DE3425489A1

DE3425489A1 - Casting process for metal castings and/or metal profile material with embedded grains of hard material

Info

Publication number: DE3425489A1
Application number: DE19843425489
Authority: DE
Inventors: Werner Ing.(grad.) 6719 Carlsberg Schatz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-07-11
Filing date: 1984-07-11
Publication date: 1986-01-23

Abstract

Casting process for metal castings or profile material (14) with embedded grains of hard material (33), in which the grains of hard material (31) are continuously fed in through an electrically heated slag melt (12), the temperature of which is above the melting temperature of the grains of hard material, to the continuously solidified melt (S3), the temperature of which is below the melting temperature of the grains of hard material. The slag melting temperature, melt height, slag melt height (h) and hard material concentration are controlled and/or regulated by a control device (ST) by control of the supply of metal melt, hard material and current. Control process and devices and also advantageous choices of material for the matrix material are given. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Gießverfahren für Metallformlinge und/oder -profilmaterial mit eingelagerten Hartstoffkörnern bei dem eine Metallschmelze in einer gekühlten Kokille fortlaufend aus einer oberen Heizzone in eine untereKühlzone mit einer solchen Geschwindigkeit abgesenkt wird, mit der die Erstarrung der Schmelze fortschreitet und bei dem in einem entsprechend vorgegebenen Maß Hartstoffkörner in die Metallschmelze eingebracht werden.The invention relates to a casting method for metal blanks and / or profile material with embedded hard material grains in which a metal melt in a cooled mold progresses from an upper heating zone into a lower cooling zone is lowered at such a rate that the solidification of the melt proceeds and at a correspondingly predetermined amount Hard material grains are introduced into the molten metal.

Es ist bekannt, Formlinge, Profilmaterial, wie Stangen, Rohre, Bänder, Platten, unter Einlagerung von Harstoffkörnern zum Beispiel aus Wolram-, Titan-, Tantalcarbiden oder aus Hartmetallschrott herzustellen.It is known to use moldings, profile material, such as rods, tubes, strips, plates, with the inclusion of urea grains, for example made of tungsten, titanium, tantalum carbides or from hard metal scrap.

Bei einem ersten Verfahren erfolgt die Einbindung der Hartstoffkörner unter Verwendung einer starken kupfer- und/oder nickelhaltigen Bindelegierung in eine Stahlmatrix. Diese niedrigschmelzende Bindelegierung hat nur beschränkte Festigkeit und führt zu Korrosionen der Stahlmatrix an freigelegten Oberflächen.In a first method, the hard material grains are incorporated using them a strong binding alloy containing copper and / or nickel in a steel matrix. This low-melting binding alloy has only limited strength and leads to corrosion of the steel matrix on exposed surfaces.

Bei einem weiteren Verfahren werden die Hartstoffkörner mit einer relativ kalten Stahlschmelze umgössen, so daß sie nicht angeschmolzen sind, sondern nur durch die Kompression der Stahlmatrix bei der Erstarrung wegea ihres größeren thermischenIn a further method, the hard material grains are coated with a relatively cold one Cast steel melt, so that they are not melted, but only through the compression of the steel matrix during solidification because of its greater thermal

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Ausdehnungskoeffizienten gehalten werden. Bei starker Beanspruchung der Hartstoffkörner, die an der Oberfläche eines Werkstückes Hegen, brechen diese relativ leicht aus.Expansion coefficients are kept. If the hard material grains are subjected to heavy loads, that lie on the surface of a workpiece, they break out relatively easily.

Ein weiteres Verfahren besteht darin, Harstoffkörner mit einer Schmelze des Matrixmaterial zu umgießen, wobei die Schmelze eine Temperatur hat, die so weit über der Schmelztemperatur der Hartstoffkörner liegt, daß diese weitgehend schmelzen, da die Abkühlzeiten dabei mehrere Minuten betragen. Bei diesem Verfahren sind zwei Varianten zu unterscheiden, die darin bestehen, daß entweder der Hartstoff mit Zusätzen zum Beispiel Kobalt, die den Schmelzpunkt erniedrigen/ legiert ist, oder mit einer sehr hohen Temperatur gearbeitet wird, bei der eine Zersetzung der Karbide auftritt, die zu einer Aufkohlung der Stahlmatrix führen. Im ersten Fall hat der Härtstoff geringere Festigkeit und im zweiten wird die Festigkeit der Matrix erheblich verringert. Außerdem geht ein großer Teil des Hartstoffes in Lösung und scheidet in Mischkristallen insbesondere auch als Kohlenstoff geringerer Festigkeit aus der Schmelze aus. Dies führt weiterhin zu Lunker- und Rißbildung beim Erstarrungsprozeß, wodurch ein leichtes Ausbrechen der Hartstoffkörner bei Beanspruchung erfolgt.Another method is to mix urea granules with a melt of the To cast around matrix material, wherein the melt has a temperature that is far above the melting temperature of the hard material grains that they largely melt, since the cooling times are several minutes. In this procedure a distinction is made between two variants, which consist in either the hard material with additives, for example cobalt, which lower the melting point / alloyed, or working at a very high temperature at which decomposition of the carbides occurs, which leads to carburization of the steel matrix. In the first case the hardener has lower strength and in the second it becomes Significantly reduced strength of the matrix. In addition, a large part of the hard material goes into solution and separates in mixed crystals in particular as Carbon of lower strength from the melt. This also leads to the formation of cavities and cracks during the solidification process, as a result of which it is easy to break out the hard material grains takes place under stress.

In einer weiteren verbesserten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Hartstoffkörner mit kontinuierlich fortschreitender Kühlung der Schmelze in diese eingestreut, so daß ihre Einbindung nach wesentlich kürzerer Verweilzeit erfolgt. Hierbei tritt aber eine erhebliche Änderung der Verweilzeit in der relativ heißen Schmelze abhängig von der jeweils verbleibenden Schmelzehöhe auf; so daß die Einbindung über die Höhe des Gußstückes ungleich ist. Außerdem ist nur eine Herstellung von Gußstücken und nicht von Stangenmaterial geoffenbart.In a further improved embodiment of the method, the hard material grains are sprinkled into the melt as the cooling progresses, so that it is incorporated after a significantly shorter dwell time. Here, however, there is a considerable change in the residence time in the relatively hot Melt depending on the remaining melt height; so that the integration over the height of the casting is unequal. Besides, there is only one manufacture of castings and not of bar stock.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu offenbaren, mit dem metallische Gußstücke und Profilmaterialien herstellbar sind, in denen Hartstoffkörner in der Metall-, vorzugsweise Stahlmatrix über die ganze Ausdehnung gleichmäßig fest eingebunden sind und relativ geringe Mengen Hartstoffmaterial in die Matrix einkristallisiert sind, so daß eine Schwächung der Matrix durch Lunker und Zerfallprodukte des Hartstoffes insbesondere Kohlenstoffausscheidungen praktisch nicht auftritt.It is the object of the invention to disclose a method with the metallic Castings and profile materials can be produced in which hard material grains in the metal, preferably steel matrix are uniform over the entire extent are firmly integrated and relatively small amounts of hard material in the matrix are single-crystallized, so that the matrix is weakened by voids and decay products of the hard material, in particular carbon precipitates, practically does not occur.

Die Lösung besteht darin, daß die Heizzone aus einer Schlackeschmelze besteht, die mittels elektrischer Widerstandsheizung im wesentlichen über die Schmelztemperatur der Hartstoffkörner erwärmt ist und deren Höhe so groß ist, daß die Hartstoffkörner nur oberflächlich schmelzen, und daß der abkühlenden Schmelze laufend jeweils Metallschmelze in dem Maße zugeführt wird, daß ihre Temperatur im wesentlichen unter der Schmelztemperatur der Hartstoffkörner ist.The solution is that the heating zone consists of a slag melt, by means of electrical resistance heating essentially above the melting temperature the hard material grains are heated and their height is so great that the hard material grains only melt on the surface, and that the cooling melt molten metal is continuously fed to the extent that its temperature is essentially below the melting temperature of the hard material grains.

Die Hartstoffkörner verweilen nur etwa eine Sekunde in der heißen Schlackeschmelze und tauchen dann in die Metallschmelze ein. Es verbleibt nach Messungen an Gußstücken beim Erstarren der die Hartstoffkörner umgebenden Schmelze eine Zone von wenigen Mikrometern Tiefe, in der Stahlanteile in die Hartstoffoberfläche eindringen und eutektisch erstarren. Das kurzzeitig verflüssigte Hartstoffmaterial bildet eine etwa loo bis 3oo Mikrometer Tiefe Dendritzone ; die Kristallstrukturen bilden sich untereutektisch wegen der schnellen Abkühlung aus. Darüberhinaus tritt eine geringe Diffusion von Hartstoffmaterial in der Dendritzone und geringfügig darüberhinaus in die Stahlmatrix auf.The hard material grains only stay in the hot melted slag for about a second and then immerse in the molten metal. According to measurements on castings, when the melt surrounding the hard material grains solidify, a Zone with a depth of a few micrometers in which the steel components enter the hard material surface penetrate and freeze eutectically. The briefly liquefied hard material forms a dendritic zone about 100 to 300 micrometers deep; the crystal structures develop hypoeutectically because of the rapid cooling. In addition, there is little diffusion of hard material in the dendritic zone and slightly beyond that in the steel matrix.

Auf diese Weise können verschiedenartige Stähle für die Matrix verwandt werden, wie es den Verhältnissen der einzelnen Anwendungen entspricht. Das mit Hartstoff dotierte Material ist entsprechend dem verwandten Stahl relativ zäh, warmverformbar und schweißbar und zeigt abhängig von der Dotierung große Härte und Abrieb festigkeit; somit ist er nur schwer bearbeitbar. Zum Beispiel weist Metall, das mit einer Matrix aus mit Chrom hochlegiertem Stahl und mit Wolframkarbideinlagerungen besteht, höhere Abriebfestigkeit als Sinterhartmetall S2 oder HSS-Schweißstahl auf. Lunkerfreie Schweißungen sind sowohl unter Schutzgas als mit Widerstandsst-umpfschweißung ohne weiteres ausführbar.In this way, different types of steel can be used for the matrix, as it corresponds to the circumstances of the individual applications. That with hard material doped material is, corresponding to the steel used, relatively tough and thermoformable and weldable and, depending on the doping, shows great hardness and abrasion resistance; thus it is difficult to edit. For example, metal that with a matrix of steel high-alloyed with chrome and with tungsten carbide inclusions has higher abrasion resistance than S2 sintered carbide or HSS welding steel. Void-free welds are both under protective gas and Can be easily carried out with resistance butt welding.

So können vorteilhaft die dem Abrieb unterliegenden Teile eines Werkstückes zum Beispiel die Meißelspitze, die Pflugschneide, die Baggerzahnschneide usw. aus dem dotiertem Material hergestellt werden, an das die Schäfte bzw. Halterungen, die evtl. zu bearbeiten sind, angeschweißt werden.In this way, the parts of a workpiece that are subject to abrasion can advantageously for example the chisel point, the plow blade, the excavator tooth blade, etc. the doped material to which the shafts or brackets, which may have to be machined, are welded.

Es ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens, die Blöcke zonenweise, zum Beispiel nur in den später einer Verschleißbeanspruchung ausgesetzen Außenflächen, mit Hartstoff zu dotieren, so daß undotierte Zonen vorteilhaft auch spanabhebend bearbeitet werden können. So können zum Beispiel größere Blöcke oder Hohlblöcke in den nicht dotierten Zonen in Scheiben oder Ringe zersägt werden.It is a further advantageous embodiment of the method, the blocks zone by zone, for example only in the outer surfaces later exposed to wear and tear, to be doped with hard material, so that undoped zones are advantageous can also be machined. For example, larger blocks or hollow blocks can be sawn into disks or rings in the non-doped zones will.

Es ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens, daß es auch für NE-Metalle, zum Beispiel Leichtmetallegierungen verwendbar ist. Dadurch entstehen ganz neuartige Möglichkeiten der Konstruktion von verschleißfesten Panzerungen, Flugzeug - oder Raketenteilen.It is another advantage of the process that it can also be used for non-ferrous metals, for example Light metal alloys can be used. This creates completely new possibilities for the construction of wear-resistant armor, aircraft - or Rocket parts.

Diese ganz neuartige Familie von Werkstoffen dient somit nicht nur der Verbesserung der Standfestigkeit bestehender verschleißbeanspruchter Maschinenteile und Werkzeuge oder der Verbilligung ihrer Herstellung; sondern es ergeben sich völlig neue Konstruktionsmöglichkeiten für Baugruppen, bei denen die geforderten unterschiedlichen Eigenschaften bisher durch zusammengesetzte Bauteile, zum Beispiel : Hartmetalleinsatz im Bohrer oder Schneidstahl ; verwirklicht wurden.This completely new family of materials is therefore not only used for improvement the stability of existing machine parts and tools subject to wear or the cheaper production; but it surrenders completely new design options for assemblies where the required different Properties so far from composite components, for example: Carbide insert in drill bits or cutting steel; were realized.

Besonders vorteilhaft ist auch der Einsatz des neuen Materials in Bauteilen, die dem Verschleiß unterliegen und eine möglichst hohe Haftreibung bieten sollen, zum Beispiel in Radkränzen von Schienenfahrzeugen, da die Hartstoffkörner, die geringfügig aus der Oberfläche heraustreten, zu einer Erhöhung der Rauhigkeit und damit der Haftreibung führen. Dieser Effekt kann durch geeignete Auswahl des Hartstoffes und dessen Korngröße und Korngestalt den jeweiligen Anwendungsbedingungen angepaßt werden.The use of the new material in components that are subject to wear and should offer the highest possible static friction, for example in wheel rims of rail vehicles, since the hard material grains that protrude slightly from the surface, lead to an increase in roughness and thus the static friction. This effect can be achieved through appropriate selection of the hard material and its grain size and grain shape the respective application conditions be adjusted.

Die vorteilhafte Eigenschaftenkombination eines mit Wolframkarbid dotierten Stahls seien hier nochmals zusammengestellt:The advantageous combination of properties of one doped with tungsten carbide Stahls are summarized here again:

- hochverschleiß-, abrieb- und schlagfest,- highly wear, abrasion and impact resistant,

- biege- und verforrnungsfähig,- flexible and deformable,

- riß- und bruchfest,- crack and break resistant,

- elektrisch schweißbar ohne Rißgefahr und ohne Vorwärmung,- electrically weldable without risk of cracks and without preheating,

- härtbar und vergütbar.- hardenable and heat treatable.

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Für die Durchführung des Verfahrens ist jeweils ein solcher Hartstoff auszuwählen, der sich bei der Temperatur der Metallschmelze nicht löst. Weiterhin ist es erforderlich, daß er eine höhere Dichte als die Schmelze hat, damit er nach unten sinkt.To carry out the process, a hard material is to be selected in each case, which does not dissolve at the temperature of the molten metal. Furthermore, it is necessary that it has a higher density than the melt so that it sinks to the bottom.

Die Körner können aus Naturstoffen oder durch Schmelzen oder Sintern und evtl. erforderliches Zerkleinern gewonnen werden. In vielen Fällen ist es auch möglich, zerkleinerten Hartmetallschrott einzusetzen.The grains can be made from natural substances or by melting or sintering and possibly required crushing can be obtained. In many cases it is also possible to use shredded hard metal scrap.

Um möglichst definierte, homogene Materialeigenschaften zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Körner nach Korngröße zu sichten. Dies kann durch Siebung in engen Stufen oder besser durch Wind- oder Flüssigkeitssichtung geschehen.In order to achieve the most defined, homogeneous material properties possible, it is expedient to sift the grains according to grain size. This can be done by sieving in narrow steps or better by wind or liquid sifting.

Statt abschnittsweiser homogener Verteilungen von Hartstoffen können bei variabler Dosierung der Hartstoff zufuhr auch bestimmte Dotierungsprofile erzeugt werden, wodurch sich zum Beispiel ein graduierter stetiger Übergang der Zonen ergibt.Instead of homogeneous distribution of hard materials in sections, variable Dosing of the hard material supply also generates certain doping profiles resulting in, for example, a gradual, continuous transition of the zones.

Mit dem gleichen Verfahren ist es auch vorteilhaft möglich, andere Füllstoffe als Hartstoff der Metallschmelze zuzufügen, um außer der Zähigkeit, andere Eigenschaften zum Beispiel schlechte Schweiß- und Schneidbarkeit zum Beispiel für Panzer- und Schutzplatten dem Material zu verleihen. Als Beispiel sei die Dotierung von Leichtmetallegierungen mit Siliziumoxid genannt.Using the same method it is also advantageously possible to use other fillers as hard material to add to the molten metal in order to have other properties besides toughness For example, to give the material poor weldability and cuttability, for example for armor and protective plates. An example is doping of light metal alloys with silicon oxide.

Mehrere Füllstoffe zur Erzeugung verschiedener Eigenschaften zum Beispiel Wolfram· karbid für die Verschleißfestigkeit und Siliziumoxid für die Feuerfestigkeit werden vorteilhaft einer Schmelze mit entsprechend zeitlich abgestimmter Dosierung zugefügt. Damit sind noch weitergehende< völlig neuartige und erfinderische Eigenschaftskombinationen erreichbar.Several fillers to create different properties for example tungsten carbide for wear resistance and silicon oxide for fire resistance advantageously added to a melt with a correspondingly timed dosage. This means that there are even more extensive <completely new and inventive combinations of properties accessible.

Die Auswahl der Legierung und der jeweils geeigneten Füllstoffe und Füllstoffkonzentrationen ist vom Fachmann ohne Schwierigkeiten, eventuell unter Durchführung kleiner Versuchsreihen, auszuführen.The selection of the alloy and the respectively suitable fillers and filler concentrations can be carried out by a person skilled in the art without difficulty, possibly by carrying out small series of tests.

Die Kokille kann in bekannter Weise einen der weiteren Verarbeitung oder Verwendung angepaßten Querschnitt besitzen- Auch kann durch Einfügung eines Kerns ein Hohlkörper erzeugt werden, der in gleicher Weise wie die äußere Form vorn Kühlwasse durchflossen wird.The mold can be used for further processing or use in a known manner Have an adapted cross-section - A hollow body can also be produced by inserting a core, which is in the same way as the outer shape at the front Cooling water is flowed through.

Legierungen und Mischungsverhältnisse mit Hartstoffen.Alloys and mixing ratios with hard materials.

Was die Legierungsvariationen und Mischungsverhältnisse mit Hartstoffen anbelangt, so ist eine bevorzugte Auswahl im folgenden dargestellt. Hierbei wurden die Forderungen gemäß der Industrieanwendungen unter Berücksichtigung der verschiedenen Arten des Verschleißes zugrunde gelegt. Daraus ergeben sich bestimmte Verschleißgruppen. As far as the alloy variations and mixing ratios with hard materials are concerned, a preferred selection is shown below. Here were the demands according to the industrial applications, taking into account the various Types of wear are used as a basis. This results in certain wear groups.

a.) Unlegierte oder niedriglegierte Stähle mit eingelagerten Hartstoffen: Die Legierung ist durch einen Mangangehalt von 0,8 - 1,8 % und einen Siliziumgehalt von ca. 1 % gekennzeichnet. Abgesehen von den mechanisch-technologischen Gütewerten, die hierbei vom Siliziumgehalt maßgebend bestimmt werden, beeinflußt der höhere Siliziumgehalt auch den Schmelzvorgang in der Kokille. Ohne ausreichenden Siliziurngehalt findet keine genügende Beruhigung im Schmelzprozeß statt, wenn das Schmelzematerial durch Elektrodenabschmelzung der Schmelze zugeführt wird. Man kann diesen entweder durch Siliziumzugabe in die flüssige hocherhitzte Schlacke stabilisieren oder vorteilhaft eine höher silizierte Elektrode ve· Λίιχίβι. Zu diesem Matrixmaterial werden Hartstoffanteile zwischen 80 und 25o gr pro kg Stahl gegeben. Niedrigere Mengen als 80 gr bringen einen unterproportionalen Nutzeffekt im Verschleißverhalten; über 25o gr Anteile an Hartstoffen erhöhen die Bruchgefahr bei Biegebeanspruchung. Hierbei wirkt sich auch die Körnung der Hartstoffe aus. Im entscheidenden Maße wird die Korngröße der Hartstoffe jedoch von der Art der Beanspruchung bestimmt. Grundsätzlich gilt, daß eine feinere Körnung bis 0,8 mm Durchmesser oder Kantenlänge gegen rollenden, schlagenden und reibenden Verschleiß besser ist. Gegen starken Reib- und Schneidverschleiß, wie beispielsweise für Bohrköpfe, hat sich eine größere Körnung viel besser bewährt.a.) Unalloyed or low-alloy steels with embedded hard materials: The alloy is characterized by a manganese content of 0.8 - 1.8 % and a silicon content of approx. 1 % . Apart from the mechanical-technological quality values, which are largely determined by the silicon content, the higher silicon content also influences the melting process in the mold. Without a sufficient silicon content, the melting process will not calm down sufficiently if the melt material is fed to the melt by electrode melting. This can either be stabilized by adding silicon to the liquid, highly heated slag or, advantageously, a more highly siliconized electrode can be used. Hard material proportions between 80 and 25o gr per kg of steel are added to this matrix material. Quantities less than 80 g result in a disproportionate benefit in terms of wear behavior; Over 25o gr proportions of hard materials increase the risk of breakage under bending stress. The grain size of the hard materials also has an effect here. However, the grain size of the hard materials is largely determined by the type of stress. Basically, a finer grain size of up to 0.8 mm in diameter or edge length is better against rolling, hitting and rubbing wear. A larger grain size has proven to be much more effective against heavy abrasion and cutting wear, such as for drill heads.

b ) Martensitische Legierungen :b) Martensitic alloys:

Hierunter fallen vorwiegend Stähle, die stark mineralischen Reib- und Schmirgelverschleiß ausgesetzt sind. Sie werden durch Hartstoffeinlagerung in ihrem Verschleißverhalten darüberhinaus noch wesentlich verbessert. Die Legierungsgruppe ist beispielhaft nach steigender Materialhärte Rc (Rockwell) in Tabelle 1 aufgestellt.This mainly includes steels, the heavily mineral friction and Are exposed to abrasion wear. In addition, their wear behavior is significantly improved by the inclusion of hard material. the Alloy group is exemplified by increasing material hardness Rc (Rockwell) listed in Table 1.

c ) Austenitische Stähle^c) Austenitic steels ^

Hierunter fallen die rost- und säurebeständigen Chrom-Nickel-Stähle. Zum Beispiel 18 % Cr, 8 % Ni oder 19 % Cr, 9 % Ni und Mo oder die beim Schweißen viel verwendete Legierung 18 % Cr, 8 % Ni, 6 % Mn. (Werkstoff-Nr. 1.437o). Diese Legierungen werden bekanntlich bei drohendem Korossionsverschleiß eingesetzt. Sie bieten jedoch unter keinen Umständen einen Schutz gegen mechanischen, besonders mineralischen Abriebverschleiß. Durch Zulegieren von Hartstoffen nach der Erfindung werden bisher nicht beherrschbare Anwendungsgebiete erschlossen.This includes rust and acid-resistant chrome-nickel steels. For example 18 % Cr, 8 % Ni or 19 % Cr, 9 % Ni and Mo or the alloy 18 % Cr, 8 % Ni, 6 % Mn, which is widely used in welding. (Material no. 1.437o). These alloys are known to be used when there is a risk of corrosion. However, under no circumstances do they offer protection against mechanical, particularly mineral, abrasive wear. By adding hard materials according to the invention, previously uncontrollable areas of application are opened up.

Unter den austenitischen Legierungen müssen auch die sogenannten Mangan-Hartstähle genannt werden. Sie sind im wesentlichen durch einen Kohlenstoffgehalt von.1,2 % und einen Mangangehalt von 12 bis 17 % gekennzeichnet. In ihrem spezifischen Verhalten erfüllen sie Anforderungen gegen Schlag, Stoß und Druck. Nur bedingt sind sie gegen mineralischen Reibverschleiß geeignet. Auch für diese Stahlgruppe werden durch Zulegieren von Hartstoffen neue Einsatzgebiete erschlossen. Eine neue Speziallegierung besonderer Art, die stärkstem Schlag und Abrieb widersteht, hat folgende Zusammensetzung: C = l,o %, Si = 1,8 %, Mn = 17 %, Cr = 17 %, W = 3,5 %. (Hierbei handelt es sich um Mittelwerte). Diese Legierung wird eTfindungsgemäß mit Hartstoffen angereichert und damit in ihrem Verschleißverhalten gegen Abrieb wesentlich verbessert, so daß für viele/extreme Anforderungen stellende Anwendungen hiermit ein ganz neuer Werkstoff zur Verfügung steht.The so-called manganese high-carbon steels must also be mentioned among the austenitic alloys. They are essentially characterized by a carbon content of 1.2% and a manganese content of 12 to 17 % . In their specific behavior, they meet requirements against impact, shock and pressure. They are only suitable to a limited extent against mineral fretting. Alloying hard materials opens up new areas of application for this steel group as well. A new special alloy of a special kind, which withstands the strongest impact and abrasion, has the following composition: C = 1.0 %, Si = 1.8 %, Mn = 17 %, Cr = 17 %, W = 3.5 %. (These are mean values). According to the invention, this alloy is enriched with hard materials and thus significantly improved in its wear behavior against abrasion, so that a completely new material is available for many / extreme applications.

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d ) Legierungen auf Nickelbasis: d ) Nickel-based alloys:

Hochnickelhaltige Werkstoffe sind für schlagenden und reibenden Verschleiß ungeeignet. Durch Zusätze von Hartstoffen nach der Erfindung werden Nickel, Inconel, Hastelloy B und Hastelloy C für höchste Abriebbeanspruchung einsetzbar. Neben dem hervorragenden Korossionsverhalten dieser Werkstoffe - auch in höheren Temperaturbereichen - ergeben sich mit Hartstoffeinlagen vollkommen neue Aufgabenbereiche, da bei dem Einbindeprozeß keine korrosionsfördernde Ausscheidungen aus der Schmelze in das Gefüge eingebracht werden.Materials with a high nickel content are for impact and abrasion wear not suitable. By adding hard materials according to the invention, nickel, Inconel, Hastelloy B and Hastelloy C are used for the highest levels of abrasion applicable. In addition to the excellent corrosion behavior of these materials - even in higher temperature ranges - completely new areas of application arise with hard material inserts, since none in the binding process Corrosion-promoting precipitates from the melt are introduced into the structure will.

Die kontinuierliche Arbeitsweise der Gießvorrichtung hat den Vorteil, daß eine rasche, gerichtete Firstarrung des Matrixmaterials erfolgt und demzufolge ein feinkörniges, seigerungsarmes dichtes Gußstück guter Verformbarkeit entsteht. Dieser Vorteil wird noch verstärkt und für andere als die bekannten Legierungen, zum Beispiel hochchromhaltige Legierungen, durch die Schlackenbeheizung erschlossen.The continuous operation of the casting device has the advantage that a rapid, directed ridge solidification of the matrix material takes place and consequently a fine-grained, Low-segregation, dense casting with good ductility is produced. This The advantage is reinforced and opened up for alloys other than the known alloys, for example high-chromium alloys, through the slag heating.

Die elektrische Beheizung der Schlackeschmelze bewirkt eine intensive Umwälzbewegung in der Schlacke wie auch in der Metallschmelze. Durch die negative Widerstandscharakteristik der Schlacke als auch durch das Magnetfeld des Stromflusses tritt eine ständige Verlagerung des Strompfades und damit des Bereiches höchster Temperatur auf. Diese Verhältnisse werden durch eine Pendel- oder Kreisbewegung der Elektrode vorteilhaft verstärkt. Die ständige Umwälzbewegung der Metallschmelze bewirkt eine feinkörnige Kristallisation. Dieser Effekt wird dadurch gesteigert, daß die Schlackeschmelze heißer als die Metallschmelze ist, so daß das Material der Metallschmelze zwischen der heißeren Grenzfläche zur Schlackeschmelze und kälteren Erstarrungszone ständig umgelagert wird und etwa vorzeitig ausgeseigerte Kristalle erneut in Lösung gehen. Außerdem wird die Entgasung in der heißeren Zone gefördert. ,The electrical heating of the slag melt causes an intensive circulation movement in the slag as well as in the molten metal. Due to the negative resistance characteristics of the slag as well as the magnetic field of the current flow there is a constant shift in the current path and thus in the area of the highest temperature. These ratios are determined by a pendulum or Orbital movement of the electrode is advantageously reinforced. The constant circulation of the molten metal causes fine-grain crystallization. This effect will increased by the fact that the molten slag is hotter than the molten metal, so that the material of the molten metal between the hotter interface to the Slag melt and colder solidification zone is constantly rearranged and any prematurely segregated crystals go into solution again. In addition, the degassing promoted in the hotter zone. ,

Bei dem Verfahren scheidet sich außerdem vorteilhaft eine dünne Zone der Schlacke an der Kokillenwand ab, die im rotglühenden Zustand als Schmiermittel beim Abziehen des erstarrten Materials wirkt, so daß keine kohlenstoffhaltigen üle als Schmiermittel dort einzuspritzen sind, wodurch eine unerwünschte Legierung mit Kohlenstoff oder Gasaufnahme durch die Schmelze vermieden wird und die Einspritzvorrichtung entfällt.In the process, a thin zone is also advantageously separated Slag on the mold wall, which in the red-hot state acts as a lubricant when pulling off the solidified material, so that no carbon-containing Oils are to be injected there as lubricants, creating an undesirable alloy with carbon or gas absorption by the melt is avoided and the injection device is omitted.

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Es ist eine weitere vorteilhafte Verfahrensvariante, daß niedrigschmelzende Legierungsbestandteile geschmolzen mit einer Temperatur etwas über ihrer Schmelztemperatur zugeführt werden und hochschmelzende Anteile über die heißere Schlackeschmelze zugeführt werden, wobei es besonders vorteilhaft ist, diese als Elektrodenmaterial zu benutzen oder diese in eine abschmelzende Elektrode einzubetten- Das in der Schlackeschmelze verflüssigte Material kristallisiert beim Übergang in die Metallschmelze feinkörnig aus, und diese zur Erstarrungszone absinkenden Kristalle führen zur weiteren Bildung von Mischkristallen in enger Einbindung dort.It is a further advantageous process variant that low-melting alloy components melted at a temperature slightly above their melting temperature and high-melting fractions at the hotter one Slag melt are fed, it is particularly advantageous to use this as To use electrode material or to embed it in a consumable electrode- The material liquefied in the slag melt crystallizes on transition fine-grained into the molten metal, and these sink to the solidification zone Crystals lead to the further formation of mixed crystals in close integration there.

Für die Zuführung der Metallschmelze ist eine Vorrichtung geoffenbart, die eine exakte Dosierung des Zustromes erlaubt und die Einbringung von Verunreinigungen und Gasen weitgehend vorteilhaft vermeidet.For the supply of the molten metal, a device is disclosed which is a allows exact metering of the inflow and largely advantageously avoids the introduction of impurities and gases.

Für die Steuerung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind Ternperaturmelder im Bereich der Kokille angeordnet und Rückmelder der Antriebe vorgesehen, so daß eine rückgekoppelte Regelung nach angegebenen Kriterien durch eine Steuervorrichtung vorgenommen wird.Temperature detectors are used to control the device for carrying out the method arranged in the area of the mold and feedback from the drives provided, so that a feedback control is carried out according to specified criteria by a control device.

In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Schnitt, teilweise schematisch dargestellt. Es sind ohne Änderung des Verfahrens auch andere bekannte Formen für die Kokille verwendbar, zum Beispiel zur Erzeugung von Rohren, Platten, Rundmaterial. Auch können die Gieß- und Dosiervorrichtungen durch andere bekannte ersetzt erden. In Fig. 1, a device for performing the method is in section, partly shown schematically. Without changing the process, other known shapes can also be used for the permanent mold, for example for production of pipes, plates, round material. The pouring and metering devices can also be replaced by other known ones.

Die irn senkrechten Querschnitt gezeigte Kokille K ist aus Kupfer und von Kühlwasser zwischen den Stutzen KwI, Kw2 durchströmt. Es kann ein gewünschter horizontaler Querschnitt vorgesehen sein, zum Beispiel zur Erzeugung von Knüppeln oder Stangen. Erstreckt sich zur Erzeugung von Platten der Formraum wesentlich weiter in die Tiefe als Breite, auf die Zeichnung bezogen, so sind im Abstand von mehreren Zentimetern parallele Elektroden 13 angeordnet, so daß ein Stromfluß in der gesamten Schlackeschrnelze 12 in ausreichendem Maße auftritt.The mold K shown in the vertical cross section is made of copper and of cooling water flows through between the nozzles KwI, Kw2. It can be a desired one horizontal cross-section can be provided, for example for the production of billets or rods. The mold space extends substantially for the production of plates further in depth than width, based on the drawing, are at a distance of several centimeters parallel electrodes 13 arranged so that a current flow occurs to a sufficient extent in the entire slag melt 12.

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Die gezeigte Kokille K wird zur Herstellung eines Rundstabes eingesetzt, in der Regel lassen sich solche Stäbe von etwa 3o tnin Durchmesser und größer problemlos herstellen. Bei kleineren Durchmessern ist zweckmäßig, wie gezeigt, ein Schmelzraum vorgesehen, in dem die hocherhitzte flüssige Schlacke gehalten wird. Es ist hierfür ein Stahlring als Randaufsatz 1 auf die Kupferkokille K aufgesetzt.The mold K shown is used to produce a round bar, in As a rule, rods of about 30 tn in diameter and larger can be found manufacture easily. In the case of smaller diameters, a melting chamber is expediently provided, as shown, in which the highly heated liquid slag is held will. For this purpose, a steel ring is placed on the copper mold K as an edge attachment 1.

Durch Anordnung mehrerer stromführender Drähte, die gleichzeitig noch axial gependelt werden, können Flachprofile in Form von Stangenmaterial hergestellt werden, zum Beispiel Flachstäbe mit 2o χ 2oo mm² Querschnitt. Hierbei werden die Hartstoffe 31 zwischen den oszillierenden Elektroden 13 der Schmelze S3 zugeführt. Damit wird eine gleichmäßige Verteilung erzielt. Begünstigt wird dieser Verteilvorgang durch den Rühreffekt, den die stromführenden Elektroden in Verbindung mit dem starken magnetischen Feld um den Strompfad jeweils erzeugen. Dieser Verteileffekt zeigt sich vor allem beim Zuführen von Sinterkarbid oder Hartmetallschrott. Hierbei umhüllt sich die Elektrode 31 durch das Magnetfeld mit den Hartmetallkörnern 13. Durch gleichmäßiges Pendeln und kontinuierliches Abschmelzen der Elektrode 13 wird eine homogene Hartstoffverteilung erzielt.By arranging several current-carrying wires that are also oscillated axially at the same time, flat profiles in the form of rod material can be produced, for example flat bars with a 2o χ 2oo mm ² cross-section. Here, the hard materials 31 are fed to the melt S3 between the oscillating electrodes 13. In this way an even distribution is achieved. This distribution process is promoted by the stirring effect that the current-carrying electrodes generate in connection with the strong magnetic field around the current path. This distribution effect is particularly evident when adding cemented carbide or hard metal scrap. In this case, the electrode 31 is enveloped by the magnetic field with the hard metal grains 13. A homogeneous hard material distribution is achieved by uniform oscillation and continuous melting of the electrode 13.

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Als Vorprodukt für Walzerzeugnisse ist der sogenannte Knüppel geeignet, der zum Beispiel mit Querschnitten von 4o χ 4o, 5o χ 5o, 6o χ 6o mm¹ erzeugt wird. Für eine fehlerfreie Einschmelzung der Hartstoffe pendeln mindestens 2 bis 3 Elektroden 13 kreuzweise über dem quadratischen Querschnitt. In gleicher Weise werden die Hartstoffe 31 kreuzweise pendelnd in die Schmelzen 12 bzw. S3 eingestreut. Wird auf diese kreuzweise Pendelung verzichtet, dann können Einschnürungen des Stabes an der Kokillenwand entstehen, die in der Regel mit Schlacke gefüllt sind. Ein Einstreuen der Hartstoffe in der Mitte des quadratischen Querschnittes führt zu einer säulenartigen Anhäufung und beim späteren Auswalzen zu einem bruchgefährdeten Kristallisationsstab.The so-called billet, which is produced, for example, with cross-sections of 4o χ 4o, 5o χ 5o, 6o χ 6o mm ¹ , is suitable as a preliminary product for rolled products. At least 2 to 3 electrodes 13 oscillate crosswise over the square cross-section for faultless melting of the hard materials. In the same way, the hard materials 31 are interspersed in the melts 12 and S3, oscillating in a crosswise manner. If this cross-wise oscillation is dispensed with, constrictions of the rod can occur on the mold wall, which are usually filled with slag. Scattering the hard materials in the middle of the square cross-section leads to a columnar accumulation and, when rolled out later, to a crystallization rod that is prone to breakage.

Bei der Wahl der Verteilung der Hartstoffzuführung über den Querschnitt ist zu beachten, daß Schmelzkarbide immer die Tendenz haben, sich entsprechend der geringeren Abkühlungsgeschwindigkeit im Zentrum des Knüppels anzuhäufen, während die Sinterkarbide, zum Beispiel Hartmetallschrott, weitaus mehr durch das einwirkende' Magnetfeld bestrebt sind, an die Kokillenwände zu wandern. Der fertige Stab zeigt im letzteren Fall auch auf der Oberfläche Hartstoffe, was im allgemeinen sehr erwünscht ist.When choosing the distribution of the hard material feed over the cross-section is It should be noted that molten carbides always have the tendency to accumulate in the center of the billet according to the lower cooling rate, while the cemented carbides, for example hard metal scrap, strive far more through the acting magnetic field to the mold walls to hike. In the latter case, the finished rod also shows hard materials on the surface, which is generally very desirable.

EPO COPYEPO COPY

Knüppelquerschnitte über 7o χ 7o mm¹ führen leichter zu dem beschriebenen mittig ausgebildeten Kristallisationsstab. Dies ist eine Folge der inhomogenen Temperaturverteilung über den Querschnitt der Schmelze und damit der hocherhitzten Schmelzkaverne in der Querschnittsmitte. Flachprofile sind in dieser Minsicht problemloser herzustellen. Die Fig. 1 ist beispielhaft für alle anderen Querschnittsformen.Billet cross-sections over 70 70 mm ¹ lead more easily to the centrally formed crystallization rod described. This is a consequence of the inhomogeneous temperature distribution over the cross section of the melt and thus the highly heated melt cavity in the middle of the cross section. In this respect, flat profiles are easier to manufacture. Fig. 1 is an example of all other cross-sectional shapes.

Nach dem Erstarren verläßt der Knüppel die Kokille im rotwarmen Zustand. Die Austrittstemperaiur liegt etwa bei 9oo bis looo° C. Im weiteren Abwärtslauf erkaltet zuerst die Schlackeschicht 15 und springt von der Oberfläche zum größten Teil ab.After solidification, the billet leaves the mold in a warm red state. The exit temperature is around 900 to 100o ° C. In the further downward run The slag layer 15 cools down first and for the most part jumps off the surface.

Bei separater Erschmelzung des Matrixmaterials wird die Metallschmelze Sl durch den Schmelzeinluuf SE in den Schlackefangbehälter SF gefüllt, wo sie durch die Schlackefanger 21, 22 die von oben bzw. unten in sie hineinragen, gereinigt wird, von wo sie durch ein steuerbares Bodenventil V in den Gießtrichter T abläuft. Dieser ist im senkrechten Schnitt rotationssymmetrisch so ausgestaltet, daß die auslaufende Schmelze S2 nicht in Rotation gerät und somit keine Luft aufnimmt.When the matrix material is melted separately, the metal melt S1 through the melting inlet SE into the slag collecting tank SF, where they through the slag catchers 21, 22 which protrude into them from above and below, is cleaned, from where it passes through a controllable bottom valve V into the pouring funnel T expires. This is designed rotationally symmetrically in the vertical section so that the outflowing melt S2 does not get into rotation and thus does not take in any air.

Die Trichtermiindung TVi ist dicht über der Schlackeschmelze 12 im Bereich der trichterförmigen Erweiterung 11 der Kokille K angeordnet. Durch die Höhe h2 der Schmelze S2 im Gießtrichter T ist die Zuflußmenge S23 zur Kokille K bestimmt. Es kann vorgesehen werden, daß die Ventilsteuerung VS des Bodenventils V abhängig von der Höhe h2 erfolgt. In der dargestellten ausführung hingegen wird das Gewicht des gefüllten Gießrichters T, der auf einer Feder F gelagert ist und an dem sich ein Gewichtsmelder Gm befindet, laufend ermittelt und als Regelgröße verwandt, so daß der Zufluß S12 in den Trichter T dem Abfluß S23 entspricht, der eine vorgegebene Größe hat, die wiederum dem Abzug des erstarrten Materials relativ entspricht, wobei die Anfangsbedingung dadurch gegeben ist, daß eine vorgegebene Metallschmelzenhöhe in der Kokille erreicht ist, und wobei die Abzugsgeschwindigkeit der Abzugsvorrichtung Z durch eine vorgegebene Strang-Austrittstemperatur am Temperaturmelder TS 3 unterhalb der Kokille K bestimmt ist.The funnel opening TVi is close to the slag melt 12 in the area the funnel-shaped extension 11 of the mold K is arranged. Due to the height h2 of the melt S2 in the pouring funnel T, the inflow amount S23 is for Mold K is determined. It can be provided that the valve control VS of the bottom valve V takes place as a function of the height h2. In the illustrated execution, however, is the weight of the filled pouring funnel T, which is on a spring F is mounted and on which there is a weight indicator Gm, continuously determined and used as a control variable, so that the inflow S12 into the funnel T corresponds to the outflow S23, which has a predetermined size, the in turn corresponds relatively to the withdrawal of the solidified material, the initial condition being given by the fact that a predetermined level of molten metal is reached in the mold, and wherein the withdrawal speed of the withdrawal device Z by a predetermined strand exit temperature on Temperature detector TS 3 below the mold K is intended.

-χ.-χ.

Die Schlackeschmelze 12 befindet sich im trichterförmigen oberen Beieich 11 der Kokille K, der mit einem Randaufsatz 1, der nicht von Kühlwasser durchströmt ist, sondern nur durch Wärmeleitung zur Kokille gekühlt wird, abschließt. Die Schlackeschmelzenhöhe h wird durch Einstreuen von Schlackepulver SP mit einer Schlackedosiervorrichtung Sd, zum Beispiel einer Rüttelvorrichtung, ständig gehalten.The slag melt 12 is located in the funnel-shaped upper area 11 the mold K, which has an edge attachment 1 that does not have cooling water flowing through it is, but is only cooled by conduction to the mold, completes. The slag melt height h is determined by sprinkling slag powder SP with a slag dosing device Sd, for example a vibrating device, held constantly.

Die Hartstoffkörner 3o sind in einem Behälter 4o bevorratet, aus dem durch eine steuerbare Rüttelvorrichtung R untenseitig dosiert der Körnerstrom 31 über einen Schlauch 41 und die Sch !auch mündung 42, die vorzugsweise nahe der Elektrode 31 endet und mit dem Pendelantrieb A/P der Elektrode 13 mitbewegt wird, der Schlackeschmelze 12 zugeführt. Wie bereits erwähnt, werden die Hartstoffkörner 31, wenn sie magnetisch permeabel sind, an der Elektrode 13 durch das Magnetfeld des elektrischen Stromes gehalten und in der Schlackeschmelze 12 mit dem sich ständig umlagernden Strompfadj insbesondere auch durch das darumliegende Magnetfeld/mitgenommen und über die Oberfläche verteilt und zum Teil bis zum Trichteransatz 11 der Kokille K mitgenommen. Durch die Ausgestaltung des Trichteransatzes 11 in Verbindung mit der Höhe hl der Schlackeschmelze 12 über dessen Unterkante wird die Verteilung der Hartstoffkörner 32,33 bzw. 34 in der Schlackeschmelze 12, der Schmelze S3 bzw. letztlich dem erstarrten Material 14 über den Querschnitt bestimmt, so daß durch ein weiteres Trichteransatzvolumen die Hartstoff konzentration zur Oberfläche hin erhöht wird,, wenn der Trichter weiter istThe hard material grains 3o are stored in a container 4o, from which through A controllable vibrating device R at the bottom doses the grain flow 31 via a hose 41 and the mouth 42, which is preferably close to the electrode 31 ends and is moved along with the pendulum drive A / P of the electrode 13 is fed to the slag melt 12. As already mentioned, the hard material grains 31, if they are magnetically permeable, are attached to the electrode 13 held by the magnetic field of the electric current and in the Slag melt 12 with the constantly shifting current path in particular also carried along by the surrounding magnetic field / and over the surface distributed and partly taken up to the funnel attachment 11 of the mold K. The configuration of the funnel attachment 11 in connection with the height hl of the slag melt 12 above its lower edge increases the distribution the hard material grains 32,33 or 34 in the slag melt 12, the melt S3 or ultimately the solidified material 14 is determined via the cross section, so that the hard material concentration is increased towards the surface by adding a further volume of the funnel, if the funnel is wider

Während des laufenden kontinuierlichen Prozesses stellen sich in verschiedenen Höhen der Kokilleninnenwand unterhalb dieser und in dem Randaufsatz 1 Temperaturen ein, die die Lage der Schlackeoberfläche, der Metallschmelzen-. oberfläche und bis zu einem gewissen Grad der Erstarrungszone wiedergeben. Deshalb sind dort Temperaturmelder TSl, TS2, TS3 angeordnet, die mit der Steuervorrichtung ST verbunden sind, die mit den gemeldeten Signalen folgendes steuert:During the ongoing continuous process, various Heights of the mold inner wall below this and in the edge attachment 1 temperatures that the position of the slag surface, the metal melt. surface and, to a certain extent, the solidification zone. Therefore there are temperature detectors TS1, TS2, TS3 arranged with the Control device ST are connected, which controls the following with the reported signals:

1. die Schlackedosiervorrichtung Sd,1. the slag dosing device Sd,

2. die Höhe der Schmelze S3 über den Materialzufluß S23,13',31, die zu einander in einem vorgegebenen Verhältnis stehen,2. the level of the melt S3 above the material inflow S23,13 ', 31, which lead to each other are in a given relationship,

3. die Abzugsgeschwindigkeit der Abzugsvorrichtung Z und3. the withdrawal speed of the withdrawal device Z and

4. die Stromzufuhr des Generators G, der mit der Kokille K einerseits und der Elektrode 13 andererseits verbunden ist.4. the power supply of the generator G, which is connected to the mold K on the one hand and the electrode 13 on the other hand is connected.

Die Elektrode 13 ist entweder aus einem ausreichend hochschmelzenden Material, zum Beispiel Wolfram oder wassergekühlt. Sie ist mit einer Pendeloder Rühreinrichtung A/P verbunden, die die Elektrode 13 etwa 1/4 bis 1/2 der Höhe h der Schlackeschmelze 12 in diese eintauchend - zur Vermeidung von Kurzschluß im mittleren Bereich der Oberfläche - fortlaufend im Zeitraum von Sekunden zyklisch bewegt.The electrode 13 is either made of a sufficiently high melting point Material, for example tungsten or water-cooled. It is connected to a pendulum or stirring device A / P, the electrode 13 about 1/4 to 1/2 the height h of the slag melt 12 dipping into it - to avoid a short circuit in the middle area of the surface - continuously over the period moved cyclically by seconds.

Für die Verfahrensvariante, daß die Elektrode 13 aus Zuschlag material besteht, hat diese außer einem Pendelantrieb einen Vorschubantrieb. Dieser wird gemäß den Legierungsanteilen proportional zu dem Schmelzezufluß S23 gesteuert.For the process variant that the electrode 13 consists of aggregate material, this has a feed drive in addition to a pendulum drive. This is controlled according to the alloy proportions in proportion to the melt inflow S23.

Für die Zuführung des Zugschlagmaterials oder unter Umständen auch des gesamten Schmelzematerials durch die Elektrode können in der Schweißtechnik bekannte Röhrchen oder gebörtelte Bänder mit eingelegten Zuschlagstoffen verwendet werden. Die Zuschlagstoffe können vorteilhaft aus Zwei- oder Dreistoffmaterialien zusammengestellt werden, so daß die gewünschte Gesamtbilanz entsteht und der Schmelzpunkt der Mehrstoffmaterialien vorteilhaft abgesenkt ist. So können zweckmäßig Ferroverbindungen mit den Legierungsbestandteilen wie Ferrosilizium, -mangan, -chrom, -wolfram oder auch Dreistoffsysteme wie Fe«Cr«C; Fe»Si«Mn, Fe*W»C verwandt werden. Das Trägermaterial kann zweckmäßig unlegiert ferritisch oder mit Chrom und/oder Nickel legiert sein.For feeding the tensile impact material or, under certain circumstances, all of it Melt material through the electrode can be tubes known in welding technology or crimped strips with inlaid aggregates be used. The aggregates can advantageously consist of two or three material materials be put together so that the desired overall balance is created and the melting point of the multi-component materials is advantageously lowered is. Ferro compounds can be used with the alloy components such as ferrosilicon, manganese, chrome, tungsten or even three-component systems like Fe «Cr« C; Fe "Si" Mn, Fe * W "C can be used. The carrier material can expediently unalloyed ferritic or with chromium and / or Be alloyed with nickel.

Die Stromstärke des Generators G oder dessen entsprechende Spannung wird so groß gewählt, daß das Abschmelzen bei etwa 1/3 Eintauchtiefe in die Schlackeschmelze 12 erreicht ist. Eine kombinierte Verwendung einer inerten " Elektrode mit einer Zuschlagelektrode in Parallelschaltung ist bei größerem Strombedarf und kleiner Zuschlagmenge unter Umständen erforderlich.The amperage of the generator G or its corresponding voltage becomes chosen so large that the melting at about 1/3 immersion depth in the slag melt 12 is reached. A combined use of an inert "Electrode with an additional electrode in parallel connection is with larger Electricity requirement and small surcharge may be necessary.

Als Steuervorrichtung ST ist ein programmgesteuerter Prozessor vorgesehen, dessen Programm dem Verfahren gemäß ausgestaltet ist. Von der Steuervorrichtung ST führen Steuersignalleitungen-mit Endbuchstaben a-zu den entsprechenden Antrieben und Steuerleitung Gs zum Generator G, der einA program-controlled processor is provided as the control device ST, whose program is designed in accordance with the procedure. From the control device ST lead control signal lines - ending with a - to the corresponding ones Drives and control line Gs to generator G, the one

->*■- 3A25489-> * ■ - 3A25489

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steuerbarer Transformator mit oder ohne Gleichrichter mit oder ohne nachgeschaltete Impulsquelle ist wie diese für Schweißanlagen verwendet werden. Bei Spannungssteuerung tritt eine erhöhte Turbulenz in der Schlackeschmelze wegen der verstärkten Auswirkung der negativen Widerstandscharakteristik der Schlacke auf, was im allgemeinen vorteilhaft ist.controllable transformer with or without rectifier with or without downstream Pulse source is how this is used for welding equipment. When the voltage is controlled, there is increased turbulence in the slag melt because of the increased impact of the negative resistance characteristic of the slag, which is generally advantageous.

Die Randbedingungen: Austrittstemperatur, Schlackenhöhe, Schrnelzenhöhe, Zuschlagverhältnis, Petvlelwege, Schlacketemperatur usw., der Steuervorgänge zur Durchführung des Verfahrens werden durch eine Eingabevorrichtung E, zum Beispiel eine Tastatur, in die Steuervorrichtung ST eingegeben. Betriebsdaten und eventuelle Störungen werden von ihr an eine Ausgabevorrichtung A, zum Beispiel Anzeigetafel oder einen Drucker gegeben. Die Antriebe und Vorratsbehälter für Schmelze Sl, Schlackepulver SP, Hartstoffe, Elektrode und die Kühlw.isserversorgung sind mit geeigneten Meldern in bekannter Weise ausgerüstet, die die Zustände laufend über die Rückmeldeleitungen RM an die Steuervorrichtung ST melden. Für die Beherrschung der Anfangs- und Endphase ist eine Uhr CL mit der Steuervorrichtung ST verbunden, aus deren Signal die Zeitkonstanten, die in der Anordnung gegeben sind, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, abgeleitet und berücksichtigt werden, was im Programm vorgegeben ist. Bei der ersten Inbetriebnahme wird dazu die Steuerung von Hand vorgenommen bzw. der Satz der Randbedingungen fest vorgegeben und der zeitliche Verlauf der Meßsignale ermittelt. Bei späteren Inbetriebnahmen werden diese gemessenen Abweichungen dem Verlauf entsprechend in die Regelungsvorgaben eingeführt. Entsprechendes gilt für
zwischenzeitliche oder längere Stillsetzungen bei Vorratsergänzungen, Strangentnahme, Materialwechsel und ähnliches.The boundary conditions: outlet temperature, slag height, shrink height, addition ratio, petvlelwege, slag temperature, etc., the control processes for carrying out the method are entered into the control device ST through an input device E, for example a keyboard. Operating data and any malfunctions are given by it to an output device A, for example a display board or a printer. The drives and storage containers for melt Sl, slag powder SP, hard materials, electrodes and the cooling system are equipped with suitable detectors in a known manner, which continuously report the status to the control device ST via the feedback lines RM. To control the initial and final phases, a clock CL is connected to the control device ST, from whose signal the time constants that are given in the arrangement until a state of equilibrium is established are derived and taken into account, which is specified in the program. During the first start-up, the control is carried out manually or the set of boundary conditions is fixed and the time course of the measurement signals is determined. During subsequent commissioning, these measured deviations are introduced into the control specifications according to the course. The same applies to
Intermittent or longer shutdowns for stock replenishments, strand removal, material changes and the like.

Bei der Erschmelzung empfiehlt sich eine Schlackentemperatur zwischen 1.7oo° C und 2.ooo° C zu verwenden, soweit der Hartstoff Walframkarbid oder Hartmetallschrott ist.A slag temperature between 1,7oo ° C and 2,000 ° C to be used, as long as the hard material walfram carbide or hard metal scrap.

Das zugeführte Schlackepulver SP kann aus bekannten Gemischen bestehen, zürn Beispiel 45 % Silizium- und Titanoxid, Io % Kalzium- und Magnesiumoxid, 4o % Aluminium- und Manganoxid, 5 % Kalzium fluor id oder 35 % Siliziumoxid, 2o % Magnesiumoxid, 25 % Aluminiumoxid, Io % Kalziumfluorid u.a.The supplied slag powder SP can consist of known mixtures, for example 45% silicon and titanium oxide, 10% calcium and magnesium oxide, 40 % aluminum and manganese oxide, 5 % calcium fluoride or 35 % silicon oxide, 20 % magnesium oxide, 25 % aluminum oxide , Io % calcium fluoride and others

Die Austrittstemperatur des Materials aus der Kokille K kann bei etwa I.000⁰ C, das heißt unter dem Schmelzpunkt des Matrixmaterials liegen. Damit die Hartstoffkörner 32 in der Schlackeschmelze 12 nur oberflächlich schmelzen, ist die Schlackenhöhe h und Schlackeschmelzetemperatur geeignet im Verhältnis zur jeweiligen Durchlaufzeit durch die Schlackeschmelze 12 zu wählen. Die Korngröße und -gestalt und das spezifische Gewicht der Körner und der Schlackeschmelze 12 ist dafür maßgebend.The exit temperature of the material from the mold, K may be about I.000 ⁰ C, i.e. below the melting point of the matrix material. So that the hard material grains 32 only melt superficially in the slag melt 12, the slag height h and slag melt temperature are to be selected appropriately in relation to the respective passage time through the slag melt 12. The grain size and shape and the specific weight of the grains and the slag melt 12 are decisive for this.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer Materialprobe von einer Matrix mit hoher Chromdotierung und Wolframkarbid-Hartstoffkörnereinlagerung in elektronenmikroskopischer Vergrößerung. Der Hartstoff Hl ist von einer wenige Mikrometer tiefen Diffusionszone Dl dicht umgeben. Dendrite D2 mit mikrometerdünnen Asten ziehen sich in geringer Konzentration durch die Matrix Ml. Der Zwischenraum zwischen den Dendriten D2 ist dicht gefüllt.Fig. 2 shows a cross section of a material sample from a matrix with high Chromium doping and tungsten carbide hard material grain storage in an electron microscope Enlargement. The hard material Hl is tightly surrounded by a diffusion zone Dl a few micrometers deep. Dendrite D2 with micrometer thin Branches run through the matrix Ml in a low concentration. The space between the dendrites D2 is tightly filled.

Fig. 3 zeigt in geringerer Vergrößerung einen Schnitt durch eine Matrix aus St 37-2, d.i. unlegierter Stahl mit ca. o,18 % Kohlenstoffgehalt, mit eingelagerten Sinterhartmetallkörnern aus WC+TaC+TiC, mit H2 beziffert. Die innere Diffusionszone ist wegen der geringen Vergrößerung nicht zu erkennen. Die Dendritenzone D2o erstreckt sich etwa loo Mikrometer in die Matrix. Etwa 3o Mikrometer weiter erstreckt sich die Diffusionszone D 3o der Hartstoffe darüberhinaus, und weiter entfernt liegt reines Matrixmaterial M2.Fig. 3 shows a smaller enlargement of a section through a matrix made of St 37-2, ie unalloyed steel with about 0.18 % carbon content, with embedded sintered carbide grains made of WC + TaC + TiC, numbered with H2. The inner diffusion zone cannot be seen because of the low magnification. The dendritic zone D2o extends approximately 100 micrometers into the matrix. The diffusion zone D 3o of the hard materials extends about 30 micrometers further, and pure matrix material M2 is further away.

Es liegt im Rahmen der Erfindung nach dem Verfahren Gußstücke in einer nach unten geschlossenen, teilbaren Kokille herzustellen, wobei zu Beginn des Prozesses die heiße Schlackeschmelze in die Kokille verbracht wird und dann •nach und nach die Metallschmelze und Harstoffkörner eingebracht werden, wobei die Schlackeschmelze stets über die Elektrode geheizt wird. Auf diese Weise können ohne Nachbearbeitung Meißel, Bohrer oder Bohrerteile, Baggerzähne oder Teile davon usw. hergestellt werden, wobei vorteilhaft die Hartstoffdotierung dem Verwendungszweck gemäß örtlich, zum Beispiel an der Schneide oder den Seitenflächen erhöht werden kann, indem zu bestimmten Zeiten und/ oder mit bestimmter Pendelung oder mit veränderter Körnung das Granulat zugeführt wird. Die Steuervorrichtung ST ist bei angepaßtem Programm füi das Verfahren geeignet, gemäß Zeitvorgaben auch Einzelgießvorgänge zu steuern.It is within the scope of the invention according to the method castings in one manufacture downwardly closed, divisible mold, with the hot slag melt being brought into the mold at the beginning of the process and then • gradually the molten metal and urea grains are introduced, wherein the slag melt is always heated via the electrode. In this way, chisels, drills or drill parts, digger teeth can be used without reworking or parts thereof, etc. are produced, the hard material doping being advantageous can be increased locally according to the intended use, for example at the cutting edge or the side surfaces, by at certain times and / or the granulate is fed in with a certain oscillation or with a different grain size will. The control device ST is with an adapted program for the Process suitable for controlling individual casting processes in accordance with time specifications.

Eine Vereinfachung der Vorrichtung und deren Steuerung ergibt sich, wenn die Hartstoff körner 31 bereits in vorgegebener Verteilung in dem Elektrodenmaterial eventuell zusammen mit Zuschlagmaterial enthalten sind, da dann die separate Hartstoffdosiervorrichtung R mit dem Behälter 40 entfällt.A simplification of the device and its control results when the hard material grains 31 already in a predetermined distribution in the electrode material possibly contained together with aggregate material, since the separate hard material metering device R with the container 40 is then omitted.

Sofern sehr verschiedenartige Legierungen und Dotierungen auf der gleichen Vorrichtung hergestellt werden sollen, ist allerdings eine aufwendigere Lager haltung verschiedener Elektrodenmaterialien erforderlich. Durch eine kombinierte Zuführung von mehreren Elektroden, die mit Zuschlagstoffen einerseits und Hartstoffen andererseits bestückt sind, ist bei beschränkter Lagerhaltung und sehr exakter Dosiermöglichkeit, die für die verschiedenartigen Elektroden einzeln steuerbar sein muß, eine fast unbegrenzte Vielfalt von Materialien oder Werkstücken herzustellen.Provided very different alloys and dopings on the same Device to be produced, however, a more expensive storage of different electrode materials is required. Through a combined Supply of several electrodes, which are equipped with aggregates on the one hand and hard materials on the other hand, is with limited storage and very precise dosing, which must be individually controllable for the different types of electrodes, an almost unlimited variety of To manufacture materials or workpieces.

Durch die Einlagerung im Trägermaterial, vorzugsweise durch Einbördelung in Bänder, besteht auch die Möglichkeit, stromlos diese Materialbänder dem Schlackebad zuzuführen, wodurch vermöge der benötigten Schmelzwärme für das Trägermaterial lokal im Bereich der Zuführung gemäß der Zuführgeschwindigkeit die Temperatur der Schlackeschmelze gesenkt wird, was in Einzelfällen vorteilhaft genutzt werden kann, da sich die Temperaturverhältnisse auf die Kristallisation beim Erkalten auswirken.By embedding in the carrier material, preferably by crimping in strips, there is also the option of feeding these material strips to the slag bath without current, which means that the required heat of fusion is used for the carrier material locally in the feed area according to the feed speed the temperature of the slag melt is lowered, which can be used advantageously in individual cases, since the temperature conditions affect the crystallization when cooling.

Durch Herstellen und Auswerten von Schliffbildern läßt sich der Einfluß im Bedarfsfall fachmännisch leicht ermitteln.By producing and evaluating micrographs, the influence if necessary, easily ascertain professionally.

martensitischmartensitic

MnMn

SiSi

CrCr

MoMon

Sonstigesmiscellaneous

11 30-3530-35 0,140.14 2,2, ,00, 00 0,50.5 1/61/6 00 ,36, 36 -- 22 42-4442-44 0,200.20 2,2, ,40, 40 0,800.80 3,103.10 00 /50/ 50 -- 33 44-4844-48 0,250.25 2,2, 5050 0,800.80 5,605.60 OO ,60, 60 V«0,3oV «0.3o 44th 44-4844-48 0,250.25 2,2, 1010 0,600.60 13,0013.00 -- -- 55 40-4540-45 1/81/8 2,2, 5050 1,801.80 35,035.0 -- Cu=3,0 V=I,0Cu = 3.0 V = 1.0 66th 54-5854-58 0,500.50 2,2, 5050 0,800.80 6,506.50 11 ,2, 2 V«0, 3V «0, 3 77th 56-6056-60 0,500.50 2,2, 5050 0,600.60 6,006.00 11 ,60, 60 K=I,30K = 1.30 δδ 55-6055-60 0,600.60 1/1/ 5050 0,500.50 4,504.50 33 ,50, 50 W«4,0W «4.0 99 58-6158-61 1,801.80 2,2, 4040 0,900.90 6,006.00 00 ,60, 60 Ti«5,5O ^
•Ti «5.5O ^
• 1010 6 2-646 2-64 5/05/0 2,2, 7070 0,700.70 34,034.0 1111 64-6664-66 4,0
-5,04.0
-5.0 2,2, 5050 0,800.80 25,025.0 Nb»7,0Nb »7.0

- Tab. 1 -- Tab. 1 -

Claims

1. Casting process for metal moldings and / or profile material (14) with embedded hard material grains (33), in which a metal melt (S3) in a cooled mold (K) continuously from an upper heating zone is lowered into a lower cooling zone at such a speed that the solidification of the melt (S3) proceeds, and in which hard material grains (31) are introduced into the molten metal (S3) in a correspondingly predetermined amount, characterized in that that the heating zone consists of a slag melt (12), which by means of electrical resistance heating essentially via the Melting temperature of the hard material grains (32) is heated and the height (h) is so great that the hard material grains (32) only superficially melt, and that the cooling melt (S3) continuously in each case molten metal (S23,13 ') is supplied to the extent that its temperature is substantially below the melting temperature of the hard material grains (34).

2. Casting device according to claim 1, characterized in that the supplied metal melt (S23) from a melting plant via a metering device (ST, VS, T) and / or from melting rod or Band material, preferably electrode material (13 ') originates from Amount can be determined via the advance of a controllable drive device (A / P).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the height of the slag melt is 1 to 5 cm and the slag temperature is on average 1,700 ⁰ C to 2,000 ⁰ C and the composition of the supplied slag for example · from 4556 silicon and titanium oxide , 10% calcium and magnesium oxide, 4056 aluminum and manganese oxide and 556 calcium fluoride, or of 35% silicon oxide, 20% magnesium oxide, 25% aluminum oxide and 10% calcium fluoride, among others.

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4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the power is supplied on the one hand via the mold (K) and on the other hand via at least one inert, preferably water-cooled electrode (13), for example made of tungsten, and preferably the electrode (13 ) pendulum or circling over the middle area of the slag surface and about 1/4 to 1/2 of the slag height is immersed and that the hard material grains (31) are preferably supplied close to the electrode, preferably pendulating or circling with it.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the power is supplied on the one hand via the mold (K) and on the other hand via at least one electrode (13) which consists of a metal composition which continuously melts in the slag melt (12) , and that the electrode (13) is continuously fed to the slag melt (12) to the extent that a predetermined composition of the melt (S3) or of the solidified material (14) results with the metal melt (S23) supplied on the other hand, and that the power supply or slag temperature is preferably selected so that the electrode (13) is immersed in about 1/4 to 1/2 of the slag height (h) and that the electrode (13) is preferably guided in a pendulum or circling manner in the middle area of the slag surface and that the hard material grains (31) are supplied with or preferably near the electrode (13), preferably oscillating or circling with it.

6. The method according to claim 5, characterized in that the electrode (13) consists of a band, pipe or the like, on or in which additives to the melt (S3) and hard material grains, for example tungsten carbide, are held, the melting temperature of which is below the slag temperature but is above the molten metal temperature.

7. The method according to claim 1, characterized in that a molten metal (S1) is poured from a melting device into a preferably heated slag collecting container (SF) and from this preferably metered by a controllable bottom valve (V) through a pouring funnel (T) flowing the melt (S3) fed into the mold (K)

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is and preferably for metering the melt flow (S23) the height (h2) or the weight of the melt (S2) in the pouring funnel (T) is regulated to a predetermined value and preferably the withdrawal speed of the material (14) is controlled so that below the mold (K) a predetermined outlet temperature (ts3), for example I.000 ⁰ C, 'prevails, and that the solidification speed is determined depending on the withdrawal speed by which the dosages of the melt supply and hard material supply is determined.

8. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 to 7, characterized in that the mold (K) above the melt (S3) has a space for receiving the slag melt (12) of at least the height (h) and this space is preferably itself widened funnel-shaped and with an edge attachment (l), preferably made of steel, through which cooling water does not flow, is laterally closed and the mold (K) also consists of a water-cooled copper jacket and the design of the funnel attachment (11) is chosen so that in connection with the height (hl) of the slag melt (12) in it and the pendulum or circular movement amplitude, a predetermined hard material doping profile can be generated.

9. The device according to claim 8, characterized in that above the slag surface, the mouth (TM) of a melt inflow metering device, a slag powder metering device (Sd) and at least one holder and optionally feed and pendulum device (A / P) of the electrode (13) and possibly a hard material metering device (4o, 41, 42, R) is arranged below the mold (K), if necessary an extraction device (Z).

lo. Device according to claim 9, characterized in that the melt inflow metering device consists of a preferably heatable slag collecting tank (SF) with a controllable bottom valve (V), below the outlet of which a pouring funnel (T) is arranged, the outlet of which is the mouth (TM) and the one with a Weight indicator (Gm) for the ongoing determination of his

-ι - -ι -

Weight is connected, and that the weight message to the control of the bottom valve (V) by means of a control device (ST) is used, so that the weight is regulated to a predetermined value, which corresponds to the solidification rate, so that the height of the melt (S3) has a predetermined value.

11. The device according to claim lo, characterized in that the control device (ST) on the input side with the weight indicator (Gm), each with a temperature indicator (TS1 ... TS3) in the edge attachment (l), in the inner wall of the mold or at the outlet of the Material (14) from the mold, with feedback (RM) of the valve control device (VS), the feed and pendulum device (A / P), the slag metering device (Sd), the hard material metering device (R) of a generator (G), which the electrode current supplies and controls, and the extraction device (Z) is connected and on the output side control signal lines (VSa, A / Pa, Sda, Za, Ra, Gs) for controlling the corresponding drives or the current or voltage of the generator (G) are guided and that a clock (CL) acts on the control device according to the method that it ent- one in it; hold program and data specified via the input device (E) controls the process sequence in accordance with the requirements and displays and / or reports operating and malfunction messages on an output device (A), the signal of the temperature detector (TSl); in the edge attachment (l) to regulate the slag melt height via the control of the slag metering device (Sd) and / or to control the generator current or voltage and the signal from the temperature detector (TS2) in the mold wall to regulate the height of the melt (S3) is used via the specification for metering the melt material supply and the hard material supply, and the controls are preferably operated in a compensated manner according to determined time constants of the control loops.

12. The device according to claim 11, characterized in that the control device ST, the hard material metering device (R) depending on the expiry of predetermined time intervals and / or the advance of the respectively carried out

Withdrawal device Z differently in the relative quantity metering in relation to the respective melt inflow (S23,13 ') controls and / or that it controls the amplitude, position and / or the time sequence of the pendulum movement in a correspondingly dependent manner, so that in the solidification direction or in the cross section of the Form lings or profile material zones of different hard material concentrations _{ preferably increased on work surfaces ι arise.

13. molding or profile material produced by a method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it contains hard material grains (Hl, H2), for example tungsten carbide or hard metal, which are enclosed by a few micrometers deep diffusion zone (Dl) to the there is a dendritic zone (D2, D2o) about 100 to 300 micrometers deep with a relatively small volume portion with micrometer-thin branches, beyond which an about 20 to 50 micrometer deep diffusion zone (D3o) of the hard materials extends, and that the space between the dendrites (D2, D2o), the diffusion zones (Dl, D3o) and around the outside tightly filled with matrix material (M2), preferably a steel alloy.

14. molding or profile material according to claim 13, characterized in that hard material proportions are between 8 and 25 percent by weight of the matrix material.

15. molding or profile material according to claim 13 or 14, characterized in that the hard material components in the zones adjacent to the outer surfaces and / or the working surfaces, for example workpiece cutting edges, is substantially above the average.

lo. Moldings or profile material according to claim 13, 14 or claim 15, characterized in that the grain size of the hard materials is less than 0.8 mm for use with rolling and / or impacting wear loads or the grain size of the hard materials is greater than that for use with rubbing and cutting loads .8 mm to several millimeters.

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17. molding or profile material according to any one of claims 13 to 16, characterized in that the matrix material made of low-alloy steel with 0.8 to 1.8% manganese and about 1 % silicon

or from martensitic steel

or of austenitic steel, for example with i.a.

13 % Cr, S % Ni or 19 % Cr, 9% Ni and Mo or 18% Cr, 8% Ni, 6% Mn

or made of manganese steel with, inter alia, 1.2% C, 12 to 17% Mn

or an alloy of about 1% C, 1.8% Si, 17 % Mn, 17 % Cr, 3.5 % W and others

or made of a material containing high nickel.

18. molding or profile material according to any one of claims 13 to 16 characterized in that the matrix material is a non-ferrous metal or a non-ferrous metal alloy, preferably AlMg3, AlMg5, AlSi 5, AlMgZn 1 and the hard material grains consist of metal carbide or oxide, for example Kornud.

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