DE2518607A1

DE2518607A1 - Zusammengesetzte verschleissfeste legierung und daraus hergestellte werkzeuge

Info

Publication number: DE2518607A1
Application number: DE19752518607
Authority: DE
Inventors: Preston Lee Gale; Eugene Lee Helton; Lowell Jacob Moen; Robert Charles Mueller; Ill Peoria; Jun Walker Lawrence Pierce; Jun Henry Joseph Vermillion
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1974-05-02
Filing date: 1975-04-24
Publication date: 1975-11-13
Also published as: US4113920A; GB1512291A; US4011051A; SE7504991L; TR18676A; BR7501308A; JPS50150609A; SE7906046L; CA1060683A; ES437161A1; FR2269582B1; FR2269582A1; ZA752700B; IT1035574B; AU8040375A; ES438004A1; SE415782B

Description

Hamburg, den 23. April 1975 174475 ol397 LP

Priorität: 2„ Mai 1975, U.S.Ao, PatoAnm.Nr. 466 142

Anmelder:

Caterpillar Tractor Co,

Peoria, 111., U.SoAo

Zusammengesfetzte verschleißfeste Legierung und daraus

hergestellte Werkzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine verschleiß- oder abriebfeste Legierung und ein Verfahren zur Herstellung dieser Legierungο Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Legierung und ein damit hergestelltes zusammengesetztes Material, das besonders für Bodenbearbeitungswerkzeuge geeignet isto

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In den Erdboden eingreifende Werkzeuge, wie Aufreißerspitzen, Greifer- oder Baggerlöffelzähne und Schneidkanten, die bei verschiedenen Arten von Erdbearbeitungsmaschinen oder Geräten "verwnedet werden, unterliegen alle einer erhöhten Abnutzung, da sie beim Einsatz der Maschinen ständig mit Gestein, Sand und anderen Bodenmaterialien in Berührung kommen» -Bs ist deshalb besonders für solche Werkzeuge erwünscht, daß sie aus hoch verschleißfestem Material bestehen, siehe z_oB_Q die US-PS 1 493 191, 3 275 426 und 3 334 996 usw, Dabei soll das Material verhältnismäßig billig sein, um die Kosten für die nicht zu vermeidende Auswechslung gering zu halten, siehe Z₀Bo die Britische PS 1 338 140» Zur Verwendung für diesen oder andere Zwecke, die eine besonders abriebfeste Legierung verlangen, sind bereits viele verschleißfeste Legierungen entwickelt wordene Viele solche Legierungen sind jedoch aus Materialien zusammengesetzt, die entweder schwer zu beschaffen oder teuer oder beides sind» Z_eB. hat Wolfram Karbid ausgezeichnete Eigenschaften mit Bezug auf die Verschleißfestigkeit, die jedoch verhältnismäßig teuer ist» überdies ist es besonders im Fall der Werkzeugherstellung häufig sehr wichtig, daß die Verschleißfestigkeitseigenschaft der Legierung durch Wärmebehandlung im wesentlichen unbeeinflußt bleibt. Z.Bo ist ein übliches Verfahren, mit welchem aus verschleißfester Legierung bestehende Metallteile mit einem zur Erdbearbeitung dienenden Stahlwerkzeug verbunden werden, das Hartlöten,, Dies Verfahren macht den Stahl des Werkzeuges jedoch weich und erfordert demnach eine Wärmebehandlung des Stahles zur Erhöhung der Festigkeit«, Viele Legierungen werden durch solche Wärmebehandlung abträglich beeinflußt, so daß entweder die

Legierung unter diesen Umständen nicht verwendet oder der otahl nicht nachträglich gehärtet werden kann«. Häufig sind auch bekannte verschleißfeste Legierungen ungeeignet für Werkzeuge, die bei ihrem Einsatz häufigen Stößen ausgesetzt sind, da solche harten Legierungen vielfach spröde sind und daher leicht unter Stoßeinwirkung zerbrechen»

Die Erfindung bezweckt, eine besonders verschleißfeste zusammengesetzte Legierung zu schaffen, die den bei der Stahl~ härtung angewendeten Bedingungen wärmebehandelt werden kann, ohne dadurch abträglich beeinflußt zu werden»

.7eiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer verschleiß« festen, zusammengesetzten Legierung, die zur Verwendung für Bodenbearbeitungswerkz.iUge besonders geeignet ist.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer verschliteß- und stoßfesten zusammengesetzten Legierung,,

Erfindungsgemäß besteht eine verschleißfeste Legierung aus dor, Ohrom und Eisen und erhält eine besonders große iiärte dadurch, daß die Legierung in im wesentlichen kugelförmigen Teilchen hergestellt wird, die dann innerhalb einer Matrix aus einem anderen Legierungsmaterial verteilt eingebettet werden und mit diesen zusammen eine "zusammengesetzte" Legierung bilden.

In dieser Beschreibung wird der Ausdruck "zusammengesetzt" oder "zusammengesetzte Legierung" mit Bezug auf ein Legierungs-

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material gebraucht, das zwei oder mehr metallurgisch verschiedene Legierungen enthält, die zunächst körperlich voneinander getrennt hergestellt werden· Diese gesonderten Legierungen werden dann zusammengemischt, allgemein im "trockenen" Zustand und bei Baumtemperatüren, so daß eine homogene Mischung hergestellt wird«, Diese Mischung aus Legierungen wird dann einer Wärmebehandlung unterworfen, bei der eine ausreichend hohe Temperatur erreicht wird, um wenigstens eine der Legierungen zum "Schmelzen" oder wenigstens bis an den beginnenden Schmelzzustand zu bringen, so daß die Mischung dadurch physikalisch eine einzige Masse bildet· Es ist aber zu beachten, daß wenigstens eine der Legierungskomponenten physikalisch im wesentlichen unverändert durch diesen "Hartlötungs"-Torgang bleibt·

Die sich ergebende zusammengesetzte Legierung, obwohl sie eine einzige Masse bildet, enthält die beiden ursprünglichen Legierungen in unterscheidbar getrennten Teilen innerhalb der Masse· Beide Legierungen zeigen auch weiterhin ihre individuellen metallurgischen Eigenschaften bei Einzelbetrachtung, obwohl die zusammengesetzte Legierung als Ganzes auch ihre besonderen, sie kennzeichnenden metallurgischen und physikalischen Eigenschaften aufweist·

Nach der Erfindung ist demnach vorgesehen, daß kugelförmige Teilchen aus einer verschleißfesten Legierung, die aus Borr Chrom und.Eisen besteht und in dieser Form maximale Härte für eine gegebene Zusammensetzung aufweist, durch schnelle Ab-

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kühlung einer Legierungsschmelze hergestellt werden. Die sich ergebenden festen Teilchen werden dann zu einer zusammengesetzten Legierung verarbeitet, in der die festen Teilchen durch eine Matrix aus von der Legierung verschiede nem Material zusammengehalten werden_o Aus der derart erhaltenen, zusammengesetzten verschleißfesten Legierung werden Einsätze oder dergleichen hergestellt, die für die Herstellung von Werkzeugen mit langer Lebensdauer verwendet werdeno

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in denen die Erfindung ausführlich erläutert und dargestellt ist. Es zeigen:

eine 50-fach vergrößerte Mikrophotographie von erfindungsgemäßen Legierungsteilchen, die in einer Legierungsmatrix zur Bildung einer zusammengesetzten Legierung eingebettet sind, eine 100—fach vergrößerte Mikrophotographie von erfindungsgemäßen Legierungsteilchen, die in einer Legierungsmatrix zur Bildung einer zusammengesetzten Legierung eingebettet sind, und vereinfacht einen Querschnitt durch eine in den Boden eingreifende Werkzeugspitze, die mit der erfindungsgemäß zusammengesetzten Legierung zur Verlängerung der Lebensdauer des Werkzeuges belegt ist.

Pur eine erfindungsgemäße, verschleißfeste Legierung werden

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verhältnismäßig "billige, leicht erhältliche Bestandteile verwendet, die zusammengeschmolzen und dann so behandelt werden, daß sie äußerst harte, verschleißfeste Teilchen, insbesondere in Kugelform, ergebene Diese kugelartigen Teilchen werden ihrerseits in eine zusammengesetzte Legierung eingebracht, in der die kugelartigen Teilchen in einer festen, zähen Legierungsmatrix enthalten sindo

Der verschleißfeste Legierungsteil nach der Erfindung ist im wesentlichen eine Bor enthaltende Legierung auf Eisen-Chrom-Basis O

Im einzelnen enthält die erfindungsgemäße Legierung im wesentlichen Bor, Chrom und Eisen in den folgenden Gewichtsprozentanteilen:

Bor etwa 6,0 - etwa

Chrom etwa 25 - etwa

Eisen Rest

Diese Kombination von Elementen in den angegebenen Prozentsätzen liefert eine zusammengesetzte Mischung aus Eisen und Chrom-Boriden mit äußerst hohen Härtewerten, die typische im Bereich einer Knoop-Härte von etwa 1200 bis etwa 1600 kg/mm

legen _{oder e}-fc_wa Rockwell-Härte C 70 haben,, An sich wäre zu erwarten, daß die hohen Anteile an Bor und Chrom, die durch die vorstehenden Bereiche bestimmt sind, zu einer äußerst spröden Legierungskomposition führen' wurden. Dies ist jedoch bei der erfindungsgemäßen Legierung praktisch nicht der Fall»

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.7ahrscheinlich beruht dies auf den hohen Eisen-Anteilen in der Legierung, wodurch eine Bisen-Phase gebildet wird, die der Legierung die erforderliche Fähigkeit verleiht.

Als erfindungsgemäß verschleißfeste Komponente empfiehlt sich auch eine der vorstehenden Komposition sehr ähnliche Legierung mit der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung:

Bor	6,0 -	etwa 12$
Chrom	61 -	etwa 70$
Kohlenstoff	0,05	- etwa 2
Eisen	Rest

Diese Legierung zeigt eine außerordentliche Härte nach Verarbeitung zu Schrot in der nachfolgend beschriebenen Weise·

llach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird bei Umgebungstemperatur die geschmolzene Legierungsmischung auf eine Fläche gegossen, die aus einem Material wie etwa Graphit hergestellt und über einem Behälter mit flüssigem Kühlmittel angeordnet ist. Vorzugsweise wird die geschmolzene Mischung in einem Strahl aus einer Höhe von etwa 4-5 Fuß ( etwa 120 · 150 cm) über der Kühlfläche ausgegossen· Als flüssiges Kühlmittel wird am einfachsten Wasser verwendet. Stattdessen können auch andere Kühlflüssigkeiten benutzt werden. Der Behälter wird mit dem flüssigen Kühlmittel bis zu einer Höhe gefüllt, die ausreicht, um eine vollständige Verfestigung der Legierungsteilchen zu gewährleisten, bevor sie den Boden des Gefäßes mit der Abschreckflüssigkeit erreichen*

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Beim Auftreffen auf die kalte Fläche explodiert oder zerstäubt die Mischungssohmelze in Tausende von kugelförmigen Teilchen verschiedener Größe* die unmittelbar in den Behälter mit dem Kühlmittel fallen, in dem sie sehr schnell abkühlen und sich verfestigen·

Me durch dieses Verfahren gebildeten Legierungszusammensetzungen zeigen hohe Festigkeits- und Härte—Eigenschaften bei gleichzeitiger hoher Verschleißfestigkeit· Die außerordentliche Härte und Festigkeit dieser Legierungsteilchen wird wenigstens teilweise darauf zurückgeführt, daß in den Teilchen bei der Kugelbildung durch schnelle Abkühlung eine feine Mikrostruktur ausgebildet wird·

Die Härte der Legierungsteilchen, die erfindungsgemäß hergestellt worden sind, ist mit derjenigen solcher Legierungsteilchen verglichen worden, die gleiche Größe und Zusammensetzung haben und durch bekannte Verfahren hergestellt worden sind, Z.B. wurden bei einem Versuch Metallstücke mit einer Legierungszusammensetzung von 25$ Chrom, 8,8$ Bor und 66,2$ Eisen verteilt und gesiebt, so daß Teilchen mit einer Größe entsprechend einer Maschenweite von 10 — 20 erhalten wurden. Diese zeigten eine Knoop-Härte von etwa 1100 kg/mm bei 500 g Belastung, Ähnlich große Teilchen derselben Legierungsmischung wurden erfindungsgemäß durch Zerstäuben hergestellt,

und zeigten eine Knoop-Härte von etwa 1400 kg/mm bei 500 g Belastung·

Für eine ähnliche Prüfung wurde eine Legierungsmischung mit

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40$ Chrom, 10$ Bor und 50$ Bisen verwendete Die duroh Zerteilen eines größeren Gußstückes erzeugten Teilchen hatten eine Khoop-Härte von 1200 - 1300 kg/mm² bei 500 g Belastung. Die erfindungsgemäß hergestellten Teilchen hatten eine Knoop-Härte von 1500 - 1600 kg/mm bei 500 g Belastung.

Noch härtere kugelförmige Teilchen können erfindungsgemäß mit Legierungsmischungen hergestellt werden, die zusätzlich zu Bor, Chrom und Eisen bis zu 2$ Kohlenstoff enthalten« Eine Mischung aus etwa 62,5$ Cr, 9$ B, 1,8$ C und Rest Fe bildet eine eutektische metallurgische Mischung aus Chrom-Boriden und Bisen—Karbiden» Legierungen aus diesem Mischungsbereich liefern einen Sehrot mit einer Knoop-Härte im Bereich von 1700 - 2000 kg/mm² bei 100 g Belastung·

Nach der Verfestigung werden die kugelförmigen Legierungsteilchen aus dem flüssigen Kühlmittel herausgenommen. Sodann werden sie vorzugsweise mit einem Schutzmetall überzogen, insbesondere dann, wenn die Teilchen nachfolgend mit einer Matrix-Legierung verlötet werden, um die gewünschte zusammengesetzte Legierung zu bilden· Dieser Metallüberzug dient dazu die Legierung während der Lagerung gegen Oxidation zu schützen« Weiter wird dadurch in einem gewissen Ausmaß die Bindung der Teilchen mit dem Substrat während .der Hartlötung verzögert und damit eine Legierungsdiffusion in das Substrat verhindert· Eine Diffusion begünstigt das Zerfressen der harten kugelförmigen Teilchen und verschlechtert die erwünschte kristalline Struktur der Schrotteilchen, wenigstens in deren Umfangsbereichen. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß

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die kugelförmigen Teilchen mit Nickel überzogen werden» Es können aber auch andere Metalle, wie Kupfer oder Chrom, verwendet werden, die den gewünschten Schutz gewährleisten.

Das Überziehen kann durch übliches Galvanisieren ausgeführt werden_e Die kugeiförmigen Teilchen werden in einen trommeiförmigen Behälter eingebracht, der Öffnungen aufweist, die mit feinem Maschendraht überdeckt sind, so daß die kleinen Teilchen in dem Behälter gehalten werden« Der Behälter wird dann in eine metallische Plattierungslösung, z_oB„ für eine Mickelplattierung, eingetaucht und darin gedreht, während elektrischer Strom angelegt wird. Die Lösung kann frei durch die sich drehende Trommel fließen und alle darin befindlichen Teilchen erreichen_o Ein Metallüberzug von etwa 0,001 bis etwa 0,003" (etwa 0,0254 bis etwa 0,0762 mm) reicht aus, um eine Oxidation zu verzögern und während der Erzeugung der zusammengesetzten Legierung durch Sintern oder Hartlötung die Gefahr eines Anfressens durch die Matrix-Legierung so gering wie möglich zu halten,,

Es ist häufig vorteilhaft, einen zusammengesetzten Körper aus Legierungsteilchen und Matrixmaterial herzustellen» Z₀B. liefert eine zusammengesetzte Legierung aus kugelförmigen Teilchen und festem zähem Matrix-Material ein für viele Zwecke besonders brauchbares Material»

Das Matrix-Material kann allgemein aufgrund der Eigenschaften gewählt werden, die für das fertige Erzeugnis erwünscht sindo Es kann ζ·Β_ο eine aus der Vielzahl der im Handel erhältlichen

509846/0800 ~ ^λ1 ~

I AMI (930)	II AMI (790)
0,07	0,03
7,0	3,50
5,0	—
23,0

Legierungen benutzt werden. Zur Verwendung für Bodenbearbeitungswerkzeuge haben sich jedoch mehrere Matrix-Materialien als besonders brauchbar erwiesen· Zwei der hier in Frage kommenden Materialien haben die folgende Zusammensetzungs

Bestandteile
(Gew.⁰/)

Kohlenstoff

Silizium

Kupfer

Mangan

Bor — 1,50

Eisen — 1,25

Nickel (Rest) etwa 65,0 etwa 94,0

üs ist zu beachten, daß vorstehend nur Beispiele für befriedigende Matrix-Legierungen angegeben werden· Andere Legierungen sind brauchbar, sofern sie hart und zäh sind und nicht während der Hartlötung oder Sinterung des Gemisches die verschleißfesten Legierungsteilchen zu sehr zerfressen·

Derartig zusammengesetzte Legierungsmaterialien, die kugelförmige Legierungsteilchen und Matrix-Material enthalten, werden in trockener oder fester form durch irgendein übliches Verfahren zusammengemischt, das eine gleichförmige Mischung gewährleistet. Z.B. können das gewöhnlich in Pulverform vorliegende Matrix-Material und die kugelförmigen Legierungsteilchen in aufeinanderfolgenden Schichten angeordnet und dann während der Mischung einer Vibration ausgesetzt werden·

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Nach dem Mischen werden die Materialien dauerhaft duroh ein übliches Hartlötungs- oder Sinterverfahren, z.B. in einem Vakuumofen, miteinander verbundene

Pig. 1 und 2 sind Mikrophotographien der erfindungsgemäß zusammengesetzten Legierung«» Sie zeigen deutlich die kugelförmigen, verschleißfesten Legierungsteilchen, die in dem Matrix-Material eingebettet sind« Pig. I zeigt kugelförmige Teilchen mit einer Zusammensetzung von 35$ Cr, 10,9% B, Rest Eisen, umgeben von einer Matrix-Legierung aus 0,03$ 0, 3,5$ Si, 1,5$ B, 1,25$ Pe und etwa 94$ Ni. Die dünne STickelschicht, welche die verschleißfeste Kugel umgibt, ist ebenfalls ersichtlich. Pig« 2 zeigt auch eine Mikrophotographie eines Musters einer erfindungsgemäß zusammengesetzten Legierung. Eine Analyse des kugelförmigen Teilchens zeigte einen Gehalt von 50$ Or, 10,9$ B, Rest Eisen. Die Matrix bestand aua derselben Legierung wie in Pig. Io Das kugelförmige Teilchen war ebenfalls mit Nickel beschichtet»

Die Legierungsteilchen sollen in dem zusammengesetzten Legierungsmaterial ausreichend dicht befeinander liegen, um Abnutzungsspuren zu blockieren, falls das zusammengesetzte Legierungsmaterial durch Reibungsverschleiß beansprucht wird· Der Reibungsverschleiß beginnt allgemein als eine schmale Rille oder Schlitz und setzt sich in dem zusammengesetzten Material auf. dem Weg des geringsten Widerstandes fort, d.h.«, durch das Matrix-Material, da es das weichere van den zwei Komponenten ist» Die Abnutzungsspur trifft jedoch, wenn sie ein kurzes Stück weiter fortgeschritten ist,

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auf ein hartes Legierungstei.lch.en und wird dadurch angehalten oder in ihrer Fortsetzung verzögerte Es sollen daher ausreichend viele Legierungsteilohen in dem zusammengesetzten Material vorhanden sein, um Abnutzungsspuren zu unterbrechen, bevor merkliche Schäden durch Abrieb an dem Matrixmaterial eingetreten sinde Allgemein soll ein größtmöglicher Prozentsatz an Legierungsteilchen in das Matrix-Material eingebaut werden„

Mir Erdbearbeitungswerkzeugteile werden besonders günstige Eigenschaften mit Bezug auf Verschleißfestigkeit und Stoßbelastungen erzielt, wenn das zusammengesetzte Legierungsmaterial etwa 55 — 70$ Legierungsteilchen und etwa 30 - 45$ Matrix-Material, jeweils bezogen auf den Rauminhalt, enthalte Wenn das Matrix-Material aus entweder AMI 790 oder 930, wie oben angegeben, besteht, hat sich ein Volumenverhältnis von etwa 60$ harter Legierungsteilchen zu etwa 40$ Matrix-Material als besonders vorteilhaft erwiesen, um eine zusammengesetzte Legierung mit optimalen Eigenschaften zu erzielen_e Vorzugsweise haben die Legierungsteilchen, die in das Matrix-Material eingearbeitet werden, eine Größe von etwa 10 — etwa 40 Maschen·

Die zusammengesetzte Legierung wird vorzugsweise so gebildet, daß die harten Legierungakügelchen mit der Matrix-Legierung in einer keramischen oder Graphitform der gewünschten Gestalt gemischt werden· Nach Hartlöten im Vakuumofen wird der Block aus der zusammengesetzten Legierung auf Raumtemperatur gekühlt, womit das gewünschte Erzeugnis hergestellt ist·

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In dem Blook aus der zusammengesetzten Legierung sind die harten kugelförmigen Legierungsteilchen durch die Matrix-Legierung dauerhaft gebunden»

Ein Gegenstand, z_oB. eine Platte aus der zusammengesetzten Legierung kann mit einer Unterlage, ZoB. einer Werkzeugfläche, durch ein übliches Verfahren verbunden werden,, Falls die Unterlage ein übliches, in den Boden eingreifendes Werkzeug aus Stahl ist, kann das nach der Erfindung zusammengesetzte Material mit dieser Unterlage durch Hartlötung verbunden werden.» Dadurch wird gewöhnlich der Stahl der Unterlage erweicht« Der stahl kann jedoch dann einer üblichen Wärmebehandlung unterworfen und damit gehärtet werden, ohne abträglich das zusammengesetzte Legierungsmaterial zu beeinflusseno

Figo 3 zeigt eine typische Anordnung von ¥ verschleißfestem, zusammengesetztem Legierungsmaterial an einer Werkzeugspitze oder -kante» Ein in den Boden eingreifendes Werkzeug 10 ist mit einem verschleißfesten Einsatz oder einer solchen Auflage 11 versehen, die hinter der Vorderse.te 12 des Werkzeuges liegt» Ein Pfeil zeigt die gewöhnliche Richtung der Bewegung des als Schar dargestellten Werkzeugeso Obwohl hier eine längliche Schar, wie Z₀Bo die Schneidkante einer Planiermaschine, als in den Boden eingreifendes Werkzeug dargestellt ist, ist zu beachten, daß diese Ausführungsform, einschließlich der rückwärtigen Anordnung der Auflage 11, auch bei anderen in den Boden eingreifenden Werkzeugen, wie Aufreißerspitzen, Baggerzähnen und derglo, anwendbar ist·

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Der verschleißfeste Einsatz oder die Auflage 11 soll bei dem jeweiligen in den Boden eingreifenden Werkzeug mit J3ezug auf die Bodenfläche in derselben Weise angeordnet werden, wie der Einsatz 11 mit Bezug auf die Bodenfläche 13 und die Vorderfläche 12 der Schneidkante 10 liegte

Die Schneidkante 10 der Fig. 3 ist an einem Teil des Schneidkantenträgers oder Formbrettes 14 einer Planiermaschine befestigt« Die Schneidkante 10 ist lösbar an dem Brett 14 befestigt, z.B. durch mehrere Hobelbolzen 16 mit zugehörigen Muttern; Der mit Bezug auf die Befestigung am weitesten entfernt liegende Teil 17 der Schar 10 hat merklich geringere Dicke als der der Befestigung zunächst liegende Teil 18_o Auf diesem äußeren Abschnitt 17 wird durch ^artlötung ein verschleißfester Einsatz 11 befestigt, so daß dadurch die Querschnittsstärke über den größten Teil der Schar 10 gleichförmig isto

Der dünnere äußere Abschnitt 17 der Schar 10 kann bequem dadurch hergestellt werden, daß eine ursprüngliche Schar oder Schneidkante 10 mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke auf die gewünschte Form spanabhebend bearbeitet wird. Stattdessen können, falls erwünscht, auch abgeänderte Formen des äußeren, in Fig. 3 gezeigten Abschnittes 17 benutzt werden, wobei wiederum ein entsprechender Einsatz oder eine Auflage 11 insbesondere durch Hartlötung auf dem Abschnitt 17 befestigt wird. Es ist erwünscht, nach dem Auflöten der Auflage die aus Stahl bestehenden Bodenbearbeitungswerkzeuge erneut mit V/ärme zu behandelt, um die metallurgischen Eigen-

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schäften der Werkzeuge wieder herzustellen, wobei von der erfindungsgemäßen Verträglichkeit der Auflagen oder Einsätze Gebrauch gemacht wird«.

Das erfindungsgemäße zusammengesetzte Legierungsmaterial zeigt eine merklich höhere Verschleißfestigkeit im Vergleich zu üblichem Stahlmaterial ο Z.B. zeigte eine Verschleiß— prüfung für eine Aufreißerspitze, die einen Belag aus einem Material mit Legierungsteilchen in einer AIvII 930 Matrix aufwies, eine Erhöhung der Verschleißdauer von 400 - ©$, verglichen mit der Verschleißdauer einer üblichen Aufreißer— spitze aus einem 4340-Stahl mit einer Härte Rockwell G von 45 - 50.

In einer weiteren Prüfung wurden Gußblöcke aus dem zusammengesetzten Legierungsmaterial, das eine AMI-930—Matrix aufwies, in der Schneidkante eines Bodenbearbeitungswerkzeuges befestigt. Dadurch ergab sich eine Erhöhung der Verschleißdauer von 700 - 2000$, in Abhängigkeit von der Prüfungsbeanspruchung, im Vergleich zu einer Schneidkante aus Standard—Stahl· Die lange Verschleißdauer der erfindungsgemäßen Legierungsmaterialien und die verhältnismäßig geringen Kosten der dazu erforderlichen Rohmaterialien führen zu einem sehr vorteilhaft niedrigen Verhältnis "Kosten/Verschleißdauer",

Nachfolgend wird ein Beispiel zur weiteren Erläuterung des Verfahrens unldes erfindungsgemäßen Materials gegeben.

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Beispiel

Sine Mischung aus Armco-Blook-Eisen, Elektrolyt-Chrom und Perrobor wurden in einem Induktionsofen bei Temperaturen bis zu etwa 3700° Fahrenheit (etwa 2040° C) geschmolzen und daraus harte !Teilchen hergestellt; diese verschleißfeste Legierung war zusammengesetzt aus 66$ e Eisen, 25$ Chrom und 9$ Bor. Zur Herstellung wurde die geschmolzene Legierung von etwa 3 Fuß Höhe ( 0,9 m) auf eine schräge Graphitplatte gegossen, die unmittelbar über einem wasser— gefüllten Behälter angeordnet war· Der Strahl der geschmolzenen Legierung wurde beim Auftreffen auf die Graphitplatte zu Teilchen verschiedener Größe zerstäubt» Beim Eintreten in das Wasser verfestigte sich die Legierung und bildete kugelförmige Teilchen« Daraus wurden durch Sieben Kügelchen entsprechend einer Haschenweite von 10 — 30 Maschen ausgewählte Versuche haben gezeigt, daß die Größe der harten Teilchen in der Matrix zur Erzielung einer günstigsten Verschleißfestigkeit etwa im Bereich von 6-40 Maschen liegte Das vorstehend/erläuterte Verfahren liefert gegossene S kugelförmige Teilchen, die hauptsächlich aus Boriden bestehen und eine Knoop-Härte von 1400 und darüber haben_e Diese Teilchen wurden dann elektrolytisch gereinigt und danach mit Nickel platiert, um die Oberflächenoxidation zu verzögern und bei der Verlötung oder Sinterung eine Erosion der Teilchen zu verhindern· Sodann wurden die kugelförmigen Teilchen mit der Matrix—Legierung vermischt. Die Matrix-Legierung, AMI 930, hatte die folgende chemische Zusammensetzung: Kohleastoff 0,07$, Silizium 7$, Kupfer 5$, Mangan 23$ und Nickel 65$· Die harten Teilchen und das Matrix-Pulver

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wurden gründlich vermischt und dann in den Hohlraum einer Graphitform eingestampfte Mt dem nachfolgenden Verfahrensschritt wurde die Mischung in einem Vakuumofen bei 1650 1800° Fahrenheit (etwa 895 - 980⁰G) gesintert. Der sich ergebende heterogene Einsatz war zusammengesetzt aus 55 - 70 Volumenprozente Eisen-Chrom-Boriden in Form von 'feilchen und 45 — 30 Volumen^ MatriXo Schließlich wurde der aus der zusammengesetzten Legierung bestehende Einsatz auf eine Fläche eines Bodenbearbeitungswerkzeuges aufgelötete Zu diesem Zweck wurde der Einsatz auf dem Werfczeug mit AMI 930 Legierung befestigt, wobei die Lötung bei 1650 — 1800° Fahrenheit (etwa 995 - 980° G) ausgeführt wurde.

Bei der Prüfung zeigten die Aufreißerspitzen aus der zusammengesetzten Legierung eine e Erhöhung von 400 - 650$ der Verschleißdauer, verglichen mit einer Spitze aus 4340 — Standard-Stahl mit einer Härte Rockwell 0 45 - 50_o

- PATENTANSPRÜCHE -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Zusammengesetzte Legierung mit hoher Verschleißfestigkeit, bestehend aus gegossenen, kugelförmigen Teilchen einer ersten Legierung, die in eine Matrix einer zweiten Legierung eingebettet sind«

2. Zusammengesetzte Legierung nach Anspruch 1 mit einer Legierung auf Chrom-Eisen—Basis als erste Legierung»

ο Zusammengesetzte Legierung nach Anspruch 2 mit einer ersten Legierung, die aus etwa 6 - etwa 12 Gew.% Bor, etwa 25 - etwa 61 Gew_e$ Chrom, Rest Eisen, besteht«

4· Zusammengesetzte Legierung nach Anspruch 2 mit einer ersten Legierung, die aus etwa 6 — etwa 12 Gew.$ Bor, etwa 61 - etwa 70 Gew«$ Chrom, etwa o,05 - etwa 2 Gew,$ Kohlenstoff, Rest Eisen, besteht«

5ο Zusammengesetzte Legierung nach Anspruch 1-4, bei welcher eine Schicht aus einem erasionsverzögernden Metall zwischen den Teilchen aus der ersten Legierung und der Matrix aus der zweiten Legierung eingefügt ist.

6ο Zusammengesetzte Legierung nach Anspruch 5 mit einer erosionsverzögernden Schicht aus Nickel·

7c Zusammengesetzte Legierung nach Anspruch 5 mit einer erosionsverzögernden Schicht aus Chrom»

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Zusammengesetzte Legierung nach Anspruch 1-7 mit einer Hartlot-Legierung als Matrix-Legierung«

9· Zusammengesetzte Legierung nach Anspruch 8 mit einer hauptsächlich aus Nickel bestehenden Matrix-Legierung„

1Oo Zusammengesetzte Legierung nach Anspruch 1-9, mit etwa 55 - etwa 70 Volumen—Prozenten der ersten Legierung und etwa 30 - etwa 45 Volumen—Prozenten der zweiten Legierung,,

11. Bodenbearbeitungswerkzeug mit einem in den Boden eingreifenden Abschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Seil (11) des Abschnittes (17) mit einer Auflage einer verschleißfesten, zusammengesetzten Legierung verstärkt isto

12ο Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Zusammengesetzte Legierung gegossene, kugelförmige Teilchen aus einer ersten Legierung enthält, die in einer Matrix aus einer zweiten Legierung eingebettet sindo

13. Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierung eine Chrom-Eisen-Bor-Legierung ist.

14ο Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierung eine Chrom-Eisen-Bor-Kohlenstoff-Legierung ist«

15. Werkzeug nach Anspruch 12 - 14, dadurch gekennzeichnet,

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daß die zweite Legierung eine Hartlot-Legierung auf der Basis von Nickel ist«,

16ο Werkzeug nach Anspruch 11 - 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) aus der verschleißfesten, zusammengesetzten Legierung auf den Abschnitt (17) des Werkzeugs aufgelötet ist«.

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