DE2830578B2

DE2830578B2 - Auftragsschweißstab

Info

Publication number: DE2830578B2
Application number: DE2830578A
Authority: DE
Inventors: Harry James Kewiston Brown; Kuldip Grand Island Chopra
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-07-13
Filing date: 1978-07-12
Publication date: 1980-05-08
Also published as: US4162392A; ATA503178A; IL55129A0; NO146126C; JPS5921267B2; IL55129A; DE2830578C3; AT357840B; GB2001104B; CA1124267A; FI66553B; BR7804473A; FR2397465B1; JPS5445652A; AU3800578A; BE868944A; NO146126B; FI782233A; GB2001104A; AU515905B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Auftragsschweißstab aus einem Metallbehältnis mit einem Kern aus dem Auftragsschweißmaterial, bestehend aus chemisch gebundenem Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff, das als metallisches Bindemittel Kobalt, Molybdän und Nickel enthält.

Das Aufschweißen von Substraten, z. B. von Metalloberflächen (Welding Handbook, 3. Auflage, American Welding Society, The Oxy-Acetylene 1 landbook, 11. Auflage) ist eine übliche industrielle Maßnahme, z. B. wird gegossenes, aus Einzelstücken bestehendes Wolframcarbid (W₂C-WC) oder mit Kobalt verbundenes WC, üblicherweise in einer Stahlröhre ummantelt, mittels Aufschweißverfahren auf Legierungen mit Eisen als Grundmetall niedergeschlagen, um abriebbeständige Schneidewerkzeuge herzustellen, Ausrüstung zum Bewegen von Erde und dergleichen. Man hat jedoch gefunden, daß das Aufschweißmaterial, möglicherweise wegen der verschiedenen physikalischen Eigenschaften des Grundmetalls und von Wolframcarbid, die Tendenz hat, sich ungleichmäßig in dem geschmolzenen Teil des Metallsubstrates zu verteilen, woraus sich eine unerwünschte Veränderung der Härte der erstarrten Oberflächen ergeben kann.

Während des Niederschiagens sowohl von gegossenem als auch von mit Kobalt verbundenem Wolframcarbid auf Eisen- und Stahlsubstraten löst das geschmolzene Eisen in dem Substrat etwas Wolframcarbid und beim Abkühlen fallen gemischte Carbide aus, (FeW)₆C und Fe₃W₃C gemäß der Umsetzung

3WC + 9Fe — Fe₃W₃C + 2Fe₃C,
woraus sich eine Verarmung an niedergeschlagenem Wolfram ergibt, was zu einer weniger abriebbeständigen Phase führt.

In Fällen, bei denen Wolframcarbid beim Aufschweißen verwendet wird, ist ein relativ hohes Gewicht von Wolframcarbid für ein sachgemäßes Aufschweißen wegen der hohen Dichte des Wolframcarbids erforderlich.

Aus der US-PS 3179787 ist ein Hartmetallaufschweißstab bekannt, der gesinterte Carbidteilchen, einen metallischen Binder und eine Metalirohrumhüllung aufweist. Als Carbide werden u. a. Vanadium- und Wolframcarbid genannt. Diese Teilchen enthalten als Bindemittel 6 oder 8% Kobalt, Molybdän oder Nickel.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Auftragsschweißstab aus einem Auftragsschweißmaterial zu entwickeln, das es gestattet, eine aufgeschweißte Oberfläche herzustellen, deren Abriebbeständigkeit wenigstens vergleichbar mit jenen Abriebbeständigkeiten ist, die mit konventionellem Wolframcarbid erreicht werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Auftragsschweißmaterial die chemisch gebundenen Stoffe in den Gewichtsverhältnissen von 0,75 VC, 0,25 WC und 5 bis 40 Gew.-% Cr₃C₂, wobei bis 100% des Cr₃C₂ chemisch gebunden sind mit dem chemisch ge-

-'» bundenem Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff in Form eines Vanadium-, Wolfram- und Chromcarbids der empirischen Formel

ACr₁₅CB- (0,75 VC, 0,25 WC)
mit A'=0,05 bis 0,4

2-j B = 0,6 bis 0,95

A + B =1,0

und als Bindemittel bis zu 15 Gew.-% Kobalt, Eisen, Molybdän und Nickel enthält.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das

in Auftragsschweißmaterial 3 bis 6% Kobalt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen, wobei die erhaltenen Versuchsdaten in

r> dem Diagramm graphisch dargestellt sind.

Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um das Aufschweißmaterial aus konventionellen Ausgangsmaterialien herzustellen, einschließlich elementaren Vanadiums, Wolframs, Chroms und Kohlenstoffs; die bevorzugte Form des Aufschweißmaterials ist ein aus Einzelstücken bestehendes, kaltgepreßtes und gesintertes, in einer Wasserstoffatmosphäre oder im Vakuum gesintertes Material, das danach granuliert wird (siehe die im folgenden be-

4^r> schriebenen Beispiele). In diesen Beispielen werden die aus Vanadium, Wolfram, Chrom und Kohlenstoff bestehenden Materialien vermischt, verdichtet und bei erhöhten Temperaturen (ungefähr 1200 bis 1600° C) in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert

->o (z. B. V₂ bis 3 Stunden lang).

Eine besondere Ausführungsform besteht aus einem Auftragsschweißstab konventioneller Form für das Aufschweißen von Eisen und von Legierungsmetallsubstraten mit Eisen als Grundmaterial, z. B.

ν-, Weichstahl, Hadfield-Stähle und dergleichen. Ein derartiger Auftragsschweißstab besteht aus einem metallischen Behältnis oder aus einer Röhre, die aus den dafür üblichen Metallen bestehen, z. B. Eisen, Stahl, Aluminium, Kupfer und dergleichen und darin

ho ein Aufschweißmaterial enthalten.

Das Aufschweißverfahren gemäß der Erfindung kann zusammen mit bekannten Gas- und elektrischen Schweißverfahren verwendet werden, z. B. Gasschweißen, Lichtbogenschweißen und andere Verfah-

m ren, die in dem Buch »Master Chart of Welding Processes« - American Welding Society (1969) beschrieben werden, und zwar unter Verwendung von üblichen Flußmitteln.

Das Aufschweißverfahren gemäß der Erfindung kann auch mit dem bekannten Plasmaflammensprühverfehren oder mit Beschichtungsverfahren (Flame Spray Handbook, Band III, METCO INC. [1965]) verwendet werden. ϊ

Beim Aufschweißen von Metaüsubstraien gemäß der Erfindung mit Hilfe der obenerwähnten konventionellen Verfahren wird das Metallsubstrat mit dem aufgetragenen Hartschweißmaterial metallurgisch verbunden. '<·

Die folgenden Beispiele erläutern die Aufschweißmaterialien.

Beispiel I

Folgende Materialien wurden verwendet, um ein π kaltgepreßtes, gesintertes Aufschweißmaterial zu erhalten, das 90 Gew.-% von 0,75 VC, 0,25 WC + 3 % Co enthält und 10Gew.-% Cr₃C₂:

a) 3111,8g eines kommerziell erhältlichen Materials, das gemischtes V₂C + VC enthält, der Ma- -'<> schengröße 0,2 mm und feiner; die Analyse zeigte:

84,69% V

13,20% C

1,10% O

Rest Feuchtigkeit und zufällige Verunreinigungen.

b) 244,5 g Acheson Graphitpulver, 0,07 mm Maschengröße und feiner.

c) 135 g Kobaltpulver, extra fein. ^!"

d) 1024,3 g Wolframpulver (2 μηι).

e) 500 g Chromcarbid (Cr₃C₂) der Maschengröße 0,04 mm und feiner. Die Analyse von Cr₃C, zeigte:

86,67% Cr
12,60% C

0,04% O

0,29% Fe

Die Pulver wurden in eine Kugelmühle gebracht, m\ die einen Inhalt von 0,0283169 nr¹ aufwies; weiterhin enthielt sie 34 kg Kugeln von 12 mm Durchmesser; gemahlen wurde 18 Stunden lang bei 57 U/Min. Nach 18stündigem Mahlen wurde das Material zu Pellets gepreßt, und zwar in einer Preßform von 5 cm Durch- η messer, und mit einem Gewicht von 50000 kg. Die Pellets wurden zu Granulaten zerstoßen. Die Granulate wurden ir, Graphitboote gebracht und gesintert, und zwar in einem Molybdän-Widerstandsofen, durch den Wasserstoff geleitet werden kann. Der Sinterzy- ,n klus bestand aus folgenden Schritten: Das Graphitboot wurde 1 Stunde lang hinter die Ofentür gestellt, um restliche atmosphärische Gase auszutreiben. Das Boot wurde dann in die Zone von 900 b's 1200° C gebracht, um irgendwelche vorhandenen restlichen ■>-> Oxide zu reduzieren und um die Reduktionsprodukte zu entfernen. Das Boot wurde dann in die heiße Zone von 1500° C für 1 V₂ Stunden gebracht, um das kaltgepreßte Material zu sintern. Das Boot wurde dann aus der heißen Zone in eine wassergekühlte Kammer wi gestoßen, und dann innerhalb von 15 Minuten auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die Granulate waren leicht miteinander verbunden, durch einen Backenbrecher konnten sie aber voneinander getrennt werden. Abgesehen von dem Kobalt und Cr₃C₂ wurde das Material aus chemisch gebundenem Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff gebildet, 0,75 VC, 0,25 WC; die Analyse zeigte (Gew.-%):

V 51,19%

W 20,80%

Cr 8,46%

Fe 1,6091

Co 3,75%

C 13,58%

O 0,34%

N 0,14%

Das kaltgepreßte und gesinterte Material, das entsprechend dem vorhergehenden Beispiel hergestellt wurde und verschiedene Mengen von Cr₃C, verwendete, wurde als Aufschweißmaterial in folgender Weise herangezogen.

Für das Elektroschweißen wurden Granulate der Maschengröße 1,6 mm x 0,6 mm in eine Röhre aus Weichstahl gebracht (30 cm lang, 6,25 mm äußerer Durchmesser, 4,75 mm innerer Durchmesser). Die Granulate machten ungefähr 45 Gew.-% des Stabes aus. Zur Elektroschweißung wurde der Stab geschmolzen und auf ein Eisensubstrat aufgebracht, und zwar bei 180 Ampere Gleichstrom umgekehrter Polarität; zum Gasschweißen wurden auf ähnliche Weise Granulate der Maschengröße 0,2 mm X 0, i mm in eine Röhre aus Weichstahl gepackt und für das Oxyacetylenschweißen geschmolzen und mittels einer Oxyacetylentechnik auf einem Weichstahlsubstiat mit einer kohlenden Flamme aufgebracht, und zwar bei einem minimalen Eindringen auf das Weichstahlsubstrat.

Die sich ergebenden Aufschweißflächen wurden auf ihre Abriebbeständigkeit geprüft, und zwar unter Verwendung eines Gummirad-Sandabriebtestes und eines Abriebtestes. Der Verschleiß- und Abriebtest wurde folgendermaßen durchgeführt: Auf einem Stahlsubstrat ■ der Dimensionen 2,5 cm X 7,5 cm X 1,2 cm wird ein Aufschweißmaterial niedergeschlagen und die daraus resultierende Oberfläche wird glattgeschliffen. Eine Neoprenscheibe (Shore-Härte A 50-60, 23 cm Durchmesser. 1,2 cm Dicke) wird zusammen mit der aufgeschweißten Oberfläche verwendet, die mit einem Kraftmoment von 51,48 Nm gegen die Neoprenscheibe gepreßt wird. Silikasand (Sand der Größe 2 zum Sandblasen) wird im Überschuß zwischen die Neoprenscheibe und die auftraggeschweißte Oberfläche gebracht, wobei die Neoprenscheibe mit 200 U/Min, gedreht wird, und zwar für 200 Umdrehungen. Die zu untersuchende Probe wird vor und nach dem Verfahren gewogen und das Verfahren wird so lange wiederholt, bis ein konstanter Gewichtsverlust erreicht wird für wiederholte Tests und dieser Gewichtsverlust ist ein Maß für den Verschleiß- und Abriebwiderstand. Die Resultate sind in der graphischen Darstellung gezeigt und sie werden verglichen mit den Resultaten, die ohne Chromcarbidzusätze erreicht werden. In der Zeichnung sind A und B die Resultate, die erreicht wurden, mit einem gesinterten Gemisch von 0,75 VC, 0,25 WC + Co und Cr₃C₂; A' und B' sind die Resultate, die mit einem mechanischen Gemisch von 0,75 VC, 0,25 WC + 3Co erreicht wurden, und zwar mit Chromcarbid, Cr₃C₂.

BcispielH

Folgende Materialien wurden verwendet, um ein kaltgepreßtes, gesintertes Auftragsschweißmatcrial zu erhalten, welches 70 Gew.-% 0,75 VC, 0,25 WC+ 3% Co und 30Gew.-% Chromcarbid Cr₁C, enthält:

a) 2588,4 g eines kommerziell erhältlichen Materials, das ein Gemisch von V₁C + VC enthält, der Maschengröße 0,2 mm und feiner;

b) 428,5 g Acheson Graphitpulver der Maschengröße 0,07 mm und feiner;

c) 150 g Kobaltpulver extra fein;

d) 821,4 g Wolframpulver (2 μίτι);

e) 1306,7 g metallisches Chrom der Größe 0,14 mm und feiner.

Die Pulver wurden in eine Kugelmühle mit dem Inhalt von 0,0283169 m³ gebracht, verwendet wurden 34 kg Kugeln des Durchmessers 1,2 cm; gemahlen wurde 18 Stunden lang bei 57 U/Min. Nach 18stündigem Mahlen wurde das Material zu Pellets gepreßt, und zwar in einer Preßform von 5 crn Durchmesser bei einer Last von 50000 kg. Die Pellets wurden zu Granulaten zerstoßen. Die Granulate wurden in Graphitboote gebracht und in einem Molybdänwiderstandsofen gesintert, durch den reiner Wasserstoff geleitet werden konnte. Der Sinterzyklus bestand aus folgenden Schritten: Das Graphitboot wurde V₂ Stunde lang hinter die Ofentür gestellt, um restliche atmosphärische Gase auszutreiben. Das Boot wurde dann in die Zone von 900 bis 1200° C gebracht, um eventuell vorhandene restliche Oxide zu reduzieren und um das Reduktionsprodukt zu entfernen. Das Boot wurde dann in die heiße Zone bei 1500° C füi 1 bis 1 V₂ Stunden gebracht, um das kaltgepreßte Material zu sintern. Das Boot wurde dann aus der heißer Zone in eine wassergekühlte Kammer gestoßen unc in 15 Minuten auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die Granulate waren etwas miteinander verbunden, aber sie konnten durch einen Backenbrecher leicht voneinander getrennt werden. Abgesehen vom Kobalt wurde das Material aus chemisch gebundenem Chrom, Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff hergestellt und seine Analyse führte zu folgenden Werten:

V 40,20%

W 15,15%

Cr 24,06% Gesamt kohlenstoff 13,03 %

Co 4,80%

O 0,02%

N 0,10%

Fe 3,24%

Die Verschleißrate ist wenigstens so gut wie die von gegossenem Wolframcarbid und besser als das Vanadium-, Wolfram-Kohlenstoffmaterial, das geprüft wurde und kein Chromcarbid enthielt.

Ein weiterer Vorteil ist die hohe Zähigkeit des Niederschlages, welche durch das erfindungsgemäße Material bewirkt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Auftragsschweißstab aus einem Metallbehältnis mit einem Kern aus dem Auftragsschweißmaterial, bestehend aus chemisch gebundenem Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff, das als metallisches Bindemittel Kobalt, Molybdän und Nickel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es die chemisch gebundenen Stoffe in den Gewichtsverhältnissen von 0,75 VC, 0,25 WC und 5 bis 40 Gew.-% Cr₃C₂, wobei bis 100% des Cr₃C₂ chemisch gebunden sind mit dem chemisch gebundenen Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff in Form eines Vanadium-, Wolfram- und Chromcarbids der empirischen Formel

ACr₁₅CB- (0,75 VC, 0,25 WC)

mit A'=0,05 bis 0,4
B = 0,6 bis 0,95
A + B=l,0

und als Bindemittel bis zu 15 Gew.-% Kobalt, Eisen, Molybdän und Nickel enthält.