DE2149772C2 - Schweißzusatz werkstoff aus härtbaren Hartstofflegierungen - Google Patents

Schweißzusatz werkstoff aus härtbaren Hartstofflegierungen

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DE2149772C2 DE19712149772 DE2149772A DE2149772C2 DE 2149772 C2 DE2149772 C2 DE 2149772C2 DE 19712149772 DE19712149772 DE 19712149772 DE 2149772 A DE2149772 A DE 2149772A DE 2149772 C2 DE2149772 C2 DE 2149772C2
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Description

25 bis 70% Titankarbid, wobei bis zu 50",, des Titankarbids durch Karbide des Chroms, Vanadiums, Molybdäns, Wolframs, Tantals. Zirkoniums ersetzt sein können und als Mischkarbide mit Titankarbid vorliegen, und
tischen Stahl-
75 bis 30% einer ferritisch-mart bis 1.5% C
grundmasse mit bis 3.0% Mn,
0,25 bis 3.0% Cu.
0,8 bis 20,0% Cr.
0 bis 6.0% Mo,
1,5 bis 1.5% Nb,
1,0 bis 0,1% B,
0 bis 1-2% Si,
0,001 bis 6.0% Co,
0 bis 3,0% Ni,
0 bis 3,0% Al.
0 bis 3,0% Ti,
0 bis 1.4% V,
0 Fe
0
Rest
besteht.
2, Gesinterte Schweißelektrode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: 32 bis 35% TiC und
68 bis 65% eines Stahles mit
0,4 bis 0,6 %C,
0,5 bis 0,9 % Mn.
8,0 bis 15,5 %Cr,
1,5 bis 3,5 % Mo,
0,5 bis 0,9 % Cu,
0,001 bis 0,01 %B,
0,1 bis 0,5 % V,
0 bis 0,3 % Nb,
0 bis 1,5 %Si,
Rest Fe.
Die Erfindung betrifft Schweißzusatzwerkstoffe für die Ausbesserung von Werkzeugen und Verschleißteilen, Anschweißen von Verschleißteilen aus härtbaren Hartstofflegierungen an Trägerkörpern aus Stahl und Aufschweißen von Überzügen aus härtbaren Hartstofflegierungen. Hierzu sind Schweißzusatzwerkstoffe erforderlich, die in ihren mechanischen und physikalischen Eigenschaften denen des Grundwerkstoffs ähnlich sind und auch ohne Wärmenachbehandlung ausreichende Verschlcißeigenschaften besitzen.
Unter »härtbaren Hartstofflegierungen« werden Legierungen verstanden, die aus einem Metallkarbid, z. B. Titankarbid, und einem härtbaren Stahl, das ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit mindestens -50 Gewichtsprozent Eisen und gegebenenfalls Legierungszusätzen, bestehen.
Die in großer Zahl bekannten Harlaufschweißletneningen sind zur Reparatur- bzw. Auftragsschwdßimg von härtbaren Hart· tofflegierungen nicht geeignet. Sogenannte SdiweiUmhrdien. bestehend aus dünnen Stahl- oder Nickelrohrchen, tue mit Wolframkarbid oder Hartmetallkörnern gefüllt sind, und gi'sinioi·.·.-Elektroden auf Chromkarbid- und Woiframkarhidbasis mit metallischen Bindern, Eisen, Kobalt, NiVUl haben sich ebenfalls füi den Zweck der Erfindung nidn ίο bewährt, weil sie nicht aus artgleichem Werkstoff bestehen und vor allem weil die Schweiße nicht hä'jibar ist.
Versuche, Teile aus härtbaren Hartstoff legierung.· η mit Elektroden aus artgleichem Material, also ebenfalls einer härtbaren Hartstofflegierung, zu schweißen, haben bisher keinen Erfolg gehabt. Die Karbidkomponente zersetzte sich bei der Schweißtemperauir so daß die abgesetzte Schweiße praktisd aus einem Stahl bestand, der wegen des fehlenden Karbids nicii die erforderliche Verschleißfestigkeit besaß.
Überraschenderweise wurde nun festgestellt, d.iG eine Schweißung von Teilen aus härtbaren Hartstoiilegierungen und die Herstellung von Aufschweü! schichten aus härtbaren Hartstofflegierungen im Lichtbogen- oder Plasmaschweißverfahren unter Schutzg.i: möglich ist, wenn die Schweißzusatzwerkstoffe folgende in Gewichtsprozent ausgedrückte Zusammensetzung haben:
bis 70% Titankarbid, wobei bis zu 50% des Titankarbids durch Karbide des Chroms, Vanadiums, Molybdäns, Wolframs, Tantals. Zirkoniums ersetzt sein können und al> Mischkarbide mit Titankarbid vorliegen, und
bis 30% einerferritisch-martensitischen Stahlgrundmasse mit
0,25 bis 1,5% C,
0,8 bis 3,0% Mn,
0 bis 3,0% Cu,
1,5 bis 20,0% Cr,
1,0 bis 6,0% Mo,
0 bis 1,5% Nb,
0,001 bis 0,1% B,
0 bis 1,2% Si,
0 bis 6,0% Co,
0 bis 3,0% Ni,
0 bis 3,0% Al,
0 bis 3,0% Ti,
0 bis 1,4% V,
Rest Fe.
Als Schweißzusatzwerkstoffe werden Legierungen bevorzugt mit 32 bis 35% TiC und 68 bis 65% eines Stahles mit
0,4
0,5
8,0
1,5
0,5
0,001 bis 0,01 % B,
0,1 bis 0,5
bis
bis
bis 0,6 %C,
bis 0,9 % Mn,
bis 15,5 %Cr,
bis 3,5 %Mo,
bis 0,9 % Cu,
0 0 Rest
0,3 %Nb, 1.5 %Si, Fe.
Die Herstellung von Schweißelektroden aus der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung erfolgt
IiC • inJ (;<
0,45 "„ C.
3.1 HJ "., Cr.
3,00 "., Mo.
!,50 "., Cu.
Ü.02 ", B.
Rest Ke.
durch Mischen des pulverisierten Mctullkarhids und 33.0 ':,; TiC und 67"., einer Suthiniatrix mit der Stahllegierung oder deren Liiucikompunenien in
Pulverform mit einer durchschnittlichen Komverteilung von 6 bis Ιομπι, Mahlen unter nichto*ydierenden
Flüssigkeiten auf eine Korngrößenverteilung von 3 bis 5
5 urn und !einer und Trocknen im Vakuum zum teilweisen Verflüchtigen des Mahlmittels. Anschließend
erfolgt nach Zusatz von preßerleichternden Mitteln
das Pressen oder nach Zusatz von Plnstifizierungs- Diese Hartstofflegierung hatte eine Härte von 70 RC
mitteln das Strangpressen zu Schweißstäben. Diese l0 Nach der Schwellung und Luftkühlung wurde in
werden dann nach einem Vakuum-Vortrockenprozeß der Schweiflraupe eine Harte von 66,67 RC gemessen,
im Vakuumofen bei besser als 10 - Torr zwischen Diese Härte hat auch das Grundmaterial angenommen.
Temperaturen von !250 und 1450; C gesintert. Danach daes nicht aniaßbeständig ist und alsÖlhärter auch nicht
erfolgt eine Glühbehandlung im Vakuum 1 Stunde bei an Luft nachhärten ! ann. Die Härtewerte zeigen aber,
IOOO°C auf 45/48 RC. Danach wurden durch spitzen- is daßes mit einerSchweißelektrodegemäßder Erfindung
loses Schleifen eventuell vorhandene Randzonen be- möglich ist, gehärtete Werkzeuge aus ähnlichen härt-
seitigt. . baren Hartstofdegierijngen auszubessern, ohne daß
Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung ein größerer Härteverlust eintritt. Entscheidend aber zeichnet sich dadurch aus, daß sie durch eine Härtung, ist, daß weder in noch außerhalb der Schweißraupen bestehend aus Abkühlen von 980 bis 11000C sowohl an 20 Risse sichtbar wurden. Zur Glättung der Oberfläche Luft, im VaLuim und/oder durch inerte Gase, im müssen die wie beschrieben hergestellten Schweiß-Warmbad und in öl auf eine Härte von 68 bis 72 RC raupen mit Schleifscheiben bearbeitet werden, gebracht werden kann und nach einem Anlassen bei Müssen größere Ausbrüche eines Werkzeuges oder 490 bis 5200C kaum an Härte verliert. Verschleißteiles durch Schweißen ausgebessert werden.
Bei höherem Karbidgehalt des erfindungsgemäßen 35 so wird zur Glättung der Oberflächen oftmals ein Zer-
Schweißzusatzwerkstoffs steigt nach einer Wärme- spanungsvorgang durch Hobeln, Fräsen, Drehen und
behandlung die Härte bis auf 80 PC. Diese Legierungen ähnliches notwendig sein. Zu diesen; Zweck wird das
dienen deshalb vornehmlich der Hartaufschweißung. Werkstück mit der Schweißung bei 1000 C auf eine
Die nach der Erfindung hergestellten blanken Elek- bearbeitbare Härte von 45/46 RC geglüht. Nach der Croden können auch ummantelt für die normale 30 spangebenden Bearbeitung erfolgt eine Neuhärtung ElektroschweiF.'uig durch Gleich- bzw. Wechselstrom durch Austenitisieren im Vakuum bei 1050 C und eingesetzt werden, jedoch hat sich wegen der guten Um- anschließende Abkühlung im Unterdruck durch Stickspülung mit Argon das WiG-Vr .fahren als nützlicher stoff. Werkstück und bearbeitete Schweißraupe zeigten erwiesen. nach dem Anlassen bei 150C/1 Stunde eine Härte von
Bei der pulvermetallurgiscluvi Herstellung der 35 68/69 RC. Eine Rißbildung trat nicht auf.
Schweißstäbe können auch bis zu 100% auf 3 μΐη Korn- . · ι τ
verteilung gemahlene Späne der genannten Legierung B e 1 s ρ ι e
zur Anwendung kommen. Auf ein Verschleißteil aus gehärtetem I2%igem
Werden die von gesinterten Teilen anfallenden Späne Werkzeugstahl mit einer Härte von 62 RC folgender
auf eine Korngröße von 0,04 bis 0,08 mm zerkleinert, 40 Zusammensetzung:
können diese auch mittels Plasmaspritzen aufgetragen 20 °/ C
werden. Bei einer Korngröße von 0,04 bis 0,12 mm ist 0 25°" Si
auch das Aufspritzen mittels Acetylen-Sauerstoff- 0 35"° Mn
Spritzpistole möglich. 11Ί 5 °" Cr
45 Rest ° Fe!
Be i s ρ i e 1 1
wurden mit einer Elektrode gemäß der Erfindung,
Nach dem beschriebenen pulvermetallurgischen bestehend aus
Preß- und Sinterverfahren wurde eine blanke Schweiß- 345 0/ Tjc und 65 5 y einer Stahlmatrix mit elektrode von 3,0 mm Durchmesser und 200 mm Länge 50
hergestellt, und zwar mit folgender Zusammensetzung: in nr»«v r
34,5% TiC und 65,5% einer Stahlmatrix mil 3.°°% Mo,
η «co/ f 0,80% Cu,
' /ο *-ί η nt O/ ρ
1000°/ Cr si υ,υι/0 ο,
ιυ,υυ/ο ^r, 53 nan0/Mn
"10I η inn/ \r
Γ11 ' '° '
V-U, D „et Fp
0,01 % B, Rest he'
0,80% Mn, mehrere Schweißraupen von etwa 3 mm Stärke als
0,10% V, 60 verschleißfeste Schicht aufgeschweißt. Ohne jegliche
Rest Fe. Nachbehandlung 2eigte die durch Argon-Arc-Schwei-
ßen gemäß der Erfindung aufgebrachte Schicht eine
Mit dieser Schweißelektrode wurde mittels Argon- Härte von 67/69 RC, während an dem gehärteten Arc-Schweißgerät bei 130 A Stromstärke und verstärk- Stahlteil eine Härte von 60/61 RC gemessen wurde. ter, auch seitlicher Argonspülung zur Vermeidung von 65 B e i s d i e 1 3
Oxydation, mehrere etwa 3 mm starke Schwsißraupen P
auf eine härtbare Hartstoff legierung folgender Zu- Auf einen nichthärtbaren einfachen Baustahl wur-
sammensetzung aufgebracht: den mit einer Elektrode gemäß der Erfindung und fol-
ϊ.-en.'ler Zusammensetzung < 1 itruiι une Arg.-.ii-Ao:- SiliuciHiü,2 mehren.· L,-igen ;iiiiy,ek[>i. um einen hiWion VersdileilJsviderntand /u crrtrit.-hcn:
55",, T:C und 45",. einer Siahlinatrix mit
0 55" c
ii 90"" Mn
V00"" Mo' V" '
^11
■"- " "·
0.50",, V,
Rest Fe.
Nach. Abschluß der Sehweißung wurde an der w.ufgeschweißten Schicht eine Härte von 72/74 RC gemessen, die allein durch Lufthärtung der im Glühzustand mit 54 55 HC vorliegenden gesinterten Schweißelektrode entstanden ist. Der Baustahl besitzt nur eine Härte unter 10 RC. Rißbildung konnte weder an der ÜbergangsF.telle zwischen Stahl und Schweißraupe hoch η der Schweiße selbst festgestellt werden.
Eineanschließende Glühung, I Stunde bei 1000 C und 6 Stunden bei 720" C, brachte die Aufschweiliung auf cmc noch spangebend bearbeitbare Härte von 54/55 RC, die nach der Neuhärtung, Abkühlung von 1050 C Austenitisierungstemperatur im Warmbad von .Slit C auf 75;77 RC und damit wieder hohe Ver- -chleil.ihärle anstieg.
De\ Vorteil tier Verwendung von .Schweiß/usutzwerkstnfl'en gemäß der llrfiiuiuiig liegt einmal in der Möglichkeit, Teile aus härtbaren Hartstofflegicrimgen ZL1 schweißen oder Auf.-.tlvAeiilschicluen herzustellen. Div/ii kommt der Vorieil, bei Verwendung lufthärtender Legierungen aus dem angegebenen Bereich (iir dicZiisainmeiibetzungdcserfindungsgemäßenSchweiß-
jo /iisatzwerkstoffs auf eine Wärinenachbchandlung verzich'.en zu können.
Darüber hinaus ergibt sich die Möglichkeit des Glühens der Schweiße auf eine zerspanbare Hart·; sowie NeiihürtungderSchweißeauf höchste Verschleißfestigkeit und eine Härte um 70 RC nach erfolgter spanabhebender Bearbeitung.
Da der Ausdehnungskoeffizient des Schweißzusatzwerkstoffs gemäß der Erfindung mit 9,5 bis 10.0· 10 ß m/m · C im Temperaturbereich von 20 bis 750 C nahe bei dem von Stahl »iegt, können Teile oder Übeizugsschichten aus härtbare' Hartstofflegierungen ohne Rißbildung auf Stahlteile geschweißt werden.
Anwendungsmöglichkeiten für Schweißzusatzwerkstoffe gemäß der Erfindung sind Reparaturschweißung von teuren Werkzeugen aus härtbaren Hartstofflegierungen. aus Werkzeugstählen und die Panzerung von weichen Baustählen, die hohem Verschleiß ausgesetzt sind.

Claims (1)

  1. gc-
    Paienianspriiche.
    i. Gesinterte blanke b/w. ummantelte Schweißelektrode zum Schweißen von Werkstücken aus härtbaren Hartstofflegierungen oder Panzern von metallischen Werkstücken, gegebenenfalls durch Plasma- oder Flammspritzen, d a d u r c h kennzeichnet, daß sie aus
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