DE2630932A1

DE2630932A1 - Verschleissfester verbundwerkstoff

Info

Publication number: DE2630932A1
Application number: DE19762630932
Authority: DE
Inventors: Helmut Klasing; Willi Ing Grad Krueger; Heinz Dipl Chem Dr Re Roettger
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1976-07-09
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1978-01-12
Also published as: FR2357653A1; FR2357653B1; DE2630932C2

Description

FRIED. KHUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG in Essen

Verschleißfester Verbundwerkstoff

Die Erfindung betrifft einen verschleißfesten Verbundwerkstoff, der aus Hartstoffen und/oder Hartmetallen sowie einer Metallmatrix, vorzugsweise aus Sintereisen, Sinterstahl, Gußeisen oder Gußstahl, besteht. Als Hartstoffe werden Carbide, Nitride, Boride, Silicide und Oxide mit einer großen Härte sowie Diamant eingesetzt. Die verwendeten Hartmetalle bestehen aus einem oder mehreren harten Metallcarbiden und einem oder mehreren der Bindemetalle Eisen« Kobalt und Nickel.

Zu den Verbundwerkstoffen der genannten Art gehören die bekannten Aufschweißlegierungen, bei denen Hart— stoffe oder Hartmetalle in die vom Schweißelektrode denmantel gebildete Metallmatrix eingelagert sind. Durch das Aufbringen von Aufschweißlegierungen auf eine als Verschleißteil ausgebildete Metallunterlage, die einer starken Schlag- und Stoßbeanspruchung unterliegt, kann eine Verminderung des Verschleißes erreicht werden. Der Einsatz von Aufschweißlegierun— gen ist aber dadurch begrenzt, daß nur dünne Schichten fest genug auf der Unterlage haften und daß die dünnen Schichten verhältnismäßig schnell zerstört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verschleißfeste Verbundwerkstoffe aus Hartstoffen und/oder Hartmetallen sowie einer Metallmatrix zu schaffen,

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die gegenüber bekannten Verbundwerkstoffen, insbesondere Aufschweißlegierungen, eine verbesserte Zähigkeit sowie eine erhöhte Schlag- und Stoßfestigkeit aufweisen und die auch bei großer Schüitdicke fest mit einer Metallunterlage verbunden werden können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Metallmatrix einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Hartstoffe und Hartmetalle aufweist und daß das Gewichts— verhältnis von Hartstoffen und/oder Hartmetallen zur Metallmatrix 1:1 bis 1 : 0,1 beträgt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Verbundwerkstoff mit einer hartstoff- bzw. hartmetallfreien Metallschicht, vorzugsweise aus Sinter— eisen, Sinterstahl, Gußeisen oder Gußstahl, fest verbunden ist. Es ist besonders vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff aus- einem Hartmetall der Zusammensetzung 9-4 Gew.-% WC, 6 Gew.-% Co sowie einer Sinterstahlmatrix der Zusammensetzung 0,06 Gew.-% Si, 0,1 Gew.-% Mn, 3,25 Gew.-% Cr, 0,33 Gew.-% Mo, 0,32 6ew.-% V, 0,5 Gew.-% C, Rest Fe besteht, wobei das Gewichtsverhältnis von Hartmetall zu Sinterstahl 1 : O,5 beträgt, oder wenn der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff aus dem Hartstoff WC sowie einer Sinterstahlmatrix der Zusammensetzung 2,05 Gew.-# Ni, 0,53 Gew.-?£ Mo, 0,55 Gew.-# C, Rest Fe besteht, wobei das Gewichtsverhältnis von Hart— stoff zu Sinterstahl 1 : 0,66 beträgt, oder wenn der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff aus dem Hartstoff W₀C und einer Gußstahlmatrix der Zusammensetzung 0,57 bis 0,64 Gew.-# C, 0,10 Gew.-#- Si, 0,40 Gew.~# Mn, <0,03 Gew.-% P, <:0,03 Gew.-% S, Rest Fe besteht,

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•wobei das Gewichtsverhältnis von Hartstoff zu Gußstahl 1 : 0,5 beträgt.

Der entsprechend der Erfindung beschaffene Verbundwerkstoff wird einmal in bekannter Weise durch Pressen und anschließendes Sintern von Hartstoff·· und/oder Hartmetallteilchen sowie pulverförmigem Matrixmetall, vorzugsweise Sinterstahl und Sintereisen, hergestellt. Zum anderen kann der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff in bekannter Weise auch durch Vergießen von Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen mit flüssigem Matrixmetall, vorzugsweise Gußeisen oder Gußstahl, hergestellt werden. Außerdem kann der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff auf eine Metallunterlage, die keine Hartstoffe und Hartmetalle enthält, aufgebracht wer— den, wobei beide Schichten fest miteinander verbunden sind. Die Herstellung eines derartigen Schichtkörpers kann entweder durch Sintern oder Gießen erfolgen.

Zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, die zur Panze— rung von Teilen, welche einem hohen Verschleiß unterliegen, wie z.B. Mahlaggregate oder Baggerschaufeln, dienen, werden zylindrische oder kugelförmige Hartstoff- oder Hartmetallteilchen verwendet, deren &atte Flächen eine geringe Reibung verursachen. Bei den Verbundwerkstoffen, die zu Gesteinsbohrern, Bohrkronen oder Bohrkroneneinsätzen verarbeitet werden, ist es vorteilhaft, wenn die Hartstoff- und Hartmetallteilchen scharfkantig und unregelmäßig geformt sind.

Da die Hartstoffe und Hartmetalle durch die verhältnismäßig große thermische Kontraktion der Metallmatrix unter eine hohe Druckspannung gelangen, hat der gemäß der Erfindung zusammengesetzte Verbundwerkstoff eine

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hohe Schlag- und Stoßfestigkeit. Es ist ferner vorteilhaft, daß der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff auf eine Metallunterlage, die keine Hartstoffe und/oder Hartmetalle enthält, aufge— bracht werden kann, da diese Unterlage einer spanabhebenden Bearbeitung gut zugänglich ist und mit weiteren Metallteilen spannungsarm verschweißt werden kann.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Ausführungsbexspielen näher erläutert«

Beispiel 1:

Hartmetallkugeln mit einem Durchmesser von 10 mm und der Zusammensetzung 94 Gew.-Ji WC, 6 Gew.— % Co werden im Gewichtsverhältnis von 1 : 0,5 mit Sin— terstahlpulver der Korngröße ·< 200 Aom und der Zusammensetzung 0,06 Gew.-?6 Si, 0,1 Gew.-% Mn, 3,25 Gew-~/6 Cr, 0,33 Gew.-?S Mo, 0,32 Gew.-Ji V, 0,5 Gew.~% C, Rest Fe vermischt. Das Gemisch wird bei einem Druck von 800 bis 4000 bar bei Raumtemperatur isostatisch zu einem Formkörper verdichtet. Der Formkörper wird dann bei einer Temperatur von 1000 bis l400 C in einer inerten Gasatmosphäre gesintert. Das aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff bestehende Teil kann vorteilhaft zum Schutz von. Baggerschaufein vor vorzeitigem Verschleiß verwendet werden.

Beispiel 2:

Der scharfkantig gebrochene Hartstoff W₀C, welcher eine Korngröße zwischen 4 und 6 mm aufweist, wird im Gewxchtsverhältnis 1 : 0,66 mit Sinterstahlpulver, das eine Korngröße von weniger als 150 /LOm und eine Zusammensetzung von 2,05 6ew.-% Ni, 0,53 Gew.-Ji Mo, 0,55 Gew.-# C, Rest Fe hat, vermischt.

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Dieses Gemisch wird in eine Preßform als 2 cm dicke Schicht eingefüllt. Auf diese Schicht wird eine weitere 2 cm dicke Schicht gegeben, die lediglich aus dem für die erste Schicht verwendeten Sinterstahlpulver besteht. Die gefüllte Preßform wird bei Raumtemperatur einem Druck von 6 kbar ausgesetzt. Der aus zwei Schichten bestehende Formkörper wird dann bei einer Temperatur von I25O C in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert.

Das aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff und aus Stahl bestehende Teil kann in der Stahlschicht mit Bohrungen versehen oder mit anderen Metallteilen verschweißt werden. Derartige Teile können vorteilhaft zur Herstellung von Bohrwerkzeugen verwendet werden.

Beispiel 3'·

Scharfkantig gebrochenes, gegossenes WC mit einer

ti*

Korngröße zwischen 2 und 6 mm wird in einer Gießform zu einer Schicht von 10 mm Dicke aufgeschüttet.

Anschließend wird die Gießform mit einem Gußstahl der Zusammensetzung 0,57 bis 0,64 Gew.-^ C, 0,10 Gew.-% Si, 0,40 Gew.~% Mn, <0,03 Gew.-⁰/» P, < 0,03 Gew.—% S, Rest Fe ausgegossen. Das auf diesem Wege hergestellte Teil weist eine Schicht aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff und eine Schicht aus Stahl auf. In der Stahlschicht können Bohrungen angebracht werden, die der Verbindung mit anderen Metallteilen dienen, während die aus dem erfindungsge-· mäßen Verbundwerkstoff bestehende Schicht als Verschleiß-Schutzschicht wirkt. Teile der genannten Art können beispielsweise als Baggerzahn Verwendung finden.

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Claims

Ansprüche

1« Verschleißfester Verbundwerkstoff, der aus Hartstoffen und/oder Hartmetallen sowie einer Metallmatrix, vorzugsweise aus Sintereisen, Sinterstahl, Gußeisen oder Gußstahl, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmatrix einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Hartstof— fe und Hartmetalle aufweist und daß das Gewichts-= verhältnis von Hartstoffen und/oder Hartmetallen zur Metallmatrix 1:1 bis 1 : 0,1 beträgt.
2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer hartstoff- beziehungsweise hartmetallfreien Metallschicht, vorzugsweise aus Sintereisen, Sinterstahl, Gußeisen oder Gußstahl, fest verbunden ist.
3· Verbundwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Hartmetall der Zusammensetzung 9^ Gew.-% WC, 6 Gew.-Y* Co sowie einer Sinterstahlmatrix der Zusammensetzung 0,06 Gew.-?£ Si, 0,1 Gew.-Ji Mn, 3,25 Gew.-Ji Cr, 0,33 Gew.~?£ Mo, 0,32 Gew.-% V, 0,5 Gew.-% C, Rest Fe besteht, wobei das Gewxchtsverhältnis von Hartmetall zu Sinterstahl 1 : 05 beträgt.
4. Verbundwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff aus dem Hartstoff WC sowie einer Sinterstahlmatrix der Zusammensetzung 2,05 Gew.-% Ni, 0,53 Gew.-# Mo, 0,55 Gew.-% C, Rest Fe besteht, wobei das Gewxchtsverhältnis von Hartstoff zu Sinterstahl 1 : 0,66 beträgt.

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ORfCJNAL INSPECTED

Verbundwerkstoff nach, den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus dem Hartstoff WC

und einer Gußstahlmatrix der Zusammensetzung 0,57 bis 0,64 Gew—% C, 0,10 Gew.-?i Si, 0,40 Gew.~# Mn, <;0,03 Gew.-% P, <;0,03 Gew.^ji S, Rest Fe besteht, wobei das Gewichtsverhältnis von Hartstoff zu Guß-i stahl 1 i 0,5 beträgt.