DE112021004291T5

DE112021004291T5 - Verkleidung und deren herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112021004291T5
Application number: DE112021004291.2T
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Wada; Yoshinori Yamada
Original assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2020-08-14
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2023-07-20
Also published as: US20230311452A1; CN115666933A; JPWO2022034780A1; WO2022034780A1

Abstract

Der vorliegenden Offenbarung zufolge handelt es sich um eine Verkleidung aus der Verbindung von mindestens zwei Schichten von Legierungen, wodurch eine Verkleidung bereitgestellt wird, die eine hohe Abriebfestigkeit und eine gute Bearbeitbarkeit aufweist, und deren Stabilität an der Verbindungsgrenzfläche der Legierungen hervorragend ist. Es handelt sich um eine Verkleidung aus mindestens zwei Schichten, umfassend eine erste Legierung und eine mit der ersten Legierung verbundene zweite Legierung. Bei der Verkleidung ist die Härte der zweiten Legierung höher als der der ersten Legierung, die Härtedifferenz zwischen der ersten Legierung und der zweiten Legierung ist größer oder gleich 44 HRC, und bei der Ausführung des Scherversuchs der Verkleidung gemäß JIS G 0601 erfolgt ein Bruch auf der Seite der ersten Legierung.

Description

[TECHNISCHES GEBIET]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verkleidung aus der Verbindung einer ersten und zweiten Legierung und deren Herstellungsverfahren.
[HINTERGRUNDTECHNOLOGIE]
Bei einer Herstellungsvorrichtung für Harz- oder Kautschukprodukte werden Ausgangsstoffe unter Zusetzen verschiedener Zusatzstoffe gleichmäßig gemischt und geknetet, sodass die Ausgangsstoffe und Bauteilpartner der Maschine stets miteinander in Kontakt stehen. Ferner befinden sich auch Zerkleinerungsmaschinen, die im Bereich der Wiederverwertung von Holzabfällen, Plastikabfällen, Reifen usw. verwendet werden, in einer Umgebung, in der die zu zerkleinernden Objekte und die Maschinenpartner stets miteinander in Kontakt stehen. Zur Verbesserung der Lebensdauer der miteinander in Beziehung stehenden Maschinenpartner bei Herstellungsvorrichtungen, Zerkleinerungsmaschinen usw. sind Legierungen mit einer hervorragenden Abriebfestigkeit erforderlich.
Um die Abriebfestigkeit bei Herstellungsvorrichtungen und Zerkleinerungsmaschinen zu verbessern, hat sich die Erhöhung der Oberflächenhärte der Legierung als wirkungsvoll erwiesen, und führte dazu, dass die Verwendung eines Stahls mit einer hohen Härte, der dadurch erhalten wird, dass ein Stahlmaterial, dem ein für einen C-Stahl typisches chemisches Element, eine Legierung usw. zugesetzt wurde, einer Wärmebehandlung wie einem Abschrecken usw. unterzogen wird, als verschleißfester Stahl weit verbreitetet ist.
Andererseits ergeben sich durch die höhere Härte der Legierung zum Erhöhen der Abriebfestigkeit Probleme, wie die benötigten Arbeitsstunden zur Gewindelochbearbeitung, spanenden Bearbeitung usw. für die Anbringung an einer Vorrichtungsbasis, und eine Verschlechterung der Abmessungspräzision. Ein weiteres Problem ist ein Brechen einer Legierung mit einer hohen Härte, wenn sich durch einen Schraubverschluss beim Anbringen an der Vorrichtungsbasis eine Spannung auf den Schraubverschlussabschnitt konzentriert. Ferner besteht bei Legierungspartnern, die einer Wärmebehandlung wie einem Abschrecken usw. unterzogen wurden, wenn sie nicht miteinander durch einen Schraubverschluss sondern durch Schweißen metallurgisch befestigt werden, die Möglichkeit, dass es an einem durch den Einfluss der Schweißhitze lokal hochtemperierten Abschnitt zu einem erneuten Abschreckungszustand der Legierungen kommt, sodass die Härte bedeutend zunimmt und es zu einem Bruch kommt. Andererseits gelangt die Legierung an einem Abschnitt, an dem durch den Einfluss der Schweißtemperatur eine Wärmeübertragung kleiner oder gleich der Abschreckhitze erfolgt ist, in einen Ausglühzustand, was zu dem Problem einer geringeren Härte führt, sodass eine Verwendung als Erzeugnis schwierig wird.
Von Herstellungsvorrichtungen wie einer Knetmaschine, einer Zerkleinerungsmaschine usw. kommt wie in 1 gezeigt, beispielsweise eine Material und Abfälle extrudierende Komponente (2) auf der Innenseite mit einer Vorrichtungswandfläche eines Extruders (3) heftig in Kontakt und ist einer erheblichen Abnutzungs- und Schleifumgebung ausgesetzt, sodass eine dicke Platte eines Stahls mit einer hohen Härte erforderlich ist, der trotz einer gewissen Abnutzungsmenge über einen langen Zeitraum verwendet werden kann. Andererseits ist bei einer diese befestigenden Komponente (1) auf der Außenseite keine Abriebfestigkeit und Gleitfestigkeit erforderlich, sodass für eine mechanische Befestigung oder zum metallurgischen Befestigen eine elastische, gut bearbeitbare Legierung erforderlich ist. Das heißt, bei einer solchen Herstellungsvorrichtung ist eine Verkleidung erforderlich, bei der Legierungspartner einer weitgehend unterschiedlichen Härte miteinander fest verbunden sind.
Es gibt einige Beispiele des Standes der Technik, die eine Lösung dieses Problems durch das Verbinden einer Legierung, die eine hohe Härte und Abriebfestigkeit aufweist, mit einer Seite einer elastischen Legierung mit einer hohen Bearbeitbarkeit anstreben. Beispielsweise wird bei den Nichtpatentdokumenten 1 und 2 eine Legierung, die Abriebfestigkeit aufweist, auf eine Fläche eines C-Stahls einer universellen Elastizität aufgeschweißt. Hierdurch ist eine leichte Bearbeitung dieser Legierungen vorstellbar, wobei jedoch Brüchen und Defekte beim Aufschweißen entstehen können, die sich beim Verwenden der Herstellungsvorrichtung, der Zerkleinerungsmaschine usw. durch starkes Stoßen oder Schleifen zu Brüchen entwickeln, und die Möglichkeit besteht, dass gebrochene verdickte Komponente als Verunreinigung in die Herstellungsvorrichtung eindringt. Ferner besteht die Möglichkeit, dass es ausgehend von einem Schweißdefekt zu Ablösungen von der Verbindungsgrenzfläche kommt.
Bei den Verkleidungen, die in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbart sind, handelt es sich um eine Verkleidung aus einem Stahlmaterial mit einer hohen Härte, das Abriebfestigkeit aufweist, und einem Stahlmaterial mit einer verhältnismäßig geringen Härte, wobei Angaben bezüglich der Erteilung von Stoßfestigkeit gemacht werden. Die Bearbeitbarkeit ist jedoch unterlegen, da es keine Angaben bezüglich der Stärke der Verbindungsfläche gibt und die Härtedifferenz zwischen den Stahlmaterialpartnern gering ist. Ferner ist im Patentdokument 3 eine Verkleidung aus einem Abriebfestigkeit aufweisenden Edelstahl und einem C-Stahl offenbart. Die Härte des Edelstahls ist jedoch gering, sodass im Hinblick auf den Zweck in einer rauen Umgebung mit heftigem Kontakt von Maschinenpartnern anzunehmen ist, dass die Abriebfestigkeit unzureichend ist und einer Verwendung nicht standhält.
Im Patentdokument 1 ist ein Beispiel einer Verkleidung offenbart, die dadurch einteilig gebildet wird, dass auf einem Metallformkörper ein Metallpulver, das Abriebfestigkeit aufweist, angeordnet und unter Wärmeeinwirkung mit Druck beaufschlagt wird. Da jedoch Form und Größe Beschränkungen unterliegen, ist anzunehmen, dass es schwierig ist, Metallpartner mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften durch eine Druckbeaufschlagung unter Wärmeeinwirkungen fest miteinander zu verbinden. Andererseits wird bei den Beispielen, die in den Patentdokumenten 2 und 3 offenbart sind, eine Verkleidung mittels Warmwalzen oder Kaltwalzen hergestellt. Es ist jedoch anzunehmen, dass durch den Wärmeeintrag beim Warmwalzen bei dem Stahlmaterial der Zustand beim Ausführen einer abschreckenden Wärmebehandlung erreicht wird, sodass, wenn ein Temperaturgefälle beim Warmwalzen auftritt und der Härtungsgrad unzureichend geworden ist, nach einem Ausglühen und Zurücksetzen der Härte eine erneute abschreckende Wärmebehandlung nötig wird usw., was Produktionsstunden erfordert und zu einer Kostenerhöhung führt. Auch beim Kaltwalzen wird der Verbindungsfläche zwar eine hohe Wärme zuteil, da jedoch keine gleichmäßige Erwärmung über den gesamten Stahlmaterialkörper erfolgt, ist anzunehmen, dass der vorstehende Schritt einer erneuten Wärmebehandlung erforderlich wird. Ferner ist ein Kaltwalzen auf die Herstellung von dünnen Platten beschränkt, sodass die Herstellung von vergleichsweise dicken Platten wie bei Mischern und Zerkleinerungsmaschinen nicht möglich ist.
[DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK]
[PATENTDOKUMENTE]

[Patentdokument 1] Patentveröffentlichung Nr. JP 2000-108246 A
[Patentdokument 2] Patentveröffentlichung Nr. JP 2003-301237 A
[Patentdokument 3] Patentveröffentlichung Nr. JPH 4-182081 A

[NICHTPATENTDOKUMENTE]
[Nichtpatentdokument 1] TOKUDEN Co., Ltd. Produktkatalog „TOP PLATE“, [online], [22.07.2022 Suche], Internet <http://www.tokuden.co.jp/product/top_plate/index.html>> [Nichtpatentdokument 2] NIKKO YOZAI MFG.,CO.,LTD., Produktkatalog „Nichia Welding Electrodes Taimamonikumori clad SUPER PLATE“ [online], 05.12.2019, [22.07.2020 Suche], Internet <https://www.nikko-yozai.co.jp/pamhlet/>
[ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG]
[DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE]
Bei der vorliegenden Offenbarung handelt es sich um eine Verkleidung aus der Verbindung von mindestens zwei Schichten von Legierungen, wodurch die Bereitstellung einer Verkleidung angestrebt wird, die eine hohe Abriebfestigkeit und eine gute Bearbeitbarkeit aufweist, und deren Stabilität an der Verbindungsgrenzfläche der Legierungen hervorragend ist.
[MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE]
Als Ergebnis weiterführender Untersuchungen zur Lösung der vorstehenden Probleme haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung neu herausgefunden, dass durch eine Verkleidung aus der Verbindung einer Legierung (2) mit einer hohen Härte mit einer Legierung (1) einer geringen Härte, deren Bearbeitbarkeit hervorragend ist, wie in 2 schematisch gezeigt, sowohl Abriebfestigkeit als auch Bearbeitbarkeit auf einem hohen Niveau erreicht werden können.

[1] Verkleidung aus mindestens zwei Schichten, umfassend eine erste Legierung und eine mit der ersten Legierung verbundene zweite Legierung, wobei die Härte der zweiten Legierung höher als der der ersten Legierung ist, die Härtedifferenz zwischen der ersten Legierung und der zweiten Legierung größer oder gleich 44 HRC ist, und bei der Ausführung des Scherversuchs der Verkleidung gemäß JIS G 0601 ein Bruch auf der Seite der ersten Legierung erfolgt.
[2] Verkleidung nach Punkt 1, wobei an der Verbindungsgrenzfläche der ersten Legierung und der zweiten Legierung kein Defekt vorliegt, wenn Risse mittels eines Boden-Echo-Verfahrens bei einer Ultraschall-Rissprüfung gemäß JIS G 0601 gesucht wurden.
[3] Verkleidung nach Punkt 1 oder 2, wobei die Verkleidung bei der Ausführung einer ASME BPVC-VIII-Infiltration-Rissprüfüng keine Indikationsmuster in der Oberfläche der Verkleidung, keine Indikationsmuster in der Schnittfläche der Verkleidung, bei denen die Länge das 3-fache der Breite überschreitet, keine runden oder ovalen Indikationsmuster von mehr als 5 mm, und nicht vier oder mehr Indikationsmuster vorliegen, die in einem Abstand von kleiner oder gleich 1,5 mm von einem bis zum anderen Ende im Wesentlichen in einer Linie aufgereiht sind.
[4] Verkleidung nach einem der Punkte 1 bis 3, wobei die Härte der ersten Legierung kleiner oder gleich 5 HRC ist.
[5] Verkleidung nach einem der Punkte 1 bis 4, wobei die erste Legierung und die zweite Legierung direkt miteinander verbunden sind.
[6] Verkleidung nach einem der Punkte 1 bis 5, wobei die Wellenhöhe an der Verbindungsgrenzfläche der ersten Legierung und der zweiten Legierung größer oder gleich 30 µm und kleiner oder gleich 100 µm ist.
[7] Verkleidung-Herstellungsverfahren, umfassend
- das Verbinden einer ersten Legierung und einer zweiten Legierung mittels eines Sprengschweißens,
- die Durchführung einer abschreckenden und anlassenden Wärmebehandlung der verbundenen zweiten Legierung und Härten der zweiten Legierung, wobei die Härte der zweiten Legierung höher als der der ersten Legierung ist, und außerdem die Härtedifferenz zwischen der ersten Legierung und der zweiten Legierung größer oder gleich 44 HRC ist.
[8] Verkleidung-Herstellungsverfahren, umfassend
- das Verbinden einer ersten Legierung und einer zweiten Legierung mittels eines Sprengschweißens,
- die Durchführung eines Lösungsglühens und Alterns der verbundenen zweiten Legierung und Härten der zweiten Legierung, wobei die Härte der zweiten Legierung höher als der der ersten Legierung ist, und außerdem die Härtedifferenz zwischen der ersten Legierung und der zweiten Legierung größer oder gleich 44 HRC ist.
[9] Verkleidung-Verwendungsverfahren, bei dem die erste Legierung einer Verkleidung nach einem der Punkte 1 bis 6 mechanisch oder metallurgisch mit einer Maschine fest verbunden ist, und die zweite Legierung einer Umgebung mit einer Abnutzungsbelastung ausgesetzt ist.

[EFFEKTE DER ERFINDUNG]
Der vorliegenden Offenbarung zufolge kann eine Verkleidung bereitgestellt werden, die eine hohe Abriebfestigkeit und eine gute Bearbeitbarkeit aufweist, und deren Stabilität an der Verbindungsgrenzfläche der Legierungen hervorragend ist. Daher kann die abriebfeste Verkleidung gemäß der vorliegenden Offenbarung auch bei Fahrzeugen wie Schwermaschinen, Baumaschinen, Strukturkörpern usw. verwendet werden, die gleichzeitig eine hohe Abriebfestigkeit und Bearbeitbarkeit erfordern, und für Zwecke verwendet werden, die einerseits das Aufweisen einer hohen Abriebfestigkeit, wie beispielsweise die in 1 gezeigte Wandfläche einer Herstellungsvorrichtung, Zerkleinerungsmaschine usw., und andererseits das Aufweisen einer hohen Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit zum Befestigen mit einer Maschine erfordern.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel der Verwendung der Verkleidung gemäß der vorliegenden Offenbarung bei einer Herstellungsvorrichtung wie einer Extrusions-/Knetmaschine usw. zeigt.
[2] 2 ist eine schematische Darstellung, die das Äußere der Verkleidung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
[3] 3 ist ein Foto zur Erläuterung der Definition der Wellenhöhe an der Verbindungsgrenzfläche.

[FORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG]
«Verkleidung»
<Härtedifferenz>
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (im Folgenden als „vorliegende Ausführungsform“ bezeichnet) erläutert. Die Verkleidung der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine erste Legierung und eine mit der ersten Legierung verbundene zweite Legierung, wobei die Härte der zweiten Legierung höher als der der ersten Legierung ist, d. h., die zweite Legierung Abriebfestigkeit aufweist und die erste Legierung hervorragende bearbeitbar und schweißbar ist. Ausschlaggebend ist, dass die Härtedifferenz der ersten Legierung und der zweiten Legierung größer oder gleich 44 HRC (Härte nach Rockwell) ist. Bei Komponenten von allgemeinen Knetmaschinen und Zerkleinerungsmaschinen, auf die ein Abrieb und eine Schleifbelastung wirken, wird eine Legierung mit einer hohen Härte verwendet, die Abriebfestigkeit aufweist. Um eine Verschlechterung und einen Verschleiß aufgrund einer Abnutzung oder ein hierdurch bedingtes Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern, ist die Verwendung einer Legierung von größer oder gleich 44 HRC als Legierung (zweite Legierung), auf die ein Abrieb und eine Schleifbelastung wirken, bevorzugt, da diese einer langen Verwendung auch in einer heftigen Abriebumgebung standhalten kann. Andererseits kann bei weniger als 44 HRC einer Verwendung als Vorrichtungskomponente für eine bestimmte Zeit standgehalten werden, während die Lebensdauer in einer rauen Umgebung, in der eine hohe Abriebfestigkeit erforderlich ist, erheblich abnimmt. Um die Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit zu erhöhen, ist es ferner wichtig, dass bei der anderen Legierung (ersten Legierung) der Verkleidung die Härte ausreichend geringer ist als bei der zweiten Legierung. Daher sollte die Härtedifferenz der ersten Legierung und zweiten Legierung größer oder gleich 44 HRC sein, um eine hohe Abriebfestigkeit und Bearbeitbarkeit miteinander zu vereinbaren.
Die Härte der ersten Legierung ist für eine hohe Bearbeitbarkeit bevorzugt größer oder gleich 0 und kleiner oder gleich 5 HRC, bevorzugter größer oder gleich 0 und kleiner oder gleich 4 HRC und noch bevorzugter größer oder gleich 0 und kleiner oder gleich 3 HRC. Die Härte der zweiten Legierung ist zur Verbesserung der Abriebfestigkeit und zum Verhindern von Brüchen bevorzugt größer oder gleich 44 und kleiner oder gleich 75 HRC, bevorzugter größer oder gleich 48 und kleiner oder gleich 70 HRC und noch bevorzugter größer oder gleich 50 und kleiner oder gleich 65 HRC.
Um eine hohe Abriebfestigkeit und Bearbeitbarkeit miteinander zu vereinbaren, kann die Untergrenze der Härtedifferenz der ersten Legierung und zweiten Legierung bevorzugt auch größer oder gleich 45 HRC, größer oder gleich 46 HRC, größer oder gleich 47 HRC, größer oder gleich 48 HRC, größer oder gleich 49 HRC, größer oder gleich 50 HRC, größer oder gleich 51 HRC, größer oder gleich 52 HRC, größer oder gleich 53 HRC oder größer oder gleich 54 HRC sein.
Der Begriff „Abrieb“ ist in der vorliegenden Beschreibung als Phänomen definiert, bei dem sich die Oberfläche eines Festkörpers aufgrund von Reibung partiell reduziert, wobei es sich um ein Phänomen handelt, bei dem das Oberflächenmaterial durch Reibung beseitigt wird. Mechanisch führen ein mechanischer Kontakt von Metallflächen, die sich zueinander bewegen, ein Anhaften von Metallen usw. zusammen zu einer Abnutzung, und eine diesem standhaltende Legierung wird als „abriebfeste Legierung“ definiert. Im Allgemeinen ist bekannt, dass die Abriebfestigkeit einer Legierung, die einem Abschrecken, Anlassen, Lösungsglühen und Altern unterzogen wurde, von deren Härte abhängig ist. Als Legierung, die als zweite Legierung (abriebfeste Legierung) verwendet wird, ist die Verwendung eines Kohlenstoffwerkzeugstahl-Stahlmaterials gemäß JIS G 4401, eines Hochgeschwindigkeitswerkzeug-Stahlmaterials gemäß JIS G 4403, eines Legierungswerkzeugstahl-Stahlmaterials gemäß JIS G 4404, eines Walzmaterials aus einer korrosionsfesten, hitzebeständigen Superlegierung, Nickel und einer Nickellegierung gemäß JIS G 4902, einer warmgewalzten Edelstahlplatte gemäß JIS G 4304, z. B. SKD61 usw. bevorzugt. Beispiele für eine Legierung, die durch ein Lösungsglühen und ein Altern Abriebfestigkeit aufweist, sind z. B. Nickellegierungen, bevorzugt Chrom, Eisen und Kohlenstoff enthaltende Nickellegierungen mit Nickel als Hauptbestandteil. „Hauptbestandteil“ bedeutet hierbei, dass dieser größer oder gleich 50 Masse-% der Legierungszusammensetzung ausmacht. Als Legierung, die Abriebfestigkeit aufweist, sind auch durch Ausscheiden aus einer Metallzusammensetzung härtende, alternde (ausscheidungshärtende) Legierungen usw. bekannt, die ebenfalls als abriebfeste Legierung verwendet werden können.
Als Legierung, die als erste Legierung verwendet wird, sind ein C-Stahl oder eine Legierung mit einer geringen Härte bevorzugt, wobei ein kohlenstoffarmer Stahl bevorzugter ist. Der Begriff „kohlenstoffarmer Stahl“ bedeutet, dass es sich von einem C-Stahl um eine Legierung mit einem geringen Gehalt an Kohlenstoff handelt, wobei es sich im Allgemeinen um einen Kohlenstoffgehalt von kleiner oder gleich 0,25 Gew.-% (Masseprozent Dichte) handelt. Es ist bekannt, dass sich bei einem kohlenstoffarmen Stahl aufgrund seines geringen Kohlenstoffgehalts bei einer Wärmebehandlung keine großen Veränderungen der Eigenschaften ergeben. Wird beispielsweise die gesamte Verkleidung einer Wärmebehandlung wie einem Abschrecken und Anlassen, Lösungsglühen und Altern usw. unterzogen und gehärtet, um der zweiten Legierung der Verkleidung Abriebfestigkeit zu verleihen, ist für den Fall, dass für die erste Legierung ein Stahlmaterial mit einem hohen Kohlenstoffgehalt verwendet wird, zu befürchten, dass auch die erste Legierung durch die Wärmebehandlung gehärtet wird und die Bearbeitbarkeit abnimmt. Wenn als erste Legierung ein kohlenstoffarmer Stahl mit einem geringen Kohlenstoffgehalt verwendet wird, kann eine hohe Bearbeitbarkeit beibehalten werden, da dieser selbst bei einer Wärmebehandlung nur schwer härtet. Als Beispiel für einen kohlenstoffarmen Stahl ist von einem Walzstahlmaterial für allgemeine Strukturen gemäß JIS G 3101, z. B. SS400, einer Walzblechplatte für Schweißstrukturen gemäß JIS G 3106, eines kohlenstoffarmen C-Stahls für Maschinenstrukturen gemäß JIS G 4051 ein solcher mit einem geringen Kohlenstoffgehalt bevorzugt, wobei auch andere als die Vorstehenden verwendet werden können, solange es sich um eine Legierung mit einem geringen Kohlenstoffgehalt handelt, deren Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit hervorragend ist.
Als Kombination aus einer ersten Legierung und einer zweiten Legierung zur Herstellung einer Verkleidung, die Abriebfestigkeit und Bearbeitbarkeit auf einem hohen Niveau miteinander vereinbart, ist die Verwendung eines abgeschreckten Stahls, dessen Härte sich durch das Abschrecken erhöht, bevorzugt eines abgeschreckten Stahls zum Erhalten eines Martensitgefüges aus einem Austenit-Monophasenbereich durch Abschrecken als zweite Legierung, und eine erste Legierung, bei der nur schwer eine Eigenschaftsänderung durch eine Wärmebehandlung erfolgt, d. h. die Verwendung eines kohlenstoffarmen Stahls mit einem geringen Härteanstieg als erste Legierung wirkungsvoll. Man kann sagen, dass durch die Herstellung der Verkleidung mittels eines kohlenstoffarmen Stahls als erster Legierung im Vergleich zu einer Vorrichtung, die aus einem einzigen Material einer abriebfesten Legierung besteht, der Vorteil der Kosten und Reduzierung der Bearbeitungsstunden groß ist.
Heißt es bei der vorliegenden Ausführungsform einfach, dass die zweite Legierung und die erste Legierung „verbunden“ sind, schließt dies sowohl eine Struktur ein, bei der die zweite Legierung mit der Oberfläche der ersten Legierung direkt verbunden ist, als auch eine Struktur einer indirekten Verbindung über ein Zwischenmaterial oder eine Mehrzahl von Zwischenmaterialien abgesehen von der ersten Legierung und der zweiten Legierung. Als Material des Zwischenmaterials besteht keine Beschränkung auf ein Eisen- und Stahlmaterial, wobei als Beispiele Titan oder dessen Legierung, Nickel oder dessen Legierung, ein anderes Metallmaterial oder dessen Legierung sowie ein Nichteisenmetallmaterial angeführt werden können. Werden als erste Legierung ein kohlenstoffarmer Stahl und als zweite Legierung ein abgeschreckter Stahl verwendet, dessen Härte sich durch das Abschrecken erhöht, kann ein Material mit einer hohen Stabilität bei hohen Temperaturen, z. B. Nickel oder eine Nickellegierung verwendet werden, wobei es unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Stabilität der Verbindungsgrenzfläche bevorzugter ist, wenn die zweite Legierung mit der Oberfläche der ersten Legierung direkt verbunden ist. Auf dem technischen Gebiet der betreffenden Verkleidung wird von Legierungen, die verbunden werden, die relativ dicke Legierung als „Basismaterial“ und die relativ dünne Legierung wird als „Plattiermaterial“ bezeichnet. In der vorliegenden Offenbarung kann die erste Legierung das Basismaterial und die zweite Legierung das Plattiermaterial, oder die zweite Legierung das Basismaterial und die erste Legierung das Plattiermaterial sein.
<Verbindungsgrenzfläche>
Bei der Verkleidung der vorliegenden Ausführungsform erfolgt bei der Ausführung des Scherversuchs gemäß JIS G 0601 ein Bruch auf der Seite der ersten Legierung. Das heißt, eine Zerstörung ausgehend von der ersten Legierung mit einer verhältnismäßig geringen Härte bevor es zu einer Ablösung an der Verbindungsgrenzfläche der ersten Legierung und zweiten Legierung durch den Scherversuch kommt, ist bevorzugt. Befindet sich zwischen der ersten Legierung und der zweiten Legierung ein Zwischenmaterial, handelt es sich bei dem „Bruch auf der Seite der ersten Legierung“ bevorzugt um eine Zerstörung der ersten Legierung mit einer verhältnismäßig geringen Härte oder des Zwischenmaterials, bevor es zu einer Ablösung an der Verbindungsgrenzfläche der zweiten Legierung und des Zwischenmaterials oder der Verbindungsgrenzfläche des Zwischenmaterials und der ersten Legierung kommt. Anders ausgedrückt ist die mechanische Festigkeit der Verbindungsgrenzfläche beim Scherversuch gemäß JIS G 0601 größer als die mechanische Festigkeit des Zwischenmaterials und der ersten Legierung. Diesem Merkmal zufolge wird die Verbindung zwischen der ersten Legierung und zweiten Legierung fester und kann auch einer langen Verwendung in einer heftigen Abriebumgebung standhalten. „Scherfestigkeit“ ist ein Wert, der als Ergebnis der Ausführung gemäß einem Scherversuch, der als Testverfahren für Verkleidungen gemäß JIS G 0601 vorgeschrieben ist, erhalten wird. Die Scherfestigkeit der Verkleidung der vorliegenden Ausführungsform ist bei der Verwendung eines kohlenstoffarmen Stahls wie z. B. SS400 usw. für die erste Legierung, höher als 230 MPa, bevorzugt höher als 400 MPa, bevorzugter größer oder gleich 410 MPa und noch bevorzugter größer oder gleich 420 MPa.
Als Verfahren, um die Legierung derart aufzubauen, dass es beim Scherversuch zu einer Zerstörung auf der Seite der ersten Legierung kommt, bevor es zu einer Ablösung der Verbindungsgrenzfläche kommt, kann eine Einstellung der Wellenhöhe bei der Verbindungsgrenzfläche der ersten Legierung und zweiten Legierung auf bevorzugt größer oder gleich 30 µm und kleiner oder gleich 1000 µm (1 mm), bevorzugter größer oder gleich 40 µm und kleiner oder gleich 800 µm und noch bevorzugter auf größer oder gleich 50 µm und kleiner oder gleich 600 µm angeführt werden. Durch eine Wellenhöhe von größer als 30 µm vergrößert sich die Verbindungsfläche, sodass eine feste Verbindungsgrenzfläche erzielt wird. Ferner kann durch eine Wellenhöhe von kleiner oder gleich 1000 µm unterdrückt werden, dass sich durch eine plastische Verformung oder wärmebedingte Einflüsse beim Verbinden an der Verbindungsgrenzfläche eine Legierungsschicht bildet, der Verbindungsabschnitt hart und spröde wird und Mikrorisse entstehen. Wenn ein Zwischenmaterial zwischen der ersten Legierung und zweiten Legierung liegt, ist in gleicher Weise eine Einstellung der Wellenhöhe an der Verbindungsgrenzfläche der ersten Legierung und des Zwischenmaterials und an der Verbindungsgrenzfläche des Zwischenmaterials und der zweiten Legierung auf größer oder gleich 30 µm und kleiner oder gleich 1000 µm (1 mm) bevorzugt, auf größer oder gleich 40 µm und kleiner oder gleich 800 µm bevorzugter, und auf größer oder gleich 50 µm und kleiner oder gleich 600 µm noch bevorzugter. In der vorliegenden Beschreibung stellt die „Wellenhöhe“ an der Verbindungsgrenzfläche, wie in 3 gezeigt, die Differenz der Höhe der Wellenform an der Verbindungsgrenzfläche von der Spitze bis zum Tal dar. Die Wellenform der Verbindungsgrenzfläche kann durch eine Verbindung der ersten Legierung und zweiten Legierung durch Sprengschweißen gebildet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde hinsichtlich der Wellenhöhe einer Verkleidung, bei der ein Sprengschweißen erfolgt war, in eine bestimmte Form bearbeitet, und eine den Verbindungsabschnitt umfassende Schnittfläche mittels eines Elektronenmikroskops gemessen. Bei der Messung erfolgte eine Vermessung an ca. zehn beliebigen Punkten der Verbindungsgrenzfläche und eine Ermittlung von deren Durchschnittswert.
<Defekt/Indikationsmuster>
Bei der Verkleidung der vorliegenden Ausführungsform liegt bevorzugt an der Verbindungsgrenzfläche der ersten Legierung und zweiten Legierung kein Defekt vor, wenn Risse mittels eines Boden-Echo-Verfahrens bei einer Ultraschall-Rissprüfung gemäß JIS G 0601 gesucht wurden. Dadurch, dass keine Defekte an der Verbindungsgrenzfläche der ersten Legierung und zweiten Legierung vorliegen, wird die Verbindung zwischen der ersten Legierung und zweiten Legierung fester und kann auch einer langen Verwendung in einer heftigen Abriebumgebung standhalten.
Bevorzugt liegen bei der Verkleidung der vorliegenden Ausführungsform bei der Ausführung einer ASME BPVC-VIII-Infiltration-Rissprüfung keine Indikationsmuster in der Oberfläche der Verkleidung vor. Ferner liegen bevorzugt keine Indikationsmuster in der Schnittfläche der Verkleidung, bei dem die Länge das 3-fache der Breite überschreitet, keine runden oder ovalen Indikationsmuster von mehr als 5 mm, und nicht vier oder mehr Indikationsmuster vor, die in einem Abstand von kleiner oder gleich 1,5 mm von einem bis zum anderen Ende im Wesentlichen in einer Linie aufgereiht sind. Indikationsmuster bedeutet ein Muster, das bei einer Sichtprüfung beobachtet wird, wenn eine in einer Beobachtungsfläche vorliegende Beschädigung mit einer Infiltrationsflüssigkeit infiltriert wird, die bei einem Infiltration-Rissprüfung verwendet wird. Die Infiltrationsflüssigkeit ist typischerweise rot. Liegen keine Indikationsmuster vor, bedeutet dies, dass solche Beschädigungen bei der Sichtprüfung nicht beobachtet werden. Die Größe eines runden oder ovalen Indikationsmusters bedeutet die maximale Abmessung (d. h. den Durchmesser eines Kreises oder der Längsdurchmesser eines Ovals) in der Annahme eines kreisförmigen oder ovalen Indikationsmusters. Bei der Verkleidung liegen bevorzugt keine sich fortsetzenden Indikationsmuster vor, wobei es für den Fall, dass solche vorliegen, bevorzugt ist, wenn sich nicht vier oder mehr Indikationsmuster im Wesentlichen auf einer Linie mit einem Abstand von kleiner oder gleich 1,5 mm fortsetzen. Hierdurch kann die Verkleidung auch einer langen Verwendung in einer heftigen Abriebumgebung standhalten.
<<Herstellungsverfahren der Verkleidung>>
<Sprengschweißen>
Bei dem Herstellungsverfahren der Verkleidung der vorliegenden Ausführungsform ist es wichtig, dass nach dem Verbinden der zweiten Legierung mit der ersten Legierung eine Wärmebehandlung erfolgt, und die zweite Legierung gehärtet wird. Da nach dem Verbinden eine härtende Wärmebehandlung erfolgt, handelt es sich bei dem Verbindungsverfahren bevorzugt um ein kaltes Verbinden ohne Wärmebelastung, wobei ein Verbinden durch ein Sprengschweißen noch bevorzugter ist. Wenn die zweite Legierung nach einer härtenden Wärmebehandlung mit der ersten Legierung kalt verbunden wird, sind Brüchen in der abriebfesten Legierung der zweiten Legierung zu befürchten, wohingegen dadurch, dass die zweite Legierung vor einer härtenden Wärmebehandlung kalt mit der ersten Legierung verbunden wird und anschließend die härtende Wärmebehandlung erfolgt, der zweiten Legierung eine hohe Härte erteilt werden kann und ohne Brüchen eine feste Verbindung erzielt wird. Im Hinblick auf eine mittels Sprengschweißen hergestellte Verkleidung, kann beispielsweise auch nach dem Sprengschweißen ein Kaltwalzen ohne Erwärmung erfolgen, eine Verkleidung mit einer bestimmten Dicke hergestellt werden und anschließend eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. Bei Legierungspartnern, bei denen eine direkte Verbindung schwierig ist, oder bei einer Verkleidung, auf die bei der Verwendung als Produkt eine große Wärmebelastung wirkt, kann auch ein Zwischenmaterial zwischen den Legierungen verwendet werden, wobei ohne Beschränkung auf ein Eisen- und Stahlmaterial als Beispiele Titan oder dessen Legierung, Nickel oder dessen Legierung, ein anderes Metallmaterial oder dessen Legierung sowie ein Nichteisenmetallmaterial angeführt werden können.
Liegen ein Zwischenmaterial oder eine Mehrzahl von Zwischenmaterialien zwischen der ersten Legierung und zweiten Legierung vor, können die jeweiligen Materialien gleichzeitig mit einem einzigen Sprengschweißen verbunden werden, es ist aber auch möglich, das Zwischenmaterial mit der ersten Legierung mittels Sprengschweißen zu verbinden, und anschließend die zweite Legierung auf dem Zwischenmaterial mittels Sprengschweißen zu verbinden. Nach einem Sprengschweißen des Zwischenmaterials mit der zweiten Legierung, kann auch ein Sprengschweißen der ersten Legierung hiermit erfolgen. Ein Sprengschweißen der ersten Legierung, des Zwischenmaterials und der zweiten Legierung kann auch gleichzeitig erfolgen.
Sprengschweißen ist ein Metallverbindungsverfahren unter Nutzung des hohen Drucks von Sprengstoff, wobei es sich insbesondere um eine Technik handelt, durch die unterschiedliche Metallpartner fest miteinander verbunden werden können. Die größte Besonderheit dieser Technik besteht darin, dass die Metallmaterialien kaum einer Wärmebelastung unterliegen, und ferner auch vergleichsweise dicke Materialpartner, die 10 mm überschreiten, verbunden werden können, sodass ein festes Verbinden auch bei Kombinationen und Dicken von Metallpartnern möglich ist, die durch konventionelle Verfahren nicht miteinander verbunden werden können. Als Mechanismus des festen Verbindens ist bekannt, dass die Verbindungsgrenzfläche von Metallen, die mittels Sprengschweißen verbunden wurden, eine spezifische Wellenform erkennen lassen, wobei es heißt, dass dies auf die größere Verbindungsfläche als bei einer linearen Verbindungsgrenzfläche zurückzuführen ist. Die Höhe der Welle (Wellenhöhe) ist wie vorstehend beschrieben.
Bei dem für das Sprengschweißen verwendeten Sprengstoff handelt es sich um einen Explosivstoff, der eine Detonationswelle erzeugt. Zum festen Verbinden von Metallplatten ist die Verwendung eines Sprengstoffs mit einer Detonationsgeschwindigkeit von größer oder gleich 1000 m/s bevorzugt und für eine optimalere Verbindungskraft ist die Verwendung eines Sprengstoffs mit einer Detonationsgeschwindigkeit von 1500 m/s bis 3000 m/s als 1/3 bis 1/2 der Schallgeschwindigkeit von Metall noch bevorzugter. Konkrete Beispiele für einen Sprengstoff sind Ammoniumnitrat, PETN (Pentaerythrityltetranitrat) eines Salpetersäureesters, Nitroglyzerin, TNT (Trinitrotoluol) einer Stickstoffverbindung, Cyclotrimetylentrinitramin eines Nitramins, Cyclotetramethyltetranitramin usw. wobei diese einzeln oder in Kombination mit anderen Sprengstoffbestandteilen oder anderen Bestandteilen als Sprengstoff verwendet werden können.
<Wärmebehandlung>
Die Wärmebehandlung bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine härtende Wärmebehandlung der zweiten Legierung, die nach einem Sprengschweißen ausgeführt wird. Dadurch, dass die Wärmebehandlung bezüglich der Seite der verbundenen zweiten Legierung erfolgt, wird hauptsächlich nur die zweite Legierung gehärtet, wobei die Härtedifferenz auf größer oder gleich 44 HRC eingestellt werden kann. Da bevorzugt als erste Legierung ein durch eine Wärmebehandlung schwer härtendes Material wie ein kohlenstoffarmer Stahl usw. verwendet wird, wird während der Wärmebehandlung des gesamten Körpers aus erster Legierung und zweiter Legierung hauptsächlich die zweite Legierung gehärtet und die Härtedifferenz auf größer oder gleich 44 HRC eingestellt. Beispiele für Verfahren der Wärmebehandlung sind im Allgemeinen ein Verfahren, bei dem nach einer Austenitisierung ein abschreckendes Härten erfolgt, das durch eine Abkühlung unter Bedingungen für eine Transformation in Martensit oder Bainit erzielt wird; ein Verfahren, bei dem nach dem abschreckenden Härten, oder zum Erzielen einer bestimmten Eigenschaft, nach einem ein- oder mehrmaligen Warmhalten auf einer bestimmten Temperatur nach der Wärmebehandlung, ein Anlassen zum Abkühlen mit einer geeigneten Geschwindigkeit erfolgt; sowie ein Verfahren eines alternden Härtens usw., bei dem sich nach einem Schnellkühlen, einer Kühlbehandlung usw. die Eigenschaften (z. B. die Härte usw.) der Legierung im Verlauf der Zeit ändern. Das Ausführungsverfahren der Wärmebehandlung sowie Temperatur, Zeit usw. sind im JIS-Standard usw. festgelegt, wobei beispielsweise bei SKD61 eines Legierungswerkzeugstahl-Stahlmaterials gemäß JIS G 4404 ein Stahlmaterial von größer oder gleich 50 HRC durch eine Abschrecktemperatur von 1030 °C Luftkühlung und anlassende Wärmebehandlung von 550 °C Luftkühlung erzielt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Wärmebehandlung nach einem Sprengschweißen, wobei auch ein anderes Stahlmaterial als SKD 61 verwendet werden kann, solange nach der Wärmebehandlung die Härte der zweiten Legierung größer ist als bei der ersten Legierung, und sich eine Härtedifferenz der ersten Legierung und zweiten Legierung von größer oder gleich 44 HRC ergibt. Wird der zweiten Legierung eine noch höhere Härte verliehen, ist auch eine Kombination mit einer Oberflächenbehandlung wie einem Aufkohlungsabschrecken und Flammabschrecken, Hochfrequenzabschrecken und Nitrierung-, Salzbad-Weichnitrierungsbehandlung usw. gemäß JIS G 0201 möglich. Bei einer Ausführungsform wird als gehärtete Schicht im Vergleich zu dem vorstehenden Aufkohlungsabschrecken und Flammabschrecken, Hochfrequenzabschrecken und einer Nitrierungsbehandlung eine gehärtete Schicht von größer oder gleich einigen mm von der Oberfläche erzielt, sodass eine Verlängerung der Lebenserwartung der Herstellungsvorrichtung angestrebt werden kann. Unter Einbeziehung der Lebensdauer bei der Verwendung beträgt die Dicke der gehärteten Schicht bevorzugt größer oder gleich 3 mm von der Oberfläche, bevorzugter größer oder gleich 5 mm von der Oberfläche und noch bevorzugter erfolgt eine Härtung über die gesamte zweite Legierung.
[Beispiele]
Im Folgenden werden Beispiele und Vergleichsbeispiele vorliegende Offenbarung gezeigt, wobei die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Beispiele und Vergleichsbeispiele beschränkt ist.
«Messung und Bewertungsverfahren»
<Härte und Härtedifferenz>
Die HRC (Härte nach Rockwell) wurde gemäß der Prüfung der Härte nach Rockwell gemäß JIS Z 2245 gemessen.
<Scherversuch>
Es erfolgte eine Bestimmung gemäß einem Prüfungsverfahren für Verkleidungen gemäß JIS G 0601. Der Prüfling nach dem Scherversuch wurde betrachtet, und für den Fall, dass die erste Legierung an der zweiten Legierung gehaftet ist, beurteilt, ob ein Bruch auf der Seite der ersten Legierung vorliegt. Für den Fall, dass keine Haftung der ersten Legierung an der zweiten Legierung vorliegt und die Verbindungsgrenzfläche freiliegt, wird ein Ablösen der Verbindungsgrenzfläche beurteilt. Bei einer Verkleidung mit einem Zwischenmaterial wird für den Fall, dass das Zwischenmaterial an der zweiten Legierung gehaftet ist, oder die erste Legierung an dem Zwischenmaterial gehaftet ist, beurteilt, ob ein Bruch auf der Seite der ersten Legierung vorliegt. Ferner kann für den Fall, dass keine Haftung des Zwischenmaterials an der zweiten Legierung vorliegt und die Verbindungsgrenzfläche von beiden freiliegt, oder keine Haftung der ersten Legierung an dem Zwischenmaterial vorliegt und die Verbindungsgrenzfläche von beiden freiliegt, ein Ablösen der Verbindungsgrenzfläche beurteilt werden.
<Wellenhöhe>
Die Verkleidung, bei der ein Sprengschweißen erfolgt war, wurde in eine die Verbindungsgrenzfläche umfassende Blockform von 20×20×20 gebracht, und die Schnittfläche einschließlich des Verbindungsabschnitts mittels eines Elektronenmikroskops gemessen. Bei der Messung erfolgte eine Vermessung an ca. zehn beliebigen Punkten der Verbindungsgrenzfläche und eine Ermittlung von deren Durchschnittswert.
<Ultraschall-Rissprüfung>
Die Ausführung der Ultraschall-Rissprüfung erfolgt gemäß einer Ultraschall-Rissprüfung, die als Testverfahren für Verkleidungsstahl gemäß JIS G 0601 vorgeschrieben ist. Bei einer Darstellung mit der Ausbreitungszeit auf der Querachse und dem Schalldruck auf der Längsachse wird bei einer Einstellung der Höhe des Bodenechos auf 80 % beurteilt, dass kein Defekt vorliegt, wenn ein Defektecho einer Grenzflächenechohöhe von größer oder gleich 40 % nicht detektiert wird.
<Infiltration-Risspriifung>
Bezüglich der Oberfläche und Schnittfläche der Verkleidung wurde eine Infiltration-Rissprüfung gemäß ASME BPVC-VIII-1 oder einem gleichwertigen Standard durchgeführt. Die Schnittfläche der Verkleidung wurde gefräst oder poliert, wobei die Ausführung der Beobachtungsfläche nach einer Reinigung erfolgte. Die Größe und Anzahl der detektierten roten Indikationsmuster wurden unter Verwendung eines Messgeräts wie einem Nonius gemessen.
<<Beispiel 1>>
Als erste Legierung, bei der eine Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit reichhaltig vorliegen, wird SS400 einer Dicke von 100 mm als Walzstahlmaterial für allgemeine Strukturen gemäß JIS G 3101 verwendet, und als zweite Legierung wird für die abriebfeste Legierung SKD61 einer Dicke von 8 mm als Legierungswerkzeug-Stahlmaterial gemäß JIS G 4404 verwendet. Es erfolgte ein Sprengschweißen, wobei zwischen der zweiten Legierung und der ersten Legierung ein bestimmter Zwischenraum vorgesehen, dort ein pulverförmiger Sprengstoff mit dem Hauptbestandteil Ammoniumnitrat in einer bestimmten Dicke angeordnet und der Sprengstoff mittels einer Zündkapsel von 6 mm Durchmesser gezündet wurde. Dadurch konnten die zweite Legierung und erste Legierung verbunden werden, wobei das Ergebnis der Ultraschall-Rissprüfung (JIS G 0601, Boden-Echo-Verfahren) als vollständige Verbindung ohne Defekte beurteilt wurde.
Als Nächstes wurde die mittels Sprengschweißen hergestellte Verkleidung bei 1030 °C abgeschreckt und anschließend eine zweimalige anlassende Wärmebehandlung bei 550 °C ausgeführt, wobei die Oberflächenhärte der zweiten Legierung (SKD61) größer oder gleich 50 HRC wurde und die erste Legierung (SS400) ihre Anfangshärte von 0 bis 1 HRC beibehielt.
Als Nächstes wurde das Ergebnis der bezüglich der Verkleidung nach dieser Wärmebehandlung ausgeführten Ultraschall-Rissprüfung (JIS G 0601, Boden-Echo-Verfahren) als vollständige Verbindung ohne Defekte beurteilt. Ferner ergab die bezüglich der Verbindungsflächen-Schnittfläche der Verkleidung nach der Wärmebehandlung ausgeführte Infiltration-Rissprüfung (ASME BPVC-VIII-1), dass in der Oberfläche und Schnittfläche der Verkleidung keine Indikationsmuster detektiert wurden, sodass die Verbindung mit der gesamten Fläche ohne das Auftreten von Defekten oder Ablösungen beibehalten wurde. Ferner betrug die Wellenhöhe bei der Verbindungsgrenzfläche 450 µm.
Dann wurden von der Verkleidung insgesamt vier Testproben für den Scherversuch abgeschnitten und der Scherversuch (JIS G 0601) durchgeführt. Das Ergebnis lautete, dass wie in Tabelle 1 gezeigt, der Durchschnittswert der Scherfestigkeit bei etwa 420 MPa lag, jeweils ein Bruch auf der Seite der ersten Legierung von SS400 auftrat und eine ausreichende Festigkeit der Verbindungsgrenzfläche vorlag.
Als zur Installation der Verkleidung an einer Herstellungsvorrichtung eine spanende Bearbeitung des Außenumfangs und in Dickenrichtung der Verkleidung, eine Gewindelochbearbeitung und eine Schweißbearbeitung auf die Seite des SS400 ausgeführt wurden, konnten die Bearbeitungen in eine bestimmte Form wie beim Spanen oder Schweißen leicht erfolgen, und es zeigten sich keinerlei Probleme für eine Verwendung als Erzeugnis. Anhand dieser Ergebnisse konnte festgestellt werden, dass die Verkleidung des Beispiels 1 Abriebfestigkeit und außerdem eine hohe Bearbeitbarkeit aufweist.
<<Beispiel 2>>
Als erste Legierung, bei der eine Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit reichhaltig vorliegen, wird SM490A einer Dicke von 20 mm als Walzblechplatte für Schweißstrukturen gemäß JIS G 3106 verwendet, und als zweite Legierung wird für die abriebfeste Legierung SKD1 einer Dicke von 6 mm als Legierungswerkzeug-Stahlmaterial gemäß JIS G 4404 verwendet. Es erfolgte ein Sprengschweißen, wobei zwischen der zweiten Legierung und der ersten Legierung ein bestimmter Zwischenraum vorgesehen, dort ein pulverförmiger Sprengstoff mit dem Hauptbestandteil Ammoniumnitrat in einer bestimmten Dicke angeordnet und der Sprengstoff mittels einer Zündkapsel von 6 mm Durchmesser gezündet wurde. Dadurch konnten die zweite Legierung und erste Legierung verbunden werden, wobei das Ergebnis der Ultraschall-Rissprüfung (JIS G 0601, Boden-Echo-Verfahren) als vollständige Verbindung ohne Defekte beurteilt wurde.
Als Nächstes wurde die mittels Sprengschweißen hergestellte Verkleidung bei 970 °C abgeschreckt und anschließend eine einmalige anlassende Wärmebehandlung bei 180 °C ausgeführt, wobei die Oberflächenhärte der zweiten Legierung (SKD1) größer oder gleich 63 HRC wurde und die erste Legierung (SM490A) ihre Anfangshärte von 0 bis 1 HRC beibehielt.
Als Nächstes wurde das Ergebnis der bezüglich der Verkleidung nach dieser Wärmebehandlung ausgeführten Ultraschall-Rissprüfung (JIS G 0601, Boden-Echo-Verfahren) als vollständige Verbindung ohne Defekte beurteilt. Ferner ergab die bezüglich der Verbindungsflächen-Schnittfläche der Verkleidung nach der Wärmebehandlung ausgeführte Infiltration-Rissprüfung (ASME BPVC-VIII-1), dass in der Oberfläche und Schnittfläche der Verkleidung keine Indikationsmuster detektiert wurden, sodass die Verbindung mit der gesamten Fläche ohne das Auftreten von Defekten oder Ablösungen beibehalten wurde. Ferner betrug die Wellenhöhe bei der Verbindungsgrenzfläche 620 µm.
Dann wurden von der Verkleidung insgesamt vier Testproben für den Scherversuch abgeschnitten und der Scherversuch (JIS G 0601) durchgeführt. Das Ergebnis lautete, dass wie in Tabelle 1 gezeigt, der Durchschnittswert der Scherfestigkeit bei etwa 455 MPa lag, jeweils ein Bruch auf der Seite der ersten Legierung von SM490A auftrat und eine ausreichende Festigkeit der Verbindungsgrenzfläche vorlag.
Als zur Installation der Verkleidung an einer Herstellungsvorrichtung eine spanende Bearbeitung des Außenumfangs und in Dickenrichtung der Verkleidung, eine Gewindelochbearbeitung und eine Schweißbearbeitung auf die Seite des SM490A ausgeführt wurden, konnten die Bearbeitungen in eine bestimmte Form wie beim Spanen oder Schweißen leicht erfolgen, und es zeigten sich keinerlei Probleme für eine Verwendung als Erzeugnis. Anhand dieser Ergebnisse konnte festgestellt werden, dass die Verkleidung des Beispiels 2 Abriebfestigkeit und außerdem eine hohe Bearbeitbarkeit aufweist.
<<Beispiel 3>>
Als erste Legierung, bei der eine Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit reichhaltig vorliegen, wird SS400 einer Dicke von 55 mm als Walzstahl für allgemeine Strukturen gemäß JIS G 3101 verwendet, und als zweite Legierung wird für die abriebfeste Legierung SUS420J2 einer Dicke von 10 mm als warmgewalzte Edelstahlplatte gemäß JIS G 4304 verwendet. Es erfolgte ein Sprengschweißen, wobei zwischen der zweiten Legierung und der ersten Legierung ein bestimmter Zwischenraum vorgesehen, dort ein pulverförmiger Sprengstoff mit dem Hauptbestandteil Ammoniumnitrat in einer bestimmten Dicke angeordnet und der Sprengstoff mittels einer Zündkapsel von 6 mm Durchmesser gezündet wurde. Dadurch konnten die zweite Legierung und erste Legierung verbunden werden, wobei das Ergebnis der Ultraschall-Rissprüfung (JIS G 0601, Boden-Echo-Verfahren) als vollständige Verbindung ohne Defekte beurteilt wurde.
Als Nächstes wurde die mittels Sprengschweißen hergestellte Verkleidung bei 1030 °C abgeschreckt und anschließend eine einmalige anlassende Wärmebehandlung bei 300 °C ausgeführt, wobei die Oberflächenhärte der zweiten Legierung (SUS420J2) größer oder gleich 44 HRC wurde und die erste Legierung (SS400) ihre Anfangshärte von 0 bis 1 HRC beibehielt.
Als Nächstes wurde das Ergebnis der bezüglich der Verkleidung nach dieser Wärmebehandlung ausgeführten Ultraschall-Rissprüfung (JIS G 0601, Boden-Echo-Verfahren) als vollständige Verbindung ohne Defekte beurteilt. Ferner ergab die bezüglich der Verbindungsflächen-Schnittfläche der Verkleidung nach der Wärmebehandlung ausgeführte Infiltration-Rissprüfung (ASME BPVC-VIII-1), dass in der Oberfläche und Schnittfläche der Verkleidung keine Indikationsmuster detektiert wurden, sodass die Verbindung mit der gesamten Fläche ohne das Auftreten von Defekten oder Ablösungen beibehalten wurde. Ferner betrug die Wellenhöhe bei der Verbindungsgrenzfläche 250 µm.
Dann wurden von der Verkleidung insgesamt vier Testproben für den Scherversuch abgeschnitten und der Scherversuch (JIS G 0601) durchgeführt. Das Ergebnis lautete, dass wie in Tabelle 1 gezeigt, der Durchschnittswert der Scherfestigkeit bei etwa 445 MPa lag, jeweils ein Bruch auf der Seite der ersten Legierung von SS400 auftrat und eine ausreichende Festigkeit der Verbindungsgrenzfläche vorlag.
Als zur Installation der Verkleidung an einer Herstellungsvorrichtung eine spanende Bearbeitung des Außenumfangs und in Dickenrichtung der Verkleidung, eine Gewindelochbearbeitung und eine Schweißbearbeitung auf die Seite des SS400 ausgeführt wurden, konnten die Bearbeitungen in eine bestimmte Form wie beim Spanen oder Schweißen leicht erfolgen, und es zeigten sich keinerlei Probleme für eine Verwendung als Erzeugnis. Anhand dieser Ergebnisse konnte festgestellt werden, dass die Verkleidung des Beispiels 3 Abriebfestigkeit und außerdem eine hohe Bearbeitbarkeit aufweist.
<<Beispiel 4>>
Als erste Legierung, bei der eine Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit reichhaltig vorliegen, wird SM490A einer Dicke von 30 mm als Walzblechplatte für Schweißstrukturen gemäß JIS G 3106 verwendet, und als zweite Legierung wird für die abriebfeste Legierung NCF718 einer Dicke von 10 mm als Walzmaterial aus einer korrosionsfesten, hitzebeständigen Superlegierung, Nickel und einer Nickellegierung gemäß JIS G 4902 verwendet. Es erfolgte ein Sprengschweißen, wobei zwischen der zweiten Legierung und der ersten Legierung ein bestimmter Zwischenraum vorgesehen, dort ein pulverförmiger Sprengstoff mit dem Hauptbestandteil Ammoniumnitrat in einer bestimmten Dicke angeordnet und der Sprengstoff mittels einer Zündkapsel von 6 mm Durchmesser gezündet wurde. Dadurch konnten die zweite Legierung und erste Legierung verbunden werden, wobei das Ergebnis der Ultraschall-Rissprüfung (JIS G 0601, Boden-Echo-Verfahren) als vollständige Verbindung ohne Defekte beurteilt wurde.
Als Nächstes erfolgte bei der mittels Sprengschweißen hergestellten Verkleidung bei 1000 °C ein Lösungsglühen, und anschließend wurde eine alternde Wärmebehandlung bei 718 °C und 620 °C ausgeführt, wobei die Oberflächenhärte der zweiten Legierung (NCF718) größer oder gleich 47 HRC wurde und die erste Legierung (SM490A) ihre Anfangshärte von 0 bis 1 HRC beibehielt.
Als Nächstes wurde das Ergebnis der bezüglich der Verkleidung nach dieser Wärmebehandlung ausgeführten Ultraschall-Rissprüfung (JIS G 0601, Boden-Echo-Verfahren) als vollständige Verbindung ohne Defekte beurteilt. Ferner ergab die bezüglich der Verbindungsflächen-Schnittfläche der Verkleidung nach der Wärmebehandlung ausgeführte Infiltration-Rissprüfung (ASME BPVC-VIII-1), dass in der Oberfläche und Schnittfläche der Verkleidung keine Indikationsmuster detektiert wurden, sodass die Verbindung mit der gesamten Fläche ohne das Auftreten von Defekten oder Ablösungen beibehalten wurde. Ferner betrug die Wellenhöhe bei der Verbindungsgrenzfläche 130 µm.
Dann wurden von der Verkleidung insgesamt vier Testproben für den Scherversuch abgeschnitten und der Scherversuch (JIS G 0601) durchgeführt. Das Ergebnis lautete, dass wie in Tabelle 1 gezeigt, der Durchschnittswert der Scherfestigkeit bei etwa 510 MPa lag, jeweils ein Bruch auf der Seite des ersten Legierungsmaterials von SA490A auftrat und eine ausreichende Festigkeit der Verbindungsgrenzfläche vorlag.
Als zur Installation der Verkleidung an einer Herstellungsvorrichtung eine spanende Bearbeitung des Außenumfangs und in Dickenrichtung des Verkleidungsmaterials, eine Gewindelochbearbeitung und eine Schweißbearbeitung auf die Seite des SM490A ausgeführt wurden, konnten die Bearbeitungen in eine bestimmte Form wie beim Spanen oder Schweißen leicht erfolgen, und es zeigten sich keinerlei Probleme für eine Verwendung als Erzeugnis. Anhand dieser Ergebnisse konnte festgestellt werden, dass die Verkleidung des Beispiels 4 Abriebfestigkeit und außerdem eine hohe Bearbeitbarkeit aufweist.
<<Vergleichsbeispiel 1>>
Die grundsätzlichen Bedingungen, die Bedingungen des Sprengschweißens sowie die Bedingungen der Wärmebehandlung sind gleich wie beim Beispiel 1, während die Herstellungsschritte des Beispiels 1 ausgetauscht wurden. Das heißt, während die Verbindung der zweiten Legierung und der ersten Legierung beim Ausführen des Sprengschweißens nach der abschreckenden/anlassenden Wärmebehandlung erreicht wurde, waren in der Oberfläche der abriebfesten Legierung als zweiter Legierung zahlreiche Risse zu sehen, und war als Erzeugnis nicht verwendbar.
<<Vergleichsbeispiel 2>>
Als erste Legierung wird SUS304 einer Dicke von 10 mm als warmgewalzte Edelstahlplatte gemäß JIS G 4304 verwendet, und als zweite Legierung wird für die abriebfeste Legierung SKD11 einer Dicke von 5 mm als Legierungswerkzeug-Stahlmaterial gemäß JIS G 4404 verwendet. Es erfolgte ein Sprengschweißen, wobei zwischen der zweiten Legierung und der ersten Legierung ein bestimmter Zwischenraum vorgesehen, dort ein pulverförmiger Sprengstoff mit dem Hauptbestandteil Ammoniumnitrat in einer bestimmten Dicke angeordnet und der Sprengstoff mittels einer Zündkapsel von 6 mm Durchmesser gezündet wurde. Dadurch konnten die zweite Legierung und erste Legierung verbunden werden, wobei das Ergebnis der Ultraschall-Rissprüfung (JIS G 0601, Boden-Echo-Verfahren) als vollständige Verbindung ohne Defekte beurteilt wurde.
Als Nächstes wurde die mittels Sprengschweißen hergestellte Verkleidung bei 1030 °C abgeschreckt und anschließend eine einmalige anlassende Wärmebehandlung bei 180 °C ausgeführt, wobei die Oberflächenhärte der zweiten Legierung (SKD11) größer oder gleich 59 HRC wurde und die erste Legierung (SUS304) von der Anfangshärte auf 26 HRC anstieg.
Als Nächstes wurde das Ergebnis der bezüglich der Verkleidung nach dieser Wärmebehandlung ausgeführten Ultraschall-Rissprüfung (JIS G 0601, Boden-Echo-Verfahren) als vollständige Verbindung ohne Defekte beurteilt. Ferner ergab die bezüglich der Verbindungsflächen-Schnittfläche der Verkleidung nach der Wärmebehandlung ausgeführte Infiltration-Rissprüfung (ASME BPVC-VIII-1), dass in der Oberfläche und Schnittfläche der Verkleidung keine Indikationsmuster detektiert wurden, sodass die Verbindung mit der gesamten Fläche ohne das Auftreten von Defekten oder Ablösungen beibehalten wurde. Ferner betrug die Wellenhöhe bei der Verbindungsgrenzfläche 100 µm.
Dann wurden von der Verkleidung insgesamt vier Testproben für den Scherversuch abgeschnitten und der Scherversuch (JIS G 0601) durchgeführt. Das Ergebnis lautete, dass wie in Tabelle 1 gezeigt, der Durchschnittswert der Scherfestigkeit bei etwa 550 MPa lag, jeweils ein Bruch auf der Seite der ersten Legierung von SUS304 auftrat und eine ausreichende Festigkeit der Verbindungsgrenzfläche vorlag.
Als zur Installation der Verkleidung an einer Herstellungsvorrichtung eine spanende Bearbeitung des Außenumfangs und in Dickenrichtung der Verkleidung, eine Gewindelochbearbeitung und eine Schweißbearbeitung auf die Seite des SUS304 ausgeführt wurden, war eine Bearbeitung in eine bestimmte Form schwierig, wobei sich aufgrund der hohen Härte von SUS304 selbst die Bearbeitungsstunden erhöhten, Schweißrisse entstanden usw., und diese als Erzeugnis nicht verwendbar.
[TABELLE 1]
[INDUSTRIELLES ANWENDUNGSGEBIET]

Tabelle 1

	Plattiermaterial (Dicke)	Herstellungsschritt	Härte vor dem Sprengschweiß en	Erzeugnis-Härte	Härte	Scherfestigkeit (Durchschnitts wert) / Bruchstellenpo sition	Wellenhöhe	Bearbeitbarkeit (Spanen, Schweißen)
Beispiel 1	SKD61/SS400 (8mm/100mm)	Sprengschweißen→ Abschreckens→ Anlassen×zweimal	SKD61 : HRC17 SS400 : HRC1	SKD61 : HRC54 SS400 : HRC 0	54	420 MPa SS400	450 µm	◯
Beispiel 2	SKD1/SM490A (6mm/20mm)	Sprengschweißen > Abschrecken→ Anlassen×einmal	SKD1 : HRC25 SM490A : HRC1	: HRC63 SM490A : HRCO	63	455 MPa SM490A	620 µm	◯
Beispiel 3	SUS420J2/SS400 (10mm/55mm)	Sprengschweißen→ Abschrecken→ Aniassen×einmal	SUS420J2 : HRC22 SS400 : HRC 0	SUS420J2 : HRC44 SS400 : HRC 0	44	445 MPa SS400	250 µm	◯
Beispiel 4	NCF718/SM490A (10mm/30mm)	Sprengschweißen→ Lösungsglühen→Altern	NCF718 : HRC36 SM490A : HRC1	NCF718 : HRC47 SM490A : HRC1	46	510 MPa SM490A	130 µm	◯
Vergleichsbeispiel 1	SKD61/SS400 (8mm/100mm)	Abschrecken→ Anlassenxzweimal→ Sprengschweißen	SKD61 : HRC53 SS400 : HRC1	SKD61 : HRC53 SS400 : HRC1	-	Keine Ausfü hrung möglich	50 µm	-
Vergleichsbeispiel 2	SKD11/SUS304 (5mm/10mm)	Sprengschweißen→ Abschrecken→ Aniassen×einmai	SKD11 : HRC21 SUS304 : HRC23	SKD61 : HRC59 SUS304 : HRC26	33	550 MPa SUS304	100 µm	×

Die Verkleidung der vorliegenden Offenbarung kann als Komponente, die ein Kontakt mit Extrusionskomponenten oder Maschinenpartnern von Knetmaschinen und Zerkleinerungsmaschinen für Herstellungsvorrichtungen hat, als sich mit einem Kolben hin- und herbewegende Komponente oder als Komponente einer Schwermaschine oder Industriemaschine, die Komponente oder Materialien mit einer hohen Härte zerkleinert oder transportiert, verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Weiches Stahlmaterial
2: Stahlmaterial mit einer hohen Härte
3: Extruder

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

JP 2000108246 A [0008]
JP H4182081 A [0008]

Claims

Verkleidung aus mindestens zwei Schichten, umfassend eine erste Legierung und eine mit der ersten Legierung verbundene zweite Legierung, wobei die Härte der zweiten Legierung höher als der der ersten Legierung ist, die Härtedifferenz zwischen der ersten Legierung und der zweiten Legierung größer oder gleich 44 HRC ist, und bei der Ausführung des Scherversuchs der Verkleidung gemäß JIS G 0601 ein Bruch auf der Seite der ersten Legierung erfolgt.
Verkleidung nach Anspruch 1, wobei an der Verbindungsgrenzfläche der ersten Legierung und der zweiten Legierung kein Defekt vorliegt, wenn Risse mittels eines Boden-Echo-Verfahrens bei einer Ultraschall-Rissprüfung gemäß JIS G 0601 gesucht wurden.
Verkleidung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verkleidung bei der Ausführung einer ASME BPVC-VIII-Infiltrations-Rissprüfung keine Indikationsmuster in der Oberfläche der Verkleidung, keine Indikationsmuster in der Schnittfläche der Verkleidung, bei denen die Länge das 3-fache der Breite überschreitet, keine runden oder ovalen Indikationsmuster von mehr als 5 mm, und nicht vier oder mehr Indikationsmuster vorliegen, die in einem Abstand von kleiner oder gleich 1,5 mm von einem bis zum anderen Ende im Wesentlichen in einer Linie aufgereiht sind.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Härte der ersten Legierung kleiner oder gleich 5 HRC ist.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Legierung und die zweite Legierung direkt miteinander verbunden sind.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wellenhöhe an der Verbindungsgrenzfläche der ersten Legierung und der zweiten Legierung größer oder gleich 30 µm und kleiner oder gleich 1000 µm ist.
Verkleidung-Herstellungsverfahren, umfassend das Verbinden einer ersten Legierung und einer zweiten Legierung mittels eines Sprengschweißens, die Durchführung einer abschreckenden und anlassenden Wärmebehandlung der verbundenen zweiten Legierung und Härten der zweiten Legierung, wobei die Härte der zweiten Legierung höher als der der ersten Legierung ist, und außerdem die Härtedifferenz zwischen der ersten Legierung und der zweiten Legierung größer oder gleich 44 HRC ist.
Verkleidung-Herstellungsverfahren, umfassend das Verbinden einer ersten Legierung und einer zweiten Legierung mittels eines Sprengschweißens, die Durchführung eines Lösungsglühens und Alterns der verbundenen zweiten Legierung und Härten der zweiten Legierung, wobei die Härte der zweiten Legierung höher als der der ersten Legierung ist, und außerdem die Härtedifferenz zwischen der ersten Legierung und der zweiten Legierung größer oder gleich 44 HRC ist.
Verkleidung-Verwendungsverfahren, bei dem die erste Legierung einer Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mechanisch oder metallurgisch mit einer Maschine fest verbunden ist, und die zweite Legierung einer Umgebung mit einer Abnutzungsbelastung ausgesetzt ist.