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Die Verwendung einer Eisenlegierung aus Werkstoff für Drähte oder
Stäbe zum Aufspritzen von Metallüberzügen Durch die Erfindung werden verschiedene
Nachteile beseitigt, die bisher beim Aufspritzen von Überzügen aus Eisenlegierungen
auftraten.
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Beim Aufspritzen von Eisenlegierungen zwecks Ausbildung von Metallüberzügen
verwendet man im allgemeinen Spritzpistolen, beispielsweise solche des »Schoop«c-Typs.
Es hat sich gezeigt, daß man dabei eine bestimmte, von der Art der Legierung und
der Form des zu überziehenden Werkstücks abhängende Auftragsdicke des Belages nicht
überschreiten darf, wenn die Ausbildung von Rissen und Verziehungen oder sogar ein
Abheben der Beläge vermieden werden soll, wie diese durch die in den Überzügen auftretenden
Spannungen hervorgerufen werden. Diese unerwünschten, die Überzugsdicke begrenzenden
Spannungen haben ihre Ursache in einer zu hohen Schrumpfung, die wieder mit der
inneren Festigkeit und der Geschmeidigkeit des aufgespritzten Belages zusammenhängt.
Das aufgespritzte Metall schrumpft. beim Abkühlen und bewirkt diese Schrumpfspannungen
in den Überzügen. Jede einzelne bei der Ausbildung des Belages aufgebrachte Teilchenschicht
wird auf eine verhältnismäßig feste Grundlage aufgebracht, die entweder aus dem
ursprünglichen Werkstück selbst besteht oder von diesem und dem zuvor ausgebildeten
Überzug gebildet wird. Daher schrumpfen die einzelnen dünnen Schichten selbst nicht
wesentlich, die Spannungen ergeben sich vielmehr aus dem Zusammenwirken der Schrumpfung
aller Schichten, so daß die Spannungen um so stärker hervortreten, je dicker die
Überzüge aufgebaut wurden. Überschreiten die Spannungen die innere Festigkeit des
aufgespritzten Belages, so entstehen Narben und Risse im Überzug. Spritzt man einen
Überzug schichtweise auf ein zylinderförmiges Werkstück auf, beispielsweise an einen
Schaft, so zeigen sich im allgemeinen parallel zur Zylinderachse verlaufende Risse,
wenn die Spannungen die Zugfestigkeit des Überzugs überschreiten. Bei ebenen Grundflächen
können die Spannungen auch zu Verziehungen des Überzugs führen, deren Richtung sich
so auswirkt, daß sich die Kanten über der Mitte abzuheben und von der Grundfläche
abzulösen trachten. Spritzt man Metalle mit hoher Schrumpfneigung auf, so schädigen
die Spannungen die Haftfestigkeit zwischen Belag und Grundfläche, so daß der Überzug
an den Kanten abgehoben wird. Wenn das Werkstück nicht starr genug ist, um die Schrumpfungsspannungen
auszuhalten, können diese ein Verziehen des Werkstückes selbst bewirken.
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In gewissem Umfang kann nun die Geschmeidigkeit des aufgespritzten
Metallbelages die Auswirkungen der Schrumpfungsspannungen ausgleichen. Verglichen
mit den zunächst in Form von Drähten oder Stäben vorliegenden Metallmassen sind
die entsprechenden aufgespritzten Metallüberzüge als sehr brüchig anzusehen, auch
weisen sie eine geringe Geschmeidigkeit auf. Bei gegebener Belagsdicke ist jedoch
der zwischen der Geschmeidigkeit verschiedener aufgespritzter Überzüge bestehende
Unterschied wichtig, wenn eine Schädigung durch Rißbildung usw. vermieden werden
soll. Hochgekohlte, insbesondere gehärtete Stähle besitzen eine geringere Geschmeidigkeit
als niedriggekohlte Stähle. Die entsprechenden aus diesen Massen aufgespritzten
Überzüge verhalten sich im allgemeinen jedoch gerade umgekehrt. Will man also eine
gegebene Überzugsdicke ohne auftretende Schädigungen überschreiten, so muß man hochgekohlte
Stähle oder solche mit mindestens 12 bis 140/, Chrom für diesen Zweck einsetzen.
-Die Verwendung dieser Stähle bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß infolge der
Oberflächenhärte die Nachbearbeitung und Zurichtung erschwert wird und zusätzliche
Aufwendungen erfordert. Selbst mit den erwähnten hochgekohlten oder 12 bis 140/,
Chrom enthaltenden Stählen lassen sich bestimmte Auflagedicken nicht einstellen,
wenn die Ausbildung von Fehlstellen im Belag mit Sicherheit vermieden werden soll.
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Auf flache Oberflächen konnten daher schrumpffeste Überzüge nur mit
einer Auflagedicke bis 1,6 mm aufgebracht werden, während nur bis 2,37 mm dicke
Überzüge aufgespritzt werden konnten, wenn ein Abheben von der Grundfläche ausgeschlossen
sein soll. Bis zu Auflagedicken von 3,2 mm konnte aufgespritzt werden, wenn starke
Schädigungen des Belags vermieden werden sollten.
Es wurde überraschenderweise
gefunden, daß der Einsatz vonEisenlegierungen ganz bestimmter Zusammensetzung es
möglich macht, Überzüge von bisher nicht erreichbarer Schichtdicke mit Oberflächeneigenschaften
aufzuspritzen, bei denen die erwähnten Spannungsschäden nicht auftraten. Die Verwendung
der nachstehend näher beschriebenen Eisenlegierungen ermöglicht das Aufspritzen
von Belägen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, die sich einerseits leicht nacharbeiten
und zurichten lassen, aber andererseits doch die Ausbildung dickerer Überzüge erlauben,
ohne daß die bei diesem Typ der Eisenverbindungen bisher aufgetretenen Nachteile
festzustellen sind. Die Erfindung weist gleichzeitig einen Weg, um Überzüge aus
den härteren hochgekohlten Legierungen aufzubringen und dabei jene bisher für diesen
Legierungstyp höchstzulässige Schichtdicke zu überschreiten, bei der Schäden am
Belag nicht auftraten.
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Es ist bekannt, Verschleißstellen dadurch wiederherzustellen, daß
verschleiß- und korrosionsfeste Überzüge aufgespritzt werden. Für diesen Zweck wurden
schon verschiedene Metalle einschließlich der weicheren Metalle, wie Kupfer, Messing,
Bronze usw., eingesetzt; auch das Aufspritzen von härteren Metallen, wie von Stahllegierungen,
hat sich in diesem Zusammenhang bewährt. So hat man schon Chromstahl, Vanadiumstahl,
Manganstahl usw. auf Brems- und Kupplungsscheiben aufgespritzt, um diese korrosionsfest
zu machen.
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Die spezifischen Legierungen der Erfindung, die sich zu Überzügen
von bisher nicht erreichbarer Schichtdicke verspritzen lassen, wurden jedoch bis
jetzt noch nicht als Spritzmetallmassen verwendet.
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Die Erfindung ermöglicht innerhalb der Zusammensetzungsgrenzen der
neuen Legierungen wahlweise die Aufbringung weicher, zur Nachbearbeitung geeigneter,
oder feilenharter Überzüge.
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Nachstehend sind -soweit nichts anderes angegebenalle Gehaltsangaben
als Gewichtsangaben anzusehen. Nach der Erfindung verwendet man eine Eisenlegierung
mit
| 0,75 bis 3,000/0 Chrom, |
| 1,80 bis 2,60 0/0 Mangan, |
| 0,75 bis 2,000/0 Molybdän, |
| 2,00 bis 6,00 0/0 Nickel, |
| 0,00 bis 0,600/0 Kohlenstoff, |
| 0,00 bis 0,20 0/0 Silicium, |
| 0,00 bis 0,05 0/0 Schwefel, |
| 0,00 bis 0,05 0/0 Phosphor, |
| 0,00 bis 3,00 0/0 Aluminium, |
| 0,00 bis 1,000/0 Kupfer, |
| 0,00 bis 5,00 0/0 Kobalt, |
| 0,00 bis 5,00 0/0 Wolfram, |
| 0,00 bis 0,50 0/0 Vanadium, |
| 0,00 bis 0,500/0 Titan, |
| 0,00 bis 0,300/0 Zirkon, |
| 0,00 bis 1;000/0 Tantal und Niob insgesamt, |
| Rest Eisen, |
wobei die Summe der Gehalte an Kupfer, Kobalt, Wolfram, Titan, Vanadium, Zirkon,
Tantal und Niob nicht mehr als 100/0 beträgt, als Werkstoff für Drähte oder Stäbe
zum Aufspritzen von Metallüberzügen.
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Als Werkstoff für Drähte oder Stäbe zum Aufspritzen besonders harter
Metallüberzüge verwendet man Eisenlegierungen folgender Zusammensetzung:
| 0,75 bis 2,50 0/0 Chrom, |
| 1,80 bis 2,40 0/0 Mangan, |
| 0,75 bis 1;75 0/0 Molybdän, |
| 2,00 bis 5,000/0 Nickel, |
| 0,30 bis 0,600/0 Kohlenstoff, |
| 0,00 bis 0,20 0/0 Silicium, |
| 0,00 bis 0,05 0/0 Schwefel, |
| 0;00 bis 0,03 0/0 Phosphor, |
| 0,00 bis 3,00 0/0 Aluminium, |
| 0,00 bis 1,00 0/0 Kupfer, |
| 0,00 bis 5,00 0/0 Kobalt, |
| 0,00 bis 5,00 0/0 Wolfram, |
| 0,00 bis 0,50 0/0 Vanadium, |
| 0,00 bis 0,50 0/0 Titan, |
| 0,00 bis 0,30 0/0 Zirkon, |
| 0,00 bis 1,00°/o Tantal und Niob zusammen, |
| Rest Eisen. |
Als Werkstoff für Drähte oder Stäbe zum Aufspritzen solcher Überzüge, die der Nachbearbeitung
zugänglich sind, verwendet man erfindungsgemäß Legierungen folgender Zusammensetzung:
| 0,75 bis 3,00 0/0 Chrom, |
| 1,80 bis 2,600/0 Mangan, |
| 0,75 bis 2,00 0/0 Molybdän, |
| 2,00 bis 6,000/0 Nickel, |
| 0,00 bis 0,25 0/0 Kohlenstoff, |
| 0,00 bis 0,20 0/0 Silicium, |
| 0,00 bis 0,05 0/0 Schwefel, |
| 0,00 bis 0,05 0/0 Phosphor, |
| 0,00 bis 3,00 0/0 Aluminium, |
| 0;00 bis 1,000/0 Kupfer, |
| 0,00 bis 5,000/0 Kobalt, |
| 0,00 bis 5,00 0/0 Wolfram, |
| 0,00 bis 0,50 0/0 Vanadium, |
| 0,00 bis 0,50 0/0 Titan, |
| 0,00 bis 0,30 0/0 Zirkon, |
| 0,00 bis 1,00 0/0 Tantal und Niob zusammen, |
| Rest Eisen. |
Als Werkstoff für Drähte oder Stäbe zum Aufspritzen von Überzügen, die weicher sind
als die den vorstehenden Zahlen entsprechenden, verwendet man erfindungsgemäß Legierungen
folgender Zusammensetzung:
| 0,75 bis 2,50 0/0 Chrom, |
| 1,80 bis 2,40 0/0 Mangan, |
| 0,75 bis 1,75 0/0 Molybdän, |
| 2,00 bis 5;00 0/0 Nickel, |
| ß;00 bis 0,15 0/0 Kohlenstoff, |
| 0,00 bis 0,20 l)/0 Silicium, |
| 0,00 bis 0,05 0/0 Schwefel, |
| 0,00 bis 0,03 0/0 Phosphor, |
| 0,00 bis 3,000/0 Aluminium, |
| 0,00 bis 1,00 0/0 Kupfer, |
| 0,00 bis 5,00 0/0 Kobalt, |
| 0,00 bis 5,00 0/0 Wolfram, |
| 0,00 bis 0,50 0/0 Vanadium, |
| 0,00 bis 0,500/0 Titan, |
| 0,00 bis 0,300/0 Zirkon, |
| 0,00 bis 1,000/0 Tantal und Niob zusammen, |
| Rest Eisen. |
Drähte oder Stäbe zum Aufspritzen von sehr weichen Metallüberzügen, also von Metallüberzügen,
die noch weicher sind als die durch die vorstehenden Daten gekennzeichneten, sollen
aus einer Legierung folgender Zusammensetzung bestehen:
| 1,25 bis 1;750/0 Chrom, |
| 2,00 bis 2,40 0/0 Mangan, |
| 1,20 bis 1,500/0 Molybdän, |
| 4,00 bis 4,50 0/0 Nickel, |
| 0,00 bis 0,100/0 Kohlenstoff, |
| 0,00 bis 0,15 0/0 Silicium, |
| 0,00 bis 0,03 % Schwefel, |
| 0,00 bis 0,03 % Phosphor, |
| in für eine desoxy- |
| dierende Wirkung |
| ausreichenden |
| Mengen, jedoch nicht |
| wesentlich über 0,60 % Aluminium, |
| 0,00 bis 1,00 °/o Kupfer, |
| 0,00 bis 5,00 Kobalt, |
| 0,00 bis 5,00 % Wolfram, |
| 0,00 bis 0,50 % Vanadium, |
| 0,00 bis 0,50 % Titan, |
| 0,00 bis 0,30 % Zirkon, |
| 0,00 bis 1,00°/o Tantal und Niob zusammen, |
| Rest Eisen. |
In allen Fällen sollen die vorstehend für Verunreinigungen und andere Elemente in
Stahllegierungen geforderten Mengenverhältnisse vorliegen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, die Drähte oder
Stäbe nach der Erfindung an der Außenseite mit einem dünnen Kupferüberzug zu überziehen.
Ein solcher Überzug läßt sich in an sich bekannter Weise aufbringen, beispielsweise
indem man den vorher gereinigten Stab oder Draht in eine Kupfersulfatlösung eintaucht.
Zweckmäßig bringt man den Kupferüberzug auf dem Draht beim Kaltziehen vor dem letzten
Ziehvorgang an.
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Es ist zwar bekannt, bei der Wiederherstellung von Verschleißteilen
unter Anwendung hoher Schmelztemperaturen Stahldraht aufzuspritzen oder in einer
Spritzpistole weichen Draht aus Kupfer, Messing, Bronze usw. zu schmelzen und mittels
Druckluft auf das Werkstück aufzubringen (»Schoopsches Metallspritzen«). Auch hat
man schon gegen Verschleiß widerstandsfähige Maschinen-und Bauteile aus Leichtmetall
hergestellt, indem man sie mit einem verschleißfesteren Metall mit Hilfe des Spritzverfahrens
überzogen hat. Schließlich ist auch das Aufspritzen von Chromstahl, Vanadiumstahl,
Manganstahl usw. auf Brems- oder Kupplungsscheiben bekannt, wobei es besonders auf
das Aufspritzen korrosionsbeständiger Massen ankommt. Aus den zugehörigen, ganz
allgemeinen Angaben der Fachliteratur ist jedoch kein Hinweis auf die Lösung des
der Erfindung zugrunde liegenden Problems zu entnehmen. In der Praxis wurden bisher,
wie bekannt ist, möglichst hochgekohlte Stähle oder Edelstähle mit 12 bis 14
% Chrom aufgespritzt. Mit derartigem Spritzgut lassen sich Metallauflagen
nur mit geringer Auflagestärke aufbringen, wenn ein Abblättern oder Reißen infolge
auftretender Schrumpfspannungen vermieden werden soll. Hier setzt die Erfindung
ein, bei der in allen Fällen Eisenlegierungen mit geringem Kohlenstoffgehalt angewendet
werden, die insgesamt nicht mehr als 100/, der Elemente Kupfer, Kobalt, Wolfram,
Titan, Vanadium, Zirkon, Tantal und Niob enthalten und in denen Chrom nur in Mengen
von 0,75 bis 3 % enthalten ist.
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Die Drähte und Stäbe nach der Erfindung liefern beim Metallspritzverfahren
unter Verwendung einer Spritzpistole Überzüge, die hinsichtlich der charakteristischen
Daten für Schrumpfung, Sprödigkeit und Geschmeidigkeit jenen Metallüberzügen überlegen
sind, die aus Drähten hochkohlenstoffhaltiger Stahllegierungen mit 0,800/, Kohlenstoff
erhalten wurden. In den gleichen Eigenschaften sind die mit den erfindungsgemäßen
Stäben oder Drähten aufgespritzten Auflagen jenen überlegen, die mit Hilfe von Stahldrähten
mit 0,25°/0 Kohlenstoff erhalten wurden.
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Die erfindungsgemäßen, mit Hilfe von Drähten niedrigen Kohlenstoffgehaltes
aufgespritzten Metallüberzüge lassen sich leicht nachbearbeiten. Sie sind auch in
dieser Beziehung besser als die unter Verwendung von Drähten aus 0,25
% Kohlenstoff enthaltenden Stahl hergestellten Spritzschichten.
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Die mit Hilfe der 0,25 °/o Kohlenstoff enthaltenden Drähte oder Stäbe
der Erfindung hergestellten Auflagen lassen sich schneller unter geringem Werkzeugverschleiß
zu glatten Oberflächen nacharbeiten als Überzüge, die auf der Basis von 0,25 % Kohlenstoff
enthaltendem Stahldraht aufgespritzt wurden.
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Ein besonderer Vorteil der unter Verwendung von Drähten oder Stäben
nach der Erfindung aufgespritzten Metallüberzüge liegt darin, daß nach dem Aufbringen
auf die Metalloberfläche zylinderförmiger Werkstücke die Gefahr einer Rißbildung
weitgehend ausgeschaltet ist. In gleicher Weise ist zu beobachten, daß beim Überziehen
ebener Metalloberflächen kaum Verziehungen auftreten können. Schließlich können
beim Überziehen der Innenseiten von Bohrungen zylindrischer Werkstücke kaum noch
Schrumpfungen vorkommen. Alle diese günstigen Ergebnisse ließen sich unter Verwendung
von Spritzdrähten aus kohlenstoffarmem Stahl mit beispielsweise 0,25 % Kohlenstoff
nicht erzielen.
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Beispiel 1 Auf die Außenseite eines Stahlschaftes von 5,08 cm Durchmesser
wurde eine dicke Spritzschicht (Schichtstärke 1,27 cm) in einer Länge von 7,62 cm
aufgebracht und anschließend deren Oberfläche durch eine Behandlung mit einem Drehzahn
aus Wolframstahl geglättet.
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Verwendet wurde ein Spritzdraht von 32 mm Durchmesser, der mit einer
dünnen Kupferschicht überzogen war. Zusammensetzung:
| 0,040/, Kohlenstoff, |
| 0,07 °/o Silicium, |
| 2,37 °/o Mangan, |
| 0,0101)/, Schwefel, |
| 0,013 % Phosphor, |
| 1,130/, Chrom, |
| 4,40 % Nickel, |
| 1,40 % Molybdän, |
| Rest Eisen. |
Das Aufspritzen wurde mit Hilfe einer Drahtspritzpistole üblicher Bauart vorgenommen,
wobei ein Brenngasgemisch aus Acetylen, Sauerstoff und Luft verwendet wurde.
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Die Schaftoberfläche wurde zunächst mit Hilfe eines Sandstrahlgebläses
bei einem Luftdruck von 6,3 kg/cm2 aufgerauht, wobei ein scharfkantiger Stahlgrieß
(Teilchengröße entsprechend SAE Nr.6-16) längere Zeit aufgeblasen wurde.
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Nunmehr wurde der Schaft zwecks laufender Umdrehung in eine Drehbankspindel
eingesetzt, die Spritzpistole gezündet und die Spritzschicht aufgetragen. Der Spritzpistole
wurden dabei stündlich etwa folgende Gasmengen zugeführt: 1. etwa 8001Acetylenunter
einem Druck von1,05 kg/cm?; 2. etwa 21201 Sauerstoff unter einem Druck von 2,8 kg/cm;
3. etwa 7201 Luft unter einem Druck von 3,85 kg/cm2. Stündlich wurden 5,45 kg Metalldraht
zugeführt. Die Spritzpistole wurde auf den Schaft gerichtet, wobei zwischen diesem
und dem Pistolenmundstück etwa ein Abstand von 18 cm eingehalten wurde. Der Schaft
drehte sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 75 Umdr./Min., während unter einem
Langvorschub der Pistole von etwa 0,8 mm gearbeitet wurde. Unter Vor- und Rückbewegung
der
Spritzpistole konnte schließlich eine Spritzschicht von mehr als 1,27 cm aufgebracht
werden.
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Eine zusätzliche Abkühlung des Schaftes ist nicht erforderlich. Noch
in der Drehbankspindel wird er unter Verwendung eines Drehzahnes aus Wolframstahl
unter einem Vorschub von etwa 0,25 mm je Umdrehung nachbearbeitet. Nach dieser Bearbeitung
lag ein Werkstück mit einer glatten und glänzenden Oberfläche vor; der Überzug zeigte
keine Risse.
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Würde man den Schaft mit einem 0,25 °/o Kohlenstoff enthaltenden Spritzdraht
aus Stahl bespritzen, so würde man einen Überzug erhalten, der sich nur schwer nacharbeiten
läßt, einen wesentlich höheren Werkzeugverschleiß bedingt und eine weder glatte
noch glänzende Oberfläche aufweist. Ein solcher Überzug würde sogar wahrscheinlich
in der Längsrichtung des Schaftes Risse zeigen, wenn dieser nicht unter Einhaltung
ganz besonderer Vorsichtsmaßnahmen abgekühlt worden wäre, wobei selbst dann noch
die Gefahr einer Rißbildung bleibt.
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Beispiel 2 Mit Hilfe des im Beispiel 1 beschriebenen Drahtes wurde
unter Einhaltung der gleichen Bedingungen ein Überzug von 0,63 cm Schichtstärke
auf eine Stahlplatte von 15,24 cm Länge, 15,24 cm Breite und 1,27 cm Höhe aufgebracht.
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Das Aufrauhen der Stahlplatte erfolgte, wie im Beispiel 1 beschrieben.
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Die Spritzpistole wurde hierbei in der Hand gehalten und so lange
hin- und herbewegt, bis die gewünschte Schichtdicke vorlag.
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Nach Beendigung des Aufspritzens konnte am Überzug und an der Platte
keine meßbare Verziehung beobachtet werden; es lag ein fest haftender Überzug vor.
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Würde beim Verfahren dieses Beispiels ein Spritzdraht aus einer Flußstahllegierung,
also einem Stahl von niedrigem Kohlenstoffgehalt, wie beschrieben, aufgespritzt,
so würde sich dieser Überzug wahrscheinlich verziehen und an den Plattenecken ablösen,
so daß der aufgespritzte Überzug nicht mehr an der aufgerauhten Plattenoberfläche
haftet. Selbst wenn die Spritzschicht an den Ecken festhielte, würde der Überzug
bei einer Belastung absplittern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei Verwendung
dieses Spritzgutes die Haftfestigkeit durch die Schrumpfspannungen herabgesetzt
ist, auch wenn eine sofortige Ablösung nicht zu beobachten ist.