DE2612210C3

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Publication number: DE2612210C3
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Description

Die Hrfindung bezieht sich auf einen Verbundkörper aus miteinander formschlüssig verzahnten Metallschichten sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundkörper.

Viele Anlagenteile und Maschinenteile unterliegen im praktischen Betrieb hoher Verschleißbe;inspruchung an der Oberfläche, z. Ii. durch darübergleitende,strömende,aufprallende,aufgedrückte,evtl. im Zerkleinerungsstadium befindliche mineralische Be- !riebsstoffe verschiedene! Form, Art, Scharfkantigkeit etc. Viele dieser Anlagenteile und Maschinenteile erleiden zusätzlich zur Verschleißbeanspruchung gleichzeitig eine starke Beanspruchung auf Schlag, Biegung und dergleichen.

In solchen Fällen zweifacher Beanspruchung erfordert die oberflächliche Verschleißbeanspruchung einen Oberflächenschutz durch im allgemeinen sehr harte, aber spröde und gegen Schlagbeanspruchurg und Loslösung vom Untergrund wenig widerstandsfähige Werkstoffe, z. B. Chrom-Karbid-Bildner. Im Gegensatz dazu erfordert aie Widerstandsfähigkeit gegen Schlag und andere mechanische Beanspruchungen die Verwendung weicher und zäher, deshalb aber nur sehr wenig verschleißfester Werkstoffe.

Man hat Teile der genannten Art bereits im Verbundguß hergestellt, wobei aber die gute Bindung zwischen sprödharter Oberschicht und zäher Unterschicht nur mit größerem Aufwand, z. B. mit hoher Vorwärmung, und selbst dann nicht immer sicher zu erzielen war.

Man hat auch verschleißbeanspruchte Teile aller Art mit einer Auftragsschweißschicht aus hartem Schweißwerkstoff versehen. Dabei kommt man aber selten zu Auftragshöhen über zwei Schweißraupenhöhen hinaus; bei Überschreitung dieser Auftragshöhen platzen vielfach schon bei der Auftragsscliweißung ganze Auftragsteile heraus, lösen sich vom Untergrund ab oder splittern nach Bildung breiter Risse weg. Die Verankerung einer ebenen Auftragsschicht auf einem ebenfalls ebenen Untergrund ist meist mangelhaft, und schon mäßige Stöße oder Biegebeanspruchungen führen im praktischen Betrieb zu TeKzerstörungen. An diesen Teilzerstörungen greift die weitere Verschleißbeanspruchung bevorzugt an und führt bald zur Totalzerstörung des Überzugs, wonach der ungeschützte Untergrund mit großer Geschwindigkeit ebenfalls zerstört und der ganze Teil endgültig betriebsunbrauchbar wird.

Selbst wenn die ebene Auftragsschicht nicht, wie vorstehend beschrieben, vorzeitig zerstört wird, wird ihr abnutzbares Volumen in Höhe von 1—2 Schweißraupenhöhen, d. h. etwa 4—8 mm, verhältnismäßig rasch durchgeschliffen sein; dann beginnt die Abnutzung an der weichen Grundschicht mit dem Ergebnis einer raschen Beendigung tier Lebensdauer; nach Durchschliff der ebenen, obersten Schutzschicht besteht keiner Schutzwirkung mehr.

Durch die DE-OS 16 27 754 und die DE-PS 3 54 543 sind bereits Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern bekannt geworden, die aus miteinandei formschlüssig verzahnten Metallschichten bestehen. Ls handelt sich hei den Gegenständen dieser Druckschriften nicht um Verbundkörper, die dazu vorgesehen oder auch nur geeignet sind, starken mechanischen Verschleißbeanspruchungen dauerhaft

ίο standzuhalten. Bei dem bekannten Verfahren nach der DE-OS 16 27 754 soll vielmehr eine dichte Verbindung von Werkstoffen, die miteinander nicht oder schlecht veschweißbar oder lötbar sind, geschaffen werden. Auch bei dem nach der aus der DE-PS 354543 entnehmbaren Verfahren hergestellten Verbundkörper wird weniger auf Verschleißfestigkeit, sondern vielmehr auf sicheren Zusammenhalt von mehreren aufeinander befestigten Metallschichten Wert gelegt.

»0 Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, bei einem Verbundkörper der eingangs bezeichneten Art einerseits eine vorzeitige Teilzerstörung der harten Oberflächenschicht zu vermeiden und gleichzeitig für eine optimal« Tiefen-

»5 schutzwiikung der Oberflächenschicht zu · irgen.

Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird die geschilderte Doppelproblematik bei einem Verbundkörper der eingangs genannten Art in wirksamer Weise dadurch gelost, daß der Verbundkörper aas einem Grundköiper aus zähem, gut schweißbaren Werkstoff und einem Schutzkörper aus Hartstoff zusammengesetzt ist, welcher aus einer die Oberfläche ■les Grundkörpers bedeckenden Außenschicht und daran anschließenden, etwa senkrecht zur Oberfläche des Grundkörpers ins Innere desselben hineinragenden Verwurzelungen besteht.

Der erfindungsgemäße Verbundkörper zeichnet sich vorteilhaft durch eine hohe Verschleißfestigkeit auch dann noch aus, wenn die die Oberfläche des Grundkörpers bedeckende Hartstoffschicht bereits durch mechanische Beanspruchung abgetragen ist. Für eine weiterhin hohe Verschleißbeständigkeit des Verbundkörpers sorgen nämlich dann die tief ins innere des Grunokörpers ragenden erfindungsgemäßen Hartstoff-Verwurzelungen. Der erfindungsgemäße Verbundkörper ist damit bis in beträchtliche Tiefen hinein verschleißgeschützt.

Die Erfindung kann nach der Lehre der Unteramsprüche weiter ausgestaltet werden.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 die Aufsicht auf einen Mehrstoff-Metallkörper gemäß Erfindung nach der Fertigstellung, und Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1 längs der Ebene H-II.

Es stellt dar: F i g. 1 einen in diesem Falle plattenförmigen Grundkörper aus zähem, schweißbaren, aber wenig verschleißfesten metallischen Werkstoff. In die Oberfläche 2-3 dieses Grundkörpers, wo der

So Verschleißschutz erfolgen soll, werden mehrere Ausnehmungen 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, in diesem Fall parallele Nuten, vorgesehen. Entweder werden die Nuten vorgegossen oder autogen herausgearbeitet. Anstelle von regelmäßigen Parallelnuten kann auch ein System sich kreuzender Nuten oder Locher, Mulden etc. vorgesehen werden oder letztlich entsprechende Leisten, Stege oder vorgefertigte Rippensysteme auf die Grundköroeroberfläche aufaeKchweißt

werden.

Hs hat sich gezeigt. daß man hei diesen* Heistcllverfahren alle Größcnangahcn zweckmäßig ίΐΐ Schweißraupenhöhen macht, wobei eine normale Schweißraupenhöhe etwa 4-5 mm beträgt.

So soll /.. H. die Tiefe 11 der Ausnehmungen 34 bis 40 senkrecht zur Cirundkörpeioberfläche 2-3 mindestens 2 Schwcißraupenhöhen, also mindestens 8-1(1 mm, betragen. Jedoch soll clic verbleihende Grundkörperstarke 12 vom inneren Linde der Verwurzelungen 4 bis H) bis zur gegenüberliegenden Grundkörperuntci fläche 13-14 mindestens 2 Schwci"raupciihöhen, also mindestens K-K! mm betragen, um eine genügende Bruchfestigkeit des Grundkörpers zu bewahren. Die Breite 15 der Nuten soll ebenfalls mindestens 2 Schweißraupenhöhen (S-K) mm) betragen, und der Querschnitt der Nuten 4 bis 10 soll eine leicht ausschweißbarc, zweckmäßig nach oben sich erweiternde Form besitzen. Beide letztgenannten Maßnahmen dienen der lirleiehtcrung der späteren Ausschweißung der Nuten.

Die zwischen den Ausnehmungen 34 bis 40 stehenbleibenden Stege 16, 17, 18, 19, 20... sollen eine Breite von mindestens 2-4 Schweißraupenhöhen besitzen, um nicht beim Ausschweißen der Ausnehmungen großenteils abgeschmolzen zu werden und. um im späteren praktischen Betrieb eine ausreichende Abstützung des Schutzkörpers gegen Horizontalkräfte zu bieten. Die Hauptrichtung der Ausnehmungen 34 bis 40 wird quer oder schräg zur Bewegungsrichtung 21-22 der im Betrieb über den Grundkörper hinwegglcitenden, verschleißend wirkenden Stoffe gewählt, damit die weichen Stege 16-20 nicht besonders tief ausgespült werden.

Nach dieser Vorbereitung weiden zunächst die Ausnehmungen 34 bis 40 mit einem harten, spröden Auftragsschweißwerkstoff vollständig bis zur Grundkörperobcrfläche 2-3 durch Auftragsschweißung aufgefüllt, wobei sich die Wandungen der Ausnehmungen 34 bis 40 innig, trennfest und kraftübertragend mit den Verwurzelungen 4 bis 10 verbinden.

Zum Schluß werden die Außenflächen der so erzeugten Schweißwurzcln 4 bis 10 und der Stege 16 bis 20 zusammenhängend ebenfalls mit einer Auftragsschicht 2-3-23-24-2 von mindestens einer, zweckmäßig 2, in Ausnahmefällen mehr Schwcißraupcnhöhen überschweißt.

Der Grundkörper 1 ist nunmehr an den verschlcißgefährdetcn Stellen mit einer zusammenhängenden Auftragsschicht 2-3-23-24-2 überzogen, die mit den die Ausnehmungen füllenden Verwurzelungen 4 bis 10 innig mit dem Grundkörper verhaftet und damit gegen Ablösung und Ausbrüche gut geschützt ist. Senkrecht zur Grundkörperoberfläche 2—3 wirkende Kräfte oder Stöße werden von den zähen Stegen 16 bis 20, waagerechte Kräfte und Stöße von den zähen Wandungen der Ausnehmungen 34 bis 40 aufgenommen. Es ist damit weitgehender Schutz gegen Kräfte und Stöße gegeben.

Der Verschleiß beginnt in der Ebene 23—24 in Richtung auf das Innere des Grundkörpers, senkrecht zu dessen Oberfläche. Es dauert ziemlich iange, bis die Abnutzung zur Ebene 2-3 des Grundkörpers fortgeschritten ist; in diesem Zeitpunkt wäre die Schutzwirkung einer normalen, nicht verwurzelten Auftragsschwcißung erschöpft und der Grundkörper ausbaureif. Bei einem Grundkörper gemäß vorlicgcntlei Erfindung dagegen beginnt jetzt die 2. Phase der Schutzwirkung, nämlich die Schulzwirkung ilei Schweißwurzeln, die Himmeln /wischen den weicheich Stegen l(> bis 2(1 stehen und zufolge ihres höheien Verschleißwideistandes im Abnutzungszustand über diese Stege etwas heruusragcn. Damit entsteht eine AiI Sprungschanzenwirkung. indem das in Richtung 21-22 gleitende oder stromende Betriebsmittel von den eiwas hei ausragenden Wurzelköpfui gefühlt und spiungsclutn/.cnai'tig über «.lic weicheren, etwas /u-

ίο rüekstchendcn Stege 16 bis 20 zum nächsten hervoi ragenden Wurzelkopf geleitet wird. Auf diese Weise entsteh! eine wellige Grundkörpcrohcrflächc wie bei 25-26 dargestellt. Die Sehweißwurzeln wirken stalk verschlcißhcmmend und erhöhen die Lebensdauer

'5 des feiles ganz beträchtlich gegenüber einem nui oberflächlich beschweißten Teil. Die Schutzwirkung der Schweißwurzeln endet erst, wenn die Abnutzung bis /u deren innerem linde fortgeschritten ist.

Als Auftragsschweißwerkstoff wird zweckmäßig ein harter, spröder Werkstoff, z. B. ein kurhidhildender Werkstoff gewählt, z. B. von der Zusammensetzung

2- 5 Gewichtsprozent Kohlenstoff
15-50 Gewichtsprozent Chrom

^a5 (1-30 Gewichtsprozent Wolfiam

0-30 Gewichtsprozent Nickel
(1-30 Gewichtsprozent Molybdän
0-30 Gewichtsprozent Niob
0-30 Gewichtsprozent Kupfer

0-30 Gewichtsprozent Mangan

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
Dieser Werkstoff ist durch das erfindungsgemäße Verfahren trotz seiner hohen Härte und Sprödigkcit gut gegen Ausbrüche und Abblätterungen geschützt und gegen Normalkräfte und Horizontalkräfte wirksam abgestützt.

Die Härte (Vickers) der Auftragsschweißung wird zweckmäßig mindestens dreifach so hoch gewählt als die Härte des Grundkörpers.

Anstelle der vorgesehenen Auftragsschweißung kann der erfindungsgemäße Schutzkörper auch durch Einsintern, Eingießen oder ähnliches den flüssigen oder teigigen Aggregatzustand der Werkstoffe benutzenden Arbeitsmethode hergestellt werden.

Die Ausnehmungen 4 bis 10 werden so groß und zahlreich angeordnet, daß sie etwa 30-80% der gesamten zu schützenden Grundkörperoberfläche überdecken. Im Falle des Überströmens des Mehrstoff-Metallkörpers durch verschleißverursachende Stoffe

z. B. Mineralien, werden die Ausnehmungen unc Verwurzelungen vorzugsweise mit 20-90° C geger die Strömungsrichtung 21—22 geneigt ausgebildet.

In der zweiten Abnutzungsphase, d. h. nach Ab

nutzung der Außenschicht 2-3-23-24-2 des Schutz

körpers, werden die Hartstoffverwurzelungen infolg« höheren Verschleißwiderstandes etwas erhaben blei bcn und den Betriebsstoff nach Art einer Sprung schanze über die weicheren Grundstoffflächen hinwcj leiten. Dadurch ergibt sich eine wellenförmige Abnut

6c zungslinic, wie zwischen 25 und 26 eingetragen. E ist vorteilhaft, die Breite der Stege 16, 17, 18, IiI 20 auf Grund von einigen Versuchen so zu wähler daß die Amplitude der wellenförmigen Abnutzungsli nie höchstens die Höhe einer normalen Auftrags

⁶S schweißraupe, d. h. höchstens 4-5 mm ergibt; in die scm Fall bleibt die hinreichende seitliche Abstützun der Schweißwurzeln nahezu ungeschmälert erhalten Mehrstoff-Metallkörpci der vorgenannten Art sini

gegenüber einfachen Aufiragsschweißungeti in staik erhöhtem Umfange gegen Verschleiß geschützt, da nach Abnutzung der Deckschicht des Schutzkörpers ein weiterer Verschleißschutz durch die Verwurzelungen desselben bewirkt wird. Die Verbindung lies Schutzkörpers mit dem Grundkörper ist so innig und vielseitig, daß auch durch größere vertikale oder horizontale Kräfte keine Trennung bewirkt wird. Auch Abplatzungen beim Schweißen werden verhindert. Das erfindungsgemäße Verfahren gestaltet die Verwcndung hochharter, Ik chveischleißlestei Werk stoffe fur den Schutzkörpii und die Erzielung ei nc ι betiäehtlich höheren abnutzbaren Tiefe als bei anderer Schutz erfahren, insbesondere gegenüber norma lci Aulliagssehweißung. Dabei ist das Veifahiei sloflspaiend und arbeitsintensiv. Das Verfahren laß sich Im Ciri ndkörper der verschiedensten Formel jiul Cilaßen anwenden. Auch eine Autoniatisierunj lies Verfahrens ist bei Behandlung gleichartiger Tcik leicht möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verbundkörper aus miteinander formschlüssig verzahnten Metallschichten, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Grundkörper

(I) aus zähem, gut schweißbaren Werkstoff und einem Schutzkörper aus Hartstoff zusammengesetzt ist. welcher aus einer die überflache des Grundkörpers (1) bedeckenden Außenschicht (2, 3, 23, 24) und daran anschließenden, etwa senkrecht zur Oberfläche des Grund körpers (I) ins Innere desselben hineinragenden Verwurzelungen (4-10) besteht.

2. Verbundkörper nach Anspruch I, dadurch ¹S gekennzeichnet, daß der Hartstoff ein karbi.lbildenc'er Werkstoff ist.

3. Veibundkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dali der Hartstoff ein Werkstoff ist mit folgender Zusammensetzung:

2- 5 Gewichtsprozent Kohlenstoff
15-50 Gewichtsprozent Chrom
0-30 Gewichtsprozent Wolfram
0-30 Gewichtsprozent Nickel
0-30 Gewichtsprozent Molybdän ^a5

0-30 Gewichtsprozent Niob
0-30 Gewichtsprozent Kupfer
0-30 Gewichtsprozent Mangan
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

4. Verbundkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundkörper (I) und Schutzkörper zwei Werkstoffe dienen, deren (Vickers-)Härten sich mindestens wie 1 : 3 verhalten.

5. Verbundkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufnahmen für die Verwurzelungen (4 bis 10) des Schutzkörpers im Grundkörper (1) mehrere ins Innere des Grundkörpers (1) reichende Ausnehmungen (34—40), wie Nuten, Löcher, Rück- 4<> sprüngc oder sich nach außen erstreckende Rippen oder Stege angeordnet sind.

6. Verbundkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (34—40) im Grundkörper (1) ei- *5 nen abgerundeten oder sich nach außen erweiternden Querschnitt aufweisen.

7. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (34-40) im Grundkörper (1) als par- 5« allelc Nuten oder Rillen ausgebildet sind.

8. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausnehmungen (34—40) sich gegenseitig überschneidende Nuten im Grundkörper angeordnet sind.

9. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe

(II) der Ausnehmungen (34-40) im Grundkörper (1) mindestens 2 normalen Schweißraupenhöhen entspricht, also mindestens 8-10 mm beträgt.

10.Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausnehmungen (34—40) im Grundkörper (1) Nuten dienen, deren äußere Nutenbreite (15) etwa der Nutentiefe (11) entspricht. ^S5

11. Verbundkörper nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibende

Waiidsiaikc i!ai Zwischen uCiTi viTüriu OCT /-»US-

nehmungen (34—40) und der gegenüberhegenden Grundkörper-Oberfläche (13-14) mindestens zwei Schweißraupenhöhen (8-10 mm) entspricht.

12. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die !!reite der zwischen den Ausnehmungen (34—40) stehenbleibenden Teile (16-20$ der Grundkörpei-Oherflache (2, 3) mindestens 2-4 Schweißraupenhöhen (8-20 mm) entspricht.

13. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (34-40) so groß ausgebildet und in einer derartigen Anzahl angeordnet sind, daß sie etwa 20-70% der gesamten zu schützenden Grundoherfläehe (2-3) überdecken.

14. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1—5. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (34-40) und Verwurzelungen (4-10) um 20-90Grad gegen die Strömungsrichtung (21, 22) der verschleißverui-suchenden Stoffe geneigt sind.

15. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1-5 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der zwischen den mit Hartstoff ausgefüllten Ausnehmungen (34-40) stehenbleibenden Grundkörperteile (15-20) so bemessen ist, daß sie sich in der zweiten Abnutzungsphase [nach Abnutzung der Außenschicht (2, 3, 23, 24, 2) des SchutzkörpersI infolge der Sprungschanzcnwirkung der Hartstoffverwurzelungen (4-10) ergebende, wellenförmige Abnutzung (25-26) mit Wellenbergen an den harten Hartstoffverwurzelungen (4-10) und Wellentälern an den Teilen (16-20) der weichen Grundkörper-Oberflächen (2,3), Wellenamplituden von höchstens der Höhe einer normalen Auftragsschweißraupe, d. h. höchstens 4-5 mm ergibt.

16. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundkörper-Oberfläche (2,3) mehrere Ausnehmungen (34-40) vorgesehen werden, die senkrech', zur Grundkörper-Oberfläche (2, 3) mindestens zwei Schweißraupenhöhen (also mindestens 8-10 mm) tief in das Grundkörperinnere hineinragen, aber mindestens zwei Schweißraupenhöhen über der gegenüberliegenden Grundkörpor-Oberfläche (13-14) enden, eine Breite in der Grundkörper-Oberfläche von mindestens zwei Schweißraupenhöhen und einen Querschnitt von leicht ausschweißbarer nach oben sich erweiternder Form besitzen, wobei die zwischen den Ausnehmungen (34-40) stehenbleibenden Stege (16-20) im Grundkörper eine Breite von mindestens 2-4 Schweißraupenhöhen (also etwa mindestens 8-20 mm) besitzen und wobei die Hauptrichtung der Ausnehmungen quer oder schräg zur Bewegungsrichtung (21-22) der im Betrieb über den Schutzkörper hinweggleitenden, verschleißend wirkenden Stoffe verläuft, und daß diese Ausnehmungen (34-40) mittels Auftragsschweißung mit einem harten, spröden Auftragsschweißwerkstoff bis auf ihren Grund aufgefüllt werden und daß die Außenflächen der so erzeugten Schweißwurzeln (4-10) und der stehengebliebenen Grundkörperstege (16-20) zusammenhängend ebenfalls mit mindestens einer Schweißraupenlage überschweißt werden.

17. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzkörper aus Hartstoff in flüssigem oder teigigem Aggregat/ustand auf den Grundkörper (1) durch Auftragsschwcißung, Aufsintern <*lcr Aufgießen, aufgebracht wird.