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Verfahren und Form zur Herstellung von Formstücken aus metallen und
Legierungen Die Formgebung von Metallen und Legierungen, insbesondere solchen, die
sich durch große Widerstandsfähigkeit in chemischer, thermischer oder mechanischer
Beziehung auszeichnen, begegnet sehr häufig erheblichen Schwierigkeiten. Beispielsweise
gelingt es bis heute nicht, Chromnickellegierungen mit Chromgehalten von über 3o
bis 35 °/o Chrom zu walzen oder zu ziehen, geschweige denn, sie etwa zu nahtlosen
Rohren o. dgl. zu verarbeiten. Ebenso gelingt es häufig nicht oder nur mit außerordentlicher
Mühe, sogenannte Hartmetalle, also beispielsweise Wolfrarnkarbid, zu solchen Werkzeugen
zu formen, für die sie infolge ihrer vorzüglichen mechanischen und thermischen Festigkeit
geeignet wären. Bei Metallen und Legierungen mit besonders hohen Schmelzpunkten
bereitet bereits das Gießen häufig große Schwierigkeiten oder gelingt überhaupt
nicht. Die nachstehende Erfindung gibt einen Weg an, auf dem sich ohne nennenswerte
Mühe Formstücke der verschiedensten Art aus beliebigen Metallen und Legierungen
gewinnen lassen.
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Die Erfindung sei- zunächst an dem Beispiel eines einseitig geschlossenen
Rohres erläutert. Zu diesem Zwecke führt man in das geschmolzene Metall oder die
geschmolzene Legierung mit regelbarer Geschwindigkeit ein Rohr a (Abb. i) aus einem
gut wärmeleitenden metallischen Baustoff ein. Dieses Rohr ist mit einer Kühlvorrichtung
versehen, bei spielsweise derart, daß durch ein seitliches Ansatzrohr b am oberen
Ende Kühlwasser einströmt und dieses in einem konzentrisch im Innern des eingeführten
Rohres a befindlichen Hohlzvlinder c nach oben abfließt. Beim Eintauchen dieses
Kühlrohres a in die Schmelze bildet sich sofort eine allmählich wachsende Kruste
d des erstarrten Metalls oder der Legierung an ihm. Durch die beschriebene Kühlvorrichtung
wird erzielt, daß stets der Teil des eingeführten Rohres, der gerade mit dem flüssigen
Metall in Berührung kommt, am stärksten gekühlt wird, so daß die Erstarrung an dieser
Stelle einsetzt. Es ist für diesen Zweck nicht notwendig, daß das einzutauchende
Rohr a aus einem Baustoff besteht, dessen Schmelzpunkt über dem des geschmolzenen
Metalls liegt. Es gelingt z. B. ohne weiteres, eine geschmolzene Chromnickellegierung,
deren Schmelzpunkt bei etwa i 500° -liegt, an einem Kupferrohr erstarren zu lassen.
Gegenüber üblichen Gießverfahren gewinnt man mit dieser Arbeitsweise noch den Vorteil,
daß man mit einer Form, also beispielsweise einem Rohr a, Formstücke verschiedener
Wandstärke herstellen kann. Die Wandstärke der sich um das Rohr a bildenden Hülle
d kann dabei auf verschiedene Weise variiert werden. Zunächst läßt sich eine beliebige
Wandstärke dadurch erreichen, daß man das Rohr nur für eine bestimmt abgemessene
Zeit in die Schmelze hält. Eine andere Möglichkeit ist die, das Rohr bis zum Eintritt
eines stationären Zustandes zwischen
dem flüssigen und festen Anteil
des Schmelzgutes in diesem zu belassen, die Wandstärke aber dadurch zu regeln, daß
man die Schmelze auf eine genau einstellbare Temperatur erhitzt. Je nach der Höhe
dieser Temperatur wird die Kühlvorrichtung zur Erzielung einer mehr oder minder
großen Wandstärke des erstarrenden Metalls oder der erstarrenden Legierung ausreichen.
Nachdem die gewünschte Wandstärke erreicht ist, wird das eingetauchte Rohr a mitsamt
der anhängenden Kruste d aus der Schmelze herausgezogen und das Kühlrohr a von seiner
Hülle d entweder auf mechanischem Wege durch Abschlagen oder, wenn das erstarrte
Metall an ihm zu fest haftet und beispielsweise aus einer säurebeständigen Legierung
besteht, durch Herauslösen des Kühlrohres a von diesem entfernt. In den Fällen,
in denen diese letzte Maßnahme erforderlich ist, empfiehlt es sich, nicht die ganze
Kühlvorrichtung aus einem Stück zu arbeiten, sondern den unteren Teil des Außenmantels,
also das einzutauchende Rohr a, beispielsweise durch Verschrauben mit dem oberen
Teil e bzw. der eigentlichen Kühlvorrichtung zu verbinden, so daß also jeweils nur
das untere Rohrstück a ersetzt zu werden braucht. Um eine möglichst intensive Kühlwirkung
zu erzielen, ist es zweckmäßig, den inneren Hohlzylinder c, der zur Ableitung des
Kühlwassers dient, außenseits mit Rippen f zu versehen, die in dem Zwischenraum
zwischen Außenmantel a und Hohlzylinder c eine schraubenförmige Bewegung des Kühlwassers
verursachen. Da es sich nun durch Versuche herausgestellt hat, daß ein Schmelzen
des Außenrohres a am leichtesten an den Stellen eintritt, die diesen Rippen f gegenüberliegen,
da dort eine Verhinderung des Wärmeüberganges auftritt, empfiehlt es sich,, diese
Rippen f an ihrem freien Ende spitz zulaufen zu lassen, um die Stellen der Wärmestauung
im Kühlwasser möglichst gering zu halten. Zur Erhöhung der Kühlwirkung kann-man
noch zwischen Hohlzv linder c und Außenmantel a propellerartige Leitbleche einbauen,
die eine Wirbelung des Kühlwassers bewirken und dadurch dafür sorgen, daß das erwärmte
Wasser von der Außenwand nach dem Inneren zu fließt und das zunächst dem inneren
Hohlzylinder c anliegende nach der Außenwand a strömt.
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Nach dem Abschlagen bzw. Ablösen des erstarrten Metalls von dem Kühlrohr
kann das gebildete rohe Formstück gegebenenfalls durch Abdrehen, Schleifen oder
andere spanabhebende Methoden fertig bearbeitet werden.
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Selbstverständlich erstreckt sich die Erfindung nicht ausschließlich
auf die Herstellung einseitig geschlossener Rohre, die lediglich als Beispiel gewählt
wurde. In entsprechender Weise ist es beispielsweise auch möglich, nicht ein gekühltes
Rohr in die Schmelze einzutauchen, sondern einen gekühlten Stab, beispielsweise
von rechteckigem Querschnitt, von dem dann nach erfolgter Erstarrung mehrere flache
Formstücke abgeschlagen werden können.
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Eine besonders geschickte Anwendung des Verfahrens ist ferner die
in Abb. 2 wiedergegebene. Die Kühlvorrichtung wird dabei in Gestalt eines aus beispielsweise
vier Flachstäben gebildeten Rahmens ausgeführt bzw. aus vier rechteckigen Hohlkörpern
g, deren jeder für sich gekühlt werden kann. Als Schlußstück führt man einen beispielsweise
ebenfalls rechteckigen Hohlkörper la ein, so daß also gewissermaßen ein Kasten ohne
Boden entsteht, dessen fünf Wände aus wassergekühlten Quadern bestehen. Bei genügend
intensiver Kühlung wird der ganze Innenraum dieses Kastens mit festem Metall d erfüllt.
Um die Bildung von Luftblasen beim Einführen der Form in die Schmelze zu vermeiden,
kann beispielsweise der Deckel der Form mit einer Bohrung versehen sein, in die
ein Rohr i eingesetzt ist, das mit einer Luftpumpe verbunden ist. Auf diesem Wege
läßt es sich erreichen, daß die Form vollständig mit Metall erfüllt wird. Nach dem
Herausziehen der Form aus der Schmelze kann man die Form in die Seitenwände g und
den Dekkel la zerlegen und das gebildete Formstück herausnehmen, wie dies bei üblichen
Gießformen bereits bekannt ist. Man kann aber auch die Seitenwände g dauernd fest
miteinander verbunden lassen und den Deckel lt beweglich anordnen, so daß
das entstandene Formstück nachträglich durch das Einschieben des Deckels h in die
Form nach unten herausgestoßen werden kann. Dies ist besonders dann zweckmäßig,
wenn die Seitenwände der Form konisch angeordnet sind.
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Um in dem letzten Beispiel zu verhindern, daß das flüssige Metall
auch an den Außenwänden der Form zum Erstarren kommt, kann man diese mit einer wärmeisolierenden
Masse k, z. B. Korund, belegen. Eine solche Belegung ist naturgemäß auch überall
dort vorzunehmen, wo etwa Aussparungen des Formstückes erzielt werden sollen. Die
Fertigbearbeitung der Formstücke erfolgt dann, wie in dem ersten Beispiel angegeben.
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Vorstehend sind einige wenige Ausführungsbeispiele gegeben. Die Möglichkeit
der Ausbildung und des Aufbaues der Formen, der Regelung der Kühlung bzw. der Wärmeisolierung
an einzelnen Stellen der Form zur Erlangung verschieden großer Wandstärken und schließlich
die Art und Weise der Entfernung des fertigen Formstückes aus der
Form
ist so mannigfaltig, daß es nicht möglich ist, sämtliche einzelne Ausführungen anzugeben.