Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines aus Stahl und Aluminium bzw. Stahl und Aluminiumlegierungen bestehenden Verbundwerk stoffes, wobei mit Aluminium walzplattiertes Stahlblech als Ausgangsmaterial eingesetzt und hieran der Leicht- metallanguss vorgenommen wird. Das erfindungsgemäs- se Verfahren findet z. B. Anwendung zur Herstellung von Gegenständen aus Stahl-Leichtmetall-Verbund- werkstoff, die z.
B. wegen ihrer Formgestaltung im An- gussverfahren bisher nicht oder nur sehr schwierig gehandhabt werden konnten, wie Edelstahlkochgeräte mit Aluminium-Bodenverstärkung, ferner zur wirtschaft- licheren Herstellung von Stahl-Aluminium-Verbundge- genständen einfacher Formgestaltung, wie Bügeleisen sohlen.
Es ist bekannt, Deckschichten aus Aluminium auf Stahl zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften anzubringen. Hierzu eignen sich u. a. die bekannten Verfahren des Aufdampfens, Spritzens, Tauchens oder Walzplattierens von Aluminium.
Ferner ist es bekannt, mit Aluminium plattierte Stahlbleche zu alitieren und anschliessend mit einer Aluminiumschicht überzuplat- tieren. Nach einem weiteren bekannten Vorschlag zur Herstellung von Stahl/Aluminium-Verbundguss wird ei ne Tauchbehandlung zur Erzeugung einer Aluminium schicht vorgenommen, wobei der Eisenwerkstoff mit einer Aluminiumschmelze bis zur Ausbildung einer Eisen-Aluminium-Legierungsschicht in Kontakt ge bracht und hierauf an die noch flüssige Eisen-Alumi- nium-Legierungsschicht ein weiterer Aluminiumanguss vorgenommen wird.
Solche Verfahren befriedigen nicht in allen Fällen der technischen Praxis, da z. B. das Tau chen einerseits aufwendig ist, sich auch nur bei kleinen Gegenständen durchführen lässt und schliesslich auch die Bildung von Eisenaluminidschichten unerwünschte Dicke und Sprödigkeit herbeiführt. Während das Sprit zen zwar auch bei grösseren Werkstücken möglich ist, wird jedoch nach jedem, wegen eines gleichmässigen Aluminiumauftrages mehrfach erforderlichen Spritzvor- gang jeweils ein Einbrennvorgang notwendig, so dass dieses Verfahren umständlich und aufwendig wird.
Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren zur Her stellung von Stahl/Aluminium-Verbundguss zur Verfü gung zu haben, welches sich der in einer völlig gleich- mässig dicken Aluminiumschicht und in der guten Ver- formbarkeit bestehenden Vorteile eines Ausgangsmate rials aus walzplattiertem Stahlblech bedient und welches ferner die Ausbildung starker und spröder Eisenalu miniumschichten vermeidet.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstückes gefunden, bei dem auf einer Seite eines Stahlbleches eine dünne Fe-Al-Legierungsschicht erzeugt und an eine über der letzteren befindlichen, nicht mit Eisen auflegierten Aluminiumschicht ein Anguss von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung vorge nommen wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Vormaterial aus einem mit Aluminium walzplattierten Stahlblech so kurzzeitig über die Schmelztemperatur des Aluminiums erhitzt wird,
dass dabei eine Eisen-Alumi- niumlegierungsschicht von weniger als 20 ,u Dicke er zeugt wird.
Ein solches an sich bekanntes Ausgangsmaterial weist eine Aluminiumschicht von einheitlicher Dicke und Dichte auf und ist auch frei von einer Eisenaluminid- Zwischenschicht und gestattet weiterhin eine praktisch beliebige Formgebung des Vormaterials, an welches dann der weitere Anguss der Aluminiumschicht erfol gen soll.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens kann die Aluminiumplattierung aus Reinalumi- nium oder einer Aluminiumlegierung, wie Aluminium- Magnesiumlegierung, bestehen. Geeignete Stähle sind beispielsweise normaler Kohlenstoffstahl, legierter Stahl oder nichtrostender und säurebeständiger Stahl.
Gemäss dem Verfahren der Erfindung wird das mit Aluminium plattierte Stahlblech einer nur kurzzeitigen Erhitzung über die Schmelztemperatur des Aluminiums ausgesetzt mit der Massgabe, dass eine, vorzugsweise gleichmässige, dünne Eisen-Aluminiumlegierungs- Schicht von weniger als<I>20</I> ,cc Dicke erzeugt wird. Mit dieser Massnahme wird die Ausbildung einer übermässig dicken Legierungszwischenschicht, wie sie bei der Nach erhitzung tauchveraluminierter Eisenwerkstoffe auftritt, und die wegen ihrer Sprödigkeit kaum verformbar ist, verhindert.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens hat es ich als zweckmässig erwiesen, die walz- plattierte Aluminiumschicht höchstens 8 Sekunden, vor zugsweise etwa 4 Sekunden zu erhitzen, bis sie zum Schmelzen kommt.
Während eine solch kurze Erhitzungsdauer die Ruf schmelzung des Aluminiums bewirkt, wird jedoch eine Eisen-Aluminium-Legierungsschicht nur geringer Dicke gebildet, die im allgemeinen kleiner als 15 ,u ist.
Eine solche Hitzebehandlung des Verbundwerk stoffes kann in bekannter Weise erfolgen, z. B. in den jenigen Formvorrichtungen, in denen auch der weitere Anguss der Aluminiumschicht im z. B. Druckgiessver- fahren vorgesehen ist.
Zweckmässig wird eine solche Hitzebehandlung mit Spezial-Gasbrennern vorgenom men, welche die entscheidende und rasche Durchschrei- tung des kritischen Temperaturgebietes von etwa 600 C gestatten, so dass auch keine Trennung der beiden Verbundwerkstoffe eintritt. Üblicherweise haben solche Bleche bei einer Gesamtdicke von 0,1 bis 1,5 mm eine Aluminiumplattierung von 3-80% der Gesamtdicke.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren ist ein Weg aufgezeigt, auch solche Gegenstände aus Eisen-Alumi- niumverbundwerkstoffen vorteilhaft einem Aluminium- angussverfahren zuzuführen, die wegen ihrer Formge staltung bisher nicht oder auch nur in teils unvollkom mener Weise mit einem zusätzlichen Aluminiumanguss versehen werden konnten, z.
B. Edelstahlkochgeräte aus Stahl/Aluminium-Verbundblech mit zusätzlich erfolgter Bodenverstärkung durch Aluminiumanguss. In den Fäl len aber, in denen Gegenstände einfacher Form über zogen und mit einem Anguss versehen werden sollen, bringt das erfindungsgemässe Verfahren eine wesent liche Vereinfachung der Verfahrensdurchführung bei gleichzeitig verbesserter Qualität und hoher Gleichmäs- sigkeit des angestrebten Verbundwerkstoffes.
In besonders günstiger Weise eignet sich das erfin dungsgemässe Verfahren für die Herstellung von Bügel eisensohlen. Während z. B. bei bekannten Herstellungs prozessen von Bügeleisensohlen aus Verbundwerkstoff der Eisenwerkstoff, z. B.
Edelstahlblech, in die Alu minium- oder Aluminiumlegierungsschmelze eingebracht oder mit einer solchen behandelt, das in dieser Weise vorbereitete Blech mit der erstarrten Aluminiumschicht in die Form eingebracht, dort die Aluminiumschicht wieder verflüssigt und hieran der Anguss vorgenom men werden musste, kann demgegenüber das erfindungs- gemässe Verfahren in einfacher und technisch fort schrittlicher Weise direkt ein Stahlblech mit plattierter Aluminiumschicht hoher Gleichmässigkeit und Dichte verwenden,
welches Vormaterial auch unmittelbar in der Form der an sich bekannten Angussbehandlung zu geführt werden kann. Anhand des nachstehenden Bei spiels wird die Erfindung näher erläutert: Beispiel Für die Herstellung von bimetallischen Verbundguss- sohlen für Bügeleisen verwendet man z.
B. 0,4 mm dickes Blech aus nichtrostendem Chrom-Nickel-Stahl mit 18% Chrom und 8% Nickel mit einer einseitigen Aluminium-Walzplattierschicht von etwa 0,1 mm oder mehr.
Ein solches in die Druckgiessform eingelegtes Ver bundblech wird dann auf der Aluminiumseite mit einem Spezialgasbrenner in etwa 5 Sekunden zum Aufschmel zen gebracht, wobei sich eine etwa 12,u dicke Eisen Aluminium-Zwischenschicht ausbildet. Die Aluminium sohle wird an den noch flüssigen restlichen Aluminium überzug mit einer handelsüblichen Aluminiumlegierung, z. B. vom Typ AlSi6Cu3, angegossen.
Method for the production of a composite material The invention relates to a method for the production of a composite material consisting of steel and aluminum or steel and aluminum alloys, sheet steel rolled with aluminum being used as the starting material and the light metal casting being performed on this. The inventive method finds z. B. Application for the production of objects made of steel-light metal composite material that z.
B. because of their shape in the sprue process could not be handled or only with great difficulty so far, such as stainless steel cooking appliances with aluminum bottom reinforcement, furthermore for the more economical production of steel-aluminum composite objects of simple shape, such as iron soles.
It is known to apply cover layers made of aluminum to steel to improve the surface properties. For this purpose, u. a. the known methods of vapor deposition, spraying, dipping or roll cladding of aluminum.
It is also known to aluminum-plated steel sheets clad with aluminum and then to over-clad them with an aluminum layer. According to another known proposal for the production of steel / aluminum composite casting ei ne immersion treatment is made to produce an aluminum layer, the iron material being brought into contact with an aluminum melt until an iron-aluminum alloy layer is formed and then the iron is still liquid -Aluminium alloy layer another aluminum gate is made.
Such methods are not satisfactory in all cases of technical practice, since z. B. Tau chen on the one hand is expensive, can only be carried out with small objects and finally the formation of iron aluminide layers leads to undesirable thickness and brittleness. While spraying is also possible with larger workpieces, a burn-in process is necessary after every spraying process that is required several times due to an even application of aluminum, so that this process becomes cumbersome and expensive.
It is therefore desirable to have a method for the production of steel / aluminum composite casting available which makes use of the advantages of a starting material made of roll-clad sheet steel, which consists of a completely uniformly thick aluminum layer and good deformability which also avoids the formation of strong and brittle Eisenalu miniumschichten.
A method has now been found for the production of a composite workpiece, in which a thin Fe-Al alloy layer is produced on one side of a steel sheet and aluminum or an aluminum alloy is cast onto an aluminum layer above the latter, which is not alloyed with iron, which is characterized in that a pre-material made of a steel sheet roll-clad with aluminum is briefly heated above the melting temperature of the aluminum,
that an iron-aluminum alloy layer less than 20µ thick is produced.
Such a starting material, known per se, has an aluminum layer of uniform thickness and density and is also free of an iron aluminide intermediate layer and furthermore allows practically any shape of the starting material on which the further casting of the aluminum layer is to take place.
To carry out the process according to the invention, the aluminum cladding can consist of pure aluminum or an aluminum alloy, such as an aluminum-magnesium alloy. Suitable steels are, for example, normal carbon steel, alloy steel or stainless and acid-resistant steel.
According to the method of the invention, the aluminum-clad steel sheet is only briefly heated above the melting temperature of the aluminum, with the proviso that a, preferably uniform, thin iron-aluminum alloy layer of less than <I> 20 </I>, cc Thickness is generated. This measure prevents the formation of an excessively thick intermediate alloy layer, as occurs when dip-aluminized ferrous materials are heated and which is hardly deformable due to its brittleness.
When carrying out the method according to the invention, it has proven to be expedient to heat the roll-clad aluminum layer for a maximum of 8 seconds, preferably about 4 seconds, until it melts.
However, while such a short heating time causes the aluminum to melt, an iron-aluminum alloy layer is formed of only a small thickness, which is generally less than 15 µ.
Such heat treatment of the composite material can be done in a known manner, for. B. in those molding devices in which the further sprue of the aluminum layer in z. B. Diecasting process is provided.
Such a heat treatment is expediently carried out with special gas burners, which allow the critical and rapid passage through the critical temperature range of around 600 C, so that the two composite materials do not separate. Usually, with a total thickness of 0.1 to 1.5 mm, such sheets have an aluminum plating of 3-80% of the total thickness.
The method according to the invention shows a way of advantageously also supplying objects made of iron-aluminum composite materials to an aluminum sprue process which, because of their shape, could not be provided with an additional aluminum sprue, or only partially incompletely.
B. Stainless steel cooking appliances made of steel / aluminum composite sheet with additional floor reinforcement through aluminum sprue. In those cases, however, in which objects of a simple shape are to be drawn over and provided with a sprue, the method according to the invention brings about a significant simplification of the method implementation with simultaneously improved quality and high uniformity of the desired composite material.
The process according to the invention is particularly suitable for the production of iron soles. While z. B. in known manufacturing processes of iron soles made of composite material of ferrous material, z. B.
Stainless steel sheet, introduced into the aluminum or aluminum alloy melt or treated with such, introduced the sheet prepared in this way with the solidified aluminum layer into the mold, where the aluminum layer had to be liquefied again and the sprue had to be made on this, on the other hand, the inventive according to procedures in a simple and technically advanced way directly use a steel sheet with a clad aluminum layer of high uniformity and density,
which pre-material can also be supplied directly in the form of the known sprue treatment. The invention is explained in more detail with reference to the following example: Example For the production of bimetallic composite cast soles for irons one uses z.
B. 0.4 mm thick sheet of stainless chromium-nickel steel with 18% chromium and 8% nickel with a one-sided aluminum roll cladding layer of about 0.1 mm or more.
Such a composite sheet inserted into the die casting mold is then melted on the aluminum side with a special gas burner in about 5 seconds, forming an iron-aluminum intermediate layer about 12 .mu.m thick. The aluminum sole is coated with a commercially available aluminum alloy, e.g. B. of the type AlSi6Cu3, cast.