DE1271995B - Aufschweissbare Eisen-Nickel-Legierung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C22c

Deutsche Kl.: 40 b - 39/40

Nummer: 1271 995

Aktenzeichen: P 12 71 995.8-24 (E 30682)

Anmeldetag: 1.7. Dezember 1965

Auslegetag: 4. Juli 1968

Die Erfindung betrifft Eisen-Nickel-Legierangen, welche sich zur Aufbringung auf Trägerwerkstoffe, insbesondere aus Gußeisen oder Stahl, unter Bildung duktiler und bearbeitbarer Schichten eignen.

Bekannte Legierungen, die sich zur Erzeugung von Schichten auf Trägerwerkstoffen eignen, waren im allgemeinen auf verhältnismäßig teure Legierungen auf Nickel- und Kupferbasis beschränkt. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Legierung unter Verwendung einer Hammspritzpistole mit oder ohne gleichzeitiges Verschmelzen aufgebracht werden soll und wenn das Legierungspulver ohne Flußmittel schmelzen soll. Eisenlegierungen sind in der Regel wesentlich billiger als Kupfer- und Nickellegierungen, sind jedoch wegen ihrer leichten Oxydierbarkeit und ihrer hohen Schmelzpunkte während der Aufbringung besonders der Gefahr einer Oxydation ausgesetzt. Die Erzielung einer leicht bearbeitbaren Schicht aus Eisenlegierungen hat sich daher als sehr schwierig erwiesen, zumal die bekannten Eisenlegierungen nach ihrer Aufbringung schlechte mechanische Eigenschaften besitzen und spröde sind.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer wirtschaftlichen, ohne Zusatz eines Hußmittels schmelzenden Eisenlegierung für die Aufbringung von Schichten auf Trägerwerkstoffe. Die erfindungsgemäßen Legierungen sollen ferner eine duktile, maschinell bearbeitbare, porenfreie Legierungsschicht ergeben. Sie sollen nach verschiedenen Schweißmethoden ohne merkliche Oxydation aufgebracht werden können, z. B. mittels eines Kohlelichtbogens oder Sauerstoff-Acetylen als Wärmequelle bei Verwendung in Stabform oder durch Aufspritzen mit oder ohne gleichzeitiges Verschmelzen bei Verwendung in Pulverform. Die Legierung soll während der Aufbringung eine Hießfähigkeit besitzen.

Die vorstehenden Aufgaben werden durch Legierungen der folgenden Zusammensetzung erfüllt:

1 bis 3% Kohlenstoff,
25 bis 60% Nickel,
0 bis 3% Silicium,
0 bis 1% Mangan,
0,5 bis 2% Bor,

Rest Eisen.

Bevorzugte Bereiche der Legierungsbestandteile sind die folgenden:

1,75 bis 2,50% Kohlenstoff,
40 bis 50% Nickel,
0,01 bis 1% Silicium,
0,01 bis 0,5% Mangan,
0,75 bis 1,25% Bor,
Rest Eisen.

Aufschweißbare Eisen-Nickel-Legierung

Anmelder:

Eutectic Welding Alloys Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München 60, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Daniel Paul Tanzman, Far Rockaway, N. Y.;

Charles Edward Rogers, Kokomo, Ind. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Dezember 1964
(419 292)

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine mikrophotographische Aufnahme in 500facher Vergrößerung einer geätzten Schicht (FeCl₃ als Ätzmittel) einer in einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme auf Gußeisen aufgespritzten Schicht der erfindungsgemäßen Legierung und

F i g. 2 eine mikrophotographische Aufnahme in 500facher Vergrößerung einer nicht geätzten Schicht aus einer in einer Sauerstoff-Acetylen-Hamme auf Gußeisen aufgespritzten erfindungsgemäßen Legierung.

Die erfindungsgemäßen Legierungen sind auf Stahl oder Gußeisen selbstgehend. Sie werden während der Aufbringung auf Trägerwerkstoffe trotz der dabei angewendeten hohen Temperaturen nicht stark oxydiert. Diese Eigenschaft macht die Legierungen besonders geeignet für das Aufspritzverfahren. Die Legierungen sind billiger als Kupfer- oder Nickellegierungen, welche kein Flußmittel benötigen. Aus den erfindungsgemäßen Legierungen erhaltene Schichten besitzen außergewöhnliche Eigenschaften. Die Legierungsschicht besitzt z. B. eine Härte zwischen RClO und RC 35 und ist im wesentlichen porenfrei.

Infolge der Anwesenheit von Lamellengraphit in der MikroStruktur der Schicht erzielt man eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit der Legierungen. Es ist bekannt, daß Lamellengraphit in der MikroStruktur einer Legierungsschicht eine Schmierwirkung auf die

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Werkzeugspitze ausübt und der Legierung somit eine gute Bearbeitbarkeit verleiht. Die Anwesenheit von Lamellengraphit in Schichten aus der erfindungsgemäßen Legierung dürfte für kein Flußmittel benötigende Legierungen einmalig sein. Lamellengraphit ist in der Regel selbst unter idealen Bedingungen nur schwierig zu erhalten. Die Bildung von Lamellengraphit in einer kein Flußmittel benötigenden Eisenlegierung unter variierenden Bedingungen der Schichtaufbringung ist in der Tat völlig überraschend.

Die Existenz von Lamellengraphit in der Mikrostruktur der unter Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung erhaltenen Schichten ist aus F i g. 1 und 2 ersichtlich.

In F i g. 1 ist die Existenz von Lamellengraphit 10 in der Legierungsschicht 12 deutlich ersichtlich.

In Fig. 2 ist sogar in der nicht geätzten Schicht 12 der Lamellengraphit 10 sichtbar.

Außer den ausgezeichneten Eigenschaften der erhaltenen Legierungsschichten besitzen die erfindungsgemäßen Eisenlegierungen auch noch ausgezeichnete Eigenschaften während ihrer Aufbringung. Während des Schweißens der Legierung ist die geschmolzene Masse eher klumpig als stark fließend. Diese geregelte Fließfähigkeit ermöglicht eine beträchtliche Anhäufung der geschmolzenen Legierung und die Erzielung von Schichten mit gleichmäßiger Kontur. Diese Eigenschaften sind beispielsweise zum Beschichten von gewelltem Trägerwerkstoff mit einer Wellentiefe von 2,5 cm oder weniger mit der Legierung sehr günstig. Bei solchen Wellen, deren Kontur abgerundet ist, ist die geschmolzene erfindungsgemäße Legierung nicht so fließfähig, daß sie von der Welle abläuft. Diese Eigenschaft ist auch immer dann wichtig, wenn ein guter Aufbau der Legierung erforderlich ist (z. B. für Zahnräder). Obwohl der Grund für diese Eigenschaften nicht ganz klar ist, darf man doch annehmen, daß durch das Zusammentreffen aller die Legierung aufbauenden Bestandteile der Temperaturbereich zwischen dem Festpunkt und dem Flüssigkeitspunkt der Legierung erweitert wird. Der sich daraus ergebende breitere plastische Bereich erlaubt eine beträchtliche Dickeanhäufung der geschmolzenen Legierung während ihrer Aufbringung. Bei der Aufbringung auf Trägerwerkstoffe wie Gußeisen und Stahl zeigt die Legierung eine gute Netzfähigkeit.

Die erfindungsgemäßen Legierungen können als Pulver in heterogener Form hergestellt werden, oder eine geschmolzene homogene Mischung kann zu homogenen Pulvern versprüht werden. Bei der Herstellung heterogener Legierungen kann Eisenpulver zu Nickel-Bor-Silicium-Legierungen beispielsweise unter Erzielung der gewünschten Zusammensetzung zügegeben werden. Die Eigenschaft, kein Schmelz- oder Flußmittel zu benötigen, ist bei heterogenen mechanischen Mischungen etwas schlechter als bei den entsprechenden homogenen Pulvern, reicht jedoch in jedem Fall aus, daß ein Niederschlag mit einem Sauerstoff-Acetylen-Gebläse aufgespritzt und gleichzeitig verschmolzen werden kann. Vorzugsweise kommt die homogene Pulverform zur Anwendung. Die Legierungen können nach zahlreichen Methoden aufgebracht werden, obwohl das Aufsprühen mit einer Flammspritzpistole bevorzugt wird. Andere Arten der Aufbringung, z.B. Heißgasschweißen, Lichtbogenschweißen und Sauerstoff-Acetylen-Schweißen, seien erwähnt.

Bei der Aufbringung mittels einer Flammspritzpistole kann dies mit oder ohne Verschmelzen des Pulvers auf der Trägeroberfläche mittels eines Brenners erfolgen. Als Brennstoff kann eine Sauerstoff-Brennstoff-Mischung, z. B. eine Mischung aus Sauerstoff und Acetylen, Sauerstoff und Propan usw., verwendet werden. Sauerstoff-Acetylen ist bevorzugt, und in der Regel wird eine neutrale Flamme (Temperatur etwa 3240⁰C) verwendet, obwohl auch Temperaturen zwischen etwa 3100 und 3320° C je nach dem Verhältnis von Sauerstoff zu Acetylen zur Anwendung kommen können. Das Pulver wird von dem Sauerstoff-Brennstoff-Gasgemisch mitgenommen und durch die Flamme aufgesprüht. Die Wanderung des Pulvers durch die Flamme ist eine Sache von Mikrosekunden, während welcher Zeit das Pulver zum erweichten oder geschmolzenen Zustand erhitzt wird. Vorzugsweise wird das Pulver mit gleichmäßiger Geschwindigkeit mit der Gasmischung aufgesprüht.

Die erfindungsgemäßen Legierungen eignen sich besonders zur Reparaturschweißung auf Gußeisen, da die Legierungsschichten mit dem Grundmetall eine metallurgische Bindung eingehen und bearbeitbar sind. Andere typische Anwendungszwecke sind die Reparatur von Gießfehlern und Bearbeitungsfehlern in Gußeisen.

Die erfindungsgemäßen Legierungen können in Rohrform entweder als gegossene Stäbe oder als rohrförmige Produkte hergestellt werden, welche aus einer Metallhülse mit Pulverfüllung bestehen, wie dem Fachman selbstverständlich ist. Die erfindungsgemäße Legierung ist auch in Form von Pulvern und Pasten brauchbar.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Auf schweißbare Eisen-Nickel-Legierung, bestehend aus

1 bis 3% Kohlenstoff,
25 bis 60% Nickel,
0 bis 3% Silicium,
0 bis 1% Mangan,
0,5 bis 2% Bor,
Rest Eisen.

2. Auf schweißbare Eisen-Nickel-Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus

1,75 bis 2,50% Kohlenstoff,
40 bis 50% Nickel,
0,01 bis 1% Silicium,
0,01 bis 0,5% Mangan,
0,75 bis 1,25% Bor,
Rest Eisen.

3. Verfahren zur Herstellung einer bearbeitbaren und duktilen Schicht aus Legierungen gemäß den Ansprüchen 1 und 2 auf einem Trägerwerkstoff, vorzugsweise aus Gußeisen oder Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung mittels einer Flammspritzpistole auf den Trägerwerkstoff aufgesprüht und gleichzeitig verschmolzen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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