DE10259141A1 - Material system for thermally coating metallic components subjected to wear and/or corrosion comprises a metallic sleeve made from nickel or nickel alloy and a filler made from vanadium carbides - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Werkstoffsystem zum thermischen Beschichten, vorzugsweise durch thermisches Spritzen, Plasma-Auftragsschweißen oder Lichtbogenschweißen, zur Herstellung einer Schutzschicht mit hohem Verschleiß- oder Verschleiß- und Korrosionswiderstand bei hoher mechanischer Festigkeit zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften.The invention relates to a material system for thermal coating, preferably by thermal spraying, Plasma surfacing or arc welding, to produce a protective layer with high wear or Wear- and corrosion resistance with high mechanical strength for improvement the surface properties.
Auftraggeschweißte Beschichtungen besitzen ihre Bedeutung vor allem bei schweren Verschleißbeanspruchungen. Durch die metallurgische Bindung zum Substrat wird eine hohe Haftfestigkeit der Schicht garantiert. Einlagig sind dabei Schichtdicken bis 6 mm möglich. Die Verschleißfestigkeit konventioneller Schweißzusatzwerkstoffe auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis resultiert aus der Ausbildung arteigner Hartphasen wie Karbiden, Boriden oder Siliziden. Durch weiteren Zusatz zumeist artfremder Hartstoffe entstehen sogenannte Pseudolegierungen mit deutlich erhöhter Verschleißbeständigkeit.Have welded coatings their importance especially in the case of heavy wear. Through the metallurgical bond to the substrate becomes high adhesive strength the shift guaranteed. Layer thicknesses up to 6 are used mm possible. The wear resistance conventional filler metals based on iron, nickel and cobalt results from the training species-specific hard phases such as carbides, borides or silicides. By Another addition of mostly alien hard materials creates so-called pseudo-alloys with significantly increased Wear resistance.
Übliche Pseudolegierungen für Verschleißschutzbeschichtungen verwenden Wolframkarbid bzw. Wolframschmelzkarbid (WSC) oder Chromkarbid als Hartstoffe, die vorwiegend in Nickel- oder Eisenbasiswerkstoffen, sowie bei erhöhten Ansprüchen an die Warmfestigkeit, in Kobaltbasiswerkstoffe eingebettet werden. Vanadinkarbid (VC) wird in der Schweißtechnik relativ selten und in der Regel in Verbindung mit anderen Hartstoffen angewendet, obwohl Vanadinkarbid bei hochverschleißbeständigen pulvermetallurgisch hergestellten Stählen aufgrund seiner hohen Härte und Verschleißbeständigkeit eine dominante Rolle spielt.usual Pseudo alloys for Wear protective coatings use tungsten carbide or tungsten carbide (WSC) or chromium carbide as hard materials, mainly in nickel or iron-based materials, as well as with increased claims to the heat resistance, are embedded in cobalt base materials. Vanadium carbide (VC) is relatively rare in welding technology usually used in conjunction with other hard materials, though Vanadium carbide for highly wear-resistant powder metallurgy manufactured steels due to its high hardness and wear resistance plays a dominant role.
Derartige Werkstoffsysteme werden vorwiegend in Fülldrähten bzw. Füllbändern verwendet.Such material systems are predominantly in cored wire or Filling tapes used.
Fülldrähte bzw. Füllbänder können im Inneren neben lichtbogenstabilisierenden, schutzgasbildenden sowie schlackebildenden Komponenten auch metallische Bestandteile aufweisen. Fülldrähte und Füllbänder werden zum Verbindungs- und Auftragschweißen eingesetzt. Mit ihnen können Legierungen erzeugt werden, die aufgrund der Härte und/oder Zusammensetzung nicht als Massivdraht gezogen werden können.Cored wires or Filling bands can in Inside in addition to arc stabilizing, shielding gas forming as well slag-forming components also have metallic components. Cored wires and Filling bands will be for connection and Cladding used. With them you can Alloys are created based on hardness and / or composition cannot be drawn as solid wire.
Die Zusammensetzung der Fülldrähte prägt Eigenschaften und Schweißverhalten.The composition of the cored wire shapes properties and welding behavior.
Zur Herstellung von Fülldrähten werden die verschiedensten Kombinationen von Pulvergemischen eingesetzt. Als Metallpulver kommen beispielsweise FeMn, FeCrC, Ni, Fe usw. und deren Kombinationen zur Anwendung. Die Metallpulver können durch Gas- oder Wasserverdüsung erzeugt werden.For the production of cored wire the most varied combinations of powder mixtures used. For example, FeMn, FeCrC, Ni, Fe, etc. come as metal powder. and their combinations for use. The metal powder can by Gas or water atomization be generated.
Hergestellt werden die Fülldrähte, indem
das Füllpulver
in ein Rohr mit einem definierten Durchmesser eingerüttelt wird
und dieses anschließend
durch Ziehen oder Walzen auf einen vorgegebenen Enddurchmesser reduziert
wird (
Aufgabe der Erfindung ist es, Werkstoffsysteme zum thermischen Beschichten bereitzustellen, mit denen bei Anwendung für auf Verschleiß, Festigkeit bzw. Verschleiß, Festigkeit und Korrosion beanspruchte Funktionsoberflächen aufgrund der verbesserten Eigenschaften erweiterte Anwendungsgebiete erschlossen werden oder eine deutlich höhere Standzeit im Vergleich zu konventionellen Zusätzen erzielt wird und sich somit ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil ergibt.The object of the invention is material systems to provide for thermal coating with those used for on Wear, Strength or wear, Strength and corrosion stress functional surfaces due to the improved properties open up wider areas of application or a much higher one Tool life compared to conventional additives is achieved thus gives a significant economic advantage.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Werkstoffsystem zum thermischen Beschichten auf Verschleiß und/oder Korrosion beanspruchten metallischen Bauteilen, wobei das Werkstoffsystem ein Fülldraht oder ein Füllband ist, aus einem metallischen Mantel aus Nickel, einer Nickellegierung, Eisen oder einer Eisenlegierung und einer Füllung aus eingelagerten Vanadinkarbiden (VC), die als grobe Sinterkarbide und/oder Feinstkornagglomerate mit 10 bis 35 Gewichtsprozent und weiteren Komponenten in Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmasse enthält, besteht.According to the invention the task is thereby solved, that this Material system for thermal coating for wear and / or Corrosion stressed metallic components, the material system a cored wire or a filling tape is made of a metallic sheath made of nickel, a nickel alloy, Iron or an iron alloy and a filling of embedded vanadium carbides (VC) used as coarse cemented carbides and / or fine grain agglomerates with 10 to 35 percent by weight and other components in percent by weight based on the total mass contains consists.
Das Auftragen der Schichten kann durch MSG-, MIG-, Open-arc-Auftragsschweißen oder durch thermisches Spritzen erfolgen.The layers can be applied by MSG, MIG, open arc build-up welding or done by thermal spraying.
Die innenliegende Füllung enthält als Komponenten Zusätze an C (Kohlenstoff), Cr (Chrom), B (Bor), W (Wolfram), Mo (Molybdän), V (Vanadium), Co (Kobalt), Mn (Mangan), Si (Silizium), Ti (Titan), Zr (Zirkonium), Nb (Niob), Ni (Nickel) und Fe (Eisen) sowie Vanadinkarbide, die gesintert als Grobkarbide oder – gebunden über Carbonyleisen – als Feinstkornagglomerat in Gewichtsprozent von 10 bis 35 % bezogen auf die Gesamtmasse vorliegen.The interior filling contains as components additions on C (carbon), Cr (chromium), B (boron), W (tungsten), Mo (molybdenum), V (vanadium), Co (cobalt), Mn (manganese), Si (silicon), Ti (titanium), Zr (zirconium), Nb (Niobium), Ni (Nickel) and Fe (Iron) as well as vanadium carbides, which are sintered as coarse carbides or - bound by carbonyl iron - as fine grain agglomerate present in weight percent of 10 to 35% based on the total mass.
In Eisen- und Nickelwerkstoffen besitzt Vanadinkarbid metallurgische Vorteile, da es, wenn es durch Überhitzung geschmolzen und in der Schmelze gelöst wird, aufgrund der hohen Affinität zu Kohlenstoff primär und feindispers wieder ausgeschieden wird. Hierdurch wird auch die Ausscheidungskinetik und der Legierungsgehalt des Matrixwerkstoffes nicht beeinflußt, wodurch insbesondere keine unerwünschten Veränderungen der Hartphasen auftreten. Die Karbidkeime führen zusätzlich zu einer feinkörnigen Gefügeausbildung des Matrixwerkstoffes. Die Karbidausbildung ist stets feinkristallin. Versprödende eutektische Karbidnetze werden weitestgehend unterdrückt. Im Vergleich zu Auftragsschweißungen mit konventionellen Hartstoffen sind bei Eisenlegierungen auch bei hohen VC-Gehalten noch rißsichere Beschichtungen möglich. Hierdurch wird auch die Zerrüttungsgefahr bei überlagerter dynamischer Belastung verringert.In iron and nickel materials Vanadium carbide has metallurgical benefits as it is when overheated is melted and dissolved in the melt due to the high affinity primary to carbon and is finely dispersed again. This also eliminates the kinetics of excretion and does not affect the alloy content of the matrix material, whereby especially no unwanted ones changes the hard phases occur. The carbide nuclei also lead to a fine-grained structure of the matrix material. The carbide formation is always fine crystalline. Embrittling eutectic Carbide nets are largely suppressed. Compared to surfacing with Conventional hard materials are also used with high alloys VC contents still crack-proof Coatings possible. This also increases the risk of disruption with superimposed dynamic load reduced.
Aufgrund der geringen Dichte von Vanadinkarbid (siehe Tabelle 1) treten im Vergleich zu den vielfach im Verschleißschutz eingesetzten Wolframschmelzkarbiden keine Seigerungen auf, so daß eine homogene Verteilung der Vanadinkarbide über die Schichthöhe einen sehr konstanten Verschleißschutz gewährleistet. Zudem wird insbesondere bei höheren Karbidgehalten das Flächengewicht deutlich reduziert, wodurch sich zum Beispiel bei Einsatz in bewegten Systemen deutliche Vorteile hinsichtlich der erforderlichen Antriebsenergie ergeben.Because of the low density of vanadium carbide (see Table 1), no segregation occurs compared to the tungsten melting carbides that are often used in wear protection, so that a homogeneous distribution of the vanadium carbides over the layer height ensures very constant wear protection. In addition, in particular with higher carbide contents, the weight per unit area is significantly reduced, which, for example, results in clear advantages in terms of the required drive energy when used in moving systems.
Tabelle 1: Eigenschaften verschiedener HartstoffeTable 1: Properties different hard materials
Die fehlerfreie Einbettung von Vanadinkarbid in schweißmetallurgische Beschichtungen auf Nickel- und Eisenbasis stellt, ein hohes Potential zur Eigenschaftsverbesserung von Verschleißschutzbeschichtungen und zur Kostensenkung zur Verfügung. Zum Einsatz in der thermischen Beschichtungstechnik lassen sich vanadinkarbidverstärkte Werkstoffsysteme auf Nickel- und Eisenbasis besonders vorteilhaft durch die Fülldrahtechnik nutzen.The flawless embedding of vanadium carbide in welding metallurgical Coatings based on nickel and iron represent a high potential to improve the properties of wear protection coatings and Cost reduction available. Can be used in thermal coating technology vanadinkarbidverstärkte Material systems based on nickel and iron are particularly advantageous through the cored wire technology use.
Fülldrähte auf NiBSi- und NiCrBSi-Basis mit Vanadinkarbid als wesentlichen Träger der Verschleißfestigkeit lassen sich aufgrund der guten Fließeigenschaften des Matrixwerkstoffes hervorragend verarbeiten. Fülldrähte auf Fe-Basis mit eingelagerten Vanadinkarbiden weisen im Vergleich zu konventionellen FeCrC-Fülldrähten deutlich überlegene Verschleißeigenschaften bei hoher Rißsicherheit (einlagig) auf und eignen sich hierdurch auch zur thermischen Beschichtung von komplex verschleiß- und biegebeanspruchten Funktionsflächen. Durch die werkstoffspezifischen Vorteile von Vanadinkarbid (feindisperse Wiederausscheidung bei Überhitzung) ist die Verarbeitung derartiger Fülldrähte auch in größeren Prozeßfenstern möglich.Cored wires on NiBSi and NiCrBSi base with vanadium carbide as the main carrier of the wear resistance can be due to the good flow properties of the matrix material excellent processing. Cored wires on Fe base with embedded vanadium carbides in comparison conventional FeCrC cored wire clearly superior wear properties with high crack resistance (single layer) and are therefore also suitable for thermal coating of complex wear and functional surfaces subject to bending stress. Through the material-specific Advantages of vanadium carbide (finely dispersed re-excretion in the event of overheating) is the processing of such cored wire even in larger process windows possible.
Das Anwendungspotential von vanadinkarbidhaltigen Fülldrähten auf Nickelbasis erstreckt sich auf verschleiß- und korrosionsbeanspruchte Funktionsflächen von Werkzeugen für den Bergbau, die Erdbewegung, der Ölsandverarbeitung sowie der allgemeinen mechanischen Verfahrenstechnik, Hierzu zählen insbesondere Bauteile, die zum Fördern, Transportieren, Brechen und Mahlen eingesetzt werden, aber auch konventionelle Auskleidungen durch, im Vergleich zu WSC-verstärkten Auftragsschweißungen, gewichtsreduzierten Verschleißplatten. Vanadinkarbidhaltige Fülldrähte auf Eisenbasis eignen sich insbesondere für Applikationen, bei denen neben einer sehr hohen abrasiven Verschleißbeständigkeit auch eine erhöhte Zähigkeit (Biegebruchfestigkeit) oder gegebenenfalls Schneidhaltigkeit erforderlich ist. Zu nennen sind hierbei insbesondere kantenbelastete Komponenten wie Verschleiß-, Schlag, und Führungsleisten, Abstreifer, Führungen, Maschinenmesser, aber auch Brecherwalzen, Mischerflügel, Förderschnecken, Dekanter, Mahlplatten und Verschleißbleche. Durch Variation des Kohlenstoffgehaltes und der Legierungselemente Chrom und Nickel sind chrommartensitische Werkstoffe mit einer Korrosionsbeständigkeit gegenüber Agenzien aus dem Bereich der Lebensmittelverarbeitung oder Werkstoffe mit austenitischer Matrix, die neben einer hohen Verschleißbeständigkeit zusätzlich eine gute Korrosionsbeständigkeit besitzen, erzielbar.The application potential of vanadium carbide-containing Cored wires on Nickel base extends to wear and corrosion stress functional surfaces of tools for mining, earthmoving, oil sands processing and general mechanical process engineering, these include in particular Components that are used for conveying, Transporting, breaking and grinding are used, but also conventional linings through, compared to WSC-reinforced build-up welds, weight-reduced wear plates. Vanadium carbide cored wires Iron-based are particularly suitable for applications where in addition to very high abrasive wear resistance, increased toughness (Bending strength) or possibly edge retention required is. In particular, edge-loaded components should be mentioned like wear, Blow, and guide rails, Wipers, guides, Machine knives, but also crusher rollers, mixer blades, screw conveyors, Decanters, grinding plates and wear plates. By varying the Carbon content and the alloying elements chrome and nickel are chrome martensitic materials with corrosion resistance across from Food processing agents or materials with austenitic matrix, which in addition to high wear resistance additionally good corrosion resistance own, achievable.
Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher beschrieben werden.The invention is intended to be used on the basis of exemplary embodiments described in more detail become.
Beispiel 1:Example 1:
An Kanten und Flächen von Schneckenförderern, die beispielsweise in der Zement- und Ziegelindustrie Verwendung finden, treten nach einer gewissen Laufzeit Verschleißerscheinungen durch Erosionsangriffe auf.On edges and surfaces of screw conveyors, which are used, for example, in the cement and brick industry find wear and tear after a certain period of time through erosion attacks.
Durch eine thermische Beschichtung mit dem erfindungsgemäßen Werkstoffsystem können die Verschleißerscheinungen beseitigt und die Standzeit erhöht werden. Als Zusammensetzung für das Werkstoffsystem wurde ein aus Nickel bestehender Werkstoff für den Mantel des Fülldrahtes und für die Füllung Vanadinkarbid (VC), das als Feinstkornagglomerat mit 18 Gewichtsprozent ausgeführt ist, und 0,35 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 1,25 Gewichtsprozent Silizium, 2,0 Gewichtsprozent Molybdän, 1,0 Gewichtsprozent Vanadium, 0,75 Gewichtsprozent Bor, 0,3 Gewichtsprozent Titan sowie 0,75 Gewichtsprozent Eisen bezogen auf die Gesamtmasse, gewählt.A thermal coating with the material system according to the invention can eliminate the signs of wear and increase the service life. The material for the material system was a nickel material for the sheath of the cored wire and for the filling vanadium carbide (VC), which is designed as a fine grain agglomerate with 18 percent by weight and 0.35 percent by weight Carbon, 1.25 percent by weight silicon, 2.0 percent by weight molybdenum, 1.0 percent by weight vanadium, 0.75 percent by weight boron, 0.3 percent by weight titanium and 0.75 percent by weight iron based on the total mass.
Die Komponenten der Füllung liegen in Form eines Metallpulvers bei maximaler Korngröße von 200 μm vor.The components of the filling lie in the form of a metal powder with a maximum grain size of 200 μm.
Nach dem Befüllen des Nickelmantels des Fülldrähtes mit den vorgenannten Komponenten wird das Füllpulver eingerüttelt und anschließend der Fülldraht auf einen Durchmesser von 2 mm heruntergezogen.After filling the nickel jacket of the Cored wire with the filling components are vibrated and the above components subsequently the cored wire pulled down to a diameter of 2 mm.
Der so entstandene Fülldraht wird beim Metall-Schutzgas(MSG-)Auftragsschweißen verwendet.The cored wire thus created is used for metal shielding gas (MSG) cladding.
Beim Auftragsschweißen wird die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils mit einer Schicht bis zu mehreren Millimetern Schichtdicke überzogen. Dabei werden Hartstoffe, wie das Vanadinkarbid, in die Oberfläche eingelagert. Diese führen zur wesentlichen Steigerung der Verschleißbeständigkeit.When cladding is the surface of the component to be coated with one layer up to several Millimeter layer thickness coated. Hard materials such as vanadium carbide are embedded in the surface. This lead for a significant increase in wear resistance.
Beispiel 2:Example 2:
Zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit an Führungselementen oder Kanten von Schnitt- oder Umformwerkzeugen werden Werkstoffsysteme auf Eisenbasis verwendet.To improve wear resistance on guide elements or edges of cutting or forming tools become material systems used on iron basis.
Als Zusammensetzung für ein derartiges Werkstoffsystem wurde ein aus Eisen bestehender Werkstoff für den Mantel des Fülldrahtes und für die Füllung Vanadinkarbid (VC) in Feinstagglomeratform mit 20 Gewichtsprozent sowie mit 0,3 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 1,5 Gewichtsprozent Silizium, 1,25 Gewichtsprozent Mangan, 1,25 Gewichtsprozent Molybdän, 5,0 Gewichtsprozent Chrom, 2,5 Gewichtsprozent Kobalt und 0,25 Gewichtsprozent Zirkonium, bezogen auf die Gesamtmasse gewählt.As a composition for such Material system became an iron material for the jacket of the cored wire and for the filling Vanadium carbide (VC) in fine day glomerate form with 20 percent by weight as well as with 0.3 weight percent carbon, 1.5 weight percent silicon, 1.25 Weight percent manganese, 1.25 weight percent molybdenum, 5.0 weight percent Chromium, 2.5% by weight cobalt and 0.25% by weight zirconium, based on the total mass selected.
Die Komponenten werden in Pulverform bei einer maximalen Korngröße von 150 μm in den Eisenmantel des Füllrohres bzw. Füllbandes gefüllt, eingerüttelt und anschließend wird der Fülldraht auf einen Durchmesser von 1,8 mm heruntergezogen.The components are in powder form with a maximum grain size of 150 μm in the Iron casing of the filling pipe or filling tape filled, vibrated and subsequently becomes the cored wire pulled down to a diameter of 1.8 mm.
Das Auftragen der Verschleißschutzschicht erfolgt durch thermisches Auftragen, vorzugsweise durch Lichtbogenschweißen.Applying the wear protection layer is carried out by thermal application, preferably by arc welding.
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