DE3123857C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verschleißteil aus einer Gußlegierung mit darin eingegossenem Sinterhartmetall. Dies können Verschleiß­ elemente, die in Maschinenteilen oder Werkzeugen verwendet werden, oder unter Verschleißbedingungen verwendete Bauteile und Schneidkörper für das Schneiden oder Bearbeiten von Material, wie Schneidspitzen beim Gesteinsbohren, sein. Alle diese Produkte sind Teile, die Verschleiß unterliegen.

Da Verschleißelemente oftmals Teile von Konstruktionen erhebli­ cher Größe sind, müssen diese Elemente direkt am Arbeitsplatz auf einem Stahlteil befestigt werden. Manchmal können mechani­ sche Verbindungen verwendet werden, doch schließen diese die Gefahr eines Versagens durch Sichlösen ein. Ein Verschweißen des Verschleißelementes ist daher bevorzugt. Es ist bereits bekannt, wie beispielsweise aus der DE-PS 6 72 257, daß das Eingießen von Hartmetall in eine Gußlegierung, wie in graphitisches Gußeisen, Produkte mit sehr hoher Verschleißbeständigkeit und Abriebbe­ ständigkeit, verbunden mit ausgezeichneter Festigkeit und Zähigkeit ergibt. Verschleißteile eines solchen zusammengesetz­ ten Materials haben aber eine schlechte Verschweißbarkeit. Die Festigkeit einer Schweißverbindung aus graphitischem Gußeisen und Stahl ist relativ gering, und außerdem ist die Konstruktion im Betrieb empfindlich gegen Mikrorisse. Außerdem ist das direkte Verschweißen eines graphitischen Gußeisens und eines Bauteils aus Stahl sehr zeitaufwendig und teuer, da das Schwei­ ßen unter anderen Stufen ein Vorerhitzen, genau eingestelltes Kühlen, teure Spezialelektroden und anschließende Wärmebehand­ lung, um eine zufriedenstellende Festigkeit der Schweißverbin­ dung zu erhalten, erfordert. In der Praxis können verschiedene dieser Forderungen nicht erfüllt werden, wenn das Schweißen in sehr großen Konstruktionen am Arbeitsplatz zu erfolgen hat.

Die DD-PS 14 564 betrifft Werkzeuge, bei denen ein Schneiden­ kranz aus Schnellstahlgußlegierung mit Hilfe mechanischer Verankerungen in einen weicheren Stahlkern eingegossen wird. Über die Zusammensetzung des eingegossenen Teils läßt sich nichts entnehmen. Schließlich beschreibt die DE-PS 8 88 148 das Ausschmelzen bestimmter Hartmetalle auf Stahlträger ohne Gußlegierung.

Es ist auch bereits bekannt, Stahl in Gußeisen einzugießen, unter anderem in Verbindung mit einer Verstärkung von Gußteilen mit dünnen Platten oder Stäben aus Stahl. Ein übliches Problem sind hier die inneren Spannungen, die nach dem Kühlen infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Verstär­ kungsmaterials und des Gußmaterials auftreten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand nun darin, Verschleißteile mit hoher Verschleiß- und Abriebbeständigkeit zu bekommen, die gleichzeitig gute Verschweißbarkeit und mechani­ sche Festigkeit besitzen.

Das erfindungsgemäße Verschleißteil mit hoher Verschleißbestän­ digkeit und Abriebbeständigkeit verbunden mit guter Schweißfä­ higkeit und guter mechanischer Festigkeit oder Zähigkeit aus einer Gußlegierung mit darin eingegossenem Sinterhartmetall ist dadurch gekennzeichnet, daß in die Gußlegierung unter mechani­ scher Verankerung auch ein schweißfähiges Verbindungsteil aus einem unlegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von höch­ stens 0,2% und mit einer Zusammensetzung entsprechend der Gleichung

eingegossen ist.

Die Gußlegierung besteht vorzugsweise aus einem hauptsächlich graphitischen Gußeisen mit geringer Verschleißbeständigkeit und Schweißfähigkeit, und ihre Zusammensetzung ist zweckmäßig so einzustellen, daß das Kohlenstoffäquivalent, d. h. der Kohlen­ stoffgehalt zusätzlich zu den Gehalten anderer Bestandteile und Legierungselemente, die bezüglich des Einflusses auf die Eigenschaften des Gußeisens kohlenstoffäquivalent sind, wenig­ stens 3,5 und höchstens 6,0 ist. Gewöhnlich bildet sich zwischen dem Hartmetall und der Gußlegierung eine Legierungszwischenphase oder Übergangszone. Üblicherweise sind 20 bis 80%, vorzugsweise 30 bis 70%, der ursprünglichen Hartmetallmenge Teil der Übergangszone. Wenigstens 90% der zugesetzten Hartmetallmenge sollten eine Teilchengröße von 1 bis 8 mm haben.

Die erfindungsgemäßen Verschleißteile können folgendermaßen hergestellt werden: Jenes Teil, welches später mit dem Konstruk­ tionselement oder Bauteil verschweißt werden soll, wird durch ein geeignet geformtes, unbegrenzt schweißbares Stahlteil ersetzt, welches vor dem Gießen in die Form gelegt wird. Das Stahlteil soll eine solche Form haben, daß man nach dem Gießen eine kombinierte mechanisch-metallurgische Verbindung zwischen dem Stahlteil und dem Gußteil bekommt. Um das Erfordernis einer bezüglich der Festigkeit zufriedenstellenden mechanischen Verbindung zu erfüllen, wird jener Teil des Stahlteils, der in das Gußeisen eingegossen werden soll, mit einer ausreichend festen Verankerungseinrichtung ausgestattet.

Aus Fig. 1 der Zeichnung ist das Prinzip der vorliegenden Erfindung ersichtlich, d. h. ein schweißfähiges Stahlteil 2, das mit einer Verankerungseinrichtung 1 ausgestattet ist, wobei das Stahlteil 2 in einer Gußlegierung 3 eingegossen ist, in welcher auch die gebrochenen Hartmetallstücke 4 eingegossen sind.

In Fig. 2 ist eine andere geeignete Konstruktion 5 der Veranke­ rungseinrichtung gezeigt.

In Fig. 3 ist zusätzlich zu einer dritten Ausführungsform 6 der Verankerungseinrichtung auch das schweißfähige Stahlteil 2 gezeigt, das mit Hilfe einer Schweißverbindung 8 an ein Kon­ struktionselement 7 aus Stahl gebunden ist. Die anderen Teile entsprechen der Beschreibung gemäß Fig. 1.

Durch eine kombinierte mechanisch-metallurgische Verbindung zwischen Gußeisen und Stahl werden Spannungen gemäß der Erfin­ dung kompensiert. Die Festigkeit der beschriebenen Verbindung ist sehr gut. Die Empfindlichkeit gegenüber der Fortpflanzung von Mikrorissen als Folge von Vibrationen bei Betriebsbedingungen ist außerdem wesentlich geringer als jene einer Schweißver­ bindung.

Gemäß der Erfindung bekommt man nunmehr einen zusammengesetzten Körper, der aus Hartmetall, Gußlegierung und schweißfähigem Stahl besteht und Eigenschaften hat, die bisher nicht erreicht werden konnten, nämlich eine Kombination von ausgezeichneter Verschleißbeständigkeit und guter Schweißfähigkeit. Die Herstel­ lung des Verschleißteils erfordert sorgfältig eingestellte Verfahrensbedingungen bezüglich der Gießtemperatur, Verfesti­ gungsgeschwindigkeit und Materialzuführung.

Beispiele von Verschleißteilen nach der Erfindung sind Schlag­ einrichtungen in verschiedenen Typen von Mühlen, Baggerzähne, Pflugschare, Antiverschleißelemente, die an Stellen anzuschweißen sind, die Verschleiß ausgesetzt sind, Zähne von Schwimmbaggern und Rahmenverstärkungsrippen. Andere Ausführungsformen der Erfindung können Verschleißteile sein, die aus in eine Gußle­ gierung eingegossenem Hartmetall bestehen und mit in die Gußlegierung eingegossenen Stahlteilen, wie Bolzen, versehen sind.

Beispiel

Die Erfindung wird anhand von Sinterbrecharmen erläutert. Wegen der Größe der Konstruktion müssen die Sinterbrecharme mit einer Stahlwelle direkt am Arbeitsplatz verschweißt werden. Sinter­ brecharme nach der Erfindung, die aus in graphitisches Gußeisen eingegossenen gebrochenen Stücken aus Hartmetall und einem in das gleiche Gußeisen eingegossenen schweißfähigen Stahlteil bestehen, wurden einerseits mit Armen aus Hartmetall und graphitischem Gußeisen, die unter Beachtung aller erforderlichen Wärmebehandlungen und unter Verwendung teurer Spezialelektroden bereits bei der Herstellung mit einem schweißfähigen Stahlteil verschweißt wurden, und mit Armen aus Hartmetall und graphiti­ schem Gußeisen, die direkt am Arbeitsplatz verschweißt wurden, verglichen. Jene Arme, die von vornherein mit einem schweißfähigen Stahlteil verschweißt worden waren, erreichten eine zufrie­ denstellende Festigkeit, und die Konstruktion hielt etwa drei bis vier Wochen. Jene Arme, die aus Hartmetall und graphitischem Gußeisen bestanden, welches direkt am Arbeitsplatz verschweißt worden war, trennten sich bereits nach etwa 19 h Testdauer von der Stahlwelle trotz der Tatsache, daß für das Schweißen empfohlene Spezialelektroden verwendet worden waren. Nach der Erfindung hergestellte Sinterbrecharme wurden etwa 18 Wochen ohne Versagen getestet. So bestätigen die Vergleichsversuche die extrem überlegenen Festigkeits- und Verschleißbeständigkeitsei­ genschaften des zusammengesetzten Produktes aus gebrochenen Hartmetallteilen, graphitischem Gußeisen und einem in das Gußeisen eingegossenen Stahlteil.

Claims (2)

1. Verschleißteil mit hoher Verschleißbeständigkeit und Abriebbeständigkeit verbunden mit guter Schweißfähigkeit und guter mechanischer Festigkeit oder Zähigkeit aus einer Gußlegierung mit darin eingegossenem Sinterhartmetall, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gußlegierung unter mechanischer Verankerung auch ein schweißfähiges Verbin­ gungsteil aus einem unlegierten Stahl mit einem Kohlenstoff­ gehalt von höchstens 0,2% und mit einer Zusammensetzung entsprechend der Gleichung eingegossen ist.

2. Verschleißteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußlegierung graphitisches Gußeisen ist.