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Verfahren zum Auftrags-und Verbindungsschweissen an Manganhartstahl
Bisher konnten Verbindung-und Auftragsschweissen an Manganhartstählen mit 1, 2% C und 12-14% Mn nur mit austenitischen Zusatzdrähten vorgenommen werden. Als Zusatzdrähte dienten entweder ein austenitischer Draht mit 0-1% C, 7% Mn, 5% Ni und 18% Cr, oder
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Manganhartstahl die beiden austenitischen Legierungen ineinanderfliessen zu lassen, so wie es in Fig. 16 der Untersuchung :"Übergangs- gefüge bei der Schmelzschweissung mit austenitischen Zusatzstoffen"von F. Rapatz und W. Hummitzsch (Archiv für das Eisenhüttenwesen 1934/35, S. 558) gezeigt ist.
Der Manganhartstahl selbst, obwohl er austenitisch ist und ein austenitisches Schweissgefüge ergibt, ist für seine eigene Verbindungsschweisse als Zusatzdraht weniger geeignet, weil er infolge seiner leichten Überhitzbarkeit zu grobem Gefügekorn neigt. Die Korngrenzen sind mit Manganoxyden besetzt und begünstigen ihrerseits die Entstehung von Rissen in der Schweisse. Deshalb wurde der zähe Cr-Ni-bzw. Cr-Ni-Mn-Austenit als Zusatzdraht genommen. Mit ihm war es auch möglich, nichtaustenitische Stähle an Manganhartstahl zu schweissen.
Unlegierte oder niedriglegierte Zusatzdrähte mit perlitischem oder martensitischem Gefüge geben, an Manganstahl geschweisst, in den Einbrandzonen, da, wo sich die Schweisse mit dem aufgeschmolzenen Manganhartstahl mischt, sehr spröde martensitische Übergangszonen, wie sie die Fig. 11 des oben genannten Aufsatzes zeigt. Wird eine solche Schweisse auf Zug beanspruchtoft auch ohne besondere Beanspruchung-, löst sie sich infolge ihres spröden Übergangsgefüges vom Grundwerkstoff.
Will man dennoch eine Auftrags- Verbindungsschweisse mit perlitischem oder martensitischem Charakter an einen Manganhartstahl legen, so muss man sich einer Zwischenlage aus zähem Cr-Ni-oder Cr-Ni-MnAustenit bedienen, die sowohl mit dem Manganhartstahl als auch mit der später aufgelegten perlitischen oder martensitischen Schweisse fest und ohne versprödete Übergangszone abbindet, d. h. es muss erst mit einer austenitischen Elektrode eine zähe Unterlage geschaffen werden, bevor die eigentliche Schweissung mit Elektroden, deren Gütewerte gewünscht werden, beginnt.
Erfindungsgemäss kann man diesen Vorgang durch Verwendung der bekannten ferritischen, halbferritischen, martensitischen und ledeburitischen Chromstähle als Zusatzdrähte wesentlich vereinfachen. Diese können einerseits durch die grosse Spanne ihrer Legierungsmöglichkeit alle Festigkeitsgrenzen bestreiten und haben den bemerkenswerten Vorzug, bei einer Mischung im Schmelzfluss mit Mn-Hartstahl nicht eine spröde Übergangszone, sondern einen dünnen Film aus einem sehr zähen Cr-Mn-Austenit zu bilden.
Es entsteht also durch die genannten nichtaustenitischen Zusatzdrähte beim Aufschweissen auf einen Mn-Hartstahl im Einbrand der Schweisse ein zäher, rissfester Cr-Mn-Austenit, wodurch die sonst notwendige Zwischenlage mit einer austenitischen Cr-Ni-oder Cr-Ni-Mn-Elektrode erspart wird.
Die Analyse der Cr-Stähle bewegt sich je nach den gewünschten Eigenschaften der Schweisse zwischen 0-05-3-6% C und 4-35% Cr. Der hohe Kohlenstoffgehalt des Manganhartstahles stabilisiert den Austenit im Mischungsgebiet auch bei Zusatzdrähten mit Chromgehalten von über 20% und niedrigerem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0-2%. Geringe Gehalte von Chrom-Ferrit im Austenit würden die Schweisse wenig in ihrer Zähigkeit beeinflussen. Ihre Mischung mit dem Cr-Mn-Austenit ist noch reichlich zäh. Liegt der Kohlenstoffgehalt bei 3-5% und der Chromgehalt bei 32%, so besteht das Mischungsgebiet in einer Breite von 0-1 bis 0-3 mm vorwiegend aus Cr-Mn-Austenit.
Als Verbindungsdrähte können folgende Stähle dienen :
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<tb>
<tb> g <SEP> Si <SEP> Si <SEP> e <SEP> Cr
<tb> A <SEP> ferritischer <SEP> Chromstahl <SEP> 0-15 <SEP> 1-00 <SEP> 1-0 <SEP> 21-5
<tb> B <SEP> ferritischer <SEP> Chromstahl <SEP> 0-08 <SEP> 0-53 <SEP> 0-4 <SEP> 18-5
<tb> C <SEP> halbferritischer <SEP> Chromstahl............... <SEP> 0-07 <SEP> 0-52 <SEP> 0-3 <SEP> 14-5
<tb>
Dabei erreicht der Draht A, geschweisst an 12 mm dicken austenitischen Hartstahl mit 1-14% C und 12 5% Mn eine Festigkeit von 80 bis 95 /m2 in der Schweisse.
Der Draht B erreicht eine Festigkeit von 90 bis 105 /MM in der Schweisse.
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Der Draht C erreicht eine Festigkeit von 100 bis 140 kg/mm2 in der Schweisse.
Als harter Auftragsdraht können folgende Stähle dienen :
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<tb>
<tb> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Cr
<tb> % <SEP> % <SEP> % <SEP> %
<tb> D <SEP> martensitischer <SEP> Chromstahl................ <SEP> 0.5 <SEP> 2.5 <SEP> 0.4 <SEP> 9.50
<tb> E <SEP> ledeburitischer <SEP> Chromstahl................ <SEP> 2.5 <SEP> 1.0 <SEP> 0.5 <SEP> 5.00
<tb> F <SEP> Hartlegierung........ <SEP> 3.5 <SEP> 1.0 <SEP> 0.8 <SEP> 32.00
<tb>
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Festigkeit von 190 bis 200 kg/mM, der Draht F eine Härte von 56 bis 58 R/C.
Die Schweissen A bis C lassen sich spanabhebend, die D bis F schleifend bearbeiten.
Auch können die Zusatzdrähte A bis C als weiche Auftragsschweissen dienen.
Bei allen Schweissen der Zusatzdrähte A bis F an Manganhartstahl wurde als Übergangszone von Manganhartstahl zur Schweisse ein Cr-MnAustenit festgestellt, der geprüft mit dem Mikro- Härteprüfer im Falle A bis E etwa 300-320 Mikro-
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Fall konnte ein Riss in dieser Zone ermittelt werden. Die Breiten der Mischungszone aus Cr-Mn-Austenit schwanken je nach dem Legierungsgehalt zwischen 0.1-0.8mm.
Die harten Auftragsschweissen D und E können auch noch einer Härtung unterzogen werden, ohne dass die Schweisse vom Manganhartstahl abplatzt. Dies gilt, solange der Cr-MnAustenit in der Zwischenzone erhalten bleibt.
Die Hartlegierung F, aufgeschweisst auf Manganhartstahl, hat sich als ausserordentlich widerstandsfähig gegenüber schlagartigen Beanspruchungen erwiesen.
Die Zusatzdrähte können auch Titan oder Aluminium in Gehalten bis zu 0-5% und Tantal bzw. Niob in Gehalten bis zu 1-5% aufweisen.
Schweisst man mit einem Manganhartstahl als Zusatzdraht Chromstähle in den oben angeführten Analysengrenzen, so bildet sich ebenfalls im Übergangsgebiet von Schweisse zum Grundwerkstoff ein zäher Cr-Mn-Austenit.