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Verfahren. zur Herstellung von Verbundmetallkörpern Die Erfindung
bezieht sich auf das Plattieren von Eisenunterlagen, insbesondere von un- oder niedriglegiertem
Stahl, und ihr Hauptzweck besteht in der Schaffung eines verbesserten Verfahrens
zum Herstellen von Blechen, Platten oder sonstigen Körpern aus unlegiertem oder
schmiedbarem Stahl durch Warmwalzen oder Schmieden, die an ihrer Oberfläche mit
einer verhältnismäßig dünnen Schicht eines korrosionsfesten, chromlegierten Stahles
überzogen sind, wobei die Verbindung zwischen den beiden Metallen durchweg ununterbrochen
und dauerhaft ist.
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Das Verfahren ist besonders auf solche Stahllegierungen anwendbar,
die als rostfreier Stahl bekannt sind.
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Um eine wirksame und ununterbrochene Verbindung während des Warmschmiedens
oder Walzens zu erhalten, ist es erforderlich, daß unter dem Einfluß der Temperatur
und des Druckes die freie Diffusion zwischen den beiden während des Schmiedens und
des Walzens in Berührung befindlichen Oberflächen nicht behindert wird.
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In gewissen Fällen, z. B. beim Plattieren von unlegiertem Stahl mit
Nickel, wird eine wirksame und ununterbrochene Verbindung zwischen den beiden miteinander
in Berührung stehenden Metalloberflächen während des Warmschmiedens oder Walzens
erreicht, vorausgesetzt, daß die Oberflächen sauber und luftfrei sind.
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Bei chromlegierten Stählen, besonders bei rostfreien Stählen, besteht
jedoch eine besondere Schwierigkeit durch das Auftreten eines Filmes aus Chromoxyd
von mikroskopischer Feinheit selbst an einer frisch bearbeiteten Oberfläche, wobei
der Oxydfilm ein Hindernis für die Diffusion bildet und auf diese Weise das Verschweißen
der Chromstahlfläche
mit der Eisenfläche hindert, mit der er während
des Warmwalzens oder Schweißens in Berührung steht.
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Bei bekannten Verfahren zum Plattieren von Stahl, bei denen mit rostfreiem
Stahl überzogene Platten im Warmwalz- oder Schmiedeprozeß hergestellt werden, besteht
der letzte Verfahrensschritt vor dem Walzen oder Schmieden in der Herstellung einer
Verbundbramme, wobei zwei verhältnismäßig dünne Platten aus rostfreiem Stahl zwischen
zwei dickere Brammen aus unlegiertem Stahl eingefügt werden. Die beiden Platten
aus rostfreiem Stahl sind von kleinerer Ausdehnung als die unlegierten Stahlbrammen,
und der Raum um den Umfang wird mit unlegiertem Stahl ausgefüllt, wobei der eingefügte,
unlegierte Stahl ringsherum um die Platten aus rostfreiem Stahl einen freien Raum
läßt, um eine unterschiedliche Ausdehnung beider Metalle zu gestatten, wenn die
Bramme anschließend für das Walzen erhitzt wird. Zwischen den beiden inneren Oberflächen
der Platten aus rostfreiem Stahl wird eine Schicht aus feuerfestem Stoff, z. B.
Aluminiumoxyd, eingefügt, um die fertiggewalzten Platten leicht voneinander trennen
zu können. In einer Verbundbramme dieser Art ist es erwünscht, die Verbindung unter
dem Einfluß von Temperatur und Druck während des Warmwalzens oder Schmiedens durch
Schweißen zu erzielen. Es gibt verschiedene bekannte Verfahren zur Unschädlichmachung
der vorstehend genannten Chromoxydschicht. Eines dieser Verfahren benutzt die Zuführung
von Wasserstoff an die Innenseite der Verbundbramme,wobei die Oxydschicht reduziert
wird. Bei einem anderen, häufiger benutzten Verfahren wird eine Schicht aus Nickel
oder Eisen auf die Oberflächen der Einfügungen rostfreier Stähle, die in Berührung
mit den unlegierten Stahlbrammen sind, aufgetragen. Dies wird durch Elektroplattieren
in besonderen Elektrolyten durchgeführt und erfolgt, bevor die rostfreien Stahlplatten
in die Verbundbramme eingesetzt werden. Dieses Verfahren erfordert ferner eine kathodische
Beizung der rostfreien Stahlplatten vor dem Aufbringen der Zwischenschicht.
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Diese beiden Verfahren haben gewisse Nachteile. In dem einen Falle
muß die Zuführung von Wasserstoff in dem Walzwerk möglich sein, in dem anderen Falle
muß eine besondere Elektroplattierungsanlage zur Verfügung stehen.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, eine Schicht von unlegiertem Stahl
durch Spritzen auf die Oberfläche der rostfreien Stahleinsätze aufzutragen, die
mit dem unlegierten Stahl in Berührung sind. Dieses Verfahren hat jedoch kein befriedigendes
Ergebnis, da die Verbindung zwischen den beiden Metallen ungleichmäßig und unzulänglich
ist; denn die Chromoxydschicht wird nicht beseitigt. Die Verbindung ist einer wiederholten
Benutzung des Verbundkörpers nicht gewachsen.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, überzogene Platten im Gießverfahren
herzustellen. Dieses Gießverfahren erfordert einen sorgfältigen Einsatz in die Gießgrube
und eine genaue überwachung. In diesem Gießverfahren wird der legierte Stahl über
zwei unlegierte Stahlplatten gegossen, die in der Mitte der Gußgrube unterstützt
und durch eine Schicht aus feuerfestem Stoff voneinander getrennt sind. Dieser Gießprozeß
ruft eine Häutung in der Verbindungszone hervor, und anschließendes Walzen oder
Schmieden vermehrt diese Schwäche und führt zu keinem zuverlässigen Erzeugnis.
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Das bekannte Plattieren einer Platine aus Eisen, insbesondere aus
un- oder niedriglegiertem Stahl, mit einer Platine aus korrosionsfestem, chromlegiertem
Stahl durch Erwärmen und Auswalzen oder Schmieden beider Platinen miteinander, wobei
eine der beiden Platinen mit einer zusammenhängenden, eisenhaltigen Zwischenschicht
unlösbar verbunden wird, wird gemäß der Erfindung so durchgeführt, daß die Zwischenschicht
aus unlegiertem, schmiedbarem Stahl besteht und durch elektrisches oder autogenes
Schmelzschweißen auf die chromlegierte Stahlplatine aufgebracht wird, und daß diese
Platine mit der Zwischenschicht vor dem Auflegen der Platine aus Eisen bzw. un-
oder niedriglegiertem Stahl ausgewalzt oder ausgeschmiedet wird.
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Vorzugsweise wird bei diesem Verfahren auf die Zwischenschicht vor
dem Auswalzen oder Ausschmieden der Platine eine Schicht aus unlegiertem, schmiedbarem
Stahl aufgeschweißt. Diese weitere Schicht kann aus nebeneinander angeordneten,
rechteckigen Platten bestehen. Das Verfahren kann auch so durchgeführt werden, daß
auch auf die Platine aus Eisen bzw. un- oder niedriglegiertem Stahl eine Zwischenschicht
aus unlegiertem, schmiedbarem Stahl durch elektrisches oder autogenes Schmelzschweißen
aufgebracht wird.
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Augenscheinlich wäre es weniger wirtschaftlich, die Schicht auf der
Oberfläche großer rostfreier Stahlplatten aufzuschweißen, die gewöhnlich zwischen
12 und 25 mm dick sind, als die Schicht im Brammenzustand des chromlegierten Stahles
aufzuschweißen, da die Oberfläche hier wesentlich kleiner ist.
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Beispielsweise wird eine Bramme aus chromlegiertem Stahl von etwa
120 # 75 # 15 mm durch Ab-. schleifen oder eine andere Methode an ihrer Oberfläche
enthäutet. Darauf wird eine ununterbrochene Schicht aus unlegiertem Stahl auf diese
Oberfläche entweder durch elektrische oder autogene Schweißung aufgetragen.
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Versuche haben überdies gezeigt, daß eine Oberflächenhaut die Schmelzschweißung
durch Lichtbogen- oder Gasschweißen nicht behindert. Hierdurch erhält die rostfreie
Bramme einen Überzug von unlegiertem Stahl, der homogen mit dem rostfreien Stahl
verbunden ist. Eine solche Oberfläche weist keine die Verbindung hindernde Schicht
von Chromoxyd auf und kann ohne weiteres mit unlegiertem Stahl unter Hitze und Druck,
wie beim Walzen von Platten, verbunden werden.
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Eine solche aufgeschweißte Schicht ist gewöhnlich sehr dünn, z. B.
3 mm, und dementsprechend wird ein wesentlicher Teil dieser dünnen Schicht während
des Wiedererwärmens für das Walzen oder
Schmieden auf eine verringerte
Stärke verlorengehen. In der Tat könnte mehr oder weniger die gesamte dünne Schicht
bei einem übermäßigen Erwärmen verlorengehen. Es wird daher eine weitere Schicht
von unlegiertem Stahl zugefügt. Zum Beispiel kann die Dicke der aufgeschweißten
Schicht durch Zufügung einer Platte aus unlegiertem Stahl von 25 mm Stärke erhöht
werden, die auf die Oberfläche der Bramme vor dem Walzen aufgeschweißt wird, nachdem
die Berührungsoberflächen der aufgeschweißten Schicht und der unlegierten Stahlplatte
vollständig durch Abschleifen oder auf andere Art gesäubert worden sind. Diese Bramme
kann dann in einem normalen Walzwerk auf eine verringerte Stärke gewalzt werden,
wobei die Wirkung der Hitze und des Druckes die unlegierte Stahlplatte mit der aufgeschweißten
unlegierten Stahlzwischenschicht verbindet.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung
auf das Plattieren einer unlegierten Stahlunterlage mit einem rostfreien Stahlüberzug
beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig. i einen Querschnitt nach der Linie I-1
der Fig. 2 durch eine Bramme aus rostfreiem Stahl mit angeschweißten Platten aus
schmiedbarem Stahl und Fig. 2 einen dazugehörigen Grundriß.
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In dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel stellt a eine Bramme
aus rostfreiem Stahl dar, die etwa i8% Chrom und 8% Nickel enthält und i 5o - 9o
cm bei 15 cm Stärke mißt und die eine durch Sandblasen enthäutete Oberfläche
aufweist. Auf die ganze sandgeblasene Oberfläche a, wurde eine einzige Lage b von
Schmelzschweißmetall aus schmiedbarem Stahl in einer Stärke von etwa 3 mm in der
üblichen Weise mittels des Lichtbogenverfahrens mit einer gewöhnlichen, mit schmiedbarem
Stahl umhüllten Elektrode aufgetragen.
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Die Auftragschicht aus schmiedbarem Stahl wurde dann eben geschliffen,
wonach eine Schicht von Platten c (Fig. i und 2) aus schmiedbarem Stahl, jede ungefähr
28 - 25 cm - 12 mm, mit sandgeblasener Oberfläche auf die Metallschicht b der Bramme
a aus rostfreiem Stahl aufgebracht wurde und wobei zwischen jeder Platte eine Rille
von ungefähr i2 mm Stärke gelassen wurde. Die Rille wurde anschließend bis oben
mit Schmelzschweißmetall d aus schmiedbarem Stahl ausgefüllt. Diese Bramme (hier
als plattierte Bramme bezeichnet) weist an einer Fläche eine Ganzstärke des schmiedbaren
Stahles von etwa 15 mm auf.
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Die plattierte Bramme wurde dann auf ii5o bis i i8o° C erhitzt und
in einem Plattenwalzwerk auf eine 12 mm starke Platte von i i # 1,4 m ausgewalzt,
die an einer Fläche eine Schicht von schmiedbarem Stahl von etwa o,66 mm Stärke
aufwies. Auf diese Weise werden die Kosten je Flächeneinheit der mit rostfreiem
Stahl bekleideten Platte mit einer geschweißten Schicht aus schmiedbarem Stahl für
die Verbindungszwecke durch diese Handhabung beträchtlich verringert, da 1,35 m2
Flächenraum der plattierten Bramme ungefähr i 5m2 der 12-mm-Platte ergeben. Überdies
könnten die Kosten durch Ausführung der plattierten Bramme in größerer Stärke noch
weiter herabgesetzt werden.
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Auf die aus schmiedbarem Stahl bestehende Schicht dieser Platte werden
Platinen aus Eisen bzw. aus un- oder niedriglegiertem Stahl gelegt, und diese Teile
werden in bekannter Weise erwärmt und durch Auswalzen oder Ausschmieden miteinander
verbunden. Erschöpfende Versuche, die an diesen Platten ausgeführt wurden und die
in Spannungsproben, Kaltbiegeproben, Drehproben und Gefügeuntersuchungen bestanden,
zeigten, daß eine wirksame Verbindung gleichförmig über die ganze Fläche der beiden
Platten erzielt war.
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Es hat . sich herausgestellt, daß die für einige Fälle erforderliche
Schmelzschweißbekleidung aus schmiedbarem Stahl weniger als 1/1o mm stark zu sein
braucht.
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Durch die Erfindung ist somit ein Verfahren geschaffen worden, das
keine verhältnismäßig kostspieligen Elektrodenplattierungsanlagen benötigt, das
einfach zu handhaben ist und eine hochwertige Plattierung auf der Grundlage erreicht.
Die Erfindung ist innerhalb eines großen Bereiches nutzbar, in dem plattierter Stahl
verwendet wird, z. B. für Verbundpanzer, kugelsichere Platten und Panzerplatten.