DE2805233B2

DE2805233B2 - Verfahren zum Verbinden von Werkstücken aus Stahl unterschiedlicher Zusammensetzung

Info

Publication number: DE2805233B2
Application number: DE19782805233
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing.(Grad.) 7251 Hemmingen Christen; Fritz Ing.(Grad.) 7100 Heilbronn Przybylla
Original assignee: Werner & Pfleiderer 7000 Stuttgart
Current assignee: Werner & Pfleiderer 7000 Stuttgart
Priority date: 1978-02-08
Filing date: 1978-02-08
Publication date: 1981-02-26
Also published as: DE2805233C3; DE2805233A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Werkstücken aus Stahl unterschiedlicher Zusammensetzung unter Einwirkung von Druck und Wärme, wobei vor dem Zusammenfügen der Werkstücke eine Nickel-Chrom-Bor-Siiizium (NiCrBSi)-Legierung auf die Verbindungsstellen aufgebracht wird.

Aus der DE-OS 26 57 082 ist ein Diffusionsbindungssystem bekannt, bei dem zwei Superlegierungssubstrate mittels einer sandwichartig zwischen den zusammenpassenden Oberflächenteilen angeordneten dünnen Zwischenschicht verbunden werden. Die Zwischenschicht weist einen hohen Gehalt an Bor auf, um eine die Schmelztemperatur senkende Wirkung zu erzielen. Die Zusammensetzung der zu verbindenden Substrate ist sehr ähnlich und auch die Gesamtzusammensetzung der Zwischenschicht muli das gleiche Basismetall enthalten wie die Superlegierungen. Durch die Abhängigkeit von bestimmten Werkstoffpaarungen sind die Anwendungsmöglichkeiten des Systems sehr stark eingeengt, und bisher praktisch beschränkt geblieben auf Hochtemperaturlegierungen, wie sie bei der Herstellung von Gasturbinentriebwerksteilen Verwendung finden. Ein weiterer Nachteil ist darin gelegen, daß der Aufbau der Zwischenschicht durch mehrmalige elektrolytische Abscheidung der Zwischenbestandteile auf den zu verbindenden Oberflächen der Substrate erfolgt. Die dazu erforderliche Galvanotechnik ist sehr aufwendig und teuer. Sie läßt sich wirtschaftlich erst bei hohen Stückzahlen einsetzen. Hinzu kommt, daß die auf galvanischem Wege erzeugten Zwischenschichten nur eine geringe Dicke aufweisen, deren obere Grenze: etwa bei 0,25 mm liegt.

In der US-Zeitschrift »Welding Research Supplement«, Dez. 1959, S. 482 s bis 486 s ist eine Legierung mit 72% Ni, 16% Cr, 4% Si₁ 4% Fe und 4% B als Hartlot für Nickellegierungen angegeben, deren Anwendung ebenfalls auf spezielle Werkstoffe von einander sehr ähnlicher Zusammensetzung beschränkt ist.

Aus der CH-PS 2 32 169 ist der Einsatz einer NiCrB-Legierung zum Verbinden von Stahlteilen bekannt. Nähere Angaben über das Aufbringen dieser Legierung auf die Stahlteile sind in dieser Literatu rstelle nicht enthalten.

In der DE-OS 23 05 202 ist erwähnt, daß das Zwischenschichtmaterial, welches den Schmelzpunkt herabsetzende Elemente enthält, in Puderform zwischen die zusammenpassenden Oberflächen gegeben wird. Abgesehen davon, daß es sich auch hierbei um ein Verfahren zum Verbinden von speziellen Werkstoffen, nämlich Superlegierungen auf Nickelbasis handelt, führt das Aufstreuen der pulverförmigen Legierung zu keinem festhaftenden Überzug, was die Ausübung des

ίο Verfahrens sehr erschwert

Aus der DE-AS 12 60 279 ist es bekannt, ein die Diffusion förderndes Zwischenmaterial aus gasförmiger oder flüssiger Phase zwischen die zu verbindenden Werkstücke niederzuschlagen. Die dafür üblicherweise in Betracht kommenden Tauchverfahren oder galvanischen Auftrageverfahren sind aber sehr aufwendig und teuer.

Schließlich ist aus der DE-AS 26 07 684 die Verwendung handelsüblicher pulverförmiger NiCrBSi-Legierungen mit schmelzpunkterniedrigender und oxidationshindernder Wirkung sowie das Aufbringen solcher Legierungen durch Flammspritzen auf ein Werkstück aus Stahl mit anschließendem Sintern bekannt. Dabei handelt es sich um die Herstellung von Verbundwerkstücken, bei welcher ein mit der erwähnten Legierung beschichteter Stahlkörper in einer Gießform mit flüssigem Stahl von anderer Zusammensetzung umgössen wird, wobei die gute Diffusion der unterschiedlichen Stahlsorten vor allem dem Umstand

χι zuzuschreiben ist, daß die eine Stahlsorte in flüssigem Zustand mit der anderen Stahlsorte in Verbindung gebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß einerseits Stahlwerkstücke von sehr unterschiedlicher Zusammensetzung verbunden werden können und andererseits zur Ausübung des Verfahrens nur relativ einfache technische Mittel eingesetzt zu werden brauchen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine in pulverförmigem Zustand vorliegende handelsübliche NiCrBSi-Legierung in an sich bekannter Weise durch Flammspritzen in einer Schichtstärke von 0,2 — 1,0 mm auf die Verbindungsstellen aufgetragen und gesintert wird, wonach die Werkstücke an ihren Verbindungsstellen auf eine Temperatur von 900— 1080⁰C erwärmt und unter einem Druck von 50-500 bar zusammengefügt werden, wobei der Druck mindestens bis zum Erstarren der NiCrBSi-Legierung aufrechterhalten wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine gute Diffusionsbindung bei in fester Form vorliegenden und insbesondere auch bei solchen Werkstücken aus Stahl erzielbar, deren Zusammensetzungen sich sehr stark voneinander unterscheiden. So ist es beispielsweise möglich, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Werkstücke aus St 37.2 mit einem in Plattenform vorliegenden hochlegierten Hartstahl zu verbinden. Derartige Plattierungen werden beispielsweise bei der Herstellung von verschleißfesten Misch- und Knetmaschinentrögen angewendet Sie konnten bisher praktisch nur durch das sehr teure Auftragsschweißen hergestellt werden.

Das Auftragen der pulverförmigen NiCrBSi-Legie-

rung im Flammspritzverfahren hat neben der vorstehend erwähnten Eignung zur Diffusionsbindung von Werkstücken aus Stahl von stark unterschiedlicher Zusammensetzung den weiteren Vorteil, daß infolge der

guten Haftung der Legierung auf Stahlsorten jeglicher Art verhältnismäßig dicke Schichten auftragbar sind, wodurch wiederum erhebliche Oberflächenungenauigkeiten ausgeglichen werden können. Bei der Herstellung der zu verbindenden Werkstücke brauchen deshalb keine engen Fertigungstoleranzen eingehalten zu werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit jeder handelsüblichen NiCrBSi-Legiei ung realisieren. Gute Ergebnisse werden mit Legierungen erzielt, weiche die nachstehende Zusammensetzung in Gew.-% aufweisen:

Ni 70,5%, Cr 17%, B 3,5%, Si 4%, C 1 %, Fe 4%

Ni 85,2%, Cr 7,5%, B 1,5%, Si 4%, C 0,3%,

Die in Pulverform vorliegende NiCrBSi-Legierung wird mittels einer Flaminspritzpistole in einer StS rke von 0,2--1,0 mm auf die zuvor durch Sandstrahlen metallisch blank gemachten und aufgerauhten Verbindungsstellen der Werkstücke aufgetragen. Die Stärke des Auftrags ist abhängig von der Rauhigkeit oder Unebenheit der Werkstücke. Anschließend wird die flammgespritzte Metallschicht im Vakuumofen bei ca. 1080° C gesintert.

Die in vorstehend beschriebener Weise vorbehandelten Werkstücke werden dann auf eine Temperatur von 900-1080⁰C erwärmt und unter einem Druck von

ί 50—500 bar zusammengefügt. Die Erwärmung kann dabei in irgendeiner zweckentsprechenden Weise erfolgen, z. B. in einem Glühofen oder durch Induktion. Oie Größe des zum Zusammenfügen erforderlichen Drucks ist von der konstruktiven Gestaltung der

ίο Werkstücke abhängig. In einfachster Weise wird der Druck durch eine konventionelle Presse ausgeübt und mindestens bis zum Erstarren der NiCrBSi-Legierung aufrechterhalten.

Das Erwärmen und Zusammenfügen der vorbehan-

delten Werkstücke unter Druck kann auch mittels Einrichtungen geschehen, wie sie für das sogenannte Preßstumpf- und Reibschweißen verwendet werden. Diese Einrichtungen sind besonders geeignet, wenn die zu verbindenden Werkstücke stabförmige Gestalt aufweisen. Verbindungen, die mittels derartiger Einrichtungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, sind im Vergleich zu geschweißten Verbindungen praktisch wulstfrei.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Verbinden von Werkstücken aus Stahl unterschiedlicher Zusammensetzung unter Einwirkung von Druck und Wärme, wobei vor dem Zusammenfügen der Werkstücke eine Nickel-Chrom-Bor-Silizium {NiCrBSiJ-Legierung auf die Verbindungsstellen aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine in pulverfönnigem Zustand vorliegende handelsübliche NiCrBSi-Legierung in an sich bekannter Weise durch Flammspritzen in einer Schichtstärke von 0,2-1,0 mm auf die Verbindungsstellen aufgetragen und gesintert wird, wonach die Werkdtücke an ihren Verbindungsstellen auf eine Temperatur von 900-1080⁰C erwärmt und unter einem Druck von 50—5ClO bar zusammengefügt werden, wobei der Druck mindestens bis zum Erstarren der NiCrBSi-Legierung aufrechterhalten wird