Dem Verschleiss unterworfener, bewehrter metalliseher, insbesondere eiserner Gegenstand, insbesondere Stahlsägezahn Der Gegenstand der -Erfindung bezieht sich auf einen dem Verschleiss unterworfenen, bewehrten metallischen, insbesondere eisernen Gegenstand, insbe sondere Stahlsägezahn, der mit einem Überzug -ans Hartstoffen versehen ist.
Es ist schwierig und oftmals unmöglich, eine -gleich mässige dünne Lage Hartmaterial auf .die Oberfläche eines metallischen Gegenstandes .aufzubringen und aus serdem eine hinreichende Bindung an der Grenzfläche zwischen dem Hartmetall und dem Grundmetall zu er zielen. Es wird daher oftmals eine verhältnismässig dicke Schicht von aus 5 bis 30 % Chromborid und Eisen und/oder Nickel und/oder Kobalt enthaltendem Hartme tall auf den Gegenstand aufgebracht und deren über schoss wieder abgeschliffen, was aber nicht nur schwie rig, sondern auch kostspielig ist.
Eine dünne Schicht des Hartmetalles ist aber deswegen erforderlich, weil nur diese die Beibehaltung eines bestimmten Profilei gestat tet und der Überzug am härtesten an seiner Oberfläche ist. Beim geschilderten Abschleifen auf eine glatte Ober fläche würde aber gerade dieser Teildes Überzuges zer stört werden.
Gemäss einem ferner bekanntgewordenen Verfahren zur Herstellung eines Oberflächenschutzes für Metalle wird auf die zu schützende Oberfläche eine hochprozentige Chromstahl- oder Chromnickelstahl schicht aufgeschweisst und in diese Schicht werden Wolf- ra.rnkarbidkörner eingeschwitzt. Dieses Aufschweissen der Edelstahlschicht erfordert aber hohe Temperaturen, wodurch die Ecken und Kanten eines Werkzeuges in erheblichem Masse beeinträchtigt werden.
Hiezu kommt noch, dass das Wolframkarbid in der Schweisshitze durch den Luftsauerstoff oxydiert wird und somit entar tet.
Der aus Hartstoffen bestehende Überzug des ein gangs geschilderten metallischen, insbesondere eisernen Gegenstandes soll nun erfindungsgemäss nichtdicker als 0,38 mm sein und aus einer vorwiegend aus Kobalt, Chrom und Wolfram bestehenden Einbettlegierung von der Art der Stellite aufgebaut sein, die eine Vielzahl von Teilchen aus Karbiden, Boriden, Nitriden oder Siliziden des -Eisens, Wolframs, Molybdäns, Chroms, Tantals, Niobs, Vanadiums, Titans, Zirkons oder Hafniums öder aus Karbiden, Nitriden oder-Siliziden des Bors oder aus Gemischen dieser Verbindungen enthält. Diese dünne und glatte mit dem Grundmetall verbundene, z.
B. ver schmolzene -Oberflächenschicht fügt sich in -die \Form des Gegenstandes, -z. B. Werkzeuges, ein. Ein -nachfol gendes Schleifen .des infolge- der guten Bindung- zwischen der Einbettlegierung und der Metallunterlage keine Nei gung zum Abblättern aufweisenden Gegenstandes, z. -B. Werkzeuges, ist nicht erforderlich.
Währendes z.B. beim oben geschilderten-bekannten Verfahren erforderlich war, 50 bis 75- % der aufgetrage nen Schicht abzuschleifen, -mag dies bei -der erfindungs- gemäss aufgebauten Überzugsschicht höchstens in den Fällen - aber auch dann nur im unbedeutenden Aus mass - notwendig werden, wenn es sich um eine Lager fläche mit absoluter Glätte handelt.
Ausserdem ist zu beachten, dass es im Wege .des Schweissens nicht mög lich ist, eine so ausserordentlich ;dünne, harte und bieg- Same Schicht der Einbettlegierung aufzubringen, wie dies beim Gegenstand der Erfindung der Fall ist, weil beim Aufschweissen nur verhältnismässig dicke Schich ten hergestellt werden können.
Die gute Bindung zwischen der Einbettlegierung und der Stahlunterlage wird z. B. bei .einem Sägezahn da durch erzielt, dass die beschichtete Zahnoberfläche mit tels eines Schneidbrenners bis zum Plastischwerden des Einbettmateriales an der Grenzfläche erhitzt wird. Bei grösserer Produktion verwendet man vorzugsweise Öfen mit Schutzgasatmosphäre, die z. B. bei Induktionsöfen meist nicht erforderlich ist.
Die vorwiegend aus Kobalt, Chrom und Wolfram bestehende Einbettlegierung ist nämlich im besonderen Masse befähigt, z. B. Wolframkarbidteilchen an der stählernen Oberfläche eines Gegenstandes dadurch zu binden, dass sich dort sowohl das Wolframkarbid, als auch zugleich die Stahloberfläche löst. Die bekannte Herstellung einer harten Oberfläche durch überziehen eines Metallgegenstandes mittels eines z. B.
Wolfram- karbid oder Chromborid enthaltenden geschmolzenen Bindemetalles ermöglicht diese gute Bindung mit der Stahlunterlage jedoch nicht, weil diese bekannte Ein bettlegierung keine Wolframlegierung ist. Diese ist aber im besondere Masse befähigt, die Wolframkarbidteil chen auf der Stahloberfläche des Gegenstandes dadurch zu binden, dass sich das Wolframkarbid z. B. in der Wolfram-Kobalt Chromlegierung oberflächlich zu einem Brei löst und sich die Stahloberfläche gleichzeitig in der Wolfram-Kobalt-Chromlegierung löst.
Die den Überzug bildende, aus Kobalt, Chrom und Wolfram bestehende Einbettlegierung besitzt nämlich einen Schmelzpunkt, der sowohl unterhalb jenem des Hartmetalles als auch unterhalb jenem des Oberflächenmateriales gelegen ist, sowie die Eigenschaft, sich beim Schmelzen sowohl mit dem Hartmetall als auch mit dem Oberflächenmaterial zu verbinden.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäss be wehrten Gegenstandes ist in der Zeichnung ,dargestellt. Dort zeigt Fig.l den Querschnitt der Spitze oder Schneidkante eines Sägenzahnes in 250-facher Vergrös- serung. In dieser Fig. 1 ist die Eisenbasis mit 1, der die aus Kobalt, Chrom und Wolfram bestehende Einbettle gierung darstellende Überzug mit 2, und die den Über zug 2 mit der Eisenbasis 1 verbindende Grenzschicht mit 3 bezeichnet.
Diese Grenzschicht besitzt eine so hohe Festigkeit, dass der Überzug 2 während des Ge brauches des Werkzeuges nicht abblättert oder abschert. Im Überzug 2 sind die Eisenkarbidteilchen 4 eingebet tet.
Das Merkmal der Selbstschärfung des Werkzeuges ist daraus ebenfalls ersichtlich, weil der gekrümmte Teil 5 der Eisenbasis 1 dadurch entstanden ist, dass sich letz tere im Gebrauch schneller abnützt als der Überzug 2, wodurch eine scharfe Schneidkante 6 entsteht.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die perspektivische Ansicht eines Sägenzahnes, wobei in Fig. 3 der Überzug teilweise abgebrochen ist. Dieser Sägenzahn besteht aus dem Hauptkörper M, der mit den Schneidkanten E und den Ecken C versehen ist. Die Stirnfläche F besitzt die übli che Neigung S. Die Bewehrung A bedeckt den Kopf, die Seiten und Ecken des Zahnes und schafft so den Beweh rungsschutz für die Schneidkanten. Die Bewehrung A erstreckt sich bis zu einer Linie L an dem Sägenzahn. Fig. 4 zeigt in, 50-facher Vergrösserung den Quer schnitt eines bereits in Verwendung gestandenen Sägen zahnes mit der Spitze 6.
Der die Einbettlegierung dar stellende Überzug 2 besitzt eine Dicke von ungefähr 0,127 mm. Trotz dauernden Gebrauches wies dieser Sägenzahn keinen merklichen Verschleiss an der Schneidkante auf.
Fig. 5 zeigt die Schmelzflussbindung an der Grenz- fläche zwischen dem Überzug 2 und dem Grundmetall, die als ein sich zwangsläufig ergebendes interkristallines Eindringen bezeichnet werden kann.
Der Erfindungsgegenstand kann überall dort ver wendet werden, wo es sich um Bauteile handelt, die einen starken Verschleiss durch Reibung, Stoss und Schlag sowie durch Korrosion unterworfen sind. So z. B. als Sägenzähne, Triebwerkstangen, Bohrer, Koksbrecher und Ventile für Verbrennungskraftmaschinen. Insbe sondere Schneidkanten aufweisende Gegenstände, wie z. B. Sägenzähne, besitzen im allgemeinen Überzüge von ungefähr 0,025 bis 0,127 mm, die sehr hart sind und glatte Oberflächen sowie gerade Kanten besitzen, die während ihrer Verwendung sich selbst schärfen.
Anstelle einer Eisenbasis für das betreffende Werk zeug können dafür auch Nichteisenmetalle, wie z. B. Kupfer, Messing, Bronzen oder Nickel-, Kobalt- oder Molybdänwerkstoffe in Betracht kommen.
The subject of the invention relates to a reinforced metallic, in particular iron, object, in particular steel saw tooth, which is provided with a coating of hard materials, which is subject to wear and tear, reinforced metallic, in particular iron, object, in particular steel sawtooth.
It is difficult and often impossible to apply an even, thin layer of hard material to the surface of a metallic object and to achieve a sufficient bond at the interface between the hard metal and the base metal. A relatively thick layer of hard metal containing 5 to 30% chromium boride and iron and / or nickel and / or cobalt is therefore often applied to the object and the over shot is sanded off again, which is not only difficult but also expensive .
However, a thin layer of the hard metal is necessary because this is the only way to maintain a certain profile and the coating is the hardest on its surface. When the described grinding on a smooth surface, this part of the coating would be destroyed.
According to a method that has also become known for producing surface protection for metals, a high-percentage chromium steel or chromium nickel steel layer is welded onto the surface to be protected, and tungsten carbide grains are sweated into this layer. However, this welding on of the stainless steel layer requires high temperatures, as a result of which the corners and edges of a tool are impaired to a considerable extent.
In addition, the tungsten carbide is oxidized in the heat of welding by the oxygen in the air and thus degenerated.
The coating, consisting of hard materials, of the metallic, in particular iron, object described above should now, according to the invention, be no thicker than 0.38 mm and be made up of an embedding alloy of the stellite type consisting primarily of cobalt, chromium and tungsten, which consists of a large number of particles Carbides, borides, nitrides or silicides of iron, tungsten, molybdenum, chromium, tantalum, niobium, vanadium, titanium, zirconium or hafnium or of carbides, nitrides or silicides of boron or mixtures of these compounds. This thin and smooth connected to the base metal, e.g.
B. ver fused -surface layer fits into -the \ shape of the object, -z. B. tool, a. A -nachfol ing grinding .des as a result of the good bond- between the embedding alloy and the metal base no tendency to peel off object, z. -B. Tool is not required.
While e.g. in the above-described known method it was necessary to grind 50 to 75% of the applied layer, -this may be necessary in the case of the coating layer constructed according to the invention - but only to an insignificant extent - if it is a storage area with absolute smoothness.
In addition, it should be noted that it is not possible by welding to apply such an extraordinarily thin, hard and flexible layer of the embedding alloy, as is the case with the subject matter of the invention, because only a relatively thick layer is applied during welding th can be produced.
The good bond between the embedding alloy and the steel base is z. B. with .ein sawtooth achieved by the fact that the coated tooth surface is heated by means of a cutting torch until the embedding material becomes plastic at the interface. For larger production, it is preferable to use furnaces with a protective gas atmosphere, which z. B. in induction furnaces is usually not required.
The embedding alloy, which consists mainly of cobalt, chromium and tungsten, is particularly capable of e.g. B. to bind tungsten carbide particles to the steel surface of an object in that both the tungsten carbide and the steel surface dissolve there. The known production of a hard surface by coating a metal object by means of a z. B.
Molten binder metal containing tungsten carbide or chromium boride does not allow this good bond with the steel base, however, because this known one bed alloy is not a tungsten alloy. However, this is particularly capable of binding the tungsten carbide particles on the steel surface of the object in that the tungsten carbide z. B. dissolves in the tungsten-cobalt chrome alloy on the surface to a pulp and the steel surface dissolves at the same time in the tungsten-cobalt-chrome alloy.
The embedding alloy that forms the coating and consists of cobalt, chromium and tungsten has a melting point that is below that of the hard metal as well as that of the surface material, as well as the property of melting with both the hard metal and the surface material connect.
An embodiment of the inventive be reinforced object is shown in the drawing. There Fig.l shows the cross section of the tip or cutting edge of a saw tooth enlarged 250 times. In this Fig. 1, the iron base is 1, the coating consisting of cobalt, chromium and tungsten alloy representing coating with 2, and the over train 2 with the iron base 1 connecting boundary layer with 3.
This boundary layer has such a high strength that the coating 2 does not peel off or shear off while the tool is in use. In the coating 2, the iron carbide particles 4 are embedded.
The feature of the self-sharpening of the tool can also be seen because the curved part 5 of the iron base 1 is caused by the fact that the latter wears out faster than the coating 2 during use, creating a sharp cutting edge 6.
FIGS. 2 and 3 show the perspective view of a saw tooth, with the coating being partially broken off in FIG. This saw tooth consists of the main body M, which is provided with the cutting edges E and the corners C. The end face F has the usual slope S. The reinforcement A covers the head, the sides and corners of the tooth and thus creates the reinforcement protection for the cutting edges. The reinforcement A extends to a line L on the saw tooth. 4 shows, 50 times enlarged, the cross section of a saw tooth with the tip 6 that has already been in use.
The coating 2 representing the embedding alloy has a thickness of approximately 0.127 mm. Despite constant use, this saw tooth showed no noticeable wear on the cutting edge.
FIG. 5 shows the melt flow bond at the interface between the coating 2 and the base metal, which can be referred to as an inevitable intergranular penetration.
The subject of the invention can be used wherever it is a question of components that are subject to heavy wear and tear from friction, shock and impact and corrosion. So z. B. as saw teeth, engine rods, drills, coke breakers and valves for internal combustion engines. In particular special objects having cutting edges, such. B. saw teeth, generally have coatings of about 0.025 to 0.127 mm which are very hard and have smooth surfaces and straight edges which sharpen themselves in use.
Instead of an iron base for the tool in question, non-ferrous metals such. B. copper, brass, bronzes or nickel, cobalt or molybdenum materials come into consideration.