DE2538968A1

DE2538968A1 - Verfahren zur herstellung von hohlzylindrischen maschinenteilen mit verschleiss- und korrosionsfesten innenwandungen

Info

Publication number: DE2538968A1
Application number: DE19752538968
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Ing Beyer; Ulrich Dipl Ing Buran
Original assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Current assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Priority date: 1975-09-02
Filing date: 1975-09-02
Publication date: 1977-03-10

Description

Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleiß - und korrosionsfesten Innenwandungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleißfesten Innenwandungen.
Hohlzylindrische Maschinenteile, wie beispielsweise Druckzylinder, Kompressionszylinder, Hochdruckrohrleitungen, Druckkessel, Kanonen, Rohre von Handfeuerwaffen und Zylinderlaufbüchsen von Verbrennungskraftmaschinen, werden gemäß ihrer Funktion an ihren Innenwandungen hohen Druck -, Reibungs -und Korrosionsbelastungen, meist auch bei erhöhten Temperaturen und bei Anwesenheit von aggressiven Medien, ausgesetzt.
Dies ruft einen erhöhten Verschleiß an den Innenwandungen der Maschinenteile hervor, und es ist daher erforderlich, diese Flächen durch besondere Oberflächenbehandlungsver fahren zu festigen. Ublicherweise werden zu diesem Zweck Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleiß - und korrosionsfesten Innenwandungen ( 1S46 ) hoch beanspruchte Maschinenteile mit verschleißfesten tlberzügen versehen, und dies geschieht insbesondere galvanisch oder durch thermische Aufdampf -, Aufschweiß - oder Aufspritzverfahren. Diese Verfahren zur Beschichtung der Innenwandung von hohlzylindrischen Maschinenteilen sind jedoch schwierig und nur in Grenzen einsetzbar. Schwierigkeiten bereitet vor allem das Beschichten der Innenflächen, wenn Werkstücke mit ungünstigen Durchmesser - Längenverhältnissen oder geringen Durchmessern vorliegen.
Wenn die hohlzylindrischen Maschinenteile im Schleudergußverfahren hergestellt werden, können durch Zugabe von geeigneten Legierungselementen zur Schmelze durch Zentrifugalseigerungen an den Innenwandungen der Werkstücke besonders erhöhte Verschleiß - und / oder Korrosionsfestigkeiten erzielt werden. Nach anderen Schleudergußverfahren können nach Gießen des hohlzylindrischen Grundkörpers verschleißfeste Metallschichten auf die Innenfläche eingeschleudert werden. Beide Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß den Konzentrationen und der Art der Legierungsbestandteile Grenzen gesetzt sind, so daß die erzielte Verschleiß - und Korrosionsfestigkeit nicht für alle Anwendungsgebiete ausreichend ist.
Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleiß - und korrosionsfesten Innenwandungen (1546) Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu finden, nach dem die Innenflächen von zylindrischen Werkstücken auch bei schwierigen Durchmesser - Längenverhäknissen oder geringen Durchmessern wirtschaftlich mit vers chleißfe sten Überzügen versehen werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Schaffung eines Verfahrens mit den folgenden Verfahrensschritten gelöst Ein erster Zylinder oder Rohr aus leicht zu bearbeitendem Werkstoff wird als Formkern an seiner Außenfläche mit einer korrosions - und / oder verschleißfesten Schicht galvanisch oder durch ein thermisches Aufspritz -, Aufschweiß -oder Aufdampfverfahren versehen. Auf diesen so präparierten Formkern wird das an diese Größe angepasste zu beschichtende Maschinenteil thermisch aufgeschrumpft, und daran anschließend wird der Formkern durch beispielsweise Ausbohren, Ausätzen, Ausschmelzen oder Ausbrennen entfernt, und es bleibt ein hohlzylindrischer Maschinenteil mit einer verschleißfesten Beschichtung auf der Innenwandung. Durch den Aufschrumpfungsprozeß liegt diese Schicht im allgemeinen ausreichend fest an. Bei Bedarf jedoch kann die Haftung durch Verwendung von Metallklebern oder Metallot verstärkt werden. Im Verfahren wird hierzu nach dem ersten Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleiß - und korrosionsfesten Innenwandungen (1546 ( 1546) Verfahrensschritt auf die korrosions - und / oder verschleißfeste Beschichtung auf der Außenfläche des Formkörpers der Metallkleber oder das Metallot als Zusatzschicht aufgebracht.
Im Sinne der Erfindung wäre es jedoch auch, wenn diese Zusatzschichten vor dem Aufschrumpfen auf die Innenwandungen des Maschinenteiles aufgebracht werden. Die Haftwirkung kann gegebenenfalls weiter verstärkt werden, wenn die Verschleißschicht des fertigen Werkstückes mit oder ohne Zwir schenschicht aus Metallot oder Kleber nachträglich mit einer energiereichen Flamme oder mittels thermisch wirkender Strahlung behandelt wird.
Grundsätzlich sind verschleißfeste Beschichtungen aller Art möglich, jedoch bestehen gewisse Grenzen bei Schichten allzu hoher Sprödigkeit. Wegen der angestrebten hohen Verschleißfestigkeit jedoch werden die Formkörper bevorzugt durch thermische Aufspritz - oder Aufschweißverfahren beschichtet. Bewährt haben sich besonders Metall -Keramik - Schichten mit einem Metallanteil zwischen 5 und 50 % bei stark verschleißbeanspruchten Maschinenteilen und zwischen 50 und nahezu 100 % bei stark korrosionsbeanspruchten Maschinenteilen. Als metallische Komponenten haben sich insbesondere Molybdän, Chrom, Nickel, Wolfram, Titan, Kobalt und / oder Eisen bewährt, während Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleiß - und korrosionsfesten Innenwandungen (1546 ( 1546) als keramische Komponente sich die Karbide, Nitride, Silizide und / oder Boride der Elemente Wolfram, Molybdän, Titan, Silizium, Chrom und / oder Vanadium besonders eignen.
Für den Fall des insbesondere angewendeten Aufspritz -oder Auftragsschweißverfahrens im ersten Verfahrensschritt bestehen die Formkerne aus vorzugsweise einem spanabhebend leicht zu bearbeitenden Metall wie beispiels -weise weiches Gußeisen, Kupfer, Bronze oder Aluminium, deren Schmelzpunkte oberhalb der Betriebstemperaturen durch thermische Auftragsprozesse liegen müssen. Die Entfernung der Kerne erfolgt dann am besten durch einen spanenden Bearbeitungsprozeß, entsprechend den vorlie#-genden Verhältnissen kann der Kern jedoch auch herausgeätzt werden, wobei gegebenenfalls nach einer Vorbohrung fein nachgeätzt wird. Im Sinne der Erfindung wäre es jedoch auch, wenn die verschleißfeste Schicht im ersten Verfahrensschritt beispielsweise galvanisch oder durch thermisches Aufdampfen aufgebracht werden würde. In diesem Fall kann der Formkern auch aus anderen organischen oder anorganischen Modellwerkstoffen hergestellt werden, die dann beispielsweise auch durch Herausbrennen, Herausätzen oder Herausschmelzen wieder entfernt werden können. Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleiß - und korrosionsfesten Innenwandungen (1546) Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren dann eingesetzt werden, wenn das hohlzylindrische Maschinenteil an seiner Innenwandung eine verschleißfeste profilierte Oberfläche haben soll, und zwar wäre dies beispielsweise der Fall bei Läufen von Feuerwaffen mit Drallstegen.
In den Formkern werden dann Nuten zunächst in entsprechender Form eingearbeitet, und nach der Abwicklung des Verfahrens ist ein hohlzylindrisches Maschinenteil mit einer verschleißfesten profilierten Innenfläche entstanden.
Die Figuren 1 bis 4 stellen zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens Querschnitte von Formkern und Zylinderrohr in den einzelnen Verfahrensstufen dar.
Fig. 1 zeigt den zylindrischen Formkern 1 aus Gußeisen, in dessen Außenfläche vier Nuten 2 eingearbeitet sind.
In Fig. 2 ist auf diesen Kern 1 eine verschleißfeste Schicht 3 aufgebracht, die auch die Nuten 2 ausfüllt.
Darauf ist eine Schicht aus Metallot 4 aufgetragen. In Fig. 3 ist das Zylinderrohr 7 auf den Formkern 1 aufgeschrumpft, und in Fig. 4 ist der Formkern 1 durch Herausätzen entfernt. Das Zylinderrohr 7 hat an seiner Innenfläche als verschleißfeste Beschichtung 5 die Schicht 3 und in profilierter Form verschleißfeste Drallstege 6 in Form Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleiß - und korrosionsfesten Innenwandungen (1546) der vorher in den Kern 1 eingebrachten Nuten 2.
In diesem Ausführungsbeispiel wurde ausgegangen von einem Weicheisenkern, auf den Bronze als korrosionsbeständige Schicht aufgespritzt wird. Das Zylinderrohr besteht aus korrosionsbeständigem Stahl, und im letzten Verfahrensschritt wird der Kern grob ausgebohrt und daran anschliessend mit Salzsäure aus geätzt.
Für weitere Ausführungsbeispiele werden Spritzschichten hergestellt durch Flammspritzen von 1 ) einem Pulvergemisch mit 30 % Molybdän und 70 % Chromkarbid, 2 ) einem Pulvergemisch aus 67 % Eisen, 16 % Chrom, 7 % Nickel und 10 % Titankarbid, 3 ) einem Pulvergemisch aus 90 % Molybdän -Titanlegierung mit 30 7o Titan und 10 7o Ferrophosphor.

Claims

PAT ENTANSPRÜ CHE

1. ) Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleißfesten Innenwandungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Rohr oder ein Zylinder aus leicht zu bearbeitendem Werkstoff als Formkern an seiner Außenfläche mit einer korrosions - und / oder verschleißfesten Schicht galvanisch oder durch ein thermisches Aufdampf -, Aufspritz - und / oder Aufschweißverfahren versehen wird, daß das zu beschichtende hohlzylindrische metallische Maschinenteil darauf thermisch aufgeschrumpft wird, und daß der Formkern durch Ausbohren, Ausätzen, Ausschmelzen und / oder Ausbrennen entfernt wird.

2. ) Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erste Verschleißschicht auf dem Formkern und / oder die Innenwandung des hohlzylindrischen Maschinenteiles vor dem Aufschrumpfen vor dem zweiten Verfahrensschritt ein Metallkleber und / oder ein Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleiß - und korrosionsfesten Innenwandungen (Patentansprüche / 1546) Metallot aufgebracht wird.

3. ) Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem letzten Verfahrensschritt die Verschleißschicht durch Einwirkung von thermischer Energie mit der Wandung des Maschinenteiles schmelzverbunden wird.

4. ) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschicht im Verfahrensschritt 1 auf den Formkern durch thermisches Auftragsschweißen und / oder Auftragsspritzen aufgebracht wird.

5. ) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern aus weichem Gußeisen, Bronze, Kupfer oder Aluminium hergestellt wird.

6. ) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern im letzten Verfahrensschritt durch Ausbohren und / oder Ausätzen entfernt wird.

Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleiß - und korrosionsfesten Innenwandungen (Patentansprüche / 1546 ) 7. ) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsschichten aus Spritzpulvern mit Metallkeramik - Bestandteilen mit 5 bis 50 7; Metall bei verschleißbeanspruchten und 50 bis 100 % Metall bei korrosionsbeanspruchten Maschinenteilen hergestellt werden.

8. ) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Komponente die Metalle Molybdän, Chrom, Nickel, Wolfram, Titan, Kobalt und / oder Eisen eingesetzt werden.

9. ) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als keramische Komponente Karbide, Nitride, Silizide und / oder Boride der Elemente Wolfram, Titan, Chrom, Molybdän, Vanadium, Silizium und / oder Eisen eingesetzt werden.

10. ) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermische Spritzschicht aus Bronze eingesetzt wird.

Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Maschinenteilen mit verschleiß - und korrosionsfesten Innenwandungen (Patentansprüche / 1546 ) 11. ) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spritzschicht aus 5 bis 15 % Ferrophosphor und 85 bis 95 % Molybdäntitanlegierung mit 15 bis 45 fo Titan verwendet wird.

L e e r s e i t e