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Verfahren zur Herstellung von Doppel- oddr Mehrfachmetallwerkstücken
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von miteinander verschweißten
Doppel- oder Mehrfachmetallwerkstücken sowie auf .dieAnfertigung von Blöcken und
Brammen für die H:albzeugfabrikation, insbesondere auf die Anfertigung von Buchsen
für Lagerschalen, deren .auf Eisen oder Stahl aufgebrachte Auflage aus Nichteisenmetall
unter Verwendung einer metallischen Zwischenschicht besteht.
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Bekanntlich erfolgt die Verschweißung von Metallen, wie z. B. Eisen
oder Stahl, mit Kupier oder Kupferlegierungen unter Anwendung eines Preß- oder Walzdruckes
oder auch durch den Guß selbst. Bei idem zuerst genannten Verfahren: werden gegebenenfalls
,diffusnon.sfördernde bzw.diffusionshindernde Zwischenschichten benutzt. Eine diffusionshindernde
Schicht widerstrebt der erwünschten innigen Verbindung zwischen dem Eisen und dem
Kupfer bzw. der Kupferlegierung. Eine diffusionsfördernde Zwischenlage erscheint
deshalb nicht angebracht, weil die Verschweißung zwischen Eisen und Kupfer und seinen
Legierungen bei der Gußplattierung dann am vollkommensten gelingt, wenn zwischen
:den -beiden Metallen. eine scharf ausgeprägte Trennlinie besteht. Findet ein tieferes
Eindringen des Kupfers in, das Eisen statt, so wird dadurch die Güte des Doppelmetalls
beeinträchtigt.
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Die diffusionsfördernden bzw. hindernden Schichten sind dünne Filme,
idie in Form von Folien eingelegt oder auch als galvanische Niederschläge aufgebracht
werden. Sieidienen meistens zum Schutze des Eisens gegen Oxydation und pflegen.
infolge ihrer geringen Stärke nach der Weiterverarbeitung durch
Diffusion
verbraucht oder wenigstens infolge weitgehender Verminderung ihrer Dicke nicht mehr
sichtbar zu sein.
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Zur Herstellung von Lagerschalen, deren Stützkörper aus Stahl und
deren Lauffläche aus einer Stahlbronzeverbindung besteht, ist auch schon vorgeschlagen
worden,eine dünne Graugußschicht durch Eintauchen der Stahl- ' fläche in ein Bad
als Zwischenlage aufzit-@., bringen.
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Es hat sich nun aber gezeigt, dar sich beim Verschweißen ;des Auflagemetalls
mit dem Eisen oder Stahl durch Gußplattierung Fremdkörper bilden, die in dein noch
flüssigen. Auflagemetall schwimmen und beim Erkalten an irgendeiner Stelle des Querschnitts
festfrieren. Bestimmte Angaben über die Zusammensetzung dieser Fremdkörper können
zur Zeit noch nicht gemacht werden. Inn Schliffbild haben sie meist eine stahlblaue
Farbe und weisen häufig die Gestalt von stäbchenförmigen Splittern auf. Sei es nun,
@daß es sich bei diesen Fremdkörpern um aus dem Eisenverband losgelöste Eisensplitter
handelt, sei es, .dar eine Legierung besonderer Art vorliegt, so kann doch festgestellt
werden, dar ihre Zusammensetzung wesentlich von der des Auflagemetalls abweicht.
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Die Fremdkörper haben ferner, wie es scheint, große Härte. Wenn die
Fremdkörper daher .innerhalb bzw. in der Nähe der Oberfläche des Auflagemetalls
festfrieren, geben sie bei den in Frage kommenden Werkstücken zu starken. Störungen
verschiedener Art Anlaß. Erstaunlich ist, dar diese Störungen auch bei der Herstellung
von verformten Materialien trotz der dabei auftretenden Kristallzertrümmerung erhalten
bleiben. So werden bei Werkstücken., die zu Leitungszwecken dienen, wie z. B. bei
Ventilen., Pumpenzylindern oder Leitungen, Korrosionserscheinungen ausgelöst, die
deshalb besonders gefährlich sind, weil nach einer Durchlochung der dünnen. Schicht
des Auflagemetalls eine Berührung zwischen: dein letzteren und dem Eisen stattfindet.
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Eine schädliche Einwirkung besitzen ferner diese Fremdkörper bei Werkstücken,
die einer gleitenden Beanspruchung unterworfen sind, wie z. B. bei Schneckeirrädern
oder auch bei Lagern. Infolge der Härte der kleinen Fremdkörper tritt -vveitgelienid
eine Herabsetzung der Laufeigenschaften des Auflagewerkstoffes ein. Es zeigt sich
ferner alsbald eine Riefenbildung und schließlich ein völliges Festfressen insbesondere
bei großer Beanspruchung ungeachtet einer ausreichenden Schmierung. Versuche haben
ergeben, dar die Belastungsfähigkeit der gleitenden Teile, die derartige Einschlüsse
aufweisen, gegenüber nicht verunreinigten Legierungen gleieher Zusammensetzung um
die Hälfte und mehr herabgesetzt wird.
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Außer den vorerwähnten Schädigungen können auch noch andere Eigenschaften.
des Auflagemetalls durch den Übergang von Eisen in das letztere beeinträchtigt werden.
Auch soweit eine Auflösung des Eisens in dem Plattiermetall auftritt, besteht die
Gefahr ;einer ungünstigenBeeinflussung der letzteren. Die vorerwähnten Mängel, die
sich bisher bei der Herstellung von Doppel- oder Mehrfachmetallwerkstücken:, besonders
von Lagerschalen aus Eisen oder Stahl mit einer Auflage aus Nichteisenmetall, unter
Verwendung einer metallischen Zwischenschicht gezeigt haben, werden erfindungsgemäß
dadurch behoben, dar die Zwischenschicht aus Kupfer gewählt und durch Guß- oder
Druckplattieren erzeugt wird; und zwar in einer Stärke von mindestens 0,2 mm.
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Die Trennschicht wird zweckmäßig zwischen dein Kernstück, beispielsweise
einem Eisenmantel, und dem Auflagemetall, das beispielsweise aus Messing oder Bronze
besteht, eingeschweißt. Die Herstellung der Werkstücke gestaltet sich dann am einfachsten,
wenn das für die Trennschicht verwendete Metall oder die betreffende Metallegierung
einen höheren Schmelzpunkt hat als das Auflagemetall. Das Anschweißen des Auflagemetalls
an die Trennschicht kann in diesem Fall ohne Zerstörung der letzteren vor sich gehen.
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Es hat sich ferner gezeigt, dar die Gefahr des Auftretens der Fremdkörpereinschlüsse
vermindert wird, wenn die zu verschweißende Fläche des Kernstücks, beispielsweise
eines Eisenrohlings, nicht durch spanabhebende Werkzeuge, sondern durch spanlose
Verformung bearbeitet wird.
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Die Verschweißung der Trennschicht mit dem Eisenmantel kann nach einem
Druck-oder Gußplattiernerfahren erfolgen. Die Verschweißung desAuflageinetalls mit
derTrennschicht dagegen wird nach einem der bekannten Gußplatüerungsverfahren durchgeführt.
Die Anbringung der Trennschicht bedeutet natürlich eine Wiederholung des Schweißvorganges.
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Die nach der Erfindung vorzusehende schützende Trennschicht, durch
welche überdies die Verschweißung erleichtert und die Zuverlässigkeit des Werkstückes
erhöht wird, kann durch Eingießen in den Eisenrohling, der dabei mit einer Art Kokille
verglichen werden kann, hergestellt werden. Das flüssige Trennschichtrnetall bleibt
so lange in dem Eisenrohling, bis eine bestimmte Dicke der Trennschicht erreicht
ist. Nachdem eine angemessen dicke Schicht des Trennschichtmetalls an der Wand des
Rohlings ankristallisiert
ist, wird .die Form rasch umgedreht und
der noch flüssige Teil des Metalls ausgegossen. Es bleibt dann ein mit der Eisenwari:dung
verschweißter Mantel aus Trennschichtmetall zurück. Das Entfernen des überschüssigen
flüssigen. Trennschichtmetalls kann. auch auf andere Art erfolgen, .beispielsweise
durch Einsenken eines entsprechend starken. Dornes in das flüssige Zwischenschichtmetall.
Unmittelbar auf die, noch verschweißfähige Zwischenschicht des Kupfers wird dann
.das Auflagemetall aufgegossen. Die sich aus der Ankristallisation ergebende Temperatur
muß mit der Gießtemperatur des Metalls, das zur Auskleidung dient, so .abgestimmt
werden, daß einerseits die Trennschicht nicht oder wenigstens nicht zu stark abschmilzt
und -daß andererseits noch eine völlige Verschweißung zwischen der letzteren und
dem AuskleIdungsmetall stattfindet. Diese Forderung muß auch eingehalten werden,
wenn. nicht, wie es als zweckmäßig erachtet wird, das Auflagemetall auf die noch
verschwaißfähige Zwischenschicht aufgegossen wird, sondern die letztere mach ihrem
Erkalten einem Verfahren: zur Befreiung vors Verunreinigungen ihrer Ober-Fläche
-unterworfen wird und alsdann nochmals zum Aufschweißen. des Auflagemetalls erwärmt
werden muß. ' .
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Um bei .diesem Vorgang das Auftreten einer Oxydation an .der Trennschicht
zu vermeiden" können verschiedene Maßnahmen Anwendung finden. So kann z. B. ein
Schutzgas eingeleitet werden. Es besteht -jedoch auch die Möglichkeit, die Verschweißung
bei geschickter und rascher Handhabung des Ausleergießvorganges auch durch einfaches
Eingießen zu erreichen. Überraschend ist .dabei, daß sich nachdem vorbeschriebenen
Verfahren eine für die Bedingungen der Praxis ausreichende gleichmäßige Dicke und
daher genügend Jünrne Trennschicht- mit verhältnismäßig glatter Oberfläche bei völliger
Verschweißung der beiden Schichten herbeiführen läßt.
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Ein ähnliches Verfahren ist bei der Herstellung von Verbundgußwalzen
bekanntgeworden, nach welchem die Walzenform zunächst mit dem Mantelwerkstoff aus
hartem Eisen gefüllt, nach dessen teilweisem Erstarren °Jer noch flüssige Teil des
Metalls abgelassen und ?der aus weicherem Eisen bestehende Kernwerkstoff nuchgegossen
wird. Bei diesem Gießverfahren handelt es sich aber nicht wie bei der Erfindung
darum, zwei verschiedenartige metallische Werkstoffe miteinander zu verschweißen,
sondern zwei gleichartige Werkstoffe, die sich an der Grenzfläche weitgehend miteinander
vermischen, zu verbinden.
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Das Hauptanwenclung;sgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die
Verschweißung von; Eisen mit Kupfer oder Kupferlegierungen. Es besteht natürlich
auch die Mög-Idchlceit,bei anderem Metall oder Metallegierungen *das Verfahren anzuwenden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn von nahtlosen Eisen- oder Stahlrohren
albgetrennte Lagerbuchsen hergestellt werden sollen, ;die innen .mit einer Plattierung
aus einer 2- bis 14/,i,-en, vorzugsweise einer 8°/oigen Zinnbronze oder einer dieser
Bronze ähnlichen Legierung versehen sind.