DE4107416A1 - Producing partially wear-resistant iron or steel castings - by coating cores with hard material which becomes dispersed in the casting surface during casting - Google Patents

Producing partially wear-resistant iron or steel castings - by coating cores with hard material which becomes dispersed in the casting surface during casting

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GISAG AG GIESSEREI MASCH
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Abstract

Prodn. of partially wear protected castings of steel or grey cast iron consists of treating support cores inside the foundry mould which have a hard material or metal coating which protrudes into the casting area and during casting becomes freed from the core and dispersed in the inter layer of the casting. As the molten metal flows around the hard particles, their binding agent is volatilised or burnt off without residue. ADVANTAGE - The casting has excellent wear resistance in required areas and is produced in an economic process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochverschleißfesten Gußstücken durch Hartstoff- und/oder Hartmetallegieren, vorzugsweise auf der Basis von Eisen­ werkstoffen. Die Erfindung ist besonders geeignet zur Her­ stellung von Stufenmahlplatten, Schlagleisten, Reißzähnen, Mischerscharen, Einsätzen für Pumpen, Extruderschnecken, Exzenterschnecken für Dickstoffpumpen, Krümmer für Spül- und Blasversatz sowie von Gleis- und Weichenstopfern. Die Erfindung ist in der Gießereiindustrie einsetzbar.The invention relates to a method for producing highly wear-resistant castings by hard material and / or Hard metal alloys, preferably based on iron materials. The invention is particularly suitable for manufacturing provision of step grinding plates, blow bars, fangs, Mixer coulters, inserts for pumps, extruder screws, Eccentric screws for thick matter pumps, elbow for flushing and blowing offset as well as track and switch blockers. The Invention can be used in the foundry industry.

Es ist üblich, hochverschleißfeste Bauteile durch Hart­ stofflegieren zu erzeugen. Unter Hartstoff- bzw. Hart­ metallegieren ist dabei das Verbinden von Hartstoffen und Hartmetallen mit Hilfe des Gießprozesses (z. B. Penetrations- oder Hüllgießen) zu Werkstoffkombinationen durch Prozesse der Oberflächenbeschichtung bzw. -panzerung zu verstehen. Dazu werden Hartstoff- oder Hartmetall­ teilchen in körniger oder Pulverform mit dem schmelz­ flüssigen Gießmetall in unterschiedlicher Art und Weise zusammengebracht. Um Hartstoff- bzw. Hartmetallteilchen in der verschleiß­ beanspruchten Randzone von Gußstücken anordnen zu können, ist es bekannt, vor dem Gießprozeß eine diese Teilchen enthaltende Schlichte auf die gesamte oder Teile der Oberfläche des Formhohlraumes einer Gießform aufzutragen (DE-OS 35 23 412) oder die Hartstoff- bzw. Hartmetall­ teilchen mit einem Bindemittel zu vermischen und mit diesem Gemisch die Kontur des Formhohlraumes vollständig oder teilweise zu bestreichen (DE-OS 35 15 164). Nach­ teilig ist hierbei, daß nur geringe und/oder ungleich­ mäßige Schichtdicken erreicht werden können.It is common to use highly wear resistant components through hard to produce alloys. Under hard or hard metal alloying is the joining of hard materials and hard metals using the casting process (e.g. Penetration or envelope casting) to material combinations through processes of surface coating or armoring to understand. For this purpose, hard material or hard metal particles in granular or powder form with the enamel liquid pouring metal in different ways brought together. To wear hard material or hard metal particles  to be able to arrange the stressed edge zone of castings, it is known to cast one of these particles before the casting process containing size on all or part of the Apply surface of the mold cavity of a mold (DE-OS 35 23 412) or the hard material or hard metal to mix particles with a binder and with this mixture the contour of the mold cavity completely or to coat partially (DE-OS 35 15 164). After Part of this is that only slight and / or unequal moderate layer thicknesses can be achieved.

Zur Erzeugung von bis zu mehreren Millimetern starken Hartstoff- bzw. Hartmetallschichten wird im DD-WP 70 969 vorgeschlagen, aus Hartstoff- oder Hartmetallteilchen bestehende Gemische in vollständig verbrennbare, ver­ gasbare, sinternde oder schmelzbare Bindestoffe einzu­ lagern und als vorgefertigte Platten oder Formlinge bzw. fließfähige oder plastische Massen in den Formhohlraum einer Gießform einzubringen, zu befestigen bzw. aufzutragen. Durch das bis zur Formwandung vordringende Gießmetall werden die Hartstoff- bzw. Hartmetallteilchen nach der Erstarrung des Gießmetalls in Form einer Randzone in das Gußteil eingelagert. Hierbei ist eine maßgenaue Abgrenzung des Verschleißbereiches von den weniger bzw. nicht ver­ schleißbeanspruchten Zonen des Gußteils nur mit hohem Aufwand sicher erreichbar. Desweiteren ist keine stabile Verbindung zwischen Hartstoff- bzw. Hartmetallteilchen und Gießmetall realisierbar. Außerdem besteht während des Gießprozesses die Gefahr des Loslösens der Form­ linge von der Formwandung sowie des unerwünschten Hinterlaufens der Formlinge durch das Gießmetall, wo­ durch eine visuelle Kontrolle des Verschleißbereiches nur durch aufwendiges Nachschleifen gesichert werden kann.For the production of up to several millimeters thick Hard material or hard metal layers are described in DD-WP 70 969 proposed from hard material or hard metal particles existing mixtures in completely combustible, ver gas, sintering or meltable binders store and as prefabricated sheets or moldings or flowable or plastic masses in the mold cavity insert, fasten or apply a casting mold. Due to the casting metal penetrating up to the mold wall the hard material or hard metal particles after the Solidification of the casting metal in the form of an edge zone in the Cast part stored. Here is a precise demarcation the wear area of the less or not ver areas of the casting subject to wear and tear only with high Effort can be reached safely. Furthermore, it is not a stable one Connection between hard material or hard metal particles and cast metal can be realized. In addition, during of the casting process the risk of the mold becoming detached from the mold wall as well as the unwanted The moldings run behind through the cast metal, where through a visual inspection of the wear area can only be secured by complex regrinding can.

In der DE-OS 23 35 588 wird ein Verfahren zur Herstellung von verschleißbeanspruchten Körpern, z. B. von Reißzähnen, beschrieben, bei dem außerhalb des Formhohlraumes ein Trägerkörper angeordnet ist, der an seiner dem Formhohl­ raum zugewandten Seite eine Hartstoffauflage aufweist, die vom Gießmetall benetzt und von diesem teilweise umschlossen wird. Während oder nach dem Gießprozeß wird der Trägerkörper entfernt, z. B. durch Abschleifen. Dieses Verfahren ist nicht geeignet, um Gußteile mit hartstoffbewehrter Innenkontur (z. B. gepanzerte Aus­ sparungen bzw. Durchbrüche) herzustellen. Desweiteren besteht die Gefahr, daß der Trägerkörper wie eine Kokille wirkt, den Erstarrungsprozeß des Gießmetalls und damit die Verbindung zwischen Gießmetall und den Hartstoff­ teilchen negativ beeinflußt. Außerdem müssen die hier verwendeten Trägerkörper speziell hergestellt bzw. vor­ bereitet werden, was einen technischen, materiellen und zeitlichen Mehraufwand bedeutet. Auch sind umfangreiche Nacharbeiten an den Gußteilen erforderlich.DE-OS 23 35 588 describes a process for the production of bodies subject to wear, e.g. B. fangs, described in the outside of the mold cavity Carrier body is arranged, the mold hollow at its  side facing the room has a hard material support, those wetted by the casting metal and partially by this is enclosed. During or after the casting process the carrier body is removed, e.g. B. by grinding. This process is not suitable for using castings inner contour reinforced with hard material (e.g. armored savings or breakthroughs). Furthermore there is a risk that the carrier body like a mold acts, the solidification process of the cast metal and thus the connection between the casting metal and the hard material particles adversely affected. They also have to be here used carrier body specially manufactured or before be prepared what a technical, material and extra time means. Are also extensive Reworking the castings required.

Es ist das Ziel der Erfindung, mittels eines Arbeitsganges hochverschleißfeste, sich durch besonders verschleißge­ schütze Bereiche auszeichnende Gußteile mit hohem Ge­ brauchswert wirtschaftlich herzustellen, den Verbrauch an dazu verwendeten Hartstoffen bzw. -metallen zu senken, die Vorbereitung der zum Einsatz gelangenden Gießformen zu vereinfachen und Nacharbeiten und/oder Nachbehandlungen der hergestellten Gußstücke zu vermeiden bzw. zu be­ grenzen.It is the aim of the invention by means of one operation highly wear-resistant, particularly wear-resistant Protect areas of high-quality castings economical to produce, consumption to reduce hard materials or metals used, the preparation of the molds to be used to simplify and rework and / or post-treatments to avoid the castings produced or to be limit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem unter Verwendung von Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen als Verschleißschutz auf einfache Weise Gußstücke herstellbar sind, die beliebig positionierte und gestaltete Verschleißbereiche gleich­ mäßiger Schichtdicke aufweisen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in eine Gießform ein oder mehrere, ganz oder teilweise die Kontur des Formhohlraumes bildende Trägerkerne eingesetzt werden. Die Trägerkerne weisen an der dem Formhohlraum zugewandten Seite eine in den Formhohlraum hineinreichende Hartstoff- und/oder Hartmetallschicht auf, die während des Gießprozesses vom Gießmetall beaufschlagt und durch­ drungen wird, wobei gleichzeitig die Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen umschlossen werden und das die Hart­ stoff- und/oder Hartmetallteilchen im ungegossenen Zu­ stand zusammenhaltende Bindemittel rückstandslos vergast bzw. verbrannt wird, bevor die Erstarrung des Gießmetalls eintritt.The invention has for its object a method to create with the using hard material and / or hard metal particles as wear protection castings can be produced in a simple manner, whichever positioned and designed wear areas the same have moderate layer thickness. According to the invention the object is achieved in that in a mold one or more, all or part of the  Carrier cores forming the contour of the mold cavity are used will. The carrier cores point to the mold cavity facing side a reaching into the mold cavity Hard material and / or hard metal layer, which during of the casting process acted upon by and through is penetrated, the hard material and / or Hard metal particles are enclosed and that the hard Material and / or hard metal particles in the uncast cohesive binders gasified without residue or burned before the solidification of the casting metal entry.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind den Hart­ stoff- und/oder Hartmetallteilchen 3 bis 10% Kupfer, Messing oder Aluminium in Form von Pulver oder feinen Spänen als Flußmittel zugesetzt, wobei deren Teilchen­ größe kleiner ist als die der Hartstoff- und/oder Hart­ metallteilchen.According to a further feature of the invention, the Hart material and / or hard metal particles 3 to 10% copper, Brass or aluminum in the form of powder or fine Chips were added as a flux, with their particles size is smaller than that of the hard and / or hard metal particles.

Dadurch wird die Berührungswilligkeit der Harstoff- und/ oder Hartmetallteilchen erhöht. Das Gießmetall kann in die poröse Hartstoff- und/oder Hartmetallschicht voll­ ständig und gleichmäßig eindringen, die Hartstoff- und/ oder Hartmetallteilchen benetzen und einschließen sowie nach der Erstarrung des Gießmetalls einen stabilen, fehlerfreien Penetrationsverbund mit den Hartstoff- und/ oder Hartmetallteilchen ausbilden. Dabei sind maßgenaue, bis zu mehreren Millimetern starke und nahezu ebenflächige Verschleißbereiche in der Randzone des Gußteils an be­ liebiger Stelle erzeubgar. Desweiteren reduzieren sich die Nacharbeiten an den hergestellten Gußteilen auf ein Minimum.This will make the urea and / or carbide particles increased. The casting metal can in the porous hard material and / or hard metal layer is full penetrate constantly and evenly, the hard material and / or wet and enclose hard metal particles as well after solidification of the casting metal a stable, flawless penetration bond with the hard material and / or form hard metal particles. Here are dimensionally accurate up to several millimeters thick and almost flat Wear areas in the edge zone of the casting on be any place. Furthermore, reduce the rework on the castings produced on a Minimum.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Herstellung von Scharen für Formstoffmischer, die an der Flanke und/oder an der Sohle hochverschleißfeste Bereiche durch dort angeordnete Hartmetallteilchen erhalten sollen, näher erläutert. The invention based on the manufacture of coulters for molding material mixers on the flank and / or highly wear-resistant areas on the sole obtained by hard metal particles arranged there should be explained in more detail.  

Es kommen Trägerkerne zum Einsatz, die wie folgt gefertigt werden: In einem Kernkasten wird ein Gemisch aus Wolfram­ karbid der Körnung 0,9 bis 3,0 mm, 8% Wasserglas als Bindemittel und 10% feine Messingspäne als Flußmittel mit einer Schichtdicke von 4 mm eingebracht, mit wasser­ glasgebundenem Formstoff aufgefüllt und mittels CO₂- Begasung ausgehärtet. Wichtig ist dabei eine vollständige Aushärtung der wolframkarbidbeschichteten Kerne, da es sonst zu Fehlern in der Oberflächenzone des fertigen Gußteils kommen kann.Carrier cores are used, which are manufactured as follows in a core box is a mixture of tungsten carbide grain size 0.9 to 3.0 mm, 8% water glass as Binder and 10% fine brass shavings as a flux introduced with a layer thickness of 4 mm, with water filled with glass-bound molding material and using CO₂ Fumigation hardened. A complete one is important Hardening of the tungsten carbide coated cores since it otherwise errors in the surface zone of the finished Casting can come.

Die Trägerkerne werden in eine aus mit Wasserglas gebundenem Formstoff hergestellten Gießform eingesetzt und ggf. an­ geklebt. Die Anordnung der Trägerkerne in der Gießform erfolgt dabei so, daß diese ganz oder teilweise die Kontur des Formhohlraumes bilden und die aus Wolfram­ karbid bestehende Hartmetallschicht in den Formhohlraum hineinreicht. Zur Steigerung des Wärmeangebotes kann über oder neben dem Formhohlraum ein Speiser von 50% der Guß­ teilmasse aufgesetzt werden.The carrier cores are made into a bonded with water glass Mold made mold used and possibly on glued. The arrangement of the carrier cores in the mold takes place in such a way that the whole or part of the Form the contour of the mold cavity and the tungsten carbide existing carbide layer in the mold cavity reaches in. To increase the supply of heat can over or in addition to the mold cavity a feeder of 50% of the cast partial mass are placed.

Die Gießform wird mit einem schmelzflüssigen Gießmetall aus legiertem Hartguß der Werkstoffmarke G-X 270 CrMo 153 bei einer Gießtemperatur von 1500°C angegossen. Nach dem Ausfüllen des Formhohlraumes dringt das Gießmetall in die poröse Wolframkarbidschicht im Sinne einer Penetration ein. Dabei findet ein nahezu vollständiger Penetrations­ verbund zwischen den Wolframkarbidteilchen und dem Gieß­ metall statt. Gleichzeitig wird das Bindemittel rückstands­ los verbrannt, bis die Erstarrung des Gießmetalls eintritt. Die so hergestellten Gußstücke besitzen eine weitgehend glatte Oberfläche und weisen, wie gewünscht, partielle und genau abgegrenzte Verschleißbereiche auf. Es hat sich als günstig erwiesen, das Wolframkarbid mit einer Körnung von 1,0 bis 1,5 mm einzusetzen, um beim späteren Ver­ schleißanspruch ein Herausbrechen der Hartmetallteilchen zu verhindern. The mold is made with a molten metal Made of alloyed cast iron of the material brand G-X 270 CrMo 153 Cast on at a casting temperature of 1500 ° C. After this Filling the mold cavity penetrates the casting metal into the porous tungsten carbide layer in the sense of penetration a. There is almost complete penetration bond between the tungsten carbide particles and the casting metal instead. At the same time, the binder becomes residue burned off until the solidification of the casting metal occurs. The castings thus produced largely have one smooth surface and have partial, as desired and precisely defined areas of wear. It has The tungsten carbide with a grain size proved to be favorable from 1.0 to 1.5 mm to be used in later ver wear and tear a breakout of the hard metal particles to prevent.  

Vorteile der Erfindung:Advantages of the invention:

  • - Erzielung von hochverschleißfesten Bereichen an allen Stellen des Gußstückes, auch in Durchbrüchen und Aus­ sparungen,- Achievement of highly wear-resistant areas on all Place the casting, also in breakthroughs and off savings,
  • - Verringerung der Nacharbeiten,- reduction of rework,
  • - Vereinfachung der Gießformherstellung,- simplification of the mold production,
  • - sparsamster Einsatz von Hartstoffen bzw. Hartmetall­ garnulat.- Most economical use of hard materials or hard metal garnett.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von partiell verschleiß­ geschützten Gußstücken auf Basis von Stahl- oder Grauguß, unter Verwendung von Hartstoff- oder Hartmetallgranulat, das an der Oberfläche des in einer mehrteiligen Gießform erstarrten Gießmetalls eingebunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere, ganz oder teilweise die Kontur des Formhohlraumes bildende Trägerkerne in die Gießform eingesetzt werden, wobei die Trägerkerne an der dem Formhohlraum zugewandten Seite eine in den Formhohl­ raum hineinreichende Hartstoff- und/oder Hartmetall­ schicht aufweisen, die während des Gießprozesses vom Gießmetall beaufschlagt und durchdrungen wird, wobei gleichzeitig die Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen umflossen werden und das die Hartstoff- und/oder Hart­ metallteilchen im ungegossenen Zustand zusammenhaltende Bindemittel rückstandslos vergast bzw. verbrannt wird, bevor die Erstarrung des Gießmetalls einsetzt.1. Process for the production of partially wear-protected castings based on steel or gray cast iron, using hard material or hard metal granules which are integrated on the surface of the solidified casting metal in a multi-part casting mold, characterized in that one or more, completely or carrier cores forming the contour of the mold cavity are inserted into the casting mold, the carrier cores on the side facing the mold cavity having a hard material and / or hard metal layer which extends into the mold cavity and is acted upon and penetrated by the casting metal during the casting process, at the same time the hard material and / or hard metal particles are flowed around and the binder holding the hard material and / or hard metal particles together in the uncast state is gasified or burned without residue before the solidification of the cast metal begins. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen 3 bis 10% Kupfer, Messing oder Aluminium in Form von Pulver oder feinen Spänen zugesetzt wird, wobei deren Teil­ chengröße kleiner ist als die der Hartstoff- und/oder Hartmetallteilchen.2. The method according to claim 1, characterized in that that the hard material and / or hard metal particles 3 to 10% copper, brass or aluminum in the form of powder or fine chips is added, part of which size is smaller than that of the hard material and / or Carbide particles.
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