專利名稱：用于制備復(fù)合金屬半成品的方法
用于制備復(fù)合金屬半成品的方法本方法涉及復(fù)合金屬半成品及用于制備復(fù)合金屬半成品的方法。在DE 23 55 745中涉及一種用于生產(chǎn)復(fù)合金屬工件的方法，尤其是輥身，它具有外殼并具有不同特性或組成的核。根據(jù)此方法，首先不斷地在具有生產(chǎn)工件形狀的鑄模中澆注液態(tài)的第一金屬。此金屬可以冷卻直至獲得所期望強度的凝固的外殼。所剩余的第一金屬的液態(tài)部分被引走，并且它同時由具有相對于第一金屬不同特性和/或組成的第二金屬替換，其應(yīng)當(dāng)形成工件的核。此外，這種第二金屬通過鑄模的上部導(dǎo)入。在DE 25 53 402描述了用于生產(chǎn)復(fù)合軋輥的方法和裝置，其中包含由高硬度和耐磨性的第一金屬構(gòu)成的外殼和由第二金屬構(gòu)成的、形成軋輥的核的核段和頸段。所述的外殼以具有預(yù)定外徑和預(yù)定強度的空心圓柱體的形式澆注。設(shè)置了模的排列方式，其中所述的外殼置于用于形成軋輥頸部的模段上且外殼和模段的長軸在垂直方向移動。隨后，將由電渣熔料構(gòu)成的電極置入外殼和模頸段的內(nèi)部，其由化學(xué)組成如此選擇的材料預(yù)制而成，使得由此在熔化和重新凝固后，核由第二金屬構(gòu)成，且電極如此熔化，使得外殼和模段的內(nèi)部被填充。在此現(xiàn)有技術(shù)中，存在著在內(nèi)部和外部材料之間形成殘渣的風(fēng)險，以致于在混合區(qū)內(nèi)兩種金屬沒有結(jié)合是可能的。在WO 97/32112中公開了一種渦輪軸，特別是蒸汽渦輪，其沿著轉(zhuǎn)軸定向，且包括第一軸指向的具有最大半徑的區(qū)域和與此鄰接的第二軸指向的具有最大半徑R2 > Rl的區(qū)域，其中第一區(qū)域具有在第一溫度使用的第一基礎(chǔ)材料和第二區(qū)域具有在相對于第一溫度更低的第二溫度使用的、各自含有8. 0至12. 5重量％鉻的鋼合金的第二基礎(chǔ)材料，它們各自的奧氏體化溫度大致是相同的。在中空圓柱體的內(nèi)部，由第二材料構(gòu)成的電極依據(jù) ESU-方法熔化，使得這里也可以預(yù)見到如前所述相似的問題。本發(fā)明主題的目標(biāo)在于，提供用于制備復(fù)合金屬半成品的方法，借助于此可以生產(chǎn)大量的由不同金屬或金屬合金構(gòu)成的用于多種應(yīng)用情況的各種半成品。此外，建議用于制備復(fù)合金屬半成品的裝置，其構(gòu)造簡單且適合用于由不同金屬或金屬合金生產(chǎn)各種復(fù)合金屬半成品。最后，應(yīng)介紹復(fù)合金屬半成品，其兩種金屬或金屬合金在限定的過渡區(qū)域內(nèi)具有良好的結(jié)合。這個目標(biāo)可以通過用于制備復(fù)合金屬半成品的方法實現(xiàn)，通過在由第一金屬或第一金屬合金構(gòu)成的作為熔鍋構(gòu)建的基體中置入由第二金屬或第二金屬合金構(gòu)成的電極，且所述的電極在供電情況下于基體內(nèi)部熔化，如此設(shè)計使得，基體的第一金屬或第一金屬合金在限定截面上熔化，其中這兩種金屬或這兩種金屬合金在其凝固后形成由兩種金屬或兩種金屬合金構(gòu)成的無殘渣的混合區(qū)。本發(fā)明方法的有利的改進方案，是由所屬的根據(jù)方法的從屬權(quán)利要求得出。這個目標(biāo)也通過用于制備復(fù)合金屬半成品的裝置實現(xiàn)，其至少包含有底的冷卻罐，其容納了由第一金屬或第一金屬合金構(gòu)成的基體，其中所述的基體以限定的距離相對于冷卻罐壁放置，且基體包含底部元件；置入基體內(nèi)的且由第二金屬或第二金屬合金構(gòu)成的在VAR-條件下熔化的電極；以及冷卻介質(zhì)，其填充于基體和壁之間的空間，其中基體在其上端區(qū)域通過可移除的法蘭封閉。本發(fā)明裝置的有利的改進方案，是由所屬的具體的從屬權(quán)利要求得出。這個目標(biāo)也通過復(fù)合金屬半成品實現(xiàn)，其由由第一金屬或第一金屬合金構(gòu)成的基體，和基體里的由第二金屬或第二金屬合金構(gòu)成的優(yōu)選在VAR-條件下熔化的電極組成，其中在這兩種金屬或這兩種金屬合金之間產(chǎn)生由兩種金屬或兩種金屬合金構(gòu)成的限定截面的無殘渣混合區(qū)。本發(fā)明復(fù)合金屬半成品的有利的改進方案，是由所屬的具體的從屬權(quán)利要求得
出ο所述的冷卻罐優(yōu)選由鋼或鋼合金構(gòu)成。作為用于作為熔鍋構(gòu)建的基體的材料可以使用金屬，例如使用第一鎳基、鐵基、鈷基或鈦基合金，而所述的電極由金屬或金屬合金，例如第二鎳基、鐵基、鈷基或鈦基合金構(gòu)成。根據(jù)之后的應(yīng)用情況還可以使用由第一和第二合金構(gòu)成的混合物。本發(fā)明的主題不僅限于提到的基礎(chǔ)合金，更多地可以取決于應(yīng)用情況使用替代的、不同需求的金屬或合金。同樣可以考慮，由軟的或硬的材料作為電極制造熔鍋。專業(yè)人士會根據(jù)進一步加工的領(lǐng)域或?qū)K產(chǎn)品的要求選擇適合的材料。在制備復(fù)合金屬半成品時的特別優(yōu)勢是，如果所使用的金屬或者金屬合金具有相似的熱傳導(dǎo)性。通過此措施可以實現(xiàn)所使用的材料的特別緊密的無殘渣的結(jié)合和均勻的混
合區(qū)ο通過本發(fā)明的方法，或者本發(fā)明的裝置將形成復(fù)合金屬半成品，其在介于外部和內(nèi)部金屬之間限定截面的區(qū)域包括由兩種金屬或兩種金屬合金構(gòu)成的無殘渣的混合區(qū)。通過此措施形成兩種金屬或兩種金屬合金之間無殘渣的緊密結(jié)合，其使得良好的再加工(例如通過鍛造)成為可能，其中兩種金屬或兩種金屬合金的優(yōu)點得以保留。通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的復(fù)合金屬半成品可以隨后經(jīng)過適合的加工步驟，如擠壓、皮爾格軋法(Pilgern)、輥軋、鍛造或拉伸成型成產(chǎn)品，如線材、板材、帶材或棒材。表1描述了一些所選擇的合金，如其可以應(yīng)用于制造根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合金屬半成
P
ΡΠ O 本發(fā)明的主題借助實施例描繪于附圖
中，并描述如下。唯一的附圖作為原理圖顯示了用于制備復(fù)合金屬半成品的裝置。在例如由鋼或鋼合金構(gòu)成的、具有向下封閉的底2的冷卻罐1內(nèi)，置入由第一金屬合金(例如鎳基合金)構(gòu)成的、作為管狀構(gòu)件構(gòu)建的基體3。所述的管狀構(gòu)件3在其下端區(qū)域通過底部元件4封閉。所述的底部元件4可以與構(gòu)件3焊接或者在構(gòu)件3上一體化成型。構(gòu)件3在其上部區(qū)域通過可移除的法蘭5封閉，其與構(gòu)件3例如通過螺栓連接進行有效連接(此處未顯示)。所述的法蘭5具有凹槽(AUsnehmimg)6，通過其置入由第二種金屬合金(例如另一種鎳基合金)構(gòu)成的電極7。所述的構(gòu)件3以相對于冷卻罐1的壁8以限定的距離a放置，其中空間用冷卻介質(zhì)(如水)填充，冷卻介質(zhì)自下而上流過冷卻罐1。電極7在VAR-條件下熔化時，電極7的材料9自下而上地上升，在管狀構(gòu)件3的內(nèi)部熔化。由于所選的一方面管狀構(gòu)件3的和另一方面電極7的金屬合金，管狀構(gòu)件3的內(nèi)壁10將在指定的截面b上熔化，從而復(fù)合金屬半成品在凝固狀態(tài)下存在由兩種金屬合金構(gòu)成的無殘渣的混合區(qū)。
唯一的實施例說明，所述的熔鍋材料可替代地由合金617構(gòu)成，而電極可以是由相同的或另一種材料，例如合金C-263形成。兩種材料為鎳基合金，但是其具有不同的材料特性。如已經(jīng)描述的，本發(fā)明的主題不僅限于鎳基合金，取決于終產(chǎn)品的應(yīng)用情況，也就是說，還可以使用其他金屬或合金。在該關(guān)聯(lián)中參考表1，其包含為了構(gòu)建最佳的無殘渣混合區(qū)c而具有相似的熱膨脹系數(shù)的其他材料組合。附圖標(biāo)記表1冷卻罐2 底部3基體(熔鍋)4底部元件5 法蘭6 凹槽7 電極8 壁9 材料10基體內(nèi)壁a)基體(3)_壁⑶的距離b)基體(3)的熔化截面c)電極(7)和基體(3)之間的混合區(qū)表 1熱傳導(dǎo)性值[W/mK]
權(quán)利要求
1.制備復(fù)合金屬半成品的方法，其是通過在作為熔鍋構(gòu)建的由第一金屬或第一金屬合金構(gòu)成的基體(3)中，置入由第二金屬或第二金屬合金制成的電極(7)，且所述的電極(7) 在供電情況下于基體(3)的內(nèi)部熔化，如此設(shè)計使得，基體(3)的第一金屬或第一金屬合金在限定截面(b)上熔化，其中這兩種金屬或這兩種金屬合金在其凝固后形成由兩種金屬或金屬合金構(gòu)成的無殘渣的混合區(qū)(C)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的基體⑶相對于冷卻罐⑴的壁⑶以限定的距離(a)放置，且基體(3)和壁(8)之間的空間由冷卻介質(zhì)流過。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述的基體(3)和壁⑶之間的空間用水冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其特征在于，水以限定的溫度和流速自下而上流過基體(3)和壁⑶之間的空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述的電極(7)在VAR-條件下于基體(3)的內(nèi)部無殘渣地熔化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法，其特征在于，使用中空體，特別是中空的圓柱體作為基體(3)，其在其下端區(qū)域與底部元件(4)進行有效連接，并在其上端區(qū)域通過可移除的法蘭(5)封閉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于，作為用于中空體(3)的材料使用鎳基、鐵基、鈷基或鈦基合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其特征在于，作為電極材料(7)使用鎳基、鐵基、鈷基或鈦基合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的方法，其特征在于，將由此產(chǎn)生的半成品成型成線材、板材、帶材或棒材。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一的方法，其特征在于，所述的半成品通過擠壓、皮爾格軋法、輥軋、鍛造或拉伸轉(zhuǎn)變成其最終的形狀。
11.用于制備復(fù)合金屬半成品的裝置，至少包括具有底部(2)的冷卻罐(1)，其容納由第一金屬或第一金屬合金構(gòu)成的基體(3)，其中所述的基體(3)以限定的距離(a)相對于冷卻罐⑴的壁⑶放置且基體⑶包括底部元件⑷；置入基體⑶內(nèi)的且由第二金屬或第二金屬合金構(gòu)成的在VAR-條件下熔化的電極(7)；以及填充于基體(3)和壁⑶之間的空間的冷卻介質(zhì)，其中基體(3)在其上端區(qū)域通過可移除的法蘭(5)封閉。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，所述的法蘭(5)與基體(3)通過螺栓而連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的裝置，其特征在于，所述的冷卻介質(zhì)由水形成，其自下而上流過冷卻罐(1)。
14.復(fù)合金屬半成品，其由基體(3)和在所述基體內(nèi)的在VAR-條件下熔化的電極(7) 組成，所述基體(3)由第一金屬或第一金屬合金構(gòu)成，所述電極(7)由第二金屬或第二金屬合金構(gòu)成，其中在這兩種金屬或這兩種金屬合金之間產(chǎn)生由這兩種金屬或這兩種金屬合金構(gòu)成的限定截面的無殘渣的混合區(qū)(C)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的半成品，其特征在于，作為中空體構(gòu)建的基體(3)由與電極(7) 不同的金屬或不同的金屬合金構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15之一的半成品，其特征在于，所述的中空體(3)由第一鎳基、 鐵基、鈷基或鈦基合金構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16之一的半成品，其特征在于，所述的電極(7)由第二鎳基、鐵基、鈷基或鈦基合金構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17之一的半成品，其特征在于，所述的中空體(3)和電極(7) 由具有大約相同的熱膨脹系數(shù)的合金構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制備復(fù)合金屬半成品的方法，通過在作為熔鍋構(gòu)建的由第一金屬或第一金屬合金構(gòu)成的基體中，置入由第二金屬或第二金屬合金制成的電極，且所述的電極在供電情況下于基體的內(nèi)部熔化，如此設(shè)計使得，基體的第一金屬或第一金屬合金在限定截面上熔化，其中這兩種金屬或這兩種金屬合金在其凝固后形成由這兩種金屬或這兩種金屬合金構(gòu)成的無殘渣的混合區(qū)。
文檔編號C22C1/02GK102171371SQ200980138333
公開日2011年8月31日 申請日期2009年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日
發(fā)明者C·迪默其, J·克勞爾 申請人:蒂森克魯普德國聯(lián)合金屬制造有限公司