DE1260708B

DE1260708B - Process for the production of a steel-aluminum composite material

Info

Publication number: DE1260708B
Application number: DEM63959A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wolfgang Thiele
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1965-01-28
Filing date: 1965-01-28
Publication date: 1968-02-08
Also published as: AT254413B; CH465780A; SE311724B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

B22dB22d

Deutsche Kl.: 31 b2-19/00 German class: 31 b2- 19/00

Nummer: 1260 708Number: 1260 708

Aktenzeichen: M 63959 VI a/31 b2File number: M 63959 VI a / 31 b2

Anmeldetag: 28. Januar 1965 Filing date: January 28, 1965

Auslegetag: 8. Februar 1968Open date: February 8, 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Stahl-Aluminium-Verbundwerkstoffes, wobei mit Aluminium walzplattiertes Stahlblech als Ausgangsmaterial eingesetzt und hieran der Aluminiumanguß vorgenommen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren findet Anwendung zur Herstellung von Gegenständen aus Stahl-Aluminium-Verbundwerkstoff, die z. B. wegen ihrer Formgestaltung im Aluminiumangußverfahren nicht oder nur sehr schwierig gehandhabt werden konnten, wie Edelstahlkochgeräte mit Aluminiumbodenverstärkung, ferner zur wirtschaftlicheren Herstellung von Stahl - Aluminium - Verbundgegenständen einfacher Formgestaltung, wie Bügeleisensohlen.The invention relates to a method for producing a steel-aluminum composite material, with aluminum roll-clad sheet steel used as the starting material and on this the Aluminum gate is made. The method according to the invention is used for production of items made of steel-aluminum composite material, e.g. B. because of their design could not or only with great difficulty be handled in the aluminum sprue process, such as Stainless steel cooking appliances with aluminum base reinforcement, also for the more economical production of Steel-aluminum composite objects with a simple design, such as iron soles.

Es ist bekannt, Deckschichten aus Aluminium auf Stahl zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften anzubringen. Hierzu eignen sich unter anderem die bekannten Verfahren des Aufdampfens, Spritzens, Tauchens oder Walzplattierens von Aluminium.It is known to use top layers of aluminum on steel to improve the surface properties to attach. The known methods of vapor deposition, spraying, Dipping or roll cladding of aluminum.

Ferner ist es bekannt, mit Aluminium plattierte so Stahlbleche zu alitieren und anschließend mit einer Aluminiumschicht überzuplattieren. Nach einem weiteren bekannten Vorschlag zur Herstellung von Stahl-Aluminium-Verbundguß, wird eine Tauchbehandlung zur Erzeugung einer Aluminiumschicht vorgenommen, wobei der Eisenwerkstoff mit einer Aluminiumschmelze bis zur Ausbildung einer Eisen-Aluminium-Legierungsschicht in Kontakt gebracht und hierauf an die noch flüssige Eisen-Aluminium-Legierungsschicht ein weiterer Aluminiumanguß vorgenommen wird. Solche Verfahren befriedigen nicht in allen Fällen der technischen Praxis, da z. B. das Tauchen einerseits aufwendig ist, sich auch nur bei kleinen Gegenständen durchführen läßt und schließlich auch die Bildung von Eisen-Aluminid-Schichten unerwünschter Dicke und Sprödigkeit herbeiführt. Während das Spritzen zwar auch bei größeren Werkstücken möglich ist, wird jedoch nach jedem, wegen eines gleichmäßigen Aluminiumauftrages mehrfach erforderlichen Spritzvorganges jeweils ein Einbrennvorgang notwendig, so daß dieses Verfahren umständlich und aufwendig wird.It is also known to alitize steel sheets plated with aluminum and then with a Over-clad aluminum layer. According to another known proposal for the production of Steel-aluminum composite casting, is an immersion treatment to produce an aluminum layer made, the iron material with an aluminum melt until an iron-aluminum alloy layer is formed brought into contact and then to the still liquid iron-aluminum alloy layer another aluminum gate is made. Such methods are unsatisfactory in all cases of technical practice, since z. B. diving on the one hand is expensive, only with small objects and finally the formation of iron-aluminide layers causes undesirable thickness and brittleness. While the spraying also with larger ones Work pieces is possible, however, after each one, because of an even application of aluminum repeatedly required spraying process each a baking process necessary, so that this process becomes cumbersome and time-consuming.

Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung von Stahl-Aluminium-Verbundguß zur Verfügung zu haben, welches sich der in einer völlig gleichmäßig dicken Aluminiumschicht und in der guten Verformbarkeit bestehenden Vorteile eines Ausgangsmaterials aus walzplattiertem Stahlblech bedient und welches ferner die Ausbildung starker und spröder Eisen-Aluminid-Schichten vermeidet.It is therefore desirable to have a method for producing steel-aluminum composite castings To have available, which is in a completely evenly thick aluminum layer and in the good deformability existing advantages of a starting material made of roll-clad steel sheet and which also avoids the formation of strong and brittle iron-aluminide layers.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstückes gefunden, bei dem auf einer Verfahren zur Herstellung eines
Stahl-Aluminium-VerbundwerkstoffesIt has now been found a method for producing a composite workpiece, in which on a method for producing a
Steel-aluminum composite

Anmelder:Applicant:

Metallgesellschaft Aktiengesellschaft,Metallgesellschaft Aktiengesellschaft,

6000 Frankfurt, Reuterweg 146000 Frankfurt, Reuterweg 14

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr.-Ing. Wolfgang Thiele, 6380 Bad Homburg - -Dr.-Ing. Wolfgang Thiele, 6380 Bad Homburg - -

Seite eines Stahlbleches eine dünne Fe-Al-Legierungsschicht erzeugt und an die noch flüssige Legierungsschicht der Aluminiumanguß vorgenommen wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Vormaterial aus mit Aluminium walzplattiertem Stahlblech nur kurzzeitig über die Schmelztemperatur des Aluminiums erhitzt und eine Eisen-Aluminium-Schicht mit weniger als 20 μ Dicke erzeugt wird.Side of a steel sheet a thin Fe-Al alloy layer generated and the aluminum cast is made on the still liquid alloy layer, the characterized in that raw material made of sheet steel rolled with aluminum only briefly Heated above the melting temperature of aluminum and an iron-aluminum layer with less than 20 μ thickness is generated.

Ein solches an sich bekanntes Ausgangsmaterial weist eine Aluminiumschicht von einheitlicher Dicke und Dichte auf und ist auch frei von einer Eisen-Aluminid-Zwischenschicht und gestattet weiterhin eine praktisch beliebige Formgebung des Vormaterials, an welches dann der weitere Anguß der Aluminiumschicht erfolgen soll. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Aluminiumplattierung aus Reinaluminium oder einer Aluminiumlegierung, wie Aluminium-Magnesium-Legierung, bestehen. Geeignete Stähle sind beispielsweise normaler Kohlenstoffstahl legierter Stahl oder nichtrostender und säurebeständiger Stahl.Such a starting material known per se has an aluminum layer of uniform thickness and density and is also free of an iron-aluminide intermediate layer and still allows practically any shape of the primary material to which the further sprue of the Aluminum layer should be done. To carry out the method according to the invention, the aluminum plating made of pure aluminum or an aluminum alloy, such as aluminum-magnesium alloy, exist. Suitable steels are, for example, normal carbon steel or alloy steel stainless and acid-proof steel.

Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird das mit Aluminium plattierte Stahlblech einer nur kurzzeitigen Erhitzung über die Schmelztemperatur des Aluminiums ausgesetzt mit der Maßgabe, daß eine gleichmäßig dünne Eisen-Aluminium-Legierungsschicht von weniger als 20 μ Dicke erzeugt wird. Mit dieser Maßnahme wird die Ausbildung einer übermäßig dicken Legierungszwischenschicht, wie sie bei der Nacherhitzung tauchveraluminierter Eisenwerkstoffe auftritt, verhindert, da diese wegen ihrer Sprödigkeit kaum verformbar ist.According to the method of the invention, the aluminum clad steel sheet becomes a temporary one Exposure to heating above the melting temperature of the aluminum with the proviso that a uniformly thin iron-aluminum alloy layer of less than 20 μ thickness is produced. With this measure will result in the formation of an excessively thick intermediate alloy layer, as in the case of the post-heating of dip-aluminized ferrous materials occurs, as this is prevented because of their Brittleness is hardly deformable.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die walzplattierte Aluminiumschicht 8 Sekunden, vorzugsweise 4 Sekunden, zu erhitzen.When carrying out the method according to the invention, it has proven to be advantageous to use the roll clad aluminum layer to heat 8 seconds, preferably 4 seconds.

Während eine solch kurze Erhitzungsdauer die Aufschmelzung des Aluminiums bewirkt, wird eineWhile such a short heating time causes the aluminum to melt, one becomes

809 507/529809 507/529

Eisen-Aluminium-Legierungsschicht nur geringer Dicke gebildet, die im allgemeinen kleiner als 15 μ ist.Iron-aluminum alloy layer formed only small thickness, which is generally smaller than 15 μ is.

Eine solche Hitzebehandlung des Verbundwerkstoffes erfolgt in bekannter Weise, z. B. in denjenigen Formvorrichtungen, in denen auch der weitere Anguß der Aluminiumschicht im z. B. Druckgießverfahren vorgesehen ist. Üblicherweise wird eine solche Hitzebehandlung mit Spezial-Gasbrennern vorgenommen, welche die entscheidende und rasche Durchschreitung des kritischen Temperaturgebietes von etwa 600° C gestatten, so daß auch keine Trennung der beiden Verbundwerkstoffe eintritt. Üblicherweise haben solche Bleche bei einer Gesamtdicke von 0,1 bis 1,5 mm eine Aluminiumplattierung von 3 bis 80% der Gesamtdicke.Such a heat treatment of the composite material is carried out in a known manner, for. B. in those Forming devices in which the further sprue of the aluminum layer in the z. B. Die casting process is provided. Such a heat treatment is usually carried out with special gas burners made, which is the decisive and rapid passage through the critical temperature range of about 600 ° C, so that no separation of the two composite materials occurs. Usually such sheets have an aluminum plating of 3 to with a total thickness of 0.1 to 1.5 mm 80% of the total thickness.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Weg aufgezeigt, auch solche Gegenstände aus Eisen-Aluminium-Verbundwerkstoffen vorteilhaft einem Aluminiumangußverfahren zuzuführen, die wegen ihrer Formgestaltung bisher nicht oder auch nur in teils unvollkommener Weise mit einem zusätzlichen Aluminiumanguß versehen werden konnten, z. B. Edelstahlkochgeräte aus Stahl-Aluminium-Verbundblech mit zusätzlich erfolgter Bodenverstärkung durch Aluminiumanguß. In den Fällen aber, in denen Gegenstände einfacher Form überzogen und mit einem Anguß versehen werden sollen, bringt das erfindungsgemäße Verfahren eine wesentliche Vereinfachung der Verfahrensdurchführung bei gleichzeitig verbesserter Qualität und hoher Gleichmäßigkeit des angestrebten Verbundwerkstoffes.The method according to the invention shows a way of including such objects made of iron-aluminum composite materials advantageous to supply an aluminum sprue process, which because of their shape so far not or only in partly imperfectly could be provided with an additional aluminum gate, z. B. Stainless steel cooking appliances made of steel-aluminum composite sheet with additional floor reinforcement through aluminum casting. In those cases, however, in which objects of a simple shape are coated and with are to be provided with a sprue, the inventive method brings a significant simplification the execution of the process with improved quality and high uniformity at the same time of the desired composite material.

In besonders günstiger Weise eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von Bügeleisensohlen. Während z. B. bei bekannten Her-Stellungsprozessen von Bügeleisensohlen aus Verbundwerkstoff der Eisenwerkstoff, z. B. Edelstahlblech, in die Aluminium- oder Aluminiumlegierungsschmelze eingebracht oder mit einer solchen behandelt, das in dieser Weise vorbereitete Blech mit der erstarrten Aluminiumschicht in die Form eingebracht, dort die Aluminiumschicht wieder verflüssigt und hieran der Anguß vorgenommen werden mußte, verwendet demgegenüber das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher und technisch fortschrittlicher Weise direkt ein Stahlblech mit plattierter Aluminiumschicht hoher Gleichmäßigkeit und Dichte, welches Vormaterial auch unmittelbar in der Form der an sich bekannten Angußbehandlung zugeführt wird. An Hand des nachstehenden Beispiels wird die Erfindung näher erläutert:The process according to the invention is particularly suitable for the production of Iron soles. While z. B. in known manufacturing processes of iron soles made of composite material the ferrous material, e.g. B. stainless steel sheet, in the aluminum or aluminum alloy melt introduced or treated with such, the sheet prepared in this way with The solidified aluminum layer is introduced into the mold, where the aluminum layer is liquefied again and the sprue had to be made on this, uses the inventive Method in a simple and technically advanced way directly a steel sheet with clad Aluminum layer of high uniformity and density, which raw material is also directly in the Form of the known sprue treatment is supplied. Using the example below the invention is explained in more detail:

example

Für die Herstellung von bimetallischen Verbundgußsohlen für Bügeleisen verwendet man z. B. 0,4 mm dickes Blech aus nichtrostendem Chrom-Nickel-Stahl mit 18 % Chrom und 8 % Nickel mit einer einseitigen Aluminium-Walzplattierschicht von etwa 0,1 mm oder mehr. Ein solches in die Druckgießform eingelegtes Verbundblech wird dann auf der Aluminiumseite mit einem Spezialgasbrenner in etwa 5 Sekunden zum Aufschmelzen gebracht, wobei sich eine etwa 12 μ dicke Eisen-Aluminid-Zwischenschicht ausbildet. Die Aluminiumsohle wird an den noch flüssigen restlichen Aluminiumüberzug mit einer handelsüblichen Aluminiumlegierung, z. B. vom Typ AlSi6Cu3, angegossen.For the production of bimetallic composite cast soles for irons you use z. B. 0.4 mm thick sheet made of stainless chromium-nickel steel with 18% chromium and 8% nickel with a one-sided roll clad aluminum layer of about 0.1 mm or more. Such in the die casting mold inserted composite sheet is then on the aluminum side with a special gas burner in Brought about 5 seconds to melt, with an about 12 μ thick iron-aluminide intermediate layer trains. The aluminum sole is attached to the remaining liquid aluminum coating a commercially available aluminum alloy, e.g. B. of the type AlSi6Cu3, cast.

Claims

Patent claims:

1. A method for producing a composite workpiece, in which on one side of a steel sheet a thin Fe-Al alloy layer is created and attached to the still liquid alloy layer the aluminum casting is carried out, characterized in that the starting material is made of sheet steel rolled with aluminum only briefly heated above the melting temperature of aluminum and an iron-aluminum layer is produced with a thickness of less than 20 μ.

2. The method according to claim 1, characterized in that the roll-clad aluminum layer 8 seconds, preferably 4 seconds, is heated.

3. Application of the method according to claims 1 and 2 to the manufacture of iron soles and cooking utensils made of cast steel and aluminum.

Considered publications:
German Patent No. 843 139;
Swiss Patent No. 311312;
"Foundry", 44 (1957), 20, pp. 593 to 602.