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"Verfahren zum Herstellen von Großbauteilen wie schwere einteilige
Wellen" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Großbauteilen
wie schwere einteilige Wellen insbesondere für Turbinen und Generatoren mit einschluß-,
lunker-, seigerungs- und rißfreiem Gefüge.
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Großbauteile wie schwere Turbinenläufer und Generatorwellen unterliegen
im Betrieb einer außerordentlich starken Beanspruchung. So werden Turbinenläufer
im allgemeinen bei Temperaturen bis 6000C und Drücken bis 250 cb eingesetzt. Dies
stellt hohe Anforderungen an die betreffenden Werkstoffe, die noch dadurch erhöht
werden, daß die Entwicklung zu immer größeren Kraftwerkseinheiten, d.h. zu größeren
Wellen und Läufern geht0 Hochbeanspruchte, umlaufende Bauteile wie Turbinenläufer
und Generatorwellen unterliegen einer mehrachsigen Beanspruchung und werden üblicherweise
als Stahlgußstück oder Schmiedeteile hergestellt. Dabei muß das Werkstück infolge
der hohen Fliehkraftbeanspruchung
aufgrund der heute üblichen hohen
Drehzahlen bei ausreichender Zähigkeit eine hohe Streckgrenze besitzen. Des weiteren
gehören zu den Anforderungen an einen Läuferwerkstoff insbesondere im Hochdruckteil
eine hohe Zeitstandfestigkeit und geringe Zeitstandversprödung bei Temperaturen
bis 6000C, eine niedrige Ubergangstemperatur der Kerbschlagzähigkeit und eine hohe
Sprödbruchsicherheit bzw. Anlaßbeständigkeit. Hinzu kommt bei Generatorwellen eine
möglichst hohe magnetische Induktion.
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Die vorerwähnten Eigenschaften lassen sich mit den bekannten Legierungen
nur durch ein Vergüten erreichen, welches üblicherweise aus einem Austenitisierungsglühen
mit anschliessendem Öl- und Wasserabschrecken auf Temperaturen unter 6000C oder
auch unter 30000 sowie einem langzeitigen Halten bei diesen TemFeraturen mit anschließender
geregelter Abkühlung sowie einem abschließendem Anlassen besteht. Aus diesem Grund-e
muß der Werkstoff eine geringe Anlaßsprödigkeit und insbesondere eine gute Durchvergütbarkeit
besitzen, um ein möglichst gleichmäßiges Gefüge über den Querschnitt zu erreichen.
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Der Erfolg einer Vergütungsbehandlung hängt jedoch in erster Linie
vom Durchmesser und der dadurch bedingten unterschiedlichen Abkühlungsgeschwindigkeiten
beim Abschrecken und selbstverständlich auch von der Legierungszusammensetzung ab.
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Als Wellenwerkstoff kommen üblicherweise Nickel-Chrom-Molybdän-Legierungen,
beispielsweise die bekannten SchmiNedestKpe 31 NiCrMo 8 5 und die vanadinhaltige
Legierung 32 NicrMa 5 mit verbesserter Zeitstandfestigkeit sowie für Reattcrwerkstoffe
die Legierung 22 NiCrMo 3 7 infrage. Im einzelnen tet sich die spezielle Legierungszusammensetzung
nach der jeweiligen Verwendung als Werkstoff für Hochdruck-, Mitteldruck
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oder Niederdruck- bzw. Generatorwellen, die jeweils einer unterschiedlichen Druck-
und Temperaturbeanspruchung unterliegen, Allen Werkstoffen ist jedoch der Nachteil
gemeinsam, daß ihre Durchvergütbarkeit bei größeren Durchmessern insbesondere bei
Durchmessern uber 1200 mm unzureichend ist und sich demzufolge zwischen Rand und
Kern der Welle unterschiedliche mechanische Eigenschaften ergeben. Dies äußert sich
insbesondere in einer der charakteristischsten Eigenschaften, nämlich der Übergangstemperatur
der Kerbschlagzähigkeit, die möglichst niedrig liegen soll, jedoch in Abhängigkeit
von der Legierungszusammensetzung und dem Wellendurchmesser auch in gunstigen Fällen
häufig Unterschiede über 1000 zwischen Rand und Kern aufweist.
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Um die Durchvergütbarkeit der bekannten Wellenlegierungen und damit
deren Zähigkeit und Übergangstemperatur zu verbessern, ist es bekannt, den Nickelgehalt
auf etwa 3,5% zu erhöhen, wie bei den bekannten Nickel-Chrom-Molybdan-Legierungen
ASTM A 469-65 für Generatorwellen und A 470-65 für Turbinenläufer. Mit der Erhöhung
des Nickelgehaltes ist jedoch bei den in Rede stehenden Legierungen gleichzeitig
auch eine höhere Neigung zur Anlaßsprödigkeit verbunden, Die Durchvergütbarkeit
könnte zwar auch durch eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes verbessert werden,
der üblicherweise bei etwa a,1596 bis 0,35% liegt. Dem steht jedoch allein schon
die Tatsache entgegen, daß höhere Kohlenstoffgehalte unabhängig vom jeweiligen Gefüge
zu einer Erhöhung der Ubergangstemperaturen führen. Speziell bei Legierungen für
Generatorwellen kommt noch hinzu, daß diese eine hohe magnetische
Induktion
besitzen müssen, die jedoch eine Funktion der chemischen Zusammensetzung, des Gefüges
und der Festigkeit ist. Dabei bewirken sämtliche Legierungsbestandteile mit Ausnahme
des Kobalts eine Erniedrigung der magnetischen Sättigung und Permeabilität, wobei
die Beeinträchtigung durch den Kohlenstoff etwa 10-mal so groß ist wie bei den anderen
Legierungsbestandteilen.
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Neben der Auswahl und den Mengenanteilen der einzelnen Legierungsbestandteile
geht ein wesentlicher Einfluß auf die Werkstoffeigenschaften insbesondere bei grösseren
Wellengewichten von der Blockstruktur aus. Von entscheidender Bedeutung ist dabei
die Homogenität, d.h. die Gleichmäßigkeit der chemischen Zusammensetzung und des
Gefüges der Welle über die Länge und insbesondere über den Querschnitt. Zwar läßt
sich durch die Vergütung des Gefüge verbessern und zum Teil auch Vergleichmäßigen,
es gibt jedoch verfahrensbedingte Inhomogenitäten, wie Blockfehler und Einschlüsse,
die sich, wenn sie einmal eingetreten sind, nicht mehr beseitigen lassen.
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Zu den Blockfehlern zählen insbesondere Seigerungen, Lunker und Risse,
während es sich bei den schädlichen Einschlüssen in erster Linie um Oxyde und während
der Blockerstarrung freigesetzte Gase handelt, Den Seigerungen und oxydischen Einschlüssen
kommt dabei die größe Bedeutung zu. So führt die Blockseigerung zu einer unterschiedlichen
chemischen Zusammensetzung zwischen Blockfuß und Blockkopf sowie zwischen Randzone
und Kern, die sich anders als die Kristallseigerung nicht mehr durch ein Ausgleichs-
bzw.
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Diffusionsglühen beseitigen läßt. Aber auch einer späteren
Glühbehandlung
zum Ausgleich von Konzentrationsunterschieden sind angesichts der Werkstückgrößen
im Hinblick auf die Ofengröße einerseits und der sich beim Glühen zwangsläufig einstellenden
Gefügeänderungen enge Grenzen gesetzt.
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Die aus der Blockseigerung resultierenden Konzentrationsunterschiede
der Legierungsmittel finden sich auch im fertigen Schmiedestück wieder und führen
naturgemäß zu entsprechenden Unterschieden der Werkstoffeigenschaften zwischen der
Randzone und dem Kern einer Welle und/oder über die Wellenachse. So erklären sich
beispielsweise unterschiedliche magnetische Eigenschaften aus der negativen Seigerung,
die im Bereich des Blockfußes zu einer Kohlenstoffverarmung und damit zu einer höheren
magnetischen Induktion führt als im Bereich des Blockkopfes mit höherem Kohlenstoffgehalt.
Hinzu kommen ebenfalls durch eine unterschiedliche Kohlenstoffverteilung bedingte
unterschiedliche Ubergangstemperaturen.
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Von ebenso großer Bedeutung wie die bei der Blockerstarrung nicht
zu vermeidende Block- und Kristallseigerung sind aus der Desoxydation und den Futterwerkstoffen,
mit denen die Schmelze zwangsläufig in Berührung kommt, herrührende oxydische Einschlüsse,
die im Werkstoff als Kerben wirken und demzufolge die mechanischen Eigenschaften
in starkem Maße beeinträchtigen, was sich insbesondere in einem schlechteren Sprödbruchverhalten
äußert. Um die nicht zu vermeidenden Einschlüsse und eine zusätzliche Beeinträchtigung
der Werkstoffeigenschaften durch übliche Verunreinigungen zu verringern, ist die
Praxis dazu übergegangen, Wellenstähle vorzugsweise im Elektroofen zu erschmelzen
und vor dem Vergießen
einer Vakuumbehandlung zu unterwerfen. Das
Schmelzen im Elektroofen und die Vakuumbehandlung sind jedoch mit erhöhten Investitions-
und Herstellungskosten verbunde, Schließlich sind der Vergrößerung der Wellendurchmesser
und -längen dadurch praktische Grenzen gesetzt, daß die Größen der vorhandenen Öfen,
Vakuumanlagen, Kokillen und Schmiedepressen begrenzt sind. Hinzu kommen die mit
der Werkstückgröße steigenden Schwierigkeiten beim Ölbad- und Wassersprühvergüten.
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Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Herstellung von Läufern und
Wellen als Einzelschmiedestücke besteht in dem außerordentlichen Materialverlust
durch die mangelnde Verwertbarkeit des Blockkopfes und des Blockfußes sowie die
erforderliche spanabhebende Bearbeitung nach dem Schmieden. Dieser Materialverlust
kann die Größenordnung von 30 bis 60% erreichen, was zu einer weiteren Verteuerung
führt.
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Die vorerwähnten Schwierigkeiten haben dazu geführt, daß sich Werkstückdurchmesser
über etwa 1900 mm Kammhöhe bzw.
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Durchmesser und Blockgewichte über 300 t nicht mehr beherrschen lassen.
Im Hinblick auf größere Einheiten sind daher andere Uberlegungen angestellt worden;
so ist beispielsweise schon in der deutschen Patentschrift 859 171 ein Turbinenläufer
beschrieben, der aus mehreren axial nebeneinanderliegenden Platten beherrschbarer
Größe besteht. Auf einem ähnlichen Prinzip beruht ein in der deutschen Offenlegungsschrift
2 235 961 beschriebener Turbinenläufer aus axial nebeneinanderliegenden und miteinander
verschweißten Ringen. Solche mehrteiligen Läufer bzw Wellen lassen sich zwar aus
verhältnismäßig homogenen Einzelteilen herstellen,
bringen jedoch
neue Schwierigkeiten mit sich, die insbesondere aus der Notwendigkeit, die einzelnen
Teile durch Schweißen, Verspannen oder auch Aufschrumpfen miteinander zu verbinden,
resultieren. Zusammengesetzte Läufer und Wellen haben sich daher auch bei großen
Einheiten bislang nicht durchsetzen können.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Schwierigkeiten
zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von Turbinenläufern und
Generatorwellen oder dergleichen vorzugschlagen, das es gestattet, Werkstücke beliebiger
Abmessungen mit völlig gleicbmäßigen oder auch zonenweise gezielt eingestellten
technologischen Eigenschaften ohne eine Warmverformung oder Vergütung herzustellen.
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Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, das Werkstück
kontinuierlich aus einer entsprechend zusammengesetzten Legierung aufzubauen. Im
einzelnen besteht die Erfindung darin, daß das Werkstück durch ein kontinuierliches
neben- und/ übereinander erfolgendes Niederschmelzen von Werkstoffsträngen zeilen-
bzw. lagenweise aufgebaut wird.
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Das kontinuierliche Niederschmelzen einzelner oder mehrerer Werkstoffstränge
bringt den Vorteil mit sich, daß sich stets nur eine äußerst geringe Werkstoffmenge
im flüssigen Zustand befindet und diese ohne die Gefahr von nicht metallischen Einschlüssen,
Lunker und Seigerungen zur Erstarrung gebracht werden kann. Die Verwendung eines
einheitlichen Abschmelzmaterials führt dabei zu einem chemisch
völlig
einheitlichen Aufbau, der zusammen mit stets gleichbleibenden Abkühlungsbedingungen
ein homogenes vorzugsweise perlitisches Gefüge ergibt. Die Folge davon ist ein Werkstück
mit isotropen Eigenschaften, wie es sich mit den herkömmlichen Verfahren grundsätzlich
nicht herstellen läßt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in der Weise durchführen,
daß zunächst auf eine als Träger fungierende Unterlage, beispielsweise eine Stahl-
oder Kupfer unterlage Längslagen aufgebracht werden, um einen Kern herzustellen.
Nach dem Aufbringen mehrerer Längslagen wird dann die Unterlage entfernt und auf
den in Rotation versetzten Kern zeilen- bzw. lagenweise der Werkstoff dosiert niedergeschmolzen.
Je nach Verwendungszweck kann jedoch auch ein auf andere Weise hergestellter artgleicher
oder artfremder Voll- oder Hohlkern verwendet werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Herstellen von Großbauteilen werden die
Abschmelzgeschwindigkeit, das elektrische Wärmeeinbringen, die Vorwärmung und gegebenenfalls
die Kühlung des Werkstücks auf das spezielle Abschmelzverfahren, auf die eingesetzten
Werkstoffe und auf die sich ändernden Abmessungen des Werkstückes so abgestimmt,
daß über das gesamte Bauteil die geforderten WerkstUckeigenschafJGen eingehalten
werden.
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Dabei werden ei einzelne Lagen aufgebracht die im Vergleich zum Werkstückdruckmesser
außerordentlich dünn sind.
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Ein wesentlicher Vorteil des e:eSindungsgemäBen Verfahrens besteht
darin, daß sich die gewünschten Werkstückeigenschafen praktisch ohne Rücksicht auf
übliche schmeizmetallurgi
sche Überlegungen und Probleme einer
Vergütung durch entsprechende Auswahl der Legierungsbestandteile gezielt einstellen
lassen. Dabei erlaubt das dosierte Niederschmelzen kleiner Schmelzgutmengen eine
gezielte, zonenweise unterschiedliche Legierungszusammensetzung. So kann dem Werkstück
beispielsweise im Kern und der Randzone und/oder an den Wellenenden bzw. -ballen
eine unterschiedliche Zusammensetzung gegeben werden, die der dort auftretenden
spezifischen Beanspruchung Rechnung trägt Beispielsweise könnte die Legierungszusammensetzung
in einzelnen Zonen der mechanischen Beanspruchung einerseits und/oder dem gegebenen
Kraftlinienfluß bei Generatorwellen andererseits gezielt angepaßt werden. Der Zonenübergang
erfolgt dabei vorzugsweise kontinuierlich, so daß sich eine stetige Konzentrationsänderung
zwischen den benachbarten Zonen ergibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet des weiteren die Möglichkeit,
das Werkstück bzw. das niedergebrachte Schmelzgut kontinuierlich einer gesteuerten
Wärmebehandlung oder Zwangsabkühlung zu unterwerfen, um das Gefüge insgesamt oder
auch nur zonenweise einzustellen oder zu beeinflussen. So könnte beispielsweise
der untere Teil einer horizontal eingespannten Welle ein Bad mit bestimmter Temperatur
durchlaufen oder über eine Brennerreihe geführt werden.
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In seiner Gesamtheit bedarf ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestelltes Werkstück dagegen allenfalls eines Spannungsfreiglühens. Andererseits
können sich angesichts des erfindungsgemäßen zeilen- bzw. lagenweisen Aufbaus rotierender
Teile von innen nach außen auch zentripetale innere
Spannungen
ergeben, die der Fliehkraft entgegengerichtet sind und demzufolge der Werkstoffbelastung
im Betrieb entgegenwirken. Auf diese Weise lassen sich ohne Schwierigkeiten vorgespannte
Wellen herstellen.
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Eine gezielte kontinuierliche Wärmebehandlung kann auch über die Abschmelzenergie
erreicht werden, da die fühlbare Wärme des Schmelzgutes zu einem wesentlichen Teil
in den benachban --bereits erstarrten Werkstoff übergeht. Schließlich können sich
etwa ergebende Fehler unmittelbar nach ihrem Entstehen festgestellt und gegebenenfalls
beseitigt werden, wenn der Schmelzzone eine entsprechende Prüfvorrichtung folgt.
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Das erfindungsgemäße dosierte Niederschmelzen von Werkstoffsträngen
läßt sich nach Elektroschmelschweißverfahren ~ durchführen. Wegen der hohen Schmelzgutreinheit
ist das Unterpulver-Abschmelzen besonders geeignet. Dieses Verfahren ermöglicht
zudem, die Legierungsbestandteile teilweise über die Elektrpde, beispielsweise eine
Drahtelektrode, und teilweise über das Pulver und/oder andere Zusatzwerkstoffe in
das Schmelzgut einzubringen.
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Es ist zwar bekannt, Schweißgut auf Grundkörper aufzubringen, um Werkstücke
mit besonderen Oberflächeneigenschaften, beispielsweise mit einer verschleißfesten
Oberfläche herzustellen. Bekannt ist auch das Reparaturschweißen zum Ausgeich von
Werkstoffverlusten wie beispielsweise das Reparaturschweißen von Kokillen. Schließlich
ist auch bereits versucht worden, Druckbehälter durch Schweißen herzustellen.
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Das Herstellen überdimensionaler Wellen und Läufer ist jedoch bislang
nicht bekannt und auch nicht versucht worden,
da die Fachwelt offensichtlich
glaubte, die bestehenden Schwierigkeiten durch größere Aggregate sowie eine Verfeinerung
der Legierungstechnik und der Wärmebehandlung überwinden zu können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig.
1 einen Längsschnitt durch eine Welle in einer Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung und Fig. 2 eine Seitenansicht
der in Fig. 1 dargestellten Welle und Vorrichtung.
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Die Vorrichtung besteht aus einer Grundplatte 3 mit seitlichen Böcken
4 zum Einspannen eines Kerns 5 sowie einem automatisch verfahrbaren Galgen 6, an
dessen horizontalem Ausleger 7 ein Schweißkopf 8 befestigt ist. Neben dem Schweißkopf
8 befindet sich ein Pulverbehälter 9 mit einem im Bereich der Schweißkopfspitze
endend-n Dosierrohr 10.
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Die Vorrichtung ist an eine Spannungswell 11 angeschlossen.
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Dem Schweißkopf 5 wird von einer Vorratsrolle 12 eine Draatelektrode
13 zugeführt, die an der Schweißkopfspitze ko-ntir;uierlich auf den von einem Antrieb
14 in Rotation versetzten
Kern 5 niedergeschmolzen wird. Auf diese
Weise wird die Welle 14, ausgehend von dem Kern 5 in Form spiralförmig verlaufender
Schweißraupen aufgebaut, Der Schweißraupenverlauf ist je nach der gesteuerten Bewegung
des Schweißkopfes unterschiedlich; so können sich die einzelnen Raupen überlappen
oder kammar-tig ineinander greifen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch mit mehreren in Reihe,
hintereinander oder gestaffelt angeordneten Schweißköpfen durchführen. So kann die
Welle auch mittels mehrerer Schweißkopfgruppen bzw. mit Mehrfachschweißköpfen jeweils
abschnittsweise gleichzeitig aufgebaut werden, um eine möglichst hohe Leistung und
Witschaftlichkeit zu erreichen. Schließlich kann das Schweißgut auch in axialer
Richtung, d.h. mit fortschreitender Wellenstirnfläche aufgebracht werden. Mit einer
in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung wurden im Rahmen eines Versuchs auf
ein Tragblech zunächst mehrere Lagen von nebeneinanderliegenden Längsraupen aufgebracht.
Durch eine abnehmende Raupenzahl je Lage wurde auf diese Weise ein etwa halbzylindrischer
Körper mit einem Rads von 100 mm hergestellt. Danach wurde das Verfahren unterbrochen
und die Blechunterlage einschließlich der benachbarten Schweißgutzone spanabhebend
entfernt. Nach dem Einspannen des Halbzylinders wurden auf die beim Spanen hergestellte
ebene Fläche in der vorbeschriebenen Weise mehrere Schweißgutlagen aufgebracht.
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Nachdem sich infolge der abnehmenden Raupenzahl ein etwa zylindrischer
Körper mit einem Außendurchmesser von 160 mm gebildet watte, wurde der Kern in Rotation
versetzt, um nunmehr
durch Aufbringen spiralförmig verlaufender
Schweißraupen in mehreren Lagen eine Welle herzustellen. Dies und das Herstellen
des Kerns geschah mit einer kupferummantelten Abschmelzelektrode folgender Zusammensetzung:
0,12% Kohlenstoff, 0,10% Silizium, 1,60% Mangan, 1,55% Nickel, 0,65% Molybdän, 0,33%
Chrom, 0,08% Kupfer, Rest Eisen sowie mit einem basischen Pulver der Zusammensetzung:
14,0% Si02, 1,0% Fe, 1,3% r 3% Mn, 5,4% CaO, 26,0% CaF2, 19,0% Al203, 2,0% Na20,
31,0% MgO.
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Die Wärmemenge lag bei 20 000 J/cm, wobei die Werkstücktemperatur
im Bereich der Abschmelzzone im wesentlichen konstant gehalten wurde. Die Schmelzgutanalyse
ergab sich zu: 0,08% Kohlenstoff, 0,34% Silizium, 1,82% Mangan, 1,51% Nickel,
0,63%
Molybdän, 0,31% Chrom, 0,08% Kupfer, Rest Eisen.
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In der vorbeschriebenen Weise wurde eine Versuchswelle mit einem Außendurchmesser
von 900 mm hergestellt, die lediglich eine geringfügige spanabhebende Bearbeitung
zur Beseitigung der 1 mm nicht übersteigenden Durchmessertoleranz erforderte. Dies
zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit einem äußerst geringen Materialverlust
verbunden ist0 Die fertige Welle wurde anschließend eingehend untersucht, wobei
sinh weder Poren, Seigerungen und Risse noch nichtmetallische Einschlüsse ergaben.
Rand und Kernproben ergaben eine über den gesamten Querschnitt völlig gleichmässige
chemische Zusammensetzung, ein homogenes Gefüge und bei der Untersuchung bis zu
Temperaturen von 5000 C mit Ausnahme von versuchsbedingten Schwankungen gleiche
mechanische Eigenschaften in achsialer, tangentialer und radialer Richtung.
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Die Ergebnisse vonn Zugerversuchen bei Raumtemperatur (Tabelle I)
und 500°C (Tabelle II) sind in den nachfolgenden Tabellen zusammengestellt; sie
zeigen, daß der Werkstoff von versuchsbedingten Schwankungen abgesehen isotrope
Eigenschaften aufweist.
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Tabelle 1 Proben- 0,2 Streck- Zugfestig- Dehnung Binschnülage grenze
keit rung (N/mm²) (N/mm²) (%) (%) axial 529 787 19,1 48 tangential 560 800 19,5
50 radial 563 740 16,8 54 Tabelle II Proben- 0,2 Streck- Zugfestig- Dehnung Einschnülage
grenze keit rung (N/mm²) (N/mm²) (%) (%) axial 490 606 17,0 65 tangential 489 611
17,8 54 radial 490 614 17,2 64
Bei einem weiteren Versuch sollte
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Welle mit höherer Festigkeit hergestellt
werden. Dies geschah mit einem Pulver der vorerwähnten Art, jedoch mit einer Elektrode
folgender Zusammensetzung: 0,14% Kohlenstoff, 0,15% Silizium, 1,82% Mangan, 1,10%
Chrom, 0,60% Molybdän, 2,55% Nidr el, 0,10 Vanadin, Rest Eisen.
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Der Versuch wurde im übrigen in der vorerwähnten Weise durchgeführt
und ergab folgende Schmelzgutanalyse: 0,09% Kohlenstoff, 0,38 Silizium, 2,05% Mangan,
1,02% Chrom, 0,57% Molybdän, 2,48% Nickel, 0,09% Vanadin, Rest Eisen.
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Die anschließende chemische und physikalische Untersuchung von Kern-
und Randproben ergab einen fehlerfreien Werkstoff mit völlig gleichmäßigem ferritisch-perlitischem
Gefüge ohne Zwischenstufengefüge sowie einer Streckgrenze von 905 N/mm2, einer Zugfestigkeit
von 1027 N/mm2 und einer RT-Kerbschlagzähigkeit von 65 J/cm2.
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Die vorstehenden Versuche zeigen, daß es nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren bei einem maximalen Werkstoffverlust möglich ist, ohne jede Warmverformung
und Glühbehandlung, Wellen jeglicher Abmessungen und jeglichen Gewichts mit isotropen
Eigenschaften bei minimalen Werkstoffverlusten herzustellen. Vor allem lassen sich
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Wellen mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt
und damit entsprechend hoher magnetischer Induktion herstellen. Dabei bietet sich
die Möglichkeit, die technologischen Eigenschaften ohne Rücksich auf die nach den
herkömmlichen Verfahren zwingend erforderliche Warmverformgebung und Vergütung gezielt
einzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher insbesondere zum
Herstellen von Läufern und Wellen aus unlegierten Stählen mit maximal 0,10% Kohlenstoff,
0,05 bis 1,0% Silizium, 0,20 bis 2,50% Mangan, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter
Verunreinigungen.
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Zur Beeinflussung der technologischen Eigenschaften können im Rahmen
des erfindungsgemäßen Verfahrens selbstverständlich auch niedriglegierte, insbesondere
mit je bis 5,0% Chrom und/oder Nickel, bis 2,0% Molybdän, bis 1,0% Vanadin und Nitridbildnern
wie bis 0,2% Tantal/Niob, bis 0,5% Titan und bis 0,5% Aluminium sowie bis 1,5% Kupfer,
bis 0,5% Selen und bis 0,5% Zirkonium legierte Stähle verwendet werden.
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Die jeweiligen Mengenanteile müssen dabei unter Berücksichtigung der
gewünschten Festigkeit und Zähigkeit ausgewählt und aufeinander abgestimmt werden.
Bei unlegierten Stählen lassen sich Streckgrenzen bis zu 350 N/mm² und mehr bei
einer Kerbschlagzähigkeit von etwa 200 J/mm2 und mehr einstellen. Legierte Stähle
erreichen dagegen Streckgrenzen bis zu 1000 N/mm2 und mehr. Der geringe apparative
Aufwand an Ort und Stelle, d.h. beim Abnehmer der Welle durchzuführen.