DE2103798C

DE2103798C - Wear-resistant, impact-resistant, temperature-shock-resistant and corrosion-resistant material made of glass with a steel insert

Info

Publication number: DE2103798C
Application number: DE19712103798
Authority: DE
Inventors: Walter Prof Dr 6688 Ilhngen Eicke Walter Dipl Ing 6601 Scheldt Dawih!
Original assignee: Schladitz Whiskers AG
Current assignee: Schladitz Whiskers AG
Filing date: 1971-01-27
Publication date: 1973-03-08

Description

Erweichungstemperaturer, oberhalb 1000° C be- ErfindungsgemäC hat sich gezeigt, daß bei Einlage-Softening temperature, above 1000 ° C according to the invention, it has been shown that with insert

steht. rung sehr feiner Stahlfasern und bei Steigerung desstands. tion of very fine steel fibers and if the

7. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes Volumenanteils auf über 25 ⁰Zn ein Verbundkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, 40 entsteht, der sich in seinen Eigenschaften grundsätzdadurch gekennzeichnet, daß die Glaskomponente hch von den Eigenschaften der Glaskomponente in pulvriger Form mit den Stahlfasern gemischt. unterscheidet. Dabei werden die Eigenschaften des die Mischung bei Raumtemperatur zu Formkör- Verbundkörpers spezifisch um so ausgeprägter, je pern gepreßt und anschließend bei Temperaturen geringer der mittlere Abstand der eingelagerten Stahloberhalb 500° C gesintert wird. 45 fasern voneinander ist. Während nämlich reine Glas-7. A method for the production of a material volume fraction to over 25 ⁰ Zn a composite body according to one or more of claims 1 to 6, 40 is formed, which is fundamentally characterized in its properties that the glass component hch of the properties of the glass component in powdery form with the Mixed steel fibers. differs. The properties of the mixture at room temperature to form composite molded bodies are specifically more pronounced the more they are pressed and then the mean distance between the embedded steel is sintered at temperatures lower than 500 ° C. 45 fibers from each other. While pure glass

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge- werkstoffe und auch in der bekannten Weise Hrahtverkennzeichnet, daß die Sinterung unter gleichzeiti- stärkte Gläser bei Dauerbeanspruchung durch Mikroger statischer Druckeinwirkung oder durch Walz- schlage unter Bildung von Kornausbrüchen und druck erfolgt. Rissen zerstört werden, zeigen Verbundkörper gemäß8. The method according to claim 6, characterized ge materials and also in the known manner Hrahtverkonyms, that the sintering with at the same time strengthened glasses with permanent stress by microger static pressure or by rolling impact with the formation of grain breakouts and printing takes place. Cracks are destroyed, show composite bodies according to

9. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes 50 der Erfindung bei einer solchen Beanspruchung ledignach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, lieh eine plastische Verformung, wie es von Metallen dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von bekannt ist, ohne daß sich um den Eindruck des Glaspulver und Stahlfasern durch Strangpressen Schlagkörpers Risse ausbilden. In gleicher Weise zeigt oberhalb 500° C geformt wird. _si_ch auch, daß Verbundwerkstoffe nach Art der Er-9. A method for producing a material 50 of the invention in such a stress only one or more of claims 1 to 6, lent a plastic deformation, as it is characterized by metals, that a mixture of is known, without the impression of the Glass powder and steel fibers form cracks by extrusion of the impact body. In the same way shows above 500 ° C is molded. _s i _c h also that composite materials according to the type of

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 55 findung eine wesentlich erhöhte Verschleißfestigkeit bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlfasern bei reibender Beanspruchung gegenüber Stahl aufin der Mischung mit dem Glaspulver unter der weisen. Die Temperaturwechselbeständigkeit ist Einwirkung eines Magnetfeldes parallel zueinan- gegenüber Stahl um ein Mehrfaches gesteigert. Durch der ausgerichtet werden. die Einlagerung von Stahlfasern gemäß der Erfindung10. The method according to any one of claims 7 55 finding a significantly increased wear resistance to 9, characterized in that the steel fibers are exposed to frictional stress against steel the mixture with the glass powder under the wise. The thermal shock resistance is The effect of a magnetic field parallel to one another is several times greater than that of steel. Through to be aligned. the incorporation of steel fibers according to the invention

60 wird auch die Kriechfestigkeit bei höheren Temperaturen gegenüber faserfreien Gläsern gleicher Zu sam-60 will also increase the creep resistance at higher temperatures compared to fiber-free glasses with the same

mensptzung in einem Temperaturbereich um dasselection in a temperature range around the

Mehrfache erhöht, der nach üben durch die Plastizität der ftahifasern begrenzt ist; diese obere Grenztempe-Multiple increases that after practice due to the plasticity the ftahifibres are limited; this upper limit temperature

Es ist bereits bekannt, Glaswerkstoffe herzustellen, 65 ratur liegt je nach der Zusammensetzung der Stahldie neben der Glaskomponente Stahldrähte in Form fasern zwischen 700 bis 900° C. Bei allseitiger Umeines Maschennetzes enthalten. Bei derartigen Gläsern gebung der Verbundkörper mit Glas werden Faserist jedoch der Volumenanteil der Stahldrähte sehr werkstoffe erhalten, die auch gegen Angriff von orga-It is already known to manufacture glass materials, the temperature depends on the composition of the steel In addition to the glass component, steel wires in the form of shaped fibers between 700 and 900 ° C. With all-round umeines Mesh network included. In such glasses, the composite bodies with glass become fiber However, the volume fraction of the steel wires contains very materials that are also resistant to attack by organic

!tischen Säuren sowie Salzsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure weitgehend beständig sind.! Tical acids as well as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid are largely resistant.

Eine wesentliche der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht weiter darin, daß die Verbindung zwischen den Stahlfasern und der Gl&smatrix dadurch noch verbessert werden kann, daß die Stahlfasern zuvor mit einer dünnen Oxydschicht überzogen werden, wie sie durch Behandlung mit Wasserdampf bei höheren Temperaturen, beispielsweise 500° C, erreicht wird.An essential finding on which the invention is based also consists in the fact that the connection between the steel fibers and the Gl & smatrix can be further improved by placing the steel fibers beforehand be coated with a thin layer of oxide, such as those obtained by treatment with water vapor at higher levels Temperatures, for example 500 ° C, is reached.

Ein weiterer wesentlicher Fortschritt in den Eigenschaften dieser Verbundwerkstoffe wird dadurch erreicht, daß als Fasermaterial Stahlfasern verwendet werden, die durch Zersetzung von Eisencarbonyl bei Temperaturen zwischen 200 und 350° C im Magnetfeld nach deutschem Patent 1 224 934 erhalten werden. Nach diesem Verfahren können Fasern von sehr kleinen Durchmessern bis zu etwa 1 /<m herab hergestellt weiden mit Zugfestigkeiten bis zu 800 Kp/mnr². Durch die Verwendung solcher Fasern werden also ganz besonders kleine mittlere Abfände zwischen den eingelagerten Fasern erzielt, und es ist wohl bekannt, daß die mechanischen und thermischen Eigenschaften solcher Verbundkörper um so besser werden, je kleiner der mittlere Faserabstand ist. Außerdem enthalten diese Fasern neben Eisen Kohlenstoff und Sauerstoff in der Größencrinung von einem Gewichtsprozent, wobei der Sauerstoffgehalt so verteilt sein kann, daß er an der Oberfläche angereichert ist und dadurch die günstige Verbindung mit der Gießmasse bewirkt. Es hat sich bei Biegebeanspruchung gezeigt, daß bei Eintreten des ersten Anrisses die Fasern durchreißen und in der Glasmatrix festgehalten bleiben. Statt reiner Stahlfasern können auch Fasern verwendet werden, denen bei der Bindung im Magnetfeld durch gleichzeitige Mitverwendung von Chrom-, Molybdän- oder Nickelcarbonyl ein Teil des Eisens durch diese Metalle ersetzt worden ist.Another significant advance in the properties of these composite materials is achieved by using steel fibers as fiber material which are obtained by decomposing iron carbonyl at temperatures between 200 and 350 ° C. in a magnetic field according to German patent 1,224,934. According to this process, fibers of very small diameters down to about 1 / <m down can be produced with tensile strengths of up to 800 Kp / m / ² . By using such fibers, particularly small mean gaps are achieved between the embedded fibers, and it is well known that the mechanical and thermal properties of such composite bodies become better, the smaller the mean fiber distance. In addition, these fibers contain, in addition to iron, carbon and oxygen in a size reduction of one percent by weight, whereby the oxygen content can be distributed in such a way that it is enriched on the surface and thereby brings about the favorable connection with the casting compound. It has been shown under bending stress that when the first crack occurs, the fibers tear through and remain held in the glass matrix. Instead of pure steel fibers, fibers can also be used in which part of the iron has been replaced by these metals when binding in a magnetic field through the simultaneous use of chromium, molybdenum or nickel carbonyl.

Die Herstellung von Werkstoffen nach Anspruch 1 kann beispielsweise so erfolgen, daß 50 Volumprozent Glaspulver mit einer Zusammensetzung entsprechend den üblichen Natron-Kalkgläsern, einer Korngröße unter 60 mm und einer Erweichungstemperatur von 600 bis 700° C und 50 Volumprozent Stahlfasern, nach dem Carbonylverfahren hergestellt, bei einem Durchmesser von durchschnittlich 1O_-Um undThe production of materials according to claim 1 can for example take place in such a way that 50 percent by volume of glass powder with a composition corresponding to the usual soda-lime glasses, a grain size below 60 mm and a softening temperature of 600 to 700 ° C and 50 percent by volume of steel fibers, produced by the carbonyl process, with a diameter of average 1O _- order and

einer durchschnittlichen Länge von 3 mm gemischt und die Mischung in einer Stahl- oder Graphitform bei einer Temperatur von 700° C 2 Minuten lang unter einem Druck von 100 Kp/cnr² gepreßt wird. Derartige Preßkörper ha^ien Biegefestigkeiten von mehr alsan average length of 3 mm and the mixture is pressed in a steel or graphite mold at a temperature of 700 ° C for 2 minutes under a pressure of 100 Kp / cm ^2. Such pressed bodies have flexural strengths of more than

ίο 25 Kp/mnr². Das reine, zu der Mischung verwendete Glas, hat eine Biegefestigkeit von etwa 6 Kp/mnr², was einer Festigkeitssteigerung um etwa das Vierfache entspricht.ίο 25 Kp / mnr ² . The pure glass used for the mixture has a flexural strength of about 6 Kp / mnr ² , which corresponds to a strength increase of about four times.

In gleicher Weise könnten statt der nach dem Car-In the same way, instead of the

bonylverfahren hergestellten Stahlfasern auch Stahldrähte von durchschnittlich 30 fim Durchmesser und Längen bis zu den Abmessungen des Werkstückes verwendet werden, wobei die Stahldrähte bei Temperaturen zwischen 400 und 500° C mit WasserdampfSteel fibers produced by the bonyl process also use steel wires with an average diameter of 30 μm and lengths up to the dimensions of the workpiece, the steel wires being steamed at temperatures between 400 and 500 ° C

ao zur Erzielung einer festhaftenden Oxydschicht behandelt worden sind.ao treated to achieve a firmly adhering oxide layer have been.

Bei Einwirkung eines Magnetfeldes auf die in dieWhen a magnetic field acts on the

.Preßform e'ngefü'lte Pulvermischuug läßt sich eine Ausrichtung der Stahlfasern und damit eine weitereA powder mixture filled with a mold can be made into a Alignment of the steel fibers and thus another

as Steigerung der Biegefestigkeit in Richtung der Fasern erreichen. An Stelle einer Sinterung können Pulvermischunger aus Glaspulver und Stahlfasera zu Formkörpern verarbeitet werden. Infolge der Formungsmöglichkeiten können Verbundkörper nach Art der as increase in flexural strength in the direction of the fibers reach. Instead of sintering, powder mixers can be used from glass powder and steel fiber to be processed into moldings. As a result of the shaping possibilities, composite bodies can be of the type

Erfindung auch durch Kalt- oder Wannwalzen zu • geeigneten Werkstücken verarbeitet werden.Invention can also be processed into suitable workpieces by cold or tub rolling.

Erfindungsgemäß hergestellte Werkstücke zeigen infolge der eingelagerten Fasern in einem breiten Temperaturbereich auch wesentlich kleinere Kriech-Workpieces produced according to the invention show a wide temperature range as a result of the embedded fibers also much smaller creep

geschwindigkeiten gegenüber der zugrunde liegenden Glasmatrix. Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn als Glaskomponente solche Gläser verwendet werden, deren Erweichungspunkt bei 1000° C und darüber liegt. In diesem Fan ist es von besonderemspeeds compared to the underlying Glass matrix. A further improvement results when such glasses are used as the glass component whose softening point is 1000 ° C and above. It is special in this fan

Vorteil, chrom- oder molybdänhaltige Stahlfasern zu verwenden, da sie einen geringen Festigkeitsabfall bei hohen Temperaturen aufweisen.Advantage of using steel fibers containing chromium or molybdenum, as they have a low drop in strength have high temperatures.

Claims

it lies in the practical applications claims: Less than 1 percent by volume. Accordingly, the only effect is to hold the glass together

1. Wear-resistant, impact-resistant, sudden temperature stress aimed at avoiding the BiU change-resistant and corrosion-resistant material. For example, the distance in fine drawing is that it is 10 to 12mm to at least 25 volume-meshed embedded wires, the percent and at most 90 percent by volume of glass mass in between is therefore only steel fibers with a diameter of less than 50 "m little in their resistance to impacting stresses and strains influenced by a maximum of 75 percent by volume and a minimum of stress. Likewise, the 10 percent by volume wear resistance is made of glass. strength and temperature change resistance of the

2. Material according to claim 1, characterized by marked materials through the embedded iron wires records that the coefficient of thermal expansion has not changed.

of the glass is smaller than that of the fibers. The invention has set itself the task of a

3. Work joint according to claim 1 or? = Thereby creating 15 new composite material, which is characterized by wear, that the steel fibers are strong, impact-resistant, resistant to temperature changes and surface oxidation, z. B. by water vapor is resistant to corrosion.

treatment at 400 to 500 ° C, with an oxide The invention solves this problem in that -, ic

layer are covered. at least 25 percent by volume and at most us

4. Material according to any one of the preceding ao 90 percent by volume of steel fibers with a Dun-h claims, characterized in that it in addition to fair:.-Of under 50 microns and a maximum of 75 Volumpi glass component oxygen, and carbon centered and at least 10 volume percent consists of Gius material-containing steel fibers, which is made up by decomposing.

Setting of iron carbonyl in the temperature range Under fibers are in the following structure before

stood between 200 and 350 ° C in a magnetic field 35, which are polycrystalline and N-i are made. which one dimension is much larger than the Ah

5. The material according to one of the previous measurements is perpendicular to it. Under steel fibers Claims, characterized in that it consists of polycrystalline structures with carbon content ^ Steel fibers are made up of which the iron can sometimes be understood as up to 1%. As a glass component are is replaced by chromium, molybdenum or nickel, 30 glasses of different compositions can be used Chromium and / or molybdenum and or the, due to their softening temperature, the manufacture nickel carbonyls along with iron carbonyl treatment conditions and the areas of application be decomposed in a magnetic field. become true. Such glasses are preferably 7u

6. Use material according to one of the preceding, whose coefficient of expansion in space claims, characterized in that it is less than 35 temperature than that of the embedded steel-steel fibers is made of high-melting glasses with fibers.