DE2233148B2 - Verfahren zur Herstellung von Schleudergußstücken aus legierten Werkstoffen mit verschleißfesten Oberflächen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Schleudergußstücken aus legierten Werkstoffen mit verschleißfesten OberflächenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schleudergußstücken aus legierten Werkstoffen
mit verschleißfesten Oberflächen, das insbesondere zur Herstellung von gußeisernen Dichtleisten
für Rotationskolbenmaschinen dienen soll.
Es gibt eine Reihe von verschleißfesten metallischen Werkstoffen auf den Eisen- und Nichteisensektoren.
Solche verschleißfesten Legierungen besitzen in allen Fällen eine verhältnismäßig weiche,
aber zähe Matrix, in die verschleißfeste Phasen, wie z. B. Karbide, Nitride oder harte metallische Verbindungen,
eingelagert sind.
Die verschleißfesten Partikeln erstarren in dieser Form aus dem Schmelzfluß und verteilen sich gleichmäßig
über das gesamte Gußstück. Wenn man in solchen Gußstücken die verschleißfesten Partikeln in
ihrer Menge anheben will, so ist dies nur bis zu dem Maße möglich, wie es das Zustandsschaubild der entsprechenden
Legierung — mehr oder weniger dem Gleichgewichtszustand entsprechend — zuläßt.
Da es sich außerdem bei diesen verschleißfesten Einlagerungen häufig um Karbide oder Verbindungen
verhältnismäßig teurer Elemente, wie z. B. Wolfram, Vanadin, Niob usw. handelt, wäre ein weiterer Zusatz
solcher Elemente — auch wenn es nach dem Zustandsschaubild möglich wäre — stark verteuernd.
Bei verschleißfesten Gußeisenwerkstoffen, bei denen man wegen der Trockenlaufeigenschaften zudem noch
ungebundenen Kohlenstoff im Gefüge erhalten will, ist meist nur eine sehr geringe Konzentration von
solchen Elementen zulässig, da sonst eine vollkommene karbidische Erstarrung erzielt wird, was schließlich
dazu führt, daß eine spanabhebende Bearbeitung durch einen Dreh-oder Fräsprozeß unnötig erschwert
wird. Dies ist vor allem dann von Nachteil, wenn nur
S eine Fläche oder Kante eines Werkstückes verschleißfest sein muß.
Es ist weiterhin bekannt, daß beim Schleudergießen von Metallen sich Bestandteile entsprechend
ihrem spezifischen Gewicht durch Einwirkung einer
ίο Massenbeschleunigung an den Oberflächen innen
oder außen ablagern. So wird üblicherweise beim Schleudergießen erreicht, daß sich Schlacken- und
Gaseinschlüsse gemäß ihrem spezifischen Gewicht innen abscheiden. Andererseits erstarren aber beim
Schleudergießen auch die äußeren Schichten, die am Kokillenrand liegen, schneller. Demzufolge wird das
Gefüge hier feiner und dadurch härter (vgl. auch Englisch, Kolbenringe, S. 205 und 206, Ausgabe
1958, Springer-Verlag).
ao Dieses bekannte Prinzip wurde bisher bei zwei Spezialgebieten der Schleudergußtechnik eingesetzt.
Nach der deutschen Patentanmeldung B 2734 VI a/31 c werden weniger hochwertigen Stählen Reaktionsmittel
bzw. Desoxydationsmittel hinzugegeben, die sich dann zusammen mit ihren Reaktionsprodukten während
des Schleudervorganges entsprechend ihrer Dichte an den Oberflächen der Rohre ablagern, so daß der Stahl
gereinigt wird und ein hochwertiges Material entsteht.
Nach dem Verfahren der deutschen Patentanmeldung T 4978 VIa/31 c werden Zylinderlaufbüchsen
aus Gußeisen mit erhöhtem Kupfergehalt im Schleudergußverfahren hergestellt. Das im Eisen nur teilweise
lösliche, aber spezifisch schwerere Kupfer reichert sich beim Schleudern an der Außenfläche
der Laufbüchse an, die sich dann wegen der höheren Wärmeleitfähigkeit des Kupfers leichter abkühlen
läßt.
Bekannt ist ferner, daß man z. B. beim Herstellen von Zylinderlaufbüchsen durch Schleuderguß hintereinander
verschiedene Eisenmetalle gießen kann. Die Außenschicht kann so z. B. aus einem gewöhnlichen
billigen Gußeisen bestehen, während die innere Schicht ein verschleißfesteres Gußeisen ist. Hierbei
ist jedoch die Gefügeausbildung jeweils einer Schicht über den gesamten Querschnitt gleichmäßig verteilt
(vgl. DT-PS 937 024 vom 31.8. 1949).
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das nach dem Stand der Technik bekannte
Verfahren so zu ändern, daß damit billige und nur an den Oberflächen verschleißfeste Werkstoffe hergestellt
werden können. Die Konzentration der verhältnismäßig teuren Zusatzstoffe sollte nach Möglichkeit
gering sein, die Oberfläche sollte zur Erzielung von Notlaufeigenschaften genügend Graphit
enthalten und der Werkstoff sollte nach Möglichkeit weitgehend spanabhebend in einem Dreh- oder Fräsprozeß
bearbeitet werden können, während nur im Bereich der karbidischen Anlagerung der verschleißfesten
Oberfläche geschliffen werden muß, so daß aus ihm Dichtleisten für Rotationskolbenmaschinen herausgeschnitten
werden können.
Gemäß der Erfindung wird davon ausgegangen, daß Werkstoffe, die Bestandteile enthalten, die miteinander
harte Phasen bilden und die sich gleichzeitig gemäß dem Zustandsdiagramm beim Erstarren abscheiden,
beim Festwerden der Schmelze unter gleichzeitiger Einwirkung einer Zentrifugalbeschleu-
3 4
nigung harte Schichten bilden, und zwar scheiden gießen eines Rohres zeigte es sich, daß die innere
sich diese Phasen innen ab, wenn sie in ihrem spezi- Oberfläche eine Härte von HV 666 bis 713 kp/mm2,
fischen Gewicht niedriger sind als die sie umgebende während die äußere Zone eine Härte von HV 584 bis
Matrix. Sie werden sich außen abscheiden, wenn das 623 kp/mm2 hat.
spezifische Gewicht höher ist. Je nachdem wird die 5 Die Härte am Innenrand ist wesentlich höher, was
innere oder äußere Rohrwand verschleißfest sein. vor allem durch die dort stark angereicherten Nitride
Dieses Prinzip läßt sich zur Herstellung von guß- und Karbide hervorgerufen wird. Zusätzlich wird in
eisernen Rohren nach dem Schleudergußverfahren dem vorliegenden Beispiel das Matrixmaterial so
anwenden. Der Legierung werden die hartstoffbilden- gewählt, daß es im Gußzustand martensitisch anfällt,
den Stoffe Titan, Vanadin, Niob, Tantal oder io Die Härte des Matrixmaterials sinkt bei einer anWolfram
hinzugegeben. Je nach den gewählten schließenden Anlaßbehandlung auf einen HV von
Schleuder- und Erstarrungsbedingungen reichern sich etwa 350 kp/mm2 ab. Das entspricht der äußeren
diese entsprechend ihrem spezifischen Gewicht ge- Zone des Rohres, die somit noch gut spanabhebend
bunden als Karbide, Nitride oder Boride an den bearbeitet werden kann. Die Härte der inneren
Oberflächen des Rohres innen oder außen an, so daß 15 Schicht sinkt nur auf eine Härte von etwa HV
Rohre mit verschleißfesten Oberflächen entstehen. 600 kp/mm2 ab, denn bei einer Anlaßbehandlung
Diese Anreicherungen lassen sich durch chemische zersetzen sich die Karbide und Nitride nicht.
Analyse, physikalische Analyse oder aus einem Analytisch wurde festgestellt, daß der Titangehalt mikroskopischen Schliffbild feststellen. Andere über den gesamten Querschnitt in der Summe 1% übliche Legierungselemente aus Kupfer, Nickel oder ao ist, während er an der verschleißfesten Oberfläche Zinn, die nicht zur Karbid-, Nitrid- oder Boridbil- 4,11 % und an der Außenwand 0,34 % beträgt. Titan dung führen, können zur Beeinflussung des Grund- liegt dabei gebunden als Karbid und eventuell auch gefüges beigegeben werden. als Nitrid vor. Im mikroskopischen Bild zeigt sich Aus dem auf diese Weise hergestellten Rohr kann zusätzlich, daß auch an den verschleißfesten Oberdann das Werkstück, in diesem Fall die Dichtleiste »5 flächen Graphit in für Notlaufeigenschaften ausfür Kreiskolbenmotoren, herausgearbeitet werden, reichender Menge vorhanden ist.
und zwar so, daß die mit verschleißfesten Partikeln Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verangereicherte Zone im Bereich der späteren Lauf- fahren lassen sich legierte Werkstoffe mit verschleißzone oder Gleitschicht liegt. festen Oberflächen herstellen, aus denen Dichtleisten So hat man z. B. der folgenden Gußeisenlegierung 30 für Rotationskolbenmaschinen herausgearbeitet wermit den können. Gegenüber den bekannten verschleißfesten Legierungen werden verbilligend die teuren
Analyse, physikalische Analyse oder aus einem Analytisch wurde festgestellt, daß der Titangehalt mikroskopischen Schliffbild feststellen. Andere über den gesamten Querschnitt in der Summe 1% übliche Legierungselemente aus Kupfer, Nickel oder ao ist, während er an der verschleißfesten Oberfläche Zinn, die nicht zur Karbid-, Nitrid- oder Boridbil- 4,11 % und an der Außenwand 0,34 % beträgt. Titan dung führen, können zur Beeinflussung des Grund- liegt dabei gebunden als Karbid und eventuell auch gefüges beigegeben werden. als Nitrid vor. Im mikroskopischen Bild zeigt sich Aus dem auf diese Weise hergestellten Rohr kann zusätzlich, daß auch an den verschleißfesten Oberdann das Werkstück, in diesem Fall die Dichtleiste »5 flächen Graphit in für Notlaufeigenschaften ausfür Kreiskolbenmotoren, herausgearbeitet werden, reichender Menge vorhanden ist.
und zwar so, daß die mit verschleißfesten Partikeln Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verangereicherte Zone im Bereich der späteren Lauf- fahren lassen sich legierte Werkstoffe mit verschleißzone oder Gleitschicht liegt. festen Oberflächen herstellen, aus denen Dichtleisten So hat man z. B. der folgenden Gußeisenlegierung 30 für Rotationskolbenmaschinen herausgearbeitet wermit den können. Gegenüber den bekannten verschleißfesten Legierungen werden verbilligend die teuren
3,26°/o Kohlenstoff, Zusatzstoffe nur in geringen Mengen eingesetzt. Zu-
2,48% Silizium, sätzlich ist der Werkstoff spanabhebend bearbeitbar
l,O2°/o Mangan, 35 und die verschleißfeste Oberfläche besitzt den für
0,29 °/o Phosphor, gleitend beanspruchte Maschinenteile notwendigen
0,049 % Schwefel, Graphit.
0,62% Chrom, Verschleißfeste Schichten können auch auf Werk-
1,24% Molybdän, stoffe, z. B. durch Flammspritzverfahren, aufgebracht
0,23% Vanadin, 40 werden. Demgegenüber wird nach dem erfindungs-
1,16% Kupfer, gemäß vorgeschlagenen Verfahren verbilligend
0,54% Nickel, Werkstoff und verschleißfeste Oberfläche in einem
0,62% Wolfram, einzigen Guß hergestellt, außerdem ist es so möglich,
0,08% Zinn freien Graphit zur Erzielung von Notlaufeigenschaf-
45 ten neben den harten Bestandteilen vorliegen zu
1 °/o Titan hinzugegeben. Bei den gewählten Schleu- haben, was bei Spritzverfahren infolge der oxidativen
der- und Erstarrungsbedingungen beim Schleuder- Zerstörung nicht möglich ist.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Schleudergußstücken aus Werkstoffen mit verschleißfesten
Oberflächen, insbesondere zur Herstellung von Dichtleisten für Rotationskolbenmaschinen, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Werkstoff solche Elemente, Legierungen oder Verbindungen
zugegeben werden, die harte Phasen bilden oder sich zu harten Phasen vereinigen, die
eine vom Matrixmaterial abweichende Dichte besitzen und die sich beim Erstarren aus dem
Grundwerkstoff abscheiden, und daß die Schmelze während des Erstarrens einer Massenbebeschleunigung
ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die in Frage kommende Legierung zu Rohren verschleudert wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Basiswerkstoff
Eisen mit 2,5 bis 4,5 Gewichtsprozent Kohlenstoff verwendet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstoffe
nach Anspruch 1 die Elemente Titan, Vanadium, Niob, Tantal und/oder Wolfram sind.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration
mindestens eines der Zusatzstoffe nach Anspruch 4 im Ausgangswerkstoff zu 0,3 bis 5 Gewichtsprozent
vorliegt.
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