DE3232018A1

DE3232018A1 - Verschleissfestes verbundteil und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number: DE3232018A1
Application number: DE19823232018
Authority: DE
Inventors: Koutaro Hagiwara; Akio Itami Hyogo Hara; Toshikazu Hirayama; Shouzo Kazumoto; Masaya Miyake
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1981-08-28
Filing date: 1982-08-27
Publication date: 1983-04-14
Also published as: JPS5838682A; GB2109730B; GB2109730A; DE3232018C2

Description

Patentanwälte ,· . I I ·.„· ·..· · · D!pI.-lng.E.Eder .:.\ ; \J\.' "'„'.:'..

Dipl.-lng. K. Schieschke - 5 -
8000 München 40, Elisabethstr. 34

Die Erfindung bezieht sich auf ein verschleißfestes Verbundteil, das eine Hartlegierung und einen Stahl oder Gußeisen umfaßt, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Hartlegierungen, die durch WC-Co, WC-TiC-Co usw. wiedergegeben werden, werden üblicherweise in großem Umfang für Schneidwerkzeuge, verschleißfeste Teile, stoßfeste Werkzeuge usw. verwendet. Insbesondere bei der Verwendung in Warmwalzwalzen, Drahtziehwerkzeugen usw. als verschleißfeste Teile wurde der Sicherheitskoeffizient durch freiwillige Erhöhung der Größe der Masse der Hartlegierung gesteigert, da die Zähigkeit der Hartlegierungen niedriger ist als die des Stahls. Hartlegierungen sind jedoch nicht nur im Hinblick auf den hohen Preis der Hauptkomponenten, d. h. WC, TiC und TaC, mit Schwierigkeiten verbunden, sondern gleichfalls im Hinblick auf Einsparungen der Resourcen.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird eine Hartlegierung üblicherweise ausschließlich in dem Teil verwendet, bei dem eine Verschleißfestigkeit besonders notwendig ist. Ein solches Verbundteil wurde folgendermaßen hergestellt. Das Gußeisen wurde mit der Innenseite eines Hartlegierungsrings durch direkten Guß verbunden, wobei ein Stahlring an der Innenseite davon unter Kaltpassung angebracht wurde oder Ag oder dergleichen als Lötmetall zwischen der Hartlegierung und dem Stahlteil angebracht wurde, wobei das Ganze zum Schweißen auf eine Temperatur von 60 0 bis 900⁰C erhitzt wurde. Die bisherige Methode weist jedoch den Nachteil auf, daß der direkte Guß nicht nur die Produktivität sondern auch die Festigkeit der Schweißgrenzfläche herabsetzt, wobei das letztere Verfahren dadurch mit Schwierigkeiten verbunden ist, daß das Ganze auf eine hohe Temperatur erhöht wurde und der Wärmeausdehnungskoeffizient der Hartlegierung etwa die Hälfte desjenigen des Stahls beträgt, wobei thermische Spannungen an der Lötgrenzschicht bestehen bleiben, die Risse während der Verwendung verursachen, weshalb es schwierig ist. Teile mit großen Abmessungen herzustellen.

Das Problem der thermischen Spannung trat bei dem bisherigen Verfahren gleichfalls auf. Bei dem Lötverfahren weist die Lötschicht eine niedrige Dauerfestigkeit auf, wobei sie sich bei hohen Temperaturen leicht löst. 5

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verschleißfestes Verbundteil zur Verfügung zu stellen, bei dem keine thermischen Spannungen auftreten und das trotzdem eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist, wobei die Verbesserung des Verfahrens zur Verbindung einer Hartlegierung und eines Stahlteils und das Verfahren zur Herstellung desselben mit sehr geringen Kosten verbunden sind und wobei erreicht wird, daß ein Teil mit großen Abmessungen, das bisher nicht herstellbar war, hergestellt werden kann.

Als Ergebnis von Versuchsreihen wurde festgestellt, daß bei der Verbindung einer Hartlegierung und eines Stahlteils eine direkte und vollständige Haftung durch Schmelzen der Grenzfläche in einer Breite von 1 bis 2 mm möglich ist, 0 ohne daß es notwendig ist, darauf eine Zwischenschicht anzubringen. Das so erhaltene Verbundteil zeigte gegenüber einem herkömmlichen Produkt verbesserte Eigenschaften.

Als Verfahren zum Schmelzen der Grenzfläche mit einer Breite von 1 bis 2 nun sind eine Vielzahl von Verfahren bekannt, wie das Bogenschweißen, das TiG-Schweißen usw. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Verwendung eines Strahls hoher Energie, wie eines Elektronenstrahls, eines Laserstrahls usw., die Grenzfläche auf der Seite des Stahlteils aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit bevorzugt schmilzt, wobei die Grenzfläche auf der Seite der Hartlegierung nicht vollständig geschmolzen ist.

Die Verwendung eines Elektronenstrahls oder dergleichen als Verfahren zur Verbindung von Metall ist aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. SHO-56-45288 bekannt.

Wesentlich ist bei dieser Offenlegungsschrift, daß der Elektronenstrahl zur Schmelzverbindung an der Grenzfläche auf der Seite des Metalls oder auf beiden Seiten der Grenzfläche angewendet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß, obgleich ein Strahl hoher Energie auf die Grenzfläche zwischen der Hartlegierung und dem Stahlteil einwirkt, lediglich der Stahl zur Verbindung geschmolzen wird. Eine große Energiemenge wäre erforderlich, wenn die Grenzfläche auf der Seite- des Hartmetalles geschmolzen werden müßte. Bei einem Wärmeschock würden dann Risse entstehen und beim Schweißen würde aufgrund der Zugspannung ein Bruch auftreten.

Wenn andererseits ein Strahl hoher Energie auf die Grenzfläche lediglich auf der Seite des Stahlteiles einwirkt, wird die Temperatur der Hartlegierung nicht erhöht. Eine Verbindung ist damit nicht erreichbar.

0 Aufgrund von Versuchsreihen zur hohen Bindungsfestigkeit einer Hartmetallegierung und eines Stahlteils ohne das Auftreten von Rissen konnten folgende Schlüsse gezogen werden.

Der Durchmesser eines Strahls hoher Energie beträgt im Falle eines Elektronenstrahls bekanntlich beispielsweise 0,3 mm. Wenn bekannt ist, daß die Temperatur über 2500⁰C in dem Bereich von 0,3 mm angestiegen ist, beträgt die Stahlschmelzzone etwa 0,5 mm um den Mittelpunkt des Strahles. Innerhalb des Bereichs von 0,5 mm von der Grenzfläche zwischen einer Hartlegierung und einem Stahlteil kann die Oberflächentemperatur der Hartlegierung also auf etwa 1300°C erwärmt werden, wobei eine flüssige Phase erzeugt wird, die die Verbindung einer Hartlegierung und eines Stahlteiles ermöglicht. Es hat sich herausgestellt, daß, wenn ein Elektronenstrahl innerhalb eines Bereichs von 0,5 mm der Grenzfläche zur Anwendung kommt, eine Hartlegierung und ein Stahlteil vollständig miteinander durch Schmelzen des Stahles und die

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Bildung einer flüssigen Phase auf der Hartlegierung verbunden werden können.

Bei einer Hartlegierung und einem Stahlteil führt die Einwirkung eines Elektronenstrahles auf die Grenzfläche auf der Seite der Hartlegierung jedoch lediglich zu einem unvollständigen Schmelzen, da die Strahlung oberhalb des Bereichs von 0,5 mm der Grenzfläche auf der Seite des Stahlteils die Schmelzbreite erweitert, wodurch die Bindekraft durch mangelnde Erwärmung der Grenzfläche auf der Seite der Hartlegierung erheblich herabgesetzt wird. Erfindungsgemäß ist es notwendig, daß ein Strahl hoher Energie, beispielsweise ein Elektronenstrahl, innerhalb des Bereichs von 0,5 mm auf die Grenzfläche zwischen dem Stahl und der Hartlegierung einwirkt, wodurch es möglich wird, einen Erwärmungseffekt an der Grenzfläche auf der Seite der Hartlegierung und eine geeignete Schmelzbreite an der Grenzfläche auf der Seite des Stahlteiles zu erhalten, was zu einer hohen Bindefestigkeit zwischen der Hart-0 legierung und dem Stahlteil führt. Es ist überflüssig zu

erwähnen, daß die aneinanderstoßenden, zu bestrahlenden Flächen unter Druck in Berührung miteinander durch Warmpassung, Kaltpassung, Druckanwendung oder dergleichen gebracht werden sollten.
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Das erfindungsgemäße Verbundteil ist dadurch gekennzeichnet, daß es erstens bei Gebrauch nicht zur Deformation und zum Bruch führt, da das gesamte Verbundteil nicht einer hohen Temperatur unterworfen wird und damit keine Spannung durch 0 unterschiedliche Wärmeausdehnungsgeschwindigkeiten hervorgerufen wird; zweitens eine hohe Zeitfestigkeit und eine hohe Druckfestigkeit aufweist, da die Hartlegierung und das Stahlteil direkt aneinander gebunden sind; drittens frei von der Bildung einer verschlechterten Schicht (Fe^W^G) 5 ist, aufgrund der Reaktion zwischen einer Hartlegierung und Stahl (Fe), da die geschmolzene Schicht ausschließlich an dem Stahlteil gebildet wird, während die Hartlegierung

niemals vollständig schmilzt, obgleich nur eine flüssige Phase darauf gebildet wird.

Das Verfahren zum Schweißen von Stahl und einer Hartlegierung ist bisher noch nicht in die Praxis umgesetzt worden, obgleich der Test bisher wiederholt worden ist. Eine praktische Verbindung war deswegen nicht erreichbar, weil eine Hartlegierung eine schlechte Beständigkeit gegenüber einer Zugbeanspruchung jedoch eine hohe Druckfestigkeit aufweist, wobei Risse durch die Zugbeanspruchung während des Schweißens auftreten. Um das Auftreten von Rissen zu verhindern, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein dünnes Metallblech aus Ni, Co usw. an der Grenzfläche zwischen einem Stahl und einer Hartlegierung angeordnet wird. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß eine ausreichende Festigkeit nicht erreicht wird, da ein gleichmäßiges Schweißen durch die Unterschiede der Wärmeleitfähigkeit verhindert wird. Nach einer Reihe von Versuchen wurde ein fest verbundenes verschleißfestes Verbundteil, das völlig 0 frei von Rissen ist, die zwischen der Hartlegierung und dem Stahlteil auftreten, aufgefunden.

Das erfindungsgemäße verschleißfeste Verbundteil und das Verfahren zur Herstellung desselben sind nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen beschrieben. Darin zeigen:

Figur 1 einen Schnitt eines Verbundteils, das einen HartIegierungskörper und einen Stahlkörper umfaßt, zur Erläuterung des Prinzips der

Erfindung;

Figur 2 einen Schnitt einer Verbundwalze, wobei eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;

Figur 3 (A) in perspektivischer Wiedergabe einen

Stahlring, der eine Ausführungsform der Erfindung wiedergibt, (B) den Schnitt eines Teils davon;

Figur 4 eine Draufsicht auf eine Seitenspaltschere,

die eine weitere Ausführungsform der Erfindung wiedergibt;

Figur 5 einen Schnitt derselben; und 10

Figur 6 und 7 Schnitte von Warmwalzwalzen, die noch eine

weitere Ausführungsform der Erfindung zeigen.

Eine Hartlegierung und ein Stahlteil von verhältnismäßig kleiner Größe, d.h. wenn die Grenzfläche zwischen denselben relativ klein ist, werden durch Schmelzen der gesamten Grenzfläche auf der Seite des Stahlteiles mit einer Breite von 1 bis 2 mm verbunden. Es wurde als Ergebnis einer Serie von Versuchen festgestellt, daß bei 0 einem verschleißfesten Teil mit großen Abmessungen, beispielsweise einer Warmwalzwalze (Morgan-Walze) es ausreicht, wenn dessen Grenzfläche bis auf eine Tiefe von weniger als 20 mm geschmolzen ist. Im allgemeinen reicht eine Schmelzfläche von 5 bis 15 mm aus. Figur 2 stellt eine Schnittansicht dar, die eine Ausführungsform einer Warmwalzwalze wiedergibt, bei der ein Ring 6 aus SCM21-Stahl oder dergleichen unter Kaltpassung an der Innenseite eines Hartlegierungsrings 5 angeordnet ist, wobei ein Elektronenstrahl 3 an dem Ende der Grenzfläche zwischen dem Stahl und der Hartlegierung angewandt worden ist, wobei die geschmolzenen Schichten 7 an der Grenzfläche auf der Seite des Stahles gebildet werden, wodurch es möglich wird, die Hartlegierung und das Stahlteil miteinander zu verbinden. Die Hartlegierung und das Stahlteil werden damit im mittleren Abschnitt direkt miteinander verbunden, der am meisten einer Spannung ausgesetzt ist, wobei bei der Bindungsschicht keine Risse auftreten und insgesamt eine hohe Zeitfestigkeit erzielt wird.

Gute Ergebnisse wurden erhalten, wenn das Stahlteil weich war im Hinblick auf eine bessere Haftung an . der Hartlegierung und eine leichte Aufnahme einer Verformung. Das Stahlteil hatte vorzugsweise einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,5 Gew.-%. Die Verschleißfestigkeit wurde erhöht, indem die Härte durch Aufkohlen und Abschrecken bis auf die Grenzfläche gesteigert wurde, und zwar insbesondere bei Walzwalzen.

Die Gründe sind folgende: Durch eine rasche Abkühlung kann die Härte erhöht und eine Verschlechterung der Grenzfläche verhindert werden, während die Härte bis HRc50 bis 60 gesteuert werden kann, wenn bei Verwendung als Werkzeug Verschleißfestigkeit erforderlich ist.

Angenommen der Kohlenstoffgehalt des Stahles an der Grenzfläche zwischen dem Stahl und der Hartlegierung sei schwer zu steuern. In einem solchen Fall ist es vorzuziehen, ein reines Metall, wie Ni, Co, Cu usw. ausschließlich auf der Schweißgrenzfläche zwischen dem Stahl und der Hartlegierung anzuordnen, wobei das Schweißen zweimal durchgeführt wird, d. h. zwischen der Hartlegierung und dem reinen Metall und zwischen dem reinen Metall und dem Stahl, wobei der Kohlenstoffgehalt des Stahls, der an die Hartlegierung anstößt, auf weniger als 0,5 % eingestellt wird. Dadurch ist es möglich, das Auftreten einer plastischen Verformung zu verhindern, wenn der Stahl gekühlt wird, trotz der Erzeugung einer Zugspannung durch das Schweißen des Stahles und der HartIegierung.

Wenn die Schweißgrenzfläche teilweise und kontinuierlich geschmolzen ist durch die Anwendung einer Strahlung hoher Energie, so reagieren Kohlenstoff und Sauerstoff in dem geschmolzenen Stahl im allgemeinen unter Bildung eines Gases.

Entgasungsnuten, die vorher an dem Stahl vorgesehen worden sind, können wirksam Gasblasen in der Schweißschicht entfernen.

Figur 3 (A) stellt in perspektivischer Wiedergabe ein Stahlteil der besagten Walzwalze dar, während (B) einen Schnitt eines Teils derselben in vergrößerter Wiedergabe zeigt. Die Bezugsziffer 8 bezeichnet eine Nut oder einen Spalt, der am vorderen Ende des Schmelzstrahles angeordnet ist, 9,9' bezeichnet Entgasungsnuten für den Austritt des in der Schmelzschicht erzeugten Gases.

Die Erfindung ist gleichfalls zum Verbinden einer Hartlegierung mit einer Vielzahl von Stahlteilen geeignet.

Bei Walzwalzen und Spaltscheren ist häufig ein Verbundteil erforderlich, das einen Stahlring und einen Hartlegierungsring umfaßt, wobei ein^Stahlring unterschiedlicher Art oder ein Gußeisenring dazwischen angeordnet wird. In einem Beispiel wird Stahl mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 3 bis 10 χ 10 cm/⁰C bis 300⁰C an die Innenseite eines Hartlegierungsrings geschweißt, wobei an dessen weitere Innenseite ein Stahlring geschweißt wird, der eine größere Verschleißfestigkeit als der dazwischen angeordnete Stahlring aufweist. In einem anderen Beispiel wird an die Innenseite eines Hartlegierungsrings ein Gußeisenring oder ein reiner Metallring geschweißt, der verhältnismäßig weich und in der Lage ist, eine Wärmeausdehnung aufzunehmen

sowie eine Elastizitätsgrenze von 50 kg/mm aufweist, wobei ein Stahlring an die Innenseite des besagten Gußeisen- oder reinen Metallrings geschweißt wird. In beiden Fällen wurde das erfindungsgemäße Verfahren bei dem Schweißen der dazwischen angeordneten Ringe aus Stahl, Gußeisen bzw. reinem Metall angewendet, um Walzen mit einer längeren Standzeit zu erhalten verglichen mit den Dreischicht-Verbundwalzen und Spaltscheren nach dem herkömmlichen Verfahren. Das spezielle Material mit dem besagten Wärmeausdehnungskoeffizienten kann Ni, eine Co-Legierung, Fe-Ni-Legierung oder Kovar umfassen. Sie sind insbesondere unter Bedingungen geeignet, die wärmeanfällig sind.

Wenn eine Vielzahl von Teilen verschweißt wird, ist es vorzuziehen, daß die Hartlegierung und der Stahlring direkt verschweißt werden, wobei die Spannung, die durch das Schweißen erzeugt wird, durch den Unterschied der Wärmeausdehnung absorbiert wird aufgrund der Verformung des dazwischen angeordneten Teils, wobei dann ein drittes Zwischenteil an den Stahlring geschweißt wird. Es wird eine schnelle Haftung erreicht, indem ein dünnes Metallblech zwischen dem Stahl und der Hartlegierung angeordnet wird. Bei einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann ausschließlich eine Legierung mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt in dem Teil verwendet werden, das der energiereichen Strahlung ausgesetzt wird. Auf diese Weise wird ein Verbundteil großer Festigkeit und Verschleißfestigkeit durch Aufkohlen und Abschrecken des unverschweißten Teiles erhalten.

Aufgrund ihrer Schweißgenauigkeit werden Elektronenstrahlen und Laserstrahlen vorgezogen, während eine nicht oxidierende Atmosphäre oder ein Vakuum zur Verhinderung einer Oxidation des Stahlteiles oder der Hartlegierung unverzichtbar ist, wobei ein Vakuum insbesondere im Hinblick auf die Entgasung vorgezogen wird.

Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Für eine Morgan-Walze mit einem Außendurchmesser von 159 mm φ _l einem Innendurchmesser von 87 mm ψ und einer Dicke von 70 mm, wie im Beispiel 2 dargestellt, wird eine Hartlegierung mit 85 % WC als ein Ring mit einem Außendurchmesser von 159 mm fi und einem Innendurchmesser von 123 mm ψ erzeugt, während Stahl (SCM21) mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,15 % als ein Ring mit einem Außendurchmesser von 123 mm und einem Innendurchmesser von 87 mm ^erzeugt wird. Die innere

Umfangsfläche sowie die obere und die untere Fläche des Stahlringes wurden aufgekohlt und abgeschreckt/ wobei der Außenumfang vor einer Aufkohlung geschützt wurde, so daß die Stahloberfläche eine Härte von HRc55 aufwies. Vor der Aufkohlung und der Abschreckung war der Stahlring mit Entgasungsnuten versehen worden, wie in Figur 3 gezeigt. Der aufgekohlte und abgeschreckte Stahlring wurde in einem Hartlegierungsring mit einer Passungstoleranz von 0,015 mm unter Kaltpassung angeordnet, um einen engen Kontakt zwischen den beiden Ringen zu erhalten. Ein Elektronenstrahl mit 60 KV und 90 mmA wurde umfangsmäßig entlang der Endflächen der Grenzfläche (A) mit einer Geschwindigkeit von 800 mm/min in einem Vakuum einwirken gelassen, derart, daß der Strahl auf die Grenzschicht zwischen dem Stahl und der Hartlegierung einwirkte. Auf der Seite des Stahles der so erhaltenen Walze wurde eine Schweißschicht von 1,0 bis 1,5 mm in der Breite und 15 mm in der Tiefe festgestellt, wobei die beiden Ringe vollständig verschweißt waren und die Grenzfläche auf der Seite der Hartlegierung vollständig frei von einem Schmelzen war. Die Ringdruckfestigkeit der Walze wurde untersucht, wobei ein Ergebnis von 51,3 Tonnen erhalten wurde, was etwa 2 mal so hoch war als jenes einer herkömmlichen Walze, da die Ringdruckfestigkeit der Verbundwalze der gleichen Größe, die nach der herkömmlichen Lötmethode hergestellt wurde, 27 Tonnen betrug.

Wie vorstehend beschrieben kann durch die Erfindung ein verschleißfestes Teil mit einer großen Bindefestigkeit und ohne Spannungen nach dem Schweißen mit einer hohen Genauigkeit und sehr wirtschaftlich hergestellt werden.

Beispiel 2

Bei der Herstellung einer Seitenspaltschere zum Schneiden von Stahlplatten, die, wie in Figur 4 gezeigt, einen Fe-40%Ni-Legierungsring 12 (320 mm ψ Außendurchmesser,

280 mm ψ Innendurchmesser und 20 mm Dicke), der im Innern eines Hartlegierungsrings 11 (400 mm (f; Außendurchmesser, 32 0 mm ω Innendurchmesser und 2 0 mm Dicke) unter Passung angeordnet ist und aus 85 Gew.-% WC und 15 Gew.-% einer Co-Legierung besteht, sowie einen SCM440-Ring 13 mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,45 % (280 mm 0 Außendurchmesser, 80 mm ^ Innendurchmesser und 20 mm Dicke), der weiter im Innern unter Passung angeordnet ist, umfaßt, wird jeder Ring unter Kaltpassung mit einer Passungstoleranz von 0,03 mm angeordnet, um jeweils einen engen Kontakt zu erhalten. Die Endfläche der Grenzfläche (B) wurde unter Anwendung eines Elektronenstrahles umfangsmäßig verschweißt. Die Bedingungen der Anwendung des Elektronenstrahles betrugen 150 KV, 10mA, Geschwindigkeit 500 mm/min in Vakuum.

Dann wurde die Endfläche der Grenzschicht (C) unter den -gleichen Bedingungen umfangsmäßig verschweißt. Die so erhaltene Seitenspaltschere wurde vollständig verschweißt. Wenn eine Stahlplatte mit einer Dicke von 2 mm mit dieser Spaltschere geschnitten wurde, wurde festgestellt, daß sie bei weitem stabiler war als eine herkömmlich gelötete Schneidvorrichtung.

Beispiel 3

Bei einer Morgan-Walze der gleichen Größe wie im Beispiel 1 wurde die Hartlegierung (14 in Figur 6) in einem Ring mit einem Außendurchmesser von 159 mm φ und einem Innendurchmesser von 126 mm φ hergestellt, während ein Stahl (SCM445) in einem Ring mit einem Außendurchmesser von 126 vsnx (£■ und einem Innendurchmesser von 87 mm Φ hergestellt wurde.

Der Stahlring 15 wurde so abgeschreckt, daß er eine Härte von HRc44 aufwies. Ni-Ringe 16 (124 mm Φ Außendurchmesser, T06 mm (^ Innendurchmesser und 10 mm Dicke) wurden um den oberen und unteren Außenumfang des Stahlrings unter Passung angeordnet, wie in Figur 6 gezeigt. Die Grenzfläche (B) wurde so bearbeitet, daß die Passungstoleranz 0,03 mm betrug, wobei der Hartlegierungsring und der Stahlring

unter Kaltpassung eingebaut wurden. Ein Elektronenstrahl mit 150 KV und 10 mA wurde mit einer Geschwindigkeit von

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500 m/min in einem Vakuum von 10 Torr so einwirken gelassen, daß das Ni-Teil lediglich an der Grenzfläche (B) geschmolzen wurde. Gemäß Figur 6 wurde eine Hartlegierung und ein Ni-Ring verbunden, indem das mit 17 bezeichnete Teil verschweißt wurde, wonach der Ni-Ring und ein Stahlring verbunden wurden, indem der mit 18 bezeichnete Teil verschweißt wurde. Die so erhaltene Verbundwalze wurde durch Endbearbeitung in die vorgegebene Größe gebracht. Wenn die Walze als Drahtwalzwalze unter den Bedingungen des Drahtmaterials, Temperatur 900⁰C und Drahtgeschwindigkeit 6 0 m/sec, verwendet wurde, zeigte die Walze eine Betriebsdauer oder Standzeit von 500 Tonnen/KAL, d. h.

die gleiche wie die einer herkömmlichen Hartlegierungsvollwalze. Die Walze konnte verwendet werden, bis ihre Dicke der Hartlegierung nach der Bearbeitung auf 5 mm herabgesetzt war. Die Bruchfestigkeit war der einer Hartlagierungsvollwalze überlegen.

Beispiel 4

Ein Hartlegierungsring und ein Stahlring wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 hergestellt, wobei ein Fe-40Ni-Ring mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizient um den Außenumfang des Stahlrings unter Passung angeordnet wurde. Der Fe-40Ni-Ring 20 wies einen Außendurchmesser von 126 mm

ψ- , einen Innendurchmesser von 106 mm und eine Breite von 70 mm auf.

Der Hartlegierungsring 18, der Fe-40Ni-Ring 20 und der Stahlring 19 wurden in drei Schichten in der erwähnten Reihenfolge kombiniert, wie in Figur 7 dargestellt. Das Teil, das mit 21 bezeichnet ist, wurde mit einem Elektronenstrahl verschweißt, worauf das Teil, das mit 22 bezeichnet ist, verschweißt wurde. Es bestanden keine Anzeichen von Rissen, die durch das Schweißen auftraten. Die Walze wurde als Warm-

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walzwalze eingesetzt, wobei sich herausstellte, daß sie eine längere Betriebsdauer und eine größere Bruchfestigkeit aufwies, im Vergleich mit der Hartlegierungsvollwalze der Beispiele 1 und 3.

Vorstehend ist das erfindungsgemäße Verbundteil sowie das Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Der Bereich der Anwendung der Erfindung umfaßt alle Verbundwerkzeuge, die durch Verschweißen einer Hartlegierung mit einem Stahl- oder Gußeisenteil erhalten werden, beispielsweise Warmwalzwalzen, Stahlschneidespaltscheren, Bohrer, Stanzstempel, Kaliberdruck, Gesenkmatrize usw.

. fider --' s-roh

Claims

Patentanwöft·

Dipl.-/ng. E. Eder

Dipl.-Ing. K. Schieschke

Mönchen 40, Elisabeths*. 34

Sumitomo Electric Industries, Ltd.

Osaka

Japan

Verschleißfestes Verbundteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Patentansprüche

Verschleißfestes Verbundteil, das eine Hartlegierung und ein Stahlteil umfaßt, dadurch gekennzeichnet daß die Hartlegierung und das Stahlteil direkt aneinander anstoßen, wobei ein Teil oder die gesamte Grenzfläche auf der Seite des Stahls, die durch einen Strahl mit hoher Energie spaltförmig geschmolzen ist, an der Grenzfläche mit der Seite der Hartlegierung verschweißt ist.
2. Verschleißfestes Verbundteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Verbundteil eine Warmwalzwalze ist, die einen Hartlegierungsrii.g mit einem an dessen Innenseite anstoßenden Stahlring umfaßt, wobei

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die Stoßfläche des Stahlrings weniger als 2 0 mm an beiden Enden in Richtung der Dicke des Stahlrings spaltförmig durch den Strahl mit hoher Energie geschmolzen und an die Grenzfläche auf der Seite der Hartlegierung geschweißt ist.
3. Verschleißfestes Verbundteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartlegierung hauptsächlich aus WC mit einem Bindemittel von mehr als 10 Gew.-% besteht und das Stahlteil einen Kohlenstoffgehalt unter 0,5 Gew.-% aufweist, wobei das Stahlteil bis auf die Stoßfläche aufgekohlt und abgeschreckt ist, um ihm eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit zu verleihen.
4. Verschleißfestes Verbundteil zur Verwendung bei Warmwalzwalzen oder Spaltscheren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahlring mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von

3 bis 10 χ 10"⁶ cm/⁰C bis 300⁰C oder ein Gußeisenring

2 mit einer Elastizitätsgrenze unter 50 kg/mm oder ein Ring aus einem Metall, wie Cu, Ni, Co^, in einem Hartlegierungsring angeordnet ist, so daß dessen Innenseite direkt anstößt, wobei ein Stahlring, der eine größere Verschleißfestigkeit als dieser Ring aufweist, in dem besagten Stahlring oder Gußeisenring angeordnet ist, so daß deren Innenseite direkt anstößt, wobei die Hartlegierung und der erste Stahlring verschweißt sind durch spaltförmiges teilweises oder ganzes Schmelzen der Grenzfläche auf der Seite des besagten Stahlrings mit einem Strahl hoher Energie und der erste und der zweite Ring gleichfalls verschweißt sind durch Schmelzen von deren Grenzfläche mit einem Strahl hoher Energie.
5. Verschleißfestes Verbundteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Entgasungsnuten an der Grenzfläche zwischen dem Stahlteil und der Hartlegierung vorgesehen sind, wobei die Grenzfläche durch Anwendung eines Strahls hoher Energie verschweißt ist.

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6. Verschleißfestes Verbundteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl hoher Energie ein Elektronenstrahl oder ein Laserstrahl ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Verbundteils, das eine Hartlegierung und ein Stahlteil umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartlegierung und das Stahlteil unter Passung oder dergleichen direkt aneinander gepreßt werden und ein Strahl hoher Energie in einer nicht oxidierenden Atmosphäre oder im Vakuum so eingesetzt wird, daß er sowohl auf die Hartlegierung wie das Stahlteil am Ende von deren Grenzfläche oder zumindest innerhalb von 0,5 mm auf der Seite des Stahlteils einwirkt, wobei ein Teil oder die gesamte Grenzfläche auf der Seite des Stahlteils spaltförmig geschmolzen wird, wodurch die Hartlegierung und das Stahlteil verschweißt werden.
8. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Verbundteils, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahlring mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3 bis 10x10 cm/⁰C bis 300⁰C und ein Gußeisenring mit einer Elastizi-

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tätsgrenze unter 50 kg/mm oder ein Cu-, Ni- oder Co-Ring in einen Kontakt mit der Innenseite eines Hartlegierungsrings gebracht werden, wobei ein Strahl mit hoher Energie in einer nicht oxidierenden Atmosphäre oder im Vakuum so eingesetzt wird, daß er sowohl auf die Hartlegierung wie das Stahlteil am Ende von deren Grenzfläche einwirkt, wobei ein Teil der Grenzfläche auf der Seite des Stahls zum Schmelzen gebracht wird, um die Hartlegierung und das Stahlteil zu verschweißen, wobei ein Stahlring mit einer hohen Härte und einer hohen Verschleißfestigkeit in Berührung mit der Innenseite des besagten Stahlrings gebracht wird, wobei dessen Grenzfläche mit einem Strahl hoher Energie verschweißt wird.
9. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Verbundteils nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet/ daß vorher Entgasungsnuten an der Grenzfläche zwischen dem Stahlteil und der Hartlegierung vorgesehen werden, wobei die Grenzfläche durch Anwendung eines Strahles hoher Energie unter Entfernung des darin gebildeten Gases verschweißt wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Verbundteils nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl hoher Energie ein Elektronenstrahl oder ein Laserstrahl ist.

Patentanwalt·

Dipl.-Ing. E. Eder

Dipl.-Ing. K.#chieschke

8000 München JMßlisabetnstr. 34