DE3310038C2 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines VerbundkörpersInfo
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Abstract
Um einen gut löt- und/oder schweißbaren Verbundkörper zu schaffen, der ggf. der Werkzeugform, auf die er aufgetragen werden soll, angepaßt ist, wird vorgeschlagen, in eine der Positivkontur des herzustellenden Verbundkörpers entsprechende Kapsel mindestens eine Schicht einer pulverförmigen Mischung aus Metall und eine Schicht aus einer Mischung aus Metall und Hartstoffen und/oder Hartmetallen im Verhältnis 5 : 3 bis 10 : 7, vorzugsweise 3 : 2 einzufüllen, die Kapsel zu verschweißen, zu evakuieren, auszuheizen und vakuumdicht verschlossen einem heißisostatischen Pressen in Anwesenheit von Inertgas oder solchen Gasen, die zur Auflegierung der Metallmatrix beitragen können, zu unterziehen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines insbesondere auf Abrasiv-Verschleiß beanspruchten
Verbundkörpers aus einem lot- und/oder schweißbaren metallischen Grundkörper, der an den auf Verschleiß
beanspruchten Zonen Schutzschichten aufweist, die aus dem Werkstoff des Grundkörpers bestehen und
in denen Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 bis 5 mm eingelagert
sind.
Aus der DE-PS 29 19 477 ist ein verschleißbeständiger Verbundwerkstoff bekannt, der aus einer Metallmatrix
besteht, in die Hartstoffe und/oder Hartmetalle in körniger, stückiger Form eingelagert sind. Bei dem bekannten
Verbundwerkstoff besteht die gesinterte oder gegossene Metallmatrix aus 1 bis 4 Gew.-°/o C, 03 bis 0,6
Gew.-% Si, 0,5 bis U Gew.-% Mn,0,8 bis 2,8 Gew.-% V.
0,5 bis 1,5 Gew.-°/o Cr, 2 bis 10 Gew.-% W, 0,01 Gew.-%
Al und Rest Fe. Bei dem bekannten Verbundwerkstoff ist auch vorgesehen, daß die mit Hartstoffen und/oder
Hartmetallen versehene Metallmatrix mit einer hartstoff- bzw. hartmetallfreien Metallschicht verbunden ist.
Der Verbundwerkstoff kann nach dem in der DE-PS 29 19 477 vorgeschlagenen Verfahren dadurch hergestellt
werden, daß auf eine nach dem Erschmelzen in eine Form gegossene flüssige Metallegierung Hartmetall-
und/oder Hartstoffkörner von 0,5 bis 5 mm Größe unter gleichzeitiger Abkühlung der Schmelze gegeben
werden.
Aus der DE-PS 27 22 271 ist ein Verschleißteil bekannt, das aus mindestens zwei durch Verbundsinterung
miteinander verbundenen Abschnitten aus härtbaren Sinterlegierungen auf Eisen-, Nickel- oder Cobaltbasis
besteht, wobei der am höchsten auf Verschleiß beanspruchte Abschnitt den höchsten Gehalt an Titancarbid
in einer Menge von 25 bis 80% enthält und das Material des weniger auf Verschleiß beanspruchten Abschnitts
weniger oder sogar kein Titancarbid enthält Dieser Verbundkörper wird nach der DE-PS 27 22 271 dadurch
hergestellt, daß Mischungen der pulverförmigen Ausgangsstufe,
Metallcarbid und metallische Element der Matrixlegierung zunächst getrennt hergestellt urd in an
to sich bekannter Weise nacheinander in eine Preßform eingerüttelt und gepreßt werden, daß der Preßkörper
anschließend bei der jeweils niedrigsten Sintertemperatur der Werkstoffpaarung im Vakuum gesintert wird
und daß der Sinterkörper dann bei einem Druck von
is '000 bis 2000 bar in Anwesenheit eines gasförmigen
Druckmediums heißgepreßt wird. Aus der DE-PS 27 22 271 geht auch hervor, daß für die Schichten mit
unterschiedlichem Carbidgehalt der gleiche metallische Grundwerkstoff verwendet werden kann.
Es hat sich gezeigt, daß ein Verbundkörper, der aus
einem lot- und/oder schweißbaren metallischen Grundkörper
besteht und an den auf Verschleiß beanspruchten Zonen Schutzschichten aufweist, die aus einer Metallmatrix
bestehen, in weiche Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen mit einem Teilchendurchmesser von 0,5
bis 5 mm eingelagert sind, allein durch Sinterung von Pulvermischungen nt'ht in einer solchen Qualität hergestellt
werden kann, daß er dem Abrasiv-Verschleiß widersteht Ferner hat sich herausgestellt, daß die Verbundkörper,
die nach dem in der DE-PS 29 29 477 vorgeschlagenen Gußverfahren hergestellt wurden, nicht
immer mit der erforderlichen Festigkeit auf Werkzeuge aufgeschweißt bzw. aufgelötet werden konnten, denn in
Einzelfällen löste sich die Verschleißschutzschicht vorzeitig ab. Das aus der DE-PS 27 22 271 bekannte Verfahren
zur Herstellung verschleißbeständiger Verbundkörper hat den Nachteil, daß es technisch aufwendig ist,
da in einem Verfahrensschritt eine Vakuumsinterung und in einem weiteren Verfahrerisschritt ein isostatisches
Heißpressen des Sinterkörpers erfolgen muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein technisch einfaches Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen
Verbundkörpers zu schaffen, der auf einem Werkzeug mit guter Festigkeit aufgelötet bzw.
aufgeschweißt werden kann und der Form des Werkzeugs angepaßt ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in eine Kapsel, deren Innenraum die
Form des herzustellenden Verbundkörpers hat, rnindestens zwei Schichten eingefüllt werden, von denen mindestens
eine Schicht aus dem Pulver eines lot- und/oder schweißbaren metallischen Werkstoffs und mindestens
eine weitere Schicht aus einer Mischung eines Pulvers des vorgenannten Werkstoffs mit Hartstoff- und/oder
Hartmetallteilchen besteht, wobei in der Mischung das Verhältnis des Metallpulvers zu den Hartstoff- und/
oder Hartmetallteilchen 10 : 6 bis 10 : 7 beträgt, daß die gefüllte Kapsel anschließend verschweißt, evakuiert,
ausgeheizt, vakuumdicht verschlossen und danach in Anwesenheit eines gasförmigen Druckmediums isostatisch
heißgepreßt wird. Überraschenderweise wurde ge» funden, daß allein durch isostatisches Heißpressen verschleißbeständige
Verbundkörper herstellbar sind, die durch Löten und/oder Schweißen fest mit Werkzeugen
und Maschinenteilen verbunden werden können. Es ist ferner vorteilhaft, daß nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren Verbundkörper von gleichbleibend hoher Qualität hergestellt werden können. Dadurch wird es
möglich, daß die Verbundkörper in einer Serienfertigung herstellbar sind.
Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß eine an
einer Seite offene Kapsel so auf ein Maschinenteil aufgeschweißt wird, daß das Maschinenteil die offene Seite
der Kapsel verschließ* und den Boden der Kapsel bildet.
In diese Kapsel werden dann erfindungsgemäß mindestens zwei Schichten eingefüllt, und es folgen die einzelnen
Schritte des Herstellungsverfahrens. Auf disse Weise
wird es möglich, daß größere Werkzeuge und Maschinenteile, deren verschleißbeständige Verbundkörper
sich im Einsatz verbraucht haben, erneut mit einem Verbundkörper versehen werden können. Hierin liegt
ein erheblicher technischer Fortschritt, denn Werkzeuge oder Maschinenteile, die bisher nach einer bestimmten
Zeit unbrauchbar waren, können nach der Erfindung mehrmals repariert werden.
Dadurch, daß mindestens eine hartstoff- und/oder hartmetallhaltige Schicht und mindestens eine hartstoff-
und/oder hartmetallfreie Schicht das gleiche Metallpulver enthält, wird erreicht, daß zwischen diesen Schichten
des Verbundkörpers eine besonders fef:e Verbindung entsteht. Wenn die Metallpulver einen Teilchendurchmesser
von 0,2 bis 3 mm, vorzugsweise 1 bis !,5 mm, und die Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen
einen Teilchendurchmesser von 0,5 bis 1,5 mm haben, können besonders dichte Verbundkörper erzeugt werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das isostatische Heißpressen bei 800 bis 13000C und 1000
bis 5000 bar während 1 bis 5 Stunden, wobei als gasförmiges Druckmedium Edelgase, Stickstoff und/oder kohlenstoffhaltige
Gase verwendet werden. Bei Einhaltung dieser Bedingungen werden dichte Verbundkörper hoher
Verschleißfestigkeit erzeugt. Während des in Anwesenheit von Stickstoff und/oder kohlenstoffhaltigen Gasen
durchgeführten isostatischen Heißpressens wird außerdem der Stickstoff- und/oder der Kohlenstoffgehalt
der Metalle in vorteilhafter Weise erhöht, denn durch dieses Auflegieren der Metalle wird eine Erhöhung der
Verschleißteständigkeit des Verbundkörpers erreicht. Als Hartstoffe werden harte Nitride, Boride, Silicide
und/oder Oxide verwendet. Als Hartmetalle kommen Gußlegierungen auf der Basis Co—Cr- W—C-B oder
Sinterlegierungen auf der Basis WC—TiC-TaC-Co
zum Einsatz. Als metallischer Werkstoff für die hartstoff- und/oder hartmetallfreie sowk die hartstoff- und/
oder hartmetallhaltige Schicht werden insbesondere folgende Metallpulver verwendet:
1. Stahlkies mit der Zusammensetzung:
0,75 Gew.-% C, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Si. 0,1 bis 03
Gew. % Mn und Rest Fe.
2. Manganstahl mit der Zusammensetzung:
12 Gew.-°/o C, 12 Gew.-% Mn und Rest Fe.
12 Gew.-°/o C, 12 Gew.-% Mn und Rest Fe.
3. Werkzeugstahl mit eier Zusammensetzung:
1,2 Gew.-% C. 13 G^w.-% Cr und Rest Fe.
1,2 Gew.-% C. 13 G^w.-% Cr und Rest Fe.
4. Schnellarbeitsstahl "Yiit der Zusammensetzung:
0,85 Gew.-% C, 6 Gew.-°/o W, 5 Gew.-% Mo, 4 Gew.-o/o Cr, 2 Gew.-»/o V und Rest Fe.
0,85 Gew.-% C, 6 Gew.-°/o W, 5 Gew.-% Mo, 4 Gew.-o/o Cr, 2 Gew.-»/o V und Rest Fe.
5. Nickel-Legierungei1 und/oder kaltzähe Stähle mit
einem Nickeigehalt 3 bis 14 Gew.-%.
Die hartstoff- und/oder hartmetallfreien Schichten bilden nach dem isostatischen Heißpressen entweder
den metallischen Grundkörper des Verbundkörpers, der dann durch Löten oder Schweißen auf ein Werkzeug
oder Maschinenteil ausbracht wird, oder sie erhalten
bereits während des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens die Form des Werkzeugs oder des Maschinenteils.
Es ist auch möglich, den Verbundkörper mit mehreren unterschiedlich zusammengesetzten hartstoff-
und/oder hartmetallfreien Schichten auszurüsten. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Verbundkörper können besonders vorteilhaft bei Werkzeugen eingesetzt werden, bei denen verschleißbeständige
Kanten und Ecken erforderlich sind, wie z. B. Baggerzähne, Verschleißelemente bei Schlegeln
und Hämmern in Mühlen. Hämmerbacken, Umlenkverschleißplatten in Förderanlagen, Wurfschaufeln
für Strahlapparate und Panzerungen auf Matrizenplatten.
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigen
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigen
Fig. la und Ib eine Kapsel zum isostatischen Heißpressen
in perspektivischer Ansicht ohne und in Querschnittsansicht mit Füllung,
F i g. 2a und 2b ein Werkzeugteii mit aufgebrachtem Verbundkörper in perspektivischer M^d in Querschnittssnsicht.
Die in Fig. la dargestellte Kapsei 1 aus Blech.deren
Innenraum die Negativkontur des in Positivkontur herzustellenden Verbundkörpers aufweist, besitzt eir.en abnehmbaren
Deckel 2 und einen Stutzen 3 zur Evakuierung der Kapsel 1. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die Kapsel 1 zunächst mit einer Schicht 4 gefüllt, die aus einer Mischung von Stahlpulver
und Hartstoffen besteht. Nach dar Schicht 4 wird in die Kapsel 1 eine zweite Schicht 5 eingefüllt, die nur aus
Stahlpulver besteht. Als letzte Schicht wird in die Kapsel 1 eine Schicht 6 eingefüllt, die aus Eisenpulver besteht.
Die Schichten 4, 5 und 6 haben alle die gleiche Schichtdicke.
Nach dem Einfüllen der Schichten 4,5 und 6 wird der Deckel 2 mit der Kapsel 1 verschweißt, die Kapsel 1
wird dann über den Stutzen 3 evakuiert und ausgeheizt. Anschließend wird die Zuführung zum Stutzen 3 abgetrennt
und die Kapsel 1 vakuumdicht verschlossen. Die Kapsel 1 wird nunmehr in einer isostatischen Heißpreßan^ge
zwei Stunden bei 10000C und 1500 bar in Anwesenheit von Argon gepreßt. Hierbei erfolgt die Verdichtung
in den einzelnen Schichten bis zur theoretischen Kristaüdichte der jeweiligen Werkstoffe. Die aus den
drei Schichten 4, 5 und 6 entstehenderi Abschnitte des
Verbundkörpers sind durch Diffusions- und Anlösungsvorgänge fest miteinander verbunden.
Das in den F i g. 2a und 2b dargestellte Werkzeugteil 7 ist mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten verschleißbeständigen Verbundkörper ausgerüstet, der aus den Abschnitten 8 und 9 besteht.
Der Abschnitt 8 enthält die in einer Metallmatrix eingebetteten Hartmetall- und/oder Hartstoffteilchen. Als
metallischer Matrixwerkstoff wurde Stahl verwendet, und der Abschnitt 9 besteht lediglich aus Stahl der gleichen
Zusammensetzung.
Die Dicke der einzelnen Schichten bzw. der aus ihnen entstehenden Abschnitte des Verbundkörpers richte!
sich nach dem jeweiligen Bedarfsfall, wobei der hartstoff- und/oder der hartmetallhaltige Abschnitt des Verbundkörpers
in der Regel eine Dicke von 10 bis 40 mm hat. Die Dicke der lot- und/oder schweißbaren, hartstoff-
und/oder hartmetallfreien Abschnitte des Verbundkörpers sollte nicht unter 5 mm liegen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung eines insbesondere auf Abrasiv-Verschleiß beanspruchten Verbundkörpers
aus einem lot- und/oder schweißbaren metallischen Grundkörper, der an den auf Verschleiß beanspruchten
Zonen Schutzschichten aufweist, die aus dem Werkstoff des Grundkörpers bestehen und in
denen Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 bis 5 mm eingelagert
sind, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Kapsel, deren Innenraum die Form des herzustellenden
Verbundkörpers hat, mindestens zwei Schichten eingefüllt werden, von denen mindestens
eine Schicht aus dem Pulver eines lot- und/oder schweißbaren metallischen Werkstoffs und mindestens
eine weitere Schicht aus einer Mischung eines Pulvers des vorgenannten Werkstoffs mit Hartsioff-
und/oder üirtmetallteilchen besteht, wobei in der
Mischung s~s Verhältnis des Metallpulvers zu den Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen 10:6 bis
10:7 beträgt, daß die gefüllte Kapsel anschließend verschweißt, evakuiert, ausgeheizt, vakuumdicht
verschlossen und danach in Anwesenheit eines gasförmigen Druckmediums isostatisch heißgepreßt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine an einer Seite offene Kapsel so auf
ein Maschinenteil aufgeschweißt wird, daß das Maschinenteil di» offene Seite der Kapsel verschließt
und den Boden der Kapsel bindet.
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