DE1220702B

DE1220702B - Wear-resistant armoring produced by electrical build-up welding

Info

Publication number: DE1220702B
Application number: DEK33774A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Dannoehl; Dipl-Ing Luise Klos Stubenvoll
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1958-01-07
Filing date: 1958-01-07
Publication date: 1966-07-07

Description

Verschleißfeste, durch elektrische Auftragsschweißungen hergestellte Panzerungen Gegenstand der Erfindung sind verschleißfeste, durch elektrische Auftragsschweißungen mittels umhüllter oder blanker Schweißelektroden unter Beimengung von pulverförmigen Zusätzen im Gasstrom hergestellte Panzerungen höchster Härte auf Eisen-bzw. Stahlunterlagen.Wear-resistant, produced by electrical build-up welding Armouring The subject of the invention is wear-resistant, by means of electrical build-up welds by means of coated or bare welding electrodes with the addition of powdered ones Armouring of the highest hardness on iron or steel made in the gas stream. Steel pads.

Es ist bekannt, bei der Auftragsschweißung mittels des elektrischen Lichtbogens in den Fällen, in denen Brinell-Härten von über 580 kp/mm2 erzielt werden sollen, Elektroden zu verwenden, deren Kerndraht z. B. 1,0 % Kohlenstoff, 2,0 °/o Mangan, 1,1 % Chrom oder z. B. 1,2°/o Kohlenstoff, 0,15 °/o Silicium, 0,501, Mangan, 1 % Chrom und 1,5 bis 2 % Wolfram enthält, oder aber solche Elektroden, die ausgesprochene Schnellstahlzusammensetzung aufweisen und hohe Gehalte an Chrom, Wolfram, Molybdän und Vanadium haben, oder aber sogar Elektroden, die Hartlegierungen mit z. B. mehr als 30 °/o Chrom und 2,5 °/o Kohlenstoff sind. Alle diese Werkstoffe sind indessen verhältnismäßig teuer in der Herstellung, neigen stark zu Schrumpfrissen und bringen zumeist erst in der dritten und vierten Lage die gewünschte Härte. Oftmals machen sie auch eine Vorwärmung der zu schweißenden Werkstücke bzw. eine nachträgliche Wärmebehandlung bzw. Härtung des gewünschten Werkstückes notwendig.It is known to use electrodes in the build-up welding by means of the electric arc in those cases in which Brinell hardnesses of over 580 kp / mm2 are to be achieved, the core wire of which is z. B. 1.0 % carbon, 2.0 % manganese, 1.1% chromium or e.g. B. 1.2% carbon, 0.15 % silicon, 0.501, manganese, 1% chromium and 1.5 to 2 % tungsten, or electrodes that have a pronounced high-speed steel composition and high chromium contents, Have tungsten, molybdenum and vanadium, or even electrodes, the hard alloys with z. B. more than 30% chromium and 2.5% carbon. However, all of these materials are relatively expensive to manufacture, have a strong tendency to shrinkage cracks and usually only achieve the desired hardness in the third and fourth layers. Often they also make it necessary to preheat the workpieces to be welded or a subsequent heat treatment or hardening of the desired workpiece.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch elektrische Auftragsschweißung Panzerungen höchster Brinell- bzw. Rockwell-Härte C von z. B. mehr als 58 HRR, vorzugsweise mehr als 61 HRR, zu schaffen, die im allgemeinen ohne Vorwärmung des Grundwerkstoffes und ohne nachträgliche Wärmebehandlung des Schweißgutes erzielt werden und bei denen die normale Abkühlungsgeschwindigkeit bei Abkühlung der geschweißten Auftragsraupen an Luft die entsprechenden Härtewerte des martensitischen Schweißgutes hervorruft. Das martensitische Schweißgut nach der Erfindung kennzeichnet sich demgemäß durch eine Zusammensetzung aus 0,55 bis p,90"/, Kohlenstoff, 1,0 bis 2,0"/, Mangan, 0,6 bis 2,20/, Silicium, 0,05 bis 0,75'/, Titan, Rest Eisen, sowie durch die Tatsache, daß die Abkühlung des Schweißgutes bei Umgebungstemperatur erfolgt ist. Der Gehalt an Titan dient dabei zur Erzielung einer möglichst feinen Korngröße.The invention is based on the object by means of electrical build-up welding Armouring of the highest Brinell or Rockwell hardness C of z. B. greater than 58 HRR, preferably more than 61 HRR, generally without preheating the base material and can be achieved without subsequent heat treatment of the weld metal and where the normal cooling rate when the welded deposit beads cool down causes the corresponding hardness values of the martensitic weld metal in air. The martensitic weld metal according to the invention is accordingly characterized by a composition of 0.55 to p, 90 "/, carbon, 1.0 to 2.0" /, manganese, 0.6 to 2.20 /, silicon, 0.05 to 0.75 '/, titanium, remainder iron, as well as by the fact that the weld metal has cooled down at ambient temperature. The salary on titanium is used to achieve the finest possible grain size.

Es ist dabei möglich, z. B. einen Kerndraht von der Zusammensetzung eines walzharten Stahles mit etwa 0,7 % Kohlenstoff, 1,7 °/o Silicium und 10/" Mangan zu verwenden oder auch von einem niedrigergekohlten und niedrigerlegierten Werkstoff auszugehen und diese Kerndrähte aus der Umhüllung auf die erforderlichen Legierungsgehalte des Schweißgutes aufzulegieren.It is possible, for. B. to use a core wire of the composition of a rolled steel with about 0.7 % carbon, 1.7 % silicon and 10 / "manganese or to start from a lower carbon and lower alloy material and these core wires from the sheath to the required Alloy content of the weld metal.

So wurde z. B. von einem Kerndraht mit 0,5 °/o Kohlenstoff, 0,15 % Silicium und 0,65 °/o Mangan ausgegangen und durch Aufbringen einer Umhüllung auf Kalk-Flußspat-Rutil-Kieselsäure-Basis mit Zusätzen von Ferromangan, Ferrosilizium, Ferrotitan und Kohlepulver ein Legierungsgehalt des Schweißgutes von 0,7 % Kohlenstoff, 1,7 % Mangan, 1,8 °/o Silicium und 0,25 % Titan erzielt; dabei wurde beim Aufschweißen auf Stahl St 37 in der dritten Lage eine Rockwell-Härte C von 64 bis 64,5 festgestellt. Das aufgetragene Schweißgut erwies sich auch in der Übergangszone als rißfrei und außerordentlich feinkörnig. Hervorzuheben ist die besonders gute Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäß zu verwendenden Schweißzusatzwerkstoffes.So was z. B. assumed a core wire with 0.5 % carbon, 0.15% silicon and 0.65% manganese and applied a coating based on lime-fluorspar-rutile-silica with additions of ferromanganese, ferrosilicon, Ferrotitanium and carbon powder achieve an alloy content of 0.7% carbon, 1.7 % manganese, 1.8 % silicon and 0.25% titanium in the weld metal; a Rockwell hardness C of 64 to 64.5 was found when welding onto St 37 steel in the third layer. The applied weld metal also proved to be free of cracks and extremely fine-grained in the transition zone. The particularly good economy of the filler metal to be used according to the invention is to be emphasized.

An sich ist es bereits bekannt, zur Herstellung von harten und verschleißfesten Schichten Auftragsschweißungen zu verwenden, die aus 0,5 bis 1,2°/o Kohlenstoff, 2 bis 8°/o Silicium, bis zu 4°/o Mangan, 0,5 bis 5 °/o Chrom, Rest Eisen, bestehen, wobei der Gehalt an Chrom den Siliciumgehalt nicht übersteigt. In diesem Fall ist die Härte und Verschleißfestigkeit durch den Gehalt an Karbidteilchen und deren Verteilung im Werkstoff bedingt, zu welchem Zweck die Schweißen auch noch Wolfram, Molybdän und/oder Vanadium als weitere Karbidbildner enthalten können.It is already known per se for the production of hard and wear-resistant Layers of build-up welds made of 0.5 to 1.2% carbon, 2 to 8% silicon, up to 4% manganese, 0.5 to 5% chromium, the remainder iron, the chromium content not exceeding the silicon content. In this case it is the hardness and wear resistance by the content of carbide particles and their Distribution in the material depends on the purpose for which the welding also includes tungsten, May contain molybdenum and / or vanadium as further carbide formers.

Mit einem weiterhin bekannten Werkstoff aus 0,70/, Kohlenstoff, 20/, Mangan, 0,90/, Chrom und 0,20/, Titan gelingt es lediglich, Härtewerte nach V i c k e r s von 140 bis 160 kp/mm2, das sind etwa 41 bis 47 HRR, zu erreichen, da in diesem Fall der Siliciumgehalt nicht entsprechend auf die anderen Legierungsbestandteile abgestellt ist, wie dies beim Erfindungsgegenstand zutrifft.With a further known material made of 0.70 /, carbon, 20 /, manganese, 0.90 /, chromium and 0.20 /, titanium, it is only possible to achieve Vickers hardness values of 140 to 160 kp / mm2, that is approximately 41 to 47 HRR, because in this case the silicon content is not adjusted accordingly to the other alloy components, as is the case with the subject matter of the invention.

Im Gegensatz zu den vorerwähnten Auftragsschweißen handelt es sich bei der Panzerung nach der Erfindung nicht um das Einbringen von Karbidbildnern in das Schweißgut oder um den Ersatz von Karbidbildnern durch Titan, sondern um die Martensitbildung durch spezifischen Legierungsaufbau, wobei die Gehalte an Titan zwecks Erzielung eines feinkörnigen Mikrogefügeaufbaus vorgesehen sind. Dadurch wird insbesondere die bei titanfreien Werkstoffen zur Auftragsschweißung mit martensitischem Gefügeanteil häufig beobachtete Neigung zur Schweißrissigkeit vermieden.In contrast to the aforementioned build-up welding, it is in the armoring according to the invention, it is not about the introduction of carbide formers in the weld metal or to replace carbide formers with titanium, but rather to Martensite formation through specific alloy structure, with the content of titanium are provided for the purpose of achieving a fine-grain microstructure. Through this is used in particular for titanium-free materials for build-up welding with martensitic Structural component often observed tendency to weld cracking avoided.

Bei der erfindungsgemäßen Panzerung hat sich eine Zusammensetzung des martensitischen Schweißgutes als besonders geeignet erwiesen, die aus 0,6 bis 0;75 °/o Kohlenstoff,, 1,4 bis 2,0 °/a Mangan, 0,6 bis 2,0 °/o Silicium sowie 0,05 bis 0,4 % Titan, Rest Eisen bestehen. Es ist jedoch auch möglich, mit höheren Titangehalten zu arbeiten. In diesem Falle ist eine Schweißgutzusammensetzung aus 0,6 bis 0,75 °/o Kohlenstoff, 1,0 bis 1,55 °/o Mangan, 1,0 bis 2,2 % Silicium, 0,4 bis 0,75 °/o Titan, Rest Eisen besonders günstig. Als allgemeine Regel hat es sich als angebracht gezeigt, die Gehalte an Mangan; Silicium und Titan im martensitischen Schweißgut vorzugsweise zwischen 2,4 und 4,0 °/o einzustellen.In the armoring according to the invention, a composition of the martensitic weld metal has proven to be particularly suitable that consists of 0.6 to 0.75% carbon, 1.4 to 2.0% manganese, 0.6 to 2.0 ° / o consists of silicon and 0.05 to 0.4 % titanium, the remainder being iron. However, it is also possible to work with higher titanium contents. In this case, a weld deposit composition of 0.6 to 0.75 % carbon, 1.0 to 1.55% manganese, 1.0 to 2.2% silicon, 0.4 to 0.75% o Titanium, the remainder iron particularly cheap. As a general rule, it has been found appropriate to control the levels of manganese; Set silicon and titanium in the martensitic weld metal preferably between 2.4 and 4.0%.

Ferner ist es vorteilhaft, im Rahmen der gesamten Zusammensetzungsbereiche die Gehalte an Mangan und Silicium so zu wählen, daß das Verhältnis Mangan zu Silicium zwischen 0,7:1 und 2: 1 liegt. Es ist weiterhin möglich, den vorgeschriebenen Gehalt an Mangan im Schweißgut zum Teil, und zwar bis zu 800/" durch die doppelte Menge Nickel und diesen Nickelanteil seinerseits zum Teil wieder durch bis 10/, Kupfer zu ersetzen, ohne daß der Charakter des naturharten Schweißgutes gemäß der Erfindung beeinflußt wird. Schließlich kann das Schweißgut zusätzlich noch Chrom in einer Menge bis insgesamt 10/, bei einem gleichzeitig um bis 0,10/0 erhöhten Kohlenstoffgehalt enthalten.Furthermore, it is advantageous to choose the manganese and silicon contents within the entire composition ranges so that the ratio of manganese to silicon is between 0.7: 1 and 2: 1. It is also possible to partially replace the prescribed content of manganese in the weld metal, namely up to 800%, with twice the amount of nickel and this nickel content in turn with up to 10 % copper, without affecting the nature of the naturally hard weld metal Finally, the weld metal can also contain chromium in an amount of up to a total of 10 / with a carbon content that is simultaneously increased by up to 0.10 / 0.

Als weiteres Beispiel seien mit einer kalkbasischen Elektrode hergestellte Panzerungen genannt, die bei einem Schweißgut der Zusammensetzung aus 0,85 °/o Kohlenstoff, 1,4"/, Silicium, 1,280/0 Mangan, 0,680/, Titan, Rest Eisen, Werte der Rockwell-Härte C von 62 bis 63 im Schweißzustand ergaben.As a further example, armouring produced with a lime-based electrode may be mentioned, which in the case of a weld metal with the composition of 0.85% carbon, 1.4 "/, silicon, 1.280 / 0 manganese, 0.680 /, titanium, remainder iron, values of Rockwell hardness C of 62 to 63 in the as-welded state.

Naturgemäß ist man für Schweißgutzusammensetzungen gemäß der Erfindung, bei denen die Verwendung einer Reihe beliebiger Kerndrähte möglich ist, auch nicht auf' die Umhüllung mit einer kalkbasischen Masse beschränkt. Es gehört mit zum Inhalt der Erfindung, z. B. mit erzsauren Hüllen auf der Basis Ferromangan-Magnetit-Rutil-Kieselsäure mit Zusätzen von Ferrotitan, Ferrosilizium und Kohlenstoff zur Auflegierung des Schweißgutes zu arbeiten oder aber rutilsaure Hüllen auf Kalk-Rutil-Kieselsäure-Basis mit Zusätzen von Ferromangan, Ferrosilicium, Ferrotitan und Kohlenstoff bzw. schließlich kryolithische Umhüllungen auf Kryolith-Kalk-Basis mit Ferrotitan, Ferrosilicium, Ferromangan und Kohlenstoff zu verwenden, ohne daß die Wahl der Umhüllungszusammensetzungen damit auf die genannten beschränkt sein soll. Es stellt keine besondere Aufgabe dar, derartige Hüllen aus der großen Zahl der im Schrifttum und in der Praxis bekannten Typen auszuwählen und sie dem verfügbaren bzw. gewählten Kerndraht so anzupassen, daß die Schweißgutzusammensetzung in den gemäß Erfindung vorgeschriebenen Bereich fällt.Naturally, one is for weld metal compositions according to the invention, where the use of any number of core wires is possible, either limited to the coating with a lime-based mass. It is part of the content of the invention, e.g. B. with ore-acidic shells based on ferromanganese-magnetite-rutile-silica with additions of ferro-titanium, ferro-silicon and carbon for alloying the Weld metal or rutile-acid casings based on lime-rutile-silica with additions of ferro-manganese, ferro-silicon, ferro-titanium and carbon or finally cryolite casings based on cryolite-lime with ferro-titanium, ferro-silicon, Use ferromanganese and carbon without sacrificing the choice of coating compositions so that it should be limited to those mentioned. It is not a special task represent such covers from the large number of those known in literature and in practice Select types and adapt them to the available or selected core wire so that that the weld deposit composition is in the range prescribed according to the invention falls.

Die Schweißgutzusammensetzungen gemäß Erfindung eignen sich insbesondere für Reparaturschweißungen, aber auch für Neupanzerungen insbesondere von Schnitt-, Stanz- und Abgratwerkzeugen, Hufstollen, Bohrern, Fräsern, Meißeln, Reibahlen, Schienen, Weichen, Herzstücken, Walzen, Maschinenteilen, Verschlußplatten und -leisten, Schräm- und Baggerwerkzeugen aller Art, insbesondere auch für Auftragsschweißen von größeren Gußstücken, bei denen eine Vorwärmung für die Schweißung vermieden werden soll.The weld metal compositions according to the invention are particularly suitable for repair welds, but also for new armouring, especially of cut, Punching and trimming tools, hoof studs, drills, milling cutters, chisels, reamers, splints, Switches, frogs, rollers, machine parts, locking plates and strips, cutting and excavation tools of all kinds, especially for build-up welding of larger ones Castings in which preheating for welding should be avoided.

Für die Panzerung größerer Flächen kann es in Anbetracht der Eigenart der Schweißgutzusammensetzung nach der Erfindung zweckmäßig sein, zur Erzielung annähernd gleicher Abkühlungsgeschwindigkeiten und damit gleicher Härtewerte der einzelnen Schweißraupen bestimmte Schweißfolgen vorzusehen, Es ist jedoch darüber hinaus durch Anpassung der Schweißfolgen möglich, dem jeweiligen Verwendungszweckentsprechend mit dem gleichen Zusatzwerkstoff örtlich verschieden harte und zähe Zonen aufzutragen. Erforderlichenfalls kann die Abkühlungsgeschwindigkeit, z. B. durch Aufblasen von Preßluft, erhöht öder, durch Vor- bzw. Nachwärmen, z. B. mit einem Brenner, herabgesetzt werden.For the armor of larger areas, it can be used in consideration of the peculiarity the weld metal composition according to the invention be useful to achieve approximately the same cooling rates and thus the same hardness values of the To provide certain welding sequences for individual weld beads, however, it is above that also possible by adapting the welding sequences, according to the respective purpose to apply locally different hard and tough zones with the same filler material. If necessary, the cooling rate, e.g. B. by inflating Compressed air, increased or less, by preheating or post-heating, e.g. B. with a burner, reduced will.

Die Erfindung läßt sich sinngemäß in der verschiedensten Weise verwirklichen und ist nicht auf die angegebenen Zusammensetzungsbeispiele beschränkt. Auch ist es ohne weiteres möglich, das Aufschweißen unter Schutzgas mit sich selbst verzehrender, blanker Elektrode entsprechender Zusammensetzung durchzuführen und dabei die erfindungsgemäß angestrebte Schweißgutzusammensetzung in an sich bekannter Weise durch die Beimengung von pulverförmigen Zusätzen im Gasstrom zu erreichen.The invention can be implemented in a wide variety of ways and is not limited to the composition examples given. Also is it is easily possible to weld on under protective gas with self-consuming, To carry out bare electrode of the corresponding composition and thereby the invention Desired weld metal composition in a manner known per se through the admixture of powdery additives in the gas stream.

Claims

Claims: 1. Wear-resistant, through electrical build-up welding by means of coated or bare welding electrodes with the addition of powdered ones Armouring of the highest hardness produced in the gas flow on iron or steel substrates, characterized in that the martensitic weld metal consists of 0.55 to 0.90% carbon, 1.0 to 2.0% manganese, 0.6 to 2.2% silicon, 0.05 to 0.75% titanium, remainder iron, and that the weld metal has cooled down at ambient temperature.

2. Wear-resistant armor according to claim 1, characterized in that the martensitic weld metal of 0.60 to 0.75% carbon, 1.4 to 2.00 /, manganese, 0.6 to 2.00 /, silicon, 0.05 to 0.4% titanium, the remainder being iron.

3. Wear-resistant armor according to claim 1, characterized in that the martensitic weld metal of 0.60 to 0.75 % carbon, 1, C to 1.55010 manganese, 1.0 to 2.20 /, silicon and 0, 40 to 0.75% titanium, the remainder being iron.

4. Wear-resistant armor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the sum of the contents of the martensitic weld deposit of manganese, silicon and titanium is 2.4 to 4.0%.

5. Wear-resistant armor according to one of claims 1 to 4, characterized in that 80% of the manganese content in the weld metal is replaced by twice the amount of nickel and this nickel content is optionally partially replaced by up to 10 /, copper.

6. Wear-resistant armor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the weld metal also contains chromium in an amount up to a total of 10 /, with a carbon content that is increased by up to 0.10 / 0 at the same time. Documents considered: French Patent No. 1113 591; »Anzeiger für Maschinenwesen«, No. 103/104 of December 29, 1939, pp. 70 to 72 and 74.