DE748566C - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Verbundgusskoerpern - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Verbundgußkörpern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus Metall, die mit einer ein- oder beiderseitig garizflächig aufgeschweißten Auflage eines anderen Metalls versehen sind. Das Aufschweißen des Auflagemetalls erfolgt erfindungsgemäß durch Gußverschweißung, und die Erfindung bestellt darin, daß sowohl das Schmelzen des Überzugmetalls wie auch die Gußverschweißnng unter ständig aufrechterhaltener Luftleere vorgenommen wird.
• Das Schmelzen und Gießen von Metall im Vakuum ist an' sich bekannt. Die bekannten mit Vakuum arbeitenden Gießverfahren betreffen jedoch durchweg die Herstellung von Gußstücken aus Einfachmetall, nicht aber die Herstellung von Bußverschweißten Werkstücken aus Doppel- oder Mehrfachmetall. Das Gebiet der Doppel- oder Mehrfachmetalllierstellung durch Gußplattierung und das Gebiet des Einfachmetallgusses bieten nun zwar in mancherlei Hinsicht die Möglichkeit der Übertragung einer Verfahrensmaßnahme voll dem einen auf das andere Gebiet, grundsätzlich unterscheiden sich beide Gebiete jedoch dadurch, -daß die beim Plattierguß im Vordergrund stehende Forderung, eine verschweißtmgshindernde Oxydation zu vermeiden, beim Einmetallguß völlig in Fortfall kommt.
• Der Plattierguß verlangt, daß die Verschweißttngsflächen der zu verschweißenden Metalle sauber sind und vor allen Dingen keine Oxydbildung aufweisen. Dies bedingt, daß der oxvdbildende Sauerstoff von den Verscbweißungsflächen ferngehalten wird und etwa gebildete Oxyde wieder entfernt werden. Infolgedessen wird die Verschweißung fast immer unterSchutzgasatmosphäre durchgeführt, wobei man bestrebt ist, die Wahl des Schutzgases so zii treffen, daß es nicht nur den Sauerstoff verdrängt, sondern auch etwa gebildete Oxyde reduziert. Dein letzteren Ziel dient auch die Verwendung von Flußmitteln, die meistens zusammen mit Schutzgas zur Verwendung kommen.
• Die Erfindung .beruht nun auf der Erkenntnis, daß die vorbeschriebenen Schutzmaßnahmen unterbleiben können, wenn sowohl das Schmelzen des Überzugmetalls als auch die

  @xulwerschweil@ung unter ständig aufrecht-

  erhaltener Luftleere erfolgt. Darüber hinaus

  ,wird überraschenderweise eine wesentlich'

  bessere eI:SC171SfllitlIt der Metalle als nach

  anderen, bekannten Verfahren erzielt. Eine

  bestimmte Erklärung für diese Wirkung kalin

  nicht gegeben werden. .Anscheinend hat sie

  ihre Ursache jedoch darfst, daß beim Arbeiten

  unter ständiger Aufrechterhaltung einer

  luftleere beim Schmelzen und Gießen vor

  der eigentlichen `erschwei1aung eine Iletalll-

  ;iorung des zti plattierenden -Ietalll<örllers

  Init Plattierungsin etall eintritt, die zu einer

  lle;on@I@-r; gutenl-er;cllweißung zwischen den

  Metallen führt. Infolge des Vakutuns tritt

  ehe Oberflächenverdampfung des Plattie-

  rungsinetalls schon beim Schmelzen ein, so

  daß der zu plattierende Körper zunächst mit

  Metalldampf in Berührung kommt, der so-

  gleich :n die Oberflächenschicht des zu plat-

  ti°renden Körpers eindiffundiert und ehe

  innige Verbindung mit dieseln in hauch-

  di.imter UM eingeht, die bei der späteren

  @'erscli@vcilaung den Mittler zwischen dem

  Körper und dem Plattierungsmetall bildet.

  I)ie;e I?r;cheinung ist einwandfrei z11 beob-

  achten, wenn die Verfahrensanordnung so ge-

  trotten ist. daf der Schmelzraum mit dein

  Gießraum in Verbindung steht. In diesem

  Falle tretest Metalldämpfe schon während des

  Schmelzens in den Gießraum ein und kommen

  schnn längere Zeit vor dem Gießen mit

  dem zu Idattierenden Körper in Berührung,

  ivas ehe besonders wirksame Metallisierung

  d°sselllen zur Folge hat. Ein nennenswertes

  Absaugen der -Letalldä tupfe beim Evakuieren

  tritt hierbei nicht ein, da das für die L uft-

  entfernung erforderliche Vakuum zur Mit-

  absaugung der schweren Metalldämpfe in

  größerem Umfang nicht genügt. Aber auch

  dangt, wenn der Schmelz- und Gießraum nicht

  miteinander verbunden sind, tritt offenbar

  ehe wenn auch geringere, vorherige 'He-

  tallisierung des zu plattierenden Metallkör-

  pers ehe da das aus dein Schmelzraum ab-

  laufende Metall gewissermaßen von einer

  -tetalldaniltfliiille umgehen ist und infolge-

  dessen auch dann erst ehe Berührung zwi-

  sAen dein zu plattierenden Körper und Me-

  talldä tupfen stattfindet, ehe das Plattierungs-

  Inetall Bellst zur Einwirkung kommt.

  Von besonderem Vorteil ist es bei Ausfüh-

  rung des Verfahrens der Erfindung, das

  @-chnielz,#n des -Metalls in einem Gefäß vor-

  zunehmen, das aus einem beim Erhitzen redu-

  zierend, Gase abgebenden Werkstoff besteht,

  s@l z. l3. in einem 7.'iegel aus Graphit, Graphit-

  t@in o. (ig1. In diesem Falle treten nämlich

  die ileta lldä inpfe gemischt mit den reduzie-

  rei1cIen Gasen an den zu plattierenden Körper

  und bewirken hier die Reduktion von Oxy-

  den, die sieh gegebenenfalls an der Ober-

  fläche" des %leta111c;ir1)ers gebildet haben

  kt)nne n.

  -Nach dein <erfahren der Erfindung lassen

  sich @'erilundgußkörper jeder Art herstellen.

  \@,1i- allem könnest aber nach der Erfindung

  cllt-itlager, insbesondere solche mit einer

  ! bealageraiiflage ans Bleibronze für hohe

  Il,an;prnchungen, beispielsweise für den

  Zweck des Flugzeugbaue;, hergestellt werden.

  Eini=ge Anordnungen zur Ausführung des

  Verfahrens genlül.l I?rfindung sind in des

  Zeichnung ilei;läe];weise dargestellt. In die-

  ser zeigen Ahlt. i, 3, ; und 7 Längsschnitte

  durch die Anordnungen vor Ausführung de>

  Verfahrens, während die AlllL 2. .I. < und

  die Anordnungen bzw. einest Teil derselAtt

  nach erfolgtem Gießen wiedergeben.

  Bei der Anordnung naeh den All>. i und

  ist ein in einen Schuielzraum i und einest

  Giel:,ratim 2 unterteilter Behälter vorgesehen.

  Zwischen den beiden Rä timen befindet sich

  ein Boden 3, der eilte zentrale öHnung 3" und

  Mitrungen A aufweist.

  Der lIchä ltei' w'rd gebildet von dein Mantel-

  teil 4. der olleren Abdeckplatte 5 und der

  ßodenlllatte (i. _111e drei Teile sind doppel-

  wandi- ausgebildet und mit einer eingelegten

  Isolationsschicht 7 als Schutz gegen Wärme-

  verluste versehen. Die beiden Räume i und 2

  besitzen ehe Ausinauerung B. in die Heiz-

  trä fite 9 eingebettet sind. In der Abdeck-

  platte @ des Behälters sind schlielilich noch

  eitre Rohrleitung io zum Anschließen der Al-

  saugevorr:chtung und ehe Rohrleitung i i für

  die iWnung des Behälters vorgesehen, von

  denen jede @nlit einem Ab:chlußhahn io" bzw.

  i i" versehen ist.

  Auf den Zw:schen.boden 3 ist ein Gral>hit-

  tiegel 12 mit Bodenöffnung so aufgesetzt, daß

  die lindeliiiitilung auf der zentralen Üttllung 3"

  des Zwischenboden: ; aufsitzt. Die Boden-

  ;iftnung des Tiegels ist finit Quarzstopfen 13

  n. dgl. verschlossen. Auf der Bodenplatte 6

  ist der au#tzuklekdendeKilrper, beispielsweise

  eine voi'"edi"elite Lagerbüchse 14 aus Stahl.

  angeordnet. der auf eine Grundplatte 1.5 auf-

  gescIiweil.lt ist und finit dieser einen zviin-

  dri:chen Behälter bildet. In den Körper rd

  ist ein konischer Dorn 16. z. ß. aus Graphit,

  eingesetzt, der ollen eine triehterartige Ver-

  tiefung i;-besitzt.

  Das _#nsgiel.#:n ein,: hei-

  ' Stahll;i@rl>ers,

  spiessweise eines Lagerkörpers, mit der vor-

  beschriebenen Vorrichtung gestaltet sich wie

  t(llgt.

  Zunächst wird der auszukleidende Lager-

  kir Her 14 mit der Grundplatte 15 und dein

  Vorn 16 auf die Bodenplatte ; aufgebracht

  und hierauf der -lantelteil d. unter guter Ab-

  dichtung der Aufsitzfläche dariibergeaetzt.

  Zweckmäßig «erden der Mantelteil und die Bodenplatte 7 durch Verschrauben oder in anderer geeigneter Weise fest miteinander verbunden. Ist dies geschehen, wird der mit dein Quarzstopfen versehene Tiegel 12 eingesetzt und danach das Auskleidungsmetall eingefüllt. Sodann wird die Abdeckplatte 5 ebenfalls unter ,guter Abdichtung aufgebracht und zweckmäßig ebenfalls mit dem Nfantelteil fest verbunden.' Nunmehr wird nach Abschluß der Leitung i i und der Öffnung der Leitung io,der Heizstrom eingeschaltet und gleichzeitig die Vakutimpunipe in Tätigkeit gesetzt, so daß das nunmehr folgende Schmelzen unter ständig aufrechterhaltener Luftleere in Raum@i und 2 vor sich geht. Ist die Gießtemperatur erreicht, so schmilzt bei richtiger Wahl des Verschlußmaterials bzw. richtiger Einstellung seines Schmelzpunktes auch der Tiegelverschluß 13, und das Metall fließt aus dem Tiegel 12 in den unteren Raum a, wo es sich über die Vertiefung 17 im Dorn 16 gleichmäßig in den Zwischenraum 'zwischen Auskleiidungskö rper und Dorn verteilt. Der Verschlußwerkstoff, °z. B. Quarz, scheidet sich, da es apezifisch leichter ist, auf dem flüssigen Aus-' gtll)llletall ab. Eine Verbindung bzw. Legierung finit dem :Metall wird bei geeigneter Wahl des Verschlußwerkstoffs vermieden.
• Nach Abfluß des Tiegelinhaltes und nach -\likühlung des Gusses wird der Abschlußhalin i i" geöffnet und der Behälter auf Nornialdruck gebracht. Danach wird ,der Mantelteil .l von der Bodenplatte 7 wieder gelöst und der ausgegossene Metallkörper 1d. (vgl. Abb. a) alwenornmen, der nach Entfernung der Grundplatte 15 und Herausschlagen des Graphitdorns 16 durch Ausdrehen usw. fertig verarbeitet wird. Der Mantel kann auch unmittelbar nach dem Guß entfernt und der aufdiese Weise freigelegte Lagerkörper 1d. durch Abschrecken mit Wasser schroff gekühlt werden. falls dies aus einem Grunde, beispielsweise zur Erzielung eines guten Gefüges, erwünscht ist.
• Eine ähnliche Verfahrensanordnung wie Fig. i und 2. zeigen die Fig. 3 und q.. Die üLereinstimmenden Bezugzeichen haben in beiden Fällen die ,gleiche Bedeutung.
• Die in Fig. 3 und d. dargestellte Verfahrensanordnung unterscheidet sich von derjenigen der Fig. i und 2 lediglich .dadurch, daß bei ihr kein je einen Schmelz- und Gießraum um= fassender Behälter. vorgesehen ist. sondern die Verfahrensanordnung weist einen nur den ,#chinelzraüm umfassenden Behälter :2i und, getrennt von diesem, den äuszukleidenden Körper i-. auf, der oben und unten -dicht verschlossen ist und so selbst den Gießbehälter bildet. Die-zentrale Verbindungsöffnttng3äbefindet sich hier im Boden des Behälters 2i, und die Verbindung wird gebildet durch das ai den Hohlkörper 14 mündende @erbindungsrolir 22. Zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Luftleere im Inneren des Hohlkörpers 1d. während des Gießens ist außerdem eine besondere Vakuumleitung 23 vorgesehen.
• Der Gießvorgang mit der in Fig. 3 und .I 1): scliriellenen Verfahrensanordnung spielt sich im wesentlichen in der gleichen, oben in Verbindung mit Fig. i und 2 beschriebenen Weise ab und bedarf .darum keiner besonderen I?rläuterutig. Ihr Vorteil besteht darin, daß s:e unmittelbar nach beendetem Ausguß eine Kühlung des ausgegossenen Körpers 14 durch ein unmittelbar -zugeführtes hfhlinittel gestattet.
• Nach der in Fig.5 und 6 1ieispielsweise dargestellten Verfahrensanordnung werden das Schmelzen und die Gußverschweißung zu gleicher Zeit in dem auszukleidenden Körper 1d. selbst vorgenommen, der oben und unten dicht verschlossen und über eine öffnung 24 in der oberen -1#;bdecl:ung an idie Vakuumleitung io angeschlossen ist. Das Auskleidungsmetall ist beispielsweise in Form eines zylindrischen Körpers 25 ili den Zwischenraum zwischen dein auszukleidenden Körper i- und dein Dorn 16 eingesetzt. Das Auskleidungsmetall kann auch in Form von losen oder gepreßten Spänen, Blöcken, Reinmetallstiicken oder sonstigen Abfällen eingesetzt werden, und, wenn notwendig, können dein Einsetzinetall noch zusätzliche Reinigungs- oder Reduktionsmittel zugefügt werden.
• Bei -dieser Verfahrensanordnung wird der Körper 1d. unter ständigem Evakuieren voll außen erhitzt, bis das Auskleidungsmetall25 geschmolzen ist. .Die Erhitzung kann z. B. in einem Ofen oder durch unmittelbare Flamnieneinwirkung erfolgen. Ist das Auskleidungsinetall geschmolzen, so kann wieder unter unmittelbarer Kühlinittelzuführung abgekühlt werden. Nach erfolgter Abkühlung (vgl. Fi.g. 6) werden von dem Körper i.[ der obere Teil und der Boden abgeschnitten. Sodann wird der Dorn leerausgeschlagen und der Körper in geeigneter Weise weiterbearbeitet.
• Die in den Fig.7 und 8 wiedergegebene Verfahrensanordnung ist geeignet zur Ausiiihrung des Verfahrens der Erfindung mittels Schleuderguß. Der auszukleidende Körper, z. B. ein Lagerkörper 1d., bildet auch hier selbst das Schmelzgefäß. Die Verfahrensvorbereitung erfolgt hier jedoch in der Weise, claß nach Einbringung des Plattierungsinetalls 25 und Anbringung der Abdeckung über die 6tfnung24 und das Rohr io das Innere des Körpers 14 zunächst völlig luftleer gesaugt wird, worauf der Körper durch Zusammenpressen und gegebenenfalls Zusammenschweißen des Rohres jo so abgeschlossen wird, daß mit Sicherheit keine Luft eindringen kann. Sodann wird der verschlossene Körper erhitzt und, wenn das :Metall 25 .geschmolzen ist, in Rotation versetzt. Die Ab- kühlung kann auch hier wieder durch direkte: Abschrecken mit Hilfe eines geeigneten Kühlmittels, z. B. Nasser, erfolgen. Der fertig abgekühlte Körper (vgl. Fig. 8) wird, wie bereits inehrfacli beschrieben, nach Entfernen des Bodens und der _I#hdeclcun- fertig verarbeitet.
• Die Gußverkleidung des Körpers kann mittels mechanischer oder induktiver Rotation erfolgen. Statt den Rotationskörper zu verschließen, kann auch hier eine A1ileitung mit Anschluß an eine Vakuumpumpe vorgesehen sein, ao daß die Erhitzung Lind das Gießen unter ständigem Evakuieren durchgeführt werden können. Die Erhitzung des Körpers kann hierbei durch direkte Flarnnieneinwirkung, beispielsweise nach Einspannen in die Sclileudervo.rriclitting, oder durch eine andere geeignete Heizeinrichtung erfolgen.
• Bei einem hehannten Verfahren zur Herstellung von ausgegossenen Lagern wird zum Unterschied von den in Verbindung mit Fig. 3 bis 8 beschriebenen Arheitsweisen das Ausgußinaterial in Forrn von Pulver, Körnern. Spänen o. dgl, in den Lagerkörper eingebracht, worauf dieser sodann in Umdrehung versetzt und erhitzt wird, so daß das Ausgußmetall zum Schmelzen kommt. Der grundsätzliche Unterschied zwischen dieser Arbeitsweise und derjenigen gemäß Erfindung besteht,Zarin, daß bei dem bekannten Verfahren die Erhitzung erfolgt, während sich der Körper in L'iridreliurig befindet, während die Schmelzerhitzung erfindungsgemäß im Ruhezustand erfolgt und erst danach gegebenenfalls (Fall Abb. 7 und SZ) in Unidrehung versetzt wird. Dieser Unterschied zwischen den beiden Verfahren führt auch zu unterschiedlichen Ergebnissen. selbst wenn ltri dem bekannten Verfahren, wie u. a. vorgesehen ist, die Erhitzung des Lagerkörpers in einem luftverdünnten Ratune stattfinden sollte. Während nämlich bei der bekannten Arbeitsweise das schmelzende Ausg11 ßmetall die Innenwand des Lagerkörpers sogleich mit einer Schicht -escbmolzenen Metalls überzieht, treten bei der Arbeitsweise geniiili Erfindung beim Übergang vom feste» in den flüssigen Zustand zunächst Metalldämpfe an die Innenwand des Hohlkörpers heran, durch die die Verschweißungsfläcbe vorinetallisiert und so die Grundlage für eine besonders gute Verschweißung geschaffen wird.

Claims (1)

1. -PATENTANSPRÜCHE: t. Verfahren zum Herstellen von Verhundgtißlcörl>ern, insbesondere durch ein-oder beiderseitiges Überziehen von Lagerschalen mit Metall unter Luftleere, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzen des Cberzugmetalls bei ruhendem Zustand der Lagerschale o. dgl. derart erfolgt, daß die Metalldämpfe an die @@e@schweil.lungsflächen herantreten können, worauf die Gußverschweißun- unter stä ridiger Aufrechterhaltung der Luftleere erfolgt. Vorrichtung nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgefiil' aus einem beirr Erhitzen reduzierende Gase abgeltenden Werkstoff. heispielsweise Graphit, besteht. Zur _-b-renzung des .@nmel@ ungsgegen- standes vom Stand der Technik sind im l;r- teilungsverfahren folgende Druckschriften ü1 Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften .... \ r. ; 2 63o. 63 392. 96 836, 68 .183, 471 .4r2, 620()e3, t1-23 o14, 63r 234, 177-1-I3. 3-2r -+79: britische Patentschriften , . . . \r. -171 -112, -180 3-19: USA.-Patentschrift ....... N r. r 923 (175; Sachs. »Praktische lletalIl.un<le<:. Teil i. 1%i33. S. 87, Abs. z.