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Die Erfindung betrifft einen Bauteil, Werkzeugkörper oder dergleichen aus einem verschleissfesten, schmelzmetallurgisch hergestellten Werkstoff mit einem Mikrogefüge bestehend aus einer metallischen Matrix und in dieser eingelagert Körner bzw. Partikel aus zumindest einer metallischen Verbindung und zwar aus Karbid und/oder Nitrid und/oder Karbonitrid und/oder Borid und/oder Oxid. Weiters umfasst die Erfindung ein Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung eines Werkstoffes für auf Verschleiss beanspruchte Bauteile, Werkzeugkörper und dergleichen, dessen Mikrogefüge eine metallische Matrix und in diese eingelagerte Körner bzw. Partikel aus zumindest einer metallischen Verbindung aufweist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen, Werkzeugkörpern und dergleichen mit hohen Anteilen von metallischen Verbindungen in einer metallischen Matrix des Werkstoffes sowie einer Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung von Walzen.
Metallische Verbindungen, das sind Verbindungen zwischen mindestens einem metallischen und zumindest einem nichtmetallischen Element, besitzen zumeist eine grosse Härte, gegebenenfalls über 2000 HV sowie einen hohen Schmelzpunkt, gegebenenfalls über 3000 C und können deshalb mit steigenden Anteilen in einer Matrix die Verschleissfestigkeit des derart aufgebauten Werkstoffes verbessern. Sintertechnisch sind höchste Gehalte an Verbindungen, den sogenannten Hartstoffen, im Material einstellbar. Die unter Einsatz derartiger Hartstoffpulver gefertigten Sinterkörper, die vorteilhaft als Schneidplättchen als Verschleissteile mit höchsten Beanspruchungen und dergleichen Werkzeugkomponenten Verwendung finden, sind jedoch in ihren Abmessungen begrenzt, bedingen eine aufwendige Herstellung und besitzen hohe Materialsprödigkeit.
Verbindungen von metallischen mit nichtmetallischen Elementen in einer metallischen Matrix können auch einerseits schmelzmetallurgisch durch Ausscheidung aus einer Schmelze gebildet werden, wenn beim Legieren und/oder Abkühlen und Erstarren einer legierten Metallschmelze in dieser das Löslichkeitsprodukt von zwei zueinander affinen Elementen einen für diese charakteristischen Wert überschreitet und sogenannte primär ausgeschiedene metallische Verbindungen entstehen, die eingelagert werden und letztlich wiederum die Verschleissfestigkeit des Werkstoffes verbessern. Andererseits sind durch Wärmebehandlungsvorgänge feine Ausscheidungen von Verbindungen erstellbar, welche jedoch vorwiegend eine Erhöhung der Matrixhärte bewirken.
Die wichtigsten Werkstoffe mit hoher Schneidhaltigkeit sowie Verschleissfestigkeit stellen die ledeburitischen Stähle, insbesondere die Schnellarbeitsstähle dar. Bauteile oder Schneid- und Umformwerkzeuge aus diesen Stählen, in welchen gefügemässig in einer metallischen Matrix mit hoher Härte Karbide bzw. Karbidkörner in einem Ausmass von mindestens 5 Vol.-% und üblicherweise weniger als 25 Vol.-% vorliegen, sind seit langem in Verwendung und bilden in diesem Sektor den Stand der Technik.
Beispielsweise werden Schnellstahllegierungen mit üblichen Zusammensetzungen zumeist schmelzmetallurgisch hergestellt und beinhalten neben Kohlenstoff mit Konzentrationen bis ca. 1,5 Gew. -%, die für ein Erreichen der gewünschten Materialeigenschaften wichtigen karbidbildenden metallischen Elemente Chrom, Molybdän und/oder Wolfram sowie Vanadin, gegebenenfalls in geringen Mengen Titan und/oder Niob und in manchen Fällen zur Verbesserung der Matrixzähigkeit Kobalt.
Bei einer Erstellung des Schnellstahl -Werkstoffes sind die Konzentration der jeweiligen metallischen Legierungselemente und die des Kohlenstoffes in der Schmelze hinsichtlich deren Aktivität und Affinität zueinander genau abzustimmen, um einerseits zur Steigerung der Verschleissfestigkeit einen möglichst hohen Karbidanteil bei geringer Karbidkorngrösse im erstarrten Teil oder Vormaterial zu erreichen und um andererseits mit diesem hohen Karbidanteil noch eine ausreichende Warmumformbarkeit des Material sicher zu stellen.
Aus der US-3 929 471 A ist beispielsweise ein Schnellstahl mit hohem Verschleisswiderstand bekannt, welcher ein Gefüge aus einer Eisenmatrix mit eingelagerten primären Vanadin-NiobMischkarbiden aufweist. Eine Vanadin-Niob-Mischkarbidform wird gewählt, weil sich dadurch diese metallische Verbindung mit gleicher Dichte, wie diese die Schmelze besitzt, ausbildet.
Zur weiteren Erhöhung des Verschleisswiderstandes von Bauteilen, insbesondere von Sendzimir-Arbeitswalzen, wurde gemäss der US-3 929 518 A vorgeschlagen, bei Vanadin- und Niobgehalten von bis 12,0 % bzw. bis 10,0 % hohe Kohlenstoffgehalte von bis 6,3 % im Stahl vorzusehen, um neben einem hohen Vanadin-Niob-Mischkarbidanteil grössere Mengen an Zementit, also
Eisenkarbid, in der Matrix zu erhalten. Dabei kann auch zur Erhöhung der Festigkeit und Härte das
Matrixmetall mit den für Schnellstahl üblichen Elementen legiert sein.
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Um geringe Karbidkorngrössen im Matrixmetall eines Werkstoffes sicherzustellen, wurde schon angeregt (US-4 717 537 A), eine Vorlegierung mit hohem Karbidanteil herzustellen und diese Vorlegierung der Schmelze, die für die Herstellung des Bauteiles verwendet wird, zuzusetzen.
Aus der WO-94/11541 A1 ist ein weiterer Weg zur Herstellung von karbid haltigen Werkstoffen bekannt geworden, wobei feste Karbidteilchen in eine Schmelze eingebracht und dieses Gemisch erstarren gelassen wird. Vorzugsweise weisen der homogenen Verteilung wegen die legierten Karbidteilchen die gleiche Dichte wie die Schmelze auf und sind, um die Benetzbarkeit in dieser zu verbessern, oberflächenbeschichtet.
Eine Herstellung von Werkzeugkörpern, deren Zentral- und Oberflächenbereich unterschiedliche Eigenschaften aufweisen sollen, zum Beispiel Kaltwalzen, soll gemäss US 4 484 959 A derart vorgenommen werden, dass auf einen niedrig legierten Baustahlkern eine Hartschicht aus Schnellstahl, vorzugsweise mit den Legierungselementen Kohlenstoff, Chrom und Wolfram oder Chrom und Wolfram, aufgebracht wird, wobei eine pulvermetallurgische Aufbringung durch Schweissen, insbesondere mit Plasmalichtbogen oder Laserbrenner, erfolgt.
Weiters ist eine Verbundwalze aus der DE-4 019 845 A1 bekannt, welche eine vorzugsweise durch einen Elektroschlacke-Aufschweissprozess erstellte äussere Lage bzw. Arbeitslage mit Druckspannungen aufweist.
Alle Bauteile, Werkzeugkörper oder dergleichen Anlagen- sowie Maschinenkomponenten aus einem verschleissfesten, schmelzmetallurgisch hergestellten Werkstoff mit eingelagerten Körnern oder Partikeln aus zumindest einer metallischen Verbindung haben die Nachteile gemeinsam, dass einerseits in den auf Verschleiss beanspruchten Bereichen die Konzentration von Hartstoffteilchen in der Matrix aus Herstellungsgründen begrenzt ist und andererseits dem unterschiedlichen mechanischen Anforderungsprofil an den Bauteil nicht im ausreichenden Masse entsprochen werden kann. Dies ist auch dadurch begründet, dass getrachtet wird, legierungstechnisch die Dichte der Verbindung an die Dichte des Matrixmetalles anzugleichen bzw. anzupassen, um durchwegs eine homogene Verteilung der Verbindungen im Werkstoff einzustellen.
Für Bauteile und Werkzeugkörper kann diese homogene Struktur im Hinblick auf deren örtliche Beanspruchung oft wenig zielführend sein. Beispielsweise soll eine Walze oder ein Rohr in den oberflächlich auf Verschleiss beanspruchten Bereichen eine hohe Konzentration von Hartstoffteilchen im Werkstoff aufweisen, wogegen in den die Biege- oder Torsionsspannungen aufnehmenden Segmenten der Anteil an Hartstoffpartikein gering zu halten ist.
Um dem verschiedenartigen Anforderungsprofil Rechnung zu tragen, aber auch aus wirtschaftlichen Gründen werden in besonderen Verformungsanlagen Verbundwalzen eingesetzt. Eine Herstellung derartiger Walzen erfolgt zumeist mittels eines Schleudergiessverfahrens oder eines Verbundgiessverfahrens.
Aus verfahrenstechnischen bzw. Herstellgründen ist eine hohe, bestimmte Werte überschreitende Konzentration von Körnern bzw. Partikeln aus metallischen Verbindungen in Metallschmelzen nachteilig. Einerseits ist die Giessbarkeit der Schmelze mit steigendem Festpartikelanteil beeinträchtigt, wodurch Herstellungsprobleme für das Vormaterial oder die Bauteile entstehen, andererseits können, des sinkenden Löslichkeitsproduktes wegen, beim Abkühlen auf Erstarrungstemperatur die primär ausgeschiedenen metallischen Verbindungen oder Verbindungsteile weiter wachsen oder aneinander ankristallisieren, was zu Inhomogenitäten bzw. zu Stellen besonderer Sprödigkeit im Material führt.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und stellt sich die Aufgabe, die Nachteile des gattungsgemässen Standes der Technik zu beseitigen und verbesserte Bauteile, Werkzeugkörper und dergleichen sowie ein vorteilhaftes Verfahren mit einer Vorrichtung zu deren Herstellung anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass im Bauteil eine heterogene Vertei- lung der Verbindung (en) und dass zumindest in dem (den) auf Verschleiss beanspruchten Bereich(en) des Teiles oder Körpers der Werkstoff bzw. dessen Gefüge anteilsmässig zumindest zu
10 Vol.-%, vorzugsweise zumindest zu 15 Vol.-%, insbesondere zu über 22 Vol.-% durch eine oder mehrere Verbindung(en), deren metallischer Teil aus mindestens einem Element aus den Gruppen
IV A und V A des Periodensystems besteht, gebildet ist und die Verbindung(en) im Vergleich mit der Matrix eine unterschiedliche Dichte aufweist (aufweisen).
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die metalli- schen Elemente aus den Gruppen IV A und V A des Periodensystems mit Nichtmetallen harte und
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hochschmelzende Verbindungen bilden können, welche bei Gehalten über 10 Vol.-% die Verschleissfestigkeit eines Werkstoffes sprunghaft erhöhen. Diese Metalle haben weiters eine hohe Affinität gegenüber Kohlenstoff, Stickstoff, Bor und Sauerstoff, so dass deren Verbindungen auch in einer Schmelze bzw. Matrix, welche eine niedrige Konzentration obiger nichtmetallischer Elemente aufweist, hohe Beständigkeit besitzen. Dadurch kann die Matrixzusammensetzung weitgehend unabhängig gewählt und den übrigen Anforderungen an das Teil angepasst werden.
Besonders wichtig ist dabei, dass die Metallkomponente der Verbindung aus mehreren Elementen legierungstechnisch gebildet werden kann und dadurch die Dichte der Verbindungen einstellbar ist. Auch die Konfiguration der Teilchen ist legierungstechnisch, wie gefunden wurde, über deren Atomstruktur beeinflussbar, wodurch die Packung der Partikel in der Matrix und damit die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes verbessert werden können.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Dichteunterschied zwischen Verbindung (en) Matrix mindestens 21 kg/m3, vorzugsweise mindestens 61 kg/m3, insbesondere mindestens 101 kg/m3 beträgt, weil dadurch gute Verschleisseigenschaften in den Arbeitszonen des Teiles mit hoher Homogenität erreichbar sind. Dabei ist es weiters günstig, wenn der Anteil an Körnern bzw. Partikeln der Verbindung(en) im Bereich der Verschleissbeanspruchung des Bauteiles erhöht ist.
Um bei hoher Verschleissfestigkeit gute mechanische Eigenschaften in der beanspruchten Zone des Teiles oder Werkzeuges zu erreichen, kann es von Vorteil sein, wenn der mittlere Durchmesser der Körner bzw. Partikel der Verbindung(en) in der Matrix geringer als 200 m, vorzugsweise geringer als 50 (am, insbesondere unter 20 )im, ist.
Wenn die Matrix durch eine Eisenbasislegierung gebildet ist, können, legierungstechnisch weitgehend unabhängig von den metallischen Verbindungen, bevorzugte Voraussetzungen für ein thermisches Vergüten des Teiles geschaffen werden. Somit sind auch hohe Matrixhärten erreichbar, was den Einsatzbereich von erfindungsgemässen Teilen wesentlich erweitert.
Wenn die Matrix aus einer Nickelbasis oder Kobaltbasis gebildet ist, sind besondere Korrosionsvorteile und hohe Warmfestigkeitswerte des Werkstoffes erreichbar.
Die verfahrenstechnische Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in eine Metallschmelze Körner bzw. Partikel aus mindestens einer Verbindung, deren metallischer Teil aus mindestens einem Element aus den Gruppen IV A und V A des Periodensystems besteht und im Vergleich mit der Schmelze eine unterschiedliche Dichte besitzt, eingebracht oder in dieser durch Reaktion gebildet und in Teilbereichen konzentriert werden, mit anteilsmässig zumindest 10 Vol.-% mindestens einer Verbindung, worauf die Schmelze erstarren gelassen wird Die dadurch erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin begründet, dass feine eigenständige Körner eingebracht oder gebildet und gegebenenfalls auf Grund des Dichteunterschiedes in der Schmelze ungleich verteilt werden, ohne dass der hohen Affinität dieser Metalle zu Kohlenstoff, Stickstoff, Bor und Sauerstoff wegen,
zum Beispiel durch eine Abkühlung von hohen Temperaturen, infolge der sinkenden Löslichkeit grobe Partikel, welche letztlich die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes nachteilig beeinflussen können, entstehen.
Besonders günstig für die Gebrauchseigenschaften des Erzeugnisses ist dabei, wenn eine örtliche Konzentration der Körner bzw. Partikel der metallischen Verbindung (en) der Schmelze in den auf Verschleiss beanspruchten Bereichen der Teile bzw. Körper durch den Unterschied in deren Dichte bzw. durch eine Schwerkraftsteigerung bewirkt wird.
Dadurch ist die Möglichkeit geschaffen, in einem, aus einer Schmelze erstarrten Gegenstand nur in Bereichen mit hauptsächlich abrasiver Belastung hohe Hartstoffanteile einzustellen, wohingegen im restlichen Gegenstandsvolumen eine äusserst niedrige Verbindungskonzentraten in der Matrix gegeben ist und der Übergang keinerlei Bruchgefahr darstellt.
Dabei hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn legierungstechnisch die Dichte der Körner bzw. Partikel im Hinblick auf die Dichte der die Matrix bildenden Schmelze derart eingestellt wird, dass diese durch die Wirkung der Schwerkraft oder Zentrifugalbeschleunigung in jenen Bereichen des Bauteiles oder Werkzeugkörpers konzentriert werden, welche letztlich insbesondere auf Verschleiss beansprucht sind.
Wenn, wie weiters vorteilhaft vorgesehen, eine Konzentration der Teilchen bzw. Partikel in der Schmelze durch eine Zentrifugalbeschleunigung erfolgt, sind auf besonders einfache Weise hohe Anteile an Hartstoffpartikel in der Matrix erreichbar. Auch bei geringen Dichteunterschieden von Schmelze und Hartstoffteilchen kann durch eine technisch leicht zu bewerkstelligende hohe
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Zentrifugalbeschleunigung eine rasche Teilchenbewegung bewirkt werden. Eine möglichst rasche Teilchenanreicherung gegebenenfalls mit gegenseitiger Abstützung derselben ist im Hinblick auf den Erstarrungsfortschritt der Restschmelze wichtig.
Es können die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Zähigkeit, der hoch auf Abrasion beanspruchten Bauteil- oder Werkzeugzonen verbessert werden, wenn die Teilchen der metallischen Verbindung(en) mit einem Korndurchmesser bzw. einer Korngrösse von höchstens 200 m in die Schmelze eingebracht oder gebildet werden, wobei vorteilhaft ist, wenn ein Anteil der Verbindungsteilchen in der insbesondere auf Verschleiss beanspruchten Zone des Körpers oder Bauteiles von zumindest 15 Vol.-%, insbesondere von mehr als 22 Vol.-% eingestelltwird.
Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung von rotationssymmetrischen Bauteilen, Werkzeugkörpem und dergleichen Anlagekomponenten nach dem Schleudergussverfahren in einer Kokille ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille(n) mit einer derartigen Geschwindigkeit rotierbar ist(sind), dass die darinnen befindliche oder in diese eingebrachte, gegebenenfalls legierte Metallschmelze, enthaltend Körner oder Teilchen einer Verbindung von Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Kohlenstoff und Stickstoff und/oder Bor und/oder Sauerstoff, mit einem oder mehreren Elementen aus den Gruppen IV A und V A des Periodensystems mit im Vergleich mit der Metallschmelze unterschiedlicher Dichte einer derartigen Radialbeschleunigung aussetzbar sind,
dass eine Desintegration und folglich eine Konzentration von Verbindungsteilchen von mindestens 10 Vol.-% in den für eine hohe Verschleissbeanspruchung vorgesehenen Bau- oder Werkzeugteilen erfolgt.
Durch eine derartige Vorrichtung ist es möglich, die Teilchen der metallischen Verbindung, wenn diese schwerer sind als die Matrixschmelze, aussen, bzw. wenn diese leichter sind, innen zu konzentrierten. Es kann somit in vorteilhafter Weise der Bauteil oder Werkzeugkörper an dessen örtliche Verschleissbeanspruchung angepasst werden.
Besonders günstig ist die Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung sowie des erfindungsgemässen Verfahrens für eine Herstellung von Walzenkörpern mit besonders verschleissfestem Arbeitsbereich. Derartige Walzen mit hoher Hartstoffkonzentration im Bereich der Ballenoberfläche können vorteilhaft sowohl für ein Verformen von metallischen Werkstoffen, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, als auch zum Zerkleinern von Gestein wie lava-, granit-, kalk- oder wertstoffhältigem Gestein eingesetzt werden.
Verbundwalzen, die vorteilhaft in einer Rotationsvorrichtung nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden, sind nicht nur in ihren Gebrauchseigenschaften wesentlich verbessert, sondern es besteht auch überragende wirtschaftliche Nutzbarkeit derartig gefertigter Werkzeugkörper.
Weiters ist, wie sich zeigte, eine erfindungsgemässe Herstellung eines Rohrkörpers bzw.
Rohres mit verschleissfesten inneren und/oder äusseren Oberflächenbereichen durch eine Hartstoffanreicherung möglich, wobei derartige Rohre zum Transport oder im Einsatz bei abrasiven Schlämmen günstig verwendbar sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich jeweils einen Ausführungsweg darstellende Beispielen erläutert:
Anhand von Gefügebildern, in welchen die metallischen Verbindungen bzw. Hartstoffpartikel hell und die metallische Matrix dunkel erscheinen, werden Ergebnisse von Vorversuchen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Übergang in einen Bereich mit hoher Konzentration von Verbindungsteilchen
Fig. 2 gerundete Metallkarbidteilchen
Fig. 3 Grössere, primär aus einer Schmelze ausgeschiedene und feinere, sekundär durch eine
Wärmebehandlung ausgeschiedene Karbide in einer metallischen Matrix
Vorversuche
Einer beruhigten und in Bewegung gehaltenen Eisenschmelze mit 20 Gew.-% Niob wurden ca.
3 Gew. -% Kohlenstoff zulegiert. Die Schmelze und die in dieser gebildeten Niobkarbid-Verbindun- gen wurden einer Beschleunigung von 86-facher Erdbeschleunigung ausgesetzt und erstarren gelassen.
In einem Querschnitt eines Probekörpers war - wie in Fig. 1 dargestellt - eine Konzentration von Niobkarbiden im Aussenbereich des Versuchsringes mit einem Ausmass von 39 Vol.-%
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gegeben, wohingegen der abgegrenzte Innenbereich lediglich geringe Karbidgehalte aufwies.
Weil aus Gründen der Gitterstruktur von Niobkarbid diese scharfkantig und vorzugsweise in bestimmte Richtungen orientiert gebildet wird, wurde durch Zulegieren von Vanadin im gegebenen Fall von 1,9 Vol.-% die Konfiguration der Körner in Richtung Kugelform geändert, was grössere Packungsdichten in einer Matrix ermöglicht. Derartig erstellte Karbidkörner zeigt Fig. 2.
Nach einer Vergütung mittels einer auf eine härtbare Legierung der Matrix abgestimmten Wärmebehandlung können in dieser neben den primär ausgeschiedenen Karbiden auch feine, sogenannte sekundäre Karbide ausgebildet sein, wie dies aus Fig. 3 im Bereich einer Übergangszone der Teilchenkonzentration ersichtlich ist.
Beispiel 1:
In eine Schmelze in einem Induktionsofen mit einer Zusammensetzung in Gew. -% von C = 0,95, Si = 0,50, Mn = 0,80, AI = 0,03, Rest Eisen und Begleitelemente wurde Niobkarbidpulver mittels einer Lanze unter Verwendung von Argon eingeblasen, wobei eine Temperatur von 1580 C im wesentlichen konstant gehalten wurde. Die Niobkarbidpulverteilchen hatten einen mittleren Durchmesser von 60 m. Nach einem Abgiessen des Stahles in eine Pfanne und einem Einbringen desselben in eine Schleudergusskokille wurde die Schmelze einer Zentrifugalbeschleunigung von 60 mal der Erdbeschleunigung ausgesetzt und erstarren gelassen.
Eine Untersuchung des Schleudergussrohrs ergab, dass im Bereich der Aussenoberfläche eine Niobkarbidkonzentration von 42 % in einer Stahlmatrix, welche im wesentlichen die gleichen Legierungsgehalte wie eingangs eingestellt aufwies, vorlag, wobei ein gleicher mittlerer Karbidkorndurchmesser von 60 m der Hartstoffpakkung gegeben war. In Richtung zur Innenoberfläche des Rohres war nach der Schicht mit weitgehend gleich hoher Teilchenkonzentration ein steiler Abfall des Karbidgehaltes in der Matrix festzustellen, wobei der Bereich des Rohrkörpers an der Innenoberfläche keine wesentlichen Karbidanteile aufwies.
Beispiel 2 :
Eine Schmelze mit, in Gew. -%, 0,02 C, 0,85 Si, 0,35 Mn, 0,80 Cr, 0,96 % Ni, 2,1 Mo, 12,2 % V wurde in einem Induktionsofen bei einer Temperatur von 1595 C durch übliche Aufkohlungsmittel auf einen Gesamt-Kohlenstoffgehalt von 2,85 Gew.-% aufgekohlt. Anschliessend erfolgte eine Herstellung von Gussrohren nach dem Schleudergussverfahren mit einer Zentrifugalbeschleunigung von 95 mal der Erdbeschleunigung. Die Gussrohre, die nach der Herstellung einer Wärmebehandlung unterworfen wurden, hatten im Bereich der Innenoberfläche eine Konzentration von Vanadinkarbiden im Ausmass von 39 Vol.-% in einer zähen Matrix, wobei die Matrix an der Rohraussenoberfläche im wesentlichen karbidfrei vorlag.
Die Rohre wurden für den Abtransport von granulierter Schlacke in einem Kupferschmelzwerk eingesetzt, wobei deren Haltbarkeit bis zum bodenseitigen Durchscheuern im Vergleich zu karbidfreien Rohren das Zwölffache betrug.
Beispiel 3 :
In eine Schmelze mit einer Zusammensetzung von 2,85 % C, 0,45 % Si, 0,53 % Mn, 5,2 %Cr, 3,1 % Mo, 1,8 % W, 4,3 % Co, 0,08 % AI, Rest Eisen und Begleitelemente wurde mittels eines Drahteinspulverfahrens Ferroniob mit einem Tantalgehalt von 12 Gew. -% und Ferrovanadin in einem Verhältnis von 100 zu 6 eingebracht. Mit dieser derartig behandelten Schmelze erfolgte nach dem Schleudergussverfahren die Herstellung der Arbeitszone einer Verbundwalze für eine Blecherzeugung. Nach einer Bearbeitung und einer Wärmebehandlung des Walzenkörpers erfolgte eine Untersuchung von vorgesehenen Probenbereichen, wobei in der oberflächennahen Zone der Walze feine Niob-Tantal-Vanadin-Karbide in homogener Verteilung in der Matrix vorlagen.
Diese, im Vergleich mit der Matrix schwereren, Mischkarbide waren durch die legierungstechnische Massnahme gerundet ausgebildet und bildeten im wesentlichen eine sogenannte Kugelpackung. Mit derartigen Walzen war es möglich, die Leistung um ein Vielfaches zu steigern.
Beispiel 4 :
Quetschplatten wurden im Sandgussverfahren mit leicht exothermem Formstoff mit einer Legierung der Arbeitszone von 3,81 % C, 0,40 % Si, 0,82 % Mn, 14,2 % Cr, 0,8 % Mo, 18,2 %
Nb + Ta, 1,4 % V, Rest Eisen und Begleitelemente bei Ausrichtung der Arbeitsfläche nach unten
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hergestellt, durch Schleifen bearbeitet und thermisch vergütet. Ein praktischer Einsatz dieser Platten erfolgte sowohl bei einer Zerkleinerung von Lava und Kalkgestein als auch bei einer Gesteinsaufbereitung im Quarzbergbau. Durch eine homogene und bis zu 46 Vol.-% und höher reichende Karbidmenge in feiner Konfiguration in einer härtbaren Matrix im Bereich der Arbeitsfläche konnte die Haltbarkeit derartiger Brecherkomponenten wesentlich gesteigert werden.
Beispiel 5 :
In einer Nickelbasislegierung vom Typ Hastelloy N erfolgte eine Einbringung von Titan-Vanadin-Karbonitriden. Aus dieser Legierung wurden für die Nuklearindustrie Schleudergussrohre mit hoher innerer Verschleissbeanspruchung hergestellt. Eine Erprobung der Rohre, welche im Bereich der Innenoberfläche hohe Anteile an einer Ti-V-Verbindung aufwiesen und die Feststellung des wesentlich verminderten Verschleissverhaltens führte, zu einer Erweiterung des Inspektionszeitraumes um das 3-fache.
Weitere Untersuchungen an Erzeugnissen mit Karbiden, Nitriden, Boriden und Oxiden der Elemente aus den Gruppen IV A und V A des Periodensystems zeigten eine vorteilhafte Wirkung dieser im Vergleich mit der Matrix unterschiedliche Dichte aufweisenden und daher kompaktierbaren Verbindungen auf das Verschleissverhalten von Bauteilen und Werkzeugkörpern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bauteil, Werkzeugkörper oder dergleichen aus einem verschleissfesten, schmelzmetallur- gisch hergestellten Werkstoff mit einem Mikrogefüge, bestehend aus einer metallischen
Matrix und in dieser eingelagert Körner bzw. Partikel aus zumindest einer metallischen
Verbindung und zwar aus Karbid und/oder Nitrid und/oder Karbonitrid und/oder Borid und/oder Oxid, dadurch gekennzeichnet, dass im Bauteil eine heterogene Verteilung der
Verbindung(en) vorliegt und dass zumindest in dem(den) auf Verschleiss beanspruchten
Bereich(en) des Teiles oder Körpers der Werkstoff bzw.
dessen Gefüge anteilsmässig zumindest zu 10 Vol.-%, vorzugsweise zumindest zu 15 Vol.-%, insbesondere zu über 22 Vol.-% durch eine oder mehrere Verbindung (en), derenmetallischer Teil aus mindes- tens einem Element aus den Gruppen IV A und V A des Periodensystems besteht, gebil- det ist und die Verbindung (en) Vergleich mit der Matrix eine unterschiedliche Dichte aufweist(aufweisen).