DE3244309A1

DE3244309A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines schichtfoermigen metallverbundwerkstoffs

Info

Publication number: DE3244309A1
Application number: DE19823244309
Authority: DE
Inventors: Mitsunori Funazaki; Yoshiyuki Iwanami; Tomoo Muroran Hokkaido Takenouchi; Kozo Taniguchi
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1982-05-28
Filing date: 1982-11-30
Publication date: 1983-12-01
Also published as: US4502524A; JPS58209464A; GB2124117B; GB2124117A

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig

The Japan Steel Works, Ltd. Tokio, Japan

32U309

■ *.: Ratentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europaischen Patentamt

Dr phil G Henkel. München Dipl -Ing J Pfenning, Berlin Dr rer. nat. L Feiler. München Dipl -Ing W Hsnzel. München Dipl -Phys K H Meinig. Be^rim Dr Ing A Butenschor·. Berlin

Mohlstraße 37 D-8000 München 80

Tel 089/982085-87 Telex 0529802 hnkld Telegramme

N26-30015M/Y0

3 0. Nov. 198?

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines schichtförmigen

Metallverbundwerkstoffs

a ·

« S·

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallverbundwerkstoffen g bzw. -körpern.

Zwei- oder dreilagige Metall-Verbundplatten können : herkömmlicherwBise derart hergestellt werden,, daß getrennte Metallplatten hergestellt bzw. vorgesehen, die

jQ Platten auf vorbestimmte Abmessungen geschnitten, die Platten hierauf zusammengesetzt und danach die Platten durch Walzen unter Druck oder durch" Explosions-" jschweißung miteinander verbunden werden. Da bei diesem Verfahren unterschiedliche Metallplatten vor ihrer

jg Verbindung getrennt hergestellt und auf vorbestimmte Abmessungen geschnitten werden müssen, bietet dieses Verfahren eine vergleichsweise niedrige Produktionsleistung. Zudem sind die Fertigungsschritte kompliziert und die Fertigungskosten hoch.

Zur Ausschaltung der geschilderten Probleme ist ein anderes, derzeit bereits in der Praxis angewandtes Verfahren entwickelt worden. Dabei wird eine Metallplatte in einer vorbestimmten Stellung in eine Form

„κ (mold) eingesetzt, worauf ein zweites Metall in Form einer Schmelze so in die Form eingegossen wird ,daß es die Metallplatte umschließt* auf diese Weise wird ein schichtförmiger (laminar) Metallverbundwerkstoff hergestellt. Die Schmelze aus dem zweiten Metall be-

OQ sitzt dabei selbstverständlich eine andere Zusammensetzung als das Metall der Metallplatte.

Fig. 5 veranschaulicht eine bisherige Vorrichtung zur Herstellung eines schi ch-tf örmigen Metallverbundwerkg₅ stoffs nach diesem letzteren Verfahren. Dabei ist eine Metallplatte 1 zur Verhinderung einer Oxidation ihrer Oberfläche mit einem Oberflächenüberzugsmittel versehen und in einer Form 13 aus Gußeisen bzw. Grau-

guß aufgehängt. Die Form 13 ist in einem vorbestimmten Bereich mit einer wärmeisolierenden Platte 12 belegt, c die einen Steigerabschnitt (riser) aufweist. Eine Schmelze eines zweiten, unterschiedlichen Metalls wird dann über ein Einlaßrohr 14 und einen Kanalstein 15 in den Zwischenraum zwischen der Innenwand der Form 13 und der aufgehängten Metallplatte 1 eingegössen, um einen schichtförmigen Metallverbundwerkstoff oder -körper herzustellen. Dieses Verfahren ist jedoch mit den folgenden Mangeln behaftet:

Zunächst muß zur Ausschaltung verschiedener Faktoren,

welche die wirksame Verbindung zwischen der Metall-1 O

platte 1 und der Schmelze aus dem zweiten Metall bei einem anschließenden Verbindungs- oder Vereinigungsvorgang (z.B. mittels Druckverbindung durch Walzen) behindern, die Oberfläche der Metallplatte gleich-

mäßig mit einem Überzugsmittel beschichtet werden. 20

Letzteres soll eine Oberflächenoxidation der Metallplatte 1 beim Eingießen der Schmelze aus dem zweiten Metall in die Form 13 verhindern} außerdem ist dieses Mittel erforderlich, um die ungünstigen Einwirkungen

von Schmelzen-Schaum (scum), der beim Eingießen der 25

Schmelze in die Form in letztere eintritt, auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Weiterhin sind nicht alle Überzugsmittel in der Lage, eine Oxidation zufriedenstellend zu verhindern oder die Einwirkung

von Schaum (scum) weitgehend zu unterdrücken} darüber 30

hinaus müssen die Bedingungen, unter denen die Schmelze aus dem zweiten Metall eingegossen wird, genau gesteuert werden.

Um zum anderen das Dickenverhältnis zwischen der 35

Metallplatte 1 und der zweiten, aus der Schmelze des zweiten, unterschiedlichen Metalls entstandenen

Metallplatte beim erhaltenen Metallverbundwerkstoff ändern zu können, ist es erforderlich, entweder die Dicke der Einsatzmetallplatte 1 oder die Dicke bzw. Weite der Form 13 zu ändern. Je nach den Abmessungen der herzustellenden Verbundkörper ist es daher häufig nötig, Gießformen unterschiedlicher Abmessungen einzusetzen.

Da die Gießform weiterhin aus Gußeisen bzw. Grauguß besteht, können, abhängig von den Gießbedingungen, häufig Oberflächenrisse im zweiten Metall nach dem Erstarren desselben auftreten.

Zum Ausgleichen von Schwund beim Abkühlen und Erstarren der Schmelze aus dem zweiten Metall ist es darüber hinaus nötig, einen über den Formkopf hinausragenden Steiger (riser) zu verwenden, was zu einer 2Q Minderung des Ausbringens führt.

Schließlich ist infolge wiederholter Gießvorgänge die Oberfläche der Gießform im Laufe der Zeit einem Verschleiß unterworfen, wobei die Dicke des zweiten 2g Metalls im fertigen Verbundwerkstoff ungleichmäßig wird. Hierdurch wird die Maßgenauigkeit des Erzeugnisses beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die _t(- Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung eines schichtförmigen Metallverbundwerkstoffs, die - obgleich sie au fdemselben Grundprinzip wie das Fcrmeinschlußverfahren nach Fig. 5 beruhen von den vorstehend geschilderten Mangeln des Verfahrens und der Vorrichtung nach dem Stand der Technik vollständig frei sind. Zudem sollen das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Herstellung von zwei- oder drei lagigen Metallverbundwerkstoffen

bzw. -körpern in wirksamer und wirtschaftlicher Weise ermöglichen. Mit der Erfindung soll damit die g industrielle Anwendbarkeit des anhand von Fig. 5 beschriebenen bisherigen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung erweitert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den in den ₁Q beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen und Merkmalen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines schichtförmigen Metallverbundwerkstoffs,

. p. das folgende Verfahrensschritte umfaßt: 1. Einsetzen einer ersten Metallplatte in eine Druckgießform in einer vorbestimmten Stellung} 2. Verschließen der Formj 3. Durchblasen des Forminneren mit einem Inertgas; 4. Druckanlegung an einen eine Gießpfanne aufnehmenden, unter der Form angeordneten Dru ckbehälter, wobei ein in der Gießpfanne in Schmelzenform enthaltenes zweites Metall über ein in die Gießpfanne eingesetztes Tauchrohr in die Form überführt wird} und 5. Vergießen der Metallschmelze unter Druck um

-p. das Einsetzmaterial herum zwecks Herstellung des gewünschten schichtförmigen (laminar) Verbundmetallkörpers. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

_n Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ^anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Vorderansicht bzw. eine Seiten-

,,_ ansicht einer Gießform zum Gießen bzw.

Her-steilen eines schichtf örmigen Metallverbundwerkstoffs oder -körpers nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Λ-

Fig. 3 eine schematische Gesamtdarstellung der i

Gießform nach Fig. 1 und 2,

Fig. 4 Einsatzmaterialien zur Herstellung von zwei-

und dreilagigen Verbundkörpern und

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer Gieß- >

form zur Herstellung eines schichtförmigen 10

Verbundkörpers nach dem bisherigen Formeinschlußverfahren.

Fig. 5 ist eingangs bereits erläutert worden.

Fig. 3 veranschaulicht eine Vorrichtung zur Durch- / führung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß den ' Fig. 1 und 2 wird eine erste Netallplatte 1 mit Hilfe von Aufhängungen 2 in einer vorbestimmten Stellung oder Lage in einer aus Grqshit bestehenden Druck-

gießform 3 angeordnet bzw. aufgehängt. Die Innenfläche

der Gießform 3 ist gleichmäßig mit einem Überzugsmittel auf Aluminiumoxidbasis beschichtet. Die Lage der ersten Metallplatte 1 innerhalb der Gießform kann zweckmäßig geändert werden, wenn die Dicke des hergestellten schichtförmigen Verbundkörpers geändert werden soll.

Zur Herstellung eines dreilagigen Verbundmaterials bzw. -körpers wird eine an der linken Seite von Fig.

dargestellte Metallplatte 1 in die Gießform eingesetzt.

Für die Herstellung eines zweilagigen Verbundkörpers werden zwei Fletallplatten 1-1 miteinander verbunden und um ihren Umfang herum in einem Schweißbereich 10 auf die an der rechten Seite von Fig. 4 dargestellte Weise zusammengeschweißt. Das so geschweißte Werkstück wird dann als das Einsatzmaterial in die Gießform eingesetzt. Beim Verbinden der beiden Metallplatten 1-1

PAD ORIGSNAi

• /O-

werden ihre Berührungsflächen mit einem Trennmittel 11 beschichtet, so daß der hergestellte Verbundkörper κ durch Aufschneiden des Schweißbereichs nachpem in einer späteren Stufe erfolgenden Druckverbinden durch Walzen ohne weiteres in zwei zweilagige Verbundkörper getrennt werden kann.

Nach dem Einsetzen der Metallplatte oder -platten 1 in die Gießform 3 wird letztere, mit Ausnahme eines kleinen, über der Gießform 3 befindlichen Steigers 4, (luftdicht) verschlossen, worauf das Innere der Gießform 3 mittels einer Durchblaseinrichtung 15 mit

. p. einem Inertgas, wie Argon, durchgeblasen wird. Danach

wird ein zweites Metall 8 in Schmelzenform schnell in den Zwischenraum zwischen der Metallplatte 1 und den Innenwänden der Gießform eingefüllt, wobei die Metalle 1 und 8 unter Druck zusammengegossen werden. _ Zum Beschicken der Gießform 3 wird eine Gießpfanne 5, die ein Tauchrohr 7 und die Metallschmelze B enthält, in einen Druckbehälter 6 eingesetzt, worauf der Druckbehälter mittels einer Druckerzeugungseinrichtung 16 so unter Druck gesetzt wird, daß die Metallschmelze

8 schnell in die Gießform 3 einströmt. 2b

Beim Verfahren und bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird eine Oxidation der Oberfläche der Metallplatte 1 vollständig vermieden, weil das Gießen in

einer Inertgesatmosphäre stattfindet. Da außerdem die 3u

Metallschmelze 8 unter Druck durch das Tauchrohr 7 gefördert und vergossen wird, kann die Metallschmelze gleichmäßig und schnell in den Zwischenraum zwischen der Metallplatte 1 und der Gießform 3 eingeleitet

werden, ohne daß auf der Oberfläche der in der Gießöb

pfanne 5 enthaltenen Schmelze vorhandene Schlacke und Schaum o.dgl. in die Gießform 3 eintreten können. Mit anderen Worten: da die in die Gießform 3 überführte

BAD ORIGINAL

Metallschmelze θ nicht von deren Oberfläche stammt, können auf der Oberfläche der Metallschmelze 8 bec findliche Schlacke und Schaum o.dgl. nicht zusammen mit der Metallschmelze 8 in die Gießform 3 eintreten. Auf.diese Weise wird vollständig verhindert, daß Substanzen, wie Oxide and Schmelzenschaum, welche die Verbindung der Metallplatte 1. mit der. Schmelze

,Q . ..aus dem anderen Metall behindern würden, mit der Grenzfläche zwischen der Metallschmelze und der Metallplatte in Berührung gelangen. Da sich die beim erfindungsgemäßen Verfahren für das Druckgießen verwendete Gießform einfach zusammensetzen und zerlegen

,g läßt, kann die Größe des Formraums ohne weiteres nach Bedarf geändert werden, wenn die Dicke des hergestellten Verbundkörpers geändert werden soll; durch dieses Merkmal wird ein großer Freiheitsgrad bezüglich einer Änderung der Plattendicke gewährleistet. Durch einfache Änderung der Dicke der Metallplatte 1 kann daher die Dicke der einzelnen Metallplatten bzw. Lagen des Verbundkörpers sowie das Dickenverhältnis von erster Metallplatte zu zweiter Platte einfach geändert werden.

Der hergestellte Metallverbundkörper wird dann auf

eine vorgegebene Dicke ausgewalzt. Im Fall eines dreilagigen Verbundkörpers entfällt der Schweißabschnitt um den Umfang des Verbundkörpers herum. Im ο« Fall eines zwei lagigen Verbundkörpers wird andererseits der Schweißbereich am Umfang des Verbundkörper entfernt, wodurch das Erzeugnis in zwei zweilagige Verbundkörper aufgetrennt wird.

-c Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung bieten im Vergleich zum FormeinschluBver.f ahren und

zur Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik unter

anderem die folgenden Vorteile: '

BAD ORIGINAL

ι ·Α·

1. Im Gegensatz zum bisherigen Verfahren ist es nicht nötig, ein Überzugsmittel zu verwenden, um Einflüsse

κ auszuschalten, welche die Verbindung zwischen der

Metallplatte und der Schmelze aus dem unterschiedlichen Metall während der anschließenden Druckverbindung durch Walzen beeinträchtigen. Diese Einflüsse umfassen Oxidation der Oberfläche der Metallplatte ,₀ sowie das Eindringen vom Schmelzenschaum Cscum) zur Grenzfläche zwischen der ersten Metallplatte und der Metallplatte aus der Schmelze des unterschiedlichen Metalls. Beim bisherigen Verfahren wird Schaum in die Gießform eingeführt, weil die

c Metallschmelze einfach in die Gießform 3 eingegossen wird.

2. Da sich die erfindungsgemäße Druckgießform einfach zusammensetzen und zerlegen läßt, kann die Größe

_n ihres Formraums beliebig und zweckmäßig geändert werden. Infolgedessen lassen sich ohne weiteres schichtförmige Metall Verbundwerkstoffe oder -körper herstellen, die unterschiedliche Plattendicken und Dickenverhältnisse zwischen den verschiedenen „p. Metallplatten besitzen.

3. Da die beim bisherigen Formeinschlußverfahren verwendete Gießform aus Gußeisen bzw. Grauguß besteht, können in Abhängigkeit von den Gießbedingungen

Oberflächenfehler in den Außenflächenteilen des 3U

Verbundkörpers entstehen. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren dagegen eine Graphitgießform und ein Überzugsmittel auf Aluminiumoxidbasis verwendet werden, sind die Oberflächenbedingungen für die

Außenflächenbereiche des Verbundkörpers erheblich 35

verbessert.

8AD ORIGINAL

. A3·

4. Beim bisherigen FormeinschluBverfahren ist ein über dem Gießformkopf angeordneter Steiger (riser] έγ-

g forderlich, um den beim Erstarren der Schmelze auftretenden Schwund auszugleichen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist dagegen der größte Teil der Gießform an deren Oberseite verschlossen, wobei nur ein kleiner Steiger in einem begrenzten Bereich vor-,Q gesehen zu sein braucht. Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet daher ein erhöhtes Ausbringen bzw. eine erhöhte Produktionsleistung.

5. Da die erfindungsgemäß verwendete Druckgießform sich •c einfach zusammensetzen und zerlegen läßt, braucht bei einem Verschleiß der GieBforminnenfläche nur diese Innenfläche z.B. durch Schleifen nachgearbeitet zu werden. Die Oberflächenmaßgenauigkeit der Gießform kann somit einfach aufrechterhalten werden. Infolgedessen wird auch die Maßhaltigkeit des hergestellten Verbundkörpers verbessert.

BAD ORIGINAL

Leerseite

Claims

3 0. Nov. 1982

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines schichtförmigen Metallverbundwerkstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallplatte (1) in eine Druckgießform (30 mit kleinem Steiger (riser) (4) eingesetzt wird, daß das Innere der Gießform (30 mit einem Inertgas durchgeblasen wird und daß ein Druckbehälter (6), in welchem sich eine Gießpfanne (7) mit einer Metallschmelze (8) befindet und wobei die Gießpfanne mit einem Tauchrohr (7) versehen ist, zur Überführung der Metallschmelze (B) in die Gießform (3) mit einem Druck beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze eine von der Metallplatte verschiedene Zusammensetzung besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform aus Graphit hergestellt, zerlegbar und mit verschiedenen Größen zusammensetzbar ist,
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Druckbeaufschlagung des Druckbehälters die Innenfläche der Gießform mit einem Überzugsmittel auf Aluminiumoxidbasis beschichtet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grenz- oder Berührungsfläche getrennter Metallplatten (mit einem Trennmittel) beschichtet wird und die Metallplatten miteinander verbunden und zu der in die Gießform einzusetzenden Metallplatte geformt werden.

32U309
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorangehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch

g eine Druckgießform (3), in welcher eine Metallplatte M) in einer vorbestimmten Stellung halterbar bzw. aufhängbar ist, durch eine Einrichtung (15) zum Durchblasen der Gießform (3) mit einem Inertgas, durch einen Druckbehälter (6), durch eine im Druckbehälter (6) angeordnete und eine Metallschmelze (8) enthaltende Gießpfanne (5), durch ein in die Metallschmelze (B) eintauchendes und eine Verbindung zu einem inneren Formraum der Gießform (3) herstellendes Tauchrohr (7) und durch eine Ein-

._ richtung (18) zur Druckbeaufschlagung des Druckbelo

hälters (B) zwecks Überführung der Metallschmelze (8) über das Tauchrohr (7) in die Gießform (3) nach dem Durchblasen derselben.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (3) aus Graphit hergestellt, zerlegbar und mit verschiedenen Größen zusammensetzbar ist.
₂_ Θ. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine gleichmäßige Beschichtung einer Innenfläche der Gießform mit einem Überzugsmittel auf Aluminiumoxidbasis.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, 30

daß die Gießform (3) vor dem Durchblasen mit dem Inertgas verschlossen oder abgedichtet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, _oc. daß eine Grenz- oder Berührungsfläche zwischen getrennten Metallplatten (1) beschichtet ist und daß die getrennten Metallplatten (1) zur Bildung einer in die Gießform (3) einzusetzenden Metallplatte

BAD ORIGINAL

miteinander verbunden sind.