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Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Gegenständen aus Eisen-
oder Metallegierungen, insbesondere Hohlbohrern usw. z Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Gegenständen aus Eisen- oder Metallegierungen.
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Bisher wurden Kerne aus Kupfer oder Manganhartstahl in einen Ingot,
welcher ein Axialloch durch Bohren erhalten hatte, eingebracht und dann erhitzt,
gewalzt, geschmiedet usw.
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Der Dorn wurde hierbei in den kalten Rohling eingesetzt und das Axialloch
entsprechend groß gewählt, damit das Einsetzen des Dornes leicht erfolgen konnte.
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Diese bekannten Verfahren wurden bereits in verschiedener Weise abgeändert,
wie- etwa bei dem sogenannten Sandkernverfahren, bei welchem zur Verhütung der durch
die Sandfüllung sich bildenden rauhen Innenfläche ein in einem hohlen Knüppel eingesetztes
Rohr vorgesehen wird, in welches Sand, gemahlene Kohle usw. gefüllt wird und das
nach erfolgter Warmverformung aus dem Hohlkörper herausgezogen wird. Auch hier war
der Durchmesser des einzusetzenden Rohres entsprechend kleiner als- die Bohrung
des axialen Loches, so daß das Rohr leicht eingeschoben werden konnte. Man hat ferner
bereits die Enden der Kerne birnenkopfartig ausgebildet, um die Bildung von blinden
Enden möglichst zu verhüten und anderes mehr. Unterschiedlich von diesen bekannten
Verfahren besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß ein Dorn, dessen Durchmesser
nahezu gleich oder größer ist als die Bohrung des kalten Rohlings, in den erhitzten
und durch die Erhitzung ausgedehnten Rohling eingeführt wird, worauf erforderlichenfalls
der Rohling mit dem Dorn neuerlich erwärmt und in an sich bekannter Weise ausgewalzt
werden.
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Der auf tieferer Temperatur befindliche Kern erwärmt sich nach Einführen
in den Rohling sehr rasch, und zwar um so mehr, je inniger er zum Anliegen kommt,
wobei er sich seiner Temperaturerhöhung entsprechend ausdehnt.
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Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist der Durchmesser
des Dornes größer als der Durchmesser der Bohrung des Rohlings. Der Rohling wird
dann teilweise oder ganz einem hohen Innendruck durch den sich allein oder jedenfalls
stärker als der Rohling ausdehnenden Kern unterworfen. Die die Bohrung umgebenden
Randschichten des Rohlings kühlen entsprechend der Wärmeabgabe an den Kern, soweit
diese Wärmeabgabe nicht durch Wärmezuleitung von den äußeren Randschichten des Rohlings
ersetzt wird, etwas aus, und es geht eine unelastische
Formänderung
des Rohlings vor sich. Die vorerwähnte Formänderung erfolgt unter hohem Druck des
sich ausdehnenden Kerns. Dieser Druck ist jedenfalls im Verhältnis zu den bei sonstigen
mechanischen Verformungen wirksamen Kräften von sehr gleichmäßiger Wirkung und ist
wahrscheinlich die Ursache einer vorteilhaften Gefügeänderung. Wie immer diese Vorgänge,
deren wissenschaftliche Aufklärung noch nicht völlig gelungen ist und durch welche
die Erfindung nicht eingeschränkt werden soll, verlaufen möge, so ist das Resultat
dieses Verfahrens äußerst vorteilhaft.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann also beispielsweise so durchgeführt
werden, daß der Rohling zunächst auf höhere Temperatur t1 erhitzt wird und, gegebenenfalls
nach Entfernung von Zunder, ein auf erheblich tieferer Temperatur t, befindlicher
Kern eingesetzt wird, dessen Durchmesser bei dieser tieferen Temperatur t, dem Innendurchmesser
des auf t1 erhitzten und entsprechend ausgedehnten Rohlings annähernd entspricht,
wobei der j e nach der gewünschten Art der Einführung des Dornes mit oder ohne mechanische
Hilfsmittel erforderliche Spielraum zu berücksichtigen ist.
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Diese Temperaturen t1 und t2 und ihnen entsprechend die verhältnismäßig
größere Ausdehnung des bei seiner späteren Erhitzung über ein größeres Temperaturintervall
erhitzten Kernes können in weiten Grenzen schwanken, ohne aus dem Schutzbereich
der Erfindung zu fallen, wenn auch die Effekte verschieden sind, die aber alle gegenüber
dem bisherigen Stande der Technik fortschrittlich erscheinen.
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Für den Rohling kommen die verschiedenartigsten Eisen- und Metallegierungen
in Betracht, welche sich sinngemäß für dieses Warmwalzverfahren eignen, wie beispielsweise
an sich für diese Zwecke bekannte einfache Kohlenstoffstähle, aber auch legierte
Stähle.
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Man kann für den Kern Materialien wählen, die an sich für diesen Zweck
bekannt sind, d. h. Legierungen, welche ein Herausziehen des Kernes nach erfolgter
Verformung erleichtern, also eine hohe Festigkeit neben hoher Zähigkeit aufweisen.
Beispielsweise eignet sich für den Kern ein Stahl mit hohem Mangan- und Nickelgehalt,
die bekannten au$tenitischen Manganstähle, Chrom-Nickel-Stähle usw.
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Der Kern oder der Rohling oder beide können vor dem Einführen des
Kernes in den Rohling mit einer das Anschweißen des Kernes, an den Rohling verhindernden
Schicht, wie beispielsweise mit einer Schicht aus Graphit, versehen werden. Der
Rohling wird nach obigem auf eine Temperatur ti erhitzt, welche über etwa 300° C,
aber vorzugsweise in der Nähe der Walztemperatur liegt. Der Rohling wird demnach,
etwa im Falle von einfachen Stählen, vorzugsweise auf eine Temperatur t1 zwischen
goo° C und i ioo° C, aber je nach Zusammensetzung auch tiefer als goo° oder höher
als iioo° C erhitzt, derart, daß eine möglichst große Ausdehnung des Rohlings erzielt
wird, wobei man darauf zu achten hat, daß die bekannten ungünstigen Strukturveränderungen
zufolge zu hoher Erhitzung eben noch nicht eintreten. Eine Temperatur von 120o°
wird bei den meisten Materialien nicht mehr in Betracht kommen und noch weniger
Temperaturen, bei welchen ein Unbrauchbarwerden eintritt.
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Der Kern weist vorzugsweise bei seinem Einsetzen in den Rohling Raumtemperatur
auf oder kann gegebenenfalls zur Schonung des Kernmaterials, je nach Zusammensetzung
desselben, schwach erwärmt sein.
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Es ist selbstverständlich zumeist vorteilhaft, die Temperaturdifferenz
t1 bis t2 groß zu wählen, d. h. ti entsprechend ungefähr der Verformungstemperatur,
und den Kern kalt einzusetzen. Teileffekte, welche immer noch wertvoll gegenüber
dem bisherigen Stande der Technik erscheinen, können aber schon bei wesentlich geringeren
Temperaturdifferenzen, also beispielsweise bei wesentlich geringerer Temperatur
des Rohlings erhalten werden.
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Man kann bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens die Temperatur
t., mit welcher der Kern in den Rohling eingeführt wird, auch unterhalb der Raumtemperatur
wählen, in welchem Falle zweckmäßig für den Kern gegen Temperaturschwankungen weniger
empfindliche Eisenlegierungen verwendet werden.
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Man kann auch Dorne mit einem Durchmesser verwenden, welche selbst
in den hocherhitzten Rohling nicht von Hand aus eingeführt werden können. Die Einführung
erfolgt in diesem Falle unter entsprechender Druckanwendung und Zuhilfenahme mechanischer
Einrichtungen sowie gegebenenfalls keilförmiger Gestaltung des Kernes an der Spitze.
Diese Ausführungsformen sind umständlicher und an sich nicht erforderlich, sollen
aber ebenfalls als unter den Schutzbereich der Erfindung fallend angesehen werden.
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Man kann bei anderen Ausführungsformen einen Kern auch in einen nicht
vorgebohrten und entsprechend erhitzten Rohling unter Anwendung sehr höhen Drucks
einpressen und gegebenenfalls auf diese Weise den Rohling vorlochen und sodann einen
kalten Kern wie
früher einsetzen, erforderlichenfalls nach vorheriger
Temperaturregulierung des Rohlings.
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Die erfindungsgemäße Behandlung des Rohlings vor dem Walzen kann noch
gegebenenfalls durch thermische Zwischenbehandlung--n verbessert werden.
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Man kann den Kern aus einer Legierung wählen, deren Ausdehnungskoeffizient
in einem Teil oder in dem ganzen in Betracht kommenden Temperaturintervall größer
ist als der Ausdehnungskoeffizient der Eisen-, Stahl- oder Metallegierung, aus welcher
der Rohling besteht. Hierdurch wird eine Steigerung des Innendrucks erzielt, doch
ist die Erfindung auf diese zusätzliche Maßnahme nicht eingeschränkt.
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Man kann in die Bohrung des erhitzten Rohlings vor dem Einführen des
Kernes ein mit dem Rohling sich verschweißendes, beispielsweise rostfreies Futterrohr
einsetzen. Es ist in diesem Falle zumeist vorteilhaft, das Futterrohr mit Raumtemperatur
oder nur schwach angewärmt einzusetzen, wobei es bei dieser Temperatur einen dem
erhitzten Rohling angepaßten Durchmesser aufweisen soll.
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Es können auch korrosionsfeste Überzüge vorgesehen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung der verschiedensten
röhrenförmigen Hohlkörper, Hohlbohrer usw., Rohre, Rohrläufe für Schußwaffen u.
dgl. mehr. Seine Anwendung ist um so vielseitiger, als die verschiedenartigsten
Legierungen verwendet werden können.
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Die nach diesem Verfahren erhaltenen Gegenstände weisen ein homogenes
Gefüge und vorzügliche Güteeigenschaften auf. Dabei kann unter Umständen ein solcher
Gegenstand im Gebrauche wiederholt wärmebehandelt werden, wie dies zur Herstellung
von neuen Schneiden usw. erforderlich wird, ohne daß die vorteilhaften Eigenschaften
verlorengehen.
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Durch das innige Anliegen des Kernes in der Bohrung, insbesondere
bei den vorzugsweisen Ausführungsformen der Erfindung, ist es möglich, jegliche
Verzunderung praktisch auszuschließen, ein Ovalwalzen und daher auch jede mit Materialrissen
verbundene Faltenbildung zu vermeiden. Es wird der Ausschuß verringert, und es werden
auch Materialersparnisse erzielt.
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Ein nach diesem Verfahren hergestellter Hohlbohrstahl zeigt ein vergleichsweise
höheres Härteintervall.
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Ausführungsbeispiel Der Rohling besteht aus einem Material, wie solches
für Gesteinsbohrer geeignet ist, unter anderem beispielsweise aus einem Stahl mit
0,7 bis o,8 C, o,25 bis 0,35 Mn, o,15 bis 0,25 Si, P und S,
zusammen nicht über o,o5 °/o. Der Stahl in Form eines Zaggels mit gebrochenen Kanten,
Länge von etwa o,6 bis o,8 m, Durchmesser zoo mm, wird mit einem Loch von etwa 3ö
mm versehen, und werden beide Enden zur Verhütung von Innenverzunderung mit Lehmstopfen
verschmiert. DerZaggel wird sodann in einem Ofen langsam entsprechend den bekannten
Erfahrungen auf eine =Temperatur von etwa 8oo bis goo° C erhitzt, an den Rand des
Ofens gebracht und ein kalter Dorn, welcher etwa um o,2 mm stärker ist als die Bohrung
des kalten Rohlings war, also ungefähr 30,2 mm aufweist, und welcher gegen
Anschweißen vorher durch Anstreichen mit Graphit geschützt wurde, in die Bohrung
eingeführt. Der Rohling wird dann mit dem Kern in den Ofen geschoben und neuerlich
auf etwa goo° C erhitzt, sodann wird in bekannter Weise ausgewalzt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem der Innendruck noch weiter
erhöht werden soll, kann derart verfahren werden, daß ein Rohling wie oben erhitzt
wird und ein Kern mit 31 mm Durchmesser durch Fallhammer oder Presse in den
Rohling eingeführt wird, wonach man weiter wie oben vorgeht.
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Dem bisherigen Stande der Technik gegenüber sollen auch verschlechterte
Ausführungsformen der Erfindung als mitgeschützt erachtet werden, bei welchen der
Durchmesser des Dornes annähernd gleich und gegebenenfalls etwas kleiner als der
der Bohrung ist, sofern der Dorndurchmesser zu groß ist, um ein leichtes Einführen
des Dornes in den kalten Rohling zu gestatten, und der Dorn unter Ausnutzung von
erheblichen Temperaturdifferenzen in den verhältnismäßig ausgedehnten Rohling eingesetzt
wird. Denn es wird in solchen Fällen bereits die Möglichkeit der Verwendung stärkerer
Dorne, als solche nach dem jeweils vorhandenen Genauigkeitsgrad der Bearbeitung
in den kalten Rohling eingeführt werden könnten, erzielt und damit ein innigeres
Anliegen des Dornes, was an sich als wertvoller Fortschritt gemäß vorliegender Erfindung,angesehen
werden muß.
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Ein weitereZ Teil der Erfindung besteht in der Ausgestaltung zum Einbringen
von Rohrseelen, welche korrosionsfest sind oder andere besondere Eigenschaften für
Spezialzwecke aufweisen sollen. Hierzu wird ein Futterrohr entsprechender Zusammensetzung
erhitzt und der kalte Dorn von vorzugsweise etwas größerem Durchmesser in das heiße
Futterrohr eingezogen, wie oben beschrieben. Der Dorn kann einen Graphitanstrich
o. dgl. aufweisen, um ein eventuelles Anschweißen des Futterrohres an den Dorn zu
verhindern.
Dorn und Futterrohr werden dann auskühlen gelassen und
im kalten Zustand in den erhitzten Rohling eingeführt, wobei der Durchmesser des
kalten Dornes samt aufgezogenem Futterrohr zweckmäßig größer ist als der Durchmesser
der Bohrung des kalten Rohlings, ähnlich wie dies oben für andere Ausführungsformen
beschrieben wurde.
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Statt daß ein Futterrohr auf den Dorn aufgezogen wird, kann gegebenenfalls
der Dorn einen überzug aus einer Legierung, welche für den Spezialzweck, dem das
Futterrohr dienen soll, geeignet ist, durch Aufspritzen erhalten oder, wenn dies
wirtschaftlich ist, durch Tauchen des Dornes in ein Bad aus der geschmolzenen Legierung
u: dgl. mehr und sollen auch solche Ausführungsformen, wenn diese auch seltener
in Betracht kommen, als geschützt erachtet werden.
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Die Erfindung ist betreffs der Art des Auswalzens des Werkstückes
nicht eingeschränkt zu verstehen. Die Formveränderung des Knüppels kann in an sich
bekannter Weise fortschreitend unter Zuhilfenahme einer größeren Anzahl von Kalibern
erfolgen.