<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen Auftragschweissstab, bestehend aus einem Metallbehältnis mit einem Kern aus einem Auftragschweissmaterial, wobei als Auftragschweissmaterial eine Komposition verwendet wird, die Vanadium, Wolfram, Chrom und Kohlenstoff enthält, um die Abriebbeständigkeit und Schlagfestigkeit zu verbessern.
Das Auftragschweissen von Substraten, z. B. von Metalloberflächen (Welding Handbook, 3. Auflage, American Welding Society, The Oxy-Acetylene Handbook, 11. Auflage) ist eine übliche industrielle Massnahme, z. B. wird gegossenes, aus Einzelstücken bestehendes Wolframcarbid (W C-WC) oder mit Kobalt verbundenes WC, üblicherweise in einer Stahlröhre ummantelt, mittels Auftragschweissverfahren auf Legierungen mit Eisen als Grundmetall niedergeschlagen, um abriebbeständige Schneidewerkzeuge herzustellen, Ausrüstung zum Bewegen von Erde u.
dgl. Man hat jedoch gefunden, dass das Auftragschweissmaterial, möglicherweise wegen der verschiedenen physikalischen Eigenschaften des Grundmetalls und von Wolframcarbid, die Tendenz hat, sich ungleichmässig in dem geschmolzenen Teil des Metallsubstrates zu verteilen, woraus sich eine unerwünschte Veränderung der Härte der erstarrten Oberflächen ergeben kann, die dem Auftragschweissen unterzogen wurden.
Während des Niederschlages sowohl von gegossenem als auch von mit Kobalt verbundenem Wolframcarbid auf Eisen- und Stahlsubstraten löst das geschmolzene Eisen in dem Substrat etwas Wolframcarbid und beim Abkühlen fallen gemischte Carbide aus, (FeW) C und FeMC gemäss der Formel
EMI1.1
woraus sich eine Verarmung an niedergeschlagenem Wolfram ergibt, was zu einer weniger abriebbeständigen Phase führt.
In Fällen, bei denen Wolframcarbid beim Auftragschweissen (hard facing) verwendet wird, ist ein relativ hohes Gewicht von Wolframcarbid für ein sachgemässes Auftragschweissen erforderlich, u. zw. wegen der hohen Dichte des Wolframcarbid.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, einen Auftragschweissstab zum Auftragschweissen zu entwickeln, bei dem ein Material verwendet wird, das Vanadium und Chromcarbid enthält in Kombination mit Wolfram und Kohlenstoff, um eine auftraggeschweisste Oberfläche (hard-faced surface) herzustellen, welche eine Abriebbeständigkeit aufweist, die wenigstens vergleichbar ist mit jenen Abriebbeständigkeiten, die mit konventionellem Wolframcarbid erreicht werden können.
Andere Ziele ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus den Ansprüchen zusammen mit der Zeichnung, welche eine graphische Darstellung der Versuchsdaten zeigt, die mit Auftragschweissstäben der Erfindung erreicht wurden.
Die Erfindung betrifft demnach einen Auftragschweissstab, bestehend aus einem Metallbehältnis mit einem Kern aus einem Auftragschweissmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragschweissmaterial im wesentlichen aus chemisch gebundenem Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff besteht, u. zw. im Gewichtsverhältnis von 0, 75 VC, 0,25 WC und ungefähr 5 bis 40 Gew.-% Chromcarbid CrC. wobei 0 bis 100% des Chromcarbids chemisch gebunden sind mit dem chemisch gebundenen Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff in Form eines Vanadium-, Wolfram- und Chromcarbids der empirischen Formel :
EMI1.2
und Nickel enthält.
Der Kobaltgehalt im Auftragschweissmaterial beträgt vorzugsweise 3 bis 5%.
Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um das oben beschriebene Aüftragschweiss- material aus konventionellen Ausgangsmaterialien herzustellen, einschliesslich elementares Vanadium, Wolfram, Chrom und Kohlenstoff ; die bevorzugte Form des Auftragschweissmaterials für die Erfindung ist ein aus Einzelstücken bestehendes, kaltgepresstes und gesintertes, in einer
<Desc/Clms Page number 2>
Wasserstoffatmosphäre oder im Vakuum gesintertes Material, das danach granuliert wird : siehe das im folgenden beschriebene Beispiel. In diesen Beispielen werden die aus Vanadium, Wolfram, Chrom und Kohlenstoff bestehenden Materialien vermischt, verdichtet und bei erhöhten Temperaturen (ungefähr 1200 bis 1600 C) in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert, u. zw. für Zeitperioden, z.
B. 1/2 bis 3 h, die ausreichen, um das vorhin beschriebene Material herzustellen.
Das Metallbehältnis des erfindungsgemässen Auftragschweissstabes besteht z. B. aus einer Röhre, die aus den dafür üblichen Metallen besteht,. z. B. Eisen, Stahl, Aluminium, Kupfer u. dgl.
Das Auftragschweissverfahren mit Hilfe des erfindungsgemässen Auftragschweissstabes kann zusammen mit bekannten Gas- und elektrischen Schweissverfahren verwendet werden, z. B. Gasschweissen, Lichtbogenschweissen und andere Verfahren, die in dem Buch "Master Chart of Welding Processes" - American Welding Society [1969] beschrieben werden, u. zw. unter Verwendung von üblichen Flussmitteln.
Das Auftragschweissverfahren kann auch verwendet werden mit dem bekannten Plasmaflammsprühen oder mit Beschichtungsverfahren (Flame Spray Handbook, Band III, METCO INC. [1965].
Beim Auftragschweissverfahren von Metallsubstraten mit Hilfe der oben erwähnten konventionellen Verfahren wird das Metallsubstrat mit dem aufgetragenen Hartschweissmaterial metallurgisch verbunden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Materialien für die Verwendung als Auftragschweisskompositionen.
Beispiel 1 : Die folgenden Materialien wurden verwendet, um eine kaltgepresste, gesinterte Auftragschweisskomposition zu erhalten, welche 90 Gew.-% von 0, 75 VC, 0, 25 WC + 3% Co enthält und 10 Gew.-% Cr, C : a) 3111, 8 g eines kommerziell erhältlichen Materials, das gemischtes V 2 C + VC enthält, der Korngrösse 0, 23 mm und kleiner ; die Analyse zeigte : 84, 69% V, 13, 20% C, 1, 10% 0.
Rest Feuchtigkeit und zufällige Verunreinigungen. b) 244, 5 g Acheson G39 Graphitpulver, Korngrösse 0, 074 mm und kleiner. c) 135 g Kobaltpulver, extra fein. d) 1024, 3 g Wolframpulver (2 p).
EMI2.1
EMI2.2
<tb>
<tb> C <SEP> 2)86, <SEP> 67% <SEP> Cr <SEP> 0, <SEP> 04% <SEP> 0 <SEP>
<tb> 12, <SEP> 60% <SEP> C <SEP> 0, <SEP> 29% <SEP> Fe <SEP>
<tb>
Die Pulver wurden in eine Kugelmühle gebracht, die einen Inhalt von 28, 32 dm3 aufwies ; weiterhin hatte sie 34 kg von Kugeln von 12 mm Durchmesser ; gemahlen wurde 18 h lang bei 57 Umdr/min. Nach 18stündigem Mahlen wurde das Material zu Pellets gepresst, u. zw. in einer Pressform von 5 cm Durchmesser, und mit einem Gewicht von 50 Tonnen. Die Pellets wurden zu Granulaten zerstossen.
Die Granulate wurden in Graphitboote gebracht und gesintert, u. zw. in einem Molybdän-Widerstandsofen, durch den Wasserstoff geleitet werden kann. Der Sinterzyklus bestand aus folgenden Schritten : Das Graphitboot wurde 1 h lang hinter die Ofentür gestellt, um restliche atmosphärische Gase auszutreiben. Das Boot wurde dann in die Zone von 900 bis 1200 C gebracht, um irgendwelche vorhandenen restlichen Oxyde zu reduzieren und um die Reduktionsprodukte zu entfernen. Das Boot wurde dann in die heisse Zone von 1500oC gebracht, u. zw. für 1 1/2 h, um das kaltgepresste Material zu sintern. Das Boot wurde dann aus der heissen Zone in eine wassergekühlte Kammer gestossen, und dann innerhalb von 15 min auf Zimmertemperatur abgekühlt.
Die Granulate waren leicht miteinander verbunden, durch einen Backenbrecher konnten sie aber voneinander getrennt werden. Abgesehen von dem Kobalt und Cr, C wurde das Material aus chemisch gebundenem Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff gebildet, O, 75VC, O, 25WC ; die Analyse zeigte (Gew.-%) :
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<tb>
<tb> v <SEP> 51, <SEP> 19% <SEP> Co <SEP> 3,75%
<tb> W <SEP> 20,80% <SEP> C <SEP> 13,58%
<tb> Cr <SEP> 8, <SEP> 46% <SEP> D <SEP> 0, <SEP> 34% <SEP>
<tb> Fe <SEP> 1, <SEP> 60% <SEP> N <SEP> ze
<tb>
EMI3.2
hergestellt wurde und verschiedene Mengen von Cr, C2 verwendete, wurde als ein Auftragschweissmaterial in folgender Weise herangezogen.
Für das Elektroschweissen wurden Granulate der Maschengrösse 10 x 30 mesh in eine Röhre aus Weichstahl gebracht (30 cm lang, 6, 25 mm äusserer Durchmesser, 4, 75 mm innerer Durchmesser).
EMI3.3
zum Gasschweissen wurden auf ähnliche Weise Granulate der Maschengrösse 65 x 150 mesh in eine Röhre aus Weichstahl gepackt und für das Oxyacetylenschweissen geschmolzen und mittels einer Oxyacetylentechnik auf einem Weichstahlsubstrat mit einer kohlenden Flamme aufgebracht, u. zw. bei einem minimalen Eindringen auf das Weichstahlsubstrat.
Die sich ergebenden Auftragschweissflächen wurden auf ihre Abriebbeständigkeit geprüft, u. zw. unter Verwendung eines Gummirad-Sandabriebtestes und eines Abriebtestes. Der Verschleiss-
EMI3.4
resultierende Oberfläche wird glattgeschliffen. Eine Neoprenscheibe (Shore-Härte A 50-60, 23 cm Durchmesser, 1, 2 cm Dicke) wird zusammen mit der auftraggeschweissten Oberfläche verwendet, die mit einer Kraft von 38 Fuss x Pfund gegen die Neoprenscheibe gepresst wird. Silicasand (Sand der Grösse 2 zum Sandblasen, QROK) wird im Überschuss zwischen die Neoprenscheibe und die auftraggeschweisste Oberfläche gebracht, wobei die Neoprenscheibe mit 200 Umdr/min gedreht wird, u. zw. für 200 Umdr.
Die zu untersuchende Probe wird vor und nach dem Verfahren gewogen und das Verfahren wird so lange wiederholt, bis ein konstanter Gewichtsverlust erreicht wird für wiederholte Tests, und dieser Gewichtsverlust ist ein Mass für den Verschleiss- und Abriebwiderstand. Die Resultate sind in der graphischen Darstellung gezeigt und sie werden verglichen mit den Resultaten, die ohne Chromcarbidzusätze erreicht werden. In den Zeichnungen sind A und B die Resultate, die erreicht wurden mit einem gesinterten Gemisch von 0, 75 VC, 0, 25 WC + Co und Cl's C A'und B'sind die Resultate, die mit einem mechanischen Gemisch von 0, 75 VC, 0, 25 WC + 3 Co erreicht wurden, u. zw. mit Chromcarbid, Cr, C2.
Beispiel 2 : Die folgenden Materialien wurden verwendet, um eine kaltgepresste, gesinterte Auftragschweisskomposition zu erhalten, welche 70 Gew.-% 0, 75 VC, 0, 25 WC + 3% Co und 30 Gew.-% Chromcarbid Cr, C 2 enthält : a) 2588, 4 g eines kommerziell erhältlichen Materials, das ein Gemisch von V 2 C + VC enthält, der Korngrösse 0, 23 mm und kleiner ; b) 428, 5 g Acheson G 39 Graphitpulver der Korngrösse 0, 074 mm und kleiner ; c) 150 g Kobaltpulver extra fein ; d) 821, 4 g Wolframpulver (2 p) ; e) 1306, 7 g Elchrome Metallpulver der Grösse 0, 148 mm und kleiner.
Die Pulver wurden in eine Kugelmühle mit dem Inhalt von 28, 32 dm3 gebracht, verwendet wurden 34 kg von Kugeln des Durchmessers 1, 2 cm ; gemahlen wurde 18 h lang bei 58 Umdr/min. Nach 18stündigem Mahlen wurde das Material zu Pellets gepresst, u. zw. in einer Pressform von 5 cm Durchmesser bei einer Last von 50 Tonnen. Die Pellets wurden zu Granulaten zerstossen.
Die Granulate wurden in Graphitboote gebracht und in einem Molybdänwiderstandsofen gesintert, durch den reiner Wasserstoff geleitet werden konnte. Der Sinterzyklus bestand aus folgenden Schritten : Das Graphitboot wurde 1/2 h lang hinter die Ofentür gestellt, um restliche atmosphärische Gase auszutreiben. Das Boot wurde dann in die Zone von 900 bis 1200 C gebracht, um eventuell vorhandene restliche Oxyde zu reduzieren und um das Reduktionsprodukt zu entfernen. Das Boot wurde dann in die heisse Zone bei 1500 C gebracht, u. zw. für 1 bis 1 1/2 h, um das kaltgepresste Material zu sintern. Das Boot wurde dann aus der heissen Zone in eine wassergekühlte
<Desc/Clms Page number 4>
Kammer gestossen und in 15 min auf Zimmertemperatur abgekühlt.
Die Granulate waren etwas miteinander verbunden, aber sie konnten durch einen Backenbrecher leicht voneinander getrennt werden. Abgesehen von Kobalt wurde das Material aus chemisch gebundenem Chrom, Vanadium,
EMI4.1
EMI4.2
<tb>
<tb> :V <SEP> 40, <SEP> 20% <SEP> Co <SEP> 4, <SEP> 80% <SEP>
<tb> W <SEP> 15, <SEP> 15% <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 02% <SEP>
<tb> Cr <SEP> 24, <SEP> 06% <SEP> N <SEP> 0, <SEP> 10% <SEP>
<tb> T. <SEP> C <SEP> 13, <SEP> 03% <SEP> Fe <SEP> 3, <SEP> 24% <SEP>
<tb>
EMI4.3
material, das geprüft wurde und kein Chromcarbid enthielt.
Ein weiterer Vorteil ist die hohe Zähigkeit des Niederschlages, welche durch das erfindungsgemässe Material bewirkt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Auftragschweissstab, bestehend aus einem Metallbehältnis mit einem Kern aus einem Auftragschweissmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragschweissmaterial im wesentlichen aus chemisch gebundenem Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff besteht, u. zw. im Gewichtsverhältnis von 0, 75 VC, 0, 25 WC und ungefähr 5 bis 40 Gew.-% Chromcarbid Cr, C2, wobei 0 bis 100% des Chromcarbids chemisch gebunden sind mit dem chemisch gebundenen Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff in Form eines Vanadium-, Wolfram- und Chromcarbids der empirischen Formel (A Cr s. B 0, 75 VC, 0, 25 WC) C wobei A = 0, 05 bis 0, 4, B = 0, 6 bis 0, 95, A + B = 1, 0 und bis zu 15 Gew.-% Kobalt, Eisen, Molybdän und Nickel enthält.