DE4125100A1

DE4125100A1 - Panzerplatte sowie verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE4125100A1
Application number: DE19914125100
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Dietsche
Original assignee: Wahl Verschleiss Tech
Current assignee: Wahl Verschleiss Tech
Priority date: 1991-07-29
Filing date: 1991-07-29
Publication date: 1993-02-04

Description

Die Erfindung betrifft eine Panzerplatte mit einer duktilen Trägerplatte und einer darüberliegenden Schicht, die als Hauptbestandteil eine Chrom-Nickel-Legierung enthält, in welche Hartstoffe eingebettet sind.

Bekannte derartige Panzerplatten, wie sie gegenwärtig auf dem Markt sind, umfassen eine Dreischichtstruktur. Auf die Trägerplatte aus V2A-Stahl wird die Chrom-Nickel-Legierung als Pulver zusammen mit den Hartstoffen aufgestreut. Darüber wird eine Deckplatte, ebenfalls aus V2A-Stahl aufgebracht. Die gesamte Sandwichstruktur wird dann in einem Vakuumofen erwärmt, wobei die in der Mitte befindliche Schicht aufge schmolzen und durch Diffusion an die obere bzw. untere V2a- Platte angebunden wird. Die Verwendung von V2A-Stahl für die Träger- und Deckplatte ist bei diesem Herstellungsver fahren unerläßlich, da diese Platten einen ähnlichen Wärmeaus dehnungskoeffizienten aufweisen müssen wie die von ihnen eingeschlossene mittlere Schicht, welche als Hauptbestand teil die Chrom-Nickel-Legierung enthält. V2A-Stahl ist je doch verhältnismäßig teuer. Die Panzerplatten nach dem Stande der Technik sind als Dreischichtstrukturen zudem verhältnismäßig dick und schwer. Außerdem sind die Vorrich tungen, die zur Herstellung der bekannten Panzerplatte verwendet werden, insbesondere der Vakuumofen, recht kost spielig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Panzerplat te der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit geringe rem apparativem Aufwand und kostengünstigeren Materialien zur Erzielung eines zumindest gleichwertigen Ergebnisses auskommt.

Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung dadurch gelöst, daß

a) die Trägerplatte aus höherfestem Stahl besteht;
b) die die Chrom-Nickel-Legierung und Hartstoffe enthalten de Schicht im Wege des Auftragschweißens aufgebracht ist.

Der erfinderische Gedanke, die die Chrom-Nickel-Legierung und Hartstoffe enthaltende Schicht nicht mehr im Vakuum aufzuschmelzen sondern direkt auf die Trägerplatte durch Auftragschweißen aufzubringen, erschließt die Möglichkeit, die Trägerplatte aus preiswerterem Material, nämlich höher festem Stahl, herzustellen. Letztere braucht nämlich dann nicht mehr denselben Ausdehnungskoeffizienten wie die Chrom- Nickel-haltige Schicht aufzuweisen. Bei der erfindungsge mäßen Panzerplatte ist zudem die Verbindung zwischen Träger platte und aufgebrachter Schicht stabiler, da es hier um eine Schweif- und nicht um eine einfache Diffusionsver bindung handelt. Da die erfindungsgemäße Panzerplatte nur aus zwei Schichten besteht, ist sie verhältnismäßig dünn und leicht.

Die Trägerplatte kann aus Stahl der Qualität ST 52-3 oder allgemein aus einem Feinkornbaustahl bestehen.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die die Chrom-Nickel-Legierung und die Hartstoffe enthal tende Schicht an ihrer 0berfläche einen gegenüber tiefer liegenden Bereichen erhöhten Boranteil auf. Dieser erhöhte Boranteil ist Folge einer über die Tiefe dieser Schicht inhomogenen Schmelze, welche im Oberflächenbereich auf Grund des dort höheren Boranteiles einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist. Dieser niedrigere Schmelzpunkt in der Nähe der Oberfläche erleichtert das Einsinken und Ein binden der Hartstoffteilchen; gleichzeitig wird verhindert, daß die Hartstoffteilchen vollständig bis zur Auflage auf der Oberseite der Trägerplatte in die Schmelze einsinken. Es entsteht so eine gleichmäßige Verteilung der Hartstoff teilchen innerhalb der die Chrom-Nickel-Legierung enthalten den Schicht.

Die quantitativen Verhältnisse sind bei einem Ausführungs beispiel der Erfindung wie folgt:

Die aufgebrachte Schicht enthält in inhomogener Verteilung:

a) 60-80% einer Nickel-Chrom-Legierung der folgenden Ana lyse: 18% Cr
8% Ni
Rest übliche Bestandteile, insbesondere Eisen und Mangan;
b) 10-20% einer Legierung der folgenden Zusammensetzung: 0,7% C
15,5% Cr
3,5% Fe
3,1% B
4,3% Si
Rest Nickel;
c) 10-20% Hartstoffe.

Die Hartstoffteilchen sollten eine Körnung zwischen 0,5 und 10 mm aufweisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ferner, ein Verfah ren zur Herstellung einer Panzerplatte der eingangs genann ten Art anzugeben, welches preiswert durchzuführen ist und die Verwendung kostengünstiger Materialien für die Panzer platte gestattet.

Das erfindungsgemäße Verfahren, mit welchem diese Aufgabe gelöst wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß

a) auf die Trägerplatte aus höherfestem Stahl im Wege der Auftragschweißung die Chrom-Nickel-Legierung aufge bracht wird;
b) in die Schmelze der Chrom-Nickel-Legierung ein borhal tiges Metallpulver eingestreut wird;
c) hiernach in die durch das borhaltige Metallpulver ober flächlich modifizierte Schmelze die Hartstoffe einge streut werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen zunächst denjenigen, die oben bereits für die die erfin dungsgemäße Panzerplatte angegeben wurden. Die apparative Ausrüstung, die zur Auftragschweißung erforderlich ist, ist sehr viel kostengünstiger als diejenige, die zur Her stellung der bekannten Panzerplatten erforderlich war. Außerdem lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für die Panzerplatte Materialien einsetzen, die preis werter sind, weil für diese Trägerplatte nicht mehr der selbe Ausdehnungskoeffizient gefordert wird, wie ihn die die Chrom-Nickel-Legierung enthaltende Schicht besitzt. Durch den Verfahrensschritt b, also das Einstreuen von bor haltigem Metallpulver in die Schmelze, die im Verfahrens schritt a aufgebracht wurde, wird die Schmelze oberfläch lich modifiziert; insbesondere wird durch den Boranteil der Schmelzpunkt herabgesetzt. Dies erleichtert das Ein sinken der im Verfahrensschritt c in die modifizierte Schmelze eingestreuten Hartteilchen, die gleichzeitig bes ser eingebunden werden. Auf Grund der Inhomogenität der Schmelze in Richtung senkrecht zur Trägerplatte wird gleichzeitig erreicht, daß die Hartstoffteilchen in der Schmelze nicht alle bis zur Auflage auf der Trägerplatte absinken, sondern sich über die Dicke der Auftragschicht hinweg gleichmäßig verteilen.

Ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das borhaltige Metallpulver mit einer Kör nung zwischen 10 und 150 µ eingesetzt wird. Die Körnung des borhaltigen Metallpulvers bestimmt die Geschwindig keit, mit welcher dieses in der Schmelze aufgeschmolzen wird und damit auch das Ausmaß der Inhomogenität dieser Schmelze, die erfindungsgemäß erwünscht ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an hand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch das Verfahren bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Panzerplatte.

In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Träger platte gekennzeichnet, die aus höherfestem Stahl, z. B. der Qualität ST 52-3 bzw. einem Feinkornbaustahl besteht.

Auf die Trägerplatte 1 wird eine Auftragschicht 2 in fol gender Weise aufgebracht:

In einem ersten Verfahrensschritt wird mittels eines be kannten Auftragschweißverfahrens, z. B. durch Röhrchen schweißen, eine Nickel-Chrom-Legierung auf die Trägerplatte 1 aufgesetzt, welche den Hauptteil der Matrix der fertig gestellten Auftragschicht 2 bildet. Gewichtsmäßig macht die Nickel-Chrom-Legierung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 71% der gesamten Auftragschicht 2 aus. Der entspre chende Verfahrensschritt wird in der Zeichnung durch einen Schweißkopf 3 dargestellt, der in Richtung des Pfeiles 4 über die Trägerplatte 1 hinwegbewegt wird. Die Zusammensetz ung der Chrom-Nickel-Legierung liegt vorzugsweise bei etwa 18% Chrom, 8% Nickel, Rest übliche Legierungsbestandteile, insbesondere Eisen und gegebenenfalls bis zu 6% Mangan.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird auf die noch flüs sige, sich auf der Trägerplatte 1 befindlichen Schmelze ein Nickel-Bor-Pulver mit einer Körnung zwischen 10 und 150 µ eingestreut. Dessen Gewichtsanteil an der Auftrag schicht 2 liegt bei 16%. Dieser Verfahrensschritt ist in der Zeichnung durch den Streukopf 5 symbolisiert. Dieser folgt der Bewegung des Schweißkopfes 3 in konstantem Abstand. Die Zusammensetzung des Nickel-Bor-Pulvers beträgt vorzugs weise 0,7% C, 15,5% Cr, 3,5% Fe, 3,1% B, 4,3% Si, Rest Nickel. Gegebenenfalls kann hier auch reines Bor zugegeben werden. Durch das Einstreuen des Nickel-Bor-Pulvers in die Schmelze der Nickel-Chrom-Legierung entsteht oberflächlich eine in ihren Eigenschaften etwas veränderte Schmelze, was durch die Trennlinie 6 in der Zeichnung angedeutet ist.

In die so entstandene oberflächlich veränderte Schmelze werden in einem dritten, abschließenden Verfahrensabschnitt Hartstoffe mit einer Teilchengröße zwischen 0,5 und 10 mm eingestreut. Der Gewichtsanteil an der gesamten Auftrag schicht 2 liegt bei diesem Ausführungsbeispiel bei 36%. Dieser Verfahrensschritt ist in der Zeichnung durch den Streukopf 7 symbolisiert, welcher dem Streukopf 5 in konstan tem Abstand nachfolgt.

Auf Grund der Modifikation der Nickel-Chrom-Schmelze, die durch die Zugabe des borhaltigen Metallpulvers mittels des Streukopfes 5 eingetreten ist, werden die zugegebenen Hartstoffteilchen nicht nur in der Schmelze sehr gut einge bunden; es wird auch verhindert, daß die Hartstoffteilchen vollständig auf den Boden der Schmelze, also auf die Ober seite der Trägerplatte 1, absinken oder möglicherweise überhaupt nicht in die Schmelze eintauchen.

Als Hartstoffteilchen kommen insbesondere Wolframkarbid sowohl in gesinterter als auch in geschmolzen und hiernach gemahlener Form, Hartkeramik, Borkarbide, Nitride und Sili cide in Frage.

Nach dem Erstarren der Schmelze (in der Zeichnung durch Kreuzschraffur angedeutet) entsteht so in preiswerter Wei se eine zweischichtige Panzerplatte. In dieser übernimmt die Trägerplatte 1 nicht nur die reine Funktion als Unter lage für die Auftragsschicht 2; sie ist auch in der Lage, die Wucht mechanischer Hammerschläge aufzufangen.

Im Gegensatz zu bekannten spröden Auftragschichten ist die Nickel-Chrom-Matrix der Auftragschicht 2 verhältnis mäßig duktil, dabei aber nicht autogen schweißbar. Durch die Zugabe der Hartstoffteilchen, die mit dem Streukopf 7 er folgt, widersetzt sich die Auftragsschicht 2 außerdem schleifenden und bohrenden Werkzeugen und besitzt gegenüber dem Oxy-Arc-Schneiden einen ausreichenden Widerstand. Dies wird durch Zugabe metallischen Kupferpulvers in die Matrix noch verbessert.

Claims

1. Panzerplatte mit einer duktilen Trägerplatte und einer über dieser liegenden Schicht, die als Hauptbestandteil eine Chrom-Nickel-Legierung enthält, in welche Hartstoffe eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Trägerplatte (1) aus höherfestem Stahl besteht;
b) die die Chrom-Nickel-Legierung und die Hartstoffe ent haltende Schicht (2) im Wege des Auftragschweißens auf gebracht ist.

2. Panzerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1) aus Stahl der Qualität ST 52-3 besteht.

3. Panzerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1) aus Feinkornbaustahl besteht.

4. Panzerplatte nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge kennzeichnet, daß die die Chrom-Nickel-Legierung und die Hartstoffe enthaltende Schicht (2) an ihrer Oberfläche ei nen gegenüber tieferliegenden Bereichen erhöhten Boranteil aufweist.

5. Panzerplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Schicht (2) in inhomogener Verteilung enthält:

6. Panzerplatte nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hartstoffteilchen eine Körnung zwischen 0,5 und 10 mm aufweisen.

7. Verfahren zur Herstellung einer Panzerplatte mit einer Trägerplatte und einer darüberliegenden Schicht, die als Hauptbestandteil eine Chrom-Nickel-Legierung enthält, in welche Hartstoffe eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) auf die Trägerplatte (1) aus höherfestem Stahl im Wege der Auftragschweißung die Chrom-Nickel-Legierung auf gebracht wird;
b) in die Schmelze der Chrom-Nickel-Legierung ein borhal tiges Metallpulver eingestreut wird;
c) hiernach in die durch das borhaltige Metallpulver ober flächlich modifizierte Schmelze die Hartstoffe einge streut werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das borhaltige Metallpulver mit einer Körnung zwischen 10 und 150 µ eingesetzt wird.