EP0386515A2

EP0386515A2 - Verfahren zur Herstellung metallischer, hochverschleissbeständige Bereiche aufweisender Verbundkörper und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: EP0386515A2
Application number: EP90103205A
Authority: EP
Inventors: Peter Dr.-Ing. Dahlmann; Johannes Jachowski; Paul Dipl.-Ing. Pant; Hansgeorg Dipl.-Ing. Bremekamp; Erich Dipl.-Ing. Mulisch
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1989-03-04
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1990-09-12
Also published as: EP0386515A3

Abstract

Insbesondere auf dem Gebiet der Zerkleinerungstechnik werden Bauteile benötigt, in welchen die verschleißfeste, mit Hartstoffteilchen belegte Zone parallel zur Erstarrungsachse des herzustellenden Verbundkörpers verlaufen müßte. Zu diesem Zweck wird ein unter Anwendung des Elektroschlackeumschmelzens mit Hartstoffteilchen-Zugabe ablaufendes Herstellverfahren vorgeschlagen, bei dem in die Kokille (1) vor Beginn des Elektroschlackeumschmelzens ein fester metallischer Einsatzkörper (2) derart eingebracht wird, daß der den Restquerschnitt der Kokille ausfüllende Block (3) unter Bildung einer schlackefreien Verbundzone (4) mit dem Einsatzkörper einen Teil des Verbundkörpers darstellt. Die kontinuierlich zugegebenen Hartstoffteilchen (9) werden dabei in der Weise eingelagert, daß in dem Block (3) zumindest ein sich über seine gesamte Höhe in Kokillenlängsrichtung und zumindest über einen Teil seines Querschnitts erstreckender, hochverschleißbeständiger Bereich erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung metallischer, hochverschleißbeständige Bereiche aufweisender Verbundkörper, die aus zumindest zwei unterschiedlichen Werkstoffen mit mindestens einer daraus gebildeten Mischzone bestehen, unter Anwendung des Elektroschlackeumschmelzens, wobei in den Block, der sich währenddessen durch Aufschmelzen einer Elektrode in einer Kokille aufbaut, kontinuierlich von oben durch die Schlacke hindurch zugeführte Hartstoffteilchen zum Anlösen an den aus dem Elektrodenwerkstoff gebildeten Grundwerkstoff des Blocks eingelagert werden; vorgeschlagen wird ferner eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. Harstoffteilchen im Sinne der Erfindung sind dabei Hartstoffteilchen (d.h. harte Carbide, Nitride, Boride, Oxide und Silicide, insbesondere auch WC und W₂C) und/oder Hartmetallteilchen, gegebenenfalls auch aus gebrochenem Hartmetallschrott (d.h. Legierungen, die aus einem oder mehreren Hartstoffen, insbesondere Carbiden, und einem Bindemetall zusammengesetzt sind, das aus Eisen, Kobalt und/oder Nickel besteht).
Bei einem gattungsgemäßen Herstellverfahren - beschrieben in der DE-PS 34 19 406 - werden bereits die beim Elektroschlackeumschmelzen erzielbaren hohen Schmelztemperaturen, die zudem eine deutliche Verringerung der Viskosität der Schmelze zur Folge haben, dazu ausgenutzt, die verhältnismäßig rasch in der Schmelze absinkenden Hartstoffteilchen problemlos mit dem (von der aufschmelzenden Elektrode gelieferten) Grundwerkstoff zu verbinden.
Das in Rede stehende Herstellverfahren sieht allerdings nur die Einlagerung der Hartstoffteilchen senkrecht zur Erstarrungsachse des sich beim Elektroschlackeumschmelzen aufbauenden Blockes vor, und zwar wahlweise in mehreren Bereichen innerhalb des Blockes oder im gesamten umgeschmolzenen Block.
Für bestimmte Einsatzzwecke - insbesondere auf dem Gebiet der Zerkleinerungstechnik - werden für den Einbau in Verschleißeinheiten jedoch Bauteile benötigt, in welchen der möglichst verschleißfeste, mit Hartstoffteilchen versehene Bereich parallel zur Erstarrungsachse des herzustellenden Verbundkörpers verlaufen müßte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche die Herstellung eines Verbundkörpers mit zumindest einem parallel zur Erstarrungsachse verlaufenden Bereich ermöglichen, der durch Einlagerung von Hartstoffteilchen in den Grundwerkstoff hochverschleißbeständig ist.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Grundgedanke der Erfindung besteht danach darin, in die Kokille vor Beginn des Elektroschlackeumschmelzens einen festen metallischen Einsatzkörper derart einzubringen, daß der den Restquerschnitt der Kokille ausfüllende Block unter Bildung einer schlackefreien Verbundzone mit dem Einsatzkörper einen Teil des schließlich vorliegenden Verbundkörpers darstellt. Die während des Elektroschlackeumschmelzens zugegebenen Hartstoffteilchen werden dabei in der Weise eingelagert, daß in dem Block zumindest ein sich über seine gesamte Höhe in Kokillenlängsrichtung und zumindest über einen Teil seines Querschnitts erstreckender, hochverschleißbeständiger Bereich erzeugt wird. Der unterhalb der Elektrode und der darunter befindlichen Schlackeschicht vorhandene Metallsumpf muß dabei eine Lage einnehmen, in welcher er den Einsatzkörper miterfaßt und dadurch die Breite der Verbundzone zwischen dem festen Einsatzkörper und dem sich aufbauenden Block bestimmt.
Da der feste Einsatzkörper im Vergleich zu einer wassergekühlten Kokillenwand eine geringere Wärmeableitung zur Folge hat, wird die Bildung einer flüssigen Zone zwischen Einsatzkörper und Block gefördert. In dieser flüssigen Zone schwimmt die Schlacke aufgrund der Dichteunterschiede zwischen flüssigem Metall und flüssiger Schlacke auf mit der Folge, daß die Verbundzone nicht durch Schlackeeinschlüsse beeinträchtigt wird.
Wesentlich für den Herstellvorgang ist eine Dosierung und Handhabung der Hartstoffteilchen während des Elektroschlackeumschmelzens, die zur Bildung eines oder auch mehrerer hochverschleißbeständiger Bereiche mit Ausrichtung der in diesem Bereich bzw. in diesen Bereichen angehäuften Hartstoffteilchen in Kokillenlängsrichtung führt. Die Zugabe der Hartstoffteilchen durch die den Metallsumpf abdeckende Schlackeschicht hindurch kann danach in der Weise erfolgen, daß der sich bildende hochverschleißbeständige Bereich entweder den gesamten Querschnitt des Blocks (also in jedem Falle nur einen Teil des Querschnitts des Verbundkörpers) oder nur einen Teil des Blockquerschnitts ausfüllt.
Der zur Erzeugung des Verbundkörpers benutzte feste Einsatzkörper besteht vorzugsweise aus einem Werkstoff, der gut warmverformbar, gut spanend verarbeitbar und schweißbar ist. Die den Grundwerkstoff für den Aufbau des Blocks liefernde Elektrode besteht aus einem Werkstoff, der im Zusammenwirken mit den eingelagerten Hartstoffteilchen hochverschleißbeständig, gegebenenfalls zusätzlich warmverformbar ist. Der Grundwerkstoff kann beispielsweise aus dem Werkstoff 42 CrMo4 (Werkstoffnummer 1.7225) bestehen, in den zur Bildung des zumindest einen hochverschleißbeständigen Bereichs Wolframcarbidteilchen eingelagert sind.
Die Verschiebung des Metallsumpfes in Richtung auf den festen Einsatzkörper läßt sich in einfacher Weise dadurch verwirklichen, daß die Elektrode während des Elektroschlackeumschmelzens in einer bezüglich des Blockes asymmetrischen Lage gehalten wird (Anspruch 2).
Das Verfahren kann in der Weise vorteilhaft ausgestaltet sein, daß während des Elektroschlackeumschmelzens auf einem Teil des Kokillenumfangs ein nach innen gerichtetes Magnetfeld erzeugt wird, durch welches bevorzugt eine Einlagerung der Hartstoffteilchen im Randbereich des sich aufbauenden Blocks hervorgerufen wird (Anspruch 3). Die Anwendung eines Magnetfeldes zur Erzeugung einer Randeinlagerung von Hartstoffteilchen setzt selbstverständlich voraus, daß diese durch das Magnetfeld beeinflußbar, also ferromagnetisch sind. Das Magnetfeld kann in einfacher Weise durch in Kokillenlängsrichtung aufeinanderfolgende, ortsfest angeordnete Magnete hervorgerufen werden. Vorzugsweise wird das Magnetfeld während des Elektroschlackeumschmelzens in Anpassung an die Aufbaugeschwindigkeit des Blocks (d. h. in Abstimmung mit der Umschmelzgeschwindigkeit) mitbewegt (Anspruch 4). Dies hat den Vorteil, daß das Magnetfeld jeweils gerade in den Kokillenabschnitt gezielt wirksam werden kann, in dem die Hartstoffteilchen in den Metallsumpf eindringen und zur Bildung des hochverschleißbeständigen Bereichs geeignet angeordnet werden müssen.
Die Anpassung des Magnetfelds an die Aufbaugeschwindigkeit des Blocks kann vorteilhaft auch in der Weise erfolgen, daß mehrere ortsfeste, in Kokillenlängsrichtung aufeinander folgende Magnete der Bewegung des Metallsumpfes entsprechend zeitlich nacheinander zu- bzw. abgeschaltet werden. Die Ausbildung des hochverschleißbeständigen Bereichs in Kokillenlängsrichtung läßt sich gegebenenfalls auch dadurch beeinflussen, daß die Stärke des Magnetfeldes im Laufe des Elektroschlackeumschmelzens in einer bestimmten Weise, beispielsweise periodisch oder auch linear, verändert wird.
Das Verfahren der Erfindung kann in der Weise weiter ausgestaltet sein, daß das Elektroschlackeumschmelzen in einer Kokille mit endkonturnah ausgebildetem Querschnitt durchgeführt wird (Anspruch 4); eine derartige Verfahrensführung gestattet es, den der Kokille entnommenen Verbundkörper ohne weitere Bearbeitung beispielsweise in eine Verschleißeinheit einzubauen. Eine andere Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens besteht darin, das Elektroschlackeumschmelzen in einer Kokille mit einem geometrisch einfachen Querschnitt auszuführen und den Verbundkörper durch eine sich anschließende Warmverformung in seine Endform zu überführen (Anspruch 6).
Das Verfahren der Erfindung ermöglicht auch die Herstellung von Verbundkörpern mit mehreren hochverschleißbeständigen Schichten. Zu diesem Zweck kann in der Kokille vor Beginn des Elektroschlackeumschmelzens als Einsatzkörper ein Verbundkörper angebracht werden, welcher den Kokillenquerschnitt teilweise ausfüllt und der in der zuvor beschriebenen Weise durch einen vorhergehenden Elektroschlackeumschmelzvorgang mit Einlagerung von Hartstoffteilchen erzeugt worden ist (Anspruch 7).
Die Zugabe der Hartstoffteilchen in Anpassung an die Umschmelzgeschwindigkeit beim Elektroschlackeumschmelzen erfolgt vorzugsweise derart, daß die Masse der eingelagerten Hartstoffteilchen zwischen 20 % und 95 % der Masse des umgeschmolzenen Grundwerkstoffs ausmacht (Anspruch 8).
Die während des Elektroschlackeumschmelzens zugeführten Hartstoffteilchen sollten eine Korngröße zwischen 0,5 mm und 10 mm aufweisen (Anspruch 9).
Die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand der Kokille zumindest eine Unterbrechung aufweist, in welche ein diese überbrückender Einsatzkörper hineinragt (Anspruch 10). Ein Teil der Umfangswand der Kokille wird also von dem in Frage kommenden Einsatzkörper selbst mitgebildet. Falls die Kokillenwand beispielsweise mit zwei Unterbrechungen ausgestattet ist, können diese entweder von einem (beispielsweise mit geeigneten Vorsprüngen versehenen) Einsatzkörper oder von zwei - gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgebildeten - Einsatzkörpern überbrückt werden. Die Vorrichtung kann gegebenenfalls in der Weise vorteilhaft ausgestaltet sein, daß die zumindest eine Unterbrechung sich lediglich über einen Teil der Kokillenhöhe erstreckt (Anspruch 11). Bei einer derartigen Ausführungsform weist die Kokille also eine Kokillenwand auf, die lediglich teilweise, insbesondere in der Nähe des Kokillenbodens, geschlossen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 im Vertikalschnitt den Aufbau einer Kokille, die eine geschlossene Umfangswand aufweist und in welcher unter Verwendung eines festen Einsatzkörpers durch Elektroschlackeumschmelzen ein Verbundkörper mit einem hochverschleißbeständigen Bereich erzeugt wird,
Fig. 2 einen Vertikalschnitt entsprechend Fig. 1, wobei der Kokille zusätzlich auf einem Teil ihres Umfangs ein Magnetfelderzeuger zugeordnet ist,
Fig. 3 in Schrägansicht einen endkonturnah hergestellten Verbundkörper mit einem hochverschleißbeständigen Bereich,
Fig. 4 in Schrägansicht einen geometrisch einfach aufgebauten Verbundkörper mit einem hochverschleißbeständigen Bereich, der durch Warmverformung in seine Endform überführt werden kann,
Fig. 5 im Vertikalschnitt eine Kokille zum Elektroschlackeumschmelzen, in welche ein durch Elektroschlackeumschmelzen hergestellter Verbundkörper als fester Einsatzkörper eingebracht ist,
Fig. 6 in Schrägansicht einen Verbundkörper, der mittels des anhand der Fig. 5 erläuterten Verfahrens herstellbar ist, und
Fig. 7 im Vertikalschnitt eine Kokille mit seitlich offener Umfangswand, deren Unterbrechung durch einen festen Einsatzkörper überbrückt ist.

Gemäß Fig. 1 läßt sich das Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers mit einem hochverschleißbeständigen Bereich in der Weise ausführen, daß in eine Elektroschlackeumschmelz-Kokille 1 zunächst ein fester Einsatzkörper 2 (bestehend beispielsweise aus einem gut warmverformbaren,
gut spanendbearbeitbaren und schweißbaren Werkstoff) eingebracht wird, der lediglich einen Teil des - im Ausführungsbeispiel rechteckförmigen - Querschnitts der Kokille ausfüllt; unter Querschnitt ist dabei die freie Innenfläche der Kokille senkrecht zu ihrer Längserstreckung (also in der Darstellung senkrecht zur Bodenwand 1a) zu verstehen. Die Kokille weist eine durchgehende, in sich geschlossene Umfangswand 1b auf, d. h. der feste Einsatzkörper 2 befindet sich vollständig innerhalb der Kokille.
Durch Elektroschlackeumschmelzen baut sich im Restquerschnitt der Kokille nach und nach ein Block 3 von unten nach oben auf, der sich durch Anschmelzen des Einsatzkörpers 2, angedeutet durch die Verbundzone 4, fest mit diesem verbindet und dabei den gewünschten Verbundkörper bildet.
Der Block 3 wird durch Abschmelzen einer den Grundwerkstoff liefernden Elektrode 5 erzeugt, die stirnseitig in eine flüssige Schlacke 6 eintaucht und dabei abschmilzt. Zwischen dem von der Elektrode 5 ausgehenden Tropfenstrom und der Schlacke 6 kommt es zu intensiven Reaktionen, bevor die weitgehend von unerwünschten Verunreinigungen befreiten Metalltropfen unterhalb der Schlacke 6 einen Metallsumpf 7 bilden; dessen Lage verschiebt sich mit dem fortschreitenden Aufbau des Blocks 3 nach oben.
Der Metallsumpf 7 läßt sich - insbesondere durch asymmetrische Anordnung der Elektrode 5 bezüglich des Blocks 3 in Richtung auf den Einsatzkörper 2 - in der Weise verschieben, daß er den Einsatzkörper miterfaßt und dadurch die Breite V der Verbundzone zwischen dem Einsatzkörper und dem sich aufbauenden Block bestimmt. Dabei wird die Bildung der Verbundzone dadurch gefördert, daß der Einsatzkörper eine im Vergleich zu einer wassergekühlten Kokillen-Umfangswand geringere Wärmeableitung zur Folge hat. Aufgrund der Dichteunterschiede zwischen dem flüssigen Metall und der flüssigen Schlacke im Bereich der vorübergehend flüssigen Verbundzone schwimmt die Schlacke auf, so daß sich die gewünschte, schlackefreie Verbundzone 4 bildet.
Zur Bildung des gewünschten hochverschleißbeständigen Bereichs werden in dem Restquerschnitt der Kokille 1, in dem sich der Block 3 durch Elektroschlackeumschmelzen bildet, von oben in Richtung der Pfeile 8, kontinuierlich Hartstoffteilchen 9 zugeführt; diese sinken durch die Schlacke 6 hindurch ab und verbinden sich durch Anlösen mit dem von der Elektrode 5 gelieferten Grundwerkstoff des sich bildenden Blocks 3. Die Hartstoffteilchen, deren Korngröße beispielsweise zwischen 1 und 2 mm liegt, und die Elektrode 5 sind hinsichtlich ihrer Eigenschaften in der Weise aufeinander abgestimmt, daß sie den bereits erwähnten, hochverschleißbeständigen Bereich bilden.
Bei dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 setzt sich der nach Abschluß des Elektroschlackeumschmelzens vorliegende Verbundkörper aus dem Einsatzkörper 2, der Verbundzone 4 mit der Breite V und dem entstandenen Block 3 zusammen, wobei letzterer insgesamt den hochverschleißbeständigen (also mit Hartstoffteilchen 9 angereicherten) Bereich des Verbundkörpers darstellt.
Die bereits erwähnte Zugabe der Hartstoffteilchen 9 während des Elektroschlackeumschmelzens erfolgt dabei, auch in Anpassung an die Umschmelzgeschwindigkeit bzw. Aufbaugeschwindigkeit des Blocks 3, in der Weise, daß dieser beispielsweise zu einem Anteil von 30 % mit in regelmäßiger Verteilung vorliegenden Hartstoffteilchen durchsetzt ist.
Das Verfahrensergebnis läßt sich durch den Rahmenbedingungen angepaßte asymmetrische Ausrichtung der Elektrode 5, durch Anpassung des Elektrodenquerschnitts an den Querschnitt des Umschmelzbereichs sowie durch Auswahl der Schlackenzusammensetzung beeinflussen.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der im Querschnitt der rechteckförmigen Kokille 1, die wiederum eine geschlossene Umfangswand 1b aufweist, auf der dem festen Einsatzkörper 2 gegenüberliegenden Seite ein ortsfester, außenliegender Magnetfelderzeuger 10 zugeordnet. Dieser setzt sich aus mehreren in Richtung der Längserstreckung der Kokille aufeinanderfolgenden Magneten 10a zusammen.
Der Magnetfelderzeuger ist so ausgestaltet, daß das von ihm ausgehende Magnetfeld einen Teil des Innenraums der Kokille 1 erfaßt und sich über die Breite der Kokille quer zur Zeichenebene (dementsprechend lediglich über einen Teil des Umfangs der Kokille 1) erstreckt.
Die während des Elektroschlackeumschmelzens seitlich von oben zugeführten Hartstoffteilchen 9 werden durch das vom Magnetfelderzeuger 10 ausgehende Magnetfeld in der Weise beeinflußt, daß sie sich bevorzugt im benachbarten Randbereich des sich aufbauenden Blocks 3 in den Grundwerkstoff einlagern und dort einen hochverschleißbeständigen Bereich in Form einer Schicht 11 mit der Breite S bilden.
Der nach Abschluß des Elektroschlackeumschmelzens vorliegende Verbundkörper weist also vier Abschnitte auf, die jeweils in Längsrichtung der Kokille bzw. parallel zur Erstarrungsachse des Blocks 3 ausgerichtet sind, nämlich einen von dem Einsatzkörper 2 gebildeten Abschnitt, den Abschnitt der Verbundzone 4, einen aus dem Grundwerkstoff des Blocks 3 gebildeten Abschnitt und die bereits erwähnte Schicht 11 mit eingelagerten Hartstoffteilchen 9.
Durch den Einsatz des Magnetfelderzeugers 10 kann dabei die Art und Weise der Einlagerung der Hartstoffteilchen 9 in den aufgeschmolzenen Grundwerkstoff gezielt beeinflußt bzw. unterstützt werden. Insbesondere ist es auch möglich, den Magnetfelderzeuger 10 in der Weise auszugestalten, daß das von ihm ausgehende Magnetfeld zeitlich und/oder abschnittsweise in unterschiedlichem Ausmaß wirksam ist; auf diese Weise läßt sich beispielsweise auch die Stärke der Schicht 11 - über die Breite der Kokille 1 quer zur Zeichenebene und/oder in Kokillenlängsrichtung - verändern. Anstelle eines ortsfesten Magnetfelderzeugers kann dieser auch in der Weise ausgestaltet sein, daß er bezüglich der Kokille 1 in Längsrichtung hin und her beweglich gehalten ist und während des Elektroschlackeumschmelzens mit der Bewegung des Metallsumpfes 7 nach oben mitgeführt wird. Dies hat den Vorteil, daß das Magnetfeld stets dort zur Einwirkung kommt, wo die Hartstoffteilchen 9 in den flüssigen Grundwerkstoff eingelagert werden.
Das Magnetfeld kann auch in der Weise an die Aufbaugeschwindigkeit des Blocks 3 angepaßt werden, daß die in Fig. 2 dargestellten Magnete 10a in zeitlicher Aufeinanderfolge zu- bzw. abgeschaltet werden.
Abhängig von der Art des herzustellenden Verbundkörpers kann das Verfahren mit einer Kokille ausgeführt werden, die einen endkonturnah ausgebildeten oder einen geometrisch einfachen Querschnitt (quer zu ihrer Längserstreckung gesehen) aufweist.
Der in Fig. 3 dargestellte Verbundkörper 12 weist bereits seine Endkontur auf und kann ohne weitere Bearbeitung beispielsweise in eine Verschleißeinheit eingebaut werden. Der Verbundkörper kann dabei in der Weise hergestellt werden, wie sie anhand der Fig. 1 erläutert worden ist, d. h. die Abschnitte des Verbundkörpers außerhalb der hochverschleißbeständigen Schicht 12a werden von der nicht dargestellten Verbundzone und einem sich (in der Darstellung zur rechten Seite hin) anschließenden Einsatzkörper gebildet.
Im Gegensatz dazu wird der quaderförmige Verbundkörper 13 - der einen in Längsrichtung verlaufenden, verhältnismäßig tiefen hochverschleißbeständigen Bereich 13a aufweist - erst durch eine nachfolgende Warmverformung in die gewünschte Endform gebracht (Fig. 4). Der nicht mit Hartstoffteilchen belegte Bereich des Verbundkörpers 13 besteht dabei aus dem Werkstoff des Einsatzkörpers und dem Grundwerkstoff der Elektrode, die beide gut spanend bearbeitbar und schweißbar sind.
Das Herstellverfahren kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß in die Kokille 1 mit geschlossener Umfangswand 1b vor Beginn des Elektroschlackeumschmelzens als Einsatzkörper ein Verbundkörper 14 eingebracht wird, welcher bereits einen mit Hartstoffteilchen belegten, hochverschleißbeständigen Bereich 14a aufweist. Durch Aufbau eines Blocks 3 im Elektroschlackeumschmelzverfahren, welcher den verbleibenden Restquerschnitt der Kokille 1 ausfüllt und dabei an den Einsatzkörper 14 anschmilzt, kann in der bereits beschriebenen Weise ein neuer Verbundkörper aufgebaut werden, der zwei hochverschleißbeständige Bereiche aufweist, nämlich den Bereich 14a des festen Einsatzkörpers 14 und den Bereich, der durch entsprechende Zugabe von Hartstoffteilchen mit dem Block 3 übereinstimmt (Fig. 5).
Der nach Durchführung des anhand der Fig. 5 erläuterten Verfahrens vorliegende neue Verbundkörper 15 kann beispielsweise quaderförmig ausgebildet sein (Fig. 6). Er weist zwei in Längsrichtung verlaufende außenliegende, hochverschleißbeständige Bereiche auf, nämlich den Bereich 14a des in Fig. 5 dargestellten festen Einsatzkörpers 14 und den mit dem Block 3 übereinstimmenden Bereich.
Das Verfahren kann besonders vorteilhaft in der Weise ausgestaltet sein, daß der feste Einsatzkörper nur teilweise von der Seite her in die Kokille eingebracht wird und gleichzeitig als Teil der Kokillen-Umfangswand eingesetzt wird (Fig. 7).
Die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Kokille weist dementsprechend im Bereich ihrer Umfangswand 1b eine Unterbrechung 1c auf, an deren Querschnitt der Querschnitt des zugehörigen Festkörperabschnitts angepaßt ist. Die in der Darstellung auf der linken Seite offene Kokille 1 wird also durch Einschieben des festen Einsatzkörpers 2 von der linken Seite her gleichzeitig in ein Gefäß mit geschlossener Umfangswand umgewandelt.
Wie bereits vorher erwähnt worden ist, wird die Elektrode 5 zur Beeinflußung der Übergangszone 4 bezüglich des sich bildenden Blocks 3 asymmetrisch in Richtung auf den festen Einsatzkörper 2 ausgerichtet.
Bedingt durch die Kühlwirkung, die von der gekühlten Umfangswand 1b ausgeht, bildet sich zwischen dieser und dem entstehenden Block 3 ein dünner Schlackefilm 16 aus.
Die Entstehung eines derartigen Schlackefilms im Bereich zwischen dem Block 3 und dem Einsatzkörper 2 wäre unerwünscht, da sie die Wirksamkeit der sich bildenden Verbundzone 4 in Frage stellen würde. Da der Einsatzkörper jedoch eine wesentlich geringere Wärmeableitung zur Folge hat als die normalerweise sogar wassergekühlte Umfangswand 1b, wird die Schlackeschicht mit dem Aufbau des Blocks 3 nach oben mitgeführt, so daß eine schlackefreie Verbundzone 4 entsteht.
Abweichend von der in Rede stehenden Ausführungsform kann die Kokille 1 auch mit zumindest einer Unterbrechung 1c ausgestattet sein, die sich lediglich über einen Teil der Kokillenhöhe erstreckt. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise ein Verbundkörper herstellen, dessen Block 3 nach unten über den daran befestigten Einsatzkörper 2 hinausragt.
Der Vorteil, der sich aus der Verwendung einer seitlich offenen Kokille ergibt, ist insbesondere darin zu sehen, daß vorgefertigte, beliebig geformte Einsatzkörper durch Elektroschlackeumschmelzen mit mehr oder weniger starken, hochverschleißbeständigen Bereichen bzw. Schichten ausgestattet werden können, wobei diese durch geeignete Gestaltung des Querschnitts der teilweise offenen Kokille erforderlichenfalls endkonturnah hergestellt werden können.
Es ist also ohne weiteres möglich, beispielsweise den in Fig. 3 dargestellten zahnförmigen Verbundkörper 12 dadurch zu erzeugen, daß ein entsprechend geformter Einsatzkörper teilweise in eine seitlich offene Kokille eingebracht und durch Elektroschlackeumschmelzen mit der dargestellten Schicht 12a versehen wird.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist die Kokille (in der Draufsicht betrachtet) einen U-förmigen oder U-ähnlichen Querschnitt auf, der durch Einschieben eines festen Einsatzkörpers seitlich geschlossen wird.
Abgesehen von den bereits erwähnten Vorteilen lassen sich mit der Erfindung unter Verwendung von Einsatzkörpern mit vorwählbaren Eigenschaften Verbundkörper herstellen, die - gegebenenfalls auch beliebig geformte - parallel zur Erstarrungsachse des Elektroschlackeumschmelz-Blocks verlaufende, hochverschleißbeständige Bereiche oder Schichten aufweisen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung metallischer, hochverschleißbeständige Bereiche aufweisender Verbundkörper, die aus zumindest zwei unterschiedlichen Werkstoffen mit mindestens einer daraus gebildeten Mischzone bestehen, unter Anwendung des Elektroschlackeumschmelzens, wobei in den Block, der sich währenddessen durch Aufschmelzen einer Elektrode in einer Kokille aufbaut, kontinuierlich von oben durch die Schlackeschicht hindurch zugeführte Hartstoffteilchen zum Anlösen an den aus dem Elektrodenwerkstoff gebildeten Grundwerkstoff des Blocks eingelagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kokille vor Beginn des Elektroschlackeumschmelzens ein fester metallischer Einsatzkörper derart eingebracht wird, daß der den Restquerschnitt der Kokille ausfüllende Block unter Bildung einer schlackefreien Verbundzone mit dem Einsatzkörper einen Teil des schließlich vorliegenden Verbundkörpers darstellt, und daß die Hartstoffteilchen in der Weise eingelagert werden, daß in dem Block zumindest ein sich über seine gesamte Höhe in Kokillenlängsrichtung und zumindest über einen Teil seines Querschnitts erstreckender, hochverschleißbeständiger Bereich erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode während des Elektroschlackeumschmelzens in einer bezüglich des sich bildenden Blockes asymmetrischen Lage gehalten wird.

3. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Elektroschlackeumschmelzens auf einem Teil des Kokillenumfangs ein nach innen gerichtetes Magnetfeld erzeugt wird, durch welches bevorzugt eine Einlagerung der Hartstoffteilchen im Randbereich des sich aufbauenden Blocks hervorgerufen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld während des Elektroschlackeumschmelzens in Anpassung an die Aufbaugeschwindigkeit des Blocks mitbewegt wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroschlackeumschmelzen in einer Kokille mit endkonturnah ausgebildetem Querschnitt durchgeführt wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroschlackeumschmelzen in einer Kokille mit einem geometrisch einfachen Querschnitt ausgeführt und der Verbundkörper durch eine sich anschließende Warmverformung in seine Endform überführt wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Einsatzkörper ein Verbundkörper Verwendung findet.

8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der Hartstoffteilchen in Anpassung an die Umschmelzgeschwindigkeit beim Elektroschlackeumschmelzen derart erfolgt, daß die Masse der eingelagerten Hartstoffteilchen zwischen 20 % und 95 % der Masse des umgeschmolzenen Grundwerkstoffs ausmacht.

9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Elektroschlackeumschmelzens zugeführten Hartstoffteilchen eine Korngröße zwischen 0,5 mm und 10 mm aufweisen.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (1b) der Kokille (1) zumindest eine Unterbrechung (1c) aufweist, in welche ein diese überbrückender Einsatzkörper (2) hineinragt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Unterbrechung (1c) sich lediglich über einen Teil der Kokillenhöhe erstreckt.