EP0114593A1 - Verfahren zur Herstellung eines Maschinenhohlzylinders für Kunststoffverarbeitungsmaschinen - Google Patents

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EP0114593A1
EP0114593A1 EP83890234A EP83890234A EP0114593A1 EP 0114593 A1 EP0114593 A1 EP 0114593A1 EP 83890234 A EP83890234 A EP 83890234A EP 83890234 A EP83890234 A EP 83890234A EP 0114593 A1 EP0114593 A1 EP 0114593A1
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EP
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tube
jacket tube
resistant
hollow cylinder
alloy
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Withdrawn
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EP83890234A
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French (fr)
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Manfred Gstettner
Bruno Dipl.-Ing. Hribernik
Alexander Kohnhauser
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Vereinigte Edelstahlwerke AG
Original Assignee
Vereinigte Edelstahlwerke AG
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Publication date
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    • F41—WEAPONS
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    • Y10T428/12097—Nonparticulate component encloses particles

Definitions

  • a composite material has proven itself, which is formed as a hollow cylinder from a forged or hot-rolled blank from a highly wear-resistant, hardenable and corrosion-resistant steel core and a shell made of structural steel.
  • the object of the present invention is now to provide a method which allows a machine hollow cylinder for plastic processing machines to be produced in a particularly simple manner, with a high possibility of combination for the different materials, depending on the application, being given.
  • the inventive method for producing a Ma . schin hollow cylinder for plastics processing machines with an outer tube and an inner tube of a different material essentially consists in that in a H lenrohr ül- which is optionally disposed in a capsule tube, of a tenacious alloy such as steel, a filling of a bulk density of at least 60 % of the density of the compact, powdery, highly wear-resistant, in particular highly heat-wear-resistant and / or corrosion-resistant material, optionally in the pre-pressed and / or pre-sintered state and preferably with the exception of one, in particular central, hollow area of the jacket tube, is introduced, optionally compressed, and on the jacket tube ends respectively.
  • the central hollow area is filled with a filler, preferably made of an easily machinable material, e.g. Free cutting steel, so on the one hand elaborate powder is saved, and at the same time a particularly simple manufacture of an inner hollow can be carried out.
  • a filler preferably made of an easily machinable material, e.g. Free cutting steel
  • a tube can also be used as a filler body, where it is then forged using a mandrel, for example, and additional labor savings can occur.
  • the composite body is subjected to a hot deformation, in particular forging, with a deformation of at least 1.3, in particular 2 times, before it is mechanically processed into a hollow machine cylinder, in addition to the particularly high metallurgical bond between the powder-metallurgically solidified material and the melt-metallurgically obtained tube, there is an additional increase the mechanical properties of the powder metallurgical material is achieved, so that there is another field of application.
  • a difficult-to-deform iron-based alloy in particular a ledeburitic chromium steel, can be used as the material for filling the casing tube, in which case the advantages of the method according to the invention become particularly clear.
  • a cobalt-based alloy is also particularly suitable as a highly wear-resistant alloy.
  • the cladding tube can have an inner coating made of an adhesion promoter in order to achieve better anchoring of the powder metallurgical material in the tube obtained by melting metallurgy.
  • a sleeve tube made of an alloy of the following composition in wt .-% C 0.26, Si 0.30, Mn 0.70, Cr 1.1, Mo 0.25 and remainder iron with an outer diameter of 210 mm and an inner diameter of 85 mm and a length of 900 mm.
  • a powder of a ledeburitic chromium steel alloy with the following composition in% by weight of C 2.3, Si 0.28, Mn 0.37, Cr 12.6, Mo 0.98, V 4.1 and the rest iron was filled into this tube , wherein a density of 5.2 g / cm 3 was achieved by shaking.
  • Degassing was carried out at 360 ° C., whereupon an upper cover with a suction opening was welded onto the capsule tube. Then it was evacuated and the suction opening was closed.
  • the encapsulated body was hot-isostatically pressed for 3 hours in an argon atmosphere at 1050 ° C. and at a pressure of 1000 bar.
  • This composite body was then forged on a long forging machine to an outside diameter of approx. 85 mm, which corresponds to an approx. 6, lfold deformation. After forging was annealed, followed by an extruder cylinder was manufactured by mechanical processing, cutting to length, turning and heat treatment.
  • a machine hollow cylinder for plastic processing machines was produced in such a way that a cylindrical sleeve tube made of 16MnCr5 with an outer diameter of 85 mm, an inner diameter of 45 mm and a length of 650 mm with a spherical powder formed from the melt and having a bulk density of about 66% from a ledeburitic chromium steel alloy of the composition in% by weight C 2.2, Si 0.28, Mn 0.37, Cr 12.6, Mo 0.98, V 4.1, the rest essentially filled with iron Evacuation was compressed and sealed gas-tight at the pipe ends by means of welded-on round cover plates.
  • the blank was then placed in a hot isostatic pressing device and subjected to a temperature of 1060 ° C and an argon gas pressure of 1000 bar for three hours, and then cooled to room temperature in still air. After the plates had been cut off by sawing off the two outermost pipe ends, the hollow of 24 mm in diameter was formed using a hole boring machine and heat-treated.
  • a cylinder for plastic processing machines was produced analogously to Example 1, a centrally arranged inner rod made of free-cutting steel with an outer diameter of 50 mm being provided in a casing tube according to Example 1 with an outer diameter of 210 mm and an inner diameter of 85 mm.
  • the space was filled with a powder made of ledeburitic chrome steel.
  • the casing tube was closed at its ends with sheet steel disks. Otherwise, the procedure was analogous to Example 1.
  • an inner diameter of 212 mm and a length of 900 mm was a sleeve tube made of an alloy of the following composition in wt .-% C 0.45, Si 0.3 , Mn 0.7 and rest of iron with an outer diameter of 210 mm and an inner diameter of 85 mm and a length of 900 mm.
  • a powder of the following composition in% by weight C 3.3, Cr 12.8, V 4, -5, Mo 1.1, W 1.0 and the rest iron was filled into this tube, a density of approx 65% was reached.
  • Degassing was carried out at 370 ° C., whereupon an upper cover with a suction opening was welded onto the capsule tube. Then it was evacuated and the suction opening was closed.
  • the encapsulated body was hot-isostatically pressed for 3 hours in an argon atmosphere at 1080 ° C. and a pressure of 1050 bar. This composite body was then forged on a long forging machine to an outer diameter of approximately 90 mm, which corresponds to a 5.4-fold deformation. After forging, heat treatment was carried out, after which an extruder cylinder was manufactured by mechanical processing and further heat treatment.
  • Example 4 The procedure was analogous to Example 4, a powder of a cobalt-based alloy having the following composition in% by weight of C 0.25, Cr 8.25, Mo 5.5 and the rest of cobalt being used.
  • an inner coating for example of Nik -. Kel or the like, which may occur as an adhesion promoter between the material of the sheath tube and the powder.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Maschinenhohlzylinders für Kunststoffverarbeitungsmaschinen mit einem Außenrohr und zumindest einem Innenrohr aus unterschiedlichen, metallischen Werkstoffen, wobei in ein Hüllenrohr, welches gegebenenfalls in einem Kapselrohr angeordnet wird, aus einer zähfesten Legierung, z.B. Stahl, eine Füllung aus einem eine Schüttdichte von zumindest 60 % der Dichte des kompakten Werkstoffes aufweisenden, pulverförmigen hochverschleißfesten Werkstoff eingebracht wird und an den Hüllenrohrenden bzw. Kapselrohrenden verschlossen und das so verschlossene Rohr, z.B. in einer Schutzgasatmosphäre, bei zumindest 900°C, jedoch unterhalb der Schmelzpunkte der metallischen Werkstoffe und einem Druck von zumindest 900 bar verpreßt wird und daß, gegebenenfalls nach einer Wärmebehandlung, der so erhaltene Verbundkörper, welcher einen vollflächigen metallischen Verbund zwischen Hüllenrohr und verdichtetem Werkstoff aufweist, materialabhebend, insbesondere spanabhebend, zu einem Maschinenhohlzylinder bearbeitet wird.

Description

  • In der Maschinenindustrie gibt es eine größere Anzahl von Fällen, bei denen ein einheitlicher Werkstoff die gestellten Anforderungen nicht oder nur im unzureichenden Ausmaß erfüllt. Es ist dann oft vorteilhaft, eine Werkstoff-Kombination einzusetzen und bei der Herstellung von Maschinenhohlzylindern für Kunststoffverarbeitungsmaschinen hat sich ein Verbundwerkstoff bewährt, der als Hohlzylinder aus einem geschmiedeten oder warmgewalzten Rohling aus einem hochverschleißfesten, härtbaren und korrosionsbeständigen Stahlkern und einer Hülle aus Baustahl gebildet wird.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zu schaffen, das es auf besonders einfache Art und Weise erlaubt, einen Maschinenhohlzylinder für kunststoffverarbeitende Maschinen zu erzeugen, wobei eine hohe Kombinationsmöglichkeit für die verschiedenen Werkstoffe, je nach Anwendungsfall,gegeben sein soll.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Ma- .schinenhohlzylinders für Kunststoffverarbeitungsmaschinen mit einem Außenrohr und einem Innenrohr aus unterschiedlichem Material besteht im wesentlichen darin, daß in ein Hül- lenrohr, welches gegebenenfalls in einem Kapselrohr angeordnet wird, aus einer zähfesten Legierung, z.B. Stahl, eine Füllung aus einem eine Schüttdichte von zumindest 60 % der Dichte des kompakten Werkstoffes aufweisenden, pulverförmigen hochverschleißfesten, insbesondere hochwarmverschleißfesten und/oder korrosionsbeständigen Werkstoff, gegebenenfalls im vorgepreßten und/oder vorgesinterten Zustand und vorzugsweise unter Aussparung eines, insbesondere zentralen, Hohlbereiches des Hüllenrohres, eingebracht wird, gegebenenfalls verdichtet, und an den Hüllenrohrenden bzw.
  • Kapselrohrenden verschlossen, worauf oder bevor evakuiert wird und das so verschlossene Rohr, z.B. in einer Schutzgasatmosphäre, bei zumindest 900 °C, jedoch unterhalb der Schmelzpunkte der metallischen Werkstoffe und einem Druck von zumindest 900 bar verpreßt wird und daß, gegebenenfalls nach einer Wärmebehandlung, der so erhaltene Verbundkörper, welcher einen vollflächigen metallischen Verbund zwischen Hüllenrohr und verdichtetem Werkstoff aufweist, materialabhebend, insbesondere spanabhebend, zu einem Maschinenhohlzylinder bearbeitet wird.
  • Mit dieser Vorgangsweise ist eine besonders günstige Kombination von einem schmelzmetallurgisch gewonnenen Werkstoff mit einem pulvermetallurgisch gewonnenen Werkstoff möglicb,'wobei eine besonders hohe Einsatzmöglichkeit erreicht wird.
  • Wird der zentrale Hohlbereich durch einen Füllkörper, vorzugsweise aus einem leicht zerspanbaren Material, z.B. Automatenstahl, ausgespart, so wird einerseits aufwendiges Pulver eingespart, wobei gleichzeitig eine besonders einfache Fertigung eines Innenhohls durchgeführt werden kann.
  • Es kann auch als Füllkörper ein Rohr verwendet werden, wo dann beispielsweise über einen Dorn geschmiedet wird, und eine zusätzliche Arbeitsersparnis eintreten kann.
  • Wird der Verbundkörper vor seiner mechanischen Weiterverarbeitung zu einem Maschinenhohlzylinder einer Warmverformung, insbesondere Schmiedung, mit einer zumindest l,3fachen, insbesondere 2fachen, Verformung unterworfen, so wird neben dem besonders hohen metallurgischen Verbund zwischen dem pulvermetallurgisch verfestigten Werkstoff und dem schmelzmetallurgisch gewonnenen Rohr eine zusätzliche Erhöhung der mechanischen Eigenschaften des pulvermetallurgischen Werkstoffes erreicht, sodaß ein weiteres Anwendungsfeld gegeben ist.
  • Als Werkstoff zur Füllung des Hüllenrohres kann eine schwer verformbare Eisenbasislegierung, insbesondere ein ledeburitischer Chromstahl, verwendet werden, wobei dann die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders deutlich hervortreten. Als hochverschleißfeste Legierung ist auch eine Kobaltbasislegierung besonders geeignet.
  • Das Hüllenrohr kann eine Innenbeschichtung aus einem Haftvermittler aufweisen, um eine bessere Verankerung des pulvermetallurgischen Werkstoffes im schmelzmetallurgisch gewonnenen Rohr zu erreichen.
  • Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert:
    • Beispiel 1:
  • In ein Kapselrohr mit einem Bodenblech aus unlegiertem Baustahl mit einem Außendurchmesser von 215 mm, einem Innendurchmesser von 212 mm und einer Länge von 900 mm wurde ein Hüllenrohr aus einer Legierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,26, Si 0,30, Mn 0,70, Cr 1,1, Mo 0,25 und Rest Eisen mit einem Außendurchmesser von 210 mm und einem Innendurchmesser von 85 mm und einer Länge von 900 mm eingebracht. In dieses Rohr wurde ein Pulver einer ledeburitischen Chromstahllegierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 2,3, Si- 0,28, Mn 0,37, Cr 12,6, Mo 0,98, V 4,1 und Rest Eisen gefüllt, wobei durch Rütteln eine Dichte von 5,2 g/cm3 erreicht wurde. Bei 360 C wurde entgast, worauf ein oberer Deckel mit Absaugöffnung an das Kapselrohr angeschweißt wurde. Sodann wurde evakuiert und die Absaugöffnung verschlossen. Der eingekapselte Körper wurde in einer Argonatmosphäre bei 1050 °C und bei einem Druck von 1000 bar 3 Stunden lang heiß-isostatisch verpreßt. Dieser Verbundkörper wurde sodann auf einer Langschmiedemaschine auf einen Außendurchmesser von ca. 85 mm geschmiedet, was einer ca. 6,lfachen Verformung entspricht. Nach dem Schmieden wurde geglüht, worauf durch mechanische Bearbeitung, Ablängen, Drehen, und Wärmebehandlung ein Extruderzylinder gefertigt wurde.
    • Beispiel 2:
  • Ein Maschinenhohlzylinder für Kunststoffverarbeitungsmaschinen wurde in der Weise hergestellt, daß ein zylindrisches Hüllenrohr aus 16MnCr5 mit einem Außendurchmesser von 85 mm, einem Innendurchmesser von 45 mm und einer Länge von 650 mm mit einem aus der Schmelze sphärisch gebildeten, ein Schüttgewicht von etwa 66 % aufweisenden Pulver aus einer ledeburitischen Chromstahllegierung der Zusammensetzung in Gew.-% C 2,2, Si 0,28, Mn 0,37, Cr 12,6, Mo 0,98, V 4,1, Rest im wesentlichen Eisen zur Gänze gefüllt, durch Evakuieren verdichtet und gasdicht an den Rohrenden mittels aufgeschweißter runder Abdeckplatten verschlossen wurde. Sodann wurde der Rohling in eine Vorrichtung zum heiß-isostatischenPressen eingebracht und bei einer Temperatur von 1060 °C und einem Argon-Gasdruck von 1000 bar drei Stunden lang unterworfen und sodann an ruhender Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach dem Abtrennen der Platten durch Absägen der beiden äußersten Rohrenden wurde mittels eines Lochbohrwerkes das Hohl von 24 mm Durchmesser ausgebildet und wärmebehandelt.
    • Beispiel 3:
  • Analog zu Beispiel 1 wurde ein Zylinder für Kunststoffverarbeitungsmaschinen hergestellt, wobei in ein Hüllenrohr entsprechend Beispiel 1 mit einem Außendurchmesser von 210 mm und einem Innendurchmesser von 85 mm ein zentrisch angeordneter Innenstab aus Automatenstahl mit einem Außendurchmesser von 50 mm vorgesehen wurde. Der Zwischenraum wurde mit einem Pulver aus ledeburitischem Chromstahl gefüllt. An Stelle des Kapselrohres wurde das Hüllenrohr an seinen Enden mit Stahlblechscheiben verschlossen. Sonst wurde analog Beispiel 1 vorgegangen.
    • Beispiel 4:
  • In ein Kapselrohr mit einem Bodenblech aus unlegiertem Baustahl und einem Außendurchmesser von 215.mm, einem Innendurchmesser von 212 mm und einer Länge von 900 mm wurde ein Hüllenrohr aus einer Legierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,45, Si 0,3, Mn 0,7 und Rest Eisen mit einem Außendurchmesser von 210 mm und einem Innendurchmesser von 85 mm und einer Länge von 900 mm eingebracht. In dieses Rohr wurde ein Pulver folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 3,3, Cr 12,8, V 4,-5, Mo 1,1, W 1,0 und Rest Eisen gefüllt, wobei durch Rütteln eine Dichte von ca. 65 % erreicht wurde. Bei 370 C wurde entgast, worauf ein oberer Deckel mit Absaugöffnung an das Kapselrohr angeschweißt wurde. Sodann wurde evakuiert und die Absaugöffnung verschlossen. Der eingekapselte Körper wurde in Argonatmosphäre bei 1080 °C und einem Druck von 1050 bar 3 Stunden lang heiß-isostatisch verpreßt. Dieser Verbundkörper wurde sodann auf einer Langschmiedemaschine auf einen Außendurchmesser von ca. 90 mm geschmiedet, was einer 5,4fachen Verformung entspricht. Nach dem Schmieden wurde wärmebehandelt, worauf durch mechanische Bearbeitung und weitere Wärmebehandlung ein Extruderzylinder gefertigt wurde.
    • Beispiel 5:
  • Es-wurde analog Beispiel 4 verfahren, wobei ein Pulver einer Kobaltbasislegierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,25, Cr 8,25, Mo 5,5 und Rest Kobalt verwendet wurde.
  • Es kann auch ein Hüllenrohr verwendet werden, das eine Innenbeschichtung, z.B. elektrolytisch abgeschieden aus Nik- kel od.dgl., aufweist, die als Haftvermittler zwischen dem Material des Hüllenrohres und dem Pulver auftreten kann.
  • Bei allen angeführten Beispielen war ein vollflächiger Verbund zwischen dem Hüllenrohr und dem Innenteil eingetreten, wobei beispielsweise bei der Kobalthartlegierung gemäß Beispiel 5 folgende Eigenschaftsverbesserungen durch das heißisostatische Verpressen bzw. durch heiß-isostatisches Verpressen und Schmieden erreicht werden können.
    Figure imgb0001

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Maschinenhohlzylinders für Kunststoffverarbeitungsmaschinen mit einem Außenrohr und zumindest einem Innenrohr aus unterschiedlichen, metallischen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß in ein Hüllenrohr, welches gegebenenfalls in einem Kapselrohr angeordnet wird, aus einer zähfesten Legierung, z.B. Stahl, eine Füllung aus einem eine Schüttdichte von zumindest 60 % der Dichte des kompakten Werkstoffes aufweisenden, pulverförmigen hochverschleißfesten, insbesondere hochwarmverschleißfesten und/oder korrosionsbeständigen Werkstoff, gegebenenfalls im vorgepreßten und/oder vorgesinterten Zustand und vorzugsweise unter Aussparung eines, insbesondere zentralen, Hohlbereiches des Hüllenrohres, eingebracht wird, gegebenenfalls verdichtet, und an den Hüllenrohrenden bzw. Kapselrohrenden verschlossen, worauf oder bevor evakuiert wird und das so verschlossene Rohr, z.B. in einer Schutzgasatmosphäre, bei zumindest 900 °C, jedoch unterhalb der Schmelzpunkte der metallischen Werkstoffe und einem Druck von zumindest 900 bar verpreßt wird und daß, gegebenenfalls nach einer Wärmebehandlung, der so erhaltene Verbundkörper, welcher einen vollflächigen metallischen Verbund zwischen Hüllenrohr und verdichtetem Werkstoff aufweist, materialabhebend, insbesondere spanabhebend, zu einem Maschinenhohlzylinder bearbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Hohlbereich durch einen Füllkörper, vorzugsweise aus einem leicht zerspanbaren Material, z.B. Automatenstahl, ausgespart wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr als Füllkörper verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper vor seiner mechanischen Weiterverarbeitung zu einem Maschinenhohlzylinder einer Warmverformung, insbesondere Schmiedung, mit einer zumindest 1,3fachen, insbesondere zumindest 2fachen Verformung, unterworfen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff zur Füllung des Hüllenrohres eine schwer verformbare Eisenbasislegierung, insbesondere ein ledeburitischer Chromstahl verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als hochverschleißfeste Legierung eine Kobaltbasislegierung verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllenrohr eine Innenbeschichtung aus einem Haftvermittler, z.B. Nickel, aufweist.
EP83890234A 1982-12-23 1983-12-22 Verfahren zur Herstellung eines Maschinenhohlzylinders für Kunststoffverarbeitungsmaschinen Withdrawn EP0114593A1 (de)

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