DE3347048A1 - Verfahren zum erzeugen einer borhaltigen oberflaechenschicht auf einem metallischen grundmaterial durch auftragschweissen - Google Patents

Verfahren zum erzeugen einer borhaltigen oberflaechenschicht auf einem metallischen grundmaterial durch auftragschweissen

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Description

  • Kennrt: Borhaltiges Zusatzmaterial
  • Verfahren zum Erzeugen einer borhaltigen Oberflächenschicht auf einem metallischen Grundmaterial durch Auftragschweißen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer borhaltigen Oberflächenschicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Borhaltige Auftragschweißwerkstoffe auf Basis von Kobalt, Nickel oder Eisen zeichnen sich durch Härte, insbesondere Warmhärte, sowie durch Beständigkeit gegen Gleitverschleiß und Abrasivverschleiß aus. Sie finden beispielsweise für die Oberflächenveredlung thermisch und mechanisch hochbeanspruchter Warmarbeitswerkzeuge Verwendung. Derartige Auftragschweißwerkstoffe werden üblicherweise in Form von Fülidraht oder Pulver je nachdem mittels Gasflamme, Lichtbogen oder Plasmalichtbogen aufgetragen.
  • Aus der DE-OS 15 15 197 ist ein Verfahren zum automatisierten Auftragschweißen bekannt geworden, mit dem ein draht- oder bandförmiges Zusatzmaterial mit Hilfe des Elektronen- oder des Laserstrahls auf ein metallisches Grundmaterial aufgeschweißt werden kann. Zwar ist die erzielbare Abschmelzleistung im allgemeinen wesentlich niedriger als bei den herkömmlichen Auftragschweißverfahren; eine durch den Elektronenstrahl oder den Laserstrahl aufgetragene Hartschicht hat jedoch folgende besonderen Vorzüge: - Die Einschmelztiefe und mithin das Ausmaß, in dem die Legierungskonzentration des Auftragschweißwerkstoffs durch Vermischung mit dem Grundwerkstoff "verdünnt" wird, läßt sich in engen Grenzen halten. Die Veränderung der ursprünglichen chemischen Zusammensetzung des in eine Lage aufgetragenen Werkstoffs ist meistens so gering, da die charakteristischen Werkstoffeigenschaften praktisch unverändert bleiben und keine weiteren Lagen zwecks Korrektur der chemischen Zusammensetzung aufgetragen werden müssen.
  • - Die örtlich vorgegebene Oberflächengestalt des Grunlmate rials läßt sich weitestgehend aufrechterhalten und lie Oberfläche der auftraggeschweißten Schicht hat eine nur geringe Rauhtiefe. Eine mechanische Nachbearbeitung bleibt deshalb auf ein Minimum reduziert oder kann unter Vmstänlen ganz unterbleiben. Bei der mechanischen.Nachbearbei-ung spielt nicht nur der Bearbeitungsaufwand als solche: - aufgetragene Hartschichten sind naheliegenderweis schlrer bearbeitbar -, sondern auch der durch die Bearbeituig be dingte Verlust des in der Regel teuren Auftragschweßwer:-stoffs eine Rolle.
  • - Eine durch den Elektronen- oder Laserstrahl aufgebrachte Schicht hat zufolge der raschen Erstarrung des bei dieser Verfahrensweisen eng begrenzten Schmelzbads ein feines Gefüge: die für die Materialeigenschaften von Harts<hich-en maßgeblichen Gefügebestandteile liegen in feiner Verteilung vor, wodurch z. B. Zähigkeit oder Temperaturwechselbeständigkeit des Materials verbessert werden.
  • Um die borhaltigen Auftragschweißwerkstoffe, insbesondere mit eirem Elektronen- oder Laserstrahl mit dem metallischen Grundmaterial durch automatisiertes Auftragschweißen verbinden zu körnen, müssen die infragekommenden Legierungen eine plastisch Verformbarkeit in der für das Auftragschweißen mittels Elektrcnen- oder Laserstrahl erforderliche Form eines kompakten Drahtes oder Bandes aufweisen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Auftragschweißverfahren zum Erzeugen einer borhaltigen Oberflächenschicht mit insbesondere einem Laser- oder Elektronenstrahl und ein boihaltiges Zusatzmaterial mit plastischer Verformbarkeit in Form eines Drahtes oder Bandes zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren und eirem gattungsgemäßen Zusatzmaterial durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 7 gelöst.
  • Um bei einem solchen Verfahren die plastische Verformbarkeit des Zusatzmaterials sicherzustellen und gleichzeitig die Einstellbarkeit des Borgehalts zu ermöglichen, hat nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung, der borierte Oberflächenbereich einen Anteil am Gesamtvolumen des Zusatzmaterials zwischen 25 und 75 %.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das borhaltige Zusatzmaterial plastisch verformbar und damit zu Drahtrollen aufwickelbar ist. Damit ist der Einsatz vonDrahtspulen mit borhaltigem Zusatzmaterial beim insbesondere Elektronen- und Laserstrahlauftragschweißen sichergestellt, wobei die technischen und wirtschaftlichen Vorzüge borhaltiger Auftragschweißwerkstoffe in Verbindung mit den Vorzügen des Elektronen- und Laserstrahlauftrag schweißen genutzt werden.
  • Nachfolgend werden Anwendungsbeispiele für das Verfahren und das Zusatzmaterial nach der Erfindung angegeben.
  • Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt des borierten Zusatzmaterials; Fig. 2 einen Querschnitt einer borierten Obtzrflächenschicht.
  • Fig. 1 zeigt schematisch anhand eines praktischen Beispiele einen borierten Zusatzdraht aus dem Werkstoff NiCr 80 20.
  • Die komplex zusammengesetzte Boridschicht, für die eiri mittlerer Borgehalt von 6,5 Massenprozent angenommen werden kann, erstreckt sich auf ca. die Hälfte des Drahtquerschni ts.
  • Daraus ergibt sich insgesamt für den Zusatzdraht mit einem Kerndurchmesser von 1,12 mm bei einem Gesamtdurchmesser vo 1,6 mm ein Borgehalt von 3,25 Massenprozent.
  • Das Auftragschweißen wird in an sich bekannter Weise mit einem Elektronenstrahl- oder Laserstrahl-Schweißgerät, das mit einer automatischen Zuführvorrichtung für das Zusatzmaterial ausgestattet ist, vorgenommen. Vorzugsweise wird der Auftragwerkstoff in Form paralleler, einander etwas überlappender Raupen aufgeschmolzen. Schematisch ist der Querschnitt einer solchen Schicht in Fig. 2 dargestellt, wobei die Einschmelztiefe des Zusatzmaterials 1/5 der Gesamthöhe (5/5) des Auftragschweißwerkstoffs beträgt.
  • In Tabelle 1 werden drei praktische Beispiele für dac Auftragschweißen borhaltiger Hartschichten gebracht. Al; GruIdwerkstoff wurden ein warmfester Werkzeugstahl, ein hochhitzebeständiger Stahl und Reinkupfer, wie es in der Elektrotechnik Verwendung findet, gewählt. Da das Auftragen der Hartschicht unmittelbar auf dem Kupfer wegen der stark unterschiedlichen Materialeigenschaften technisch schwierig und außerdem die angestrebte chemische Zusammensetzung der Auf tragschicht nicht ohne weiteres erzielbar wäre, muß an der Oberfläche des Kupfers eine Pufferschicht mit der vorzugsweisen Zusammensetzung von 80 % Ni und 30 % Cu durch Auftragschweißen von Reinnickel mit dem Elektronen- oder dem Laserstrahl erzeugt werden. Die Dicke dieser Pufferschicht muß mindestens so groß sein wie die Einschmelztiefe der anschließend aufzubringenden Hartschicht. In allen drei Fällen ist der Zusatzwerkstoff eine borierte 80/20-Ni-Cr-Legierung.
  • Tabelle 1. Praktische Ausführungsbeispiele Chemische Zusammensetzung in Massenprozent Beispiel 1: Fe Cu Ni Cr B C Si Mn Mo V Sonst.
  • A Grundwerkstoff 90,5 5,2 0,4 1,1 0,4 0,4 1,2 0,8 X 38 CrMoV 5 1 B Auftragschweißwerkstoff 1,4 74,3 18,6 3,3 0,2 1,0 0,8 0,4 NiCr 80 20, boriert Aufgeschweißte Schicht, bestehend aus 19,3 59,5 15,9 2,6 0,2 1,0 0,7 0,2 0,1 0,5 20 % A und 80 % B Beispiel 2 : A Grundwerkstoff X 12 NiCrSi 36 16 45,0 35,5 16,0 0,1 1,5 1,0 0,9 B Auftragschweißwerkstoff 1,4 74,3 18,6 3,3 0,2 1,0 0,8 0,4 NiCr 80 20, boriert Aufgeschweißte Schicht, bestehend aus 10,1 66,6 18,1 2,6 0,2 1,1 0,8 0,5 20 % A und 80 % B Beispiel 3: A Grudwerkstoff SE-Cu, oberflächlich 19,8 79,8 0,4 mit Ni auflegiert B Auftragschweißwerkstoff 1,4 74,3 18,6 3,3 0,2 1,0 0,8 0,4 NiCr 80 20, boriert Aufgeschweißte Schicht, bestehend aus 1,1 4,0 75,4 14,9 2,6 0,2 0,8 0,6 0,4 20 % A und 80 % B Das aus einer entsprechenden borfreien Basislegierung, z. B.
  • aus dem Werkstoff NiCr 80 20 bestehende, plastisch verformbare Zusatzmaterial wird zu Drähten oder Bändern der erfrderlichen Abmessung verarbeitet und diese dann nach an sich bekannten Verfahrensweisen oberflächlich boriert.
  • Dies kann durch Borieren mit festen borabgebenden Verbindaunen oder durch Abscheidung von Bor aus der Gasphase bei einer Temperatur zwischen 700 und 1100 OC geschehen.
  • Dabei wird die Borierung so ausgeführt, daß das Zusatzmaterial von seiner Oberfläche her nur bis zu einer solchen Tiefe mit Bor angereichert wird, daß sich daraus ein durchschnittlicher Borgehalt des gesamten Materials zwischen 2 und 6 Massenprozent ergibt. Dies bedeutet, daß innerhalb der peripheren, aus sprödem Boridgefüge bestehenden Zone eine genügend große nicht borierte Kernpartie die störungsfreie Manipulierbarkeit und Verarbeitbarkeit des Materials gewährleistet. Unter den Arbeitsbedingungen des mit Hilfe des Elektronen- oder Laserstrahls ausgeführten Auftragschweißens ist mit dem zwischen 2 und 6 Massenprozent im Auftragschweißwerkstoff enthaltenem Boranteil der für die verlangten Materialeigenschaften der aufgetragenen Schicht erforderliche Borgehalt von mehr als 2 Massenprozent erzielbar.
  • Durch entsprechende Abstimmung der Menge des Auftragschweißwerkstoffs und der Einschmelztiefe läßt sich der gewünschte Borgehalt mit ausreichender Genauigkeit einstellen.
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Claims (7)

  1. Ansprüche 1. Verfahren zum Erzeugen einer borhaltigen Oberflächenschicht auf einem metallischen Grundmaterial durch Auftragschweißen von draht- oder bandförmigen metallischen Zusatzmaterial, dadurch gekennzeichnet, laß das Zusatzmaterial aus einem borierten Oberflchenbereich und einem nicht borierten Kernbereich besteht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der borierte Oberflächenbereich einen Anteil am Gesamtvolumen des Zusatzmaterials zwischen 25 und 75 % hat.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial aus Kobalt, Nickel oder Eisen bzw.
    aus einer Legierung besteht, deren Hauptbestandteil eines dieser Elemente ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial in seiner Gesamtheit zwischen 2 und Massenprozent Bor enthält.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial mit Hilfe eines Elektronen- oder Laserstrahls flächig auf das Grundmaterial aufgetragen wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Erzeugen der borhaltigen Oberflächenschicht eine metallische Pufferschicht auf das Grundmaterial aufgebracht wird.
  7. 7. Zusatzmaterial, insbesondere zur Durchführung des Verfahren; nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in draht- oder bandförmiger Form, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial aus einem borierten Oberflächenbereich und einem nicht borierten Kernbereich besteht.
DE3347048A 1983-12-24 1983-12-24 Verfahren zum Erzeugen einer borhaltigen Oberflächenschicht auf einem metallischen Grundmaterial durch Auftragschweißen und dafür vorgesehenes Zusatzmaterial Expired DE3347048C2 (de)

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