DE1812766B2

DE1812766B2 - Verfahren zum Auskleiden eines Metallzylinders mit einer Legierung auf Eisenbasis

Info

Publication number: DE1812766B2
Application number: DE1812766A
Authority: DE
Inventors: Clifford William Oil City Pa. Lindquist (V.St.A.)
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1967-12-07
Filing date: 1968-12-04
Publication date: 1979-05-10
Also published as: DE1812766A1; US3551188A; DE1812766C3; GB1247197A; FR1598298A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auskleiden eines Metallzylinders mit einer Legierung auf Eisenbasis durch Einbringen von Teilchen als Komponenten dieser Legierung in den Metallzylinder, Aufschmelzen der Teilchen, Schleudern des Zylinders zur gleichmäßigen Verteilung der aufgeschmolzenen Legierung auf der Zylinderinnenfläche und anschließendes Abkühlen des Zylinders zur Verfestigung der Auskleidung.

Ea ist bereits bekannt, mit einem Verfahren der genannten Art einen aus zerkleinerten bis fein zerteilten Teilchen bestehenden oder in Form von Drehspänen, Schrott oder dergleichen vorliegenden ferritischen oder austenitischen Chrom-Nickel-Stahl als alleinige Legierung innerhalb eines Metallz|/Iinders oder Rohres aufzuschmelzen und durch Rotation des Zylinders über dessen innere Oberfläche gleichmäßig zu verteilen (CH-PS 295406).

Es ist ferner bekannt, zur Aufbringung von harten Überzugsmaterialien auf der Innenseite von einem Verschleiß unterliegenden Stahlzylindern, beispielsweise Laufbüchsen, kleine Teilchen des Überzugsmatcrials in dem Zylinder anzuordnen, diesen dann zu erhitzen, bis das Material schmilzt, und daraufhin in Drehung zu versetzen (US-PS 1923075). Bei diesem bekannten Verfahren bestehen die Zylinder gewöhnlich aus Flußstahl, der bei etwa 1510° C schmilzt. Je-

ϊ doch dürften die Zylinder nicht über etwa 1371° C erwärmt werden, da sie sich sonst verziehen. Demzufolge ist dieses Verfahren nur zur Auskleidung von Zylindern mit Legierungen verwendet worden, die unterhalb dieser Temperatur schmelzen.

ι» Schließlich ist auch noch ein Verfahren zur Auskleidung von Zylindern mit höherschmelzenden Legierungen auf Eisenbasis bekannt, bei dem das Auskleidungsmaterial getrennt geschmolzen wird, dann in den erhitzten Zylinder eingegossen wird, der darauf-

ϊ hin in Umdrehung versetzt wird, so daß die Auskleidung im Schleudergußverfahren aufgebracht wird. Diese Verfahrensweise erfordert jedoch getrennte Schmelzeinrichtungen und stellt außerdem nicht sicher, daß zwischen dem Zylinder und der Auskleidung

in eine metallurgische Bindung erreicht wird. Außerdem ergibt sie einen ungünstigen Spannungsverlauf in der Auskleidungslegierung, so daß während des Betriebs in der Auskleidung Risse auftreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin,

i~< das Verfahren der genannten Art so weiterzubilden, daß das Auskleiden ('er Metallzylinder gleichzeitig mit mehreren Legierungen verschiedener Schmelzpunkte erfolgen kann und eine feste Haftung der Auskleidung auf der inneren Zylinderoberfläche erreicht wird.

in Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Legierung eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung nahezu eutektischer Zusammensetzung zusammen mit höherschmelzenden Legierungen gewählt wird, wobei die prozentualen Anteile der Eisen-Koh-

i-i lenstoff-Legierung den übrigen hochschmelzenden Legierungen 25:75% betragen, daß die Enden des Zylinders vor dem Schleudern abgedichtet werden und der Zylinder evakuiert wird, worauf der Zylinder zur Aufschmelzung der Eisen-Kohlenstoff-Legierung

in auf etwa 1140° C erhitzt wird, und daß nach dem Aufschmelzen dieser Legierung der Zylinder weiter erhitzt wird, wobei die geschmolzene Eisen-Kohlenstoff-Legierungfür die höherschmelzenden Legierungen wirkt und der Schmelzpunkt der Lösung auf maxi-

r. mal 1316° C ansteigt.

Diese Verfahrensweise ermöglicht die Herstellung einer Auskleidung aus einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung und höhers*hmelzenden Legierungen, wobei erstere als Lösungsmittel für die höherschmelzenden Legierungen dient und eine Vermischung der Bestandteile der Legierungen erreicht wird, die durch Schleudern und nachfolgendes Abkühlen eine feste metallurgische Bindung zwischen der Auskleidung und der Zylinderwand entstehen läßt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der einzigen Figur der Zeichnung, die cinen schematischen Vertikalschnitt eines zur Auskleidung vorgesehenen Zylinders darstellt, beispielsweise näher erläutert.

Der gezeigte Zylinder 10 besteht aus Metall, zum Beispiel aus Flußstahl. Dieser Zylinder wird mit einer Materialmengs, bestehend aus kleinen Stücken 12 einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit nahezu eutektischer Zusammensetzung (etwa 4,3% Kohlenstoff) sowie kleinen Stücken 13 höherschmelzender Legierun-

gen gefüllt. Die Anteile in Gewichtsprozenten der Eisen-KohJenstoff-Legierung und der übrigen hochschmelzenden Legierungen betragen 25:75, Diese Legierungen können Ferrochrom, Ferromolybdän, Ferrovanadium, einzeln oder Kombination sein. Deren Anteile sind so festgesetzt, daß eine Auskleidung der gewünschten Zusammensetzung geschaffen wird. Die Enden des Zylinders werden mit Deckeln 14 und 15 verschlossen, die vorzugsweise mit dem Zylinder verschweißt werden. Der Deckel 15 weist eine Belüftungsöffnung auf, in der ein kurzes Rohrstück 16 befestigt wird. Durch dieses Rohr wird der Zylinder evakuiert, wonach das Rohr abgedichtet wird, um in dem Zylinder nichtoxidierende Bedingungen zu schaffen. Bevor das Rohr abgedichtet, wird, kann, falls dies gewünscht wird, der Zylinder mit einem Inertgas gefüllt werden, und zwar insbesondere dann, wenn der Zylinder einen großen Durchmesser aufweist.

Danach wird der Zylinder erhitzt, um zunächst die Eisen-Kohlenstoff-Legierungsstücke 12 zu schmelzen, die bei etwa 1140° C schmelzen. Die geschmolzene Eisen-Kohlenstoff-Legierung löst die Stücke 13 der höherschmelzenden Legierungen. Der Zylinder wird dann weiter erhitzt, wobei sich der Schmelzpunkt der Lösung um so mehr erhöht, je mehr hochschmelzende Legierung sich löst. Der Schmelzpunkt der Lösung erreicht ein Maximum bei 1316° C, wenn die ganze Legierung gelöst ist. Zur Erhitzung des Zylinders lassen sich beliebige Vorrichtungen verwenden, beispielsweise ein Hochfrequenzinduktionsofen oder ein konventionell befeuerter Brennstoffofen. Während des Erhitzens wird der Zylinder langsam gedreht, so daß die in ihm befindliche Schmelze die ganze innere Oberfläche des Zylinders benetzt. Dadurch wird eine feste metallurgische Bindung zwischen der Auskleidung und dem Zylinder erreicht.

Daraufhin wird der Zylinder mit der in ihm befindlichen Schmelze auf einer Drehbank oder einer entsprechenden Vorrichtung angeordnet und um seine Achse geschleudert. Die Zentrifugalkraft verteilt das Auskleidungsmaterial über die ganze innere Oberfläche, wo es sich verfestigt. Der Zylinder wird dann langsam abgekühlt, beispielsweise in gemahlenem Glimmer oder in einem Kühlofen, damit die sich verfestigende Auskleidung weich gem·"» bleibt, um sich maschinell verarbeiten zu lassen. Die Deckel 14 und 15 werden entfernt, und die Auskleidung wird auf ihr Endmaß abgedreht, woraufhin der Zylinder von neuem auf etwa 1038° C erwärmt und an der Luft abgekühlt wird. Die sich ergebende Auskleidung ist nicht nur hart genug und korrisionsbestündig, sondern sie ist auch metallurgisch mit dem Zylinder verbunden und weist eine günstige Spannungsverteilung auf.

Im folgenden wsrden Beispiele angeführt.

Beispiel I
Ein Flußstahlzylinder von 63,5 cm Lange und 15,3 cm Durchmesser wurde mit 11,35 kg einer Malerialladung gefüllt, bestehend aus kleinen Stückchen der folgenden Zusammensetzung;
5,69 kg eutektischer Eisen-Kohlenstofflegierung
2,04 kg einer Legierung, bestehend aus 4,5% C, 67,0% Cr, Rest Fe und unbedeutenden Verunreinigungen

3,23 kg einer Legierung, bestehend aus 0,05% C, 70,5% Cr, Rest Fe und unbedeutenden Veri" unreinigungen

0,39 kg einer Legierung, bestehend aus 60% Mo, Rest Fe und unbedeutenden Verunreinigungen.

Die Enden des Zylinders wurden verschlossen, und ι > der Zylinder wurde evakuiert. Daraufhin wurde der Zylinder in einem Induktionsofen auf eine Temperatur von etwa 1316° C erhitzt, während er langsam gedreht wurde. Dann wurde er in eine Drehbank gespannt, lanysam in gemahlenem Glimmer abgekühlt, •Mi dann die Deckel entfernt, die Auskleidung maschinell bearbeitet, der Zylinder dann wieder auf 1038° C erhitzt und an Luft abgekühlt. Die sich ergebende Auskleidung wies folgende Zusammensetzung auf:

2,7% C, 27,6 Cr, 1,8% Mo und der Rest Eisen 2~> und unbedeutende Verunreinigungen.

Beispiel II

Das angeführte Verfahren wurde mit gleichen Materialien wiederholt, mit der einen Ausiiahme, daß an-

m stelle der Molybdänlegierung eine Legierung verwendet wurde, die aus 55% V und Rest Eisen und unbedeutenden Verunreinigungen bestand. Die Ergebnisse waren ähnlich. Die Zusammensetzung der schließlich vorhandenen Auskleidung war: 2,7% C,

ι-· 27,6% Cr, 2,04 V und Rest Eisen und unbedeutende Verunreinigungen.

Aus der Beschreibung ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren einen wirkungsvoller; und einfachen Weg zur Auskleidung von Zylindern mit

4Ii höherschmelzenden Legierungen auf Eisenbasis weist. Als Beladungsmaterial braucht somit keine verhältnismäßig teure Legierung verwendet zu werden, die die Legierungsbestandteile enthält, sondern anstelle dessen kann das Beladungs- oder Beschickungs-

r. material weitgehend aus einer billigen eutektischen Eisen-Kohlenstofflegierung bestehen. Der einzige bisher bekannte Weg zur Herstellung einer Auskleidung mit hohem Chromanteil durch Schmelzen in dem Zylinder und Schleudern besteht in der Verwendung

ι» einer außerordentlich kostspieligen Kobalt-Chrom-Legierung, wie dies in der eingangs genannten US-Patentschrift beschrieben ist. Für den Fachmann ergibt sich si¹ reit überraschend, daß sich mit Hilfe der beschriebenen Verfahrensweise eine günstige Span-

-)■> nungsverteilung en ;ichen läßt, im Gegensatz zu einem doppelt gegossenen Zylinder, in den geschmolzenes Auskleidungsmaterial eingegossen wird.

Hierzu 1 Blau Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auskleiden eines Metallzylinders mit einer Legierung auf Eisenbasis durch Einbringen von kleinen Teilchen als Komponenten dieser Legierung in den Metallzylinder, Aufschmelzen der Teilchen, Schleudern des Zylinders zur gleichmäßigen Verteilung der aufgeschmolzenen Legierung auf der Zylinderinnenfläche und anschließendes Abkühlen des Zylinders zur Verfestigung der Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß als Legierung eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung nahezu eutektischer Zusammensetzung zusammen mit höherschmelzenden Legierungen gewählt wird, wobei die prozentualen Anteile der Eisen-Kohlenstoff-Legierung zu den übrigen hochschmelzenden Legierungen 25:75% betragen, ti;J$ die Enden des Zylinders vor dem Schleudern abgedichtet werden und der Zylinder evakuiert: wird, worauf der Zylinder zur Aufschmelzung der Eisen-Kohlenstoff-Legierung auf etwa 1140° C erhitzt wird, und daß nach dem Aufschmelzen dieser Legierung der Zylinder weiter erhitzt wird, wobei die geschmolzene Eisen-Kohlenstoff-Legierung als Lösungsmittel für die höherschmelzenden Legierungen wirkt und der Schmelzpunkt der Lösung aof maximal 1316° C ansteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als höherschmelzende Legierungen Feriochrom, Ferromolybdän, Ferrovanadium einzeln oder zusammen eingesetzt werden.

3. Verfahren nach den Ansprachen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder zunächst langsam abgekühlt wird, um die Auskleidung zwecks folgender maschineller Erarbeitung weich genug zu halten, und daß der Zylinder daraufhin wieder auf 1038° C erhitzt und dann an der Luft abgekühlt wird.