DE3310038A1 - Verfahren zur herstellung eines vornehmlich auf abrasiv-verschleiss beanspruchten verbundkoerpers - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines vornehmlich auf abrasiv-verschleiss beanspruchten verbundkoerpersInfo
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Description
«· *» mn
FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG IN ESSEN
Verfahren zur Herstellung eines vornehmlich auf Abrasiv-Verschleiß
beanspruchten Verbundkörpers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen Verbundkörpers, der in den
beanspruchten Zonen aus einer Metallmatrix besteht, in die Hartstoffe und/oder Hartmetalle einer Körnung
von 0,1 bis 5 mm eingelagert sind.
Ein solcher Verbundwerkstoff ist z. B. aus der DE-PS 29 19 477 bekannt: Dieser Werkstoff besteht aus
einer gesinterten oder gegossenen Metallmatrix aus
1 bis 4 Gew.-% C, 0,3 bis 0,6 Gew.-% Si, 0,5 bis 1,5
Gew.-% Mn, 0,8 bis 2,8 Gew.-% V, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Cr,
2 bis 10 Gew.-% W, 0,01 Gew.-% Al, Rest Fe und besitzt
eine Ausgangseinwaage an Hartstoff bzw. Hartmetall zu der Metallmatrix im Verhältnis von 1:5. Unter den
Hartstoffen bzw. Hartmetallen versteht man Carbide, Nitride, Boride, Silicide und Oxide als Träger der
Härte bzw. Gußlegierungen auf Co-Cr-W-C~B-Basis und die mit Co gesinterten Hartmetalle auf der Basis
Wolframcarbide und/oder Titancarbid bzw. Tantalcarbid.
Die Körnung der Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen soll 0,5 bis 5 mm betragen.
Zur Herstellung dieses Verbundwerkstoffes wird ein Gußverfahren
vorgeschlagen. Dagegen ist die Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes durch Sintern schwierig.
Es hat sich zudem herausgestellt/ daß sich die verschleißbeständigen
Verbundwerkstoffe nicht immer zufriedenstellend mit den Werkzeugen» auf denen sie aufgebracht
werden sollten, verschweißen bzw. verlöten lassen. In Einzelfällen führt die durch Schweißen und
Löten herstellbare Verbindung zu einem frühen Ablösen der verschleißhemmenden Schicht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen der Werkzeugform, auf die der Verbundwerkstoff aufgetragen
werden soll, entsprechenden, gut lot- und/oder schweißbaren
Verbundkörper zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch folgendes Verfahren gelöst:
In eine Kapsel, deren Innenraum die Negativkontur des herzustellenden Verbundwerkstoffes aufweist, wird zunächst
eine pulverförmige Mischung aus dem Stoff der Metallmatrix und der Hartstoffe und/oder der Hartmetalle
im Verhältnis 5 : 3. bis 10 : 7, vorzugsweise 3 : 2 eingefüllt. Darüber wird mindestens eine weitere
Pulverschicht aus lot- und/oder schweißbarem Metall gegeben. Die Kapsel wird verschweißt, evakuiert, ausgeheizt
und in vakuumdichtem Verschluß einem heißisostatischen ]?reßvorgang in Anwesenheit von Inertgasen
oder solchen Gasen, die zur Auflegierung der Matrix beitragen können, unterzogen.
Vorteilhafterweise ist es mit diesem Verfahren möglich, stark unterschiedliche Maschinenteile miteinander zu verbinden.
So sind z. B. schweißbare und nichtschweißbare Werkstoffkomponenten, wie Stahl und Stahlguß eines
Maschinenelementes, miteinander verbindbar. Der verschleißbeständige Verbundwerkstoff läßt sich gut auf
dem Werkzeug, das gegen Abrasion geschützt werden soll,
aufbringen. Insbesondere ist das Bauteil im nicht gepanzerten Bereich auch spanabhebend bearbeitbar.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Arbeitsgänge des Herstellens des verschleißbean-
.5 spruchten Verbundkörper und des AufSchweißens auf
das Bauteil miteinander verbunden werden. Entsprechend wird dann zunächst das lötbare und/oder das schweißbare
Metall in Pulverform eingefüllt, dann.ggf. darauf eine weitere Metallpulverschicht und schließlich die
pulverförmige Mischung aus Metall und Hartstoff und/oder
Hartmetall zugegeben.
Bevorzugt werden als Stoffe der mit Hartmetall und/oder mit Hartatoffeinlagerungen versehenen Metallmatrix folgende
Zusammensetzungen verwendet:
Insbesondere Stahlkies mit der Zusammensetzung: 0/75 Gew.-% C/ 0,1 - 0,3 % Si, 0,1 - 0,3 % Mn,
Rest Fe;
Manganhartstahl einer Zusammensetzung von 1,2 % C, 12 % Mn, Rest Fe [x 120 Mn 12];
Werkzeugstahl einer Zusammensetzung von 1,2 % C, 13 % Cr, Rest Fe [x 120 Cr 13];
insbesondere Schnellarbeitsstahl mit 0,85 % C, 6 % W, 5 % MO, 4 % Cr, 2 % V,
Rest Fe [s 6-5-2];
Nickel-Legierungen und/oder kaltzähe Stähle mit 3 - 14 % Ni [x 2 CrNiMoN 18 12]. .
Nach einer Weiterbildung der Erfindung besitzt das Metallpulver eine Körnung von 0,2 bis 3 mm, vorzugsweise
1 bis 1/5 mm. Des weiteren wird zweckmäßigerweise als lot- und/oder schweißfähiger Stoff Stahl
verwendet.
Das im Prinzip nach dem Stand der Technik bekannte heißisostatische
Pressen wird bevorzugt bei Temperaturen zwischen 800 und 1300 0C, bei Drücken zwischen 1000 und
5000 bar über 1 bis 5 h durchgeführt, insbesondere bei 1000 0C und 1500 bar über zwei Stunden. Die Verdichtung
beim heißisostatischen Pressen wird grundsätzlich in Gegenwart von Inertgasen, z. B. Argon, durchgeführt.
Allerdings können in Sonderfällen auch Stickstoff und andere nicht inerte Gase, wie beispielsweise kohlenstoffhaltige
Gase nicht nur als Druckmedium, sondern auch als Legierungsmittel zur Metallmatrix-Modifizierung verwendet werden (Auflegierung).
Die Verschleißbeständigkeit des Verbundwerkstoffes ist erfahrungsgemäß dann am größten, wenn Hartstoff- und/
oder Hartmetallteilchen einer Körnung von 0,5 bis 1,5 mm verwendet werden, da diese am wenigsten zum Ausbrechen
neigen. Als Hartstoffe werden bevorzugt Wolframcarbide vom WC-Typ, W-C-Typ sowie TiC und TaC verwendet. Auch
sind kubische Mischcarbide vom [w,Ti,Ta,Nb]c-Typ von Interesse.
Die erfindungsgemäßen Abrasiv-verschleißbeständigen Verbundkörper bieten sich insbesondere zur Verwendung
bei Werkzeugen, bei denen hochverschleißbeständige Kanten und Ecken gefordert werden, an. Solche Werkzeuge
sind z. B. Baggerzähne, Verschleißelemente wie Schlegel
und Hammer in Mühlen, Hämmerbacken, Umlenkverschleißplatten
in der Fördertechnik, Wurfschaufeln für Strahlapparate
, Panzerungen in oder auf Matrizenplatten und ähnlichen.
Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß bei Maschinenteilen an verschleißbeanspruchten Ecken oder Kanten durch
das erfindungsgemäße Verfahren Verschleiß-hemmende
Panzerungen aufgetragen werden konnten, wobei sich die Hartmetall/Stahl-Pulverfüllung beim heißisostatischen Pressen über Diffusionsvorgänge und/oder durch An-
Panzerungen aufgetragen werden konnten, wobei sich die Hartmetall/Stahl-Pulverfüllung beim heißisostatischen Pressen über Diffusionsvorgänge und/oder durch An-
lösungsvorgänge rißfrei mit dem Bauteil verbunden haben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1a und 1b in jeweils schematischer Darstellung
eine Kapsel zum heißisostatischen
Pressen in perspektivischer Ansicht ohne und in Querschnittsansicht mit Füllung
Pressen in perspektivischer Ansicht ohne und in Querschnittsansicht mit Füllung
und
Fig. 2a und 2b ein Werkzeugteil mit aufgebrachter
verschleißbeständiger Verbundwerkstoffschicht in perspektivischer
und in Querschnittsansicht.
und in Querschnittsansicht.
Die in Fig. 1a dargestellte Kapsel 1 aus Blech, deren Innenraum die Negativkontur des in Positivkontur herzustellenden
Verbundwerkstoffes aufweist, besitzt einen
- * Λ ■
abnehmbaren Deckel 2 und einen Stutzen 3 zur Evakuierung
der Kapsel.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kapsel 1 zunächst mit einer pulverförmigen
Mischung von Stahlpulver, wie oben näher beschrieben, und Hartstoffen, die im Verhältnis 3 : 2 gemischt sind,
gefüllt. Auf diese Schicht 4 wird ein Metallpulver derselben Zusammensetzung in derselben Schichtdicke gefüllt,
das der Zusammensetzung nach dem für die untere Schicht Verwendeten Metallpulver entspricht. Auf diese
Schicht 5 wird eine ebenso große Schicht 6 aus Eisenpulver gefüllt.
Anschließend wird der Deckel 2 verschlossen, mit der Kapsel 1 verschweißt, die Kapsel 1 dann über den
Stutzen 3 evakuiert und aufgeheizt. Anschließend wird die Zuführung über Stutzen 3 abgetrennt und die Kapsel 1
vakuumdicht verschlossen. Die Kapsel 1 wird nunmehr in einer heißisostatischen Verdichtungsanlage zwei Stunden
bei 1000 0C und 1500 bar Argon dem Verdichtungsprozeß
ausgesetzt. Hierbei erfolgt die Verdichtung in den einzelnen. Schichten bis zur theoretischen Kristalldichte
der jeweiligen Werkstoffkomponente. Bei dem hergestellten Werkstoff sind die einzelnen Schichten 4, 5 und 6
durch Diffusions- und/oder.Anlösungsvorgänge fest miteinander
verbunden, wobei vorteilhafterweise die reine Stahlschicht gut mit dem Maschinenteil, auf das der
verschleißfeste Verbundwerkstoff aufgebracht werden soll, verschweißbar ist (Fig. 1b) .
Das in Fig. 2a und 2b dargestellte Werkzeugteil 7 besitzt
eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufge-
brachte verschleißbeständige Verbundwerkstoffschicht,
die hier aus Teilen 8 und 9 bestehend dargestellt worden ist. Der Teil 8 enthält die in die Metallmatrix
eingebetteten Hartmetall- und/oder Hartstoffteilchen.
Die Zusammensetzung der verschleißbeständigen Verbundwerkstoffschicht entspricht der in dem vorigen Beispiel
beschriebenen. '.
Die Dicke der einzelnen Schichten richtet sich nach dem Bedarfsfall/ in der Regel dürfte die verschleißbeständige
Schicht aus der Metallmatrix mit eingebetteten Hartmetall- und/oder Hartstoffteilchen 10 bis 40 mm
dick sein, die "übrigen Schichten bzw. die Schicht aus
dem lot- und/oder schweißbaren Material können bzw. kann beliebig dick sein, eine im Hinblick auf die
Schweißbarkeit vorgegebene untere Grenze liegt bei etwa 5 mm.
- Leerseite
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung eines insbesondere auf Abrasiv-Verschleiß beanspruchten Verbundkörpers/ dessen
Trägermaterial, aus einem lot- und/oder schweißbaren
Metall besteht und der in den durch Verschleiß beanspruchten Zonen aus einer Metallmatrix besteht, in
der Komponenten aus Hartstoffen und/oder Hartmetallen mit einer Körnung von O,1 bis 5 mm eingelagert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß in eine der Positivkontur des herzustellenden Verbundkörpers
entsprechende Kapsel mindestens zwei Schichten eingefüllt werden, wovon mindestens eine Schicht aus
einer pulverförmigen Mischung aus schweiß- und/oder lötbarem Metall und eine Schicht aus einer Mischung
des schweiß- und/oder lötbaren Metalls mit Hartstoffen und/oder Hartmetallen im Verhältnis 5 : 3 bis 10 : 7,
vorzugsweise 3:2, besteht, die Kapsel verschweißt, evakuiert, ausgeheizt und vakuumdicht verschlossen
einem heißisostatischen Pressen in Anwesenheit von Inertgasen oder solchen Gasen, die zur Auflegierung
der Metallmatrix beitragen können, unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine
Schicht aus Metallpulver und die Schicht aus einer Mischung aus demselben Metallpulver und Hartstoffen
und/oder Hartmetall.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kapsel auf ein Maschinenteil, auf das eine verschleißbeständige Verbundwerkstoffschicht
aufgebracht werden soll, mit zum Maschinenteil offener Seite aufgeschweißt wird und die Metallpulverschicht
und schließlich die pulverförmig Mischung aus Metall
und Hartstoff und/oder Ha.rtmeta.il eingefüllt werden.
4. Verfahren nach Ansprüchen T bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als Stoff der mit Hartmetall und/oder Hartstoffeinlagerungen versehene Metallmatrix
und/oder der Metallpulverschicht Stahlkies einer Zusammensetzung von 0/75 Gew.-% C, 0,1 - 0,3 % Si,
0,1 - 0,3 % Mn, Rest Fe;
Manganhartstahl einer Zusammentsetzung von
1/2 % C, 12 % Mn, Rest Fe [x 120 Mn 12];
Werkzeugstahl einer Zusammensetzung von 1,2 % C, 13 % Cr, Rest Fe [x 120 Cr 13];
insbesondere Schneilarbeitsstahl mit 0,85 % C, 6 % W, 5 % Mo, 4 % Cr, 2 % V, Rest Fe [s 6-5-2];
Nickel-Legierungen und/oder kaltzähe Stähle mit 3 - 14 % Ni [X 2 CrNiMoN 18 12]
verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Metallpulver eine Körnung von 0,2 bis 3 mm, vorzugsweise 1 bis 1,5 mm, aufweist.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als lot- und/oder schweißfähiger Stoff
Stahl verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das heißisostatische Pressen bei Temperaturen
zwischen 800 C und 1300 C, bei Drücken zwischen
— j —
1000 und 5000 bar über 1 bis 5 h durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 7, gekennzeichnet durch die Verwendung von Edelgasen, Stickstoff
und/oder kohlenstoffhaltigen Gasen als Druckmedium.
9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen
einer Körnung von 0,5 bis 1,5 in.
10. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 9, gekennzeichnet
durch die Verwendung von Hartstoffen vom WC-Typ/
W-C-Typ, von TiC und TaC als Hartstoffen sowie von Carbidmischkristallen vom [w,Ti,Ta,Nb]c-Typ.
11. Verwendung des nach Ansprüchen 1 bis 10 hergestellten
Verbundwerkstoffes auf abrasiv beanspruchten Werkzeugen wie Baggerzähnen, Schlegeln und Hämmern in
Mühlen, auf Hämmerbacken, auf Umlenkverschleißplatten
in der Fördertechnik, auf Wurfschaufeln in Strahlapparaten
und/oder als Panzerung in oder auf Matrizenplatten.
Priority Applications (5)
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| FR8403740A FR2542649A1 (fr) | 1983-03-19 | 1984-03-12 | Procede de fabrication d'un corps composite expose a une usure, notamment par abrasion |
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| DE3310038A DE3310038C2 (de) | 1983-03-19 | 1983-03-19 | Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers |
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| DE3310038C2 DE3310038C2 (de) | 1985-05-09 |
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