DE102008032271A1 - Hartstoffkörper für Formgussteile und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hartstoffkörper für herzustellende Formgussteile, die mit verschleißfesten Wirkflächen im Bereich ihrer Konturen auszubilden sind sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Hartstoffkörpers. So wurde ein Hartstoffkörper mit einer offenporigen metallokeramischen Struktur geschaffen, wobei der Hartstoffkörper 2 einen mit der Kontur der Wirkfläche des herzustellenden Formgussteiles 1 übereinstimmenden Konturbereich besitzt, aus pulverförmigen Komponenten metallischer und nichtmetallischer Materialien besteht, dessen Hauptbestandteile 92 bis 80 Masse-% eines oder mehrerer Karbide der starken Karbidbildner W, Ti, Ta, Nb, V, Mo sowie Cr und 8 bis 20 Masse-% Co oder 85 bis 60 Masse-% der vorstehenden Karbide und 15 bis 40 Masse-% Ni sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hartstoffkörper für herzustellende Formgussteile, die mit verschleißfesten Wirkflächen in mindestens einem Bereich ihrer Konturen auszubilden sind sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Hartstoffkörper, die im Formhohlraum einer dem Formgussteil entsprechenden Gießform arretierend eingesetzt werden und Formgussteile/Bauteile hergestellt werden, die hohen und stoßhaften Beanspruchungen sowie einem hohen Verschleiß unterliegen.
  • Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren zur Herstellung eines Formgussteils mit einer verschleißfesten Wirkfläche in mindestens einem Bereich seiner Kontur bekannt. So ist z. B. in der WO 0032335 A1 ein Verbundgussteil mit einer metallischen Matrix und mindestens einem in der Matrix befindlichen, rein metallischen, schmelzmetallurgisch hergestellten Hartstoffkörper in Form eines Einlegeteils beschrieben. Der vorzugsweise aus einem verschleißfesten Metall oder einer verschleißfesten Metalllegierung bestehende Hartstoffkörper weist zumindest zum Teil eine offenporige Schwammstruktur auf, wobei die Poren während des Gießvorgangs im Wesentlichen vollständig vom Material der Matrix ausgefüllt werden. Als Gießverfahren können z. B. die bekannten Feingieß-, Schwerkraftgieß-, Niederdruckgieß- und Druckgießverfahren genutzt werden.
  • Die Fertigung des Hartstoffkörpers erfordert einen sehr aufwändigen mehrstufigen Prozess. In diesem Prozess sind Schwierigkeiten zu erwarten bei der Zerstörung der keramischen Form für den Hartstoffkörper und das Entfernen der Formreste.
  • Der Hartstoffkörper soll nach den Angaben in der WO 0032335 A1 in nahezu beliebigen Formen hergestellt werden können, ohne dass jedoch Aussagen zur Formgebung der zunächst erzeugten PUR-Schaumkörper getroffen werden. Diese PUR-Schaumkörper werden mit Keramik-Schlicker beschichtet; nach anschließendem Ausbrennen des PUR-Schaums erfolgt das Brennen der keramischen Form für den Hartstoffkörper. Die angeführten Möglichkeiten der inneren Gestaltung der Hartstoffkörper werden deshalb aus fertigungstechnischen Gründen angezweifelt.
  • Aus der DE 4322113 A1 ist eine Bremsscheibe bekannt, bei der ein aus einem üblichen Gusseisen oder Stahlguss bestehender scheibenförmiger Tragkörper eine als Reibfläche dienende Schicht aus einem Keramikwerkstoff enthält, die aus mikro- oder makroskopisch aufgegliederten Bereichen aus wenigstens zwei unterschiedlichen Werkstoffen besteht. Die Bereiche des einen Werkstoffes bestehen aus einem zumindest annähernd reinen Keramikwerkstoff und die Bereiche des anderen Werkstoffs bzw. der anderen Werkstoffe aus einem Metall-, Metallsinter- oder Metallkeramiksinter-Werkstoff. Die genannte Schicht besteht vorzugsweise aus einem offenporigen Keramikschwamm mit Metallfüllung, dessen Porengröße bis ca. 5–10 mm betragen kann. Der Tragkörper und die Metallfüllung können aus dem gleichen Metallwerkstoff bestehen.
  • Zur Herstellung der Bremsscheibe werden in die Gießform für den Tragkörper je Reibfläche ein oder mehrere aus offenporigem Keramikschwamm gebildete Hartstoffkörper eingelegt, die sich beim Gießen des Tragkörpers mit dessen Metall füllen. Alternativ können in die Gießform für den Tragkörper je Reibfläche ein oder mehrere aus metallgefülltem Keramikschwamm bestehende Hartstoffkörper eingelegt werden, die beim Gießvorgang des Tragkörpers in diesen eingegossen werden.
  • Aus der DE 10122886 B4 ist ein Gussteil mit wenigstens einer von einem Verbundwerkstoff gebildeten verschleißfesten Wirkfläche für die Zerkleinerung eines Aufgabeguts bekannt. Der Verbundwerkstoff besteht hier aus wenigstens einem offenporigen Hartstoffkörper in einer Gussmatrix aus einem metallischen Gussmaterial. Der Hartstoffkörper besteht aus einem Keramikmaterial aus der Gruppe der Carbide, Oxide und Nitride oder einer Kombination von mehreren dieser Materialien. Als Hartstoffkörper sind bevorzugt Keramikkörper in Form handelsüblicher Gießfilter für Gusseisenmaterial und mit einer von solchen Gießfiltern bekannten Struktur verwendbar. Als metallisches Gussmaterial wird eine verschleißfeste Eisenbasislegierung bevorzugt, z. B. ein molybdänlegiertes und/oder chromlegiertes Gusseisen. Diese Lösung ist wegen der Verwendung handelsüblicher Gießfilter, die nur als scheibenförmige Körper vorliegen, nur für geometrisch einfache Hartstoffkörper mit ebenen Flächen (z. B. Mahlplatten) verwendbar.
  • Weitere Nachteile bestehen in der begrenzten Beanspruchbarkeit wegen des fehlenden stofflichen Verbundes zwischen Matrix und Hartstoffkörper sowie der Gefahr der Zerstörung der Hartstoffkörper durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Materialien von Hartstoffkörper und Matrix und damit durch Spannungen im Ergebnis von Wärmebehandlungsprozessen.
  • Bekannt sind ferner Lösungen, die sich auf die Ausbildung von verschleißfesten Oberflächen von Bauteilen beziehen und aus Metall-Matrix-Verbundstoffen (MMC) bestehen, die mit winzigen Einschlüssen eines anderen Materials verstärkt sind, wodurch das Risswachstum gehemmt und die Leistung verbessert werden soll – DE 695 34 107 T2 .
  • In dieser Druckschrift wird ferner ausgeführt, dass die beschriebene Erfindung alle Arten von Metall-Keramik-Verbundstoffen, einschließlich Keramik-Matrix-Verbundstoffen (CMC) betrifft und die Erfindung doch insbesondere anwendbar sei auf Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen (MMC) mit einem größeren Volumenbruchteil an Metall als Keramik. Es wird dann ausgeführt, dass diese MMC's aus vielen verschiedenen Komponenten von Matrixmaterial und verstärkten Teilchen hergestellt werden können, um möglichst eine umfassende Anwendung zu realisieren.
  • Grundlage dieser Verbundwerkstoffe bilden die Werkstoffe Aluminium, Magnesium, Kupfer, Titan und so genannte Superlegierungen Molybdän und Wolfram.
  • Derart ausgebildete Verbundstoffe sind in ihrer Herstellung sehr kostenaufwändig und verfügen nur über sehr eng begrenzte Festigkeits- und Verschleißeigenschaften.
  • Es wird ferner auf die DE 101 13 590 A1 verwiesen, mit der ein Verfahren zum Herstellen eines Konstruktionsteiles bekannt geworden ist, bei dem ein poröser Precursor-Formkörper aus einem Metalloxid-Keramik-Material hergestellt und mit einer Metallschmelze aus Aluminium, Magnesium oder einer Aluminium- oder Magnesium-Legierung infiltriert wird.
  • Gemäß der Erfindung wird der poröse Precursor-Formkörper durch Sintern mittels lokaler Erhitzung hergestellt, wobei die lokale Erhitzung hierbei insbesondere durch Laserstrahlen, Elektronenstrahlen, Plasmastrahlen oder einem oder mehreren Lichtbogen erfolgt, wodurch ein schneller Sintervorgang gewährleistet werden soll.
  • Nachteilig bei dieser Lösung ist der nicht unerhebliche Aufwand für das Sintern und die Einschränkung des vorgestellten Verfahrens darauf, dass die Metalloxid-Keramikkörner eine von Aluminium reduzierbare Metalloxid-Verbindung aufweisen, die zur Herstellung hochbelasteter Bauteile ungeeignet sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hartstoffkörper und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen, welcher in Gießformen zur Herstellung von Formguss teilen einsetzbar ist und so verschleißfeste Wirkoberflächen auf den äußeren Konturen der Formgussteile herausgebildet werden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4 gelöst.
  • In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und besondere Lösungen der Erfindung angegeben.
  • In Erkenntnis dessen, dass Hartstofflegierungen mit eingelagerten Hartphasen des Typs NiSF (Erzeugen von Eingießteilen aus Pulver von Metallen auf der Basis von Nickel) und WSC (Erzeugung von Eingießteilen mit Keramikteilen auf der Grundlage von Wolfram-Schmelzkarbiden) zur Verschleißminderung durch Plasma-Pulver-Auftragsschweißen oder laserunterstütztes Plasma-Pulver-Auftragsschweißen auf Stahl- und Eisenwerkstoffe aufgetragen werden können und auch das Eingießen von porösen keramischen Körpern (z. B. Gießfilter aus verschiedenen keramischen Stoffen) zur Verschleißminderung von Gussstücken und den damit verbundenen Nachteilen bekannt ist: Nämlich des hohen Nickelanteiles bei den Hartstofflegierungen mit eingelagerten Hartphasen sowie der fehlenden stofflichen Bindung zwischen porösen keramischen Körpern und der metallischen Matrix mit der Beschränkung des Einsatzes von Gießfiltern auf ebene Körper, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Einsatz/die Verwendung dieser Hartstofflegierungen für die Generierung von porösen Eingießkörpern/Hartstoffkörpern, diese mit der generativen Elektronenstrahlschmelztechnik hergestellt werden. Dabei erfolgt das Eingießen von porösen Körpern aus den Hartstofflegierungen mit eingelagerten Hartphasen, wodurch es möglich ist, nahezu jeden Hartstoffkörper herzustellen, der die gestaltete Oberfläche des Formgussteiles aufweist, dieser angepasst ist und ein fester stofflicher Verbund mit dem Matrixwerkstoff erreicht wird.
  • So wurde ein Hartstoffkörper geschaffen, der als ein offenporiger metallokeramischer Hartstoffkörper ausgebildet ist, welcher als Einlegeteil in eine Gießform einsetzbar ist und aus den Hauptbestandteilen 92 bis 80 Masse-% eines oder mehrerer Karbide der starken Karbidbildner W, Ti, Ta, Nb, V, Mo sowie Cr und 8 bis 20 Masse-% Co oder 85 bis 60 Masse-% der vorstehenden Karbide und 15 bis 40 Masse-% Ni hergestellt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführung des offenporigen metallokeramischen Hartstoffkörpers können anstelle der Karbide auch Oxide oder Nitride der genannten Materialien verwendet werden, wobei ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass der/die Hartstoffkörper mittels Elektronenstrahlschmelzen von aus metallischen und nichtmetallischen pulverförmigen Komponenten der vorgenannten Materialien hergestellt wird. Dies in der Art und Weise, dass durch eine geeignete Elektronenstrahlführung der Hartstoffkörper generativ durch Elektronenstrahlschmelzen von aus metallischen und nichtmetallischen pulverförmigen Komponenten dieser Materialien herausgebildet wird, dies unter Beachtung der Oberflächenstruktur des herzustellenden Formgussteiles bzw. eines Teilstückes der äußeren Kontur des Formgussteiles.
  • Die Gestalt und Abmessungen des herzustellenden Hartstoffkörpers, dessen Porosität, die Geometrie der Hohlräume sowie die Wandstärken des Hartstoffkörpers sind dabei den Beanspruchungen des zu gießenden Formgussteiles angepasst.
  • Dabei gehört auch zur Erfindung, dass die Porosität und die Geometrie der Hohlraumstruktur des Hartstoffkörpers so ausgebildet sind, dass eine gleichmäßige Infiltration des Gusswerkstoffes/Matrixwerkstoffes im gesamten Volumen des Hartstoffkörpers gegeben ist.
  • Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. Die im Ausführungsbeispiel offenbar werdenden Merkmale bilden einzeln und in jeder Merkmalskombination den Gegenstand der Erfindung vorteilhaft weiter. Die dazugehörige Zeichnung zeigt in
  • 1: die Ausbildung eines Hartstoffkörpers und dessen Einsatz in einer Gießform mit eingesetztem Formgussteil in einer prinziphaften Anordnung,
  • 2: eine wabenförmige Struktur der Hohlräume des Hartstoffkörpers in Schnittansichten A-A nach 1,
  • 3: eine rautenförmige Struktur der Hohlräume des Hartstoffkörpers in Schnittansichten A-A nach 1.
  • 4: die Ausbildung und Anordnung eines Hartstoffkörpers an der verschleißbeanspruchten Fläche eines Bauteiles.
  • Die in der 1 gezeigte Abbildung verdeutlicht zum einen die Ausbildung des Hartstoffkörpers 2, welcher der Oberflächenstruktur des herauszubildenden Formgussteiles 1 entspricht. Mit der Bezugszahl 2' wird der Teil des Hartstoffkörpers 2 bezeichnet, welcher noch nicht mit dem Gusswerkstoff/Gießmatrix 3 infiltriert ist. Demgegenüber kennzeichnet die Bezugszahl 4 den Bereich des Hartstoffkörpers 2, welcher bereits mit dem Gusswerkstoff, der Gießmatrix 3, infiltriert ist.
  • Ein derart herzustellendes Formgussteil 1 kann beispielsweise als metallisches Bauteil zum Fordern und/oder Bearbeiten von beispielsweise Erde, Kohle, Abraum, Zement, Erz, Mineralsalz, Gestein und anderen Stoffen sowie zum Recycling von Wertstoffen und dergleichen verwendet werden. Das Füllen der benötigten Gießform erfolgt mittels Schwerkraft über den Einguss 5. Zum Zweck des Dichtspeisens des Formgussstückes 1 sind Speiser 6 angeordnet.
  • Aus der Darstellung nach 1 ergibt sich auch, dass das herzustellende Formgussteil 3 auf seiner gekrümmten und teilweise ebenen Wirkfläche mit dem Hartstoffkörper 2 verbunden ist, der sowohl mit einer einheitlichen Schichtdicke von 15 bis 25 mm, aber auch an besonders beanspruchten Partien mit einer Verstärkung der Schicht ausgebildet werden kann.
  • Wie bereits ausgeführt, wird die Oberflächenschicht des herzustellenden Formgussteiles 1 durch den eingesetzten Hartstoffkörper 2 herausgebildet, dessen Hohlraumstruktur, herausgebildet durch eine Vielzahl von Hohlräumen 8, welche von dem Gusswerkstoff/der Gießmatrix 3 vollständig penetriert ist. So ist der Hartstoffkörper 2 weitest gehend in diese Gießmatrix 3 eingebettet und bildet mit dem Gusswerkstoff/der Gießmatrix 3 die Wirkflächen 7 des hergestellten Formgussteiles 1 aus.
  • Die Hohlräume 8 der Hohlraumstruktur des Hartstoffkörpers 2 sind mit Öffnungsmaßen im Bereich von 1,0 bis 8,0 mm ausgebildet und mit unterschiedlichen Querschnittsformen gestaltet.
  • So können die Hohlräume 8 eine quadratische, rechteckige, wabenähnliche, rautenförmige, gitterförmige, schwammförmige oder organischen Zellen ähnliche Strukturen besitzen und eine so ausgeführte Hohlraumstruktur des Hartstoffkörpers 2 gewährleistet die vollständige Ausfüllung der Hohlräume 8 mit der Gießmatrix 32 und 3 –. Ein so geschaffener Hartstoffkörper 2 besteht aus metallokeramischen Werkstoffen, wie weiter oben ausgeführt, die mit geschmolzenen Metallen oder Metalllegierungen, wie Nickel und Kobalt oder nur einem dieser Elemente, in ihrer Struktur gehalten werden und diese beim Gießen beibehalten. Dabei wird der Hartstoffkörper 2 mit in der Gießereipraxis üblichen Stiften (auch als „Kernnägel" bezeichnet) in der Form befestigt und gegen Verschieben durch Strömungsdruck des einströmenden Gießmetalls, der Gießmatrix 3, in seiner Lage gesichert.
  • Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Hartstoffkörper 2 durch elektronenstrahlgeschmolzenen Hartstoff gebildet. Die Bemessung der Hohlräume 8 des Hartstoffkörpers 2 erfolgt dabei in Abhängigkeit vom Gießmetall in der Weise, dass stets eine vollständige Penetration der Hohlräume 8 des Hartstoffkörpers 2 gewährleistet ist.
  • Es wird beim Gießvorgang angestrebt, dass es zwischen dem Hartstoffkörper 2 und der metallischen Gießmatrix 3 des Gusswerkstoffs zu einer festen stofflichen Bindung kommt, die dem Herausbrechen von Hartstoffteilen bei der äußeren Beanspruchung durch die zu fördernden oder zu bearbeitenden Stoffe entgegenwirkt.
  • 2 zeigt einen Hartstoffkörper 2 mit einer bienenwabenförmigen Struktur der Hohlräume 8 in zwei verschiedenen Ausschnittvergrößerungen. Diese Ausführung ermöglicht einen sehr geringen Strömungswiderstand beim Eindringen des flüssigen Metalls und fordert damit die vollständige Penetration. Die bienenwabenähnliche Struktur gewährleistet außerdem eine sehr gleichmäßige Hartstoffverteilung über die gesamte Wirkfläche 7. Die zur Herstellung des Hartstoffkörpers 2 verwendete Technik des Elektronenstrahlschmelzens gestattet außerdem die gezielte Verstärkung der Wanddicken innerhalb des Hartstoffkörpers 2 bei besonders starker lokaler Beanspruchung. Neben der bienenwabenähnlichen Struktur bieten sich weitere geeignete Hohlraumstrukturen für die Hartstoffkörper 2 an. Das sind beispielsweise die in 3 gezeigten rautenförmigen Strukturen oder gitterförmige, schwammförmige bzw. organischen Zellen ähnliche Strukturen. Es ist auch möglich, die Größe der Hohlräume 8 innerhalb eines Hartstoffkörpers 2 den Erfordernissen entsprechend zu gestalten.
  • Überschreiten die Maße der Hartstoffkörper 2 die Maße der Arbeitsräume der Elektronenstrahlanlagen, dann ist es möglich, den Hartstoffkörper 2 durch mechanisches oder thermisches Fügen von Einzelstücken auf das erforderliche Maß zu bringen.
  • Die Gießmatrix 3 wird beispielsweise durch den Werkstoff GS-42 CrMo 4 gebildet. Die folgende Tabelle weist neben diesem Werkstoff für das Ausführungsbeispiel auf weitere bevorzugte Werkstoffe für die Gießmatrix 3 in anderen erfindungsgemäßen Abgüssen hin.
    Vergütungsstahlguss DIN EN 10 293 BWB WL 1.20
    Verschleißfeste Stahlgussteile und verwandtes weißes Gusseisen AFNOR (F)
    Austenitischer Manganhartstahlguss ISO 13 521 ASTM A 128 und ASTM A 128MA
    Verschleißbeständiges Gusseisen DIN EN 12 513
    Gusseisen mit Lamellengraphit DIN EN 1561
    Gusseisen mit Kugelgraphit DIN EN 1563
    Bainitisches Gusseisen DIN EN 1564
  • Die Herstellung eines Hartstoffkörpers 2 erfolgt durch den schichtweisen Aufbau der aus den pulverförmigen Komponenten der metallischen und nichtmetallischen zum Einsatz kommenden Materialien hergestellt wird, die mittels des Elektronenstrahlschmelzens aufgeschmolzen werden, wobei der Elektronenstrahl auf der Grundlage dreidimensionaler CAD-Datenmodelle geführt wird, dabei die unmittelbare Gesamtform des Hartstoffkörpers 2 einschließlich seiner Hohlraumstruktur ausgebildet wird.
  • In Abhängigkeit der Größe und Struktur des herzustellenden Hartstoffkörpers 2 mit seinen Hohlräumen 8 erfolgt die Führung des Elektronenstrahles, welcher eine bestimmte Leistungsdichteverteilung besitzt, eine Strahlablenkung mit einer Frequenz von 106 Hz aufweist und die Auslenkamplitude des Elektronenstrahles durch die Größe des herzustellenden Hartstoffkörpers 2 bestimmt wird.
  • Die Herstellung der Hartstoffkörper 2 erfolgt dabei unter Vakuum und die pulverförmigen Materialien werden mit Schichtdicken im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm auf eine Plattform aufgetragen und dann mittels eines Elektronenstrahles untereinander verschmolzen.
  • In der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dargestellt ist ein Formgussteil 1, welches an einer Teiloberfläche, der Flache, die hohen und stoßhaften Beanspruchungen unterliegt, mit einem Hartstoffkörper 2 ausgebildet ist.
  • Der Hartstoffkörper 2 ist in seinem Aufbau gemäß der Erfindung ausgeführt und in seiner äußeren Struktur und Form der verschleißbeanspruchten Fläche des Formgussteiles 1 angepasst, dessen Hohlraumstruktur während des Gießvorganges von dem Gusswerkstoff/der Gießmatrix 3 vollständig penetriert wird und der Hartstoffkörper 2 weitestgehend in die Gießmatrix 3 eingebettet ist.
  • Der Werkstoff des Hartstoffkörpers 2 besteht aus Hartstofflegierungen mit eingelagerten Hartphasen des Typs WSC/NiSF in einem Verhältnis von 70:30 und als Gießmatrix kommt ein Werkstoff GS-42 CrMo 4 zum Einsatz.
  • Von besonderem Vorteil bei der Ausbildung und Anordnung eines Hartstoffkörpers 2 zu dem zu fertigenden Formgussteil 1 ist, dass der Hartstoffkörper 2 so in die entsprechende Gießform eingesetzt wird, dass am fertigen Formgussteil 1 die Wirkfläche 7 des Hartstoffkörpers 2 mit einer geringfügigen Schicht, beispielsweise im Bereich von 1 bis 2 mm, von der Gießmatrix 3 überdeckt ist, somit den unterschiedlichen Charakteristiken der eingesetzten Werkstoffe beim Aushärt-Erstarrungsprozess entsprochen wird.
  • Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die stoffliche Zusammensetzung von nach der Erfindung hergestellten Hartstoffkörpern 2.
  • Erste Ausführungsvariante:
    • Stoffliche Zusammensetzung des Hartstoffkörpers: 88 Masse-% WC und 12 Masse-% Co.
  • Zweite Ausführungsvariante:
    • Stoffliche Zusammensetzung des Hartstoffkörpers: 78 Masse-% WC und 22 Masse-% Co.
  • Drittes Ausführungsbeispiel:
    • Stoffliche Zusammensetzung des Hartstoffkörpers: 80 Masse-% WC und 20 Masse-% Ni.
  • Die stoffliche Zusammensetzung der herzustellenden Hartstoffkörper 2 ist nicht auf die in den vorgenannten Ausführungsvarianten begrenzt, vielmehr gibt es weitere werkstoffmäßige Ausbildungen der Hartstoffkörper 2, die in den Bereichen der genannten Masse-%-Anteile liegen, dies insbesondere unter Beachtung der Beanspruchungen der herzustellenden Formgussteile.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 0032335 A1 [0002, 0004]
    • - DE 4322113 A1 [0005]
    • - DE 10122886 B4 [0007]
    • - DE 69534107 T2 [0009]
    • - DE 10113590 A1 [0013]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - DIN EN 10 293 [0039]
    • - ISO 13 521 [0039]
    • - DIN EN 12 513 [0039]
    • - DIN EN 1561 [0039]
    • - DIN EN 1563 [0039]
    • - DIN EN 1564 [0039]

Claims (8)

  1. Hartstoffkörper für Formgussteile, ausgebildet als Einlegeteil und einsetzbar in einer Gießform, der Hartstoffkörper eine offenporige Struktur besitzt, die beim Abgießen von Matrixmaterial infiltriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoffkörper (2) eine offenporige metallokeramische Struktur aufweist, der Hartstoffkörper (2) einen mit der Kontur der Wirkfläche des herzustellenden Formgussteiles (1) übereinstimmenden Konturbereich besitzt, aus pulverförmigen Komponenten metallischer und nichtmetallischer Materialien besteht, dessen Hauptbestandteile 92 bis 80 Masse-% eines oder mehrerer Karbide der starken Karbidbildner W, Ti, Ta, Nb, V, Mo sowie Cr und 8 bis 20 Masse-% Co oder 85 bis 60 Masse-% der vorstehenden Karbide und 15 bis 40 Masse-% Ni sind.
  2. Hartstoffkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dessen offenporige Struktur durch Hohlräume (8) herausgebildet wird, deren Öffnungsmaße im Bereich von 1,0 bis 8,0 mm liegen und der Hartstoffkörper (2) mit Dicke von 5 bis 25 mm ausgebildet ist, die Hohlräume (8) unterschiedliche Querschnittsformen besitzen, welche eine quadratische, rechteckige wabenähnliche, rautenförmige, gitterförmige, schwammförmige oder organischen Zellen ähnliche Struktur aufweisen.
  3. Hartstoffkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoffkörper (2) hinsichtlich der Porosität, der Geometrie, einschließlich der Wanddickenbemessung und der Hohlraumstruktur derart ausgebildet ist, um den Beanspruchungen des herauszubildenden Formgussteiles (1) zu entsprechen.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Hartstoffkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoffkörper (2) durch schichtweisen Aufbau aus den pulverförmigen Komponenten der metallischen und nichtmetallischen eingesetzten Materialien hergestellt wird, die in Schichtdicken im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm auf einer Plattform aufgetragen und mittels eines Elektronenstrahls untereinander verschmolzen werden, wobei der Strahl so geführt ist, dass ein offenporiger Hartstoffkörper (2) mit vorwählbaren Hohlräumen (8) in Größe und Struktur hergestellt wird und der Hartstoffkörper (2) die Form oder eine Teilform besitzt, die der Kontur der Wirkfläche (7) oder einer Teilwirkfläche des Formgussteiles (3) entspricht.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahl eine spezielle Leistungsdichteverteilung besitzt, eine Strahlablenkung mit einer Frequenz von 106 Hz aufweist, durch eine Auslenkamplitude in Größe des Hartstoffkörper (2) gekennzeichnet ist und die Herausbildung des Hartstoffkörpers (2) unter Vakuum erfolgt.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität und die Geometrie der Hohlraumstruktur des Hartstoffkörpers (2) so ausgebildet sind, dass eine gleichmäßige Infiltration des Gusswerkstoffes/Gießmatrix (3) im gesamten Hohlraumvolumen des Hartstoffkörpers (2) gewährleistet ist.
  7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoffkörper (2) in geringem Abstand von der Oberfläche des verschleißbeanspruchten Gussteils angeordnet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoffkörper (2) beim Gießvorgang zur Herstellung eines Formgussteiles (1) mit diesem verbunden wird, dies derart, dass der Hartstoffkörper (2) im Formhohlraum einer dem Formgussteil (1) angepassten Gießform so eingesetzt und arretiert ist, dass zwischen der Oberfläche des Hartstoffkörpers (2) und der Gießform ein geringfügiger Abstand, vorzugsweise zwischen 1 bis 2 mm, gegeben ist, so dass anschließend, nach dem Füllen des Formhohlraumes der Gießform mit schmelzflüssigem Metall oder einer schmelzflüssigen Metalllegierung, die Wirkfläche (7) des eingesetzten Hartstoffkörpers (2) mit dem Gusswerkstoff, der Gießmatrix (3), überzogen ist, so der Hartstoffkörper (2) in geringem Abstand von der Oberfläche des verschleißbeanspruchten Formgussteiles (1) angeordnet ist.
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