CH295406A - Verfahren zum Aufschmelzen einer metallischen Auflage auf einen metallischen Träger. - Google Patents

Description

  Verfahren     zum    Aufschmelzen     einer        metallischen        Auflage    auf     einen        metallischen    Träger.    Es ist an sich bekannt, metallische Werk  stücke herzustellen, die aus unterschiedlich  zusammengesetzt-en Schichten     bestehen,    wobei  beispielsweise die oberste Schicht andere ehe  mische und mechanische Eigenschaften auf  weist als die     darunterliegende    Schicht, die im  allgemeinen als     Trägerwerkstoff    bezeichnet  wird.

   Solche     Gegenstände    sind unter anderem  bekannt unter der Bezeichnung  plattierte  Bleche , bei welchen die     Oberflächenschicht:     beispielsweise     aus    nichtrostendem Stahl, etwa  von der Art des     austenitischen        Chrom-Nickel-          Stahls,    besteht, während der Trägerwerkstoff  ein     Kohlenstoffstahl    oder niedrig legierter  Stahl ist, der im wesentlichen die     Aufgabe     hat, die mechanischen Beanspruchungen auf  zunehmen, denen das     Werkstück    im Betriebe  unterworfen ist.

   Auch unter Anwendung von  Nichteisenmetallen. und     -legierungen    sind  solche Verbundwerkstoffe hergestellt -und be  nutzt worden.  



  Was     insbesondere    die auf der     Stahlbasis     aufgebauten Verbundstoffe anbelangt, so  haben sich die     verschiedensten    Herstellungs  verfahren entwickelt. Zur Herstellung eines  Trägerwerkstoffes aus Stahl mit einer Auf  lage     aus        nichtrostendem    Stahl sind auf     Platti-          nen    Bleche aufgelegt worden und alsdann         diese    Pakete     verwalzt    worden, wobei sich Trä  ger und Auflage miteinander verschweissten.

    Das Verfahren     ist    sehr umständlich, da es  eine saubere Bearbeitung der     au@einander-          liegenden    Flächen. voraussetzt und bei Erwär  mung auf Walzhitze Sorge dafür getragen  werden muss, dass eine Oxydation vermieden  wird.

   Es ist ferner versucht worden, Bleche       aus    chemisch hochwertigem Werkstoff mit  dem Trägerwerkstoff zu hintergiessen und das  so entstandene Halbzeug     aüs;twalzen.    Auch       dieses    Verfahren führte nicht zum     Erfolg.    Da  es schwierig ist,     Abmessungen    und Giesstempe  ratur so aufeinander abzustimmen, dass einer  seits die Verbindung zwischen den     unter-          schiedlichen    Werkstoffen erfolgt und ander  seits der in der Masse geringere Werkstoff  für die Auflage' von dem schmelzflüssigen  Trägerwerkstoff nicht aufgezehrt wird. Das  Plattieren ist daher eine Kunst geblieben, die  grosse Geschicklichkeit und viel Erfahrung  voraussetzt.  



  Die     Erfindung    betrifft ein Verfahren zur  Herstellung derartiger     Verbundwerkstoffe,     das wesentlich vereinfacht ist und in seiner  Anwendung ausserordentlich     anpassungs-    und       abwandlungsfähig    ist. Es beruht auf der Er  kenntnis, dass es möglich ist, auf einem Trä-           gerwerkstoff    geeigneter Dicke den     Werkstoff     für die Auflage     niederzuschmelzen,    ohne dass  der Träger ebenfalls schmilzt.

   Das     erfin-          dungsgemässe    Verfahren zum     Aufsehixielzen          einer    metallischen     Auflage    auf einen metalli  schen Träger, dessen     @ateria@zusammen-          setziuig    sich von derjenigen der Auflage  unterscheidet, ist dadurch     gekennzeichnet,          d.ass    das die Auflage bildende Material einen  Schmelzpunkt hat, der höher als 1100 C liegt,

    und dass es     mittels        induktiver        Erw        ärmun.          derart    auf den Träger niedergeschmolzen  wird, dass der letztere sich nicht verflüssigt.  



  Es ergibt sich auf diese Weise ein Zusam  menhalt zwischen dem Trägerwerkstoff und  dem     Werkstöff        für    die Auflage, der gestattet,  das so erzeugte Verbundhalbzeug durch       Warmformgebung,    insbesondere durch Aus  walzen, weiter zu verarbeiten. Das Verfahren  eignet sich besonders für die Herstellung von  Verbundwerkstoffen mit einem Trägerwerk  stoff aus Eisen oder Stahl, beispielsweise aus  gewöhnlichem     gohlenstoffstahl    oder niedrig  legiertem Stahl,     und        einem    Auflagewerkstoff.

    in der Art der nichtrostenden     Stähle.    Es ist  aber auch möglich, andere Werkstoffe als  Trägerwerkstoff vorzusehen., und     ebenso    an  dere Stoffe für die     Auflage    zu wählen, deren  Schmelzpunkt höher als 1100 C liegt. Dabei  soll als     Schmelzpunkt    bei     Legierungen    die       dem        Soliduspunkt        entsprechende        Temperatur     und bei     Mischungen    aus zwei odermehreren  Komponenten die Schmelztemperatur der am  niedrigsten schmelzenden Komponente mass  gebend sein.  



  Es empfiehlt sich, die Ausgangsstoffe für  die Auflage in zerkleinerter bis fein zerteil  ter Form,     .beispielsweise.    gekörnt,     gepulvert,     in Form von Drehspänen, Schrott oder der  gleichen aufzubringen und auf dem sich nicht       verflüssigenden    Träger     niederzuschmelzen.     



  Als Träger kann     ein    ebener Körper ge  wählt werden, und zwar insbesondere eine       Plattine,    ein Sturz oder ein Blech geeigneter  Dicke. Nach dem Aufschmelzen der Auflage  kann     dann    das so entstandene Halbzeug durch       Warmformgebung,    insbesondere durch Wal  zen, weiterverarbeitet werden.    Zur Bildung der Auflage können reine  Metalle, Mischungen von Metallen oder     Ferro-          legierungen    verwendet werden.

   Es ist ferner  möglich, Stahl- oder     Metallegierungen    vorzu  sehen, welche zweckmässig in der Form von  Drehspänen oder auch Schrott in geeigneter  Weise     durch    Zerschneiden oder dergleichen  zerkleinert sind. Überraschenderweise kann  für die aufzuschmelzende Schicht ein Ge  menge solcher     Zusammensetzung    gewählt  werden, wie dies notwendig wäre, um eine  reine Legierung in einem metallurgischen  Ofen üblicher Art herzustellen.

   Um beispiels  iveise einen nichtrostenden Stahl herzustellen,       kann        ein    Gemenge     aufgebracht    werden, das  aus     Ferrochrom,    reinem Nickel, beispielsweise  in der Form der bekannten Nickelwürfel, Zu  schlägen aus Fluss- und     Verschlackung8mit-          teln    besteht und     selbstverständlich    den erfor  derlichen Zuschlag an Eisen in Form von  Schrott aufweist.  



  Die Zusammensetzung der Auflage kann  ohne weiteres so gewählt werden, dass sie im       Aussehen    oder bezüglich chemischer bzw.  physikalischer     Eigenschaften    'derjenigen an  sich bekannter     rost-,        säure    und/oder hitze  beständiger Stähle entspricht. Es können auf  diese Weise sowohl die     ferritischen    als auch  die     austenitischen    Sorten erhalten werden,  wie z.

   B. die     austenitischen        Chrom-Nickel-          Stähle    mit 1807o Chrom und     81/o    Nickel oder  die     ferritischen    Stähle, die lediglich einen  hohen Chromgehalt aufweisen. Die Warm  formgebung so hergestellter Verbundstoffe ist  einfach, da diese sich im wesentlichen so ver  halten wie der     Grundwerkstoff,    während  Schwierigkeiten, die bei der Warmformgebung  hochlegierter Stähle von der Art, wie sie für  die Auflage verwendet werden, aufzutreten  pflegen, sich kaum ergeben.

   Es können sogar  Legierungen, die sich als reine     Werkstoffe          pr        aktiseh.    nicht     .verwalzen    lassen, ohne wei  teres warmverformt werden, wenn sie im  Sinne der Erfindung als Auflage dienen.

   Dies  trifft beispielsweise zu für Legierungen mit  einem     Jiohen    Nickelgehalt und gegebenenfalls  mit Zusätzen an Chrom,     Molybdän    und Wolf  ram, einzeln oder     zu    mehreren.     Legierungen              dieser        Art        sind        beispielsweise        solche        mit        28%          Molybdän,    5     %        Eisen,

          Rest        Nickel        oder        15         /o          i,hrom,        1.711/o        Molybdän,        5%        Wolfram,        Rest     Nickel.

   Beide Legierungen haben einen       Kohlenstoffgehalt,        der        bei        etwa        0,05        %        liegt.     Die     '4Varmforingebung        solcher    Legierungen       isi    praktisch nur schwer     durchführbar,    wenn  Vollkörper aus diesen Werkstoffen hergestellt  werden sollen.

   Als Bestandteil eines gemäss  der Erfindung     hergestellten    Verbundstoffes  dagegen lassen sie sich wesentlich leichter ver  arbeiten, wobei sich zusätzlich der Vorteil er  gibt, dass in erheblichem Umfang Legierungs  elemente eingespart werden.  



  Das     Niederschmelzen    der Auflage erfolgt  gemäss der Erfindung durch induktives Er  hitzen, und zwar insbesondere mit. Hilfe so  genannter     Heizleiterschleifen,    die sich über  der     Werkstückoberfläche    schliessen. Es kommt  hierbei lediglich darauf an, die     Heizleiter-          schleifen    in geeigneter Form, etwa     mäa.nder-          artig,    auszubilden, so dass     bevorzugte    Schmelz  zonen in den aufgegebenen Stoffen vermieden  werden.

   Diese Feststellung gilt insbesondere,  wenn mittels solcher     Reizleiterschleifen    im       Gesamtflächenheizverfahren    gearbeitet wer  den soll. Eine geringere Rolle spielt die Aus  bildung der Heizleiter, wenn im fortschreiten  den Verfahren gearbeitet wird, bei welchem  die Auflage kontinuierlich von einem Ende  des Trägerkörpers zum andern fortschreitend.  niedergeschmolzen wird.

   Weiterhin ist es  möglich, die     niederzuschmelzeude    Masse durch       strahlende    Hitze vorzuwärmen und anschlie  ssend durch     Induktionsbeheizung        niederzu-          schmelzen.    In diesem Falle wird die     Vorwär-          inung    vorzugsweise so weit getrieben, dass die  einzelnen Bestandteile der     niederzuschmelzen-          den    Masse     zusammensintern.     



  Vornehmlich in den Fällen, in     denen    die       niederzuschmelzende    Masse ganz oder teil  weise aus pulverförmigen Komponenten be  steht, kann     es    zweckmässig sein, die Bestand-,  teile auf der Oberfläche festzulegen, damit.  bei der Anwendung des elektrischen     Induk-          tionserhitzens    das Magnetfeld die Pulver  nicht anzieht oder in unerwünschter Weise  auf der Oberfläche verteilt. Zum. Festlegen    der Stoffe eignen sich nichtoxydierende Mit  tel, wie beispielsweise Wasserglas, mit denen  die Stoffe     verpastet    werden.  



  Je nach dein     Flüssigkeitsgrad,    den die       niedergeschmolzene    Auflage erreicht, besteht  eine mehr oder minder grosse Neigung der  selben, vom Trägerwerkstoff abzufliessen. Dem  kann erforderlichenfalls dadurch begegnet  werden,     dass    ein Rand aus feuerfestem Werk  stoff um die     Plattine,    den Sturz oder das  Blech     herumgelegt    wird. In den     weitaus     meisten Fällen ist es jedoch nicht erforder  lich, solche Vorkehrungen zu treffen.

   Es hat  sich nämlich gezeigt, dass die Atmosphäre, in  der das Niederschmelzen vorgenommen     wird,     einen erheblichen     Einfluss    auf die Oberflä  chenspannung ausübt, die geeignet ist, das  Abfliessen vom Trägerwerkstoff zu unterbin  den. Es ist ohnehin zweckmässig, das Nieder  schmelzen unter einer Schutzatmosphäre vor  zunehmen, beispielsweise unter einem redu  zierenden oder unter einem     inerten    Gas. Es  kommt dann lediglich darauf an, die Schutz  atmosphäre so auszuwählen, dass sie ausser  ihrer     Schutzwirkung    noch einen     Einflu.ss    auf.  die     Oberflächenspannung    der schmelzflüssigen  Auflage ausübt, damit das Abfliessen verhin  dert wird.

   Welches Gas oder Gasgemisch im  Einzelfalle zu benutzen ist, kann durch. Ver  suche ermittelt werden.    Ausser den bisher erwähnten, mehr oder  weniger ebenen Trägerkörpern können auch  Trägerkörper nicht ebener Gestalt, und zwar  insbesondere Rohre mittels des beschriebenen  Verfahrens mit Auflagen- versehen werden. Die  aufzuschmelzenden Stoffe können dabei in  das Rohr eingefüllt werden. Während des  Niederschmelzens der Bestandteile für die       aufzusc        imelzende    Schicht wird das Rohr ge  dreht, und es hat sich als zweckmässig erwie  sen, beim Umlauf des Rohres um seine Achse  eine so hohe Drehzahl     anzuwenden,    dass die  niederschmelzenden Bestandteile gegen die       j:'ändung    gedrückt werden.

   Insbesondere da  durch, aber in     gewissen    Fällen auch bereits  bei langsamem Umlauf, wird eine vollkommen  gleichmässige Schichtdicke erzeugt.      Die Form,     in    der die     niederzuschmelzen-          den    Stoffe eingebracht werden, entscheidet  sich nach den jeweiligen     Erfordernissen    bzw.  nach dem Stoff. Es hat sich besonders be  währt, Blechstreifen oder     rohrförmig    gebo  gene Bleche einzuführen. Ferner können  Drähte     eingeführt    werden.

   Das Einfüllen und  gleichmässige Verteilen     des        niederzuschmel-          zenden    Stoffes ist auf     diese    Weise besonders  einfach gemacht.  



  Die Erhitzung des Rohres bzw. der in  das Rohr eingefüllten     niederzuschmelzenden          toffe    erfolgt elektroinduktiv, wobei je     naeh     S     S     den gegebenen Verhältnissen     entweder        .das     gesamte Rohr von innen oder aussen auf  geheizt wird; es kann aber auch im fort  schreitenden Verfahren gearbeitet werden,  indem eine Spule oder     Heizleiterschleife     aussen über das Rohr in Achsrichtung fort  sehreitend     entlang    bewegt wird.

   Es ist ferner  möglich, geeignete Induktoren in das Rohr       einzuführen,    und     entsprechend    dem     Nieder-          schmelzen    des Materials axial vorwärts zu be  wegen. In jedem Falle wird auf diese Weise  ein Niederschmelzen erreicht, das zu gleich  mässigen Schichten an der Innenwandung der  Rohre führt. Gelegentlich kann es auch zweck  mässig sein, die Bestandteile zunächst     anzu-          sintern        und    anschliessend     niederzuschmelzen.     



  Es ist     zweckmässig,    unter einer Atmo  sphäre zu arbeiten, die entweder neutrale  oder reduzierende 'Bedingungen im Innern       des    Rohres aufrechterhält.     Selbstverständlich     entscheidet sich die Wahl der Atmosphäre       ebenfalls    nach den gegebenen Umständen, und  zwar insbesondere danach, ob die aufzu  schmelzenden Stoffe oder Stoffgemenge Be  standteile enthalten, die mit der Normal  atmosphäre oder einer üblichen- Ofenatmo  sphäre in schädlicher Art reagieren oder  nicht.  



  Auf diese Weise können gleichmässig ver  teilte festhaftende Schichten der verschieden  sten Zusammensetzungen auf der Rohrinnen  wandung     erzeugt    werden, und zwar insbeson  dere auf Eisen- oder Stahlrohren, aber auch  auf Rohren     aits    andern Metallen oder Metall  legierungen.    Die Massnahmen gemäss der Erfindung ge  statten, auf diese Weise in den Rohren selbst  solche Überzüge herzustellen, die     -unter    andern  Umständen zu rohrförmigen Körpern über  haupt nicht oder nur unter ausserordent  lichen Schwierigkeiten verarbeitet. werden  könnten.  



  In den     weitaus    meisten Fällen     können     die gemäss der Erfindung erhaltenen Erzeug  nisse, insbesondere Rohre, weiterverarbeitet,  das heisst auf warmem oder kaltem     Wege     verformt werden. Die Warmverarbeitung  kann durch Walzen in dem üblichen Rohr  walzwerk erfolgen oder durch Warmziehen;  gegebenenfalls kann auch ein Kaltziehen er  folgen. Es ist selbstverständlich, dass die an  zuwendende     Verformungsart    sich ebenfalls  weitgehend danach     bestimmt,    welche Eigen  schaften die durch das Aufschmelzen auf  gebrachte     Schicht        aufweist.     



  Das Verfahren gemäss der Erfindung  eignet sieh besonders zur Herstellung von  Eisen- oder     Stahlrohren,    deren     Innenschicht     aus einem     rost-    oder     säurebeständigen    Werk  stoff     besteht,

          beispielsweise    von der Art .der       austenitischen        Stähle        mit        18%        Chrom        und          8%        Nickel.        Bekanntlich        war        es        bisher        beson-          ders    schwierig, sogenannte     innenplattierte     Rohre herzustellen,

   während dies unter     An-          wendun.g    der Erfindung ohne besondere       Schwierigkeiten    möglich ist.  



  Auch     hochsilizierte    Innenwandungen kön  nen hergestellt werden, indem     beispielsweise     eine     Eisen-Silizium-Legierung    in das Rohr  eingebracht und niedergeschmolzen wird.  



  Für Rohre, die an der     Innenwandung    be  sonders hart und/oder     verschleissfest    sein  müssen, kann mit Vorteil     hochgekohlter    Stahl  oder Roheisen, z. B. in der     Form    von weissem       Roheisen,    in das Rohr     eingeführt    und nieder  geschmolzen werden.

   Hierbei     kann        es    zweck  mässig sein, die Atmosphäre so     züi    wählen,     da.ss     sie     aufkohlt.    Es bildet sich ein Wandbelag       gleichmässiger    Dicke aus Roheisen, der ausser  ordentliche     Verschleisseigenschaften        aufweist,     wie sie     beispielsweise    Blas- und     Spülv        ersatz-          rohre    erfordern, die in Bergwerken und der  gleiehen benutzt werden.

             1:s    ist mitunter zweckmässig, die     hohre     anschliessend an das Auskleiden einer     Wärme-          Behandlung    zu unterwerfen, wodurch die Aus  kleidung und/oder ,der Trägerwerkstoff     'in          seinen    Eigenschaften verändert wird. Die Be  handlung kann in einem Härten oder Ver  güten bestehen, es ist auch möglich, zu nor  malisieren oder dergleichen. Die Behandlung  kann aus der     Aufschmelzhitze    heraus oder  nach erneuter Erwärmung erfolgen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zum Aufschmelzen einer metal lischen Auflage auf einen metallischen Trä ger, dessen Materialzusammensetzung sich "on derjenigen der Auflage unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass das die Auflage bildende Material einen Schmelzpunkt hat, der höher als 1100 C liegt, und dass es mittels induktiver Erwärmung .derart auf den Trä ger niedergeschmolzen wird, dass der letztere sich nicht, verflüssigt. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Trägerwerk sioff Eisen verwendet wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Ttägerwerk- stoff Stahl verwendet wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Auflage ein reines Metall verwendet wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Auflage eine Mischung von Metallen verwen det wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da.ss zur Bildung der Auflage eine Ferrolegieriuig verwendet wird. 6.

   Verfahren nach Patentansprxteh, da durch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Auflage eine Stahllegierung verwendet wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass eine Auflage aus rostbeständigem Stahl gebildet wird. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass eine Auflage aus ,säurebeständigem Stahl gebildet wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass eine Auflage aus hitzebeständigem Stahl gebildet wird. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass eine Auflage aus ferritischem Stahl gebildet wird. 11. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass eine Auflage aus austenitischem Stahl gebildet wird. 12. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Niederschmel zen der Auflage mittels Verwendung einer Heizleiterschleife erfolgt. 13. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Auflage im Gesamtflächenheizverfahren -auf die Träger oberfläche niedergeschmolzen wird. 14.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Niederschmel zen der Auflage über die Trägeroberfläche fortschreitend erfolgt. 15. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Material für die Auflage vor dem Niederschmelzen zer kleinert wird. 16. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Material für die Auflage aus mehreren Einzelstücken be steht, die beim Niederschmelzen legiert werden. 17.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der niederzu- schmelzen.de Werkstoff in zusammenhängen der Form in einen rohrförmigen Träger ein geschoben wird. 18. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die aufzubringende Masse aufgesintert und anschliessend induktiv niedergeschmolzen wird. 19. Verfahren nach Unteranspruch 18, da durch gekennzeichnet, dass das Aufsintern der Masse mittels Strahlungswärme erfolgt. 20.

   Verfahren nach Patentanspruch, da-. durcb. gekennzeichnet, dass das auf den Trä- ger niederzuschmelzende Material vor denä Niederschmelzen durch ein nichtoxydierendes Mittel auf der Trägeroberfläche festgelegt wird. 21. Verfahren nach Unteranspruch 20, da durch gekennzeichnet, dass die Auflagemasse mit Hilfe von Wasserglas auf der Trägerober- fläehe festgeklebt wird.

   22. 'erfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da;ss zur Verhinderung des Abfliessens der Auflageschmelze vom Trä gerkörper die Oberflächenspannung der Auf- lageschmelze durch die Wahl der den Träger umgebenden Schutzatmosphäre beein.flussi wird..