DE2233148B2

DE2233148B2 - Verfahren zur Herstellung von Schleudergußstücken aus legierten Werkstoffen mit verschleißfesten Oberflächen

Info

Publication number: DE2233148B2
Application number: DE2233148A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. Beyer; Juergen Veutgen
Original assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Current assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Priority date: 1972-07-06
Filing date: 1972-07-06
Publication date: 1974-11-21
Also published as: GB1434113A; DE2233148A1; DE2233148C3; JPS4956801A; FR2191960A1; IT989223B; US3929181A

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-

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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

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

Patentansprüche:

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.