DE3305633C2

DE3305633C2 -

Info

Publication number: DE3305633C2
Application number: DE3305633A
Authority: DE
Inventors: Uldis Freeport N.Y. Us Pauga
Original assignee: Eutectic Corp
Current assignee: Eutectic Corp
Priority date: 1982-09-29
Filing date: 1983-02-18
Publication date: 1993-05-06
Also published as: IN158608B; GB8303907D0; CA1192623A; MX159847A; GB2127846A; GB2127846B; FR2533481B1; FR2533481A1; BR8301103A; DE3305633A1; US4430122A

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufschweißelektrode auf Eisenbasis mit hohem Borgehalt aus einer Hülle aus Flußstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0,25% und einem Kern aus einem Gemisch aus Legierungskomponenten und Flußmittelbestandteilen, in solchen Mengenanteilen, daß die Fülldrahtelektrode eine solche Gesamtzusammensetzung hat, daß sie besteht aus

0,375 bis 1,2 Gew.-% Kohlenstoff
4,5 bis 6 Gew.-% Bor
1,5 bis 3,2 Gew.-% Mangan
1,5 bis 2,75 Gew.-% Nickel
1,3 bis 2,25 Gew.-% Silicium
2 bis 6 Gew.-% Flußmittel, das mit den Legierungskomponenten verträglich ist,und
Rest Eisen,

sowie deren Verwendung zum Aufbringen einer Aufschweißlegierung auf Eisenbasis mit hohem Borgehalt und mit hoher Härte und Verschleißfestigkeit.

Aufschweißelektroden auf Eisenbasis mit hohem Borgehalt in Form einer Fülldrahtelektrode mit einer Hülle aus Flußstahl und einem Kern aus einem Gemisch aus Legierungskomponenten und Flußmittelbestandteilen sind bereits bekannt. Nach den Angaben im "ASM Metals Handbook (8. Ausgabe 1971), Band 6, Seiten 26-29, werden sie hergestellt aus einem Band aus Flußstahl, d. h. einem Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt, das durch Konturformwalzen in eine Form mit U-förmigem Querschnitt gebracht wird, der dann mit einer vorgegebenen Mischung aus einem Flußmittel und Legierungsbestandteilen in Pulverform gefüllt wird. Dieser gefüllte Strang passiert dann Verschlußwalzen, die das Ganze mechanisch unter Einschluß des Kernmaterials in die Form eines Rohres bringen, dessen Querschnitt durch Ziehen verkleinert werden kann. Die auf diese Weise hergestellten Fülldrahtelektroden können gewünschtenfalls gebrannt werden. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Fülldrahtelektroden mit unterschiedlichen Größen hergestellt werden, aus denen leicht eine Wicklung oder ein Spulenkörper geformt werden kann.

Bei der Herstellung dieser Aufschweißelektroden in Form von Fülldrahtelektroden ist es wichtig, daß die daraus hergestellte Aufschweißlegierung nach der Abkühlung aus dem schmelzflüssigen Zustand beständig gegen Rißbildung ist. Je härter die Aufschweißschmelze ist, desto größer ist die Neigung zur Rißbildung während der Abkühlung.

Es ist bekannt, für derartige Aufschweiß- bzw. Fülldrahtelektroden Legierungen auf Eisenbasis zu verwenden, die Kohlenstoff, Bor, Mangan und Silicium enthalten. In der Druckschrift S.N. Levitskii, "Welding Production", 1977, Band 24, Nr. 7, S. 29, ist eine Fülldrahtelektrode mit einer Hülle aus Flußstahl und einem Kern aus einem Gemisch aus Legierungskomponenten und Flußmittelbestandteilen beschrieben, die 0,8 Gew.-% Kohlenstoff, 1,8 Gew.-% Silicium, 2,0 Gew.-% Mangan, 5,8 Gew.-% Bor und als Rest Eisen enthält. Diese bekannte Fülldrahtelektrode enthält jedoch kein Nickel und unterscheidet sich damit grundlegend von der erfindungsgemäßen Fülldrahtelektrode. Darüber hinaus führt ihre Verwendung zu einer Aufschweißlegierung, die zu einer unerwünschten Rißbildung neigt.

Aus US-PS 41 22 238 ist eine Fülldrahtelektrode aus einer Metallhülle und einem Flußmittelkern bekannt, wobei letzterer besteht aus einer ersten Legierung aus mindestens 4 Metallen aus der Gruppe Aluminium, Titan, Zirkonium und Bor, dem Schweißverbesserungsmittel Magnesium oder Mangan, einer zweiten Legierung aus Eisen und Mangan oder Magnesium und einer dritten Legierung aus Eisen und Silicium, sowie zusätzlich Titandioxid.

Diese bekannte Fülldrahtelektrode ist mit der erfindungsgemäßen Fülldrahtelektrode nicht vergleichbar, da sie kein Nickel enthält.

Aus DE-OS 15 58 907 ist eine Fülldrahtelektrode bekannt, die aus einer Stahlhülle und einem Metallpulvergemisch als Kern besteht, wobei das Metallpulvergemisch besteht aus 4,1 bis 6 Gew.-% Kohlenstoff, 40 bis 60 Gew.-% Chrom, 2 bis 4 Gew.-% Bor, 0,3 bis 2 Gew.-% Mangan, 0 bis 8 Gew.-% Nickel, höchstens 0,8 Gew.-% Silicium und Rest Eisen.

Abgesehen davon, daß der Kern dieser bekannten Fülldrahtelektrode Chrom enthält, das in der erfindungsgemäßen Fülldrahtelektrode nicht enthalten ist, ist der Kohlenstoffgehalt dieser bekannten Fülldrahtelektrode wesentlich höher und der Borgehalt ist deutlich niedriger als in der erfindungsgemäßen Fülldrahtelektrode.

Allen bekannten Fülldrahtelektroden ist gemeinsam, daß sie bei ihrer Verwendung zur Herstellung einer Aufschweißlegierung zur Rißbildung neigen.

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Aufschweißelektrode zu schaffen, bei der die Neigung zur Rißbildung während der Abkühlung aus dem Schmelzzustand deutlich geringer ist als bei den bekannten Legierungen und die eine hohe Härte aufweist in Kombination mit einer verbesserten Verschleißfestigkeit.

Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann mit einer Aufschweißelektrode auf Eisenbasis mit hohem Borgehalt, die besteht aus
einer Hülle aus Flußstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0,25% und
einem Kern aus einem Gemisch aus Legierungskomponenten und Flußmittelbestandteilen in solchen Mengenanteilen, daß die Fülldrahtelektrode eine solche Gesamtzusammensetzung hat, daß sie besteht aus:

0,375 bis 1,2 Gew.-% Kohlenstoff
4,5 bis 6 Gew.-% Bor
1,5 bis 3,2 Gew.-% Mangan
1,5 bis 2,75 Gew.-% Nickel
1,3 bis 2,25 Gew.-% Silicium
2 bis 6 Gew.-% Flußmittel, das mit den Legierungskomponenten verträglich ist, und
Rest Eisen.

Aus der erfindungsgemäßen Aufschweißelektrode läßt sich eine Aufschweißlegierung auf Eisenbasis mit hohem Borgehalt und mit hoher Härte und Verschleißfestigkeit herstellen, die außerordentlich beständig ist gegen Rißbildung.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat die Aufschweißelektrode die folgende Gesamtzusammensetzung:

0,45 bis 0,7, vorzugsweise 0,575 Gew.-% Kohlenstoff
4,75 bis 5,75, vorzugsweise 5,5 Gew.-% Bor
1,7 bis 2,75, vorzugsweise 2,1 Gew.-% Mangan
1,7 bis 2,3, vorzugsweise 1,9 Gew.-% Nickel
1,45 bis 1,9, vorzugsweise 1,5 Gew.-% Silicium
3 bis 5, vorzugsweise 4 Gew.-% Flußmittel und
Rest Eisen.

Das Flußmittel der erfindungsgemäßen Aufschweißelektrode besteht vorzugsweise aus:

0,2 bis 1,4 Gew.-% Flußspat
0,4 bis 1,0 Gew.-% Rutil
0,2 bis 0,6 Gew.-% Aluminium und
1,5 bis 2,5 Gew.-% Magnetit sowie gegebenenfalls
bis zu 1 Gew.-% Feldspat
bis zu 1 Gew.-% Kryolith und
bis zu 0,6 Gew.-% Al₂O₃.

Wenn der Anteil des Flußmittels in der erfindungsgemäßen Aufschweißelektrode 3 bis 5 Gew.-% beträgt, hat das Flußmittel vorzugsweise die folgende Zusammensetzung:

0,8 bis 1,2 Gew.-% Flußspat
0,8 bis 1,0 Gew.-% Rutil
0,3 bis 0,5 Gew.-% Aluminium und
1,8 bis 2,0 Gew.-% Magnetit sowie gegebenenfalls
0,5 bis 1 Gew.-% Feldspat
0,4 bis 1 Gew.-% Kryolith und
0,2 bis 0,6 Gew.-% Al₂O₃.

Wenn der Anteil des Flußmittels in der erfindungsgemäßen Aufschweißelektrode 4 Gew.-% beträgt, hat das Flußmittel die folgende Zusammensetzung:

1,1 Gew.-% Flußspat
0,8 Gew.-% Rutil
0,4 Gew.-% Aluminium und
0,6 bis 0,8 Gew.-% Feldspat
0,8 bis 1 Gew.-% Kryolith und
0,3 bis 0,5 Gew.-% Al₂O₃.

Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Aufschweißelektrode mit der vorstehend angegebenen Zusammensetzung zum Aufbringen einer Aufschweißlegierung auf Eisenbasis mit hohem Borgehalt und mit hoher Härte und Verschleißfestigkeit, die besteht aus

0,4 bis 0,8, vorzugsweise 0,5 bis 0,7, insbesondere 0,6 Gew.-% Kohlenstoff
4,8 bis 6,2, vorzugsweise 5,0 bis 5,6, insbesondere 5,2 Gew.-% Bor
1,6 bis 3,0, vorzugsweise 1,8 bis 2,2, insbesondere 2 Gew.-% Mangan
1,6 bis 2,8, vorzugsweise 1,8 bis 2,4, insbesondere 2 Gew.-% Nickel,
1,4 bis 2,4, vorzugsweise 1,5 bis 1,8, insbesondere 1,8 Gew.-% Silicium und
Rest Eisen.

Die erfindungsgemäße Aufschweißelektrode, die in Form einer Fülldrahtelektrode vorliegt, läßt sich herstellen als kontinuierliche Fülldrahtelektrode aus einem Flußstahlband mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0,25% durch Rollverfahren des Flußstahlbandes zu einem kreisförmigen Querschnitt, der den Kern der Fülldrahtelektrode aus einem Gemisch aus den Legierungskomponenten und den Flußmittelbestandteilen umschließt. Die Gesamtzusammensetzung des Füllungsmaterials Flußmittelbestandteile + Legierungskomponenten) ist so, daß die daraus hergestellte Aufschweißlegierung lufthärtend ist.

Die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Aufschweißelektrode herstellbare Aufschweißlegierung ist charakterisiert durch eine extrem hohe Härte, eine außergewöhnliche abrasive und adhäsive Verschleißfestigkeit bei Umgebungstemperaturen, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und darüber hinaus durch eine gute Hämmerbarkeit oder Zähigkeit, da sie frei von jeglicher Rißbildung ist. Die erfindungsgemäße Aufschweißelektrode läßt sich wirksam und geschmeidig verarbeiten sowohl bei Gleichstrom als auch bei Wechselstrom und die sehr hohe Härte und Verschleißfestigkeit der daraus hergestellten Aufschweißlegierung läßt sich erreichen über einen breiten Bereich von Schmelzbedingungen, wie Spannung, Stromstärke, Masse, Temperatur, Zusammensetzung der Trägeroberfläche und dgl.

Die hohe Härte und Verschleißfestigkeit der unter Verwendung der erfindungsgemäßen Aufschweißelektrode hergestellten Aufschweißlegierung ist, wie angenommen wird, zurückzuführen auf den hohen Volumenanteil von darin gleichmäßig verteilten, extrem harten, prismatischen Boriden, die in der durch die C, Mn, Si und Ni-Feststofflösung verstärkten Eisenmatrix dispergiert sind. Bezüglich der prismatischen Gestalt und der kristallographischen Verteilung der Boridteilchen wird angenommen, daß diese zu der außergewöhnlich hohen Verschleißfestigkeit der Schmelze führen, und zwar durch bevorzugte Bereitstellung einer größeren Oberfläche der wirksame Hartphase als Verschleißfläche. Die Zugabe von Nickel zu der Legierung trägt wesentlich zur Verbesserung der Härte der (Fe, Ni)-Boride und der Matrix bei und verleiht der Matrix die gewünschte Hämmerbarkeit und Zähigkeit und fördert die Vermeidung von Sprödspannungsrissen während der Abkühlungsphase der Schmelze und dadurch wird auch das Abplatzen der unter Beanspruchung befindlichen Schmelze verhindert.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Aufschweißelektrode können die Flußmittelkomponenten, die mit den Legierungskomponenten verträglich sind, etwa 2 bis 6 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung der Aufschweißelektrode (einschließlich der Flußstahlhülle) ausmachen.

Da die Flußmittelbestandteile nicht in meßbarem Umfang in die Legierungszusammensetzung eingehen, macht die Gesamtlegierungszusammensetzung einschließlich der Hülle aus dem Flußstahl, der sich mit den Legierungskomponenten im Kern legiert, etwa 94 bis 98% des Gesamtgewichts der Aufschweißelektrode aus. Dies ist selbstverständlich bei der vorherigen Festlegung der Zusammensetzung der unter Verwendung der erfindungsgemäßen Aufschweißelektrode hergestellten Aufschweißlegierung in Rechnung zu stellen, wobei vorausgesetzt wird, daß alle Legierungsbestandteile in der Endschmelze enthalten sind.

Wenn das Flußmittel etwa 4 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung ausmacht, besteht der Rest aus den Legierungsbestandteilen einschließlich des Flußstahls der Hülle.

Nachstehend sind die verschiedenen Zusammensetzungen der erfindungsgemäßen Aufschweißelektrode (Fülldrahtelektrode) in Gew.-% angegeben.

Zusammensetzung der Aufschweißelektrode (Fülldrahtelektrode)

Die Gehalte an den Legierungsbestandteilen sind in elementarer Form angegeben, obgleich einige der Legierungsbestandteile in Form von Metallegierungen zugegeben werden, wie vorstehend angegeben.

Das Flußmittel, das etwa 2 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 5 Gew.-%, insbesondere 4 Gew.-%, der Gesamtzusammensetzung ausmacht, hat die nachstehend angegebene Zusammensetzung, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung der Aufschweißelektrode (Fülldrahtelektrode):

Wahlweise können auch ein oder mehrere der folgenden Flußmittelbestandteile zugegeben werden:

bis zu etwa 1, vorzugsweise 0,5 bis 1% Feldspat
bis zu etwa 1, vorzugsweise 0,4 bis 1% Kryolith
bis zu etwa 0,6, vorzugsweise 0,2 bis 0,6% Al₂O₃.

Ein besonders bevorzugter Bereich ist der folgende:

0,6 bis 0,8, speziell etwa 0,8% Feldspat
0,8 bis 1, speziell 0,8% Kryolith und
0,3 bis 0,5, speziell 0,4% Al₂O₃.

Allgemein können einige der Legierungskomponenten in solchen Mengen in der Aufschweißelektrode enthalten sein, daß sie die Eigenschaften der daraus hergestellten Aufschweißlegierung nicht nachteilig beeinflussen. Dies gilt beispielsweise für Restmengen an Silicium, Mangan, Kohlenstoff und Eisen sowie der Wahlkomponente Titan, die bei der Bestimmung der Gesamtzusammensetzung der Legierung berücksichtigt werden können. Nachstehend werden einige Beispiele für Zusammensetzungen von erfindungsgemäßen Aufschweißelektroden (Fülldrahtelektroden) bzw. der unter ihrer Verwendung hergestellten Aufschweißlegierungen, die z. T. zusätzlich Titan als Wahlkomponente enthalten, angegeben.

Zusammensetzung der Aufschweißelektrode (Fülldrahtelektrode) in Gew. %

Zusammensetzung der Aufschweißlegierung in Gew.-%

Härte und Verschleißfestigkeit der Aufschweißlegierung

Der Verschleiß wurde bestimmt nach US-PS 40 13 453 unter Verwendung eines Drehgelenksystems, bestehend aus einem drehbar gelagerten Arm, der ein vorgegebenes Gewicht trägt, um eine Kraft auf das entgegengesetzte Ende des Drehgelenksystems auszuüben, das ein L-förmiges Element aufweist, das an einer rotierenden Scheibe anliegt mit der zu untersuchenden Probe, die an der Frontfläche des L-förmigen Elements angeordnet ist. Schleifteilchen aus SiO₂ oder SiC werden aus einem Behälter zwischen die Probe und die Scheibe und damit in Kontakt gebracht und der Verschleiß wird ermittelt aus dem abgeschliffenen Probenvolumen. Je geringer das abgeschliffene Probenvolumen ist, um so höher ist die Verschleißfestigkeit.

Claims

1. Aufschweißelektrode auf Eisenbasis mit hohem Borgehalt aus einer Hülle aus Flußstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0,25% und
einem Kern aus einem Gemisch aus Legierungskomponenten und Flußmittelbestandteilen in solchen Mengenanteilen, daß die Fülldrahtelektrode eine solche Gesamtzusammensetzung hat, daß sie besteht aus:
0,375 bis 1,2 Gew.-% Kohlenstoff
4,5 bis 6 Gew.-% Bor
1,5 bis 3,2 Gew.-% Mangan
1,5 bis 2,75 Gew.-% Nickel
1,3 bis 2,25 Gew.-% Silicium
2 bis 6 Gew.-% Flußmittel, das mit den Legierungskomponenten verträglich ist, und
Rest Eisen.

2. Aufschweißelektrode nach Anspruch 1, deren Gesamtzusammensetzung besteht aus:
0,45 bis 0,7 Gew.-% Kohlenstoff
4,75 bis 5,75 Gew.-% Bor
1,7 bis 2,75 Gew.-% Mangan
1,7 bis 2,3 Gew.-% Nickel
1,45 bis 1,9 Gew.-% Silicium
3 bis 5 Gew.-% Flußmittel und
Rest Eisen.

3. Aufschweißelektrode nach Anspruch 1 oder 2, die besteht aus:
0,575 Gew.-% Kohlenstoff
5,5 Gew.-% Bor
2,1 Gew.-% Mangan
1,9 Gew.-% Nickel
1,5 Gew.-% Silicium
4 Gew.-% Flußmittel und
Rest Eisen.

4. Aufschweißelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Flußmittel besteht aus:
0,2 bis 1,4 Gew.-% Flußspat
0,4 bis 1,0 Gew.-% Rutil
0,2 bis 0,6 Gew.-% Aluminium und
1,5 bis 2,5 Gew.-% Magnetit sowie gegebenenfalls
bis zu 1 Gew.-% Feldspat
bis zu 1 Gew.-% Kryolith und
bis zu 0,6 Gew.-% Al₂O₃.

5. Aufschweißelektrode nach Anspruch 4, deren Flußmittel bei einem Anteil von 3-5 Gew.-% besteht aus:
0,8 bis 1,2 Gew.-% Flußspat
0,8 bis 1,0 Gew.-% Rutil
0,3 bis 0,5 Gew.-% Aluminium und
1,8 bis 2,0 Gew.-% Magnetit sowie gegebenenfalls
0,5 bis 1 Gew.-% Feldspat
0,4 bis 1 Gew.-% Kryolith und
0,2 bis 0,6 Gew.-% Al₂O₃.

6. Aufschweißelektrode nach Anspruch 5, deren Flußmittel bei einem Anteil von 4 Gew.-% besteht aus:
1,1 Gew.-% Flußspat
0,8 Gew.-% Rutil
0,4 Gew.-% Aluminium und
1,9 Gew.-% Magnetit sowie gegebenenfalls
0,6 bis 0,8 Gew.-% Feldspat
0,8 bis 1 Gew.-% Kryolith und
0,3 bis 0,5 Gew.-% Al₂O₃.

7. Verwendung der Elektrode nach den Ansprüchen 1 bis 6 zum Aufbringen einer Aufschweißlegierung auf Eisenbasis mit hohem Borgehalt und mit hoher Härte und Verschleißfestigkeit, die besteht aus:
0,4 bis 0,8 Gew.-% Kohlenstoff
4,8 bis 6,2 Gew.-% Bor
1,6 bis 3,0 Gew.-% Mangan
1,6 bis 2,8 Gew.-% Nickel
1,4 bis 2,4 Gew.-% Silicium und
Rest Eisen.

8. Verwendung nach Anspruch 7, wobei die Aufschweißlegierung besteht aus:
0,5 bis 0,7 Gew.-% Kohlenstoff
5,0 bis 5,6 Gew.-% Bor
1,8 bis 2,2 Gew.-% Mangan
1,8 bis 2,4 Gew.-% Nickel
1,5 bis 1,8 Gew.-% Silicium und
Rest Eisen.

9. Verwendung nach Anspruch 8, wobei die Aufschweißlegierung besteht aus:
0,6 Gew.-% Kohlenstoff
5,2 Gew.-% Bor
2 Gew.-% Mangan
2 Gew.-% Nickel
1,8 Gew.-% Silicium und
Rest Eisen.