DD239962A5 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von metallbloecken, -formlingen oder profilmaterial aus einer metallschmelze - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallbloecken, -formlingen oder -profilmaterial aus einer Metallschmelze, die in einer Kokille aus einer oberen Heizzone in eine untere, vorzugsweise gekuehlte Kuehlzone, mit einer solchen Geschwindigkeit verbracht, vorzugsweise abgesenkt wird, wie die Erstarrung der Schmelze fortschreitet. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostenguenstiges Verfahren und eine Vorrichtung zu offenbaren, mit dem Metallbloecke, -formteile oder -profilteile mit eingelagerten Hartstoffkoernern relativ einfach grosstechnisch hergestellt werden koennen, die sowohl hohe Zaehigkeit als auch hohen Verschleisswiderstand aufweisen und bei denen Hartstoffkoerner in der Metall-, vorzugsweise Stahlmatrix, gleichmaessig fest eingebunden sind un eine relativ geringe Menge Hartstoffmaterial aus den Hartstoffkoernern in die Matrix austritt und einkristallisiert. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe derart geloest, dass Hartstoff in Form von Pulver, Granulat oder Kristallkoernern aus der Heizzone in die Schmelze, die eine Temperatur unter der Schmelztemperatur des Hartstoffes hat, waehrend des Abkuehlens der Schmelze dosiert und ueber die obenliegende Oberflaeche der Schmelze verteilt eingebracht wird. Fig. 5

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Metallblöcken, -formlingen oder -profilmaterial aus einer Metallschmelze, die in einer Kokille aus einer oberen Heizzone in eine untere, vorzugsweise gekühlte Kühlzone, mit einer solchen Geschwindigkeit verbracht, vorzugsweise abgesenkt wird, wie die Erstarrung der Schmelze fortschreitet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, Metallblöcke durch kontrollierte Abkühlung weitgehend steigerungsfrei aus einer Schmelze herzusteilen. Um ein Metall bestimmter Eigenschaften zu erhalten, werden unterschiedliche Legierungsbestandteile der Schmelze zugeführt, die je nach Konzentration der Dotierungen und je nach dem Abkühlungsverlauf in verschiedener Weise auskristallisieren uijd damit bestimmte Eigenschaften wie Härte, Zähigkeit, Schweißarbeit, Abriebfestigkeit und Bearbeitbarkeit bieten. Hierbei wird jeweils ein Kompromiß der Eigenschaften je nach dem gewünschten Anwendungszweck eingegangen.

So ist für Stahl bekannt, daß hohe Zähigkeit nur verbunden mit geringem Verschleißwiderstand z. B. bei Manganhartstahl und hoher Verschleißwiderstand nur verbunden mit geringer Zähigkeit, z. B. bei karbidhaltigem Sonderguß und mittlere Härte mit mittleren Verschleißwiderstand bei legiertem Stahlguß erreicht wird.

Um diesem Dilemma zu entgehen, werden in bekannter Weise starkem Verschleiß und hoher Beanspruchung unterliegende Bauteile aus einem zähen Material erstellt und durch Hartauftragsschweißen mit einer Panzerschicht versehen, die einen erhöhten Karbidanteil enthält, der unter Umständen durch stetiges Einstreuen von Metallkarbiden in das Schweißbad erreicht wird. Dieses Verfahren ist außerordentlich aufwendig und bringt nur begrenzten Erfolg, da die Panzerschichten nur in begrenzter Lagendicke aufgetragen werden können und zum Abplatzen neigen. Beim Auftragen in mehreren Lagen treten unkontrollierte Härterisse auf, die verstärkt zum Ausbröckeln der Panzerschicht führen können.

Es ist weiterhin bekannt. Formlinge unter Einlagerung von Hartstoffkörnern z. B. aus Wolfram-, Titan-, Tantalkarbiden oder aus Hartmetallschrott herzustellen, wobei Hartstoffkörner mit einer relativ kalten Stahlschmelze umgössen werden, so daß sie nicht angeschmolzen sind, sondern nur durch die Kompression der Stahlmatrix bei der Erstarrung wegen ihres größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten gehalten werden. Bei starker Beanspruchung der Hartstoffkörner, die an der Oberfläche eines Werkstückes liegen, brechen diese deshalb relativ leicht aus.

Ein weiteres Verfahren besteht darin, Hartstoffkörner mit einer Schmelze eine Tempe^ratur hat, die so weit über der Schmelztemperatur der Hartstoffkörner liegt, daß diese weitgehend schmelzen, da die Abkühlzeiten dabei mehrere Minuten betragen. Bei diesem Verfahren sind zwei Varianten zu unterscheiden, die darin bestehen, daß entweder der Hartstoff mit Zusätzen z. B. Kobalt, die den Schmelzpunkt erniedrigen, legiert ist, oder mit einer sehr hohen Temperatur gearbeitet wird, bei der eine Zersetzung der Karbide auftritt, die zu einer Aufkohlung der Stahlmatrix führen. Im ersten Fall hat der Hartstoff geringere Festigkeit und im zweiten wird die Festigkeit der Matrix erheblich verringert. Außerdem geht ein großer Teil des Hartstoffes in Lösung und scheidet in Mischkristallen insbesondere auch als Kohlenstoff geringerer Festigkeit aus der Schmelze aus. Dies führt weiterhin zum Erstarrungsprozeß zu Lunker- und Rißbiidung, wodurch ein leichtes Ausbrechen der Hartstoffkörner bei Beanspruchung erfolgt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die kostengünstige Herstellung von Metallblöcken, -formteilen oder -profilteilen mit eingelagerten Hartstoffkörnern. .

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu offenbaren, mit dem Metallblöcke, -formteile oder -profilteile mit eingelagerten Hartstoffkömern relativ einfach großtechnisch hergestellt werden können, die sowohl hohe Zähigkeit als auch hohen Verschleißwiderstand aufweisen und bei denen Hartstoffkörner in der Metall-, vorzugsweise Stahlmatrix, gleichmäßig fest eingebunden sind und eine relativ geringe Menge Hartstoffmaterial aus den Hartstoffkörnern in die Matrix austritt und einkristallisiert, so daß eine Schwächung der Matrix durch Lunker und Zerfallprodukte des Hartstoffes, insbesondere durch Kohlenstoffausscheidungen nicht auftritt.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß Hartstoff in Form von Pulver, Granulat oder Kristallkörnern aus der oberen Heizzone in die Schmelze, die eine Temperatur unter der Schmelztemperatur des Hartstoffes hat, während des Abkühlens der Schmelze dosiert und über die Oberfläche der Schmelze verteilt eingebracht wird.

Eine besonders gute Einbindung der Hartstoffkörner in die Metallmatrix erfolgt dann, wenn sie in der Heizzone kurzzeitig oberflächlich über ihren Schmelzpunkt erhitzt werden.

Bei einer relativ großen Höhe der Schmelze, z. B. in einer Kokillengießvorrichtung, mit 1 m Höhe wird die Transitzeit der Hartstoffkörner von z. B. 30 Sekunden von der Oberfläche der Schmelze bis zm Kokillenboden dadurch berücksichtigt, daß vor Beginn der Kühlung der Kokille um die Transitzeit früher mit dem Einstreuen der Hartstoffkörner begonnen wird und die gesamte Hartstoffmenge eingestreut wird, so daß im gesamten erstarrten Material gemäß des zeitlichen Verlaufs der Dosierung der Hartstoffkörner über die Höhe verteilt sich die Hartstoffkörner einlagern.

Erfindungsgemäß ist auch, daß die Heizzone aus einer Plasmastrahlheizung in einer Schutzgasatmosphäre, ζ. Β. aus Edelgas, besteht.

Eine besonders vorteilhafte Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Heizzone aus einer Schlackenschmelze besteht, die mittels elektrischer Widerstandsheizung im wesentlichen über die Schmelztemperatur der Hartstoffkörner erwärmt ist und deren Höhe so groß ist, daß die Hartstoffkörner nur oberflächlich schmelzen, und daß der abkühlenden Schmelze laufend jeweils Metallschmelze in dem Maße zugeführt wird, daß ihre Temperatur im wesentlichen unter der Schmelztemperatur der Hartstoffkörner ist.

Erfindungsgemäß ist auch, daß die Höhe der Schlackeschmelze 1 bis 5 cm beträgt und die Schlacketemperatur durchschnittlich bei 1700⁰C bis 2000°C liegt und die Zusammensetzung der zugeführten Schlacke z. B. aus 45% Silizium- und Titanoxid, 10% Kaizium- und Magnesiumoxid, 40% Aluminium- und Manganoxid und 5% Kalziumfluorid, oder aus 35% Siliziumoxid, 20% Magnesiumoxid, 25% Aluminiumoxid und 10% Kalziumfluorid u. a. besteht.

Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß eine Stromzuführung zur elektrischen Widerstandsheizung einerseits über die Kokille und andererseits über mindestens eine innere, vorzugsweise wassergekühlte Elektrode pendelnd oder kreisend über den mittleren Bereich der Schlackeoberfläche und etwa %bis Y₂ der Schlackenhöhe eintauchend geführt wird und daß die Hartstoffkörner vorzugsweise nahe der Elektrode vorzugsweise mit dieser pendelnd bzw. kreisend, zugeführt werden.

Ebenso ist erfindungsgemäß, daß eine Stromzuführung zur elektrischen Widerstandsheizung einerseits über die Kokille und andererseits über mindestens eine Elektrode erfolgt, die aus einer Metallzusammensetzung besteht, die laufend in der Schlackeschmelze abschmilzt, und daß die Elektrode laufend der Schlackeschmelze in dem Maße zugeführt wird, daß sich mit der andererseits zugeführten Metallschmelze eine vorgegebene Zusammensetzung der Schmelze bzw. des erstarrten Materials ergibt, und daß die Stromzufuhr bzw. Schlacketemperatur vorzugsweise so gewählt wird, daß die Elektrode in etwa % bis Y₂ der Schlackenhöhe eintauchend abschmilzt, und daß vorzugsweise die Elektrode pendelnd oder kreisend im mittleren Bereich der Schlackeoberfläche geführt wird und daß die Hartstoffkörner mit oder vorzugsweise nahe der Elektrode vorzugsweise mit dieser pendelnd bzw. kreisend, zugeführt werden.

Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß die Elektrode aus einem Band, Rohr oder ähnlichem besteht, auf der in dem Zuschlagstoffe zur Schmelze und Hartstoffkörner, z. B. Wolframkarbid, gehalten sind, deren Schmelztemperatur unter der Schlacketemperatur aber über den Metallschmelztemperatur liegt.

Erfindungsgemäß ist auch, daß aus der Schmelze erstarrtes Material gemäß der Erstarrungsgeschwindigkeit der Schmelze aus der wassergekühlten Kühlzone abgezogen wird und aus einer Schmelzvorrichtung, im gleichen Maße wie der Abzug geschieht, dosiert einen Schmelzezufluß der Schmelze laufend zugeführt wird, so daß die Höhe der Schmelze etwa 2 bis 10 cm beträgt. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß, daß aus der Schmelzvorrichtung eine metallschmelze in einen vorzugsweise beheizten Schlackefangbehälter gegossen wird und von diesem vorzugsweise durch ein steuerbares Bodenventil dosiert durch einen Gießtrichter fließend der Schmelze in der Kokille zugeführt wird und vorzugsweise dabei zur Dosierung des Schmelzezuflusses die Höhe oder das Gewicht der Schmelze im Gießtrichter auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird und daß vorzugsweise die Abzugsgeschwindigkeit des Materials aus der unten offenen Kokille so gesteuert wird, daß eine vorgegebene Austrittstemperatur des Materials von z. B. 1000⁰C herrscht, und daß abhängig von dieser Abzugsgeschwindigkeit die Dosierungen der Schmelzezufuhr und der Hartstoffzufuhr vorgenommen werden.

Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß das Einstreuen der Hartstoffkörner homogen über den Querschnitt der Oberfläche erfolgt und über eine Gesamtzeit, die aus einer Vorlaufzeit, die der Transitzeit zum Durchlauf der gesamten Höhe der ungekühlten Schmelze entspricht, und der Abkühlzeit über die gesamte Höhe besteht, jeweils abschnittsweise mit vorzugsweise konstanter Menge pro Zeiteinheit so erfolgt, wie der jeweils zu dotierende Abschnitt in seiner Höhe und relativen Lage zur Gesamthöhe von unen nach oben vorgibt.

Ebenso ist erfindungsgemäß, daß der Hartstoff in Form von Pulver, Granulat oder Kristallkörnern durch Siebsichtung oder vorzugsweise durch Wind- oder Flüssigkeitssichtung in Partien gleicher Körnung bzw. vorzugsweise gleicher Sinkgeschwindigkeit getrennt wird und jeweils einzelne Partien in einzelne Schmelzen unter Berücksichtigung der sich aus der jeweiligen Sinkgeschwindigkeit jeweils ergebenden Transitzeit eingestreut werden.

Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß das Einstreuen des Hartstoffes in die Schmelze unter Schutzgas oder Vakuum erfolgt. Die Hartstoffkörner verweilen nur etwa eine Sekunde in der heißen Schlackeschmelze und tauchen dann in die Metallschmelze ein. Es verbleibt nach Messungen an Metallblöcken beim Erstarren der die Hartstoffkörner umgebenden Schmelze eine Zone von wenigen Mikrometern Tiefe, in der Stahlanteile in die Hartstoffoberfläche eindringen und eutektisch erstarren. Das kurzzeitig verflüssigte Hartstoffmaterial bildet eine etwa 100 bis 300 Mikrometer tiefe Dendritzone; die Kristallstrukturen bilden sich untereutektisch wegen der schnellen Abkühlung aus. Darüber hinaus tritt eine geringe Diffusion von Hartstoffmaterial in der Dentritzone und geringfügig darüber hinaus in die Stahlmatrix auf.

Die Höhe der Metallschmelze wird dabei vorteilhaft so gering gehalten, daß die Sinkzeit der Hartmetallkörner nur relativ kurz ist, so daß die Dotierungskonzentration entsprechend sehr genau beherrschbar ist. Da der Kokille laufend Schmelze zugeführt wird, tritt ein Konzentrationsgleichgewicht der Legierungsbestandteile und auch des aus den Hartstoffkörnern diffundierenden Materials in ihr auf, so daß eine Konzentrationszunahme und Steigerungsgefahr bei fortschreitendem Prozeß vermieden ist und in der Zusammensetzung ein homogenes Endprodukt entsteht. "

Auf diese Weise können verschiedenartige Stähle für die Matrix verwandt werden, wie es den Verhältnissen der einzelnen Anwendungen entspricht. Das mit Hartstoff dotierte Material ist entsprechend dem verwandten Stahl relativ zäh, warmverformbar und schweißbar und zeigt abhängig von der Dotierung große Härte und Abriebfestigkeit. Somit ist er nur schwer bearbeitbar. Zum Beispiel weist Metall, das mit einer Matrix aus mit Chrom hochlegiertem Stahl und mit Wolframkarbideinlagerungen besteht, höhere Abriebfestigkeit als Sinterhartmetall S2 oder HSS-Schweißstahl auf. Lunkerfreie Schweißungeri sind sowohl unter Schutzgas als mit Widerstandsstumpfschweißung ohne weiteres ausführbar.

So können vorteilhaft die dem Abtrieb unterliegenden Teile eines Werkstückes z. B. die Meißelspitze, die Pflugschneide, die Baggerzahnschneide usw. aus dem dotierten Material hergestellt werden, an das die Schäfte bzw. Halterungen die eventuell zu bearbeiten sind, angeschweißt werden.

Das Verfahren, bei dem ständig der Erstarrungsgeschwindigkeit gemäß neue Schmelze der Kokille zugeführt wird, kann vorteilhaft in einer Stranggußkokille durchgeführt werden, so daß nicht nur Blöcke oder Formlinge, sondern Profilmaterial beliebiger Länge hergestellt werden können. Dieses Stranggußverfahren eignet sieh besonders dazu, über den Querschnitt gezielt Dotierungs-Zonen ' herzustellen und, z. B. nur an den später einer Verschleißbeanspruchung ausgesetzten, Außenzone, Hartstoffkörner einzustreuen, was wegen der geringen Schmelzhöhe zu einer relativ exakten Verteilung der Hartstoff körner im Endprodukt führt. Die nicht dotierte Zone, z. B. der Innenbereich, kann dann spanabhebend bearbeitet werden, und die Zugfestigkeit ist durch die ungestörte Matrix im Innenbereich erhöht.

Es ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens, daß es auch für NE-Metalle, zum Beispiel Leichtmetallegierungen verwendbar ist. Dadurch entstehen ganz neuartige Möglichkeiten der Konstruktion von verschleißfesten Panzerungen, Flugzeug- oder Raketenanteilen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus wassergekühlter Kokillengießvorrichtung, z. B. Tütenoder Tauchgießvorrichtung besteht, mit einer Kokille, über der eine Einstreuvorrichtung angeordnet ist, mit der mengen- und zeitmäßig steuerbar die Hartstoffkörner der Oberfläche der Schmelze in der Kokille zuführbar sind.

Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillen oberhalb der Schmelze einen Raum zur Aufnahme der Schlackenschmele von mindestens der Höhe der Schlackenhöhe hat und dieser Raum vorzugsweise sich als Trichteransatz erweitert und vorzugsweise mit einem nicht von Kühlwasser durchflossenen Randaufsatz, vorzugsweise aus Stahl, seitlich abgeschlossen ist und die Kokille im übrigen aus einem wassergekühlten Kupfermantel besteht und daß die Höhe der Schlackenschmelze so gewählt ist, daß in Verbindung mit der Pendel- oder Kreisbewegungsamplitude der Hartstoffkörnerzufuhr ein vorgegebenes horizontales Hartstoffdotierungsprofil im Material entsteht.

Sie ist erfindungsgemäß weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Schlackeoberfläche die Mündung einer Schmelzzuflußdosjervorrichtung, einer Schlackedosiervorrichtung und mindestens eine Halterung und ggf. Zufuhr- und " Pendelvorrichtung der Elektrode und ggf. eine Hartstoffdosiervorrichtung und unterhalb der Kokille ggf. eine Abzugsvorrichtung angeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß die Schmelzezuflußdosiervorrichtung aus einem vorzugsweise heizbaren Schlackenfangbehälter mit einem steuerbaren Bodenventil, unter dessen Auslauf ein Gießtrichter angeordnet ist, dessen Auslauf die Mündung ist und an dem ein Gewichtsmelder angeordnet ist, dessen Ausgangssignal in einem Regler in einer Steuervorrichtung mit einem Signal verglichen wird, das der Erstarrungsgeschwindigkeit der Schmelze bzw. der Abzugsgeschwindigkeit des Materials entspricht, und dessen Ausgangssignal das Bodenventil steuert, besteht.

Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß die Steuervorrichtung eingangsseitig mit dem Gewichtsmelder, mit je einem Temperaturmelder im Randaufsatz, in der Kokilleninnenwand bzw. an dem Austritt des Materials aus der Kokille, mit Rückmeldern der Ventilsteuervorrichtung, der Zufuhr- und Pendelvorrichtung, der Schlackendosiervorrichtung, der Hartstoffdosiervorrichtung, eines Generators, der den Elektrodenstrom liefert und steuert, und der Abzugsvorrichtung verbunden ist und ausgangsseitig Steuersignalleitungen zur Steuerung der entsprechenden Antriebe bzw. des Stromes oder der Spannung des Generators geführt sind und daß eine Uhr auf die Steuervorrichtung gemäß dem Verfahren einwirkt, daß sie einem in ihr enthaltenen Programm und über die Eingabevorrichtung vorgegebenen Daten entsprechend dem Verfahrensablauf steuert und anforderungsgemäß Betriebsund Störungsmeldungen auf einer Ausgabevorrichtung angezeigt und/oder meldet, wobei das Signal des Temperaturmelders im Randaufsatz zur Regelung der Schlackenschmelzehöhe über die Steuerung der Schlackedosiervorrichtung und zur Steuerung des Generatorstromes bzw. der -spannung dient und das Signal des Temperaturmelders in der Kokillenwand zur Regelung der Höhe der Schmelze über die Vorgabe zur Dosierung des Schmelzmaterialzuflusses und der Hartstoffzufuhr dient und wobei vorzugsweise diese Regelungen gemäß ermittelter Zeitkonstanten der Regelkreise kompensiert betrieben werden.

Erfindungsgemäß ist ebenso, daß die Steuervorrichtung die Hartstoffdosiervorrichtung abhängig vom Ablauf vorgegebener Zeitintervalle und jeweils erfolgten Vorschub der Abzugsvorrichtung an der relativen Mengendosierung unterschiedlich im Verhältnis zu dem jeweiligen Schmelzezufluß steuert und daß sie die Amplitude, Lage und den zeitlichen Bewegungsablauf der Pendelbewegung steuert, so daß in Erstarrungsrichtung bzw. im Querschnitt des Formlings oder Profilmaterials Zonen unterschiedlicher Hartstoffkonzentration, vorzugsweise an Arbeitsflächen erhöht, entstehen.

Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß die Einstreuvorrichtung und die Kokillen durch einen Mantel vakuumdicht verbunden sind und der dadurch gebildete Innenraum mit einer Schutzgas- oder Vakuumanlage verbunden ist und der Innenraum die Heizzone bildet, in der vorzugsweise eine Plasmaheizung angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Erzeugnis ist dadurch gekennzeichnet, daß es Hartstoffkörner z. B. Wolframkarbid oder Hartmetall enthält, die von einer wenige Mikrometer tiefen Diffusionszone von Hartmetallmaterial eingeschlossen sind, um die eine etwa 100 bis 300 Mikrometer tiefe Dendritzone mit relativ geringem Volumenanteil von Hartmetallmaterial in Form von Ästen liegt, über die hinaus sich eine etwa 20 bis 50 Mikrometer tiefe Diffusionszone der Hartstoffe erstreckt, und daß der Raum zwischen der Dendritzone, die Diffusionszonen und den Raum außen um diese herum dicht mit Matrixmaterial, vorzugsweise einer Stahllegierung gefüllt ist. Es ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffanteile zwischen 8 und 25 Gew.-°/o des Matrixmaterials betragen. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß der Hartstoffanteil in den Zonen, die den Außenflächen oder den Arbeitsflächen von Formungen, z. B. Werkstückschneiden, benachbart sind, wesentlich über dem Durchschnitt im Gesamtvolumen liegt. Ebenso ist erfindungsgemäß, daß er/es zur Verwendung für rollende oder schlagende Verschleißbeanspruchung Hartstoffe mit einer Körnung von weniger als 0,8 mm enthält und zur Verwendung für Reib- und Schneidbeanspruchung einer Körnung größer als 0,8 mm bis mehrere mm enthält.

Erfindungsgemäß ist darüber hinaus, daß das Matrixmaterial aus niedrig legiertem Stahl mit 0,8 bis 1,8% Mangan und etwa 1 % Silizium oder aus martensitischen Stahl oder aus austenitischem Stahl, z. B. mit u. a. 18% Cr, 8% Ni, oder 19% Cr, 9% Ni, und Mo oder 18% Cr, 8% Ni, 6% Mn oder aus Manganhartstahl mit u. a. 1,2% C, 12 bis 17% Min oder aus einer Legierung aus etwa 1 % C, 1,8% Si, 17% Mn, 17% Cr, 3,5% W u. a. oder auch hochnickelhaltigem Werkstoff besteht.

Ebenso ist erfindungsgemäß, daß das Matrixmaterial ein Nichteisen-Metall oder eine NE-Metallegierung vorzugsweise AIMg3, AIMg5, AISi5, AIMgZnI ist und die Hartstoffkörner aus Metallkarbid oder -oxid, z. B. Korund bestehen. Diese ganz neuartige Familie von Werkstoffen dient somit nicht nur der Verbesserung der Standfestigkeit bestehender verschleißbeanspruchter Maschinenteile und Werkzeuge oder der Verbilligung ihrer Herstellung; sondern es ergeben sich völlig neue Konstruktionsmöglichkeiten für Baugruppen, bei denen die geforderten unterschiedlichen Eigenschaften bisher durch zusammengesetzte Bauteile, zum Beispiele: Hartmetalleinsatz im Bohrer oder Schneidstahl, verwirklicht wurden. Besonders vorteilhaft ist auch der Einsatz des neuen Materials in Bauteilen, die dem Verschleiß unterliegen und eine möglichst hohe Haftreibung bieten sollen, zum Beispiel in Radkränzen von Schienenfahrzeugen, da die Hartstoffkörner, die geringfügig aus der Oberfläche heraustreten, zu einer Erhöhung der Rauhigkeit und damit der Haftreibung führen. Dieser Effekt kann durch geeignete Auswahl des Hartstoffes und dessen Korngröße und Korngestalt den jeweiligen Anwendungsbedingungen angepaßt werden. Die vorteilhafte Eigenschaftenkombination eines mit Wolframkarbid dotierten Stahls seien hier nochmals zusammengestellt:

- hochverschleiß-, abrieb- und schlagfest,

- biege- und verformungsfähig,

- riß- und bruchfest,

- elektrisch schweißbar ohne Rißgefahr und ohne Vorwärmung,

- härtbar und vergütbar.

Für die Durchführung des Verfahrens ist jeweils ein solcher Hartstoff auszuwählen, der sich bei der Temperatur der Metallschmelze nicht löst. Weiterhin ist es erforderlich, daß er eine höhere Dichte als die Schmelze hat, damit er nach unten sinkt.

Die Hartstoffkörner können aus Naturstoffen oder durch Schmelzen oder Sintern und evtl. erforderliches Zerkleinern gewonnen werden. In vielen Fällen ist es auch möglich, zerkleinerten nartmetallschrott einzusetzen.

Um eine möglichst definierte Hartstoffkornverteilung und somit homogene Materialeigenschaften des Endproduktes zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Hartstoffkörner nach Korngröße zu sichten. Dies kann durch Siebung in engen Stufen oder besser durch Wind- oder Flüssigkeitssichtung geschehen.

Statt einer abschnittsweisen homogenen Verteilung von Hartstoffkörnern im Endprodukt können bei variabler Dosierung der Hartstoffzufuhr auch bestimmte Dotierungsprofile erzeugt werden, wodurch sich z. B. ein graduierter stetiger Übergang der Zonen örrtiKt

Mit dem gleichen Verfahren des Einstreuens von Körnern, Pulver oder Kristallen in eine erstarrende Schmelze ist es auch vorteilhaft möglich, andere Eigenschaften, z. B. schlechte Schweiß- und Schneidbarkeit, z. B. für Panzer- und Schutzplatten dem Material zu verleihen. Als Beispiel sei die Dotierung von Leichtmetallegierungen mit Siliziumoxid genannt.

Mehrere Füllstoffe zur Erzeugung verschiedener Eigenschaften^: B. Wolframkarbid für die Verschleißfestigkeit und Siliziumoxid für die Feuerfestigkeit werden vorteilhaft einer Schmelze mit entsprechend zeitlich abgestimmter Dosierung zugefügt. Damit sind noch weitergehende, völlig neuartige Eigenschaftkombination von Materialien erreichbar. Die Auswahl der Legierung und der jeweils geeigneten Füllstoffe und Füllstoffkonzentrationen ist vom Fachmann ohne Schwierigkeiten, evtl. unter Durchführung kleiner Versuchsreihen, zu treffen.

Die Kokille kann in bekannter Weise einen der weiteren Verarbeitung der Verwendung angepaßten Querschnitt besitzen. Auch kann durch Einfügung eines Kerns ein Hohlkörper erzeugt werden, der in gleicher Weise wie die äußere Form vom Kühlwasser durchflossen wird.

Legierungen und Mischungsverhältnisse mit Hartstoffen: Was die Legierungsvariationen und Mischungsverhältnisse mit Hartstoffen anbelangt, so ist eine bevorzugte Auswahl im folgenden dargestellt. Hierbei wurden die Forderungen gemäß der Industrieanwendungen unter Berücksichtigung der verschiedenen Arten des Verschleißes zugrunde gelegt. Daraus ergaben sich bestimmte Verschleißgruppen.

a) Unlegierte oder niedriglegierte Stähle mit eingelagerten Hartstoffen: Die Legierung ist durch einen Mangangehalt von 0,8-1,8% und einen Siliziumgehalt von etwa 1 % gekennzeichnet. Abgesehen von den mechanisch-technologischen Gütewerten, die hierbei vom Siliziumgehalt maßgebend bestimmt werden, beeinflußt der höhere Siliziumgehalt auch den Schmelzvorgang in der Kokille. Ohne ausreichenden Siliziumgehalt findet keine genügende Beruhigung im Schmelzprozeß statt, wenn das Schmelzematerial durch Elektrodenabschmelzung der Schmelze zugeführt wird. Man kann diesen entweder durch Siliziumzugabe in die flüssige hocherhitzte Schlacke stabilisieren oder vorteilhaft eine höhere silizierte Elektrode verwenden. Zu diesem Matrixmaterial werden Hartstoffanteile zwischen 80 und 250 gr pro kg Stahl gegeben. Niedrigere Mengen als 80 gr bringen einen unterproportionalen Nutzeffekt im Verschleißverhalten; über 250 gr Anteile an Hartstoffen erhöhen die Bruchgefahr bei Biegebeanspruchung. Hierbei wirkt sich auch die Körnung der Hartstoffe aus. Im entscheidenden Maße wird die Korngröße der Hartstoffe jedoch von der Art der Beanspruchung bestimmt. Grundsätzlich gilt, daß eine feinere Körnung bis 0,8 mm Durchmesser oder Kantenlänge gegen rollenden, schlagenden und reibenden Verschleiß besser ist. Gegen starken Reib- und Schneidverschleiß_äwie beispielsweise für Bohrköpfe, hat sich eine größere Körnung viel besser bewährt, c) Martensitische Legierungen:

Hierunter fallen vorwiegend Stähle, die stark mineralischen Reib- und Schmirgelverschleiß ausgesetzt sind. Sie werden durch Hartstoffeinlagerung in ihrem Verschleißverhalten darüber hinaus noch wesentlich verbesssert. Die Legierungsgruppe ist beispielhaft nach steigender Materialhärte Rc (Rockwell) in Tabelle 1 aufgestellt.

c) Austenitische Stähle:

Hierunter fallen die rost- und säurebeständigen Chrom-Nickel-Stähle. Zum Beispiel 18% Cr, 8% Ni oder 19% Cr, 9% Ni und Mo oder die beim Schweißen viel verwendete Legierung 18% Cr, 8% Ni, 6% Mn. (Werkstoff-Nr. 1.4370). Diese Legierungen werden bekanntlich bei drohendem Korossionsverschleiß eingesetzt. Sie bieten jedoch unter keinen Umständen einen Schutz gegen mechanischen, besonders mineralischen Abriebverschleiß. Durch Zulegieren von Hartstoffen nach der Erfindung werden bisher nicht beherrschbare Anwendungsgebiete erschlossen.

Unter den austenitischen Legerierungen müssen auch die sogenannten Mangan-Hartstähle genannt werden. Sie sind im wesentlichen durch einen Kohlenstoffgehalt von 1,2 % und einem Mangangehalt von 12 bis 17 % gekennzeichnet. In ihrem spezifischen Verhalten erfüllen sie Anforderungen gegen Schlag, Stoß und Druck. Nur bedingt sind sie gegen mineralischen Reibverschlerß geeignet. Auch für diese Stahlgruppe werden durch Zulegieren von Hartstoffen neuen Einsatzgebiete erschlossen. Eine neue Speziallegierung besonderer Art, die stärkstem Schlag und Abrieb widersteht, hat folgende Zusammensetzung: C = 1,0%, Si = 1,8%, Mn = 17%, Cr= 17%, W = 3,5%. (Hierbei handelt es sich um Mittelwerte). Diese Legierung wird erfindungsgemäß mit Hartstoffen angereichert und damit in ihren Verschleißverhaltetvgegen Abrieb wesentlich verbessert, so daß für viele, extreme Anforderungen stellende Anwendungen, hiermit ein ganz neuer Werkstoff zur Verfügung steht.

d) Legierungen auf Nickelbasis:

Höchnickelhaltige Werkstoffe sind für schlagenden und reibenden Verschleiß ungeeignet. Durch Zusätze von Hartstoffen nach der^Erfindung werden Nickel, Inconol, Hastelloy B und Hastelloy C für höchste Abriebbeanspruchung einsetzbar. Neben dem hervorragenden Korrosionsverhalten dieser Werkstoffe — auch in höheren Temperaturbereichen — ergeben sich mit Hartstoffeinlagen vollkommen neuen Einsatzbereiche, da bei dem Einbindeprozeß keine korrosionsfördernde Ausscheidungen aus der Schmelze in das Gefüge eingebracht werden.

Die kontinuierliche Arbeitsweise der Gießvorrichtung hat den Vorteil, daß eine rasche, gerichtete Erstarrung des Matrixmaterials erfolgt und demzufolge ein feinkörniges, seigerungsarmes dichtes Gußstück guter Verformbarkeit entsteht. Dieser Vorteil wird noch verstärkt und für andere als die bekannten Legierungen, zum Beispiel hochchromhaltige Legerierungen, durch die Schlackenbeheizung erschlossen.

Die elektrische Beheizung der Schlackenschmelze bewirkt eine intensive Umwälzbewegung in der Schlacke wie auch in der Metallschmelze. Durch die negative Widerstandscharakteristik der Schlacke als auch durch das Magnetfeld des Stromflusses tritt eine ständige Verlagerung des Strompfades und damit des Bereiches höchster Temperatur auf. Diese Verhältnisse werden durch eine Pendel- oder Kreisbewegung der Elektrode vorteilhaft verstärkt.

Die ständige Umwälzbewegung der Metallschmelze bewirkt eine feinkörnige Kristallisation. Dieser Effekt wird dadurch gesteigert, daß die Schlackeschmelze heißer als die Metallschmelze ist, so daß das Material der Metallschmelze zwischen der heißeren Grenzfläche zur Schlackeschmelze und kälteren Erstarrungszone ständig umgelagert wird und etwa vorzeitig ausgeseigerter Kristalle erneut in Lösung gehen. Außerdem wird die Entgasung in der heißeren Zone gefördert.

Bei dem Verfahren scheidet sich außerdem vorteilhaft eine dünne Zone der Schlacke an der Kokillenwand ab, die im rotglühenden Zustand als Schmiermittel beim Abziehen des erstarrten Materials wirkt, so daß keine kohlenstoffhaltigen Öle als Schmiermittel dort einzuspritzen sind, wodurch eine unerwünschte Legerierung mit Kohlenstoff oder Gasaufnahme durch die Schmelze vermieden wird und die Einspritzvorrichtung entfällt

Es ist eine weitere vorteilhafte Verfahfensvariante, daß niedrigschmelzende Legierungsbestandteile geschmolzen mit einer

Temperatur etwas über ihrer Schmelztemperatur zugeführt werden und hochschmelzende Anteile über die heißere Schlackeschmelze zugeführt werden, wobei es besonders vorteilhaft ist, diese als Elektrodenmaterial zu benutzen oder diese in eine abschmelzende Elektrode einzubetten. Das in der Schlackeschmelze verflüssigte Material kristallisiert beim Übergang in die Metallschmelze feinkörnig aus, und diese zur Erstarrungszone absinkenden Kristalle führen zur weiteren Bildung von Mischkristallen in enger Einbindung dort.

Für die Zuführung der Metallschmelze ist eine Vorrichtung offenbart, die eine exakte Dosierung des Zustromes erlaubt und die Einbringung von Verunreinigungen und Gasen weitgehend vorteilhaft vermeidet.

Für die Steuerung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind Temperaturmelder im Bereich der Kokille angeordnet und Rückmelder der Antriebe vorgesehen, so daß eine rückgekoppelte Regelung nach eingegebenen Kriterien durch eine Steuervorrichtung vorgenommen wird.

Ausführungsbeispie! ^Λ

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: eine Tauchgießvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im vertikalen Schnitt;

Fig. 2

bis 4: dotierte Blöcke im Schnitt und dazu die Zeitdiagramme der Abkühlung und Einstreuung;

Fig. 5: eine Stranggußvorrichtung im vertikalen Schnitt, teilweise schematisch;

Fig. 6: ein Schliffbild einer eingelagerten Hartstoffkorngrenze vergrößert und

Fig. 7: wie Fig. 6 in geringerer Vergrößerung.

Für die Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Blöcken und Hohlböcken eignet sich eine modifizierte Tüten- oder Tauchgießvorrichtung. In Fig. 1 ist eine Tütengießvorrichtung dargestellt. Zu Beginn des Prozesses befindet sich die Kokille Ka in der Heizzone HZ der Heizhaube 50. Die Kokille ist mit der Schmelze S gefüllt. Dann wird die Dosiervorrichtung DV, die sich in der steuerbaren Einstreuvorrichtung 57 für Hartstoff 31 a oberhalb der Oberfläche 56 der Schmelze S befindet, plaziert. Zur Abkühlung der Schmelze S wird diese mit der Kokille Ka aus der Heizzone HZe in die Kühlzone, d. h. das Kühlwasser KW mit vorgegebener Geschwindigkeit abgesenkt, so daß die Grenzschicht 55 zwischen dem erstarrten Material 14a und der Schmelze S relativ eben ist und somit die Sinkgeschwindigkeit im Kühlwasser der Erstarrungsgeschwindigkeit der Schmelze entspricht. Auf diese Weise werden Seigerungen weitgehend vermieden. Selbstverständlich kann auch statt einer Absenkung der Kokillen Kain das Kühlwasser KW dieses und die Heizhaube 50 mit entsprechender Geschwindigkeit relativ zur Kokille angehoben werden.

Um eine homogene Verteilung von Hartstoffen 31 a in Form von Hartstoffkörnern in dem erstarrten Material 14a, dem fertigen Block, zu erreichen, ist es gem. Fig. 2 vorgesehen, die Einstreuung der Gesamtmenge Hartstoff über einen Gesamtzeitraum gleichmäßig zu verteilen, der aus der Sink- oder Transitzeit tt der Körner über die Gesamthöhe tk besteht. Das Absenken der Kokille Ka setzt dann ein, wenn die Hartstoffkörner am Boden eintreffen.

Hierfür ist in Fig. 2 ein Zeitdiagramm dargestellt. Die Linie ge zeigt jeweils die Lage der Grenzschicht 55 vom Kokillenboden 51 an und die Linie d zeigt die relativ zur Gesamtdotierungsmenge jeweils eingestreute Menge Hartstoffkörner an; in der Dotierungshöhe, der Höhe hd.

Es kann für bestimmte Maschinenteile, die aus dem erstarrten Material erstellt werden, zweckmäßig sein, daß nur eine Zone, z. B.

das Kopfende eines Bohrers, verschleißfest ist. Dann wird entsprechend der Lage der zu dotierenden Zone, der Höhe hde; hda in· bezug auf die Gesamthöhe hg in den jeweils entsprechende Zeitabschnitt te; ta bezogen auf die Gesamtzeit Abkühlzeit tk und Transitzeit tt der Hartstoff eingestreut (Fig. 4; 3).

Dadurch ergibt sich jeweils die Berücksichtigung der gegenläufigen Bewegung des Absinkens der Hartstoffkörper in der Schmelze S und des Hochwachsens des erstarrten Materials 14a. Mit der Vorlaufzeit tte bzw. tta wird die Dotierung vor dem Eintreffen der jeweilig eingestreuten Hartstoffkörner in der Grenzschicht 55 begonnen bzw. beendet.

Die in Fig. 3 gezeigte Lösung wird dabei der in Fig. 4 dargestellten vorgezogen, da bei ihr geringere Toleranzen durch die kürzere Sinkzeit auftreten. Selbstverständlich ist auch eine Überlagerung der Vorsprünge nach Fig. 3 und Fig. 4 möglich, so daß beide Enden des erstarrten Materilblocks dotiert sind.

Es ist auch möglich, in vertikaler Richtung in einem Block eine noch größere Anzahl dotierter Zonen zu erzeugen. Dieses können in den undotierten Querschnitten leicht getrennt werden.

Bis zu einem gewissen Grad kann auch eine inhomogene Zuführung der Hartstoffkörner bezogen auf den horizontalen Querschnitt des Blocks, z. B. verstärkt in den Randzonen, erfolgen. Da das Absinken der Hartstoffkörner nicht völlig vertikal, sondern durch Turbulenzen mit einer seitlichen Streuung erfolgt, ist vergleichsweise zur vertikalen Zonenbegrenzung keine exakte seitliche Begrenzung der Zonen möglich.

Die Kokille kann in bekannter Weise einen der weiteren Verarbeitung oder Verwendung eines Blocks angepaßten Querschnitt besitzen. Auch kann durch Einfügung eines Kerns in die Kokille ein Hohlkörper erzeugt werden, der vorzugsweise ebenfalls in gleicher Weise wie die äußere Kokillenwand steigend von Kühlwasser durchflossen wird.

Um zu verhinern, daß das Absinken der Hartstoffkörner durch Schambildung auf der Oberfläche 56 der Schmelze S behindert wird und daß keine Luft in die Schmelze mit den Hartstoffkörnern eingetragen wird, die einen störungsfreien vollständigen Einbau der Hartstoffkörner in das Matrixgefüge beeinträchtigen kann, wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung zwischen der Einstreuvorrichtung 57 und der Oberfläche 56 Schutzgas, z. B. Argon, Stickstoff oder Kohlenoxid, je nach Art des Metalles eingeführt oder ein Vakuum von einigen Torr erzeugt, was den zusätzlichen Vorteil de- guten Entgasung der Schmelze S hat. Hierzu ist zwischen der Kokille Ka und der Einstreuvorrichtung 57 ein vakuumdichter Mantel E>2 mit dem Stutzen 53 für die Gas- bzw. Vakuumzufuhr angeordnet. Vorteilhaft ist in dem Mantel 52 eine Heizvorrichtung, ζ. B. eine Plasmaheizung 58, für die hindurchfallenden Hartstoffkörnern angeordnet, so daß eine Heizzone HZb unmittelbar über der Oberfläche der Schmelze S angeordnet ist.

Die in dieser Heizzone HZb kurzzeitig und somit oberflächlich aufgeheizten Hartstoffkörner werden besonders fest in das Matrixgefüge eingebunden. Eine Steuerung der Mengendosierung der Hartstoffkörner und deren Verteilung über dje Oberfläche und deren zeitliche Phase im Verhältnis zur Transitzeit und Abkühlzeit ist mit dem Fachmann geläufigen Mitteln, wie Schneckenförderern, Rüttelsieben, Zeitschaltern usw. in verschiedenerweise möglich, wie dies z. B. in Fig. 5 mit der steuerbaren Rüttelvorrichtung, der Hartstoffdosierung R und Pendelvorrichtung gezeigt ist. Diese Steuerung wird vorteilhaft zu einer Regelung ergänzt, indem fortlaufend die Lage der Erstarrungsgrenzschicht 55 oder das Eintreffen der Hartstoffkörner in dieser meßtechnisch, ζ. B. durch Schallortung und Schallsignalauswertung ermittelt und davon abhängig der Vorschub der Kühlzone bzw. das Ansteigen des Kühlwassers und die Dosierungszeiträume und die Dosierung des Mengenstromes der Hartstoffkörner geregelt wird. Statt abschnittsweiser homogener Verteilungen von Hartstoffen können bei zeitlich bzw. räumlich variabler Dosierung auch bestimmte Dotierungsprofile erzeugt werden, wodurch sich z. B. ein graduierter stetiger Übergang der Zonen ergibt. Mit dem gleichen Verfahren ist es auch vorteilhaft möglich, andere Füllstoffe als Hartstoffe der Metallschmelze zuzufügen, um außer Zähigkeit andere Eigenschaften, z. B. schlechte Schweiß- und Schneidbarkeit, die z. B. für Panzer- und Schutzplatten erwünscht sind, dem Material zu verleihen. Als Beispiel sei die Dotierung von Leichtmetallegierungen mit Siliziumoxid genannt. Mehrere Füllstoffe zur Erzeugung verschiedener Eigenschaften z. B. Wolframkarbid für die Verschleißfestigkeit und Siliziumoxid für die Feuerfestigkeit werden vorteilhaft einer Schmelze mit entsprechend zeitlich abgestimmter Dosierung zugefügt. Damit sind noch weitergehende völlig neuartig und erfinderische Eigenschaftskombinationen erreichbar.

In Fig. 5 ist eine Stranggußvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit elektrisch beheizter Schlackenschmelze als Heizzone HZ im Schnitt teilweise schematisch dargestellt. Es sind ohne Änderung des Verfahrens ebenfalls andere bekannte Formen für die Kokille K verwendbar, z. B. zur Erzeugung von Rohren, Platten, Rundmaterial. Auch können die Gieß- und Dosiervorrichtungen durch andere bekannte ersetzt werden, sie sind nur in den wesentlichen Funktionen gezeigt. Die im senkrechten Querschnitt gezeigte Kokille K ist aus Kupfer und von Kühlwasser zwischen den Stutzen Kw1; Kw2 durchströmt. Es kann ein gewünschter horizontaler Querschnitt vorgesehen sein, z. B. zur Erzeugung von Knüppeln oder Stangen. Erstreckt sich zur Erzeugung von Platten der Formraum wesentlich weiter in die Tiefe als Breite, auf die Zeichnung bezogen, so sind im Abstand von mehreren Zentimetern parallele Elektroden 13 angeordnet, so daß ein Stromfluß in der gesamten Schlackenschmelze 12 in ausreichendem Maße auftritt. Ist die Kokille unten geschlossen, also keine Abzugsvorrichtung 2 vorgesehen, so können in ihr entsprechende Formlinge hergestellt werden.

Die gezeigte Kokille K wird zur Herstellung eines Rundstabes eingesetzt. In der Regel lassen sich solche Stäbe von etwa 30 mm Durchmesser und größer problemlos herstellen.

Bei kleineren Durchmessern ist zweckmäßig, wie gezeigt, ein Schmelzraum vorgesehen, in dem die hocherhitzte flüssige Schlacke gehalten wird. Es ist hierfür ein Stahlring als Randaufsatz 1 auf die Kupferkokille aufgesetzt.

Durch Anordnung mehrerer stromführender Drähte, die gleichzeitig noch axial gependelt werden, können Flachprofile in Form von Stangenmaterial hergestellt werden, zum Beispiel Flachstäbe mit 20 mm² x 200 mm² Querschnitt. Hierbei werden die Hartstoffe 31 zwischen den oszillierenden Elektroden 13 der Schmelze S3 zugeführt. Damit wird eine gleichmäßige.Verteilung erzielt. Begünstigt wird dieser Verteilvorgang durch den Rühreffekt, den die stromführenden Elektroden in Verbindung mit dem starken magnetischen Feld um den Strompfad jeweils erzeugen. Dieser Vorteileffekt zeigt sich vor allem beim Zuführen von Sinterkarbid oder Hartmetallschrott. Hierbei umhüllt sich die Elektrode 13 durch das Magnetfeld mit den Hartmetallkörnern. Durch gleichmäßiges Pendeln und kontinuierliches Abschmelzen der Elektrode 13 wird eine homogene Hartstoffverteilung erzielt. Als Vorprodukt für Walzerzeugnisse ist der sogenannte Knüppel geeignet, der zum Beispiel mit Querschnitten von 40 mm² x 40 mm², 50 mm² χ 50 mm², 60 mm² χ 50 mm² erzeugt wird. Für eine fehlerfreie Einschmelzung der Hartstoffe pendeln mindestens 2 bis 3 Elektroden 13 kreuzweise über dem quadratischen Querschnitt. In gleicherweise werden die Hartstoffe 31 kreuzweise pendelnd in die Schmelze S3 beziehungsweise die Schlackeschmelze 12 eingestreut. Wird auf diese kreuzweise Pendelung verzichtet, dann können Einschnürungen des Stabes an der Kokillenwand entstehen, die in der Regel mit Schlacke gefüllt sind. Ein Einstreuen der Hartstoffe in der JVlitte des quadratischen Querschnittes führt zu einer säulenartigen Anhäufung und beim • späteren Auswalzen zu einem bruchgefährdeten Kristallisationsstab.

Bei der Wahl der Verteilung der Hartstoffzuführung über den Querschnitt ist zu beachten, daß Schmelzkarbide immer die Tendenz haben, sich entsprechend der geringeren Abkühlungsgeschwindigkeit im Zentrum des Knüppels anzuhäufen, während die Sinterkarbide, zum Beispiel Hartmetallschrott, weitaus mehr durch das einwirkende Magnetfeld bestrebt sind, an die Kokillenwände zu wandern. Der fertige Stab zeigt im letzteren Fall auch auf der Oberfläche Hartstoffe, was im allgemeinen sehr erwünscht ist. Knüppelquerschnitte über 70 mm² χ 70 mm² führen leichter zu dem beschriebenen mittig ausgebildeten Kristallisationsstab. Dies ist eine Folge der inhomogenen Temperaturverteilung über den Querschnitt der Schmelze und damit der hocherhitzten Schmelzkaverne in der Querschnittmitte. Flachprofile sind in dieser Hinsicht problemloser herzustellen. Die Fig. 5 ist beispielhaft für alle anderen Querschnittsformen.

Nach dem Erstarren verläßt der Strang die Kokille im rotwarmeri Zustand. Die Austrittstemperatur liegt etwa bei 900 bis 1000°C. Im weiteren Abwärtslauf erkaltet zuerst die Schlackeschicht 15 und springt von der Oberfläche zum größten Teil ab. Bei separater Erschmelzung des Matrixmaterials wird die Metallschmelze S1 durch den Schmelzeinlauf SE in den Schlackefangbehälter SF gefüllt, wo sie durch die Schlackefänger 21; 22, die von oben bzw. unten in sie hineinragen, gereinigt wird, von wo sie durch ein steuerbares Bodenventil V in den Gießtrichter T abläuft. Dieser ist im senkrechten Schnitt rotationssymmetrisch so ausgestaltet, daß die auslaufende Schmelze S2 nicht in Rotation gerät und somit keine Luft aufnimmt. Die Mündung TM des Trichters ist dicht über der Schlackeschmelze 12 im Bereich der trichterförmigen Erweiterung des Trichteransatzes 11, der Kokille K angeordnet. Durch die Höhe h2 der Schmelze S-2 im Gießtrichter T ist die Zuflußmenge des Schmelzezufluß S23 zur Kokille K bestimmt. Es kann vorgesehen werden, daß die Ventilsteuervorrichtung VS des Bodenventils V abhängig von der Höhe h2 erfolgt. In der dargestellten Ausführung hingegen wird das Gewicht des gefüllten Gießtrichters T, der auf einer Feder F gelagert ist und an dem sich ein Gewichtsmelder Gm befindet, laufend ermittelt und als Regelgröße verwandt, so daß der Zufluß S12 in den Gießtrichter T dem Schmelzezuflusses S23 entspricht, der eine vorgegebene Größe hat, die wiederum dem Abzug des erstarrten Materials relativ entspricht, wobei die Anfangsbedingung dadurch gegeben ist, daß eine vorgegebene Metallschmelzenhöhe in der Kokille erreicht ist, und wobei die Abzugsgeschwindigkeit der Abzugsvorrichtung Z durch eine vorgegebene Strang-Austrittstemperatur am Temperaturmelder TS3 unterhalb der Kokille K bestimmt ist. Die Schlackeschmelze 12 befindet sich im trichterförmigen oberen Bereich, dem Trichteransatz 11, der Kokille K, der mit einem Randaufsatz 1, der nicht von Kühlwasser durchströmt ist, sondern nur durch Wärmeleitung zur Kokille gekühlt wird, abschließt. Die

Schlackenhöhe h wird durch Einstreuen von Schlackepulver SP mit einer Schlackedosiervorrichtung Sd, zum Beispiel einer Rüttelvorrichtung, ständig gehalten.

Die Hartstoffkörner 30 sind in eine Hartstoffdosiervorrichtung 40 bevorratet, aus dem durch eine steuerbare Rüttelvorrichtung die Hartstoffdosierung R, untenseitig dosiert der Körnerstrom, der Hartstoffe 31, über einen Schlauch und die Schlauchmündung der Hartstoffdosiervorrichtung 41; 42, die vorzugsweise nahe der Elektrode 13 endet und mit der Zufuhr- und Pendelvorrichtung A/P der Elektrode 13 mitbewegt wird, der Schlackeschmelze 12 zugeführt. Wie bereits erwähnt werden die Hartstoffkörner, wenn sie magnetisch permeabel sind, an der Elektrode 13 durch das Magnetfeld des elektrischen Stromes gehalten und in der Schlackeschmelze 12 mit dem sich ständig umlagernden Strompfad, insbesondere auch durch das darumliegende Magnetfeld, mitgenommen und über die Oberfläche verteilt und zum Teil bis zum Trichteransatz 11 der Kokille K mitgenommen. Durch die Ausgestaltung des Trichteransatzes 11 in Verbindung mit der Höhe h1 der Schlackeschmelze 12 über dessen Unterkante wird die Verteilung der Hartstoff körner 32; 33 bzw. 34 in der Schlackeschmelze 12, der Schmelze S3 bzw. letztlich dem erstarrten Material 14 über den Querschnitt bestimmt, so daß durch ein weiteres Trichteransatzvolumen die Hartstoffkonzentration zur Oberfläche hin erhöht wird, wenn der Trichter weiter ist.

Während des laufenden kontinuierlichen Prozesses stellen sich in verschiedenen Höhen der Kokilleninnenwand unterhalb'dieser und in dem Randaufsatz 1 Temperaturen ein, die die Lage der Schlackeoberfläche, der Metallschmelzenoberfläche und bis zu einem gewissen Grad der Erstarrungszone wiedergeben. Deshalb sind dort Temperaturmelder TS1; TS2; TS3 angeordnet, die mit der Steuervorrichtung ST verbunden sind, die mit den gemeldeten Signalen folgendes steuert:

1. die Schlackedosiervorrichtung Sd,

2. die Höhe der Schmelze S3 über den Schmelzezufluß S23; 13a, die zueinander in einem vorgegebenen Verhältnis stehen,

3. die Abzugsgeschwindigkeit der Abzugsvorrichtung Z und

4. die Stromzufuhr des Generators G, der mit der Kokille K einerseits und der Elektrode 13 andererseits verbunden ist.

Die Elektrode 13 ist entweder aus einem ausreichend hochschmelzenden Material, zum Beispiel Wolfram, oder wassergekühlt. Sie ist mit einer Pendel- oder Rühreinrichtung verbunden, die die Elektrode 13 etwa % bis % der Höhe h der Schlackeschmelze 12 in diese eintauchend - zur Vermeidung von Kurzschluß im mittleren Bereich der Oberfläche - fortlaufend im Zeiträumen von mehreren Sekunden jeweils zyklisch bewegt.

Für die Verfahrensvariante, daß die Elektrode 13 aus Zuschlagmaterial besteht, hat diese außer einem Pendelantrieb einen Vorschubantrieb. Dieser wird gemäß den Legierungsanteilen proportional zu dem Schmelzzufluß S23 gesteuert. Für die Zuführung des Zuschlagmaterials oder unter Umständen auch des gesamten Schmelzmaterials durch die Elektrode können in der Schweißtechnik bekannte Röhrchen oder gebördelte Bänder mit eingelegten Zuschlagstoffen verwendet werden. Die Zuschlagstoffe können vorteilhaft aus Zwei,- oder Dreistoffmaterialien zusammengestellt werden, so daß die gewünschte Gesamtbilanz entsteht und der Schmelzpunkt der Mehrstoffmaterialien vorteilhaft abgesenkt ist. So können zweckmäßig Ferroverbindungen mit den Legierungsbestandteilen wie Ferrosilizium, -mangan, -chrom, -wolfram oder auch Dreistoff systeme wie Fe-Cr-C; Fe-Si-Mn, Fe-WC verwandt werden. Das Trägermaterial kann zweckmäßig unlegiert ferritisch oder mit Chrom und/oder Nickel legiert sein.

Die Stromstärke des*Generators G oder dessen entsprechende Spannung wird so groß gewählt, daß das Abschmelzen bei etwa % Eintauchtiefe in die Schlackeschmelze 12 erreicht ist. Eine kombinierte Verwendung einer inerten Elektrode mit einer Zuschlagelektrode in Parallelschaltung ist bei größerem Strombedarf und kleiner Zuschlagmenge unter Umständen erforderlich. Als Steuervorrichtung ST ist ein programmgesteuerter Prozessor vorgesehen, dessen Programm dem Verfahren gemäß ausgestaltet ist. Von der Steuervorrichtung ST führen Steuersignalleitungen Sda, VSa, Za, A/Pa, Ra zu den entsprechenden Antrieben, Schlackedosiervorrichtung Sd, Ventilsteuervorrichtung Vs, Abzugsvorrichtung Z, Zuführ- und Pendelvorrichtung A/P der Elektroden, Hartstoffdosierungsantrieb R und Steüersignalleitung Gs zum Generator G, der ein steuerbarer Transformator mit oder ohne Gleichrichter mit oder ohne nachgeschalteter Impulsquelle ist, wie diese für Schweißanlagen verwendet werden. Bei Spannungssteuerung tritt eine erhöhte Turbulenz in der Schlackeschmelze wegen der verstärkten Auswirkung der negativen Widerstandscharakteristik der Schlacke auf, was im allgemeinen vorteilhaft ist.

Die Randbedingungen: Austrittstemperatur, Schlackenhöhe, Schmelzenhöhe, Zuschlagverhältnis, Pendelwege, Schlacketemperatur usw., der Steuervorgänge zur Durchführung des Verfahrens werden durch eine Eingabevorrichtung E, z. B. eine Tastatur, in die Steuervorrichtung ST eingegeben. Betriebsdaten und eventuelle Störungen werden von ihr an eine Ausgabevorrichtung A, zum Beispiel Anzeigetafel oder einen Drucker gegeben. Die Antriebe und Vorratsbehälter für Metallschmelze S1, Schlackepulver SP, Hartstoffe, Elektrode und die Kühlwasserversorgung sind mit geeigneten Meldern in bekannter Weise ausgerüstet, die die Zustände laufend über die Rückmeldeleitungen der Rückmelder RM an die Steuervorrichtung ST melden. Für die Beherrschung der Anfangsund Endphase ist eine Uhr CL mit der Steuervorrichtung ST verbunden, aus deren Signal die Zeitkonstanten, die in der Anordnung gegeben sind, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, abgeleitet und berücksichtigt werden, was im Programm vorgegeben ist. Bei der ersten Inbetriebnahme wird dazu die Steuerung von Hand vorgenommen bzw. der Satz der Randbedingungen fest vorgegeben und der zeitliche Verlauf der Meßsignale ermittelt. Bei späteren Inbetriebnahmen werden diese gemessenen Abweichungen dem Verlauf entsprechend in die Regelungsvorgaben eingeführt. Entsprechendes gilt für zwischenzeitliche oder längere Stillsetzungen bei Vorratsergänzungen, Strangentnahme, Materialwechsel und ähnlichem.

Bei der Erschmelzung empfiehlt sich eine Schlackentemperatur zwischen 1700°C und 2000°C zu verwenden, soweit der Hartstoff Wolframkarbid oder Hartmetallschrott ist.

Das zugeführte Schlackepulver SP kann aus bekannten Gemischen bestehen, zum Beispiel 45% Silizium- und Titanoxid, 10% Kalzium- und Magnesiumoxid,40% Aluminium- und Manganoxid, 5% Kalziumfluorid oder 35% Siliziumoxid, 20% Magnesiumoxid, 25% Aluminiumoxid, >10% Kalziumfluorid u. a. Die Austrittstemperatur des Materials aus der Kokille K kann bei etwa 1 000⁰C, das heißt unter dem Schmelzpunkt des Matrixmaterials liegen. Damit die Hartstoffkörner 32 in der Schlackeschmelze 12 nur oberflächlich schmelzen, ist die Schlackenhöhe h und Schlackeschmelztemperatur geeignet, im Verhältnis zur jeweiligen Durchlaufzeit durch die Schlackeschmelze 12 zu wählen. Die Korngröße und -gestalt und das spezifisc ie Gewicht der Körner und der Schlackeschmelze 12 ist dafür maßgebend. Eine Schlackenhöhe h von 4 cm ist im allgemeinen günstig. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt einer Materialprobe von einer Matrix mit hoher Chromdotierung und Wolframkarbid-Hartstoffkörnereinlagerung in elektronenmikroskopischer Vergrößerung. Die Hartstoffkörner H1 sind von einer wenige Mikrometer tiefen Diffusionszone D1 dicht umgeben. Dendrite mit mikrometerdünnen Ästen ziehen sich in geringer Konzentration durch die Matrix M1. Der Zwischenraum zwischen den Dendriten ist dicht gefüllt.

Fig. 7 zeigt in geringerer Vergrößerung einen Schnitt durch eine Matrix aus unlegiertem Stahl St37-2 mit etwa 0,18% Kohlenstoffgehalt, mit eingelagerten Hartstoffkörnern, hier Sinterhartmetallkörnern aus WC + TaC + TiC. Die innere Diffusionszone ist wegen der geringen Vergrößerung nicht zu erkennen. Die Dendritzone D20 erstreckt sich etwa 100 Mikrometer in die Matrix. Etwa '30 Mikrometer weiter erstreckt sich die Diffusionszone D30 der Hartstoffe darüber hinaus, und weiter entfernt liegt reines Matrixmaterial M2.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, nach dem Verfahren Gußstücke in einer nach unten geschlossenen, teilbaren Kokille herzustellen, wobei zu Beginn des Prozesses die heiße Schlackeschmelze in die Kokille verbracht wird und dann nach und nach die Metallschmelze und Hartstoffkörner eingebracht werden, wobei die Schlackeschmelze stets über die Elektrode geheizt wird. Auf diese Weise können ohne Nachbearbeitung Meißel, Bohrer oder Bohrerteile, Baggerzähne oder Teile davon usw. hergestellt werden, wobei vorteilhaft die Hartstoffdotierung dem Verwendungszweck gemäß örtlich, zum Beispiel an der Schneide oder den Seitenflächen erhöht werden kann, indem zu bestimmten Zeiten und/oder mit bestimmter Pendelung oder mit veränderter Körnung das Granulat zugeführt wird. Die Steuervorrichtung ST ist bei angepaßtem Programm für das Verfahren geeignet, gemäß Zeitvorgaben auch Einzelgießvorgänge zu steuern. Eine Vereinfachung der Vorrichtung und deren Steuerung ergibt sich, wenn die Hartstoffe 31 bereits in vorgegebener Verteilung in dem Elektrodenmaterial eventuell zusammen mit Zuschlagmaterial enthalten sind, da dann die separate Hartstoffdosiervorrichtung mit dem Behälter entfällt.

Sofern sehr verschiedenartige Legierungen und Dotierungen auf der gleichen Vorrichtung hergestellt werden sollen ist allerdings eine aufwendigere Lagerhaltung verschiedener Elektrodenmaterialien erforderlich. Durch eine kombinierte Zuführung von mehreren Elektroden, die mit Zuschlagstoffen einerseits und Hartstoffen andererseits bestückt sind, ist bei beschränkter Lagerhaltung und sehr exakter Dosiermöglichkeit, die für die verschiedenartigen Elektroden einzeln steuerbar sein muß, eine fast unbegrenzte Vielfalt von Materialien oder Werkstücken herzustellen.

Durch die Einlagerung der Zuschlagstoffe in einem Trägermaterial, vorzugsweise durch Einbördelung in Bändern, besteht auch die Möglichkeit, stromlos diese Materialbänder dem Schlackebad zuzuführen, wodurch vermöge der benötigten Schmelzwärme für das Trägermaterial lokal im Bereich der Zuführung gemäß der Zuführgeschwindigkeit die Temperatur der Schlackeschmelze gesenkt wird, was in Einzelfällen vorteilhaft genutzt werden kann, da sich die Temperaturverhältnisse auf die Kristallisation beim Erkalten auswirken.

Durch Herstellen und Auswerten von Schliffbildern läßt sich der Einfluß der Zuführung bei lokal erniedrigter Temperatur im Bedarfsfall fachmännisch leicht ermitteln.

M =	martensitisch	C	Mn	Si	Cr	Mo	Sonstiges
	Rc	0,14	2,0	0,5	1,6	0,36	_
1	30-35	0,20	2,40	0,80	3,10	0,50	—
2	42-44	0,25	25,0	0,80	5,60	0,60	V = 0,30
3	44-48	0,25	2,10	0,60	13,00	—	—
4	44-48	4,8	2,50	1,80	35,00	_	Cu = 3,0 V =1,0
5	40-45	0,50	2,50	0,80	6,50	1,2	V = 0,3
6	54-58 .	0,50	2,50	0,60	6,00	1,60	W =1,30
7	56-60	0,60	1,50	0,50	4,50	3,50	W = 4,0
8	55-60	1,00	2,40	0,90	6,00	0,60	Ti = 5,50
9	58-61	5,0	2,70	0,70	34,0	—	—
10	62-64	4,0-5,0	2,50	0,80	25,0		Nb = 7,0
11	64-66

Claims (26)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Herstellung von Metallblöcken, -formlingen oder -profilmaterial aus einer Metallschmelze, die in einer Kokille aus einer oberen Heizzone in eine untere, vorzugsweise wassergekühlte Kühlzone mit einer solchen Geschwindigkeit verbracht, vorzugsweise abgesenkt wird, wie die Erstarrung der Schmelze fortschreitet, gekennzeichnet dadurch, daß Hartstoff (31; 31 a) in Form von Pulver, Granulat oder Kristallkörnern aus einer Heizzone (HZ; HZa; HZb) in die Schmelze (S; S3), die eine Temperatur unter der Schmelztemperatur des Hartstoffs hat, während des Abkühlens der Schmelze (S3; S) dosiert und über die obenliegende Oberfläche (56) der Schmelze (S3; S) verteilt eingebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur der Heizzone (HZ; HZb) über die Schmelztemperatur des Hartstoffes liegt und die Hartstoffkörner vor ihrem Einbringen in die Schmelze (S3; S) so schnell durch die Heizzone (HZ; HZb) gebracht werden, daß diese nur mikrometertief oberflächlich schmelzen.
3. 3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, da die Heizzone (HZb) aus einer Plasmastrahlheizung in einer Schutzgasatmosphäre, z. B. aus Edelgas, besteht.
4. 4. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Heizzone (HZ) aus einer Schlackeschmelze (12) besteht, die mittels elektrischer Widerstandsheizung zum überwiegenden Teil über die Schmelztemperatur der Hartstoffkörner erwärmt ist und ihre Höhe (h) so groß ist, daß die Hartstoffkörner (32) nur Oberfläche schmelzen.
5. 5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Höhe der Schlackeschmelze 1 bis 5 cm beträgt und die Schlacketemperatur durchschnittlich bei 1 700⁰C bis 2000⁰C liegt und die Zusammensetzung der zugeführten Schlacke z. Nb. aus 45% Silizium- und Titanoxid, 10% Kalzium- und Magnesiumoxid, 40% Aluminium- und Manganoxid und 5% Kalziumfluorid, oder aus 35% Siliziumoxid, 20% Magnesiumoxid, 25% Aluminiumoxid und 10% Kalziumfluorid u. a. besteht.
6. 6. Verfahren nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß eine Stromzuführung zur elektrischen Widerstandsheizung einerseits über die Kokille (K) und andererseits über mindestens eine innere, vorzugsweise wassergekühlte Elektrode (13) pendelnd oder kreisend über den mittleren Bereich der Schlackeoberfläche und etwa % bis % der Schlackenhöhe eintauchend geführt wird und daß die Hartstoffkörner vorzugsweise nahe der Elektrode (13), vorzugsweise mit dieser pendelnd bzw. kreisend, zugeführt werden.
7. 7. Verfahren nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß eine Stromzuführung zur elektrischen Widerstandheizung einerseits über die Kokille (K) und andererseits über mindestens eine Elektrode (13) erfolgt, die aus einer Metallzusammensetzung besteht, die laufend in der Schlackeschmelze (12) abschmilzt, und daß die Elektrode (13) laufend der Schlackeschmelze (12) in dem Maße zugeführt wird, daß sich mit der andererseits zugeführten Metallschmelze (S23) eine vorgegebene Zusammensetzung der Schmelze (S3) bzw. des erstarrten Materials (14) ergibt, und daß die Stromzufuhr bzw. Schlacketemperatur vorzugsweise so gewählt wird, daß die Elektrode (13) in etwa %bis % der Schlackenhöhe (h) eintauchend abschmilzt, und daß vorzugsweise die Elektrode (13) pendelnd oder kreisend im mittleren Bereich der Schlackeoberfläche geführt wird und daß die Hartstoffkörner mit oder vorzugsweise nahe der Elektrode (13) vorzugsweise mit dieser pendelnd bzw. kreisend, zugeführt werden.
8. 8. Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektrode (13) aus einem Band, Rohr oder ähnlichem besteht, auf oder in dem Zuschlagstoffe zur Schmelze (S3) und Hartstoffkörner, z. B. Wolframkarbid, gehalten sind, deren Schmelztemperatur unter der Schlacketemperatur aber über den Metallschmelztemperaturen liegt.
9. 9. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß aus der Schmelze (S3) erstarrtes Material (14) gemäß der Erstarrungsgeschwindigkeit der Schmelze (S3) aus der wassergekühlten Kühlzone abgezogen wird und aus einer Schmelzvorrichtung, im gleichen Maße wie der Abzug geschieht, dosiert ein Schmelzzufluß (S23) der Schmelze (S3) laufend zugeführt wird, so daß die Höhe der Schmelze (S3) etwa 2 bis 10 cm beträgt.
10. 10. Verfahren nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß aus der Schmelzvorrichtung eine Metallschmelze (S1) in einem vorzugsweise beheizten Schlackefangbehälter (SF) gegossen wird und von diesem vorzugsweise durch ein steuerbares Bodenventil (V) dosiert durch einen Gießtrichter (T) fließend der Schmelze (S3) in der Kokille (K) zugeführt wird und vorzugsweise dabei zur Dosierung des Schmelzezuflusses (S23) die Höhe (h2) oder das Gewicht der Schmelze (S2) im Gießtrichter (T) auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird und daß vorzugsweise die Abzugsgeschwindigkeit des Materials (14) aus der unten offenen Kokille (K) so gesteuert wird, daß eine vorgegebene Austrittstemperatur des Materials (14) von z. B.

    1 000⁰C herrscht, und daß abhängig von dieser Abzugsgeschwindigkeit die Dosierungen der Schmelzezufuhr und der Hartstoffzufuhr vorgenommen werden.
11. 11. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Einstreuen der Hartstoffkörner homogen über den Querschnitt der Oberfläche (56) erfolgt und über eine Gesamtzeit, die aus einer Vorlaufzeit, die der Transitzeit (tt) zum Durchlauf der gesamten Höhe der ungekünlten Schmelze entspricht, und der Abkühlzeit (tk) über die gesamte Höhe besteht, jeweils abschnittsweise mit vorzugsweise konstanter Menge pro Zeiteinheit so erfolgt, wie der jeweils zu dotierende Abschnitt in seiner Höhe (hd; hde; hda) und relativen Lage zur Gesamthöhe (hg) von unten nach oben vorgibt.
12. 12. Verfahren nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß der Hartstoff (31A; 31) in Form vom Pulver, Granulat oder Kristallkörnern durch Siebsichtung oder vorzugsweise durch Wind- oder Flüssigkeitssichtung in Partien gleicher Körnung bzw. vorzugsweise gleicher Sinkgeschwindigkeit getrennt wird und jeweils einzelne Partien in einzelne Schmelzen (S3; S) unter Berücksichtigung der sich us der jeweiligen Sinkgeschwindigkeit jeweils ergebenden Transitzeit (tt) eingestreut werden.
13. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß das Einstreuen des Harnstoffes (31; 31 a) in die Schmelze (S) unter Schutzgas oder Vakuum erfolgt.
14. 14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus wassergekühlter Kokillengießvorrichtung, z. B. Tüten- oder Tauchgießvorrichtung besteht, mit einer Kokille (Ka), über der eine Einstreuvorrichtung (57) angeordnet ist, mit der mengen- und zeitmäßig steuerbar die Hartstoffkörner der Oberfläche (56) der Schmelze (S) in der Kokille (Ka) zuführbar sind.
15. 15. Vorrichtung nach Punkt 14, gekennzeichnet · adurch, daß die Kokille (K) oberhalb der Schmelze (S3) einen Raum zur Aufnahme der Schlackeschmelze (12) von mindestens der Höhe (h) hat und dieser Raum vorzugsweise sich als Trichteransatz (11) erweitert und vorzugsweise mit einem nicht von Kühlwasser durchflossenen Randaufsatz (1), vorzugsweise aus Stahl, seitlich abgeschlossen ist und die Kokille (K) im übrigen aus einem wassergekühlten Kupfermantel besteht und daß die Höhe (h1) der Schlackeschmelze (12) so gewählt ist, daß in Verbindung mit der Pendel- oder Kreisbewegungsamplitude der Hartstoffkörnerzufuhr ein vorgegebenes horizontales Hartstoffdotierungsprofil im Material (14) entsteht.
16. 16. Vorrichtung nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß oberhalb der Schlackeoberfläche die Mündung (TM) einer Schmelzzuflußdosiervorrichtung, einer Schlackedosiervorrichtung (Sd) und mindestens eine Halterung und ggf. Zuführ- und Pendelvorrichtung (A/pj der Elektrode (13) und ggf. eine Hartstoffdosiervorrichtung (40; 41; 42; R) und unterhalb der Kokille (K) ggf. eine Abzugsvorrichtung (Z) angeordnet ist.
17. 17. Vorrichtung nach Punkt 16, gekennzeichnet dadurch, daß die Schmelzzuflußdosiervorrichtung aus einem vorzugsweise heizbaren Schlackenfangbehälter (SF) mit einem steuerbaren Bodenventil (V), unter dessen Auslauf ein Gießtrichter (T) angeordnet ist, dessen Auslauf die Mündung (TM) ist und an dem ein Gewichtsmelder (Gm) angeordnet ist, dessen Ausgangssignal in einem Regler in einer Steuervorrichtung (ST) mit einem Signal verglichen wird, das der Erstarrungsgeschwindigkeit der Schmelze (S3) bzw. der Abzugsgeschwindigkeit des Materials (14) entspricht, und dessen Ausgangssignal des Bodenventil (V) steuert, besteht.
18. 18. Vorrichtung nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß die Steuervorrichtung (ST) eingangsseitig mit dem Gewichtsmelder (Gm), mitje einem Temperaturmelder (TS1...TS3) im Radaufsatz (1), in der Kokilleninnenwand bzw. an dem Austritt des

    . Materials (14) aus der Kokille, mit Rückmeldern (RM) der Ventilsteuervorrichtung (VS), der Zuführ- und Pendelvorrichtung (A/P), der Schlackedosiervorrichtung (Sd), der Hartstoffdosiervorrichtung (R), eines Generators (G), der den Elektrodenstrom liefert und steuert, und der Abzugsvorrichtung (Z) verbunden ist und ausgangsseitig Steuersignalleitungen (VSa; A/P; Sda; Za; Ra; Gs) zur Steuerung der entsprechenden Antriebe bzw. des Stromes oder der Spannung des Generators (G) geführt sind und daß eine Uhr (CL) auf die Steuervorrichtung gemäß dem Verfahren einwirkt, daß sie einem in ihr enthaltenen Programm und über die Eingabevorrichtung (E) vorgegebenen Daten entsprechend dem Verfahrensablauf steuert und anforderungsgemäß Betriebs- und Störungsmeldungen auf einer Ausgabevorrichtung (A) anzeigt und/oder meldet, wobei das Signal des Temperaturmelders (TS1) im Randaufsatz (1) zur Regelung der Schlackeschmelzehöhe über die Steuerung der Schlackedosiervorrichtung (sd) und zur Steuerung des Generatorstromes bzw. der -spannung dient und das Signal des Temperaturmelders (TS2) in der Kokillenwand zur Regelung der Höhe der Schmelze (S3) über die Vorgabe zur Dosierung des Schmelzmaterialzuflusses und der Hartstoff zufuhr dient und wobei vorzugsweise diese Regelungen gemäß ermittelter Zeitkonstanten der Regelkreise kompensiert betrieben werden.
19. 19. Vorrichtung nach Punkt 18, gekennzeichnet dadurch, daß die Steuervorrichtung (ST) die Hartstoffdosiervorrichtung (R) abhängig vom Ablauf vorgegebener Zeitintervalle und jeweils erfolgtem Vorschub der Abzugsvorrichtung (Z) in der relativen Mengendosierung unterschiedlich im Verhältnis zu dem jeweiligen Schmelzezufluß (S23; 13 a) steuert und daß sie die Amplitude, Lage und den zeitlichen Bewegungsablauf der Pendelbewegung steuert, so daß in Erstarrungsrichtung bzw. im Querschnitt des Formlings oder Profilmaterial Zonen unterschiedlicher Hartstoffkonzentration, vorzugsweise an Arbeitsflächen erhöht, entstehen.
20. 20. Vorrichtung nach Punkt 19, gekennzeichnet dadurch, daß die Einstreuvorrichtung (57) und die Kokille (Ka) durch einen Mantel (52) vakuumdicht verbunden sind und der dadurch gebildete Innenraum mit einer Schutzgas- oder Vakuumanlage verbunden ist und der Innenraum die Heizzone (HZb) bildet, in der vorzugsweise eine Plasmaheizung (58) angeordnet ist.
21. 21. Formling oder Profilmaterial nach dem Verfahren gemäß Punkt 1 hergestellt, gekennzeichnet dadurch, daß er/es Hartstoffkörner (H1; H2) z. B. Wolframkarbid oder Hartmetall, enthält, die von einer wenige Mikrometer tiefen Diffusionszone (D1) von Hartmetallmaterial eingeschlossen sind, um die eine etwa 100 bis 300 Mikrometer tiefe Dendritzone (D2; D20) mit relativ geringem Volumenanteil von Hartmetallmaterial in Form von Ästen liegt, über die hinaus sich eine etwa 20 bis 50 Mikrometer tiefe Diffusionszone (D30) der Hartstoffe erstreckt, und daß der Raum zwischen den Dendriten (D2; D20), die Diffusionszonen (D1; D30) und den Raum außen um diese herum dicht mit Matrixmaterial (M2), vorzugsweise einer Stahllegierung, gefüllt ist.
22. 22. Formling oder Profilmaterial nach Punkt 21, gekennzeichnet dadurch, daß die Hartstoffanteile zwischen 8 und 25 Gewichtsprozente des Matrixmaterials betragen.
23. 23. Formling oder Profilmaterial nach Punkt 22* gekennzeichnet dadurch, daß der Hartstoffanteil in den Zonen, die den Außenflächen oder den Arbeitsflächen von Formungen, z. B. Werkstückschneiden, benachbart sind, wesentlich über dem Durchschnitt im Gesamtvolumen liegt.
24. 24. Formling oder Profilmaterial nach' Punkt 21, gekennzeichnet dadurch, daß er/es zur Verwendung für rollende oder schlagende Verschleißbeanspruchung Hartstoffe mit einer Körnung von weniger als 0,8 mm enthält und zur Verwendung für Reib und Schneidbeanspruchung einer Körnung größer als 0,8 mm bis mehrere mm enthält.
25. 25. Formling oder Profilmaterial nach Punkt 21, gekennzeichnet dadurch, daß das Matrixmaterial aus niedrig legiertem Stahl mit 0,8 bis 1,8% Mangan und etwa 1 % Silizium oder aus martensitischem Stahl oder aus austenitischem Stahl, z. B. mit u. a. 18% Cr, 8% Ni, oder 19% Cr, 9% Ni, und Mo oder 18% Cr, 8% ΝΪ, 6% Mn oder aus Manganhartstahl mit u. a. 1,2% C, 12 bis 17% Mn oder aus einer Legierung aus etwa 1 % C, 1,8% Si, 17% Mn, 17% Cr, 3,5% W u. a. oder aus hochnickelhaltigem Werkstoff besteht.
26. 26. Formlinge oder Profilmaterial nach Punkt 21, gekennzeichnet dadurch, daß das Matrixmaterial aus Nichteisen-Metall oder eine NE-Metallegierung, vorzugsweise AIMg3, AIMg5, AISi5, AIMgZnI, ist und die Hartstoffkörner aus Metallkarbid oder -oxid, ζ. Β. Korund, bestehen.

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