DE843139C

DE843139C - Method and device for the production of composite metal bodies

Info

Publication number: DE843139C
Application number: DEA1691A
Authority: DE
Inventors: Max Dr Armbruster
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-05-24
Filing date: 1950-05-24
Publication date: 1952-07-07

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Verbundmetallkörpern Für das Herstellen von metallischen Zweistoffkörpern, wie Metallbändern oder Metallprofilen aus Eisen, Stahl oder Metallegierungen der verschiedensten Zusammensetzung, insbesondere Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Zinklegierungen usw., wurden bisher die beiden Materialien, soweit sie walzbar sind, nach bekannten Plattierverfahren aufeinanderge, walzt. Es hat sich aber gezeigt, daß die Verbindung bei den plattierten Materialien nicht so innig ist wie bei Verbundgußschichten, worunter der schmelzflüssige Anguß von Metallschichten an die noch festen, aber auf Diffusionstemperaturen erhitzten, höher schmelzenden Stützmaterialien, wie beispielsweise Stahlbleche oder höher schmelzende Metalllegierungen, zu verstehen ist. Durch die Erwärmung des Stützmetalls auf Diffusionstemperaturen und das Angießen der zweiten schmelzflüssigen Metalllegierungen wird an den Grenzschichten von beiden Metallegierungen bzw. deren Hauptbestandteilen eine neue Legierung gebildet, so daß also die Verbindung nicht nur einem engen Anhaften wie beim Plattieren gleichkommt, sondern tatsächlich eine metallische Verbindung entsteht. Viele Metalllegierungen lassen sich auch wegen ihrer Zusammensetzung nicht aufeinanderwalzen. Beispielsweise würde bei Bleibronzen das Blei aus der Legierung herausgewalzt werden, denn auch beim Plattierverfahren treten durch den Walzprozeß Temperaturerhöhungen auf, die bei Bleibronzen ausreichen würden, um das Blei, das in der Bleibronze ja nur als Gemenge eingelagert ist, zu erweichen und herauszuwalzen. Andere Metallegierungen erhalten durch die beim Plattieren auftretenden Temperaturen Wärmerisse.Method and device for producing composite metal bodies For the production of metallic two-material bodies, such as metal strips or metal profiles of iron, steel or metal alloys of various compositions, in particular Copper alloys, aluminum alloys, magnesium alloys, zinc alloys, etc., up to now, the two materials, as far as they can be rolled, were made using known plating processes on top of each other, rolls. But it has been shown that the connection in the plated Materials is not as intimate as in composite cast layers, including the molten one Casting of metal layers on the still solid, but heated to diffusion temperatures, higher melting support materials, such as sheet steel or higher melting Metal alloys. By heating the support metal to diffusion temperatures and the casting of the second molten metal alloy is carried out at the boundary layers a new alloy is formed from both metal alloys or their main components, so that the connection is not only tantamount to a tight adhesion as with plating, but actually a metallic connection is created. Many metal alloys cannot be rolled on top of one another because of their composition. For example In the case of lead bronzes, the lead would be rolled out of the alloy, because also in the plating process, temperature increases occur due to the rolling process sufficient for lead bronzes would to the lead that's in the lead bronze yes, it is only stored as a mixture, to be softened and rolled out. Other metal alloys receive heat cracks due to the temperatures occurring during plating.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Verbundmetallkörpern, welche die geschilderten Nachteile des Plattierverfahrens vermeidet und gleichzeitig das Herstellen von längeren Verbundgußkörpern bzw. Verbundgußbändern gestattet. Dabei ist von wesentlicher Bedeutung, daß es sich dabei um ein besonderes wirtschaftliches Herstellen von Verbundgul@k<irperii bzw. Verbundgußbändern handelt, die dann zu den verschiedensten Gegenständen verarheitet werden können, für welche Zweistofilegitrungen benötigt werden, wie Verbundgußprofile, Verbundgußgleitlager, Verbundgußgleitschienen od. dgl. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ganz besonders für die Herstellung von Verbundgußschichten aus Eisen- oder Stahllegierungen mit Kupfer- und anderen Nichteisenmetallegierungen.The present invention relates to a method and an apparatus for the production of composite metal bodies, which the disadvantages of the Plating process avoids and at the same time the production of longer composite castings or composite cast strips are permitted. It is essential that it is thereby a particularly economical production of composite gul @ k <irperii or composite cast strips, which then become a wide variety of objects can be used for which two-profile meshes are required, such as composite cast profiles, Composite cast sliding bearings, composite cast sliding rails or the like. The method according to the invention is particularly suitable for the production of composite cast layers made of iron or steel alloys with copper and other non-ferrous metal alloys.

Das erfindungsgemäf3e Verfahren zum Herstellen von Verbundguf3körpern durch Angießen von Metalllegierungen an Stützkörper mit höheren Schme)ztemperaturen besteht darin, daß aus dem höher schmelzenden Stützmaterial oben offene Rinnen mit U-förmigem Querschnitt oder allseitig geschlo5s.eiie Rinnen mit rechteckigem Querschnitt angefertigt, dann unter Luftabschluß und Diffusionstemperaturen aufgeheizt, danach hochkantstehend mit der zweiten Metallegierung beschickt und dann gleichzeitig entlang der gesamten Länge von unten nach oben durch Verwendung von Preßluft, Wasser, insbesondere zerstäubtem Wasser oder sonstigen Kühlmitteln abgekühlt werden, worauf dann die Rinnen entlang ihrer Längsachse parallel zti den Seitenwänden getrennt werden. Die Verhinderung der Oxydation der Stützkörper (Rinnen) kann entweder durch Anwendung von Schutzgasen öder Auftragen von Schutzschichten, wie Hartlötpasten, Schweißpasten oder auch galvanischen Metallschichten, erfolgen. Meistens ist es ausreichend, wenn der Oxydationsschutz auf die Innenfläche der Rinnen, also diejenigen Flächen beschränkt wird, welche mit dem Verbundgußmetall in Berührung kommen. Der U-förmige oder rechteckige Querschnitt der Rinne ist an seiner Schmalseite so gewählt, daß nach Trennung entlang der Längsachse jede Seitenwand im Rohzustand die Aufguß@schicht erhält, die für die weitere Bearbeitung gewünscht wird. Die gleichzeitige Abkühlung der Rinnen auf ihre gesamte Länge hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, da hierdurch das Verziehen, Verbiegen und Verwinden der Rinnen während der Abkühlung vermieden wird. Sind die Rinnen allseitig geschlossen ausgebildet, so weisen ihre oberen schmalen Längsseiten eine Eingußöffnung auf oder auch mehrere solcher Öffnungen, wenn das Material schmelzflüssig aufgebracht wird.The method according to the invention for producing composite rubber bodies by casting metal alloys onto support bodies with higher melting temperatures consists in the fact that the support material with a higher melting point has open grooves at the top U-shaped cross-section or closed on all sides, the channels with a rectangular cross-section made, then heated with exclusion of air and diffusion temperatures, then Loaded upright with the second metal alloy and then along it at the same time the entire length from bottom to top using compressed air, water, in particular atomized water or other coolants, whereupon the Gutters are separated along their longitudinal axis parallel to the side walls. the Prevention of the oxidation of the supporting body (channels) can either by application of protective gases or the application of protective layers such as brazing pastes, welding pastes or galvanic metal layers. Most of the time it is sufficient if the oxidation protection is limited to the inner surface of the gutters, i.e. those areas which come into contact with the composite cast metal. The U-shaped or rectangular Cross-section of the channel is chosen on its narrow side so that after separation along the longitudinal axis of each side wall in the raw state receives the infusion layer that is used for further processing is desired. The simultaneous cooling of the gutters on its entire length has proven to be particularly useful, as this makes the Warping, bending and twisting of the channels during cooling is avoided. If the channels are designed to be closed on all sides, their upper ones are narrow Long sides a pouring opening on or several such openings, if the Material is applied in a molten state.

Das Verfahren kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß das Aufgußmateri<11 nicht in flüssigem Zustand eingegossen wird, sondern die Rinnen zuvor mit der Legierung in Form von Pulver, Spänen oder Metallbändern ausgefüllt und dann gemeinsam zeit den Rinnen auf Diffusionstemperaturen aufgeheizt werden. Im übrigen kann die Nachbehandlung in gleich-er Weise, wie zuvor beschrieben; erfolgen.The method can also be carried out in such a way that the infusion material <11 is not poured in the liquid state, but the channels beforehand with the alloy in the form of powder, shavings or metal strips and then time together the channels are heated to diffusion temperatures. In addition, aftercare can be used in the same way as previously described; take place.

Werden an die Porenfreiheit der Ausgüsse kesorndere Anforderungen gestellt, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Rinnen vor dem Abkühlungsprozeß einer Rüttelbewegung zu unterwerfen. Selbstverständlich können die Rinnen nachträglich noch einem Walzprozeß unterworfen.werden, wobei sie dann auf größere Längen ausgewalzt werden können. Erfolgt dieser Walzprozeß vor Trennen der Rinnen entlang der Längsachse, können durch das erfindungsgemäße Verfahren auch Materialien ausgewalzt w-erdeii, deren Auswalzung im Plattierverfahren nicht möglich ist. Bei allseitig geschlossenen Rinnen ist beispielsweise das Herauswalzen von Blei aus der Bleibronze nicht möglich, da ja die Rinnen das Aufgußmaterial vollkommen umschließen.There are more requirements for the absence of pores in the spouts it has been found to be useful to place the channels before the cooling process subject to a shaking movement. Of course, the channels can be added later are also subjected to a rolling process, in which case they are rolled out to greater lengths can be. If this rolling process takes place before the channels are separated along the longitudinal axis, materials can also be rolled out by the method according to the invention, whose rolling out in the plating process is not possible. When closed on all sides For example, it is not possible to roll lead out of the lead bronze in grooves, since the grooves completely enclose the infusion material.

Das Aufheizen der Rinnen selbst kann entweder in einem elektrisch, gas-, koks- oder ölgeheizten Ofen oder durch Hochfreyuenzspulen erfolgen, die um den Körper in Spiralen gelegt werden, oder auch durch direkte Durchleitung elektrischen Stromes entsprechender Stärke. Nach der Abkühlung der Rinnen können dieselben auf mechanischem Wege in zwei Hälften geteilt werden, so daß hierdurch zwei Verbundgußbänder mit einem Aufguß der gewünschten Legierung in gewollter Stärke entstehen. Es besteht auch die Möglichkeit, die U-förmigen Rinnen aus dem Stützmaterial gewissermaßen in unendlichen Längen zu formen und danach in einem kontinuierlichen Prozeß aufzuheizen und mit der Metallschicht auszugießen oder zuvor mit festem Aufgußmaterial zu beschicken, wobei diese Rinnen durch die Heiz-, Ausgieß- und Abkühlvorrichtung gleichförmig oder abschnittweise hindurchgeschol)en oder hindurchgezogen werden.The gutters themselves can be heated either in an electric, gas, coke or oil-heated oven or by high frequency coils that are placed in spirals around the body, or by direct electrical current of the appropriate strength. After the channels have cooled down, they can be mechanically divided into two halves , so that this results in two composite cast strips with an infusion of the desired alloy in the desired thickness. There is also the possibility of shaping the U-shaped channels from the support material to a certain extent in infinite lengths and then heating them up in a continuous process and pouring the metal layer or filling them with solid infusion material beforehand, these channels being through the heating, pouring and cooling device are slid or pulled through uniformly or in sections.

.In der Zeichnung ist die Erfindung an Beispielen dargestellt. Es zeigt Abb. i eine Rinnenform in perspektiver Stirnansicht, Abb.2 die gleiche Rinnenform im Querschnitt, Abb.3 eitle weitere Rinnenforni in pcrspektiver Sicht im Querschnitt, Abb. 4 die schematische Darstellung einer besonderen zweckmäßigen Abkühlvorrichtung, Abb.5 den Querschnitt der Abkühlvorrichtung nach Abb.4 im vergrößerten Maßstab, Abb.6 eine weitere Ausbildungsform der Abkühlvorrichtung in schematischer Darstellung und Abb.7, ebenfalls scheinatisCh, eine Vorrichtung zum Aufheizen der Rinnen durch elektrischen Strom.In the drawing, the invention is illustrated using examples. It Fig. i shows a channel shape in a perspective front view, Fig. 2 shows the same channel shape in cross-section, Fig. 3 further channel shapes in perspective view in cross-section, Fig. 4 is a schematic representation of a particularly useful cooling device, Fig.5 shows the cross section of the cooling device according to Fig.4 on an enlarged scale, Fig. 6 a further embodiment of the cooling device in a schematic representation and Fig.7, also apparent, a device for heating the channels through electricity.

An Hand dieser Abbildungen wird das Wesen der Erfindung wie folgt erläutert In Abb. i ist der Stützkörper a zu U-förmigem Querschnitt gebogen und an den beiden Enden durch besondere Bleclic h abgeschlossen, so daß dadurch ein aligesclilo5,cnes Gefäß entsteht, das nur an der oberen Längsseite offen ist.Based on these figures, the essence of the invention becomes as follows explained In Fig. i the support body a is bent to a U-shaped cross-section and at both ends finished with a special sheet, so that an aligesclilo5, cnes vessel arises, which is only on the upper long side is open.

In Abb.2 ist ein Querschnitt durch eine ausgegossene Rinne nach Abb. i gezeigt. Das Gießgut c- füllt den Innenraum der U-förmigen Rinne aus. Zur genauen Einhaltung der Abstände zwischen den beiden Seitenwänden können auf der oberen Längsseite in entsprechenden Abständen Distanz-1>Icchcd eingeschoben oder angeschweißt werden.In Fig. 2 is a cross-section through a poured channel according to Fig. i shown. The cast material c- fills the interior of the U-shaped channel. To the exact Compliance with the distances between the two side walls can be on the upper long side be inserted or welded at appropriate intervals distance-1> Icchcd.

In Alili. ; ist eine allseitig geschlossene Rinne dargestellt, die nur an der oberen schmalen Längsseite eine Eingtiliöffnutig fhat.In Alili. ; is shown a channel closed on all sides, which only on the upper narrow long side has an opening groove.

In Abb. 4 ist eine besonders zweckmäßige Abkühlvorrichtung im Horizontal- und im Vertikalschnitt dargestellt. Die in dem Ofeng aufgeheizte lZinne lt wird nach dem Eingießen des Metalls mittels der Eingiel,,vorrichtungi aus dem Ofen herausgezogen und in die Abkühlvorrichtung eingeführt. Diese Abkühlvorrichtung selbst besteht aus zwei wassergekühlten Hohlkörpern k, und k2 sowie einer oheren Druckschiene o. In dem gezeigten Beispiel ist der eine Kühlkörper k_ fest angeordnet. während der andere Kühlkörper k, durch eine Vorrichtung p gegen die Rinne h gepreßt werden kann. Die, Kühlkörper k, und k2 sind von Wasser ! durchflossen, das bei den Öffnungen n1 eintreten und ])ei den ()(fnungen n austreten kann, so daß die Kühlkiirper stets eine gute Abkühlung erfahren. Die genaue seitliche Verschiebung des Kühlkörpers k, ist durch Bolzens gesichert. Zusätzlich kann die Rinne lt noch durch Preßluft, die durch i)linungen r im Boden der Kühlvorrichtung eingeführt wird, gekühlt werden. Zweckmäßig wird diese 1'reßluftkühlung als erste eingeleitet und danach erst die weitere Abkühlung dusch die Kiililki)rlier k, und k2. Die ollere Druckschiene o bat vornehmlich den Zweck, das Durjhbiegen der l,',lniicn h während der Abkühlung zu verhindern.In Fig. 4 a particularly useful cooling device is shown in horizontal and vertical section. The heated in the Ofeng lZinne lt vorrichtungi is ,, pulled out after pouring the metal by the Eingiel from the furnace and introduced into the cooling device. This cooling device itself consists of two water-cooled hollow bodies k 1 and k 2 as well as an upper pressure rail o. In the example shown, the one heat sink k_ is fixedly arranged. while the other heat sink k can be pressed against the channel h by a device p. The, heat sink k, and k2 are made of water! flowing through it, can occur with the openings n1 and]) ei the () (fnungen n leak, so that the Kühlkiirper always undergo good cooling. k The precise lateral displacement of the heat sink is secured by bolt addition, the channel can lt yet. by compressed air which is introduced through i) lines r in the bottom of the cooling device. Appropriately, this fresh air cooling is initiated first, and only then is the further cooling shower the kiililki) rlier k, and k2. The main purpose of the larger pressure bar was to prevent the l, ', lnn h from bending over during cooling.

In Abb. h ist ebenfalls eine Abkühlvorrichtung dargestellt, welche sich besonders für allseitig geschlossen(, Rinnen gemäß Abb. ; bewährt hat. Bei dieser Abkühlvorrichtutig wird die im Ofen u aufgeheizte Rinne lt nach dem Eingief?en des Metalls, schematisch dur:h den "Ziegel f dargestellt, in. die Kühlvorrichtung eingeführt. Diese besteht in ähnlicher Weise, wie zu Abb..I und 5 ausgeführt ist, cltcnfalls aus zwei scitliclicn Körpern k, und k._, die aber tim einen Zapfen tt schwenkbar angeordnet sind, so dau' die Rinne von ihrer lioi-izontal-eii Lage in eine vertikale Lage gebracht werden kann. Das Abkühlen der Rinnen lt in der vertikalen Lage hat den Vorteil, daß 'das Gießgut einen gri@licrcn @lüssigkcitsd@uck durch sein Eigengewicht auf die Seitenw:indc ausübt, wodurch die Dichte des Gusses verbessert wird. Die Rinnen h können in diesem Fall zuvor durch Einblasen von I'ref,#ltift durch i)tinungcn v vorgekühlt tverden. Es besteht mich noch die Möglichkeit, sie nach der Abkühlung durch die I'reßluft und die Kühlkörper k, und k_ durch Absenken in einem Wasser-I>chältcr l zusitzlich abzukühlen.In Fig h also has a cooling device illustrated, which particularly is closed for all sides (, grooves as shown in Fig; has proven In this Abkühlvorrichtutig is the LT in the furnace and heated trough according to the Eingief of the metal, schematically dur:...? H the "Brick f shown, inserted into. The cooling device. This consists in a similar way, as shown in Fig..I and 5, cltcnfall of two scitliclicn bodies k, and k._, but which are arranged in a pivot tt pivotable, so DAU 'the trough can be brought from their Lioi-izontal-eii position into a vertical position. the cooling of the gutters lt in the vertical position has the advantage, that' the cast material a gri @ licrcn @ lüssigkcitsd @ piece by its own weight on the side walls, whereby the density of the cast is improved. In this case, the channels h can be pre-cooled beforehand by blowing in I) tin by cool the compressed air and the heat sinks k, and k_ by lowering them in a water tank.

lii .-11>h. - ist die elektrische Aufheizung der Rinne in schematischer Darstellung gezeigt. Dabei wird die Rinne h in zwei Spannbacken ivt und w., eingespannt, wobei die eine Spannbacke w, fest angeordnet sein kann, während die andere Spannbacke w2 in Längsrichtung verschiebbar ist. Beide Spannbacken sind gleichzeitig die Zuführungspole des elektrischen Stromes und können zur Vermeidung ihrer Überhitzung wassergekühlt werden, wie mit Pfeilen angedeutet ist. Die Spannbacke w2 wird durch eine entsprechende Vorrichtung unter Zugspannung in Längsachse der Rinne h durch ein Gewicht x oder auch durch Federn oder sonstige Vorrichtungen gehalten, so daß dann die Rinne h bei ihrer Aufheizung ebenfalls unter Zugspannung gehalten und damit die mit der Aufheizung verbundene Wärmeausdehnung der Rinne ausgeglichen wird.lii.-11> h. - is the electrical heating of the gutter in schematic Illustration shown. The channel h is clamped in two clamping jaws ivt and w., wherein the one clamping jaw w can be fixedly arranged, while the other clamping jaw w2 is displaceable in the longitudinal direction. Both clamping jaws are the feed poles at the same time of the electric current and can be water-cooled to avoid overheating as indicated by arrows. The clamping jaw w2 is replaced by a corresponding Device under tension in the longitudinal axis of the channel h by a weight x or also held by springs or other devices, so that then the channel h when they are heated also held under tension and thus with the Heating-related thermal expansion of the channel is compensated.

Selbstverständlich könnte die Rinne auch durch eine Hochfrequenzspule aufgeheizt werden, die um die Rinne h gelegt ist. Eine besondere Darstellung dieser Aufheizungsart ist nicht erforderlich, da diese Aufheizungsart allgemein Bekannt ist. Der besondere Vorteil für das erfindungsgemäße Verfahren hei dieser Aufheizungsart lxsteht darin, daß die Spulen um die Rinne gelegt werden können, so daß sich darin auch ein geschlossener Kreislauf des Sekundärstromes bilden kann.Of course, the channel could also be made by a high frequency coil be heated, which is placed around the channel h. A special representation of this The type of heating is not required, as this type of heating is generally known is. The particular advantage for the method according to the invention is this type of heating lx says that the coils can be placed around the gutter so that there can be can also form a closed circuit of the secondary flow.

Es braucht kaum besonders e: wähnt zu v=er@en, daß die gesamten Vorrichtungen auch soausgestaltet werden können, daß nicht nur eitle Rinne, soiidern gleichzeitig mehrere Rinnen aufgeheizt, ausgegossen und abgekühlt werden. Die zeichnerischen Darstalungen stellen nur schematische Beispiele des Herstellungsverfahrens und der Herstcllvorrichtungen dar, die innerhalb des Rahmens der Erfindung noch in der vcrschiedetisteti Weise ausgestaltet werden können.It hardly needs special e: mentions that the entire device can also be designed so that not only vain groove, soiidern at the same time several channels are heated, poured and cooled. The graphic ones Representations are only schematic examples of the manufacturing process and the Manufacture devices which vary widely within the scope of the invention Way can be designed.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of VerbundmetallkZitpern by casting metal alloys onto support bodies made of iron or higher melting metal alloys, characterized in that the narrow support bodies open at the top have a U-shaped cross section or support bodies closed on all sides with an approximately rectangular cross section while avoiding oxidation to the diffusion temperatures of the cast iron heated, poured on edge, after both materials have diffused simultaneously cooled over the entire length and then separated along the central plane parallel to the side walls.

2. The method according to claim t, characterized characterized that gutters closed on all sides, which are narrow only on the upper ones Long sides are each provided with a pouring opening or several such, in horizontal or slightly inclined, heated, poured and then roughly vertical Positioned and allowed to cool.

3. The method according to claim i, characterized in that that the low-melting cast material in the form of powder, metal shavings or solid metal bodies introduced into the channels and together up to the diffusion temperature the support body is heated until it melts.

4. The method according to claim i to 3, characterized in that the grooves filled with the molten cast material be subjected to a shaking movement before cooling.

5. The method according to claim i to 4, characterized in that the cast support body prior to separation be rolled out to a greater length.

6. Apparatus for carrying out the method according to claims i to 5, characterized in that the heating devices and pouring devices a cooling device is connected downstream, which essentially consists of two lateral Heat sinks and an upper pressure body, which from both sides and from be pressed against the composite body to be cooled above.

7. Device according to Claim 6, characterized in that the cooling device is designed to be pivotable is such that it is pivoted from the approximately horizontal position to the vertical position can be. B. Device according to 'claim 6, characterized in that as a heating device serve two clamping jaws, the supply poles of the electric current and between which the Zn channels to be heated are clamped, with a clamping jaw under spring or weight pull and during the heating up for a permanent tension of the Gutter cares.