sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Metalle Metalle aufweisen, wie z.B. Eisen, Kupfer, Chrom usw., metallische Verbindungen aufweisen, wie z.B. Gußeisen, Stähle usw... oder Legierungen, wie z.B. Nickelchrom, Nickelguß usw...
Λ 8098BO/07BO
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