DK142035B - Apindeanordning til fremstilling af glasfilamenter - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 142035 DANMARK ·"*«* ® 5| g §(21) Ansøgning nr. 944/75 (22) Indleveret den 10. mar. 1975 (23) Løbedag 10. mår. 1975 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsesskriftet offentliggjort dan 11· SUg· 1 9o0

DIREKTORATET FOR

PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET (3°) Priorit9t be9»mt den

31. maj 1974, 475220, US

70 OWENS-CORNING FIBERGLAS CORPORATION, 608 Madison Avenue, Toledo 1, Ohio, us.

(72) Opfinder: Darryl John Costin, 608 Madison Avenue, Toledo 1, Ohio, US.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling;

Ingeniørfirmaet Giersing & Stellinger.

(54) Spindeanordning til fremstilling af glasfilamenter.

Opfindelsen angår en spindeanordning til fremstilling af glasfilamenter. En sådan spindeanordning består af et kammer, som roterer med høj hastighed, og fra hvilket smeltet glas i form af tynde stråler ledes ud gennem perforerede vægge i kammerets omkreds og derefter udtrækkes til fibre. Sådanne spindeanordninger arbejder almindeligvis ved temperaturer på ca, 1120°C og med en omdrejningshastighed på ca.

I7OO o/min. Der stilles derfor store krav til det til spinde anordningen anvendte materiale, både med hensyn til temperaturbestandighed og mekanisk styrke og med hensyn til korrosionsbestandighed over for luftens oxygen og indholdet af korroderende bestanddele i det smeltede glas, f.eks. dettes alkaliindhold.

Som følge af de indvirkninger, for hvilke en sådan spindeanordning er udsat under driften, har de hidtil kendte spindeanordnin- 142035 2 ger en forholdsvis kort levetid af størrelsesordenen ca. 100 timer, hvorefter de må udskiftes. Opfindelsen har derfor til formål at tilvejebringe en spindeanordning til fremstilling af glasfilamenter, der udviser en betydeligt højere levetid, og som tillige har gode brud-spændings- og krybeegenskaber og kan smeltes og støbes i luft.

Ifølge opfindelsen opnås dette ved, at spindeanordningen består af en legering med følgende sammensætning:

Chrom 25,0 - 36,0 vægt-$

Nikkel 3,5 13,0 "

Wolfram 3,0 - 10,5 "

Tantal 1,4 - 6,5 "

Zirconium 0,005 - 0,2 "

Silicium 0,05 - 2,0 "

Kulstof 0,35 - 0,95 ”

Bor 0,001 - 0,1 "

Jern 0,01 - 12,0 "

Cobalt resten hvorhos vægtforholdet mellem wolfram og tantal er mellem 1 og 5,5, og vægtforholdet mellem zirconium og bor mellem 0,05 og 35·

Som nærmere omtalt i det følngede, har det vist sig, at en af en sådan legering bestående spindeanordning har stærkt forbedrede egenskaber i sammenligning med kendte spindeanordninger.

I denne legering er indholdet af zirconium og bor og forholdet mellem disse to bestanddele af afgørende betydning. Zirconium og bor er hidtil ikke blevet anvendt i de legeringer, af hvilke hidtil kendte spindeanordninger er blevet fremstillet, men kun i legeringer til andre formål, jfr. US-patentskrift 3,592,638 og SE-fromlæggelsesskrift 353 351, som intet indeholder om sammensætningen af legeringer til spindeanordninger som de omhandlede eller om et eventuelt kritisk forhold mellem mængden af zirconium og mængden af bor.

En foretrukken legering til en spindeanordning ifølge opfindelsen har følgende omtrentlige sammensætning:

Grundstof Omtrentlig sammensætning

Chrom ca. 28,5 - 33,0 vægt-$

Nikkel " 9,5 11,0 *'

Wolfram " 5,5 - 8,0 "

Tantal " 2,6 - 4,4 "

Zirconium " 0,009 - 0,025 " 3 142036

Grundstof Omtrentlig sammensætning

Silicium oa, 0,25 - 0,7 vægt-^o

Kulstof " 0,5 - 0,65 "

Bor " 0,01 - 0,035 "

Jern " 0,25 - 0,6 "

Cobalt resten hvorhos vægtforholdet mellem wolfrera og tantal er mellem 1,9 og 3,5» og vægtforholdet mellem zirconium og bor mellem 0,25 og 0,9·

De ovenfor angivne legeringer kan også indeholde forureninger, der indgår i de angivne hovedkomponenter. Mængden af forureninger bør imidlertid være begrænset til højst 0,1 vægt-% aluminium, højst 0,1 vægt-$ titan, højst 0,015 vægt-$ svovl og højst 0,015 vægt-$ phosphor.

Legeringerne til spindeanordninger ifølge opfindelsen kan fremstilles ved smeltning og støbning i luft eller ved smeltning og støbning i vacuum, idet der anvendes kendte smeltemetoder for legeringer p& basis af cobalt, der undertiden kaldes superlegeringer. Fortrinsvis anvendes smeltekomponenteme i form af forlegeringer for at lette smeltningen af grundstofferne ved højt smeltepunkt, såsom wolfram, tantal, chrom, zirconium, kulstof og bor.

Ved den foretrukne metode til fremstilling af legeringen fremstiller man først en grundsmelte bestående hovedsagelig af chrom og cobalt. Derefter kan de andre nødvendige grundstoffer indføres i grundsmelten i vilkårlig rækkefølge, når smeltetemperaturen er mellem 1480 og 1540°C. Alternativt kan imidlertid alle komponenterne i legeringen indføres i smeltediglen sammen med cobalt og chrom. Eftersom zirconium og bor indgår i legeringen i små mængder, og der skal opretholdes bestemte vægtforhold, foretrækker man at indføre zirconium, bor, wolfram og tantal i smelten umiddelbart før støbningen, for at man skal forhindre, at disse stoffer oxideres eller forsvinder fra smeltediglen. Efter tilsætningen af de sidstnævnte komponenter opvarmes smelten til en temperatur mellem 1540 og l665°C, så at man får en homogen komposition, hvorefter smelten støbes indenfor det nævnte temperatur-interval. Det resulterende støbegods kan svejses og bearbejdes maskinelt ved kendte metoder. Fortrinsvis varmebehandles den støbte legering ved 1065°C i tre timer, hvorefter den luftkøles inden yderligere operationer.

I det følgende sammenlignes egenskaberne af en typisk legering til spindeanordninger ifølge opfindelsen med egenskaberne af en kendt legering, kaldet legering A, som er en legering med højt nikkelindhold, og som almindeligvis anvendes til fremstilling af drejelige spindeanordninger, Legeringen A har følgende sammensætning: 4 142035

Grundstof Omtrentlig sammensætning, vægt-$

Chrom ca 35«0

Nikkel resten

Molybdæn ca 3,0

Kulstof " 0,25

Wolfram 11 3,0

Tantal "1,0

Silicium " 1,2

Jern * 4,5

Mangan " 0,25

Den afprøvede typiske legering til spindeanordninger ifølge opfindelsen har følgende sammensætning:

Grundstof Omtrentlig sammensætning, vægt-$

Chrom 31,5

Nikkel 10,3

Wolfram 6, 4

Tantal 2,4

Zirconium 0,01

Silicium 0,4

Kulstof 0,6h

Bor 0,04

Jern 0,38

Cobalt resten

Wolfram/Tantal 2,7

Zirconium/Bor 0,25

I det følgende angives brudspændingsegenskaberne af legering A

og legeringen til spindeanordninger ifølge opfindelsen, der begge er støbt i luft og derefter varmebehandlet.

Legering Påvirkning.kp/cm2 Temperatur. °C Livslængde, h A 105 1120 110

Iflg. opf. 105 1120 85ΟΟ A IO5 II5O **0

Iflg. opf. 105 1150 3000 A 105 1124 100

Iflg. opf. 105 1242 100

Legeringen A og legeringen til spindeanordninger ifølge opfindelsen, der begge var støbt i luft og derefter varmebehandlet, udviste den følgende corrossion, efter at de delvis var nedsænket i samme glassmelte ved 1188° C i et tidsrum af 40 timer*

Legering Angrebets dybde, mm

Under smeltens overflade Ved smeltens overflade a 07Γ5Ϊ 0,44l

Iflg. opf. 0,071 0,297

Med hensyn til krybningen havde legeringen A en total kastning på 18,9$, medens legeringen til spindeanordninger ifølge opfindelsen havde en total gennemsnitlig kastning på ca. 5,6$ under identiske betingelser.

142035 5

Den typiske legering til spindeanordninger ifølge opfindelsen havde efter støbningen en hårdhed på 108 Rockwell B og 33 Rockwell C, Efter en varmebehandling på 1065° C i 3 timer var hårdheden 111 Rockwell B og 39 Rockwell C·

Som ovenfor nævnt er legeringerne til spindeanordninger ifølge opfindelsen særligt egnede til fremstilling af spindeanordninger. Sådanne spindeanordningers livslængde (driftstid) begrænses af brtid-påvirkninger og corroasion fremkaldt af det smeltede glas.

En af de mange typer af spindeanordninger ifølge opfindelsen, er vist på tegningen, hvor fig.l viser spindeanordningen, set i perspektiv, og fig.2 et tværsnit af spindeanordningen langs linien 2-2 i fig.l.

Den på tegningen viste spindeanordning 1 har i sin helhed sammensætningen ifølge opfindelsen. Spindeanordningen 1 omfatter en øvre væg 2 med en åbning 3 og en nedre væg b med en åbning 5· Mellem den øvre væg 2 og den nedre væg 4 strækker sig langs omkredsen en kontinuerlig sidevæg 6, så at der dannes et hovedsagelig cirkulært kammer. Sidevæggen 6 er forsynet med åbninger 7, som strækker sig gennem sidevæggen. Gennem disse åbninger 7 indstremmer det smeltede glas, som indføres i spindeanordningen gennem åbningen 3·

Den øvre væg 2 kan være forsynet med en flange 8 til tilslutning til et organ, som bringer spindeanordningen i rotation. Ikke viste organer kan strække sig gennem åbningen 5 til indførelse af fluidum i spindeanordningen.

Forskellige spindeanordninger ifølge opfindelsen er blevet støbt, og støbegodset blev varmebehandlet og derefter maskinbearbejdet til de ønskede dimensioner. Ved fabriks-forsøg har 8 sådanne spindeanordninger vist sig at have en gennemsnitlig levetid på 252 timer, medens spindeanordninger støbt af den ovenfor angivne kendte legering A havde en gennemsnitlig levetid på ca.

100 timer under hovesagelig identiske driftsbetingelser.