DE10049264A1 - Verfahren zur Herstellung korrosionsfester Maschinenteile und danach hergestelltes Maschinenteil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung korrosionsfester Maschinenteile durch Beschichten derselben mittels thermischer Spritzverfahren. Hierbei wird ein Zusatzwerkstoff unter Vermeidung von Karbidbildung aufgetragen und eingeschmolzen, so dass eine korrosions- und verschleißfeste Schmelzverbindung entsteht. Anwendung findet das Verfahren vorrangig für Führungssäulen oder Formaufspannplatten von Druckgieß- oder Spritzgießmaschinen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung korrosionsfester Maschinenteile gro­ sser Abmessungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere korro­ sionsfeste Oberflächen derartiger Maschinenteile, sowie danach hergestellte Maschi­ nenteile, insbesondere Teile von Druckgiessmaschinen und dergleichen.

Spritz- und Druckgiessmaschinen, insbesondere zum Druckgiessen oder Spritzgiessen von Teilen aus metallischen Werkstoffen unterliegen einer hohen mechanischen Bela­ stung und zunehmend auch dem Einfluss korrosiver Medien. Beeinflusst werden vor allem die Formaufspannplatten (Schild) und deren Führungssäulen.

Ein wesentliches Medium ist zunächst das Trennmittel zum auftragen auf die Formka­ vitäten, welches im wesentlichen Wasser enthält. Umwelterfordernisse zwingen die Giessereien zur Wasseraufbereitung und geschlossenen Wasserkreisläufen. Kalk- und mineralstoffhaltiges Wasser muss gereinigt werden, der Ph-Wert sinkt. Die Trennmittel selbst sollen kein Petroleum u. a. mehr enthalten. Hinzu kommt ein, mit dem Versprühen des Trennmittels verbundener Temperaturschock und Elektrokorrosion der betroffenen Maschinenteile. Immer höhere Produktivitätsforderungen lassen die Wartung der Ma­ schinen in den Hintergrund treten.

Die Verwendung von Magnesiumwerkstoffen als Giesswerkstoff erhöht die Korrosions­ beeinflussung der freiliegenden Maschinenteile.

Gängige Gegenmassnahmen sind die Verwendung höherfester Werkstoffe für Säulen und Aufspannplatten und/oder das Verchromen von Führungssäulen. Die entsprechen­ den Werkstoffe und Verfahren sind jedoch teuer, erfordern einen höherwertigen Grund­ werkstoff und Chromschichten können abplatzen oder rissig werden, was wiederum ein korrodieren der Führungssäulen bewirkt.

Formaufspannplatten aus Stahl können weiterhin durch Elektroden-Auftragsschweissen korrosionshemmender Werkstoffe eine höhere Standzeit erreichen, doch sind diese hochfesten Oberflächen auch nur schwer bearbeitbar.

Bekannt sind weiterhin thermische Spritzverfahren zur Herstellung korrosionsfester Be­ schichtungen, wie sie zum Beispiel in der DE-C-42 16 688 oder der DE-A-196 52 649 of­ fenbart sind. Die DE-C-44 11 296 beschreibt agglomerierte Pulvermischungen aus ver­ schiedenen Metallen, die durch thermisches Spritzen, Plasma-Pulver-Auftrags­ schweissen o. a. Verfahren als zumindest zweiphasige Beschichtungen aufgetragen werden. Die Beschichtung kann in einer definierten Atmosphäre wärmebehandelt wer­ den, insbesondere unter Stickstoff. Nach der EP-A-824986 werden korrosionsbestän­ dige Verbindungen von Rohren dadurch hergestellt, dass das eine zu verschweissende Rohr im Bereich seiner dem zweiten Rohr benachbarten Stosskante vor einem thermi­ schen Spritzen einer Schutzschicht aus einer selbstfliessenden Legierung mit einem korrosionsbeständigen Werkstoff beschichtet wird. Die selbstfliessende Legierung ist zum Beispiel eine NiCrBSi-Legierung, die aufgespritzt wird und eingeschmolzen werden kann. Das Verfahren findet bei Rohren in Heizkesseln und dergleichen Anwendung, die keiner grossen mechanischen Beanspruchung unterliegen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung korro­ sionsfester Maschinenteile grosser Abmessungen, insbesondere bezüglich der bean­ spruchten Oberflächen zu schaffen, welches die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine wirtschaftliche Herstellung derartiger Teile und deren wirtschaftliche Oberflächenbearbeitung zur Erreichung einer wesentlich höheren Korro­ sionsbeständigkeit und Verschleissbeständigkeit ermöglicht. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt an Hand der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen offenbart. Unerwartet hat sich gezeigt, dass das an sich schon seit mehreren Jahren angewandte Pulverflammspritzen oder das Plasmaschweissen als kontinuierliches Verfahren auch für Maschinenteile grosser Abmessungen einsetzbar ist. Im Gegensatz zu den be­ kannten Anwendungsfällen erfolgt jedoch kein starkes erwärmen des Bauteiles. Viel­ mehr werden nur oberflächennahe Bereiche erwärmt.

Die Erfindung wird nachfolgend in zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Im Beispiel 1 wird eine Führungssäule einer Druckgiessmaschine mit einem Durchmes­ ser von 200 mm und einer Länge von 10⁴ mm aus einem Normalstahl 45 durch Pulver­ flammspritzen (Flammspritzen mit Spritzpulver) mit einem hochfesten Werkstoff, zum Beispiel einem NiCrBSi-Pulvergemisch oberflächenbeschichtet. Auf Grund der nur oberflächlichen Erwärmung entsteht nahezu keine Verbindungszone. Anschliessend erfolgt deshalb ein Einschmelzen des Beschichtungswerkstoffs durch Induktionserwär­ mung oder mittels Flammerwärmung in einer an sich bekannten ringförmigen Anord­ nung zum Aufheizen oder Härten von Rohren oder Stangenmaterial. Das einschmelzen erfolgt bei bis ca. 1100°C und wird durch B und Si ermöglicht. Es konnte eine Schmelz­ verbindung mit Diffusion nachgewiesen werden. Eine Schutzgasatmosphäre ist hierbei nicht erforderlich. Obwohl die Beschichtung sehr massgenau erfolgen kann, wird die Oberfläche nachfolgend überschliffen, was auch gute Gleiteigenschaften der Oberflä­ che bewirkt.

Eine metallografische Untersuchung ergab eine Oberflächenhärte von ca. HRC 60 bis zu einer Tiefe von ca. 1 mm und eine festhaftende, gut bearbeitbare Schmelzverbin­ dung. Selbst nach einjähriger Nutzung zeigten sich keine Ansätze von Korrosion.

Im Beispiel 2 wird auf die Arbeitsfläche einer, aus Grauguss bestehenden Formauf­ spannplatte (Schild) mittels Plasmaschweissen eine Werkstoffschicht aufgetragen, de­ ren Materialeigenschaften rostfreiem Stahl entsprechen. Es kann eine Oberflächenhärte von ca. HRC 40 eingestellt werden. Die nur oberflächliche Erwärmung des Grundwerk­ stoffs verhindert eine nennenswerte Karbidbildung (wie sie beim Auftragsschweissen entstehen kann), was die Schmelzverbindung und eine einfache Nachbearbeitung er­ möglicht und die Oberfläche und erforderliche Nuten können nun anschliessend gefräst werden. Ein Überschleifen der Oberfläche ist nicht erforderlich (bei "normalem" Auf­ tragsschweissen hingegen wird die Oberfläche zu hart, so dass ein Schleifen erforder­ lich ist). Die bis ca. 15000 kg schweren Schilde werden nur auf weniger als 100°C vor­ gewärmt (beim konventionellen Panzern ist es hingegen notwendig, das gesamte Bau­ teil auf bis zu 900°C vorzuwärmen). Die für das einschmelzen erforderliche Temperatur von ca. 1000°C wird nur oberflächlich in der Schweisszone erreicht.

Die Formaufspannplatte kann ebenso aus einem Stahl bestehen.

Das Verfahren, das nicht auf die geschilderten Beispiele begrenzt ist, ermöglicht die Verwendung kostengünstiger Grundwerkstoffe, die mit vergleichsweise geringem Auf­ wand verschleiss- und korrosionsfeste Oberflächen erhalten.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung korrosionsfester Maschinenteile grosser Ab­ messungen und Masse mittels thermischer Spritzverfahren, insbesondere Flammsprit­ zen mit Spritzpulver durch beschichten des metallischen Grundwerkstoffs mit einem korrosionsbeständigen Zusatzwerkstoff und anschliessendes Einschmelzen desselben, wobei der Zusatzwerkstoff unter Wärmeeinwirkung aufgetragen wird, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Grundwerkstoff in weitgehend kaltem Zustand verbleibt, das heisst, nicht besonders vorgewärmt werden muss.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pulverför­ mige Zusatzwerkstoff durch Pulverflammspritzen aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgetra­ gene Zusatzwerkstoff durch zusätzliche Wärmeeinwirkung, bevorzugt durch Indukti­ onserwärmung oder Flammerwärmung, oder im Vakuumofen, eingeschmolzen wird.

4. Verfahren zur Herstellung korrosionsfester Maschinenteile grosser Ab­ messungen und Gewichte mittels thermischer Verfahren, insbesondere Plasmaschwei­ ssen durch auftragen eines korrosionsfesten Zusatzwerkstoffs auf einen metallischen Grundwerkstoff unter Wärmeeinwirkung, dadurch gekennzeichnet, dass der Grund­ werkstoff auf weniger als 100°C vorgewärmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff oberflächlich während dem Flammspritzen auf 1000 bis 1100 Grad Celsius erwärmt wird und somit Karbidbildung verhindert wer­ den kann.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff ein Stahl oder Gusswerkstoff ist.

7. Maschinenteil hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass es aus einem metallischen Werkstoff besteht.

8. Maschinenteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Führungssäule oder eine Formaufspannplatte einer Druckgiessmaschine oder Spritz­ giessmaschine ist.

9. Maschinenteil nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, dass es aus einem Gusswerkstoff besteht.

10. Maschinenteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Formaufspannplatte einer Druckgiess- oder Spritzgiessmaschine ist.