DE3816348C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Metall-Verbundgußwerkstücken, wobei vorzugsweise eine
bearbeitbare, insbesondere schweißbare Schicht des Werkstückes
mit einer vorzugsweise hochverschleißfesten Hartmetallegierung
beschichtet ist.
Nach bekannten Verfahren wird die Hartmetallschicht auf bearbeitbare
Baustahlbleche durch Panzerschweißen aufgetragen,
wobei die Schweißzonen raupenförmig neben und übereinandergelegt
werden. Es entsteht eine verschleißfeste Schicht, die
jedoch naturgemäß nicht glatt ist und eine Vielzahl von Rissen
aufweist, weswegen auch ihre mechanische Beanspruchbarkeit
eingeschränkt ist.
In der eigenen älteren Patentanmeldung P 38 07 347 wurde daher
vorgeschlagen, zwischen zwei im Gußverfahren hergestellten
Schichten ein Phasentrennblech anzuordnen, an dem die bearbeit
bare und die Hartmetallphase angekoppelt sind, das dazu eingesetzte
Verfahren eignet sich jedoch weniger zur Herstellung
relativ dünner Wandstärken.
Weiterhin ist in der DE-PS 7 60 193 die Herstellung von insbesondere
Motorzylindern beschrieben, wobei ein Trennblech auf
der einen Seite mit Stahl und auf der anderen mit Leichtmetall
verbunden ist. Hinweise darauf, wie die zum einwandfreien
Koppeln der Metallschichten erforderlichen hohen Temperaturen
vor dem Gießen erreicht werden können, fehlen.
In der DE-PS 25 2 53 172 wird versucht, die Ankopplung dadurch zu
erreichen, daß eine Metallplatte mit niedrigem Schmelzpunkt auf
eine Schmelze gelegt wird. Dabei tritt wiederum das Problem
auf, daß die Schmelze durch die kalte Platte abgeschreckt wird
und die Verbindung nich homogen ist. Dieser Vorschlag ist daher
auch beschränkt auf Platten mit niedrigem Schmelzpunkt, wie
z. B. Blei.
Die DE-PS 26 07 648 offenbart eine Koppelschicht für die Zwecke
eines Verbundgusses, beschreibt jedoch nicht, wie das zu beschichtende
Material vor dem Anbinden auf die für eine homogene
Verbindung erforderliche Temperatur gebracht werden könnte.
Aus dem Stand der Technik ist somit keine Lösung des Problems
herleitbar, wie Bleche in einfacher Weise auf eine für die
Kopplung mit einer Metallschmelze erforderliche hohe Temperatur
gebracht werden könnte.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt,
ein Verfahren zur Herstellung von Verbundgußwerkstücken zu
schaffen, mit dem neben höheren auch niedrige Wandstärken insbesondere
gepanzerter, glatter Bleche oder auch dünnwandige
Formkörper herstellbar sind.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß auf die im
Hauptanspruch wiedergegebene Weise. Vorteilhafte Ausgestaltungen
des Verfahrens finden sich in den Unteransprüchen.
Überraschenderweise lassen sich auf diese Weise Metalle
unterschiedlicher Legierungszusammensetzung koppeln. Die
Erwärmung des Metallkörpers kann grundsätzlich in beliebiger
geeigneter Weise geschehen, z.B. durch induktive Aufheizung bis
zu dem Temperaturbereich, in dem das Auflagematerial schmilzt.
Auf das so erwärmte Metallstück kann nunmehr die Schmelze der
zweiten Legierung in stehendem oder auch liegendem Guß aufge
bracht werden. Es entstehen rißfreie Verbindungen.
Die Auflage kann z.B. Hartlot, insbesondere eine Nickel- oder
Cobaltbasislegierung sein. Typische Vertreter hiervon sind solche
mit 0,60% Kohlenstoff- 3,1% Bor,- 4,3% Silicium,- 15% Chrom,
3,5% Eisen, Rest Nickel oder 0,9% Kohlenstoff, 1,8% Bor, 2,5%
Silicium, 19% Chrom, 2% Eisen, 9% Wolfram, 13% Nickel, Rest
Cobalt, eine sog. Stellit-Legierung.
Da diese Legierungen beim Erwärmen zusammenlaufen können, wird
erfindungsgemäß die Koppelschicht aus einer Flamme oder einem
Plasma auf das Werkstück aufgespritzt.
In besonders bevorzugter Weise wird erfindungsgemäß die zur
Erwärmung des Werkstückes erforderliche Wärmemenge durch eine
Metallschmelze eingebracht. Dazu wird das Werkstück auf der der
zu beschichtenden gegenüberliegenden Seite mit einer Trennschicht
versehen und mit der Metallschmelze angegossen. Danach wird die
gewünschte Legierung durch Guß angekoppelt und nach Erstarren das
zur Erwärmen benötigte Metall abgetrennt.
Damit lassen sich Werkstücke im Verbundguß herstellen, wobei z.B.
aufsteigender Guß eingesetzt wird.
Überraschenderweise lassen sich auch Rohre innen aufpanzern,
wobei in einer Form bei senkrecht stehendem Rohr nach Aufrauhen
und beidseitiger Beschichtung außen zunächst die auf Rotglut
erwärmende Schmelze eingebracht wird und nach Erreichen der
Fließtemperatur der Koppelschicht das Hartmetall ebenfalls von
unten nach oben ansteigend gegossen wird.
Da die Koppelschicht selbst nur sehr dünn zu sein braucht,
besteht keine Gefahr des Herablaufens oder Verarmens, da sie gut
auch bei Rotgluttemperatur (ca. 1000°C) adhesiv gebunden bleibt.
Zur Herstellung von gepanzerten Blechen, die insbesondere auch
dünnwandig sein können, wird folgende Vorgehensweise erstmals
vorgeschlagen.
Zunächst wird das Blech auf der einen Seite scharfkörnig
aufgerauht und nach geringfügiger Erwärmung (100-150°C) im
Flammspritz- oder Plasmaspritzverfahren mit der Koppelschicht
versehen. Danach wird das Trennmittel aufgetragen und das Blech
in eine Sandform liegend eingebaut, die unterhalb des Bleches
eine Vertiefung aufweist und oberhalb des Bleches den Freiraum
für das einzugießende Hartmetall. Danach wird bevorzugt
Hartmetallschmelze in die Vertiefung in einer solchen Menge
eingebracht, die ausreicht, durch ihren Wärmeinhalt das Blech auf
Rotglut zu erwärmen.
Nach Erreichen der Rotglut- bzw. Koppeltemperatur kann dann die
zur Panzerung benötigte Hartmetallschmelze auf das Blech gegossen
werden. Nach Erstarren wird entformt und die untere
Hartmetallschicht abgetrennt. Der besondere Vorteil der
Verwendung von Hartmetallschmelze zum Erwärmen des Bleches
besteht darin, daß es wegen seiner großen Sprödigkeit leicht
gebrochen und erneut eingeschmolzen werden kann.
Es entstehen auf diese Weise gepanzerte, vollständig rißfreie,
einwandfrei gekoppelte Bleche mit glatten Oberflächen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren schwimmt das zu panzernde Blech
auf der Schmelze und kann sich dadurch nicht verformen. Zugleich
ist hierdurch für einen optimalen Wärmeübergang gesorgt, der für
die gleichmäßige Erwärmung und saubere Ankoppelung benötigt wird,
und für ein einwandfreies Fließen der oberen Hartmetallschmelze
sorgt.
Die vorstehend geschilderte Arbeitsweise eignet sich auch für die
Panzerung dickerer Bleche, die jedoch auch grundsätzlich stehend
bearbeitet werden können. Durch den "schwimmenden" Guß können
jedoch auch sehr dünnwandige Bleche grundsätzlich auch mit dünnen
Panzerungsbeschichtungen in besonders einfacher und zuverlässiger
Weise in rissefreier, unverformter Qualität hergestellt werden,
was z.B. wegen der dabei auftretenden Wärmespannungen im
Auftragsschweißverfahren nicht möglich ist.
Es hat sich erwiesen, daß die Qualität der Ankopplung noch
gesteigert werden kann, wenn die die Koppelschicht aufnehmende
Seite des zu beschichtenden Werkstücks tief aufgerauht wird, wozu
erfindungsgemäß scharfkantiger Korund eingesetzt wird, durch
sogenanntes Sandstrahlen.
Als Trennmittel können grundsätzlich alle infrage kommenden
Mittel eingesetzt werden. Da diese jedoch mit wiederzuverwenden
der Hartmetallschmelze in Berührung kommen kann, die vorteilhaf
terweise auch gleichzeitig zur Panzerung dient, wird weiterhin
erfindungsgemäß vorgeschlagen, als Trennmittel Graphit oder
Schlichte oder alkoholische Lösungen von Zirkon gegebenenfalls
unter Zusatz von Aluminium, Magnesium und/oder Silizium
einzusetzen.
Die Koppelschicht besteht besonders bevorzugt aus einer
Nickellegierung, die mindestens die weiteren Bestandteile Chrom,
Bor und Silizium enthält.
Die Schichtdicke der Koppelschicht beträgt bevorzugt etwa 1-2
zehntel Millimeter.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich natürlich auch
profilierte Oberflächen gießen, wobei die Sandform das entspre
chende Negativ dazu aufweist. Damit ist es möglich, auf die
Panzerschicht erstmals Noppen oder Raupen oder dergl. homogen als
Verschleißteile aufzubringen, wobei die tragende Fläche
entsprechend gegen Auswaschungen durch kleinteiliges Material
geschützt ist. In gleicher Weise ist es auch möglich z.B. Siebe
herzustellen, wobei die Form dazu entsprechende Sandstempel
aufweist, die dann umgegossen werden.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die vorliegende Erfindung
näher erläutert.
Eine Blechplatte 300×300 mm der Stärke 6 mm aus ST 37 wurde
einseitig mit Korund sandgestrahlt, auf 140°C erwärmt und aus
einer Flamme mit 5 g der folgenden Nickelbasislegierung aus einer
Plasmaflamme angespritzt.
C 0,75%, B 3,1%, Si 4,3%, Cr 15%, Fe 3,5% Rest Ni
Danach wurde die andere Seite mit einer alkoholischen handels
üblichen Schlichte, enthaltend Zirkon Aluminium sowie Magnesium
und Silicium als Trennmittel beschichtet.
Diese Platte wurde allseitig mit einem Rand von 25 mm in eine
Sandform gebettet, wobei unter dem nicht eingebetteten Teil ein
rechteckiger Freiraum einer Stärke von 24 mm verblieb. Oberhalb
der Platte wurde nacheinander in mehreren Versuchen ein Freiraum
einer Stärke von Schritten von je 6 mm bis zu 30 mm belassen.
Zunächst wurde in den unter der Platte befindlichen Freiraum eine
Hartmetallegierung folgender Zusammensetzung eingebracht, bis
diese die mit Trennmittel versehene Blechunterseite berührte:
4,5% C, 28% Cr, 1% Mo, 2% Mo+Si, +Mn, Rest Fe, eine
sogenannte ledeburitische "Kohlenstoff-Legierung".
Nach einer Wartezeit von 4 Minuten war das Blech rotglühend.
Nach Erreichen dieser Temperatur wurde die gleiche Schmelze auf
das Blech gegossen und erstarren gelassen.
Nach dem Entformen konnte die untere, der Erwärmung und der
mechanischen Unterstützung dienende Schicht leicht abgetrennt
werden, die Hartmetall-Oberfläche war rißfrei, Kontrollschnitte
mit einem Plasmabrenner und Ausschleifen ergaben eine einwand
freie, rißfreie Verbindung zwischen Hartmetall- und
St-37-Schicht. Insbesondere war ein Herauslösen von Legierungs
anteilen in die Stahlschicht nur in einer feinen Randzone zu
beobachten.
Bei größeren Werkstücken kann es zu unerwünschten Abkühlungen der
Randzonen der zur Erwärmung eingebrachten Schmelze kommen, so daß
in Einzelfällen Koppelfehler hier entstehen können. Dem kann
jedoch leicht durch die Verwendung von Speisern abgeholfen
werden.
Die beiliegenden Figuren zeigen einige Verfahrensvarianten.
Fig. 1 zeigt die Herstellung eines Panzerbleches mit der
Hartmetallpanzerschicht 1, dem Baustahlblech 2 und der die Wärme
einbringenden Unterschicht 3.
Punktiert dargestellt ist die Koppelschicht 4 und strichliert die
Trennschicht 5 angedeutet. Man erkennt, daß das Blech, das im
übrigen aus jedem leicht bearbeitbaren oder nach Verwendungszweck
auch Hartmetall bestehen kann, seitlich mit einem Rand in die
Form eingebettet ist.
Grundsätzlich können die Schichten auch umgekehrt liegend gewählt
werden, wobei dann z.B. die Baustahlschicht auf ein Hartmetall
blech aufgegossen wird.
Fig. 2 zeigt in stehendem Guß hergestellt ein Rohr 2 mit der
innen liegenden Panzerschicht 1 und der Erwärmungsschmelze 3
sowie der Koppelschicht 4 und der Trennschicht 5. Auch hier kann
grundsätzlich umgekehrt angeordnet und verfahren werden.
Fig. 3 zeigt die Beschichtung eines Stahles 2 mit der Panzer
schicht 1, wobei die Erwärmungsschmelze 3 den Stab 2 u-förmig
umgibt. Durch die beim Abkühlen bewirkte Schrumpfung lassen sich
die Teile über die Trennschicht 5 leicht voneinander lösen,
wohingegen über die Koppelschicht eine homogene Verbindung
erhalten wird.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von Metall-Verbundgußwerkstücken,
wobei auf einen Metallkörper einer ersten Legierung
eine Beschichtung einer zweiten Legierung aufgebracht
wird und wobei der Metallkörper mit einer Koppelschicht
versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
man die der aufzubringenden Beschichtung gegenüberliegende
Seite des Metallkörpers mit einem Trennmittel
versieht, diesen mit einer Metallschmelze auf der das
Trennmittel tragenden Seite angießt, auf Koppeltemperatur
erwärmen läßt, anschließend die gewünschte Beschichtungslegierung
vergießt und nach dem Abkühlen die
zur Erwärmung verwendete erstarrte Schmelze entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man als Koppelschicht eine niedrig schmelzende Legierung
eine Nickelbasislegierung oder eine Cobaltbasislegierung
der Hartlot einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Koppelschicht im Flammspritz- oder
Plasmaspritzverfahren aufträgt.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß man Stahlbleche nach
Beschichtung mit Trenn- und Koppelschicht liegend in
eine Gießform bringt, vorzugsweise flüssige Hartmetallegierung
unter das Blech schichtet, bis dieses auf der
Hartmetallschmelze schwimmt, dadurch das Blech zur Rotglut
erwärmt, die Koppelschicht zum Fließen bringt und
danach weitere Hartmetallschmelze in gewünschter
Schichtdicke auf das Blech stehend oder liegend aufbringt
und koppeln läßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
man die zum Erwärmen benötigte erstarrte Hartmetallschmelze
nach dem Abtrennen bricht, einschmilzt und
erneut verwendet.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß man die die Koppelschicht
aufnehmende Seite des Werkstückes zum Aufrauhen mit
scharfkantigem Korund strahlt.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß man als Trennmittel Graphit
oder Schlichte wie alkoholische Lösungen von Zirkon
gegebenenfalls unter Zusatz von Aluminium, Magnesium
und/oder Silicium verwendet.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß man als Koppelschicht eine
Legierung, enthaltend Nickel, Chrom, Bor und Silicium
verwendet.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Koppelschicht in
einer Stärke von etwa 0,1-0,2 Millimetern aufbringt.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß man das Werkstück vor dem
Aufbringen der Koppelschicht auf Temperaturen von 100
bis 150°C erwärmt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3816348A DE3816348A1 (de) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | Verfahren zur herstellung von metall-verbundgusswerkstuecken |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3816348A DE3816348A1 (de) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | Verfahren zur herstellung von metall-verbundgusswerkstuecken |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3816348A1 DE3816348A1 (de) | 1989-11-23 |
DE3816348C2 true DE3816348C2 (de) | 1992-04-23 |
Family
ID=6354303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3816348A Granted DE3816348A1 (de) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | Verfahren zur herstellung von metall-verbundgusswerkstuecken |
Country Status (1)
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DE (1) | DE3816348A1 (de) |
Families Citing this family (6)
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DE253172C (de) * | ||||
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-
1988
- 1988-05-13 DE DE3816348A patent/DE3816348A1/de active Granted
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Publication number | Publication date |
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