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VERSCHLEISSFESTES MASCHINENTEIL ZUM BETRIEB UNTER INTENSIVER SCHMIRGELWIRKUNG
UND SCHLAG-BELASTUNGEN UND VEPFAffi?EN ZU SEINER HERSTELLUNG Die Erfindung bezieht
sich auf ein verschleißfestes Maschinenteil für Vorrichtungen, welche durch intensive
Schmirgelwirkung abgenutzt werden und gleichzeitig Schlagbelastungen ausgesetzt
sind, und auf ein Verfahren zu seiner erstellung, Die Erfindung kann erfolgreich
beim Auskleiden von Brech-und Mahlausrüstungen, z.B. Kugel und Stabmiihlen, sowie
auch für Böden und Zähne von Baggerlöffeln verwendet werden
Es sind
verschleißfeste Maschinenteile wie Auskleidungsplatten von Kugel- und Stabmühlen
weitbekannt, wobei in der Regel diese Platten aus zähen Stählen, z.B. aus Hartstahl
(Hadfield-Stahl), durch Gießen in Sandformen erzeugt werden.
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Solche Platten werden durch niedrige Verschleißfestigkeit gekennzeichnet
und besitzen beim Einbau in großen Stab- und Kugelmühlen eine kurze Lebensdauer
von oft nur drei bis sechs Monaten.
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Es sind auch für die Auskleidung von Sugel- und Stabmühlen Panzerplatten
bekannt, die aus verschleißfesten martensitischen oder martensitisch-austenitischen
weißen Gußeisen mit hoher Festigkeit hergestellt werden (s. beispielsweise UdSSR-Urheberschein
Nr. 162178, Kl.40B, 37/06).
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Solche Panzerplatten werden ebenfalls durch Gießen in Sandformen
hergestellt, doch werden bei 50 mm überschreitender Plattendicke Metallformen oder
Abschreckplatten auf der Seite der Plattenarbeitsfläche verwendet.
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fli wird, da in diesen Gußeisen äußerst harte carbide vorhanden sind,
die Lebensdauer der Auskleidungsplatten verlängert. Die Karbide vermindern jedoch
sehr stark die Zähigkeit und Plastizität von Gußeisen, was zur Folge hat, daß sich
die Panzerplatten durch Sprödigkeit auszeichnen und nur in Mühlen verwendet werden
können, die keine hohe Schlagbelastung besitzen. Es handelt sich hierbei um Mühlen
der
ersten Mahistufe mit kleinem Durchmesser (bis 2,7 m) oder um Mühlen der zweiten
und folgenden Mahlstufen.
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Es ist das Ziel der Erfindung, die erv;ähnten Nachteile zu beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches verschleißfestes
Ajaschinenteil für Vorrichtungen, welche intensiven Schmirgelwirkung und Schlagbelastungen
ausgesetzt sind, zu schaffen, das durch lange Lebensdauer (mindestens anderthalbmal
länger als die Bebensdauer der bekannten Maschinenteile) ausgezeichnet und leicht
herzustellen ist.
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Die gestellte aufgabe wird dadurch gelost, daß bei verschleißfesten,aus
zähem Stahl gefertigten Maschinenteil für Vorrichtungen, welche intensive Schmirgelwirkung
- und Schlagbelastungen ausgesetzt sind, erfindungsgemäß die Oberfläche dieses Maschinenteils,
welche der Schmirgelwirkung ausgesetzt ist, durch Elemente aus verschleißfesten
Legierungen mit einer Mindestrockwellhärte von 40 ltRC bewehrt wird, wobei die Elemente
im Körper des Maschinenteils so angeordnet sind, da3 die freiliegenden Abschnitte
dieser Elemente einen Teil der erwähnten Maschinenteil-Oberfläche bilden.
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bei Brech- und Mahlmaschinen kann das erfindungsgemäße verschleißfeste
Maschinenteil aus einer Auskleidungsplatte bestehen, bei welcher als zäher Stahl
austenitischer
oder Kohlenstoffstahl, aber als verschleißfeste Legierungen
weiße Gußeisen verwendet werden, die eine Mindestrockwellhärte von 45 HRC besitzen.
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Beim Herstellen des erfindungsgemäßen verschleißfesten Maschinenteils
werden vorgefertigte Bewehrungselemente in den Hohlraum der Giegform eingesetzt,
welche hiernach mit zähem Stahl ausgegossen wird.
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Außerdem kann zum Herstellen eines erfindungsgemäßen verschleißfesten
Maschinenteils zuerst aus zähem Stahl ein Rohling mit Vertiefungen hergestellt werden,
wobei danach diese Vertiefungen mit verschleißfester Legierung gefüllt werden.
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Das Maschinenteil, welches nach einem beliebigen der angegebenen
Verfahren hergestellt ist, wird zweckmäBigerweise durch Erhitzen auf eine Temperatur
von mindestens 500°C wärmebehandelt.
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Das Wesen der vorgeschlagenen Erfindung besteht in folgendem.
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Da das aus zähem Stahl hergestellte Maschinenteil mit Elementen aus
verschleißfesten äußerst harten Legierungen bewehrt ist, diese Elemente tief in
das Maschinenteil eingesetzt sind und ihre freiliegenden Oberflächen einen Teil
der Maschinenteil-Oberfläche, welche der Schmirgelwirkung ausgesetzt ist,bilden,
wurde es möglich, der Abnutzung durch
Schmirgelwirkung und bedeutenden
Schlagbelastungen unter Beibehalten hoher Bestiukeit und langer Lebensdauer zu widerstehen.
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Dies ist dadurch zu erklären, daß beim erfindungsgemäßen Maschinenteil
ein hochfestes Gitter aus zähem Stahl entsteht, welches die Basis für die ganze
Konstruktion bildet, wobei die genannte Basis die Bewehrungselemente trägt. Dieses
Gitter gewährleistet die Festigkeit der Konstruktion bei Beanspruchung durch Schlagbelastungen.
Die Bewehrungselemente aus äußerst harten Legierungen widerstehen beim Einsatz des
Maschinenteils, da sie über dessen Oberfläche herausragen, der Schmirgelwirkung,
verhindern, daß schmirgelnde Teilchen an die Oberfläche des Maschinenteils gelangen
und schützen folglich letzteres, indem sie eine Abnutzung vermindern und seine Lebensdauer
mindestens um das Anderthalbfache im Vergleich zu den früher bekannten Maschinenteilen,
die denselben Zwecken dienen, verlängern.
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Zum besseren Verstehen des Wesens der Erfindung sind der Beschreibung
Zeichnungen einer konkreten Ausführung des erfindungsgemäßen verscnleißfesten Maschinenteils
beigelegt; es zeigt Fig 1 eine Draufsicht auf die Auskleidungsplatte einer Stabmühle,
Big. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Eig. 1 durch dieselbe Platte,
Fig.
3 einen Querscnnitt durch die zusammengesetzte GieB-form zum Herstellen einer Auskleidungsplatte
nach dem Ausgießen derselben mit zähem Stahl, Fig. 4 eine Draufsicht auf die Gießform
zum Herstellen einer Auskleidungsplatte mit Hilfe eines anderen Verfahrens nach
dem Ausgießen derselben mit verschleißfester Legierung, Fig. 5 einen Schnitt nach
Linie V-V der Fig. 4 durch dieselbe Gießform, Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Baggerlöffelboden
und Fig. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII der Fig. 6 desselben Baggerlöffels.
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Beispiel 1 Es wurden Auskleidungsplatten 1 (Fig. 1) für eine Stabmühle
hergestellt. Plattenmaße: 1081x460x150 mm. Durch Gießen in eine Kornform wurden
Bewehrungselemente 2 (Fig. 2) aus einem verschleißfesten weißen martensitischen
Gußeisen, dessen Zusammensetzung (Zusammensetzungen I. l...6) aus Tafel 1 ersichtlich
ist, vorgefertigt.
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Tafel 1
| Legierungselemente der verschleiß- Rockwellhärte der verschleißfesten |
| Nr. |
| festen Legierungen in % Legierungen, HRC |
| Kohlen- Mangan Sili- Phos- Schwe- Chrom Molyb- Beispiel 1 Beispiel
2 |
| zium phor fel dän |
| stoff |
| Regime 1 Regime 2 Gußzu- Regime 1 |
| stand |
| 1 2,86 5,10 0,86 0,028 0,030 14,83 0,20 60 - 48 - |
| 2 2,09 5,00 0,33 0,019 0,030 15,74 - - 50 - 56 |
| 3 2,07 4,90 0,68 0,025 0,029 13,28 - 56 - - 57 |
| 4 2,53 6,55 0,35 0,029 0,024 15,20 0,15 - 52 47 - |
| 5 2,27 6,70 0,70 0,043 0,024 14,24 - - 46 - 54 |
| 6 2,20 5,10 0,78 0,021 0,014 17,40 - 58 - - 58 |
| 7 3,10 0,62 0,56 0,027 0,029 15,5 3,1 - - 55 - |
Die Bewehrungselemente 2 haben die Form eines vierkantigen Pyramidenstumpfs
mit einer kleineren Grundfläche von Ox7O mm und einer Hohe von 70 mm.
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Dann werden aus Sand-Ton-Formasse auf Rii'ttelmaschinen in Formkästen
3 eine obere und eine untere Formhälfte 4 beziehungsweise 5 hergestellt.
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In der unteren Formhälfte bleibt nach dem Herausnehmen des 1Modells
eine Vertiefung zurück, welche die Form der Auskleidungsplatte hat und geringe /10
mm tiefe/ Eindrücke zum Fixieren der Lage der Bewehrungselemente besitzt.
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Die untere FormhälSte 5 (Fig. 3) wird auf ein Sandbett 6 gesetat,
und in sie werden Bewehrungselemente 2 so eingesetzt, daß deren kleinere Grundflächen
in der Zukunft einen Bestandteil der Oberfläche der Auskleidungsplatte 1 bilden.
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Hiernach wird die untere Formhälfte 5 durch die obere Formhälfte
4 abgedeckt, wobei eine zum Ausgießen fertige Gießform 7 erhalten wird, in die über
ein Eingußsystem 8 flüssiger Kohlenstoffstahl 9 eingegossen wird, dessen Zusammensetzung
(Zusammensetzungen Nr.1...3) aus Tafel 2, welche die chemische Zusammensetzung des
zähen Stahls angibt, ersichtlich ist.
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Tafel 2 Nr. Legierungselemente in % Kohlenstoff Mangan Silizium Phosphor
Schwefel 1 0,36 0,52 0,25 0,032 0,031 2 0,32 0,65 0,35 0,027 0,026 3 0,34 0,70 0,21
0,029 0,029 4 1,12 12,8 0,42 0,042 ,072 5 1,05 1),6 0,56 C,036 0,024 Nach dem Ausgießen
der Form 7 mit flüssigem Metall wurden @t@@len Gußstücke 12 / stehengelassen, dann
aus der Form herausgenommen und von Formmasse gereinigt.
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Danach wurden die Auskleidungsplatten, deren Bewenrungselemente Zusammensetzungen
Nr. 1,3,6 /Tafel 1/ haben, nach dem Regime Nr. 1 wärmebehandelt: Maschinenteile
erden bei 200°C in einen Glühofen eingesetzt, 1 h bei dieser Temperatur gehalten,
auf 60000 mit einer Geschwindigkeit von 80 gtrd/h erwärmt, 2 h bei dieser Temperatur
gehalten; die Ofentemperatur wird mit einer Geschwindigkeit von 120 grd/h auf 860°C
erhöht, Gußstücke werden 6 h bei dieser Temperatur gehalten, dann auf 750°C abgekühlt
und 5 h bei dieser Temperatur gehalten, wonach sie an der Luft auf Werkstattstemperatur
abgekühlt werden.
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Nach einer solchen Wärmebehandlung besitzen die Bewehrungselemente
eine Rockwellhärte von 56...60 HRC /Zusammensetzungen
1,3,6 der
Tafel 1/. Es können auch andere Wärmebehandlungsverfahren verwendet werden, um optimale
Härte der Bewehrungselemente in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der verschleißfesten
Legierung zu erhalten.
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Es werden beispielsweise Auskleidungsplatten, deren Bewehrungselemente
Zusammensetzungen Nr. 2,4,5 der Tafel 1 besitzen, nach dem beschriebenen Verfahren
jedoch mit dem Unterschied wärmebehandelt, daß die Höchsttemperatur beim Erhitzen
1020°C beträgt, während das Halten bei 7500C fortfällt ! Regime Nr. 2) Die Rockwellhärte
der Bewehrungselemente beträg-t nach der Wärmebehandlung 46...52 HRC/Tafel 1, Zusammensetzungen
2,4,5/.
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Der Höchstwert der Erhitzungstemperatur wird durch das Wachstum des
austenitischen Korns des Stahls, aus dem die Basis des Maschinenteils hergestellt
ist, und die Schmelztemperatur der verschleißfesten Legierung begrenzt.
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Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Auskleidungsplatten
wurden in die Trommel einer Stabmühle mit 3,2 m die Durchmesser eingesetzt, wobei
/ Mahlkörper aus Stäben mit 110 mm Durchmesser und 4,5 m Länge bestanden. Die Mühle
arbeitete im ersten Stadium und diente zum Zerkleinern von Eisenerz auf eine Erzstückgröße
bis 25 mm. Die gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellten Auskleidungsplatten
befanden sich unter diesen Bedingungen 25 Monate im Einsatz. Früher wurden bei dieser
Mühle Auskleidungsplatten aus Hartstahl /Hadfield-Stahl/ verwendet, wobei ihre Lebensdauer
12 Monate betrug. Versuche, zu
diesem Zwecke monolithische Auskleidungsplatten
ausvweißen martensitischen Gußeisen zu verwenden, waren erfolglos, da die Platten
wahrend des Betriebs zerbrachen.
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Beispiel 2 Verschleißfeste Auskleidungsplatten einer Kugelmühle zur
Erzzerkleinerung mit 1480x460x150 mm Abmessungen werden nach einem anderen Verfahren
hergestellt.
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In einer üblichen Sand-Ton-Form wird ein Rohling 10 /Fig.4/ aus festem
und plastischem vierkstoff, z.B. aus austenitischem Stahl der Zusammensetzung Nr.
4 und 5, die in Tafel 2 angegeben ist, gegossen. Dieser Rohling besitzt längsliegende
Aussparungen 11, die auf der Seite der Plattenarbeitsfläche offen sind und beim
Gießen durch eingelegte Sandkerne erzeugt werden.
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Die Breite der Aussparungen 11 /Fig. 5/ wächst mit ihrer Entfernung
von der Plattenarbeitsfläche im Nörper des Hohlings 10. Ee können auch Aussparungen
anderer Form verwendet werden, welche Schutz der Arbeitsfläche und feste Verbindung
der verschleißfesten Legierung mit dem Rohling gewährleisten.
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Rohlinge aus austenitischem Stahl werden in Wasser bei 1100°C abgeschreckt.
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Auf Rüttelmaschinen werden in Formkästen 12 aus Sand-Ton--Formmasse
obere Formhälften 13 hergestellt.
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Der Stahlrohling 10 wird auf ein Sandbett mit oben offenen
Aussparungen
gelegt. Äuf diesen Rohling wird die obere Formhälfte 13 gesetzt, wie dies aus Fig.
5 ersichtlich ist.
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Die zusammengesetzte Gießform 14 ist zum Ausgießen bereit.
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Dann wird über ein Eingußsystem 15 flüssiges weiBes Gußeisen mit der
Zusammensetzung Nr.1...7, die in Tafel 1 angegeben ist, eingegossen. Das Gußeisen
füllt die längsliegenden Aussparungen 11 im Stalilrohling 10 aus. Nach dem Erstarren
der verschleißfesten Legierung, d.h. nach Ablauf von 30 min., wird die Gießform
14 auseinandergenommen, das Eingußsystem 15 entfernt und auf diese Weise eine fertige
Auskleidungsplatte erhalten.
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Dank der Form der Aussparungen 11 wird das weiße Gußeisen fest im
Körper des Stahlrohlings 10 gehalten. Die Rockwellhärte der Auskleidungsplatten
auf den Abschnitten der Arbeitsfläche, welche aus verschleißfestem weißem Gußeisen
der Zusammensetzungen Nr.1, 4, fl/ /Tafel 1/ bestehen, beträgt 47...55 HRC /s.Tafel
1, Beispiel 2/. Auskleidungsplatten mit einer Zusammensetzung der verschleißfesten
Legierung Nr. 2, 3, 5, 6 /Tafel 1/ werden nach Regime Nr. 1, welches in Beispiel
1 beschrieben ist, wärmebehandelt und gewinnen hiernach auf den Abschnitten der
Arbeitsfläche, welche durch die verschleißfeste Legierung gebildet wird, eine Härte
von 54...58 HRC.
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Nach demselben Verfahren werden Auskleidungsplatten für Erzbunker
hergestellt.
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Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Auskleidungsplatten
werden zum Schutz einer Kugelmühlentrommel mit 3,6 m Durchmesser zur Erzzerkleinerung
und auch zum Schutz der
Innenfläche eines Erzbunkers in einer Brechanlage
verwendet, wobei die Fallhöhe des Herzes 2 m beträgt und die Stücke bis 400 mm groß
sind.
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Auskleidungsplatten einer KugelmühLe und eines Erzbunkers, welche
gemäß der vorliegenden Erfindung nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt sind,
können sich 1,5 mal länger als Platten aus Hart strahl im Einsatz befinden.
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Beispiel 3 Verschleißfeste Maschinenteile von Baggern, z.B. ein Bagger.
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löffelboden 16 /Fig. 6,7/ werden unter Verwendung folgenden Verfahrens
hergestellt.
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Durch Gießen in Sandformen wird ein Rohling 17 des Baggerlöffelbodens
erzeugt. Der Rohling 17 wird aus zähem Kohlenstoffstahl oder Hadfield-Stahl gegossen
und entsprechender Wärmebehandlung unterzogen: Normalglilen für Kohlenstoffstahl
und Abschreckung in Wasser für Hadfield-Stahl. An den Oberflächen des Löffelbodens,
die durch Schmirgelwirkung abgenutzt werden, werden Vertiefungen, z.B. durch Kerne
beim Gießen, Gesenkschmieden oder spanende Bearbeitung, hergestellt. Diese Vertiefungen
werden danach erfindungsgemäß mit verschleißfester Legierung gefüllt.
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Aus Walzgut, welches aus Werkzeugstahl mit 12% Cr, 1.6% C und 0,5
Mo besteht, werden Bewehrungelemente 18, deren Maße den Abmessungen der Vertiefungen
im Bodenrohling entsprechen, hergestellt. Die Bewehrungselemente 18 werden in Öl
abgeschreckt,
wonach ihre Rockwellhärte 60...65 HRC beträgt.
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Dann wird der Rohling 17, z.B. auf 520°C erhitzt, und in die in ihm
vorgesehenen Vertiefungen werden fertige Bewehrungselemente 18 eingepreßt. Nach
dem Abkühlen des Rohlings auf Zimmertemperatur sitzen die Bewehrungselemente fest
im Rohling.
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Auf diese Weise wird ein fertiger verschleißfester Baggerlöffelboden
16 erhalten.
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Das obenbeschriebene Verfahren zum Herstellen eines Bodens ermöglicht
es, die Lebensdauer um 507a im Vergleich zu einem Boden aus Hadfield-Stahl zu verlängern.
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Wie aus den angeführten Beispielen ersichtlich ist, besitzt ein verschleißfestes
Maschinenteil, welches nach einem beliebigen der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt
ist, nachstehende Vorteile im Vergleich zu den bekannten: erhöhte Verschleißfestigkeit
/längere Lebensdauer/ im Vergleich zu einem analogen Maschinenteil aus Stahl und
höhere Festigkeit im Vergleich zu monolithischen Maschinenteilen aus verschleißfesten
Legierungen.
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Vorteile der erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen von verschleißfesten
Maschinenteilen sind: - eine beliebige Fläche allerkompliziertester Erzeugnisse
kann gegen Verschleiß geschützt werden, - es können in weitem Bereich die Eigenschaften
der Bewehrungselemente und des Stahlrohlings in Abhängigkeit von
den
im Betrieb gestellten Anforderungen durch Wahl der Zusammensetzung der verschleißfesten
Legierung und des Stahls kombiniert werden, - das Verfahren ist einfach und leicht
in einer beliebigen Gießerei durchführbar; es erfordert keine zusätzlichen Kapital
invest it ionen, - Kosten für ein verschleißfestes Maschinenteil werden im Vergleich
zu einem monolithischen aus verschleißfester Legierung geringer, da der Aufwand
an verschleißfester Legierung kleiner ist.
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Verschleißfeste Maschinenteile gemäß der vorliegenden Erfindung können
zum Schutz unterschiedlicher Vorrichtungen, die durch intensive Schmirgelwirkung
abgenutzt und gleichzeitig bedeutenden Schlagbelastungen ausgesetzt sind, verwendet
werden. Zu solchen Vorrichtungen gehören außer Mühlen Erzrutschen, Erzbunker, Kegelbrecher,
Förderwagen, Hochofen-Baugruppen, Seitenkippböden u.a Die vorliegende Erfindung
kann zum Verlängern der Standzeit von Baggerlöffeln und -zähnen sowohl in Form von
abnehmbaren bewehrten Platten als auch in Form von direkt während ihrer Herstellung
bewehrten verschleißfesten Elementen der Böden und Zehnte verwendet werden.