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Verfahren zum Herstellen von Schleuderhohlblöcken aus Stahl Die bekannten
Vorteile der Herstellung von Hohlblöcken durch Schleuderguß bestehen .darin, daß
man mit einfachen Mitteln Hohlkörper mit vollkommen dichtem Gefüge herstellen kann,
wobei keinerlei Verluste mehr durch Lunker o. dgl. auftreten.
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Als Nachteil des Schleudergusses allgemein sind aber die Entmischungsvorgänge
im geschleuderten Gut anzusehen, die in vielen Fällen eine gleichmäßige Zusammensetzung
des geschleuderten Gegenstandes verhindern. Es kann dabei vorkommen, daß ein solcher
Körper infolge dieser Entmischung für seinen bestimmten Verwendungszweck unbrauchbar
wird.
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Bekanntlich enthalten fast alle technisch verwendbaren Metalle Beimengungen
in solcher Konzentration, daß sich gegenüber dem reinen Metall eine andere Schmelz-
bzw. Erstarrungscharakteristik dieser Metalle ergibt. Während ein reines Metall
oder eine reine Metallverbindung, die aus mehreren Metallen in stöchiometrischen
Verhältnissen zusammengeschmolzen nach dem Erstarren Kristalle gleicher Konzentration
und Art gibt, nur bei ein und derselbenTemperatur erstarrt bzw. schmilzt, durchlaufen
die Metalllegierungen, die keine reinen Metalle oder Metallverbindungen darstellen,
während des Schmelzens oder Erstarrens Temperaturspannen unter gleichzeitiger Konzentrationsänderung
der nacheinander erstarrenden Kristalle.
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Dieser Umstand bewirkt beim Schleudern von- technischen Metallen,
daß die zunächst erstarrenden Kristalle dank ihrer Gewichtszunahme beim Erstarren
durch die flüssige Schmelze hindurch zur Außenoberfläche wandern. Diese Kristallwanderung
ist unter der Einwirkung der Fliehkraft naturgemäß stärker als unter der der Schwerkraft
allein.
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Da -nun die sich zuerst ausscheidenden Kristalle eine andere Zusammensetzung
haben als die zuletzt erstarrenden, entstehen im geschleuderten Hohlkörper Entmischungen
in unter Umständen recht unangenehmen Ausmaßen. Die Stärke dieser Entmischung oder
Seigerung hängt nun einerseits von der
Größe des Schmelzintervalls
ab und andererseits von der der Erstarrung zur Verfügung, stehenden Zeit. Bei gleicher
Zusammen-: Setzung werden also die Seigerungen ehd größeren, daher langsamer erstarrenä49=
Blockes stärker sein als bei einem kleinerdn.' Ebenso treten in einem Sdhleudergußkörper,
dessen Werkstoff ein größeres Temperaturintervall beim Erstarren durchläuft, bedeutend
stärkere Anreicherungen der spezifisch leichteren Metallbegleiter an der inneren
Wand auf als bei einem Werkstoff, der nur durch ein kleines Intervall beim Erstarren
gekennzeichnet ist.
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Diese aus den Erstarrungsvorgängen gewonnenen Erkenntnisse haben zu
dem Bestreben geführt, die Seigerung zu unterdrücken oder zu vermindern, z. B. durch
Anwendung von Innenkühlung, durch die die Seigerungen in der Entstehungspbase unterdrückt
oder vermindert werden sollen.
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Im Gegensatz dazu wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Seigerungsvorgänge
möglichst vollständig verlaufen zu lassen und die geseigerten Bestandteile dann
entsprechend ihrer gewünschten Verteilung im fertigen Block durch Reaktionsdiffusion,
die gegebenenfalls durch zusätzliche Beheizung -der Innenfläche beschleunigt wird,
mittels mit den Eisenbegleitern, d. h. den Beimengungen des Eisens, reagierenden
Stoffen aus dem Werkstoff herauszulösen.
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Erfindungsgemäß kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß eine
Schmelze, deren Gehalt an Begleitelementen höher liegt, als der gewünschte im fertigen
Block erschmolzen wird, und daß die Innenoberfläche des Blockes, an der sich die
am niedrigst schmelzenden, aber am höchsten konzentrierten Seigerungsstoffe angesammelt
haben, dann von innen mit Reaktionsmitteln behandelt wird. Man bringt zu diesem
Zweck auf die feste oder flüssige Innenoberfläche des Blockes feste, flüssige oder
gasförmige Mittel auf, welche die hochkonzentrierten Begleitelemente des Schleuderwerkstoffes
angreifen und herauslösen, das Grundmetall aber unversehrt lassen.
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An einem Beispiel .sei das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutert.
Beim Schleudern schwerer Stahlhohlblöck.e können im Innern Anreicherungen vornehmlich
des Kohlenstoffgehaltes bis über das Doppelte der Schmelzanalyse auftreten. Da der
Block bis zuletzt im Innern flüssig bleibt, ist es mÖglich, den Kohlenstoff aus
dem Stahl durch Aufbringung einer frischenden Schlacke zu entfernen. Selbstverständlich
läßt sich der Kohlenstoff auch durch Aufblasen von Luft oder Sauerstoff entfernen,
wobei allerdings ein starker Eisenabbrand in Kauf genommen werden muß. Am zweckmäßigsten
verfährt man deshalb so, daß man gewissermaßen inen Frischprozeß, ähnlich dem in
den Herdr en, indem Block vor sich gehen läßt, indem n den Block zur gegebenen Zeit
von innen `=Mit oxydierender Flamme beheizt unter Zugabe einer sauren, basischen,
schwermetalloxydulhaltigen Schlacke. Den dadurch hervorgerufenen Frischvorgang kann
man so leiten, daß eine völlig gleichmäßige Kohlenstoffverteilung über den Blockquerschnitt
erreicht wird. Die anderen Beimengungen, vornehmlich Phosphor und Schwefel, die
ebenfalls, wenn auch nicht in dem Maße wie der Kohlenstoff, sich beim Schleudern
anreichern, kann man durch eine entsprechende metallurgische Behandlung, beispielsweise
mit basischer Schlacke, ebenfalls auf die gewünschte Konzentration bringen.
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Die Zeichnung zeigt drei Schaubilder, die die Konzentrationsverschiebung
eines Stahlblocks wiedergeben. Die Rechtecke A, B, C
zeigen Schnitte durch
eine Hälfte des Hohlblockes. .Die eingezeichneten Kurven kennzeichnen die Linien
und Felder gleicher Konzentrationen mit deren Angabe in Zahlen. A stellt einen gewöhnlichen
Schleudergußblock dar ohne Behandlung. Beim Schleudern von Stahl wird man die Blöcke
innen mit einer die Luftoxydation verhindernden Masse abdecken. Das ist bei dem
der Zeichnung zugrunde liegenden Beispiel auch geschehen. Block B ist mit derselben
Masse wie A geschützt, ,aber von innen beheizt. Man sieht, daß der Konzentrationsanstieg
zur Mitte hin stärker ist, aber zu demselben Endgehalt führt. Die linke äußere Seite
des Materials ist infolge eines vollkommeneren Verlaufs der Seigerung bereits sauberer.
Wenn auf einen Block mit einer Seigerung nach dem Bilde B nun frischende Massen,
wie die angedeuteten Schlacken, gegebenenfalls durch zusätzliche B@heizung aufgebracht
werden, dann erhält man nach einer gewissen Reaktionszeit eine Konzentration entsprechend
dem Schaubild C, das erkennen läßt, ,daß man die Einwirkung der Schlacke auf den
Werkstoff des Blockes so lange fortsetzen kann, bis -eine gleichmäßige Verteilung
der Eisenbegleiter über den Blockquerschnitt erzielt ist.
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Wie in der Zeichnung angegeben, beträgt .die Konzentration
| im freien Feld -'-. o,i8obis 0,195°/o C, |
| - Feld I . . . . . . . . O,195 - o,2lo°/o C, |
| _ 2 ........ 0,21b - 0,225"/,C, |
| _ - 3 . . . . . . . . 0,225 - 0,250°/o C, |
| - - q. mehr als . . . . . . . . o,25o°/o C. |
Es ist auch möglich, den bereits erstarrten und festen Schleuderkörper mit Reaktionsgemengen
zu behandeln. Das geschieht in
einer Art Tempervorgang, indem man
die stark geseigerten Stellen der Blockoberfläche, d. h. den Innenraum, mit einer
Masse bedeckt, die bei erhöhter Temperatur mit den angereicherten Bestandteilen
in Reaktion tritt und diese durch Diffusion entfernt. Mit dem Stahlhohlblock wird
dann so verfahren, daß man den Block beim Schleudern unter einer nicht angreifenden
Schlacke heizt (Abb. B), ihn nach dem Erstarren und Ziehen in einen Ofen, eine Tiefgrube
o. dgl. bringt und seinen Hohlraum mit Erz oder ähnlichen sauerstoffabgebenden Mitteln
füllt, die nach Erreichung der Reaktionstemperatur den Kohlenstoff der angereicherten
Stellen herauslösen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht auf die Herstellung von
Stahlhohlgußblöcken beschränkt, sondern kann bei allen im Schleuderguß gegossenen
Werkstoffen, die eine Seigerung oder Entmischung erl:eiden, in entsprechender Weise
angewendet werden.