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Verfahren zur innigen Befestigung eines Körpers aus niedrigsehmelzendem Metall an einem Körper aus einem schwerer schmelzenden Metall.
Verfahren zur innigen Befestigung einer aus einer Kupferlegierung bestehenden Lagerschale an einem sie versteifenden Eisen-oder Stahlmantel sind bekannt. Man hat zunächst versucht, die beiden Körper durch Lötung zu verbinden ; es ergab sich jedoch, dass eine vollkommene Lötschicht über die gesamte, zu verbindende Oberfläche nicht erzielt werden konnte, so dass man zu dem Hilfsmittel einer siebartigen Ausbildung des versteifenden Eisen-oder Stahlmantels griff. Dessen Festigkeit wurde hiedurch so herabgesetzt, dass zu seinem Aufbau legierte Stähle verwandt werden mussten, so dass das Befestigungsverfahren unwirtschnftlich wurde.
Ebenso unwirtschaftlich war das Verfahren, den Rotguss oder die Bronze zu überhitzen. um hierauf das überhitzte Metall in den Stahlmantel einzugiessen ; um eine einigermassen haltbare Verbindung zu erzielen, musste etwa die vierfache Menge des Metalls überhitzt werden, das im erstarrten Zustand die Rotguss-oder Bronzeschale bildete. Man hat weiter Stahllamellen ähnlich Kernstützen in das Rotguss-oder Bronzefutter eingebettet ; die Verbindung war jedoch äusserst minderwertig, weil jede Massnahme fehlte, um eine innige Verbindung sicherzustellen.
Man hat schliesslich die fertig vorgebildete Rotguss-oder Bronzeschale mit Stahlguss umgossen ; es trat zwar die erstrebte, innige Verbindung, aber gleichzeitig auch eine Verschweissung der beiden Körper ein, welche der Trennung Schwierigkeiten machte, wenn diese nach Verbrauch der Lagerschale zur Verwertung des Altmetalls durchgeführt werden sollte.
Alle Schwierigkeiten der bekannten Verfahren beseitigt das erfindungsgemäss vorgeschlagene, nach dem der Stahlmantel, also der Körper aus dem schwerer schmelzenden Metall, vor dem Einguss des geschmolzenen Rotgusses oder einer andern geschmolzenen Kupferlegierung, also vor dem Einguss des geschmolzenen Körpers leichterer Schmelzbarkeit, so hoch aufgeheizt wird, dass die Ausdehnung einer Längeneinheit gleich dem Mass ist, um das die Längeneinheit des geschmolzenen Körpers aus dem Metall leichterer Schmelzbarkeit beim Erstarren schwindet, wobei die Grenze der Aufheizung des schwerer schmelzbaren Körpers dadurch gegeben ist, dass die sich nach dem Temperaturausgleich einstellende Temperatur des schwerer schmelzbaren Körpers unter der Temperatur liegt, bei der eine Unstetigkeit in der Zu-bzw. Abnahme seiner Ausdehnung in Abhängigkeit von der Temperatur auftritt.
Es ist nämlich bekannt, dass sich beispielsweise ein hochaufgeheizter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0'5% gleichmässig von seinem Schmelzpunkt bis zu einer Temperatur von 7000 zusammenzieht. Bei 700 hört die Proportionalität zwischen Abkühlung und Zusammenziehung plötzlich auf, der Stahl dehnt sich sprungartig etwas aus, worauf bei weiterer Abkühlung wieder ein mit der Abkiihlung proportionales Zusammenziehen eintritt. Diese Unstetigkeit in der Abkühlung entspricht dem sogenannten Haltepunkt, bei dem bei Stahl die Umwandlung des Alpha-bzw. Betha-Eisens in Gamma-Eisen eintritt.
Würde man diese Kupferlegierung in einen Stahl eingiessen, der weit über 7000 erhitzt ist, so würde sich beim Haltepunkt der innige Zusammenhang zwischen Stahlmantel und Kupferlegierung dadurch lösen, dass sich der Stahl plötzlich sprungartig ausdehnt und erst bei weiterer Abkühlung sich wieder zusammenzieht. Durch diese plötzliche Ausdehnung hebt er sich von der Kupferlegierung ab, ohne dass eine Möglichkeit besteht, dass der bei der Abhebung entstandene Zwischenraum zwischen Stahlmantel und Kupferlegierung
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durch das weitere gleichartige Zusammenziehen aufgehoben wird.
Die Temperatur, auf die der Körper schwerer Schmelzbarkeit aufgeheizt werden muss, errechnet sich dabei aus der Beziehung :
EMI2.1
wobei a ein von der Temperatur linear abhängiger b ein vom Quadrat der Temperatur abhängiger Beiwert cl das Schwindmass des Metalles leichterer Schmelzbarkeit ist.
Für Bronze beträgt beispielsweise die Konstante cl etwa 1/63, während für Stahlguss der Wert a = 0-000014, der Wert b = 0'000 000 00858 ist. Mit diesen Werten muss etwa eine Temperaturerhöhung des Stahlmantels auf etwa 7000 vorgenommen werden, damit. sich bei Einguss der Kupferlegierung Bronze eine innige Verbindung zwischen Stahlmantel einerseits, Lagerschale andrerseits einstellt, die auch erhöhten Temperaturen gegenüber, wie sie beispielsweise beim Heisslauf auftreten, standhält.
Ergibt sich aus der genannten Beziehung eine Temperatur, auf die der Körper schwerer Schmelzbarkeit aufgeheizt werden muss, die höher liegt wie die Temperatur, bei der der Haltepunkt eintritt, so hat man es in der Hand, dem Körper schwerer Schmelzbarkeit Legierungsbestandteile zuzuführen, die zu einer Verschiebung des Haltepunktes oberhalb der errechneten Temperatur führen. Nimmt man beispielsweise an, es hätte sich nicht eine Temperatur 700 , sondern eine Temperatur von 7500 ergeben, so kann man den Haltepunkt dadurch nach oben verschieben, dass man den Kohlenstoffgehalt des Stahles etwas verringert.
So liegt beispielsweise der Haltepunkt bei reinem Eisen, also mit einem Kohlenstoffgehalt von O/o, bei 900 , so dass durch eine Variierung des Kohlen- stoffgehaltes zwischen 0 und 0'5% jeder beliebige Haltepunkt zwischen 700 und 900 eingestellt werden kann. Weitere Variationen sind durch qualitative und quantitative Änderungen der Legierungsbestandteile herbeizuführen.
Die Zeichnung zeigt die Ausbildung der Einrichtung, um nach dem erfindungsgemässen Verfahren zwei Stahlmäntel gleichzeitig mit dem Bronzeeinguss versehen zu können.
Fig. 1 stellt einen Längsschnitt und Fig. 2 einen waagrechten Querschnitt nach Linie IZ-II durch die Giesseinrichtung dar.
In beiden Abbildungen sind mit 1 und 2 zwei Stahlmäntel bezeichnet, die nach Erhitzung auf etwa 700 mit einem Kern 3 zu einer Einrichtung vereinigt werden, wie sie die Abbildungen zeigen. Durch geeignete Mittel werden die Teile 1, 2, 3 während des Gussvorganges zusammengehalten. Der Kern 3 weist in der Mitte einen Eingusstrichter 4 auf, der an seinem unteren Ende über Gusskanäle 5 mit dem Hohlraum zwischen Kern 3 und den Stahlmänteln 1 und 2 in Verbindung steht. Über Eingusstrichter 4 wird unmittelbar nach Herausnahme der Stahlmäntel 1 und 2 aus der Aufheizvorrichtung und unmittelbar nach Zusammenstellung zur Einrichtung nach den Abbildungen die giessfertige Bronze eingegossen.
Diese bildet das Bronzefutter 6, das beim Erstarren denselben Raum einnimmt, wie er zwischen den erkalteten Stahlmänteln und dem Kern freigelassen wird. Durch Anordnung von Haftflächen aller Art kann die Verklammerung, die unter dem Einfluss der Schwind-und Schrumpfdrücke zwischen den Stahlmänteln 1 und 2 einerseits, dem Bronzefutter 6 andrerseits eintritt, noch vergrössert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur innigen Befestigung eines Körpers aus niedrigschmelzendem Metall, beispielsweise einer Lagerschale aus einer Kupferlegierung, an einem Körper aus einem schwerer schmelzenden Metall, beispielsweise einem die Lagerschale versteifenden Eisen-oder Stahlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper aus dem schwerer schmelzenden Metall vor dem Einguss des geschmolzenen Körpers leichterer Schmelzbarkeit so hoch aufgeheizt wird, dass die Ausdehnung einer Längeneinheit gleich dem Mass ist, um das die Längeneinheit des geschmolzenen Körpers aus dem Metall leichterer Schmelzbarkeit beim Erstarren schwindet, wobei die Grenze der Aufheizung des schwerer schmelzbaren Körpers dadurch gegeben ist,
dass die sich nach dem Temperaturausgleich einstellende Temperatur des schwerer schmelzbaren Körpers unter der Temperatur liegt, bei der eine Unstetigkeit in der Zu-bzw. Abnahme seiner Ausdehnung in Abhängigkeit von der Temperatur auftritt.