DE3807347C2 - - Google Patents
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- DE3807347C2 DE3807347C2 DE19883807347 DE3807347A DE3807347C2 DE 3807347 C2 DE3807347 C2 DE 3807347C2 DE 19883807347 DE19883807347 DE 19883807347 DE 3807347 A DE3807347 A DE 3807347A DE 3807347 C2 DE3807347 C2 DE 3807347C2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/16—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making compound objects cast of two or more different metals, e.g. for making rolls for rolling mills
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- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Verbundgußkörpern aus mehreren
Metallschichten, insbesondere Platten und zylinderförmige
Formstücke, wobei die Metallschichten unterschiedliche Zusammensetzungen
aufweisen.
Bekannt sind z.B. aus der DE-PS 2 86 701 Stahlplatten, die durch
Umgießen nicht verschmelzender gitterförmig übereinandergelegter
Stäbe hergestellt werden, die anschließend durch Walzdruck
breitgedrückt werden. Die Metallschmelze soll dabei aus hartem
oder härtbarem Eisen bestehen, wohingegen die Stäbe zäh, nicht
härtbar sein sollen.
Zweck dieser Maßnahmen ist die Verknüpfung einer harten und daher
spröden Legierung mit den zähen Eigenschaften des Gitters.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß Biegekräfte nicht ausreichend vom
Gitterwerk aufgenommen werden können, so daß derartig hergestellte
plattenartige Formstücke bei Biegebeanspruchung zum Bruch
führen.
Die DE-PS 8 44 806 beschreibt die Herstellung von Verbundmetallsträngen,
die zwischen sich kein Trennblech aufweisen.
Dabei wird auf den gerade erstarrten Kern des nach unten
abgezogenen Stranges ein Mantel aufgegossen. Strangguß ist
jedoch auf relativ niedrige Durchmesser begrenzt.
Die DE-PS 7 60 193 beschreibt das Gießen von insbesondere
Motorzylindern, wobei auf einen Stahlkörper Leichtmetall aufgespritzt
wird und dieser danach mit Leichtmetall umgossen
wird.
Dieses Vorgehen setzt einen Guß gegen kalte Oberflächen
voraus. Gießt man jedoch eine Stahlschmelze gegen kalte, d. h.
nicht auf Rotglut (ca. 1100°C) erhitzte Flächen, so entsteht
eine vollkommen unbefriedigende, Fehlstellen aufweisende
Anbindung.
In der DE-PS 5 70 945 ist das Problem der unvollkommenen
Anbindung zweier Metallschichten an ein Trennblech nahe der
Gußform angesprochen und es wird vorgeschlagen, hier abzutrennende
Leisten mitzuvergießen. Das Problem des Durchbrennens
eines Trennbleches durch hochlegierte Hartstahlschmelze
bei dünnwandigen Trennblechen ist nicht gelöst.
Die DE-AS 12 12 252 offenbart ein die Diffusion von Legierungsbestandteilen
verhinderndes Trennblech zwischen zwei
unterschiedlichen anzugießenden Stahlsorten. Wie der Gießvorgang
selbst vor sich geht und wie das Trennblech vor dem
Durchtrennen bei Aufrechterhaltung einer homogenen Ankoppelung
geschützt werden kann, ist nicht angesprochen.
Die DE-OS 20 49 757 benutzt ansteigenden Guß gegen einen Körper
aus "Grundmetall", der vorher mit einer sich beim Gießen
zersetzenden organischen Substanz beschichtet wurde (Perfluorethen).
Der Guß selbst erfolgt gegen den kalten Körper,
der in die Form eingehängt wird.
Wie das Anbinden dünner Trennbleche unter Vermeidung von
Durchbrüchen bei unterschiedlichen Stahlsorten geschehen
kann, ist auch hier nicht aufgezeigt.
Die DE-OS 14 83 588 letztlich schlägt die Verwendung zweier
gegenüberliegender Trennbleche und die Durchmischung der
angegossenen Metallschmelzen vor. Dies scheidet bei Hartlegierungen
aus, da sie an Legierungsanteilen zu stark verarmen
würden.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe
gestellt, unter Verwendung von Trennblechen Formkörper herzustellen,
die Schichten unterschiedlicher Metalle oder Metallegierungen
aufweisen, die homogen miteinander verbunden
sind, glatte Oberflächen aufweisen und die hinsichtlich ihrer
Schichtstärken und Zusammensetzungen in weiten Grenzen wählbar
sind.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des
Hauptanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in
den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Formkörper weist eine Sandwichstruktur
auf, wobei grundsätzlich hinsichtlich der Anzahl der Schichten
keine Beschränkung besteht.
Ein solcher Formkörper kann in vorteilhafter Weise aus einer
Phase hoch verschleißfester Legierung, beliebig dicker Schichtstärke
und gegenüberliegend einer duktilen, spanend verformbaren,
insbesondere schweißbaren Zusammensetzung bestehen. Da sämtliche
Schichten, wobei immer zwischen zwei unterschiedlichen ein
Phasentrennblech angeordnet ist, einerseits durch das Phasentrennblech
voneinander getrennt sind, weil dieses nur oberflächlich
angeschmolzen ist, bleiben die Phasen voneinander getrennt,
es findet nur eine geringe Durchmischung mit den Bestandteilen
des Phasentrennbleches statt. Andererseits sind die Schichten
miteinander vollkommen verschweißt, so daß z. B. die unterschiedlichen
Belastbarkeiten ohne Strukturrisse einander ergänzen
können.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung von
Stählen beschränkt, es sind sämtliche schmelzbaren Metalle
grundsätzlich als erfindungsgemäße Sandwichkonstruktionen
miteinander verbindbar. Im Falle des Einsatzes als Verschleißblech
besteht keine wesentliche Beschränkung hinsichtlich
der Stärke der Panzerung.
Die Form des erfindungsgemäßen Körpers ist weiterhin nicht auf
Bleche beschränkt. Zylindrische Formkörper oder ähnliche sind
ebenfalls herstellbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht insbesondere darin,
daß man in einer Gießform vorzugsweise stehend ein Phasentrennblech
einbringt und dieses von beiden Seiten mit Metallschmelzen
derart von unten ansteigend angießt, daß die Oberfläche
des Phasentrennbleches beidseitig durch die Schmelzphasen
angeschmolzen wird, anschließend aushärten läßt und
entformt.
Dabei ist die Dicke des Trennbleches so zu wählen, daß die beiden
angreifenden Schmelzephasen dieses nicht durchbrechen, da sich
sonst die Legierungen vermischen.
Der Guß erfolgt mit auf die Stärke des Bleches abgestimmter
Geschwindigkeit, wobei ständig Wärme durch die Gußform und das
Phasentrennblech aus den Schmelzen abgeleitet wird. Es ist daher
möglich, z. B. durch Steuerung der Gießgeschwindigkeit, den
Wärmeinhalt, bzw. dessen Auswirkung auf das Trennblech derart zu
begrenzen, daß dieses lediglich an seiner Oberfläche und nur in
geringe Tiefe angeschmolzen wird.
Sowohl Gußgeschwindigkeiten und Schichtstärke als auch
Blechstärke sind aufeinander abzustimmen.
Beispielsweise ist ein Formkörper hergestellt worden, dessen
Phasentrennblechstärke 5 mm und dessen Phasen eine Schichtdicke
von 18 und 30 mm besaßen, ohne daß Durchbrüche beobachtet wurden.
Die Stärke des Trennbleches sank durch das Anschmelzen auf ca. 3 mm.
Bei ausreichender Schichtdicke der Phasen bleiben die Schmelzen
fließfähig und anschmelzfähig, wobei natürlich die Höhe des
Formstückes in Relation zu Schichtstärke und Fließfähigkeit
steht. Bei geringeren Schichtstärken in bezug auf die Formstückhöhe
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, entsprechend mehr
Anschnitte über die Höhe vorzusehen.
Die Gußgeschwindigkeit ist daher sowohl auf die zu verhütende
Durchschmelzung des Trennbleches, als auch auf die Fließfähigkeit
der Metallschmelzen abzustimmen, wobei natürlich die Phasen auf
eine Temperatur bleiben müssen, die oberhalb des Schmelzpunktes
des Phasentrennbleches liegt.
Bei größeren Breiten des Formstückes oder im Falle zylindrischer
Körper bei größeren Umfängen sind mehrere Anschnitte am Boden und
in der Höhenstaffel etwa niveaugleich vorzusehen. Phasen gleicher
Schichtdicke werden grundsätzlich in gleichem Pegel und in
gleicher Geschwindigkeit gegossen. Dadurch erwärmen sich beide
Seiten des Phasentrennbleches gleich und ohne Verzug.
Bei unterschiedlichen Schichtstärken eilt die dünnere der
dickeren voraus, dabei können die Steiggeschwindigkeiten auch
unterschiedlich sein.
Insbesondere ist es vorteilhaft, die Schmelze der dünneren Phase
über mehr Anschnitte zuzuführen, als die der dickeren.
Falls hinsichtlich der Dicke des Trennbleches Grenzen erwünscht
sind, so wird vorgeschlagen, auf dieses Noppen aufzuschweißen.
Diese werden von der Schmelze, da sie weiter nach innen durch die
Grenzschicht oder Diffusionszone reichen, zunächst angeschmolzen
oder gar aufgelöst und entziehen der Grenzschicht Wärme, die dann
dem Auflösen oder Aufschmelzen des Phasentrennbleches entzogen
ist, so daß dieses dünner gestaltet sein kann.
Das Phasentrennblech kann beliebige, die Form des Gußstückes
wiederholende, z.B. wellige Gestalt haben, es kann insbesondere
zur Herstellung zylindrischer oder ovaler oder sonstwie
geschlossener Körper die Form eines entsprechenden geschlossenen
Mantels aufweisen, der lediglich aus gießtechnischen Gründen oben
und unten offen sein muß. Der senkrecht stehende Einbau des
Trennbleches in die Form ist bevorzugt, da hierbei die geringsten
Angriffe auf das in der Schmelze befindliche Blech auftreten, so
daß die Verfahrensparameter hierbei in den weitesten Grenzen
gewählt werden können.
Mit großem Vorteil lassen sich gepanzerte Formstücke, wie z.B.
Bleche und Zylinder herstellen, die eine dicke Panzerungsschicht
und gegenüberliegend eine in genauso weiten Grenzen wählbare
bearbeitbare, insbesondere drehbare und schweißbare Schicht
aufweisen, die derart gut miteinander verbunden sind, daß
Gefügerisse verhindert werden und demzufolge auch eine höhere
Festigkeit des Verbundes bei gleichzeitiger Materialersparnis
erzielt wird.
Für derartige verschleißgeschützte, insbesondere ausgesetzte
Formstücke wird vorgeschlagen, daß das Phasentrennblech aus einem
unlegierten oder niedrig legierten Kohlenstoffstahl oder aus
austenitischem Chrom-Nickelstahl oder aus ferritischem Chromstahl
oder aus Nickel- oder Nickelbasislegierung mit Chrom- und
Molybdänanteilen besteht, daß die bearbeitbare Phase aus
unlegiertem oder niedriglegiertem Kohlenstoffstahl oder aus
hochlegiertem austenitischen Chrom-Nickelstahl oder einer
Nickelbasislegierung und die verschleißfeste Phase aus Hartgußlegierung,
insbesondere Chromkarbide mit ggf. zusätzlichen
Anteilen an Vanadium und/oder Molybdän und/oder Niob und/oder
Wolframanteile und/oder Borkarbide und/oder Titankarbide
aufweisender Hartgußschmelze gegossen ist.
Da den Schmelzen durch das Trennblech und die Form Wärme entzogen
wird, ist die Temperatur der Schmelzen von wesentlicher
Bedeutung. Einmal muß sie so hoch sein, daß das Trennblech
zuverlässig angeschmolzen wird. Zum anderen dürfen die Schmelzen
es nicht durchbrechen. Bei höheren Schichtdicken ist natürlich
auch der Wärmeinhalt der Schmelzen höher, so daß mehr Wärme von
der Form abgeführt werden muß. Größere Schichtstärken sind daher
entsprechend langsamer zu gießen. Umgekehrt sind dünne Schichten
entsprechend schneller einzufüllen, da hier die Gefahr der
Unterkühlung besteht.
Bei der Herstellung relativ dünnwandiger Körper ist der stehende
Guß wegen des leichteren Aufrechterhaltens der Fließfähigkeit der
Schmelze vorzuziehen. Bei dickeren Wandstärken kann grundsätzlich
auch horizontal vergossen werden, wobei zunächst die untenliegende
Schicht hergestellt wird. Da diese mit dem Trennblech unter
Erwärmen koppelt, kann die oben aufgebrachte Schicht wiederum
dünner sein, da sie dem Trennblech bzw. der darunter befindlichen
auskristallisierenden Schmelze Wärme zur Aufrechterhaltung einer
niedrigen Viskosität und zur Verbindung mit dem Trennblech
entziehen kann.
Mit besonderem Vorteil weist mindestens eine der vergossenen
Schichten eine äußere Profilierung wie Kegel, Stempel oder
Leisten auf, die in einfacher Weise entsprechend in die Form
eingeprägt sind.
Anhand der Figuren wird die vorliegende Erfindung
beispielhaft näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Herstellung eines Bleches;
Fig. 2 zeigt die Herstellung einer Extruderschnecke;
Fig. 3 zeigt die Verbindung zweier Rohrstücke;
Fig. 4 zeigt einige Beispiele von Schleißblechen mit
zusätzlich aufgegossenen Stollen in unterschiedlichen
geometrischen Formen.
In Fig. 1 ist ein Formkasten 4 gefüllt mit Formsand 5, vorzugs
weise Furanharzsand oder Chromharzsand 5 dargestellt. In den Sand
ist senkrecht stehend ein Phasentrennblech 3 nach oben und nach
unten überstehend dargestellt, wobei wie durch die Schraffur
angedeutet, die Vorrichtung nach dem Guß der beiden Phasen 1 und
2 geschnitten ist.
Über die beiden Gießkanäle 6 und 7 sind Schmelzen von unten in
die Formhohlräume eingeleitet worden, für die Herstellung
dünnerer Phasen 1 und 2 sind über die Formhöhe mehrere Anschnitte
8, 9 sowie 10, 11 und 12 angeordnet, über die die Schmelzen nach
Erreichen der jeweiligen Niveaus in die Form laufen und so die
Fließfähigkeit und Anschmelzung des Phasentrennbleches 3
aufrechterhalten.
Oberhalb der Phasen sind Speiser 13 und 14 angedeutet, die nach
dem Entformen zusammen mit den überstehenden Phasentrennblech
teilen und den Angüssen abgeschnitten werden. Die Schmelzen haben
das Phasentrennblech angelöst und sich beim Erstarren mit diesem
fest zu einer Sandwichstruktur verbunden.
Es ist möglich, bei ausreichendem Abstand auch mehrere Phasen
trennbleche durch verschiedene oder auch gleiche erstarrte
Schmelzen zu verbinden.
Auf diese Weise lassen sich mit großem Vorteil dicke Hartschich
ten herstellen, die nach herkömmlichem Schweißpanzern nicht
gefertigt werden können.
Für die Herstellung derartiger Hartpanzerbleche kommt der Einsatz
folgender Legierungen in Frage.
Das Phasentrennblech kann z.B. gewalzter unlegierter oder
niedriglegierter Kohlenstoffstahl (ST 37 bis ST 52) oder auch ein
austenitischer Chrom-Nickelstahl mit z.B. 19% Chrom und 9%
Nickel sein oder auch ein ferritischer Chromstahl mit 13 bis 17%
Cr. Derartige Materialien sind gut anschmelzbar und lassen sich
daher mit den anliegenden Metallphasen gut verbinden. Grundsätz
lich kommen auch Nickel und Nickelbasislegierungen in Frage mit
z.B. Chrom- und Molybdänanteilen, beispielsweise mit 50 bis 75%
Ni Rest Cr, Mo und ggf. Cu.
Die Phase 1 stellt einen bearbeitbaren, spanend verformbaren
und/oder schweißbaren Stahl dar, für den keine Grenzen angegeben
werden können.
Vorwiegend werden folgende Legierungen erzeugt:
- a) un- oder niedriglegierte C-Stähle
- b) rost- und säurebeständige Chrom-Nickelstähle auf der Basis 19 Cr/9 Ni
- c) Nickel- und Nickelbasis-Stähle.
Die verschleißfeste Phase 2 besteht vorzugsweise aus einer
martensitischen und/oder ledeburitischen Hartgußlegierung mit
hohen Anteilen an Chromkarbiden und zusätzlichen Sonderkarbiden
auf der Basis, Vanadium - Molybdän - Niob - Wolfram - Bor -
Titan. Typische Vertreter dieser Legierungsgruppen enthalten etwa
folgende Legierungsanteile:
3-5% C
20-24% Cr
1-1,5% Si
1-3% Mn
1-3% V
1-8% Nb
1-6% W
0,5-2% B
3-8% Ti
Rest Fe
20-24% Cr
1-1,5% Si
1-3% Mn
1-3% V
1-8% Nb
1-6% W
0,5-2% B
3-8% Ti
Rest Fe
Fig. 2 illustriert die Herstellung von zylindrischen Körpern, im
konkreten Falle die Herstellung eines Extruderschneckenabschnitts.
Dabei besitzt das Phasentrennblech 3 die Form eines
zylindrisch geschlossenen Mantels, der nach oben und unten in die
Sandform eingebaut ist.
Über die Gießkanäle 6 und 7 werden insbesondere unterschiedliche
Phasen 15, 16 an Schmelze von unten beidseits des Phasentrennbleches
3 eingebracht, wobei die Form zusätzlich die Ausnehmung
17 für den Schneckengang besitzt.
Wie vorgehend geschildert, eilt die Phase 1 mit der geringeren
Schichtdicke der dickeren Phase 2 voran, wie an den Niveaus 18,
19 erkennbar.
Die Phase 1 ist hierbei in Hartguß ausgeführt, die innere Phase 2
besteht aus niedrig legiertem Kohlenstoffstahl, in die z.B. nach
dem Guß Nuten eingefräst werden können, um durch eine Feder mit
einer Welle verbunden zu werden.
Mit 13 und 14 sind Speiser bezeichnet.
Die Phase 1 mit der geringeren Schichtdicke kann über mehrere
Anschnitte 10, 11, 12 zugegeben werden, falls dies zur Aufrechterhaltung
der Fließfähigkeit und Anschmelzung erforderlich ist.
Eine derartige Extruderschnecke mit den nachstehenden Abmessungen,
wurde ohne zusätzliche Anschnitte hergestellt, wobei die
Phasen 1 und 2 über je 2 um 90° versetzte Bodenzuläufe zugegeben
wurden.
Die Schichtdicke der äußeren Phase betrug 18, die der inneren 50
mm. Das Trennblech wurde von ursprünglich 5 auf etwa 2 mm
beidseitig abgeschmolzen. Die Höhe des Formkörpers beträgt
250 mm, der Durchmesser 200 mm. Die Oberfläche war vollkommen
rißfrei und verlangte keine nachträgliche Bearbeitung durch
Schleifen.
Der Guß geschah auf folgende Weise. Zunächst wurde der gesamte
Innenmantel innerhalb von 1 Minute vorgegossen, was wegen der
hohen Stabilität des zylindrischen Phasentrennbleches 3 ohne
weiteres möglich war. Danach wurde etwa 2 bis 3 Minuten gewartet
und innerhalb von ebenfalls einer Minute in 3 Intervallen der
Außenmantel 1 gegossen.
Fig. 3 zeigt in analoger Weise zu Fig. 2 die einfache Herstellung
von innen gepanzerten Rohren, wobei das Phasentrennblech von
Hartstahl 1 und schweißfähigem Metall 2 eingeschlossen ist.
Die beim Guß schon mitgeformte V-Naht 20 dient dem späteren
Verschweißen der beiden Segmente, die natürlich zur Verbindung
mehrerer Formteile beidendig vorzusehen sind.
Fig. 4 zeigt eine weitere, mit Hilfe der vorliegenden Erfindung
besonders leicht zu bewerkstelligende Herstellung von profilierten
Verschleißblechen, da die gewünschten Oberflächenprofile in
einfacher Weise in den Formsand eingeprägt und damit im
Gießverfahren herstellbar sind. Dies betrifft in erster Linie die
Verschleißseite, grundsätzlich natürlich aber auch die bearbeitbare
Seite eines Schleißbleches.
In der Fig. 4 ist die bearbeitbare Metallseite 2 durch die
Zwischenschicht 3 von der Hartmetallschicht 1 getrennt. Die
Hartmetallschicht 1 weist Profile wie Kegel 21, runde Stempel 22,
Noppen 23 oder rechteckige (quadratische) Erhebungen 24 auf, die
auch die Form von Leisten haben können. Die verschiedenen Formen
sind der Einfachheit halber in dieser Figur vereinigt. In der
Praxis werden die Profile insbesondere alternativ verwendet.
Diese Ausführungsform ist insbesondere wegen der damit verbundenen
Materialersparnis vorteilhaft.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Verbundgußkörpern, bestehend
aus zwei Schichten unterschiedlicher Stahlsorten,
wobei die eine niedrig legiert und die andere hochlegiert
ist, und wobei zwischen den Schichten ein Trennblech
angeordnet ist und der Guß ansteigend beidseitig
gegen das in einer Gießform stehende Trennblech
erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß man die hochlegierte
Schmelze der niedrig legierten voreilend gießt
und die hochlegierte Schmelze über über die Höhe
gestaffelte Anschnitte zufügt und dabei das Trennblech
beidseitig anschmilzt und mit den unterschiedlichen
Stahlsorten koppelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die niedrig legierte Schmelze ebenfalls über Anschnitte
zugegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Trennblech Noppen aufweist.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trennblech ein Zylinder
ist.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trennblech aus einem
unlegierten oder niedrig legierten Kohlenstoffstahl
oder aus austenitischem Chrom-Nickelstahl oder aus ferritischem
Chromstahl oder aus Nickel- oder Nickelbasislegierung
mit Chrom- oder Molybdänanteilen besteht, daß
die niedrig legierte Schmelze aus unlegiertem oder
niedrig legiertem Kohlenstoffstahl oder eine Nickelbasislegierung
und die hochlegierte Schmelze eine verschleißfeste
Hartgußlegierung, die insbesondere Chromkarbide
mit gegebenenfalls zusätzlichen Anteilen an
Vanadium und/oder Molybdän und/oder Niob und/oder Wolframanteile
aufweist, besteht.
Priority Applications (1)
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DE19883807347 DE3807347A1 (de) | 1988-03-05 | 1988-03-05 | Formkoerper aus mehreren metallschichten sowie verfahren zu ihrer herstellung |
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ID=6349014
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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