DE4108203A1 - Verfahren zur herstellung gussstueckes mit gezielter zusammensetzungsverteilung der legierungskomponenten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen Metallhalbprodukte (Stab, Blech, Band, Rohr usw.) aus Schmelze, die durch ein Gefüge mit der zweckentsprechenden kontinuierlichen Konzentrationverteilung oder Mikrostrukturänderung gekennzeichnet sind.

Nach den bisherigen Produktionsverfahren wie Stranggießen ist das Gefüge eines Gußstückes nach der Erstarrung immer homogen, d. h., abgesehen von der als Gußfehler zu betrachtenden Steigerung ist die Zusammensetzung sowie Mikrostruktur in dem ganzen Gußstück gleichmäßig verteilt. In der Praxis kommt es aber häufig vor, daß für ein Maschinenelement vom Werkstoff einander widersprechliche Eigenschaften gefordert werden, z. B., höhere Härte an der Berührungsstelle und gute Verschweißbarkeit an der Verbindungsstelle, Festigkeit an Oberfläche und Zähigkeit im Kern. Man hat bislang immer Kompromisse gemacht und findet zwei Auswege. In dem ersten Weg wendet man sich an die hochwertigen Werkstoffe, die die Beanspruchung von allen Seiten befriedigen können, z. B., durch das Zulegieren von Cr und Ni in Stählen. In dem zweiten Weg sind eine Reihe von Methoden für die Oberflächenhärtung bzw. -veredlung entwickelt worden. Die beiden Maßnahmen bringen die Kostensteigerung mit sich. Viel mehr wirtschaftlich ist es aber, schon in Gußgefüge die Mikrostruktur vor allem die Verteilung der Legierungskomponenten nach der praktischen Beanspruchung willkürlich einzustellen. Diese Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere teilweise erstarrte Metallschmelzen oder teilweise erschmolzene Metallbänder mit verschiedenen Zusammensetzungen, mit oder ohne eine primären Kühlung, in einer Kokille zusammengeführt werden, und sich dort dann in ein kompaktes Stück erstarren.

Fig. 1 zeigt den Erstarrungsvorgang zwei flüssiger Ströme aus den Verteilern 1 und 2. Nach der primären Kühlung an den oberen Kokillen 3-3′ und 4-4′ können sich die beiden Schmelzenteile schon partiell erstarren. Nach dem Zusammenfließen in die untere Kokille 5-5′ können sich die festen Randzonen allerdings wieder schmelzen. Die Schmelze von den beiden Teilen mischt sich und es bildet sich nach dem Erstarren ein nahtloses kontinuierliches Gefüge. Im Unterschied zu der Herstellung der sogenannten "Bi-Metals", die kaum Anwendung in der Stahlindustrie finden, sind zuerst hier keine sprunghafte Grenze zwischen den beiden Bestandteilen vorhanden und der Übergang ist glatt und stetig. Ferner läßt sich durch die Einstellung der Position sowie der Abkühlungsstärke der Kokillen 3-3′ und 4-4′, insbesondere 3′ und 4′, und durch die Bandgeschwindigkeit die Dicke der erstarrten Randzone bei der primären Kühlung regulieren, so daß die Menge der umgeschmolzenen Randzone und die Stärke der Mischung der beiden Teile kontrollierbar ist. Auf dieser Weise läßt sich ein kontinuierlich verlaufendes Konzentrationsprofil, ganz glatt oder sehr steil, in dem erstarrten Gußstück erzielen.

Fig. 2 verdeutlicht das auf dem selben Prinzip aufbauende Sandwich-Verfahren. Anstatt 2 werden nun 3 Schmelzeteile in einer Kokille zusammengefügt. Dies weist daher auch gleich darauf hin, daß das Verfahren auch für mehr Ströme und für komplizierte Kokilleformen zu erweitern ist.

Die oben beschriebenen Verfahren für mehrere Schmelzenströme sind besonders für die Fälle günstig, wobei sich alle Bestandteile nur in die Zusammensetzung einiger Legierungselemente unterscheiden. Daher kann die Schmelze aus dem Ofen in verschiedene Pfannen zu verschiedenen Legierungsbehandlungen gebracht und dann zusammen in einer Kokille gegossen werden. Anderenfalls für zwei ganz andere Stoffe, z. B. für eine intermetallische Verbindung und ein Metall, kann sich das alternative Verfahren wie Fig. 3 gezeigt empfehlen. Ein flüssiges Teil und ein festes Teil sind nun zu integrieren. Während das flüssige Teil wie Fig. 1 bzw. Fig. 2 behandelt wird, wird das feste Teil unmittelbar vor dem Zusammenfügen zum Teil auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes erwärmt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines Gußstückes, in dessen Querschnitt die Zusammensetzung der Legierungskomponenten oder die Mikrostruktur nicht gleich verteilt ist, sondern sich zweckentsprechend kontinuierlich ändert.

2. Verfahren nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück durch das Stranggießen hergestellt wird, indem mehrere teilweise erstarrte Schmelzen oder teilweise erschmolzene Bänder mit verschiedenen Zusammensetzungen in einer Kokille zusammengeführt werden und sich dann in einem vollständigen Gußstück erstarren.

3. Verfahren nach 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zusammenfluß in der Hauptkokille eine primäre Kühlung durch die zusätzliche Kokillen vorhanden ist, so daß der Konzentrationsverlauf kontrollierbar ist.