DE2258295A1

DE2258295A1 - Verbundkoerper

Info

Publication number: DE2258295A1
Application number: DE19722258295
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-08-30
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1974-03-14
Also published as: CH565035A5; FR2197730A1; BE804208A; AT314578B; NL7308860A

Description

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- Dipl.Ing. Benno Sixt in ,üen und .. Peter Sixt in Altmünster, Österreich

Verbundkörper

Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper aus einem Eisenworkstoff und einer Auftragsschichte aus einer aufgeschweißten Kupferlegierung mit 85 - 92 % Kupfergehqlt, zur Verwendung als Gleitelement, insbesondere bei Gleitstühlen von Schienenweichen.

Im Eisenbahnbau wurde in jüngster Zeit versucht Gleitstühle für" Schienenweichen zu finden, auf denen die Bewegung der Schienenzunge mit so geringer Reibung erfolgt, daß die bei Gleitstuhlen aus Stahl notwendige arbeitsintensive Schmierung unterbleiben kann. Aus diesem Grund wurden die Gleitstühle in der skizzierten Art als Verbundkörper aufgebaut, wobei jedoch gegenüber geschmiertem Stahl Auftragsschichten des Legierungstypes Cu - Al eine 4-0%ige, des Types Cu - Sn eine 60 %ige und des Types Cu-Zn- Ni eine 110 %ige Steigerung der auftretenden Reibungskräfte bewirkten.

Überraschend wurde nun gefunden, daß die Erhöhung der Reibung gegenüber geschmiertem Stahl nur etwa 10 % beträgt, wenn die Auftragsschicht 3-6 Gew.% Zinn und 4-9 Gew.% Aluminium enthält. Außer ihrem hohen Gleitwert weisen die für die Auftrags-

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schichte vorgeschlagenen Legierungen auch hohe Anlaufteetändigkeit und Abriebfestigkeit auf. Erfindungsgemäfi aufgebaute Verbundkörper stellen daher nicht nur einen gewäItigen Schritt in der Entwicklung wartungsfreier Schienen dar, sie können in gleicher Weise z. B. in form von V/asserschiefcern, Schleusentoren und Lagerteilen verwendet werden.

An sicn ist in jüngster Zeit hus LaboruntersucbuDgeri bereits bekannt geworden, daß Kupferlegierungen, die sowohl Zinn als auch Aluminium enthalten, hervorragende mechanische Eigenschaften und eine hohe chemische Beständigkeit aufweisen. Die industrielle Fertigung von Gegenständen aus einer derartigen Legierung wurde ' jedoch bisher nicht vorgeschlagen, da sich vor allem die Schwierigkeit ergab, daß das Rücklaufmaterial mit den handelsüblichen Schrotsorten, Zinnbronze und Aluminiumbronze, nicht'vermischt werden darf.

Bei der an sich sparsamen Verwendung der neuen Legierung als Plattierungsmaterial stellt sich das Problem der Rücklaufverwertung nicht. Dennoch wurde eine derartige Verwendung von Zinn-Aluminium-Legierungen auf Kupferbasis für das Auftragsschweißen bisher nicht vorgeschlagen. Der Grund hiefür liegt darin, daß bereits Aluminiumbronze ohne Zinnzusatz im Lichtbogen nur mit starker Rauchentwicklung und unter Bildung eines tiefen Einbrandes verarbeitet werden kann. Die neue Cu - Cn - Al-Legierung verhält sich beim Lichtbogenschweißen ähnlich. Es entsteht durch den Einbrand z. B. beim Auftragsschweißen auf Stahl eine breite Mischzone und eine hohe Fe-Aufnähme, welche die direkte Verwendung dieser hochfesten Werkstoffe für Plattierungsarbeiten vielfach unmöglich macht. Insbesondere auf schlecht elektrisch schweißbaren Werkstoffen wie z. B. Grauguß oder Sphäroguß sind die Legierungen Cu - Al und Cu-Sn- Al nur bedingt aufzutragen.

Die Erfindung bietet nunmehr ein Verfahren zur Herstellung eines

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erfindun^sgeaäßeB .Yerbundkörpers, "bei dein diese Schwierigkeiten dadurch vermieden werden, daß nicht eine Legierung
des Systems Cu - Sn - Al als fertige Zusatzelektrode oder
Schweißelektrode deren Herstellung überdies schwierig
7j|/re, Verwendung findet, sondern daß diese Legierung überhaupt erst im elektrischen Lichtbogen hergestellt wird.
Das geschieht, indem verschieden zusammengesetzte Zusatzwerl'stoffe, eine Zinnbronze- und eine Aluminiumbronze, -gleich-r zeitig im Lichtbogen geschmolzen .werden. Zur Herstellung des erfindungssremäßen Verbundkörpers können somit bekannte Werkstoffe z. B. ein Zusatzwerkstoff der Type Cu - Sn mit 7 - 14· ⁰M Sn und der Type Cu - Al mit 8 - 12 % Al verwendet werden. Gegen yicXel und Mangan und andere Legierungsbegleiter in geringen !."engen bestehen dabei keine Bedenken.

Überraschenderweise bilden die beiden beschriebenen Zusatzwerkstoffe beim gleichzeitigen Schmelzen im elektrischen
Schweißprozeß trotz der kurzen Seitfunktion bei diesen Ver- . fahren ein gleichmäßiges Schweißgut mit hohen Zinn- und Aluminium-Gehalt des Systems Cu-Sn- Al, wobei es günstig ist, wenn der Aluminiumbronze-Zusatzwerkstoff einen Eisenzusatz
enthalt. Es wurde beispielsweise gefunden, daß eine Aluiriinium- -bronze mit 8 % Al und 0,5 % Fe, sowie eine AlBz mit 10 % Al bei 2 % Fe das beste. Ergebnis bei diesem Do'ppelschmelzprozeß im elektrischen Lichtbogen bringt. Bei höheren Al-Gehalten ist ein entsprechend höherer Fe-Zusatz vorteilhaft, um das Zusammenschmelzen der beiden Legierungen sicher zu gewährleisten. Der Fe-G-ehalt wirkt auch als veredelndes Element kornverfeinernd auf das Schweißgutgefüge.

Anschließend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die Zeichnung eine Anordnung zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundkörpers schematisch wiedergibt.

Von einer Zinnbronze-Elektrode 1 wird ein Lichtbogen 3 zu

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einem aus einem Eisenwerkstoff gebildeten Grundkörper 6 gezogen. In diesem Lichtbogen 3 wird in Form eines Kaltdrahtes 2 zugeführte Aluminiumbronze geschmolzen. Die zugesetzte Aluminiumbronze vermischt sich in der Schmelze 4 mit der abgeschiedenen Zinnbronze und bremst dadurch die Dünnflüssigkeit des Schmelzbades, ab. Das verschiedene Verhalten der beiden Zusatzlegierungen im Lichtbogen ermöglicht es dabei auf einfache Weise die Höhe der Auftragsschichte 5 zu steuern.

Das Metall-Schutzgasschweißen mit Kaltdrahtzusatz gibt die unerwartete Möglichkeit mit dem neuen Werkstoff Type Cu-Sn-Al einwandfreie Verbindungen ohne Einbrand und Veränderungen in der Übergangszone herzustellen. Für die Güte des Verfahrens und der Elektroden spricht, daß die Auftragslegierung eine gleichmäßige Zusammensetzung erhält und keine Oxyd- und Poreneinschlüsse auftreten. Das Schmelzbad ist dünnflüssig und legiert sich auf breiter Zone mit dem Basiswerkstoff ohne ihn aufzuschmelzen. Zur Vermeidung von Poren und einer spröden Fe-P-Zwischenachichte soll die Zinnbronze-Elektrode bei Eisenplattierungen keinen Phosphor enthalten. Der Restphosphor aus der Drahtherstellung soll unter 0,05 % liegen.

Zur Bildung des Schweißgutes aus Cu-Sn- Al soll, wie gefunden wurde, der Kaltdraht 2 des Cu - Al einen bestimmten Fe-Zusatz und die für die Reinigung und Beruhigung des Schmelzbades notwendigen Desoxydationsstoffe, Phosphor, Silizium oder andere Elemente enthalten. In gleicher Weise wie das Metall-Schutzgasschweißen mit Kaltdrahtzusatz (MIG) können das WIG- und das UP-Verfahren mit zwei oder mehreren Draht- oder Bandelektroden angewendet werden.

Anschließend werden einige Beispiele für die Zusammensetzung der Auftragsschichte erfindungsgemäßer Verbundkörper angegeben.

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Beispiel 1:

Eine Kupferlegierung mit 5 % Sn und 5 % Al behält nach einer Glühbehandlung bei 750° G mit Wasserkühlung die gleichen Festigkeits- und Dehnungswerte im 1-phasigen Alphagefüge. In manchen Belangen, sowie durch die gelbe Farbe, ähnelt der neue Werkstoff dem Messing, doch kann bei Messing nur das Gasschweißen, angewendet werden. Die Legierung" ist geeignet zum Schweißen von Sphäroguß oder Stahl, wenn eine Glühbehandlung durchgeführt werden soll.

Beispiel 2;

Ein Schweißgut mit Cu - 5 % Sn - 7 % Al besitzt eine ausgezeichnete Anlauf- und Korrosionsbeständigkeit. Vergleichsversuche haben gezeigt, daß dieser Legierungstyp eine Beständigkeit im belüfteten Seewasser erreicht, die mit der Cu - 30 % Ni-Legierung

2 verglichen werden kann. Die technischen Werte liegen bei 46 kp/mm Zugfestigkeit, 11 % Dehnung und 131 HB. Geeignet ist diese Legierung zum Auftragen von korrosionsfesten Metallschichten auf elektrisch schwer schweißbaren Werkstoffen z. B. Grauguß und zur Herstellung von. anlaufbeständigen Metallflächen bei Wasserarmaturen und im Bauwesen.

Beispiel 3:

Als weitere Variation sei die zweiphasige Legierung Cu - 3 % Sn-9 % Al angeführt, die eine hohe Verschleißfestigkeit besitzt. Mit Härtewerten von 200 HB kommt dieser Typ für hohe Druck- und Reibbeanspruchungen bevorzugt zum Einsatz. Geeignet zum Auftragen von druck- und verschleißfesten Schichten auf Eisenwerkstoffen bei Maschinenelementen und bei Gleitstühlen von Schienenweichen„

Die verschiedenen Gehalte an Sn und Al im Schweißgut werden durch Wahl der Elektrodenwerkstoffe bestimmt= Verfahrensmäßig können Legierungsänderungen ebenfalls erreicht werden durch

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verschieden starke Elektrodenquerschnitte, verschiedene Vorschubgeschwindigkeiten oder durch Anordnung weiterer Elektroden. Es bereitet keine Komplikationen die gewünschte Zusammensetzung der Schweißgutlegierung im gewählten Bereich genau einzuhalten. Ein besonderer Wert der Erfindung besteht also darin, daß die verschiedenartigen Werkstoffe des Systems Cu - Sn - Al mit nur zwei bekannten Zusatzwerkstoffen exakt im Lichtbogen erschmelzen werden können.

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Claims

225B295 Patentansprüche

1. Verbundkörper aus einem Eisenwerkstoff und einer Auftragsschicht aus einer.'aufgeschweißten Kupferlegierung mit 85 - 92 °/o Kupfergehalt, zur Verwendung als Gleitelement, insbesondere bei Gleitstühlen von Schienenweichen, dadurch■ gekennzeichnet, daß die Auftragsschicht (5) 3-6 Gew.% Zinn und 4-9 Gew.% Aluminium enthält.

2. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schweißzusatzwerkstoff eine Zinnbronze und eine Aluminiumbronze gleichzeitig im elektrischen Lichtbogen geschmolzen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinnbronze-Schweißzusatz möglichst wenig, jedenfalls unter 0,05 Gew.iä Phosphor und der Aluminiumbronze-Schweißzusatz 0,5-3 Gew.% Eisen enthält.

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