Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Herstellung von Verbundmetall-Halbzeugen.
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Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Verbundmetall-Halbzeugen bereitzustellen, mittels welchem eine Vielzahl unterschiedlicher Halbzeuge aus unterschiedlichen Metallen bzw. metallischen Legierungen für unterschiedliche Anwendungsfälle erzeugt werden können.
Des Weiteren soll eine Einrichtung zur Herstellung von Verbundmetall-Halbzeugen vorgeschlagen werden, die einfach im Aufbau und zur Herstellung von unterschiedlichen Verbundmetall-Halbzeugen aus unterschiedlichsten Metallen bzw. metallischen Legierungen geeignet ist.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren zur Herstellung von Verbundmetall-Halbzeugen, indem in einen als Tiegel ausgebildeten Grundkörper aus einem ersten Metall bzw. einer ersten metallischen Legierung eine Elektrode aus einem zweiten Metall bzw. einer zweiten metallischen Legierung eingeführt und die Elektrode unter Stromzufuhr innerhalb des Grundkörpers abgeschmolzen wird, dergestalt, dass das erste Metall bzw. die ersten metallische Legierung des Grundkörpers über einen definierten Querschnitt aufgeschmolzen wird, wobei die beiden Metalle bzw. die beiden metallischen Legierungen nach ihrer Erstarrung eine schlackenfreie Mischzone aus den beiden Metallen bzw. den beiden metallischen Legierungen bilden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Dieses Ziel wird auch erreicht durch eine Einrichtung zur Herstellung von Verbundmetall-Halbzeugen, zumindest beinhaltend einen, einen Boden aufweisenden Kühltopf, der einen Grundkörper aus einem ersten Metall bzw. einer ersten metallischen Legierung aufnimmt, wobei der Grundkörper mit definiertem Abstand zur Wandung des Kühltopfes positioniert ist und der Grundkörper ein Bodenelement beinhaltet, eine innerhalb des Grundkörpers eingebrachte und unter VAR-Bedingungen abgeschmolzene Elektrode aus einem zweiten Metall bzw. einer zweiten metallischen Legierung sowie ein Kühlmedium, das den Freiraum zwischen dem Grundkörper und der Wandung ausfüllt, wobei der Grundkörper im Bereich seines oberen Endes durch einen entfernbaren Flansch abgeschlossen ist, wobei der Flansch mit dem Grundkörper durch Verschraubung verbunden ist und das Kühlmedium durch Wasser gebildet ist, das den Kühltopf von unten nach oben durchströmt.
Der Kühltopf besteht vorzugsweise aus Stahl oder einer Stahllegierung.
Als Material für den als Tiegel ausgebildeten Grundkörper kann ein Metall, beispielsweise eine erste Nickel-, Eisen-, Kobalt- oder Titanbasislegierung eingesetzt werden, während die Elektrode aus einem Metall bzw. einer metallischen Legierung, beispielsweise einer zweiten Nickel-, Eisen-, Kobalt- oder Titanbasislegierung besteht. Je nach späterem Anwendungsfall können auch Gemische aus ersten und zweiten Legierungen verwendet werden.
Der Erfindungsgegenstand ist nicht auf die angesprochenen Basislegierungen beschränkt, vielmehr können in Abhängigkeit vom Anwendungsfall auch alternative, bedarfsweise unterschiedliche, Metalle bzw. Legierungen zum Einsatz gelangen. Ebenfalls denkbar ist, den Tiegel aus einem weicheren oder härteren Material als die Elektrode herzustellen. Der Fachmann wird in Abhängigkeit der Art der Weiterverarbeitung, respektive den Anforderungen an das Endprodukt, die geeigneten Werkstoffe auswählen.
Von besonderem Vorteil bei der Erzeugung von Verbundmetall-Halbzeugen ist es, wenn die zum Einsatz gelangenden Metalle, respektive metallischen Legierungen, ähnliche Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. Durch diese Maßgabe kann eine besonders innige schlackenfreie Verbindung der zum Einsatz gelangenden Werkstoffe und eine homogene Mischzone realisiert werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, respektive die erfindungsgemäße Einrichtung, wird somit ein Verbundmetall-Halbzeug gebildet, das im Bereich eines definierten Querschnitts zwischen dem äußeren und dem inneren Metall eine schlackenfreie Mischzone aus beiden Metallen bzw. beiden metallischen Legierungen beinhaltet. Durch diese Maßnahme wird eine schlackenfreie innige Verbindung zwischen den beiden Metallen bzw. metallischen Legierungen herbeigeführt, die eine gute Weiterverarbeitung, beispielsweise durch Schmieden, ermöglicht, wobei die Vorteile beider Metalle bzw. beider metallischer Legierungen erhalten bleiben.
Das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Verbundmetall-Halbzeug kann anschließend durch geeignete Bearbeitungsschritte, wie Strangpressen, Pilgern, Walzen, Schmieden oder Ziehen zu Produkten, wie Draht, Blech, Band oder Stangen umgeformt werden.
Die Tabelle 1 gibt einige ausgewählte Legierungen wieder, wie sie für die Erzeugung des erfindungsgemäßen Verbundmetall-Halbzeuges Verwendung finden können:
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.
Die einzige Figur zeigt als Prinzipskizze eine Einrichtung zur Herstellung von Verbundmetall-Halbzeugen.
Innerhalb eines, beispielsweise aus Stahl oder einer Stahlegierung bestehenden Kühltopfes 1, der einen nach unten abgeschlossenen Boden 2 aufweist, wird ein als rohrförmiges Bauteil ausgebildeter Grundkörper 3 aus einer ersten metallischen Legierung, beispielsweise einer Nickelbasislegierung, eingebracht. Das rohrförmige Bauteil 3 ist im Bereich seines unteren Endes durch ein Bodenelement 4 abgeschlossen. Das Bodenelement 4 kann entweder mit dem Bauteil 3 verschweißt oder einstückig am Bauteil 3 angeformt sein. In seinem oberen Bereich ist das Bauteil 3 durch einen entfernbaren Flansch 5 abgeschlossen, der (hier nicht dargestellt) mit dem Bauteil 3, beispielsweise durch eine Schraubverbindung, in Wirkverbindung steht. Der Flansch 5 weist eine Ausnehmung 6 auf, durch welche eine Elektrode 7 aus einer zweiten metallischen Legierung, beispielsweise einer anderen Nickelbasislegierung, eingeführt wird. Das Bauteil 3 wird mit definiertem Abstand a zur Wandung 8 des Kühltopfes 1 positioniert, wobei der Freiraum mit einem Kühlmedium, beispielsweise Wasser, gefüllt wird, das den Kühltopf 1 von unten nach oben durchströmt. Beim Abschmelzen der Elektrode 7 unter VAR-Bedingungen wird Material 9 der Elektrode 7, von unten nach oben aufsteigend, innerhalb des rohrförmigen Bauteiles 3 abgeschmolzen. Infolge der gewählten metallischen Legierungen einerseits des rohrförmigen Bauteils 3 und anderseits der Elektrode 7 wird die Innenwand 10 des rohrförmigen Bauteils 3 über einen vorgebbaren Querschnitt b aufgeschmolzen, so dass im erstarrten Zustand des Verbundmetall-Halbzeugs eine schlackenfreie Mischzone c aus beiden metallischen Legierungen vorliegt.
Lediglich beispielsweise wird angegeben, dass der Tiegelwerkstoff alternativ aus alloy 617 besteht, während die Elektrode aus dem gleichen oder einem anderen Werkstoff, wie beispielsweise alloy C-263, gebildet sein kann.
Beide Werkstoffe sind Nickelbasislegierungen, die jedoch unterschiedliche Werkstoffeigenschaften aufweisen. Wie bereits angesprochen, ist der Erfindungsgegenstand nicht auf Nickelbasislegierungen beschränkt, vielmehr können, in Abhängigkeit vom Anwendungsfall des Endproduktes, auch andere Metalle bzw. Legierungen eingesetzt werden.
In diesem Zusammenhang wird auf die Tabelle 1 verwiesen, die weitere Werkstoffkombinationen enthält, die zur optimalen schlackenfreien Ausbildung der Mischzone c ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
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