DE3009882C2

DE3009882C2 - Strangpreßbolzen für die pulvermetallurgische Herstellung von Verbundrohren

Info

Publication number: DE3009882C2
Application number: DE19803009882
Authority: DE
Inventors: Christer Torshälla Åslund
Original assignee: NYBY UDDEHOLM TORSHAELLA SE AB
Current assignee: NYBY UDDEHOLM TORSHAELLA SE AB
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1985-10-03
Also published as: SE460345B; DE3009882A1; SE8101535L

Description

Die Erfindung betrifft einen Strangpreßbolzen für die pulvermetallurgische Herstellung von Verbundrohren, bestehend aus einer ringkörperförmigen Hülle aus dünnen, vorzugsweise 1 bis 2 mm dickem, duktilem Blech zur Aufnahme von isostatisch vorzupressenden Metalloder Legierungspulvern mit mindestens zwei in radialer Richtung hintereinander liegenden Schichten aus unterschiedlichen Werkstoffen, z. B. Kohlenstoffstahl und rostfreiem Stahl.

Es ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von Verbundrohren aus rostfreiem und einem weiteren hochlegierten Stahl bekannt, bei dem zwei unterschiedliche Pulver, die durch Zerstäuben von Schmelze in Inertgas aus dem rostfreien Stahl und dem hochlegierten Stahl hergestellt wurden und überwiegend aus sphärischen Teilchen bestehen, in eine aus duktilem Metall bestehende, hohlzylindrische, dünnwandige Hülle gefüllt werden, die eine oder mehrere konzentrische und herausnehmbare Trennwände aufweist, wobei in die Zwischenräume die Pulverteilchen der verschiedenen Stahlqualitäten unter gleichzeitiger Vibration eingefüllt werden und nach Entfernung der Trennwände, Evakuieren und Verschließen der Hülle diese kaltisostatisch gepreßt wird, wobei die durch die Vibration bereits auf etwa 60 bis 70% der theoretischen Dichte verdichteten Pulverfüllungen auf mindestens 80% der theoretischen Dichte weiter verdichtet werden und der so erhaltene Preßkörper erwärmt und anschließend heiß mit dem Hüllenwerkstoff als äußere Oberflächenschicht zu einem Rohr stranggepreßt wird (DE-AS 24 19 014).
Es hat sich nun gezeigt, daß bei den nach dem vorgenannten bekannten Verfahren hergestellten Verbundrohren an der Grenze zwischen den aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Pulverfüllangen Übergangszonen entstehen, deren Ausdehnung und deren Materialeigenschaften Schwankungen unterliegen und deren Dicke und Eigenschaften daher variieren können. Insbesondere dann, wenn das Verbundrohr nicht aus zwei etwa gleich dicken, in radialer Richtung hintereinander liegenden Schichten besteht und damit die Grenze zwischen den Pulverfüllungen aus unterschiedlichen Werkstoffen nicht in der neutralen Zone des Rohres liegt, kann die vorgenannte, unkontrollierbare Übergangszone zwischen den aus Pulverfüllungen unterschiedlicher Werkstoffe hergestellten Schichten des Verbundrohres die Gleichmäßigkeit der Qualität der erzeugten Verbundrohre beeinträchtigen, und zwar gilt dies vor allem dann, wenn eine Schicht des Verbundrohres relativ dünn ist, oder das Verbundrohr aus mehr als zwei, z. B. drei, Schichten hergestellt ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Stranges preßbolzens, der die pulvermetallurgische Herstellung von Verbundrohren mit gleichbleibender, verbesserter Qualität ermöglicht und sich ökonomisch und in technisch einfacher Weise herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem bekannten Strangpreßbolzen der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Vermeidung von Übergangszonen entweder an den Grenzen zwischen den Pulverfüllungen metallische Zwischenlagen angeordnet sind, die vorzugsweise aus einem Werkstoff, wie z. B. Nickel, bestehen, der die Diffusion von Beimengungen und/oder Legierungselementen, insbesondere von Kohlenstoff, hemmt, oder eine der Pulverfüllungen in eine zweite innere Hülle eingeschlossen ist, die innerhalb der äußeren Hülle angeordnet ist, oder eine der Pulverfüllungen durch einen innerhalb des Hohlraumes der äußeren Hülle angeordneten, separat hergestellten zweiten Preßkörper oder aus massivem Werkstoff bestehenden Rohrabschnitt ersetzt ist

Der erfindungsgemäße Strangpreßbolzen bietet den Vorteil, daß das Einfüllen der Pulverfüllungen vereinfacht ist diese genau voneinander getrennt sind, unbestimmte und unkontrollierbare Übergar^szonen zwischen den aus verschiedenen Werkstoffen bestehenden Schichten vermieden werden und daß die physikalischen und chemischen Eigenschaften der aus dem erfindungsgemäßen Strangpreßbolzen gefertigten Verbundrohre weitgehend genau gleichbleibend sind, so daß sich aus dem erfindungsgemäßen Strangpreßbolzen Verbundrohre mit ausreichend gleichbleibender Qualität industriell herstellen lassen. Dies gilt auch dann, wenn die in radialer Richtung hintereinanderliegenden Schichten stark voneinander abweichende Dicken aufweisen und insbesondere eine Schicht sehr dünn ist.

Durch die an den Grenzen zwischen den Pulverfüllungen unterschiedlicher Werkstoffe eingefügten metallischen Zwischenlagen, die vorzugsweise aus einem Werkstoff, wie z. B. Nickel, bestehen, der die Diffusion von Beimengungen und/oder Legierungselementen, insbesondere von Kohlenstoff, hemmt, wird eine Veränderung bzw. Verschlechterung von Materialeigenschaften in der Übergangszone zwischen den zu beiden Seiten der Zwischenlagen angeordneten, aus Pulvern verschiedener Werkstoffe hergestellten Pulverfüllungen durch Diffusion von Beimengungen oder Legierungselementen von der einen Pulverfüllung in die andere vermieden.

Es kann vorteilhaft sein, die metallischen Zwischenlagen aus dem gleichen oder im wesentlichen dem gleichen Werkstoff herzustellen, aus dem durch Ze-stäuben eine der angrenzenden Pulverfüllungen hergestellt ist.

Bei Verwendung einer inneren Hülle zum Einfüllen einer der Pulverfüllungen wird vorzugsweise zumindest der Außen- und/oder Innenmantel der inneren Hülle aus Nickel hergestellt.

In analoger Weise wird vorteilhafterweise bei Verwendung eines in die äußere Hülle eingeführten separat hergestellten zweiten Preßkörpers vorzugsweise zumindest der Außen- und/oder Innenmantel dieses Preßkörpers aus einem Material, wie z. B. Nickel, hergestellt.

Vorzugsweise weisen die äußere und/oder innere Hülle an ihrer vorderen Stirnseite einen kegel-, halbkugel- oder trichterförmigen Einsatz auf, der ein- oder mehrteilig aus Vollmaterial und/oder aus Pulver hergestellt ist, und das rückwärtige Ende der Hülle weist einen platten- oder kegelförmigen Einsatz auf, der vorzugsweise einteilig aus Vollmaterial und/oder Pulver hergestellt ist, wobei zumindest bei der äußeren Hülle der vordere und rückwärtige Einsatz vorzugsweise durch Schweißen dicht mit dem Außen- und lnnenmantcl der Hülle verbunden sind.

Bei Verwendung einer zweiten inneren Hülle bzw. eines zweiten Preßkörpers können die zweite innere Hülle bzw. der zweite Preßkörper mittels eines Einsatzes verschlossen werden, der so geformt ist, daß er in etwa einem Teilabschnitt des vorgenannten vorderen Einsatzes der äußeren Hülle entspricht, so daß er in Kombination mit einem eine entsprechende Ausnehmung aufweisenden modifizierten vorderen Einsatz der äußeren Hülle einen allgemein kegelförmig ausgebildeten Einsatz ergibt

Durch diese Formgebung und Anordnung des etwa kreisbogenförmigen Querschnittsprofils, das der vordere Einsatz der äußeren Hülle bzw. die Kombination der vorderen Einsätze von äußerer und zweiter innerer Hülle bzw. äußerer Hülle und zweitem Preßkörper aufweisen, wird erreicht, daß beim Strangpressen des durch isostatisches Kaltpressen der äußeren Hülle gebildeten Strangpreßbolzens der aus Weicheisen oder einem ähnlichen Metall bestehende vordere Einsatz bzw. kombinierte Einsatz zusammen mit den Schweißnähten und den benachbarten Teilen des Außenmantels und des Innenmantels der äußeren und gegebenenfalls der inneren Hülle einen als Abfall anfallenden ersten Teil des stranggepreßten Rohres bildet, der durch eine im wesentlichen scharf ausgebildete und sich im wesentlichen senkrecht zur Rohrlängsachse erstreckende Trennungsfläche von dem nachfolgenden, das eigentliche Verbundrohr bildenden und mindestens teilweise aus hochwertigem Material bestehenden Teil abgegrenzt wird. Aufgrund dieser scharfen Trennungsfläche kann der als Abfall anfallende erste Teil nach dem Strangpressen leicht abgeschnitten werden oder fällt sogar von selber ab, wenn die Verbindung zwischen dem genannten ersten Teil und dem nachfolgenden eigentlichen Verbundrohr keine oder geringe Festigkeit aufweist. Vorzugsweise werden daher die an der vorderen Stirnseite der äußeren Hülle und gegebenenfalls die an der vorderen Stirnseite der inneren Hülle bzw. des inneren Preßkörpers vorgesehenen Einsätze an ihren an die Pulverfüllungen angrenzenden Oberflächen mit einer Schicht bzw. einem Überzug aus Glas oder einem anderen eine metallische Verbindung verhindernden Material versehen, um so eine Sollbruchstelle zu schaffen, die die Trennung des vorgenannten, als Abfall anfallenden ersten Teils vom eigentlichen Verbundrohr erleichtert.

Bei dem erfindungsgemäßen Strangpreßbolzen kann es vorteilhaft sein, daß mindestens eine Schicht in axialer Richtung in zwei oder mehr Abschnitte unterteilt ist und daß diese Abschnitte mit Pulvern unterschiedlicher Stahlqualitäten gefüllt sind, oder zumindest ein Teil dieser Abschnitte durch vorgeformte Preßkörper und/oder aus massivem Werkstoff hergestellte Rohrabschnitte ersetzt sind, die aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind, wobei die Grenzen zwischen den genannten Abschnitten vorzugsweise kegel- oder trichterförmig ausgebildet sind mit einem etwa kreisbogenförmigen Querschnittsprofil, und die Mittelpunkte dieses kreisbogenförmigen Querschnittsprofils einen Kreis bilden, der sich etwa konzentrisch um den Innenmantel der äußeren Hülle erstreckt, vorzugsweise in einem Abstand, der etwa der halben Breite des Ringspaltes der Strangpreß-Matrize entspricht.

Die vorgenannte Unterteilung mindestens einer Schicht in axialer Richtung in zwei oder mehr Abschnitte ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn vorbestimmte Stellen einer Schicht des Verbundrohres mit Bauteilen aus einem anderen Werkstoff zusammengeschweißt werden sollen, da dann der den vorbestimmten Stellen entsprechende Abschnitt mit Pulver gefüllt wer-

den kann, das aus dem gleichen Werkstoff hergestellt ist, aus dem das anzuschweißende Bauteil besteht.

Insbesondere wenn mehrere Verbundrohre zu einem längeren Rohr aneinandergeschweißt werden sollen, kann es vorteilhaft sein, daß bei dem erfindungsgemäßen Strangpreßbolzen in der einen Schicht durch Unterteilen in axialer Richtung an beiden Enden Endabschnitte ausgebildet sind und daß diese beiden Endabschnitte die gleiche Werkstoffqualität wie die andere Schicht aufweisen, derart, daß sieb ein Verbundrohr ergibt, dessen Endstücke eine einheitliche Werkstoffqualität besitzen.

Vorteilhafterweise wird zumindest der Außenmantel, vorzugsweise Außen- und Innenmantel der Hülle, mit einer die Schrumpfung beim isostatischen Pressen im wesentlichen ausgleichenden, von der Hüllenachse gleichmäßig nach außen gerichteten Ausbauchung versehen. Diese Ausbildung der Hülle bietet den Vorteil, daß er nach dem kaltisostatischen Pressen der äußeren Hülle erhaltene Strangpreßbolzen keine »Sanduhrform« mit eingeschnürtem mittleren Bereich zeigt. Diese sogenannte »Sanduhrform« entsteht vielfachdadurch, daß die Enden der Hülle, die mittels Deckel oder dgl. verschlossen sind, eine geringere Schrumpfung bei einer kaltisostatischen Pressung zeigen als der mittlere Bereich der Hülle. Da für das Strangpressen ein Strangpreßbolzen erforderlich ist, dessen Außenmantel möglichst genau zylinderförmig ausgebildet ist, ist es notwendig, bei einer »Sanduhrform« des Strangpreßbolzens die Enden zu trimmen, was eine sehr teure Bearbeitung darstellt, wobei die Gefahr besteht, daß Risse auftreten. Die vorgenannte Ausbauchung der Hülle bietet den Vorteil, daß eine Bearbeitung bzw. ein Trimmen des Strangpreßbolzens zur Erzielung einer zylindrischen Form entfällt, da die nach außen gerichteten Ausbauchungen der äußeren Hülle die Herstellung von Strangpreßbolzen ermöglicht, deren Durchmesser sehr genau den gewünschten Abmessungen des Strangpreßbolzens entsprechen. Dabei können Genauigkeiten von ±0,2%, insbesondere ±0,1% erreicht werden, und die Durchmesserabmessungen des Strangpreßbolzens können absolut ±0,2 rnrn, insbesondere ±0,1 mm genau hergestellt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Hülle im teilweise gefüllten Zustand;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Hülle gemäß F i g. 1 im gefüllten und verschlossenen Zustand; und

F i g. 3 und 4 Längsschnitte ähnlich F i g. 2 von abgewandelten Ausführungsformen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 ist die äußere Hülle allgemein mit 21 bezeichnet und ihr Außenmantel 22 mit einer der Schrumpfung beim kaltisostatischen Pressen entgegengesetzten Ausbauchung 23 versehen. Der Außenmantel 22 besteht vorzugsweise aus einem Rohrabschnitt eines spiralgeschweißten Rohres, wobei der Steigungswinkel α der nicht dargestellten spiralförmigen Schweißnaht so bemessen ist, daß die Spirale über die Länge des Außenmantels 22 etwa eine oder mehrere vollständige Windungen bildet. Als Innenmantel 24 dient ein längsgeschweißtes Rohr. Der Einsatz 1, der im Bereich des Hüllenbodens angeordnet ist, weist eine zentrale Bohrung 2 und eine ebene äußere Stirnfläche 4 auf, wobei der Einsatz 1 einen zylindrischen Abschnitt 7 aufweist.

Die zum Innenraum der Hülle 21 gerichtete Fläche 6 des bodenseitigen Einsatzes 1 ist im wesentlichen eben ausgebildet und weist eine ringförmige Ausnehmung 8 auf, die das untere Ende einer in den Hohlraum der äußeren Hülle 21 eingesetzten zweiten Hülle 10 aufnimmt. Diese zweite innere Hülle 10 ist bei Il verjüngt und weist an ihrem unteren Ende einen zylindrischen Abschnitt 12 auf, der an der zylindrischen Außenwand 9 der Ausnehmung 8 anliegt. Die innere Hülle 10 ist mittels Punktschweißungen 13 am bodenseitigen Einsatz 1 befestigt. Ferner sind an dem bodenseitigen Einsatz 1 der Außenmantel 22 mittels einer umlaufenden Schweißnaht 14 und der Innenmantel 24 mittels einer umlaufenden Schweißnaht 15 fest verbunden, wobei die Schweißnähte 14 und 15 eine dichte Verbindung ergeben müssen, während dies bei der Schweißung 13 nicht der Fall sein muß. Durch die innere Hülle 10 wird der Innenraum der äußeren Hülle 21 in zwei Schichtbereiche 16 und 76 unterteilt. Die innere Hülle 10 besteht vorzugsweise aus einem dünnen Nickelblech, vorzugsweise in einer Dicke zwischen 0,1 und etwa 0,5 mm.

Die Ausbauchung 23 des Außenmantels 22 ist so bemessen, daß sie durch die Schrumpfung beim isostatischen Pressen, durch die der Außenmantel bis zur Linie 70 zusammengepreßt wird, im wesentlichen wieder beseitigt wird, wie im Hauptpatent P 28 46 660.6 im einzelnen beschrieben ist. Der Außenmantel 22 weist an seinem vorderen und hinteren Ende jeweils einen zylindrischen Abschnitt 56 bzw. 66 auf, daran schließen sich Übergangsbereiche 55 bzw. 65 an. die in einen achsparallelen zylindrischen Mittelbereich 50 übergehen. Die Quersrhnittskontur 36 des Einsatzes 30 stellt in etwa ein Spiegelbild der Kontur des Übergangsbereichs 55 dar, das an der Linie 70, die dem durch isostatisches Kaltpressen der äußeren Hülle erhaltenen geschrumpften Strangpreßbolzen entspricht, gespiegelt, jedoch im Verhältnis von Durchmesser des Strangpreßbolzens zur radialen Durchmesserschrumpfung der Hülle 21 vergrößert ist. Dementsprechend ist der bei β angedeutete Krümmungswinkel des Außenmantels 22 etwa im Verhältnis der prozentualen Schrumpfung zum Krümmungswinkel rf des benachbarten Einsatzes verkleinert. Der zum Verschließen der vorderen Stirnseite der äußeren Hülle 21 vorgesehene Einsatz 30 weist eine zentrale Bohrung 32 und ein im wesentlichen kreisbogenförmiges Querschnittsprofil 36 sowie benachbart zu seiner planen Stirnfläche 34 einen zylindrischen Abschnitt 37 auf. Die Mittelpunkte des kreisbogenförmigen Querschnittsprofils 36 liegen auf einem Kreis, der etwa im Bereich der Schnittlinie zwischen der planen Stirnfläche 34 und der Wandung der Bohrung 32, d. h. im Bereich der vorderen Begrenzungslinie der Bohrung 32, liegt und durch zwei Kreuze 38 in F i g. 2 angedeutet ist. Das etwa kreisbogenförmige Querschnittsprofil 36 bietet den Vorteil, daß beim Strangpressen des Strangpreßbolzens der aus Weicheisen oder einem ähnlichen Metall bestehende Einsatz 30 zusammen mit den Schweißnähten 26,28 und den benachbarten Teilen des Außenmantels 22 und des Innenmantels 24 den ersten Teil des Rohres bilden, der nach dem Strangpressen Abfall bildet, wobei die Trennungslinie zwischen diesem ersten Teil und dem eigentlichen Verbundrohr sich im wesentlichen senkrecht zur Rohrlängsachse erstreckt

Im folgenden wird die Erfindung an einem Beispiel erläutert: Um einen Preßkörper mit einem Außendurchmesser von 144 mm für das Strangpressen eines Verbundrohres mit einem Außendurchmesser von 50 mm und einer Wanddicke von 5 mm herzustellen, wurde als

Außenmantel für die äußere Hülle 21 ein spiralgeschweißtes 600 mm langes Rohr mit einem Außendurchmesser von 154 mm und einer Wanddicke von 1,5 mm an seinen beiden Enden durch Walzen eingeschnürt, derart, daß an den Enden zylindrische Abschnitte mit einem Außendurchmesser von 144 mm, entsprechend den Abschnitten 56 und 66 der Fig. 2 vorhanden waren, an die sich Übergangsbereiche anschlossen, die entsprechend den Übergangsbereichen 55 und 65 der F i g. 2 geformt waren. Dann wurden die Enden des Außenmantels plan geschliffen. Das Einziehen der Enden des Außenmantels 22 kann jedoch auch mittels Preßwerkzeugen erfolgen. Das Preßwerkzeug für das Einziehen des vorderen Endes des Außenmantels 22 weist einen Ringspalt auf, der in seiner Form genau der gewünschten Form des Übergangsabschnittes 55 und des zylindrischen Abschnittes 56 des Außenmantels 22 entspricht und dessen Spaltweite etwa mit der Materialstärke des Außenmantels 22 übereinstimmt. Dieses Preßwerkzeug wird axial über das obere Außenmantelende vorgeschoben, wodurch dieses die gewünschte Formänderung erhält. Entsprechend dem Einziehen des oberen Endes des Außenmantels kann das Einziehen seines unteren Endes in analoger Weise mittels eines entsprechend ausgebildeten zweiten Preßwerkzeugs erfolgen. Ferner wurde eine ringförmige Bodenplatte 1 aus niedriglegiertem Kohlenstoffstahl mit ca. 0,004% Kohlenstoff und einer Dicke von 20 mm bereitgestellt, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Außenmantels 22 und deren innere Bohrung 2 dem Außendurchmesser des Innenmantels 24 entsprachen. Die Bodenplatte 1 war mit einer ringförmigen, 3 mm tiefen Ausnehmung 8 versehen, deren Außenrand 9 einen Durchmesser von 80 mm aufwies. In diese Vertiefung bzw. Ausnehmung 8 wurde eine aus einem 0,3 mm dikken Nickelblech gefertigte innere Hülle 10 mit ihrem unteren verjüngten Ende 12, das ebenfalls einen Außendurchmesser von 80 mm aufwies, eingesetzt und mittels Punktschweißungen 13 befestigt. Der nicht verjüngte Oberabschnitt der inneren Hülle 10 hatte einen Außendurchmesser von 88 mm. Die Verjüngungen am unteren Ende der inneren Hülle 10 wurden ebenfalls mittels eines Preßwerkzeuges hergestellt in ähnlicher Weise wie dies im Zusammenhang mit der Einziehung der Enden des Außenmantels 22 beschrieben wurde. Dann wurde der Innenmantel 24 mittels einer umlaufenden Schweißnaht 15 und auch der Außenmantel 22 mittels einer umlaufenden Schweißnaht 14 dicht mit dem Boden verschweißt.

Es wurden zwei Pulverqualitäten A und B bereitgestellt. Das Pulver A bestand aus vorzugsweise sphärischem oder zum überwiegenden Teil sphärischem Pulver aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser unter etwa 1 mm, das in einer Argonatmosphäre aus dem gewünschten rostfreien Ausgangsmaterial durch Zerstäuben hergestellt worden war. Das Pulver B war in analoger Weise aus einem gewöhnlichen Stahlmaterial als Ausgangsmaterial hergestellt worden, nämlich einem Kohlenstoffstahl. Die oben offene Hülle 21 wurde stehend auf eine Platte gestellt und mit 80 Hz vibriert Zunächst wurde mittels eines Trichters 40 Pulver B in die innere Hülle 10 eingefüllt, wobei dieses Pulver durch die Vibrationen auf eine Dichte von etwa 68% der theoretischen Dichte verdichtet wurde. Das Pulver S wurde in den durch die innere Hülle 10 abgeteilten Schichtbereich 16 des Hohlraumes der Hülle 21 soweit eingefüllt bis seine Oberfläche einen Abstand cvom oberen Rand 18 der inneren Hülle 10 aufwies. Bis zu diesem Abstand c erstreckte sich auch der untere zylindrische Abschnitt 42 des Trichters 40 vom oberen Rand 18 in die Hülle 10 hinein, wodurch das obere Ende der Hülle 10 in einer konzentrischen Lage zur Längsachse der äußeren Hülle 21 fixiert war. Die hierbei erzielte Zentrierung des oberen Er.des der Hülle 10 wird dadurch erreicht, daß der obere Rand des Trichters 40 mit einem sich nach unten erstreckenden zylindrischen Abschnitt 44 versehen ist, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des

ίο zylindrischen Abschnittes 56 des Außenmantels 22 entspricht. Dieser zylindrische Abschnitt 44 des Trichters 40 kann um eine Strecke e auf das obere Ende des Außenmantels 22 aufgeschoben werden, bis dieses an einer Anschlagfläche 46 des Trichters anstößt. Um das Einführen des unteren zylindrischen Abschnittes 42 des Trichters 40 in das obere Ende der Hülle i0 zu erleichtern, sind die Länge des zylindrischen Abschnittes 42 und dessen Eindringtiefe ein das obere Ende der Hülle 10 etwas größer gewählt als die Strecke e, um die der Rand 44 des Trichters 40 über das obere Ende des Außenmantels 22 schiebbar ist. Durch diese Konstruktion des Trichters 40 wird eine genaue und stabile Fixierung des oberen Endes der Hülle 10 erreicht. Nach dem Einfüllen des Pulvers B etwa bis zum unteren Rand der Verlängerung 42 des Trichters 40 wird dieser abgenommen und das in den Schichtbereich 16 eingefüllte und durch Vibrieren verdichtete Pulver mittels einer aufgedrückten Ringscheibe 17 abgeschlossen, die durch Schweißungen 19 am Innenmantel 24 und an der Hülle 10 befestigt wird. Diese ringförmige Scheibe 17 besteht vorzugsweise aus einem etwa 0,5 bis 1 mm dicken Nikkeiblech. Anschließend wurde der zwischen der Hülle 10 und dem Außenmantel 22 gelegene Schichtbereich 76 des Hohlraumes der Hülle 21 mit Pulver der Stahlquaiitat A bis zu einem Stück oberhalb der Oberkante 18 der Hülle 10 aufgefüllt, wobei unter gleichzeitiger Vibrierung der Hülle mit 80 Hz das Pulver A ebenfalls auf etwa 68% der theoretischen Dichte verdichtet wurde. Es wurde soviel Pulver A eingefüllt, daß nach Eindrükken des vorderen Einsatzstückes 30 das Pulver A satt an der unteren Außenfläche des Einsatzes 30 anlag und der untere Teil des Einsatzes 30 einen Abstand a von der ringförmigen Scheibe 17 aufwies. Beim Einführen des vorderen Einsatzes 30 wurde die Hülle 21 auch weiter mit 80 Hz in Vibrationen versetzt. Nach dem Einsetzen des vorderen Einsatzes 30 wurde dieser mittels der Schweißnähte 26 und 28 dicht mit dem Außen- und Innenmantel verschweißt
Die Hülle wurde bei 4700 bar in Wasser auf eine Dichte von 88% der theoretischen Dichte kaltisostatisch gepreßt Dabei schrumpfte der Außendurchmesser des Strangpreßboizens auf 144mm, d.h. auf dieselbe Abmessung wie die eingezogenen zylindrischen Abschnitte 56, 66 an den Enden. Die Abmessung von 144 mm entsprach ebenfalls dem Innendurchmesser des Aufnehmers der Strangpresse. Eine gute Zentrierung war damit gewährleistet Der Strangpreßbolzen war auch im übrigen vollständig gerade und konnte nach induktiver Erwärmung auf 1200° C direkt zu dem gewünschten Verbundrohr stranggepreßt werden, ohne daß weitere Bearbeitungen notwendig waren. Der nur aus niedriglegiertem Kohlenstoffstahl bestehende vordere erste Teil des stranggepreßten Rohres wurde abgeschnitten, wobei wegen der bereits erwähnten senkrechten Trennungsfläche gegenüber dem eigentlichen Verbundrohr der Materialverlust auf ein Minimum eingeschränkt wurde.
Das erhaltene Verbundrohr wies eine ca. 3 mm dicke

! Außenschicht aus der Stahlqualität A und eine ca. 2 mm

dicke Innenschicht aus der Stahlqualität B auf. Die Qualität der aus rostfreiem Stahl bestehenden Innenschicht war in keiner Weise durch Diffusion von Beimengungen und/oder Legierungselementen aus der aus Kohlenstoffstahl bestehenden Außenschicht beeinträchtigt. Darüber hinaus wurde durch die Nickelschicht eine gute : und dauerhafte Verbindung zwischen Außen- und Innenschicht geschaffen, die sich vorteilhaft auf die Festig- :: keitseigenschaften des Verbundrohres auswirkte.

¹ Die F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der

t F i g. 2, wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugszei-

; chen wie in F i g. 2 bezeichnet sind. Bei der Ausführungsform gemäß Fig.3 ist eine vollständige zweite ί innere Hülle 100 vorgesehen, mit Außenmantel 102 und

^: Innenmantel 104, einem Bodenstück 110 und einem oberen Einsatz 180. Der ringförmige Einsatz 180 ist so ge- $: formt, daß er in Kombination mit einem modifizierten

I';: Einsatz 30' der äußeren Hülle 21 in erster Näherung die

|< Form des Einsatzes 30 der F i g. 2 ergibt. Dabei entspre-

f chen dem kreisbogenförmigen Querschnittsprofil 36 der

!■'I F i g. 2 das Profil 36' des Einsatzes 30' und das Profil 186

,!'■ des Einsatzes 180. Bei der Ausführungsform gemäß

,;;; Fig.3 kann der Innenraum 116 der inneren Hülle 100

v· mit Pulver der Stahlqualität B bereits gefüllt werden,

i; bevor die Hülle 100 in die äußere Hülle 21 eingebracht

,:·"! wird. Hierzu wird in üblicher Weise das Bodenstück 110

I der Hülle 100 mittels Schweißnähten 114 und 115 mit

jf^; dem Außenmantel 102 und dem Innenmantel 104 ver-

% bunden, dann die Pulverfüllung B in den Raum 116 unter

fe Vibrieren mit 80 Hz eingefüllt und der vordere Einsatz

IJ 180 eingepreßt und mittels umlaufender Schweißnähte

l.| 189 und 189' mit dem Außenmantel 102 und dem Innen-

§ mantel 104 verbunden. Die so gefüllte Hülle 100 kann in

fdem Innenraum der äußeren Hülle 21 durch Aufschie- ^ ben über den Innenmantel 24 eingeführt werden. An-

J; schließend wird das Pulver der Stahlqualität A in den

t| Schichtbereich 76' unter Vibrieren eingefüllt, bis die

[{; Oberfläche dieses Pulvers die Hülle 100 vollständig

fji überdeckt, derart, daß das Pulver der Stahlqualität A

I beim Einpressen des vorderen Einsatzes 30' satt an des-

I sen unteren Begrenzungsflächen 39' und 36' anliegt, so

ff daß der innere Hohlraum der äußeren Hülle 21 vollstän-

I dig gefüllt ist. Nach Verschließen der Hülle mittels um-

|l laufender dichter Schweißnähte 26 und 28 kann diese

[ξ kaltisostatisch gepreßt werden, wobei die Ausbauchung

I 23 des Außenmantels 22 der äußeren Hülle infolge der

ß beim isostatischen Kaltpressen auftretenden Schrumpfe fung beseitigt wird, so daß der Außenmantel etwa bis

§! zur gestrichelt eingezeichneten Linie 70 schrumpft

j£ Gleichzeitig schrumpft auch die Ausbauchung des äuße-

|; ren Mantels 102 der Hülle 100 etwa bis zur gestrichelt

eingezeichneten Linie 190, so daß die durch das isostatische Pressen komprimierte Pulverfüllung der Stahlqualität B über die gesamte Länge der Hülle eine im wesentlichen die gleiche Dicke aufweisende zylindrische Schicht bildet

Anstelle einer mit Pulver gefüllten Hülle 100 kann erfindungsgemäß auch ein in entsprechender Weise ausgebildeter Strangpreßbolzen verwendet werden. In diesem Fall muß die innere Hülle 100 mittels der Schweißnähte 114,115,189 und 189' dicht verschlossen werden, auch müssen Außenmantel 102 und Innenmantel 104 vollständig dicht sein, um eine gesonderte kaltisostatische Pressung der inneren Hülle 100 vornehmen zu können. Diese kaltisostatische Pressung wird vorzugsweise mit einem Druck zwischen 1500 und 5000 bar vorgenommen, insbesondere jedoch etwa mit dem gleichen Druck, mit dem auch die äußere Hülle 21 nach Einbringung des Strangpreßbolzens kaltisostatisch gepreßt wird.
Da dem Strangpreßbolzen im Gegensatz zu einer nicht vorgepreßten Hülle 100 bereits vor Einbringen in den Hohlraum der äußeren Hülle 21 auch eine Schrumpfung in Achsrichtung erteilt wurde, ist es zweckmäßig, diese Schrumpfung bei der Auslegung der Länge der Hülle 100 zu berücksichtigen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 ist eine ähnlich der Hülle 21 der F i g. 1 und 2 ausgebildete äußere Hülle 220 vorgesehen, mit einem Außenmantel 202, der einen zylindrischen Abschnitt 250 und Übergangsbereiche 255 und 265 sc-v-■'.<; . ylindrische Endabschnitte 256 und 266 aufweist. Bodensei'ig ist die Hülle 220 mittels einer Bodenplatte 221, die am Außenmantel 202 und am Innenmantel 224 verschweißt ist, dicht verschlossen. Zur Herstellung des Verbundrohres ist über den Innenmantel 224 ein Rohrabschnitt 226 aus rostfreiem Stahl der Stahlqualität B aufgeschoben. Der vordere Einsatz 230 wird eingepreßt, sobald der Hohlraum 240 der Hülle 220 vollständig mit Pulver der Stahlqualität A gefüllt ist, derart, daß sich dieses Pulver satt an die untere Begrenzungsfläche 236 des Einsatzes 230 anlegt. Diese untere Begrenzungsfläche 236 weist ein kreisbogenförmiges Querschnittsprofil ähnlich dem Querschnittsprofil 36 der F i g. 2 auf. Da der Rohrabschnitt 226 beim k-lljaostatischen Pressen jedoch im wesentlichen keine Schrumpfungen zeigt, sind die Winkel ß" und δ gegenüber dem Winkel β und δ der Fig. 2 in einem Verhältnis verkleinert, das der Verkleinerung der Schichten 16 und 76 der Hülle 21 durch die Einbringung des Vollmaterials 226 zu einem mit Pulver zu füllenden Raum 240 entspricht.

Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, bei den beschriebenen Ausführungsformen den vorderen Einsatz 30,30' bzw. 230 zunächst mit dem Innenmantel und dem Außenmantel der äußeren Hülle dicht zu verschweißen und den Hohlraum der Außenhülle dann vom bodenseitigen Ende der Hülle her zu füllen und erst am Schluß den bodenseitigen Einsatz 1 bzw. 221 einzuführen und dicht zu verschweißen. Diese Verfahrensweise bietet den Vorteil, daß die Lage des geneigten Abschnittes 55 bzw. 255 genau gegenüber dem spiegelbildlich zu seiner Neigung ausgebildeten Abschnitt der gekrümmten Begrenzungsfläche des vorderen Einsatzes 30, 30' bzw. 230 beim Anschweißen mittels der Schweißnähte 26 und 28 fixiert werden kann, während diese genaue Fixierung beim Eindrücken des vorderen Einsatzes in den mit einer Pulverfüllung gefüllten Hohlraum der äußeren Hülle 21 nicht so exakt möglich ist Bei Einfüllen der Pulversorten vom rückwärtigen Ende der Außenhülle her können bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 die innere Hülle 10 direkt an der unteren Begrenzungsfläche 36 des vorderen Einsatzes 30 angeschweißt werden und in diesem Fall ist es nicht erforderlich, den bodenseitigen Einsatz 1 mit einer Ausnehmung 8 zu versehen. Zweckmäßigerweise wird jedoch die Hülle 10 auch in diesem Falle mittels einer ringförmigen Scheibe abgedeckt, wenn die Pulverfüllung der Qualität B eingebracht ist, damit beim nachfolgenden Einfüllen des Pulvers der Qualität A die Pulverfüllung der Qualität B etwas überdeckt werden kann und das Pulver der Qualität A sich satt an den bodenseitigen Einsatz anlegt Vorteilhaft ist das Einfüllen des Pulvers vom rückwärtigen Ende der äußeren Hülle her insbesondere auch bei den Ausführungsformen gemäß Fig.3 und 4, da sich in diesen Fällen die innere Hülle

11 '

100 bzw. ein entsprechender Strangpreßbolzen bzw. der rohrförmige Abschnitt 226 mit ihrer vorderen Stirnfläche 184 bzw. 238 unmittelbar an die untere Begrenzungsfläche des vorderen Einsatzes anschließen können.

Erfindungsgemäß können auch die Schichten 16, 76, 76'; 116 und 240 in axialer Richtung in zwei oder mehr Abschnitte unterteilt werden und in diese Abschnitte jeweils Pulver unterschiedlicher Werkstoffe eingefüllt werden, um Verbundrohre herzustellen, deren Außenschicht und/oder Innenschicht abschnittsweise aus verschiedenen Werkstoffen besteht. Diese Ausbildung des Verbundrohres kann vorteilhaft sein, wenn Teile aus unterschiedlichen Werkstoffen z. B. an verschiedenen Stellen seines Umfangs angeschweißt werden sollen. Bekanntlich treten im Bereich der Schweißnaht ungünstige Beeinflussungen der Eigenschaften der Stähle auf, die durch Herstellung von Abschnitten aus dem gleichen Werkstoff vermieden werden können. Auch kann zumindest ein Teil der genannten Abschnitte der Schichten durch vorgeformte Strangpreßbolzen und/ oder aus massivem Material hergestellte Rohrabschnitte ersetzt werden, die aus dem gleichen Werkstoff wie die anzuschweißenden Teile hergestellt sind. Die Grenzen /wischen den genannten Abschnitten können kegel- oder trichterförmig ausgebildet werden mit einem vorzugsweise etwa kreisbogenförmigen Querschnittsprofil, wobei die Mittelpunkte dieses kreisbogenförmigen Querschnittsprofils einen Kreis bilden, der sich etwa konzentrisch um den Innenmantel der äußeren Hülle erstreckt, vorzugsweise in einem Abstand, der etwa der halben Breite des Ringspaltes der Strangpreß-Matrize entspricht, derart daß nach dem Strangpressen des Verbundrohres die Grenzen zwischen den genannten Abschnitten sich etwa senkrecht zur Rohrlängsachse erstrecken, wobei an den genannten Grenzen vorzugsweise die entsprechenden Teile von Zwischenlagen eingefügt werden, die entsprechend den in der DE-OS 30 09 916 beschriebenen Zwischenlagen ausgebildet sein können. Beispiele für die genannten Teile von Zwischenlagen sind in Fi g. 2, 3 und 4 bei Ci, Q', C2, Cj, Ca und Cs gestrichelt eingezeichnet. In F i g. 2 und 4 können die beiden Zwischenlagen dazu dienen, das Verbundrohr mit Endstücken zu versehen, die die gleiche Stahlqualität B haben wie die aus der Pulverfüllung 16 bzw. dem Rohrabschnitt 226 gebildete innere Schicht. Hierzu werden in Fig.2 die Teilabschnitte unterhalb C) und oberhalb CV der Schicht 76 mit Pulver B gefüllt und nur der verbleibende mittlere Teil von 76 mit Pulver A gefüllt In analoger Weise wird in Fig.4 Pulver B unterhalb Ct, und oberhalb C5 eingefüllt. In F i g. 3 kann z. B. zwischen C₂ und C₃ Pulver der Stahlqualität C eingefüllt werden wenn m diesem Bereich das Verbu^nr'^rr*^^{ir rr|}i* Stahl der Qualität C verschweißt werden soll.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Strangpreßbolzen für die pulvermetallurgische Herstellung von Verbundrohren, bestehend aus einer ringkörperförmigen Hülle aus dünnem, vorzugsweise 1 bis 2 mm dickem, duktilem Blech zur Aufnahme von isostatisch vorzupressenden Metalloder Legierungspulvern mit mindestens zwei in radialer Richtung hintereinander liegenden Schichten aus unterschiedlichen Werkstoffen, z. B. Kohlenstoffstahl und rostfreiem Stahl, die durch Zerstäuben von Schmelzen hergestellt sind, überwiegend sphärische Teilchen aufweisen, und durch Vibration und/ oder Uliraschall sowie durch isostatisches Kaltpressen auf mindestens 80% der theoretischen Dichte verdichtet eingeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Übergangszonen entweder an den Grenzen zwischen den Pulverfüllungen metallische Zwischenlagen angeordnet sind, die vorzugsweise aus einem Werkstoff, wie z. B. Nickel, bestehen, der die Diffusion von Beimengungen und/oder Legierungselementen, insbesondere von Kohlenstoff, hemmt, oder eine der Pulverfüllungen in eine zweite innere Hülle eingeschlossen ist, die innerhalb der äußeren Hülle angeordnet ist, oder eine der Pulverfüllungen durch einen innerhalb des Hohlraumes der äußeren Hülle angeordneten, separat hergestellten zweiten Preßkörper oder aus massivem Werkstoff bestehenden Rohrabschnitt ersetzt ist.

2. Strangpreßbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere und/oder innere Hülle an ihrer vorderen Stirnseite einen kegel-, halbkugel- oder trichterförmigen Einsatz aufweist, der ein- oder mehrteilig aus Vollmaterial und/oder aus Pulver hergestellt ist, und daß das rückwärtige Ende der Hülle einen platten- oder kegelförmigen Einsatz aufweist, der vorzugsweise einteilig aus Vollmaterial und/oder Pulver hergestellt ist, wobei zumindest bei der äußeren Hülle der vordere und rückwärtige Einsatz vorzugsweise durch Schweißen dicht mit dem Außen- und Innenmantel der Hülle verbunden sind.

3. Strangpreßbolzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Schicht (16, 76) in axialer Richtung in zwei oder mehr Abschnitte unterteilt ist und daß diese Abschnitte mit Pulvern unterschiedlicher Stahlqualitäten gefüllt sind, oder zumindest ein Teil dieser Abschnitte durch vorgeformte Preßkörper und/oder aus massivem Werkstoff hergestellte Rohrabschnitte ersetzt sind, die aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind, wobei die Grenzen zwischen den genannten Abschnitten vorzugsweise kegel- oder trichterförmig mit einem etwa kreisbogenförmigen Querschnittsprofil ausgebildet sind, und die Mittelpunkte dieses kreisbogenförmigen Querschnittsprofils einen Kreis bilden, der sich etwa konzentrisch um den Innenmantel der äußeren Hülle erstreckt, vorzugsweise in einem Abstand, der etwa der halben Breite des Ringspaltes der Strangpreß-Matrize entspricht.

4. Strangpreßbolzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Schicht durch Unterteilen in axialer Richtung an beiden Enden Endabschnitte ausgebildet sind und daß diese beiden Endabschnii'e die gleiche Werkstoffqualität wie die andere Schicht aufweisen, derart, daß sich ein Verbundrohr ergibt, dessen Endstücke eine einheitliche

Werkstoffqualität besitzen.

5. Strangpreßbolzen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Außenmantel, vorzugsweise Außen- und Innenmantel der äußeren und/oder inneren Hülie, mit einer die Schrumpfung beim isostatischen Pressen im wesentlichen ausgleichenden, von der Hüllenachse gleichmäßig nach außen gerichteten Ausbauchung versehen sind.