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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eiserner Schleudergußrohre
und nach dem Verfahren hergestelltes Schleudergußrohr Gegenstand der Erfindung ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eiserner Schleudergußrohre in
einer gekühlten Metallform mit einer Pulverschicht auf der Innenseite und ein neuartiges,
nach dem Verfahren hergestelltes Schleudergußrohr.
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Es ist bekannt, eine gekühlte metallische Schleudergußform mit einer
Schicht pulverfärmigen Stoffes, z. B. Ferrosilicium, in schraubenförmigen Bahnen
auszukleiden, kurz bevor das geschmolzene Eisen auf die Form zwecks Erzeugung des
Schleudergußrohres aufgebracht wird. Der trockene pulverförmige Stoff wurde durch
eine Vorrichtung eingeführt, die ihn lediglich innerhalb der Form auf deren Oberfläche
fallen ließ, wo er durch die Schleuderkraft festgehalten wurde. Auf diese Weise
wurde Weicheisen hergestellt. Es war jedoch nicht bekannt, daß die Dicke der 'Schicht
von entscheidender Bedeutung ist und die Eigenschaften des Eisens wesentlich beeinflussen
kann. Beim Gießen cles Eisens über die nach den bekannten Verfahren aufgebrachten
Schichten traten überdies Schwierigkeiten auf, die in der übermäßigen Dicke der
Schicht und ihrer mangelnden Gleichmäßigkeit begründet waren. Die Schicht hatte
die ausgesprochene Neigung, sich unter den statken Einwirkungen des geschmolzenen
Metalles zu verlagern, -,wodurch das Rohr zerstört wurde.
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Es ist auch bekannt, Überzüge von pulverförmigem Stoff auf feuerfest
ausgekleidete Schleude bwßformen zu dem Zweck aufzubringen, die Güte des Gußeisens
zu verbessern. Dieses Verfahren kann man mit dem der Erfindung nicht vergleichen,
da die auf den schon vorhandenen feuerfesten Überzug aufgebrachte zusätzliche Schicht
die Verfestigung des Eisens nicht merklich beeinflußt, da ja die feuerfeste Auskleidung
selbst die Abkühlung des Eisens bereits ganz wesentlich verzögert. In' feuerfest
ausgekleideten Formen gewonnene Röhren bestehen zwar aus Graueisen, sie besitzen
aber keine äußere Zone, in der Dendrite von Ferrit und/oder Perlit ineinandergreifen
oder die die anderen vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäß
hergestellten
Schleudergußrohr,es aufweisen.
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Das Verfahren zur Herstellung eiserner Schleudergußrohre in einer
gekühlten Metallform mit einer Pulverschicht auf der Innenseite hat die Merkmale;
daß kurz vor dem Einbringen des Gußmetalls in die Form mit Hilfe von Gas- oder Luftdruck
auf allen Teilen der Innenfläche des zylindrischen. Teiles der Metallform eine gleichmäßige
Schicht des Pulvers in der Stärke von höchstens o,025 mrü aufgeblasen wird. Die
Geschwindigkeit des Gases und die Menge des trockenen pulverfürmigen Stoffes, mit
dem das Gas beladen ist, werden in geeigneter Weise gewählt, so daß die obengenannte
dünne Schicht des Pulvers auf der Innenwandung der Form haftet.
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Das geschmolzene Metall wird so schnell, wie es praktisch möglich
ist, auf -die Auskleideschicht gegossen, vorzugsweise höchstens 6 Sekunden nach
der Auskleidung der Form. Hierdurch wird die Neigung der Schicht, zu gleiten oder
sich zu verlagern, wesentlich vermindert. Es scheint ferner an den Teilchen des
auskleidenden Stoffes eine adsorbierte Gashaut zu haften, die einen zwar kurzlebigen,
aber wichtigen Bestandteil der Auskleideschicht darstellt.
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Der Stoff für die Auskleidung wird der Form nur in so kleinen Mengen
zugeführt, daß der Überzug eine Dicke von höchstens 0,025 mm aufweisen würde, wenn
der gesamte Stoff in Berührung mit der Form bliebe. Benutzt man zur Auskleidung
Ferrosilicium, so wird zur Erzielung der besten Ergebnisse dem Gasstrahl so viel
Ferrosilicium zugeführt, daß bei gleichmäßiger Verteilung des gesamten eingeführten
Stoffes über die Formfläche sich eine Schicht von annähernd 0,oo75mm Dicke bilden
würde.
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Als Auskleidung eignen sich beispielsweise auch Kaolin, Talkum, Magnesit,
Ferromangan, Zirkon-Mangan-Silicium, Glimmer oder Steinkohle. Diese Stoffe werden
zweckmäßig in solchen Mengen eingeführt, daß bei vollständiger Verteilung auf der
Form Schichten von bzw. etwa 0,022 mm, 0,022 mm, 0,0r2 mm, 0,017 mm.,0,0076 mm,
0,o2 mm, 0,o25 mm entstehen.
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Bei der Herstellung von Schleudergußrohren nach der Erfindung -wird
also die Formfläche mit einem trockenen pulverförmigen Stoff solcher Schichtstärke
behandelt, daß das geschmolzene Gußeisen ohne Abschreckung zur Erstarrung kommt
und hierbei eine äußere Schicht erhält, in der Dendrite von Ferrit und/oder Pcrlit
ineinandergreifen. Das Rohr ist in seinem zylindrischen Teil gut bearbeitbar und
außerordentlich widerstandsfähig gegen Stöße, und es besitzt zudem die weiter unten
noch erwähnten vorteilhaften Eigenschaften.
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Zur Ausführung des neuen Verfahrens kann man sich einer Vorrichtung
bedienen, die eine Auslaßdüse besitzt, ferner eine Einrichtung zur Zuführung des
trockenen pulverförmigen Stoffes unter Druck und eine Leitung, die diese Stelle
mit der Düse verbindet. Diese Vorrichtung wird zusammen mit einer Schleudergußvorrichtung
der Art verwendet, bei der die Form und die Gießrinne gegeneinander verschiebbar
sind. Es werden Vorrichtungen benutzt, die -es :ermöglichen, de Dicke der Auskleidung
der Form und die Zeit zu regeln, die zwischen dem Aufbringen der Auskleidung und
dem Aufgießen des geschmolzenen Eisens liegt.
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Das Verfahren wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnungen
erläutert. Abb. i ist eine Seitenansicht einer Schleudergußvorrichtung mit verschiebbarer
Gießrinne, die mit Einrichtungen zum Aufbringen der Auskleidung versehen ist.
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Abb. 2 ist eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, des Auslaufemdes
der Rinne und zeigt die Gasleitung und die Düse und im Schnitt einen Teil der Form
mit einem Teil des vorher fertiggestellten Rohrstückes.
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Abb. 3 ist ein Querschnitt in der Ebene 3-3 der Abb. 2.
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Abb. q. ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Gußeisenrohres,
das gemäß der Erfindung hergestellt ist.
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Abb.5 ist ein Querschnitt durch den zylindrischen Teil des in Abb.
¢ dargestellten Rohres, z. B. nach der gestrichelten Linie 4-a, in Abb. q..
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Abb.6 ist eine schematische Darstellung des Gefüges -der äußeren dendritischen
Zone, wie sie sich bei mikrophotographischer Vergrößerung von ungefähr ioo : i ergibt;
die Dendrite, die in der äußeren dendritischen Zone überwiegen, sind infolge ihrer
urigerichteten Anordnung und infolge der Tatsache, daß sie ineinandergreifen, in
jeder denkbaren Richtung geschnitten, wie sie sich bei der mikroskopischen Beobachtung
und der Photographie ergibt.
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Abb.7 ist eine ähnliche schematische Darstellung der inneren Zone
des neuen Rohres. In den Zeichnungen stellt i eine metallische Schleudergußform
dar, die durch an sich bekannte, nicht dargestellte Vorrichtungen gedreht und in
der Längsrichtung bewegt wird. Die Gießrinne 2, die von einem nicht dargestellten
Behälter das geschmolzene Metall in die Form gießt, ist so angeordnet, daß Form
und Rinne durch waagerechte Bewegung der Forin gegeneinander verschoben werden können.
Eine Leitung 3 ist auf einer Seite der Rinne, vorzugsweise' in einem Einschnitt
q.,
angeordnet. Sie kann einen Teil der Rinne selbst bilden und mit ihr gegebenenfalls
einstöckig hergestellt sein. An dem Ende der Leitung 3, das nahe dem Ende der Rinne
2 liegt, ist eine Düse 5 angebracht. Diese Düse ist so eingerichtet, daß sie das
Gas und den von diesem getragenen pulverförmigen überzugsstoff in solcher Richtung
austreten läßt, daß der überzugsstoff in der Form niedergeschlagen wird, kurz bevor
das aus der Schnauze der Rinne austretende Metall in Berührung mit ihm kommt. Vorzugsweise
wird die Düse so angeordnet, daß sie ganz dicht an jenem Teil der Form liegt, gegen
den sie jeweils gerichtet ist. Das andere Ende der Gasleitung ist mit einer Zuführungsvorrichtung
verbunden, die einen Behälter 7 für den trockenen pulverförmigen Stoff und einen
Verteiler 8 zur Einführung einer vorbestimmten und gleichförmigen Menge dieses Stoffes
in die Leitung aufweist. Durch das Regelventil 9 wird Gas unter Druck zugeleitet,
so daß es den Stoff durch die Leitung trägt und ihn durch die Düse entlädt.
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Es ist für das neue Verfahren von Wichtigkeit, daß der pulverförmige
überzugsstoff durch die Gasleitung zu der Auslaßdüse mit großer Gleichmäßigkeit
geführt wird, so daß die Form mit- einer sehr gleichmäßigen Schicht überzogen wird.
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Abb. r zeigt die gegenseitige Lage von Form und Rinne bei Beginn des
Gießens. Wenn man das Verfahren einleitet, ist das Ventil 9 geöffnet, so daß Gas,
z. B. Luft, unter geeignetem Druck durch den Verteiler 8 gepreßt wird, wo es mit
einer ,genau geregelten Menge trockenen pulverförmigen Stoffes aus dem Behälter
7 beladen wird; durch die Leitung 3 strömt es in die Düse 5 und durch diese gegen
die Form r. Das glockenförmige Ende der Form kann je nach Wunsch ausgekleidet werden
oder nicht. In ersterem Fall wird der pulverförmige Stoff in das glockenförmige
Ende etwas früher eingebracht, als das Metall aus der Rinnenschnauze fließt. Infolge
der Bewegung der Form ordnet sich der Überzug in Form schraubenförmiger, sich überschneidender
Bänder auf dem zylindrischen Teil der Form an; seine Dicke hängt von dem Gasdruck,
der Menge des dem Gas zugeführten Stoffes und dem Bruchteil ab, der hiervon auf
der Form verbleibt. Das geschmolzene Metall wird aus der Schnauze der Rinne gegossen,
ganz kurz nachdem die Form ausgekleidet ist. Wie in den Zeichnungen zu erkennen
ist, befindet sich die Stelle, auf der die Auskleidung vorzugsweise niedergeschlagen
wird, in dem oberen Quadranten der Form unmittelbar über jenem Quadranten, auf dem
das Metall aus der Rinne niedergeschlagen wird. Auf diese. Weise kann das geschmolzene
Metall ganz kurze Zeit nach Bildung des Überzuges gegossen werden.
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Bei der praktischen Ausführung der Erfindung kann man zur wirtschaftlichen
und erfolgreichen Erzeugung eines Gußstückes ein Eisen mit folgenden Beimengungen
verwenden
| C si S Ma P |
| 3,oo bis 3,85 i,2o bis 3,00 0,05 bis o,i5 o,2o bis o,8o o,2o
bis 2,oo |
Eisensorten mit diesen Beimengungen können auch noch Legierungsmetalle, wie Kupfer
, Nickel, Chrom, Mglybdän, Titan oder Vanadin, enthalten. Die Anwesenheit derartiger
Elemente hat auf die allgemeinen Eigenschaften des Erzeugnisses keinen Einfluß.
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In der Praxis sind Eisensorten mit folgenden Beimengungen bei der
Herstellung von Rohren erfolgreich verwendet worden:
| C si . s Mn Pb |
| 3,70 2,02 o,o65 o,56 0,49 |
| 3,64 1'72 0,074 0,43 0,81 |
| 3,47 2,20 0,147 0,42 0,77 |
Ein Rohr, das in einer erfindungsgemäß ausgekleideten Form hergestellt ist, ist
dadurch ausgezeichnet, daß sein zylindrischer Teil aus zwei konzentrischen Zonen
aufgebaut ist, deren äußere sich von der äußeren Rohrwandung über mindestens etwa
ein Viertel der Rohrwandstärke nach innen erstreckt und hauptsächlich , aus verdichteten,
miteinander verflochtenen, dendritischen, kristallinischen Ferrit- und gegebenenfalls
Perlitgefügen besteht, die in keiner Richtung bevorzugt angeordnet sind. Diese dendritischen
Bildungen sind sowohl in der Längsrichtung als auch radial symmetrisch verteilt
und zeigen keine Zwischenflächen des Eutektikums von Zerrientit und Austenit in
den verschiedenen Zersetzungsstufen, das man als Abschreckungseutektikum zu bezeichnen
pflegt.
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Der aus seinen Verbindungen ausgeschiedene Kohlenstoff liegt in der
äußeren Zone in der Gestalt von Tüpfelchen oder Nestern vor, zum Unterschied von
den Graphitplättchen, wie sie für die innere Zone des Rohres kennzeichnend sind.
Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß der gebundene Kohlenstoff in der äußeren
dendritischen Zone in merklich geringerem Prozentsatz, berechnet auf die Masseneinheit,
auftritt als in der inneren
oder graphitischen Zone des neuen Rohres.
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Die graphitische Struktur der inneren Zone des Rohres besteht aus
einer Grundlage aus Ferrit und gegebenenfalls Perlit, in der kleine Plättchen von
graphitischem Kohlenstoff verteilt sind, aber praktisch keine dendritischen Kristallgefüge
vorkommen. Diese innere. graphitische Zone ist auch dadurch gekennzeichnet, daß
sie in der Masseneinheit einen höheren Prozentsatz gebundenen Kohlenstoffes enthält
als die äußere dendritische Zone. Der Unterschied ändert sich etwas reit der Stärke
des Gußstückes und der Zusammensetzung des Eisens; aber er besteht bei allen Rohren,
die die übrigen erfindungsgemäß keilzeichnenden Eigenschafteß aufweisen. Beispielsweise
hat sich für ein Rohr mit .einer Wandstärke von 9,65 mm und aus einem Eisen folgender
Zusammensetzung:
| C Si S F 141a |
| 3,70 2,03 0074 0,55 o,56 |
in der dendritischen Zone ein Gehalt an gebundenem Kohlenstoff von o,16 % und in
der graphitischen Zone ein solcher von 0,440/0 ergeben. Bei einem Rohr mit einer
Wandstärke von 16,2 mm sind die entsprechenden Zahlen o, i i % und 0,29 %.
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In den Zeichnungen, die die Mikrophotogramme der Rohrstruktur darstellen,
sind die verschiedenen Gebilde durch .entsprechende Beschriftung angedeutet. Die
mikroskopische Untersuchung ergibt für das Gefüge der nach der Erfindung hergestellten
Rohre folgendes: Die äußere dendritische Zone besteht vorwiegend aus einem zusammenhängenden
Gefüge von verdichteten, ineinandergreifenden dendritischen Kristallformationen
von Ferrit und gegebenenfalls Perlit, die keine Richtung bevorzugen. In diese Bildungen
sind zerstreut Tüpfelchen und Nester von Kohlenstoff eingebettet, die sich deutlich
von den Graphitplättchen unterscheiden, die für die innere graphitische Zone des
Gußstückes kennzeichnend sind. Ferner finden. sich kleine Gebiete von Eisenphosphid
und gegebenenfalls Eisenphosphideutektikum. Die Dendrite in dieser Zone sind in
der Nähe der äußeren Oberfläche der Zone verhältnismäßig fein; nach der inneren
Begrenzung der Zone hin Zierden sie leicht gröber und weniger zahlreich. Die innere
oder graphitische Zone des Gußstückes besteht aus einer Grundmasse, die sich aus
Perlit und gegebenenfalls Ferrit zusammensetzt und Gebiete von Phosphideutektikum
enthält. Das Gefüge wird nach der Innenwandung der Zone hin gröber. In der Grundmasse
ist der Graphit in kleinen Tüpfelchen und besonders in einzelnen kleinen Plättchen
verteilt.