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Verfahren zur Herstellung lunkerfreier Metallbarren Barren aus Stahl
oder anderen Metallen oder Legierungen werden bisher üblicherweise in Kokillen gegossen,
die im wesentlichen rechteckigen oder runden Querschnitt haben. Trotz der Verwendung
von verlorenen Köpfen, in denen sich der Hauptlunker bildet, bleiben die fertigen
Barren indessen etwas porös. Für bestimmte Zwecke, z. B. bei der Herstellung von
Kolben für pneumatische Gesteinbohrer, Ventilsitze und Ventile, die großen Drücken
ausgesetzt sind, oder auch für den Flugzeugbau oder andere ähnliche Verwendungszwecke
ist es daher notwendig, einen großen Teil des Barrens herauszuschneiden und nur
denjenigen Teil zu verwenden, der vollständig frei von porösen Stellen, Schlacken
und Schrumpfungen ist.
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Gemäß der Erfindung wird nun nicht allein der Kopfteil des Barrens
wie nach der herrschenden Praxis entfernt, sondern gleichfalls wird, nachdem der
Barren in seiner Längsrichtung aufgetrennt ist, derjenige Teil jeder waagerechten
Ebene entfernt, der zuletzt erkaltet ist. In dieser Hinsicht unterscheidet sich
die Erfindung grundsätzlich von der bisher üblichen Praxis. Der ungefähre Betrag
dieses zuletzt erkaltenden Teiles, der erfindungsgemäß beseitigt werden muß, umfaßt
etwa to bis 300/, des Gesamtgewichtes des Barrens, die hauptsächlich aus dem mittleren
Teil des Eingusses herausgenommen werden. Wenn ein sehr hoher Vervollkommnungsgrad
erwünscht ist, können etwa 5o°/, des Gesamtgewichtes aus dem mittleren Barrenteil
entfernt werden. Dies kann dadurch geregelt werden, daß die Barren näher oder ferner
von ihrer Mittelachse aufgetrennt werden. Die Hinweise auf waagerechte Ebenen und
Längsachsen beziehen sich auf Barren, die aufrechtstehend gemäß der üblichen Praxis
gegossen werden. Die Erfindung kann aber gleichfalls auf Barren angewandt werden,
deren Längsachse geneigt oder gar waagerecht liegt.
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Gemäß der Erfindung wird der Barren in einer Kokille gegossen, die
Ausbuchtungen aufweist, derart, daß am Barren leistenartige Vorsprünge ausgeformt
werden, die sich von dem mittleren Grundkörper des Barrens nach außen hin erstrecken.
Alle Schrumpfungen, Lunker oder porösen Stellen, die in einem Barren bestehen können,
werden dann in seinem mittleren Teil sich ansammeln, während die Leisten von diesen
Fehlern befreit sind. Die Leisten werden dann von dem verhältnismäßig porösen Grundkörper
getrennt und durch Walzen oder andere Formgebungsverfahren zu den gewünschten Werkstücken
o. dgl. weiterverarbeitet.
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Es sind nun bereits Verfahren bekannt geworden, in welchen der fertiggegossene
Barren
in einzelne Teile derart aufgeteilt wurde, daß ein poröser
und daher unbrauchbarer Mittelkörper übrigblieb, der nicht verwendet wurde. In diesem
Falle teilte man aber den Barren so .ungünstig, daß der Gebrauch der ganzen, von
einem Barren abgetrennten Teile unmöglich war, wenn auf Lunker-, Schlacken- oder
Schrumpfungsfreiheit Wert gelegt wurde. Auch eine für diesen Zweck vorgeschlagene
Gußform, in welcher Barren gegossen -werden können, die Fortsätze erkennen lassen,
ist bereits bekannt geworden. Dieser Barren soll dann in Barrenteile quadratischen
Querschnitts aufgeteilt werden; bei diesem Vorgehen entsteht aber der gleiche Nachteil
wie bei dem-bekannten Verfahren, nämlich eine beträchtliche Menge poröser Stellen
bleibt in allen Barrenteilen.
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Gemäß der Erfindung aber wird erreicht, daß die radialen Längsrippen
oder -leisten vollständig frei von porösem Metall sind, dessen Anwesenheit auf den
Mittelkörper allein beschränkt ist. Auf diese Weise wird es möglich, die Maximalmenge
verwertbaren Metalls eines Barrens zu erhalten. Der Vorteil ist auch nur durch die
Anordnung radial sich erstreckender Flanschen erreichbar, die sich nach außen hin
verjüngen und durch diese Form gestatten, daß mit Hilfe des Walzverfahrens eine
überall gleichförmige Dichte des Metalls erzeugt werden kann.
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Demnach richtet. sich also die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung
lunkerfreier Metallbarren und kennzeichnet sich dadurch, daß mehrere Barren gleichzeitig
als im wesentlichen radiale Längsrippen oder -leisten an einem gemeinsamen zentralen
Kernteil, in dem sich die Lunkerung vollzieht, gegossen und nach Erstarrung von
dem Kernteil abgetrennt werden. Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß
den Längsrippen oder -leisten im Querschnitt eine sich nach außen verjüngende Form
gegeben wird.
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In den beigefügten Zeichnungen sind einige vorzugsweise Ausführungsbeispiele
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Abb. z eine Ansicht
einer Kokille, Abb. 2 einen Schnitt nach der Linie II-11 der Abb. i mit einem Barren
in der Kokille, Abb. 3 und q. ähnliche Schnitte, wie in Abb. 2 dargestellt, jedoch
für Barren mit q. bzw. 5 Leisten, Abb. 5 einen ähnlichen Schnitt wie in Abb. 2,
3 und q. dargestellt als weiteres Abänderungsbeispiel, Abb.6 einen waagerechten
Schnitt durch eine der Leisten an einem Barren nach der Trennung der Leiste vom
Grundkörper des Barrens.
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In den Abb. i bis 2 ist eine Kokille 2 dargestellt, die im wesentlichen
dreischenkligen Querschnitt besitzt. Die Kokille besteht aus drei Einzelteilen 3,
q. und 5, welche miteinander durch .Bolzen 6 und Muttern 7 verbolzt sind. Die Kokille
weist Ausbuchtungen 8 auf, die sich radial von dem mittleren Raum 9 nach außen erstrecken.
Jede Ausbuchtung 8 verjüngt sich nach außen zu einem Zweck, der später beschrieben
werden soll.
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Beim Gießen eines Barrens in der dargestellten Kokille wird das Metall
in üblicher Weise vorzugsweise durch einen verlorenen Kopf eingefüllt. Das Metall
füllt die Ausbuchtungen 8 an und formt einen Barren mit einem mittleren Teil io
und sich von diesem erstreckenden Leisten ii. Jede der Leisten =i hat drei Außenseiten,
die von der Kokille gekühlt werden. Diejenige Seite der Leiste ii, die mit dem mittleren
Teil io des Barrens in Verbindung steht, bleibt längere Zeit heiß als die anderen
Seiten der Leisten, die mit den Kokillenwänden in Berührung sind. Die Kühlwirkung
wird also auf den Barren zuerst auf jene Seiten einwirken, die nächst den Kokillenwänden
liegen, derart, daß die Leisten ii ohne poröse Stellen oder Schlackenabscheidungen
gebildet werden. Der einzige poröse Teil des Barrens ist der Mittelteil io.
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Die Leisten ii werden dann längs der Linien 15 vom Mittelteil des
Barrens abgetrennt, der als letzter erkaltet ist. Nach der Trennung werden die Leisten,
die nun vollständig erstarrt sind, gewalzt, geschmiedet oder auf andere Weise in
die gewünschten Gegenstände o. dgl. umgeformt.
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Der in Abb. 3 dargestellte Barren ähnelt dem Barren nach Abb. 2. Der
Unterschied besteht lediglich darin, daß hier vier Leisten ija anstatt deren drei
vorgesehen sind. Die gewöhnliche Kokillenform 2o mit im wesentlichen quadratischen
Querschnitt kann in eine Kokille umgewandelt werden, mittels derer die Erfindung
ausführbar ist. Zu diesem Zweck werden Füllstücke 2i in die Ecken der Kokille eingesetzt,
um eine Kokille mit Ausbuchtungen 8a zu formen, in welcher die Barren mit Leisten
iia gegossen werden können. Ein in dieser Kokille gegossener Barren wird derart
weiterbehandelt, daß die Leisten iia längs der Linien 15a von dem mittleren Teil
des Barrens getrennt werden.
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In Abb. q. ist eine Kokille mit fünf Ausbuchtungen 8b dargestellt,
mittels welcher ein Barren mit fünf Leisten iib, die sich radial nach außen erstrecken,
hergestellt werden kann. Die Erfindung zielt auf die Herstellung von Barren hin,
die in gewissen Grenzen jede beliebige Anzahl von Leisten aufweisen können.
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Die in Abb. 5 dargestellte abgeänderte Form einer Kokille hat Ausbuchtungen
8c für Leisten ii° am fertigen Barren. Weiterhin sind Ausbuchtungen 25 in der Kokille
vorgesehen, durch welche Leisten 26 am Barren gebildet werden.
Von
einem in dieser Kokille hergestellten Barren werden die Leisten iic längs der Linien
15c von dem verbleibenden Rest abgetrennt und zur Herstellung der gewünschten Gegenstände
weiterbearbeitet. Die Ausbuchtungen 25 in der Kokille und die entsprechend geformten
Leisten 26 am Barren sind zu dem Zweck vorgesehen, um die Schrumpfungen und Ablagerungen
nach der Stelle 27 in der :Mitte des Barrens zu leiten und um die Leisten iie vollständig
frei von derartigen Fehlern zu machen.
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Die dargestellten Kokillen bestehen aus einzelnen Teilen, die miteinander
verbolzt sind, um die Kokille selbst leicht entleeren zu können; gegebenenfalls
können auch an Stelle mehrteiliger in einem Stück bestehende Kokillen Verwendung
finden, und jede Anzahl von Ausbuchtungen kann in den Kokillen vorgesehen sein,
um eine entsprechende Anzahl von Leisten an den Barren auszuformen.
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Die Ausbuchtungen 8, 8d, 8b und 81> sind vom mittleren Teil der Kokille
aus nach außen vorzugsweise abgeschrägt. In Abb.6 ist eine Leiste ii dargestellt,
die in einer Kokille gemäß Abb. z gegossen ist. Wie erwähnt, sind diese Leisten
ir im wesentlichen frei von porösen Stellen, Ablagerungen usw. Indessen verbleibt
ein kleiner Querschnittsteil 12, der nicht ganz so dicht ist wie der übrige Teil
der Leiste. Dies erklärt sich aus der Tatsache, daß der Teil 12 der zuletzt erkaltende
Teil der Leiste ist. Um die Dichte des aus dieser Leiste hergestellten Walzmaterials
absolut gleichmäßig zu erhalten, werden die Leisten leicht nach außen sich verjüngend
gegossen. Bei Betrachtung des ganzen Barrens wird demzufolge der innere Teil 3o
der Leiste beim Walzen stärker bearbeitet als der außenliegende Teil 31. Durch diese
stärkere Bearbeitung des Teiles 30 erhält das ganze Material im wesentlichen durch
und durch gleiche Dichte.
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Nach dem Walzen, Schmieden oder der anderweitigen Formgebung der Leiste
ii wird sie zu irgendeinem Gegenstand weiterverarbeitet.
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Kolben für Gesteinbohrer, die gemäß der Erfindung hergestellt werden,
sind frei von porösen Stellen und anderen Fehlern und ganz besonders den Anforderungen
gewachsen, die an sie gestellt werden. Wenn ein Kolben für einen Gesteinbohrer auch
nur wenig porös ist, wird er wahrscheinlich unter der Kraft zerbrechen, die durch
die gewaltigen Schläge des Kolbens auf die anderen Teile des Gesteinbohrers ausgeübt
wird.
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Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf die Herstellung von Gegenständen
aus legiertem Stahl, die sehr teuer sind und bei welchen es wünschenswert ist, denjenigen
Teil des Barrens, der notwendigerweise wegen seiner porösen Eigenschaften entfernt
werden muß, auf ein Minimum zu beschränken.
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Gegebenenfalls können die Barren auch in Kokillen gegossen werden,
die während des Eingusses gedreht werden, um das Metall vom mittleren Teil der Kokille
aus in die die Leistenform darstellenden Ausbuchtungen zu drängen.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern verschiedene Abänderungen scheinen denkbar, ohne den Bereich
der Erfindung zu verlassen.