DE3718778C2

DE3718778C2 -

Info

Publication number: DE3718778C2
Application number: DE3718778A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. Schostek (Fh), 8013 Haar, De
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 1987-06-04
Filing date: 1987-06-04
Publication date: 1990-11-29
Also published as: DE3718778A1

Description

Es sind verschleißfeste Legierungen bekannt, mit denen man auf Werkstücken aus z. B. Stahl gegen Verschleiß, Korrosion, Erosion u. dgl. widerstandsfähige Schichten auftragen kann. Für das Auftragen stehen thermische Spritzverfahren mit und ohne nachfolgender Sinterung der Schicht sowie das Schmelzschweißverfahren zur Verfügung. Das Schmelzschweißverfahren wird z. B. auch angewendet, um Schnecken von Kunststoff-Spritzgießmaschinen an ihrer Kopfbahn mit einer verschleißmindernden Auflage oder Panzerung zu versehen, die dadurch fest mit dem Grund material verbunden wird. Hierfür werden Co- oder Ni- enthaltende Legierungen verwendet, die auch C, W, Cr, B, Si sowie Anteile an Hartstoffen, wie z. B. WC, in unterschiedlicher Höhe enthalten können. Insbesondere kommen unter der Handelsbezeichnung "Stellite" vertrie bene Kobalt-Legierungen, z. B. WC-Co 80/20 in Pulver form, hierfür in Frage. Diese Auftragswerkstoffe bilden sehr harte Verschleißschichten.

In anderen Anwendungsfällen ist eine übermäßig große Härte der Verschleißschicht nachteilig. Dies gilt z. B. für Extruderschnecken für die Kunststoffverarbeitung, insbesondere in Doppelschnecken-Extrudern. Hier unter liegt die Innenfläche des Zylinders einer hohen Bean spruchung, wobei sich diese Beanspruchung insbesondere auf bestimmte Winkelbereiche des Zylinderumfangs konzen triert. Eine besonders harte Panzerung der Schnecke würde den Verschleiß an diesen Stellen noch beschleunigen. Für solche Anwendungsfälle bevorzugt man Auflagen oder Panzerungen, die einen hohen Anteil an Molybdän, bis 100%, enthalten. Als Auftrageverfahren hierfür kommen bisher thermische Spritzverfahren, wie z. B. das Flamm- bzw. Plasmaspritzen in Frage, welches jedoch nicht zu einer innigen Gefügeverbindung zwischen der Auftragsschicht und dem Grundmaterial führt. Ein Problem bei solchen Molybdän-gepanzerten Extruderschnecken besteht deshalb darin, daß es aufgrund der ungenügenden Haftung zwischen der Panzerung und dem Grundmaterial spontan, oder jeden falls bei mechanischen und/oder thermischen Belastungen, zu einem örtlichen Abblättern oder Abplatzen der Pan zerung kommt. Solche Ablöseerscheinungen treten häufig schon nach wenigen Betriebsstunden, gelegentlich auch schon vor dem Einbau der Schnecke auf. Man muß bei den bisher üblichen Verfahren mit einer Ausschußrate von bis ca. 30% rechnen.

Aus US-PS 33 13 633 und US-PS 36 90 686 ist es bekannt, Verschleißschichten mit hohem Molybdängehalt mittels des Plasma- oder Flammspritzverfahrens aufzubringen, wobei als Ausgangsmaterial kein Legierungspulver, sondern ein Pulvergemisch aus Molybdänteilchen und Teilchen aus Nickel oder einer Nickellegierung verwendet wird. Nach dem Aufbringen bilden diese Teilchen eine Mischsinterschicht, die gegebenenfalls durch zusätzliche Wärmebehandlung in eine Legierung umgewandelt werden kann. Beim Plasma- oder Flamm spritzverfahren werden die Pulverteilchen in einen Lichtbogen teilweise geschmolzen und gegen die zu beschichtende Oberfläche geschleudert, wo sie festsintern. Ein metallurgischer Verbund mit dem Grundmaterial entsteht dabei nicht. Wie erwähnt, ist die Haftfestigkeit von nach diesem Verfahren aufgebrachten Verschleißschichten ungenügend, insbesondere wenn es um die Panzerung der Schneckenstege von Extruderschnecken geht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung eines Legierungspulvers auf Molybdänbasis als Werkstoff für ein Auftragsverfahren anzugeben, das es ermöglicht, auf kunststoffverarbeitenden Schnecken, wie z. B. Extruderschnecken oder ähnlichen Teilen, wie z. B. der Rückstrom sperre einer Spritzgießmaschinenschnecke, verschleißmindernde Auflagen mit einem hohen Molybdängehalt anzubringen, die mit der Unterlage durch eine Schweißverbindung ablösesicher verbunden sind.

Die Lösung der Aufgabe besteht gemäß dem Anspruch 1 in der Verwendung eines Legierungspulvers mit der dort angegebenen Zusammensetzung als Werkstoff für das Auftragen von Verschleißschichten durch Plasma-Pulver-Auftragsschweißen. Die Ansprüche 2 bis 7 beziehen sich auf weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung.

Beim Plasma-Pulver-Auftragsschweißen, für das die erfindungsgemäße Verwendung der Legierung erfolgt, wird bekanntlich ein Plasma-Lichtbogen zwischen dem Schweißwerkzeug und dem zu beschichtenden Werkstück erzeugt, wodurch das Werkstück selbst angeschmolzen wird und die in den Lichtbogen an das Werkstück herangeführten Legierungspulverteilchen mit dem Werkstück innig verschweißen. Es wurde gefunden, daß durch ein solches Verfahren unter Verwendung der angegebenen Legierung Verschleißschichten, insbesondere Stegpanzerungen von Extruderschnecken, von ausgezeichneter Verschleißfestigkeit, Haltbarkeit und Haftung erhalten werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungs beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Es wird eine Legierung der folgenden Zusammen setzung erschmolzen (in Gewichts-%):

60% Mo
3,5% Cr
1,8% B
2,5% Si
32,2% Ni

Die Legierung wird durch Verdüsen in einem Schutzgas strom aus Argon oder Stickstoff in Pulverform überführt. Die bevorzugte Größe der Pulverteilchen für das Auf tragsschweißen beträgt 45 bis 100 µm.

Die beiden Schnecken eines Doppelschnecken-Extruders für das Plastifizieren und Extrudieren von Kunststoff wurden an den Kopfbahnen ihrer Schneckenstege mit einer ver schleißmindernden Auflage aus der vorgenannten Legierung versehen. Hierzu wurde in die Kopfbahn über ihre gesamte Breite mit Ausnahme zweier Randstege von ca. 1,5 bis 3,5 mm Breite eine flache Vertiefung von 2 mm Tiefe eingearbeitet. Mittels einer handelsüblichen Plasma-Pulver-Aufschweiß anlage wurde unter Verwendung des vorstehend beschriebe nen Legierungspulvers als Schweißgut in die genannte Vertiefung eine Verschleißschicht aufgetragen, und zwar mit einer Dicke von ca. 2,5 mm, die anschließend auf eine Dicke von 2 mm bündig mit den Randstegen abgeschlif fen wurde.

Aufgrund des Auftragens durch Plasma-Pulver-Auftragsschweißen haftete die Verschleißschicht fest am Grundmaterial, wobei auch durch starke mechanische Beanspruchung, wie z. B. Hammerschläge, kein Abplatzen hervorgerufen werden konnte. Die beiden Schnecken wurden in einen Doppelschnecken-Extruder eingesetzt und unter üblichen Bedingungen in Betrieb genommen.

Eine Inspektion nach 2900 Betriebsstunden ergab keinerlei wahrnehmbare Verschleißerscheinung.

Beispiel 2

Aus einer Legierung der Zusammensetzung (in Gewichts-%)

50% Mo
3,5% Cr
1,8% B
2,5% Si
42,2% Ni

wurde in gleicher Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, ein pulverförmiges Schweißgut hergestellt und damit eine verschleißfeste Panzerung auf zwei Schnecken eines Doppelschnecken-Extruders hergestellt.

Im Rahmen der Erfindung kann das in der Legierung enthaltene Molybdän teilweise durch Mangan ersetzt werden, wobei jedoch der Mangan-Anteil nicht größer, vorzugsweise kleiner sein sollte als der Molybdän-Anteil.

Es ist ferner vorteilhaft, den Chrom-Anteil derart auf den Molybdän-Anteil abzustimmen, daß er mit steigendem Molybdän-Anteil abnimmt. So kann bei einem Molybdän-Anteil von nur 40% der Chrom-Anteil bis zu 5% betragen, während bei einem Molybdän-Anteil von 70% der Chrom-Anteil bis auf 0 reduziert werden kann.

Die Legierungsanteile Bor und Silicium haben im wesentlichen die Funktion eines Flußmittels. Der Gesamtanteil dieser beiden Legierungsbestandteile zusammen sollte 1 bis 8%, vorzugsweise 2 bis 5% betragen.

Es kann vorteilhaft sein, noch weitere Legierungsbestandteile in geringen Mengen hinzuzufügen. Insbesondere kommt eine Zugabe von Zirkonium und/oder Titan mit Anteilen von jeweils bis zu 1% in Frage. Diese Legierungsbestandteile bewirken eine Erhöhung der Rekristallisationstemperatur bzw. eine Verringerung der Wachstumsgröße der Kristalle in der aufgeschweißten Legierungsschicht.

Das Grundmaterial der Schnecke oder des Werkstückes, auf der die Verschleißschicht durch Plasma-Pulver-Auftragsschweißen aufgebracht wird, kann beispielsweise aus einem Stahl des Typs 31 CrMoV9 oder 14 CrMoV69 bestehen, oder auch aus anderen, für die Herstellung solcher Teile üblichen Stahlqualitäten. Beim Schmelzschweißen wandern geringe Anteile des Grundmaterials in die Verschleißschicht ein, so daß diese dann zusätzlich zu den Ausgangsbestandteilen noch ca. 5 bis 10% Fe enthalten kann, was sich auf ihre Betriebseigenschaften nicht wesentlich auswirkt.

Claims

1. Verwendung eines Legierungspulvers aus (in Gew.-%) 40 bis 70% Molybdän, welches auch teilweise durch Mangan ersetzt sein kann, 0 bis 10% Chrom,
0,5 bis 5% Bor,
0,5 bis 5% Silizium,
0 bis 1% Zirkonium,
0 bis 1% Titan und dem
Rest aus Nickel und/oder Kobaltals Werkstoff für das Auftragen von Verschleißschichten durch Plasma-Pulver-Auftragsschweißen.

2. Verwendung eines Legierungspulvers gemäß Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Gehalt an Molybdän oder an Molybdän und Mangan 45 bis 65%, vorzugsweise 50 bis 60% be trägt.

3. Verwendung eines Legierungspulvers gemäß Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Gehalt an Chrom maximal 5%, vorzugsweise 0,5 bis 3,5% beträgt.

4. Verwendung eines Legierungspulvers gemäß Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Gehalt an Bor 1,0 bis 2,0% be trägt.

5. Verwendung eines Legierungspulvers gemäß Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Gehalt an Silizium 1,0 bis 3,0% beträgt.

6. Verwendung eines Legierungspulvers gemäß Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Gehalt an Chrom mit zunehmendem Gehalt an Molybdän oder an Molybdän und Mangan abnimmt.

7. Verwendung eines Legierungspulvers gemäß Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Gehalt an Mangan nicht größer, vorzugsweise kleiner ist als der Gehalt an Molybdän.