DE2829534C2

DE2829534C2 - Verfahren zum Schleuderguß von Metallrohrluppen

Info

Publication number: DE2829534C2
Application number: DE19782829534
Authority: DE
Inventors: David &Scaron;otaevi&ccaron; &Scaron;oshia&scaron;vili; Gleb Samsonovi&ccaron; Akubov; Nikolai Nikitievi&ccaron; Aleksandrov; Evgenij Vasilievi&ccaron; Gerlivanov; Mark Markovi&ccaron; I&scaron;evsk Komarov; Viktor Michailovi&ccaron; Moskva Krapuchin; Ivan Romanovi&ccaron; Kryanin; Vladimir Michailovi&ccaron; Lvov; Genrich Sergeevi&ccaron; Mirzoian
Original assignee: NAUCNO-PROIZVODSTVENNOE OB"EDINENIE PO TECHNOLOGII MASINOSTROENIJA CNIITMAS MOSKVA SU
Current assignee: NAUCNO-PROIZVODSTVENNOE OB"EDINENIE PO TECHNOLOGII MASINOSTROENIJA CNIITMAS MOSKVA SU
Priority date: 1978-07-05
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1982-07-22
Also published as: DE2829534A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gießereiwesen und insbesondere auf ein Verfahren zum Schleuderguß von Metailrohrluppen. Besonders wirksam kann die vorliegende Erfindung zur Herstellung /on langen Rohren (über 5 m) mit einem großen Durchmesser (0,6 bis 2 m) aus verschiedenen Legierungen verw ndet werden.

Die Erfindung kann in den Industriebranchen (z. B. im Energie-, Papier-, Erdölgas- und Chemiemaschinenbau) zur Anwendung kommen, wo Flüssigkeiten, Gas und verschiedene aggressive Medien über Rohrleitungen transportiert werden, innerhalb derer normalerweise Hochtemperatur und Hochdruck erzeugt werden.

Mit der zunehmenden Leistung der modernen Maschinen, Atom- und Wärmeenergieanlagen sowie Papiermaschinen wird ein Trend zur Vergrößerung ihrer Abmessungen, und zwar der Länge und des Durchmessers von Rohren sichtbar. So werden, z. B. in Entwürfen für Wärmekraftwerke von großer Leistung, Rohrleitungen mit einer Länge von mindestens 6 m und mit einem Durchmesser von 0,8 bis 1,2 m vorgesehen.

Jedoch ist die Herstellung von nahtlosen Rohren mit solchen Abmessungen durch Walzen kompliziert und aufwendig. Deswegen kann dieses Problem nur durch die Verwendung von fortschrittlichen Gießverfahren, und zwar des Schleudergießverfahrens, auf wirksame Weise gelöst werden.

Bei diesem Verfahren wird das in eine Gießform eingebrachte schmelzflüssige Metall unter Einwirkung der Schleuderkraft gegen die Wände der Gießform geschleudert und erstarrt, wodurch ein Gußstück gebildet wird. Ein derartiges Gießverfahren findet in der Fertigung von Hohlgußstücken mit freier Oberfläche, wie Gußeisen- und Stahlrohren, Ringen, Hülsen und Schüssen, eine weitgehende Anwendung. Die Gießformen werden in Schleudergußmaschinen angeordnet. Die SchleudergußstUcke weisen eine erhöhte Dichte auf. Jedoch ist die Herstellung von hochqualitativen Gußstücken mit großen Abmessungen durch Sch'euder-

gießverfahren im Unterschied zum Klein- und MHtelguß (0 200—600 mm) mit einer Reihe von Schwierigkeiten verbunden.

Eines der Hauptprobleme bei der Herstellung von Qualitäts-Großrohrguß im Schleudergießverfahren ist die Bildung eines über den Querschnitt des Gußstücks homogenen Gefüges, durch welches hohe physikalischmechanische Eigenschaften des Erzeugnisses bedingt werden.

Ein besonders oft vorkommender Fehler, dui oh den die physikalisch-chemische und strukturelle Inhomogenität des Metalls in großen Gußstücken gekennzeichnet ist, ist ein streifiges Gefüge der Luppe.

Durch das streifige Gefüge in Gußstücken werden die physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Metalls stark beeinträchtigt und eine Schichtung des Gußstückmetalls hervorgerufen. Daher ist klar, daß die Erzeugnisse mit dem streifigen Gefüge in hochbeanspruchten Maschinenbaugruppen nicht verwendet werden dürfen.

Ein weiteres Hindernis bei der Herstellung von langen Rohrluppen im Schleudergießverfahren ist eine unbefriedigende Qualität der Gußstückoberfläche.

Das ist dadurch zu erklären, daß beim Transport des Metalls auf der Innenfläche der rotierenden Gießform über eine bedeutende Entfernung (über 5 m) ein großer Verlust an Metaliwärme im Endteil der Gießform und als Folge eine Abtiheidung des Metalls auf der Oberfläche der Rohrluppe Zustandekommen.
Derartige Luppen gehen ebenfalls in den Ausschuß, weil die genannten Fehler zu Stellen der Spannungsanhäufungen werden und zur Rißbildung in der Luppe führen können.

Wenn die Stellen der Abscheidung durch spanabhebende Bearbeitung beseitigt werden, steigt in diesem Fall die Zugabe für die mechanische Bearbeitung der Gußstückoberfläche stark (um ein 4- bis 6faches) an.

Die Ausbildung des streifigen Gefüges in den nach dem Schleudergießverfahren hergestellten Gußstücken ist auf die Versetzung verschiedener Schichten relativ zueinander während des Eingießens und der Kristallisation des Metalls infolge der unterechiedlichen Geschwindigkeit des einzugießenden Metalls und der Gießform bei üblicherweise verwendeten Größen des Gravitationsfaktors

mm

²R

mg

■60

zurückzuführen, wor'.n

u¹R = Schleuderkraft;
mg = Schwerkraft;

η ■ η
30

= Winkelgeschwindigkeit der Gießformrotation (n=Drehzahl der Gießform pro Minute);

R = Radius der freien üußstückobcrfläche;

g = Freifallbcschleunigung;
m = Masse der Gießform

sind.

Eine der Hauptbedingungen zur Vermeidung dieses Fehlers sind deswegen Maßnahmen, durch die die relative Versetzung der Metallschichten verhindert wird.

Bekannt ist ein Verfahren zur Vermeidung der Streifigkeit, gemäß welchem das rotierende Metall durch die aussetzende Bremsung der rotierenden Gießform dynamisch beeinflußt wird (siehe »Schleuderguß«, S, B. Judin und Mitarb, Verlag »Maschinostrojenie«, 1962).

Der Grundgedanke besteht darin, daß durch die Beeinflussung des schmelzflüssigen Metalls in der Gießform mittels Vibration die relative Verschiebung seiner Schichten verhindert wird. ι ο

Jedoch führt dieses Verfahren nicht zum gewünschten Resultat, weil bei einer schwachen Beeinflussung des schmetiflüssigen Metalls die schädliche Wirkung der relativen Versetzung der Metallschichten nicht behoben und bei einer starken Beeinflussung die Versetzung der Metallschichten intensiviert werden.

Bekannt ist ebenfalls ein Verfahren zur Erzeugung eines Inertgasüberdrucks, mit dem das in Kristallisation befindliche Metall nach dessen Eingießen in die Gießform zwecks Verfeinerung des Mikrogefüges der Rohrluppe beaufschlagt wird (JP-PS 20 609).

Jedoch wird durch dieses Verfahren der erforderliche Effekt nicht erreicht, weil durch die Erzeugung des Überdrucks in der Gießform erst nach der Beendigung des Eingießens des Metalls in die Gießform die Versetzung der Metallschichten während des Eingießens und als Folge davon die Bildung des streifigen Gefüges in der Rohrluppe nicht verhindert werden können.

Eine andere Voraussetzung zur Herstellung von jo Qualitäts-Großgußstücken ist die Verhinderung der Metallabscheidung auf der Außenoberfläche der Rohrluppen.

Bekannt ist ein Verfahren zur Verhinderung der Metallabscheidung bei der Herstellung von Rohrluppen, das eine Erhöhung der Eingießtemperatur des Metalls um 70—100⁰C über dessen Kristallisationstemperatur vorsieht

Jedoch ist eine derartige Temperaturerhöhung beim Metalleingießen in die Gießform bei der Herstellung von Luppen rber 5 m unwirksam, und durch die weitere Temperaturerhöhung wird infolge gesteigerter Gassättigung des Metalls die Metallqualität verschlechtert. Bekannt ist außerdem ein Verfahren zum Schleuderguß von Rohrluppen durch Eingießen des schmelzflüssigen Metalls in eine rotierende Gießform über ein (über 5 m) langes bewegliches Rohr, das als ein Gießkanal dient und längs der Drehachse der Gießform angeordnet wird.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die Unmöglichkeit, das Rohr (den Gießkanai) nach dessen Durchbiegung und Verformung aus der Gießform herauszuziehen, wodurch eifcs Havariesituation beim Betrieb der Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens entstehen kann.

Somit gestatten es die beschriebenen Verfahren zum Schleuderguß von Metallrohrluppen nicht, Qualitäts-Rohrluppen von großem Durchmesser mit einer Länge von über 5 m herzustellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der obengenannten Nachteile ein derartiges Verfahren zum Schleuderguß von Metallrohrluppen zu schaffen, bei dem die Rotationsgeschwindigkeit der Gießform und die Geschwindigkeit des in diese einzugießenden schmelzflüssigen Metalls gleich sind. _h-,

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zum Schleuderguß von Metallrohrluppen durch Eingießen von schmelzflüssigem Metall in eine rotierende Gießform und Beaufschlagung des Metalls mit einem Inertgasüberdruck in der Gießform, welche einen GiavitationsfaJttor (Verhältnis der Schleuderkraft zur Schwerkraft) aufweist, bei dem die freie Oberfläche der Rohrluppe geformt wird, mit dem Kennzeichen, daß das schmelzflüssige Metall in die Gießform nach der Erzeugung des Inertgasüberdrucks in dieser eingeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, die Qualität der herzustellenden Rohrluppen wesentlich zu erhöhen. Durch die Erzeugung eines Inertgasüberdrucks vor dem Eingießen des schmelzflüssigen Metalls in die Gießform wird dem Metall während des Eingießens in die Gießform infolge Vergrößerung der Reibungskräfte sowohl zwischen der Gießform und dem schmelzflüssigen Metall als auch innerhalb des Metalls selbst die gleiche Geschwindigkeit wie die Rotationsgeschwindigkeit der Gießform erteilt

Auf diese Weise werden die relative Versetzung der Metallschichten und als Folge davon die Bildung des streifigen iiefüges in der Rohrluppe "erhindert, die ein homogenes Gefüge erhält.

In einer der Varianten der Erfindung wird vorgesehen, während des Metalleingießens in die Gießform dieser einen Gravitationsfaktor zu erteilen, der um 300% die Größe des Gravitationsfaktors überschreitet bei deni die freie Oberfläche der Rohrluppe geformt wird.

Bei einer derartigen Rotationsgeschwindigkeit der Gießform während des Metalleingießens in diese kommt eine beschleunigte Versetzung des Metalls im Endteil der Gießform zustande, wodurch über die Länge der Luppe ein gleichmäßiges Temperaturfeld erzeugt wird und als Folge davon die Metallabscheidung auf der Oberfläche der Rohrluppe verhindert wird.

Die Erfindung wird anhand der eingehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung näher erläutert, in welcher das prinzipielle Schaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. Die Gießform 1, die zur Ausformung einer Rohrluppe 2 benimmt ist ist auf durch einen entsprechenden (nicht dargestellten) Antrieb in Rotation zu versetzenden Rollen 3 abgestützt. An der einen Stirnseite der Gießform 1 ist ein Eingußsystem 4 für die Zuführung des schmelzflüssigen Metalls 5 in die Gießform 1 angeordnet. In die andere Stirnseite der Gießform 1 ist ein Stutzen 6 für die Zuführung eines unter Oberdruck stehenden Inertgases in die Gießform 1 eingebaut.
Die Vorrichtung funktioniert auf folgende Weise.
Vor der Zuführung des schmelzflüssigen Metalls 5 aus dem Eingußsystem 4 in die rotierende Gießform 1 wird in deren Hohlraum über den Stutzen 6 das Inertgas zur Erzeugung eines Überdrucks in der Gießform 1 eingeleitet. Der Druck des Inertgases in der Gießform 1 ist von der Wanddirke der Rohrluppe 2 abhängig und beträgt entsprechend bei einer Dicke von 100 mm 3 at, von 200 mm 4 at und von 300 mm 5 at

Nach der Erzeugung des Überdruckes werden in die rotierende Gießkrm 1 aus dem Eingußsystem 4 das Metall 5 sowie Metallpulver in einer Menge von 2 bis 4% des Gewichts des Metalls 5 in der Gießform 1 eingebracht. Durch die gleichzeitige Zuführung des Metallpulvers und des Metalls 5 in die Gießform 1 werden die Zähflüssigkeit der Legierung erhöht und der Effekt der »festen Drehung« des Metalls 5 in der Gießform I geschaffen. Die Zweckmäßigkeit der gleichzeitigen Verwendung des Inertgasüberdrucks und

des Suspensionseingusses des Metalls 5 wächst mit der Vergrößerung der Wanddicke der Luppe über 100 mm an.

Während des Eingießens des Metalls 5 in die Gießform 1 beträgt deren Gravitationsfaktor

mg,

dabei sind

nK:i²R " Schleuderkraft;

mg = Schwerkraft, die um 300% die Grölie lies Gravitationsfaktors überschreitet, bei dem die freie Oberfläche der Rohrluppe 2 geformt wird.

Nach der Beendigung des Eingießens des Metalls 5 in die Gießform 1 wird dessen Geschwindigkeit auf die Größe des Gravitationsfaktors K verringert, der um 200% die Größe des Gravitationsfaktors überschreitet, bei dem die freie Oberfläche der Rohrluppe 2 geformt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Selbstkosten für die Herstellung von Rohrluppen um ein 4- bis 5faches herabgesetzt und die Arbeitsleistung um ein 2- bis 3faches im Vergleich zu den bekannten Schleudergießverfahren gesteigert.

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Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Schleuderguß von Metallrohrluppen durch Eingießen des schmelzflüssigen Metalls in eine rotierende Gießform und Beaufschlagung des Metalls mit einem Inertgasüberdruck in der Gießform, welche einen Gravitationsfaktor (Verhältnis der Schleuderkraft zur Schwerkraft) aufweist, bei dem die freie Oberfläche der Rohrluppe geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzflüssige Metall (5) in die Gießform (1) nach der Erzeugung des Inertgasüberdrucks in dieser eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Eingießens des Metalls (5) in die Gießform (1) dieser ein Gravitationsfaktor erteilt wird, der um 300% die Größe des Gravitationsfaktors der Gießform (1) überschreitet, bei dem die freie Oberfläche der Rohrluppe (2) geformt wird

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem schmelzflüssigen Metall (5) Metallpulver in einer Menge von 2 bis 4% des Gewichts des Metalls (5) in die Gießform (1) eingeführt wird.