Verfahren zur Herstellung von metallischen Hohlkörpern. Metallisehe Ilohlkörper werden bislang in der verschiedensten Weise hergestellt. Wenn von den Verfahren abgesehen wird, bei wel- ehen Blechstreifen oder Blechbänder gebogen und in der Längsnaht oder in einer spiral- fö rinicen Naht zusammengeschweisst werden, so bleiben noch die Verfahren der Herstel- lung auf dem Wege des Giessens oder auf denn Wege der Warmformgebung,
wobei im letztgenannten Falle sich unter Umständen an die Warmformgebung eines Vorstückes die endgültige Herstellung auf kaltem Wege dureh Pilgern oder Ziehen anschliessen kann.
1)as (liessen von rohrförmigen Hohlkör pern lässt sieh nur bei solchen Werkstoffen durchführen, die in der Schmelze leichtflüs sig sind, weil sonst Formen mit verhä.ltnis- mä.ssig geringem Raum zwischen Kern und äusserer Wandung nicht ausgefüllt werden können. Darüber hinaus erfordert dieses Ver fahren ein hohes Mass an betrieblicher Erfah- inng, uni siehermigehen, dass genügend hohe Temperaturen angewendet werden, die rich tige Wahl der Werkstoffe und Legierungs elemente getroffen wird und dergleichen mehr.
Für eisenhaltige Werkstoffe ist das Giessverfahren praktisch nur anwendbar auf Gusseisen, nicht aber auf Stahl und ganz be sonders nicht auf Hochlegierten Stahl, wie beispielsweise rost- und säurebeständige Stähle in der Art der austenitischen Chrom-Nickel- stähle oder auch hochverschleissfeste Stähle.
Das Verfahren zur Erzeugung von Roh ren durch Warmformgebung ist ebenfalls schwierig, weil dabei zunächst von einem ge schmiedeten oder gewalzten Block ausgegan gen wird, der gelocht werden muss, wodurch erheblicher Abfall an Werkstoff entsteht. Der gelochte Block, die sogenannte Rohr luppe, wird alsdann meist warmformgebend weiterverarbeitet, gegebenenfalls aber auch kalt in die endgültige Form gebracht. Es ist schon versucht worden, die erwähnte Erzeu gung der Rohrluppen zu vereinfachen, indem der Werkstoff mit Hilfe von Strangpressen in die Luppenform gebracht wird.
Für das Stangpressen ist aber naturgemäss ein erheb licher Kraftaufwand in starken Maschinen erforderlich. Im übrigen lassen sich auf diese Weise nicht alle Werkstoffe einwandfrei ver arbeiten, und zwar selbstverständlich zu nächst einmal diejenigen nicht, die ohnehin nur auf dem Gusswege in ihre Gebrauchsform gebracht werden können, aber auch Werk stoffe, die an sich nach anderem Verfahren warmformgebend verarbeitet werden können, lassen sich auf diese Weise nicht immer zu Rohren verarbeiten. Auf dem Gebiet der eisenhaltigen Legierungen sind es wieder vor allem die hochlegierten Stähle, die einer sol- chen Verarbeitung wenig zugänglich sind.
Die Tatsache, dass sich die Werkstoffe nach dem einen oder andern der genannten Ver fahren nicht verarbeiten lassen, hängt im wesentlichen zusammen mit Eigenschaften, wie zu hoher Festigkeit bei erhöhten Tem peraturen, zu geringer Leichtflüssigkeit in der Schmelze, ohne die Möglichkeit hinrei chender Überhitzung und mit der Neigung, während der Verarbeitung oder anschliessend an die Verarbeitung zu reissen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von metallischen Hohlkörpern wie Rohren, Rohrhippen und dergleichen, und zwar insbesondere solcher aus Stahl, vor nehmlich hochlegierter Art wie beispiels weise rost-, säure- und verschleissbeständige Stähle nach Art der Chrom- oder Chrom- iViekelstähle. Die Erfindun- hat zum.
Ziel, sich weitgehend unabhä.ngigvon dem zu ver wendenden Werkstoff zu machen und die Durchführung so einfach zu gestalten, dass Ausfälle praktisch nicht. eintreten. Das Ver fahren soll die Freiheit der Wahl der zu ver arbeitenden Werkstoffe in jeder Hinsicht gewährleisten, so da.ss sowohl legierter als auch unle-ierter Stahl, Stahlguss der ver schiedensten Zusammensetzung, Eisenguss sowie andere h1etalle und Metallegierungen verarbeitet- werden können.
Darüber hinaus soll ermöglicht werden, Hohlkörper zu er zeugen, die schichtweise aus Werkstoffen ver sehiedener Zusammensetzung aufgebaut. sind, sowie - mittels zusätzlicher '.Massnahmen - solehe, die durchgehend aus dem gleichen Material aufgebaut sind.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein metallischex 'NZ"erlcstoff in festem Zustand in eine metal lische Form eingebracht und unter Verwen dung eines nach, dem Erstarren leicht. zu ent fernenden Kernes elektrisch geschmolzen wird, wobei der geschmolzene Werkstoff mit der metallischen Form verschweisst..
Das elektrische Erhitzen erfolgt hierbei vorteilhaft durch Induktion oder im unmit telbaren Stromdurchgang. Gegebenenfalls kann auch Induktion und unmittelbarer Stromdurchgang gleichzeitig angewendet wer den. Der Kern kann aus Sand hergestellt werden, wie dies in der Formereitechnik be kannt ist, und es muss lediglich dafür gesorgt werden, dass der Kern nach dem Erstarren, wie dies ebenfalls an sich bekannt ist, leicht entfernt werden kann. Das Bindungsmittel für den Kernwerkstoff richtet ,sich zweek- mässigerweise nach .dem für die Hohlkörper verwendeten Werkstoff und besteht. z. B.
aus einem Stoff, der zu einer Aufkohlung keinen Anlass gibt.
Bei der Herstellung der Hohlkörper kann der Werkstoff, kontinuierlich fortschreitend, elektroinduktiv niedergeschmolzen werden. Bei stehender Form wird der dazu verwen dete Induktor mit Vorteil von unten nach oben bewegt-. Vorzugsweise wird ein Induktor verwendet, der als Spule die Form umfasst; es kann aber auch als Induktor eine Heizleiter- schleife verwendet werden, die sich über der Oberfläche der Form schliesst.
Bei Verwendung einer Spule ist es zweck- mässi-, die Form um ihre Achse umlaufen zu lassen, während sich die Spule in Acbs- riehtung über die Form hinwegbewegt.
Bei der Verwendung einer IIeizleiterschleife, die sich in Richtung der Achse bewegt, ist es unerlässlich, die Form um die Achse rotieren zu lassen. In die Form wird der niederzu- schmelzende Werkstoff beispielsweise als Metallpulver eingefüllt, wobei es zweckmässig ist, während des Einfüllens und gegebenen falls auch während des Niederschmelzens die Form zu rütteln oder zu vibrieren. Der pul verförmige Werkstoff kann aus einer Legie rung hergestellt werden, die der gewünschten endgültigen Zusammensetzung für den Kör per entspricht.
Es ist aber auch möglich, von einem Pulvergemenge auszugehen, das aus einzelnen Legierungsbestandteilen und/oder aus einzelnen Vorlegierungen besteht, die erst im Sehmelzfluss die gewünschte endgül tige Zusammensetzung ergeben. Der Werk stoff kann aber auch als Blech oder in Form @-on Blechstreifen eingesetzt werden, wobei diese Bleche rohrförmig gebogen oder spiralig aufgerollt. sein oder als einfache oder mehr- fache, ineinandergeschobene Schlitzrohre ein gebracht werden können. Auch Stäbe, Dreh späne oder sonstige Abfallstücke können in die Form eingesetzt werden.
Darüber hinaus ist es möglich, zerkleinerten Gussbruch einzu füllen oder sogar beispielsweise Roheisen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Späne und. sonstige Abfälle entsprechend den Abmessun gen der Form, in der der Werkstoff niederge nchmolzen werden soll, zu paketieren, um auf diese Weise dass Raumgewicht des Einsatzes zu erhöhen.
Es ist ersichtlich, dass bei dem Verfahren gemäss der Erfindung ausserordentliche Frei heit bezüglich der Wahl des Ausgangswerk stoffes und seines Zustandes besteht, und die gegebene Aufzählung ist nicht, etwa erschöp fend; es ist vielmehr möglich, dass noch wei l ere N Verkstoffarten oder Werkstoffkombina- tionen Verwendung finden können. Vor allen Dingen können z.
B. essprechend zerkleinerte oder vorbereitete Abfälle von rost- und säure beständigen Blechen eingesetzt werden und auf diese Weise unmittelbar rost- und säure beständige Rohre hergestellt werden oder auch Rohrluppen, die sieh alsdann warm oder kalt zu Rohren weiterverarbeiten lassen; denn die so hergestellten Erzeugnisse weisen eine nicht zu erwartende Verarbeitbarkeit auf. Es entsteht auf diese Weise z. B. ein Tost- oder säurebeständiges Stahlrohr, ein Erzeugnis, < las je nach Art der Legierung bekanntlich bisher nahtlos kaum hergestellt werden konnte, so dass Bleche zur Rohrform gebogen und ge schweisst werden mussten.
Die Form wird auf Temperaturen erhitzt, die ein Verschweissen des in die Form einge brachten Werkstoffes mit der festbleibenden Form gewährleistet. Es zeigt sich nämlich, dass in einem metallischen Rohr, vorzugsweise einem Stahlrohr, vornehmlich durch induk tives Erhitzen, eine solche Wärmestauung er zeugt werden kann, dass das Rohr an seiner Innenwand bereits schmelzflüssig oder an nähernd schmelzflüssig wird, während aussen diese Temperatur noch nicht erreicht ist.
Die elektrische Leistung, die erforderlich ist, um den eingesetzten Werkstoff nieder- zuschmelzen, ist verhältnismässig gering, da das Niederschmelzen kontinuierlich fort schreitend vor sich gehen kann und stets nur eine geringe Menge Werkstoff auf Schmelz hitze gebracht werden muss. Der über der Schmelzzone anstehende Werkstoff wird ausserdem durch die Schmelzhitze vorge wärmt.
Bei Anwendung eines induzierenden Wech selstromes wird man die Frequenz in Anpas sung an die Abmessungen der Form wählen. In jedem Fall ist zu vermeiden, dass zu niedrige Frequenzen gewählt werden, weil sonst eine unerwünschte Bewegung des schmelzflüssigen Werkstoffes eintreten kann. Erfahrungsge mäss sollte die Frequenz bei einem Aussen durchmesser bis etwa 40 mm nicht unter 5000 Hz und bei einem Aussendurchmesser bis etwa 100 mm nicht unter 2000 Hz liegen.
In manchen Fällen ist es zweckmässig, das Schmelzen in der Form in einer Schutzgas atmosphäre vorzunehmen. Dieses Schutzgas soll vorzugsweise neutral oder reduzierend sein. Es ist am einfachsten, mit Leuchtgas zu arbeiten, indem dieses während des Schmelz vorganges in die Form eingeführt wird. Da"; Schutzgas kann den festen Einsatz umspülen. Die festbleibende metallische Form, die her nach einen Bestandteil des unmittelbar erhal tenen Erzeugnisses bildet, kann noch mit einem feuerfesten Mantel umkleidet werden, um Wärmeabstrahlungen zu vermeiden.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist es auch möglich, nicht. nur induktiv zu erwärmen, sondern auch im unmittelbaren Stromdurchgang, wobei voteilhafterweise eine ringförmige Elektrode verwendet wird, die auf dem Einsatz ruht.
Die Ausübung des Verfahrens ist nicht an eine bestimmte Lage der Form gebunden, viel mehr kann sie jeweils zweckmässig gewählt werden, das heisst entweder waagrecht, schräg oder senkrecht.
Mit dem Verfahren können Rohre oder Rohrluppen erzeugt werden, deren äussere Schicht anders zusammengesetzt ist als die innere. So kann beispielsweise ein Rohr aus niederlegiertem oder reinem Kohlenstoffstahl mit rost- und säurebeständigen Legierungen ausgekleidet werden.
Es kann somit, beispiels weise ein Rohr erzeugt werden, das innen mit einem Chrom-Nickelstahl mit 1.8 % Chrom und 8% Nickel plattiert ist. Es können ferner zur Innenauskleidung der Rohre solche Werk stoffe verwendet werden, die bisher in keiner Weise zu Rohren verarbeitet werden konnten,
obwohl dies mit Rücksicht auf ihre Eigen- sehaften besonders erwünscht gewesen wäre. So gibt es beispielsweise säurebeständige hoch- silizierte Chromstähle, die einer Warnform gebung kaum zugänglich sind. Diese Werk- stoffe lassen sich mit dem beschriebenen Ver fahren in verhältnismässig einfacher Weise zu innenverkleideten Rohren verarbeiten.
Roh eisen, insbesondere weisses Roheisen, lässt sich formgebend ebenfalls kaum verarbeiten, hat aber die Eigenschaft, hochverschleissfest zu rein, und unter Anwendung des erfindungs gemässen Verfahrens ergibt sich die Möglich keit, Rohre mit weissem Roheisen auszukleiden. Solehe Rohre sind hervorragend verwend bar als Blas- und Spühlversatzrohre für Berg werke und dergleichen.
Es ist indes nicht not wendig, dass die Aussen- und Innenschicht aus eisenhaltigen Legierungen wie Stahl und dergleichen besteht, sondern es ist auf diese Weise auch möglich, Rohre aus gänzlich ver- sehiedenen Werkstoffen zusammenzusetzen, beispielsweise aussen Eisen oder Stahl mit einer Innenschicht aufs Kupfer oder einer Kupferlegierung.
Die beschriebenen Schritte des Verfahrens führen zu Hohlkörpern, insbesondere rohrför- migen Körpern, die entweder bereits Ge brauchsform aufweisen oder als Vorstufe für eine weitere Verarbeitung anzusehen sind. Im letzten Falle kann ihnen die Form von Rohrluppen erteilt werden, und es hat sich gezeigt, dass diese Werkstücke sich, soweit die Werkstoffe überhaupt eine Verarbeitung zu- lassen, in verhältnismässig vorteilhaftem Masse für eine Weiterverarbeitung eignen.
Die Weit.erv erarbeitung kann in an sieh bekannter Weise unter Verminderung der Wandstärke zum endgültigen Rohr führen, vorzugsweise durch Kaltpilgern oder Ziehen. In manchen Fällen ist die äussere Schicht. des Erzeugnisses lediglich als eine Hilfsschicht aufzufassen, die entweder die schmelzflüssige Erzeugung er leichtert. oder aber die Weiterverarbeitung eines Werkstoffes ermöglieheji soll, der bei spielsweise einer Warm- und/oder Kaltform gebung allein nicht oder nur schwer zugäng lich wäre.
In diesem Falle wird die äussere Schicht entweder am Zwischenerzeugnis oder am endgültigen Erzeu<U>g</U>nis zu entfernen sein. Dies kann auf chemischem Wege durch Auf lösen geschehen, wenn die innere Schicht & ;äur ebeständig ist. Sie kann aber auch mecha.. nisch entfernt. werden, beispielsweise wenn es sich um eine verhältnismässig dicke Schicht handelt, durch Abdrehen.
Je nach den gege benen Umständen kann das Entfernen der äussern Schicht mithin unmittelbar im An schluss an die schmelzflüssige Erzeugung des Körpers oder erst nach Verarbeitung einer Luppe zum endgültigen Rohrkörper erfolgen.
Die Hohlkörper brauchen nicht notwen digerweise Rundzylinder zu sein, es sind viel mehr auch andere Formen möglich. Es kön nen ferner ohne weiteres Bunde, Flanschen, Verstärkungen, Sieken oder dergleichen vor gesehen werden. Die festen Werkstoffe, die in die Form eingefüllt :erden, brauchen nicht einheitlich zu sein. Es kann vielmehr beispiels weise Blechschrott, mit Spänen vermischt werden oder Späne mit körnigem oder pulver förmigen Ausgangswerkstoff und dergleichen mehr. Ferner kann z. B. in einer keramischen Form ein Rohr nicht nur innen, sondern auch aussen mit einem andern Werkstoff umkleidet werden.
Obwohl infolge der Eigenart des Verfah rens die Erzeugnisse nicht die zu erwartende Gusssprödigkeit aufweisen und sich daher meist ohne Schwierigkeiten weiterverarbeiten lassen, können Fälle auftreten, in denen eine Weiterverarbeitung ohne zusätzliche Mass nahme nicht oder nur schwer möglich ist. Alsdann wird der erstrebte Erfolg im allge meinen durch eine Warmbehandlung erreicht. So ergeben sieh beispielsweise in dieser Hin sicht Vorteile durch Vergüten oder Anlassen.
Hochlegierte Stähle wie Chrom-Nickelstähle mit. 18 % ehrom und $ D/o Nickel werden zu diesem Zweck auf etwa 600 angelassen.