DE4441016A1 - Eisenhaltige Legierungszusammensetzung und Verfahren zur Herstellung und Beschichtung von mechanischen Produkten unter Verwendung derselben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine eisenhaltige Legie­ rungszusammensetzung und ein Verfahren zur Herstellung und Beschichtung von mechanischen Produkten unter Verwendung der eisenhaltigen Legierung, um die Abriebs-, Korrosions- und Wärmefestigkeit der mechanischen Produkte, die im wesentlichen ohne Schmierung einer Reibung und einem Abrieb ausgesetzt sind, zu verbessern.

Um die Reibungs- und Abnutzungsfestigkeit von mechanischen Produkten wie beispielsweise von Verbindungsteilen, die den Hauptkörperausleger, den Arm und den Becher eines Baggers miteinander verbinden, oder von einer Walze, einem Getriebe und einer mechanischen Abdichtung, die hohen Oberflächendrücken ausgesetzt sind, zu erhöhen, sind verschiedene Techniken zur Beschichtung eisenhaltiger Materialen wie die Aufkoh­ lung, die Nitrierung, die Hochfrequenzinduktionshärtung, die Schwefelung, die Polymerbeschichtung mit PTFE, die stromlose Ni-Platierung und die Keramikbeschichtung verwendet worden.

Hinsichtlich der Reibungs- und Abriebseigenschaften, die durch den Bewegungsreibungskoeffizienten, die Abriebsmenge und die Abriebstiefe dargestellt werden, haben die mechani­ schen Produkte, die unter Verwendung der herkömmlichen Tech­ niken hergestellt worden sind, nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen geführt, und deshalb ist die Verwendung neuer Ma­ terialien und Herstellungstechniken gefordert worden.

Beispielsweise durch eine Aufkohlung kann zwar die Oberflächenhärte erhöht werden, jedoch drückt der hohe Ober­ flächendruck, der auf die mechanischen Teile wirkt, welche einer hohen Reibung ausgesetzt sind, einen verwendeten Schmierstoff weg, so daß die Reibungs- und Abriebsfestigkeit der mechanischen Produkte beträchtlich verringert wird.

Entsprechend hat in dem Fall eines Baggers ein Problem darin bestanden, daß das Schmieröl oft, beispielsweise dreimal am Tag, zugeführt werden mußte. Außerdem sind für Fahrgestell­ rollen bzw. -walzen und die Leitlaufbüchsen die Schmiermit­ tel mit einer Abdichtung zugeführt worden, aber es sind den­ noch die Probleme wie eine kurze Abriebslebensdauer und eine Schmiermitteleckage aufgetreten.

Um die oben genannten Probleme zu lösen, hat der vorliegende Erfinder die Verwendung einer Urethangummilaufbuchse in der koreanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 92-6031 vorgeschla­ gen. Obwohl die Urethangummilaufbuchse die Reibungseigen­ schaften verbessert, kann ihre Verwendung aufgrund von Halt­ barkeitsproblemen bei Teilen, die hohen Oberflächendrücken ausgesetzt sind, beschränkt sein.

Weiterhin besitzt eine Oberflächenbeschichtung auf einer Stahlmatrix, die Al₂O₃, WC und Cr₃O₂ etc. zur Erhöhung der Oberflächenhärte aufweist, nur eine geringe Stoßfestigkeit aufgrund von Unterschieden in den physikalischen Eigenschaf­ ten zwischen der Matrix und der Beschichtungsschicht.

Außerdem führt die Oberflächenbeschichtung zu dem Problem einer geringen Haltbarkeit über die Zeit, da die thermisch transformierte Matrixphase, die während des Beschichtungsvor­ gangs gebildet worden ist, die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt. In der Tat können bei mechanischen Teilen wie den Zugwerkzeugen und den Bolzen, die einer hohen Scher-Gleitspannung ausgesetzt sind, die Oberflächen, welche wie oben beschrieben beschichtet sind, die mechanischen Span­ nungen nicht über eine lange Zeit aushalten und werden schnell abgenutzt. Dies führt zu dem Problem, daß die mecha­ nischen Teile häufig ersetzt werden müssen. Aus diesen Grün­ den sind teuere Werkzeugstähle oder mit WC gesinterte Werk­ zeugmaterialien verwendet worden, aber die Verwendbarkeit von diesen Materialien ist aufgrund der Abnutzung und der teueren Herstellungskosten eingeschränkt gewesen.

Seit von Duvez et al im Jahr 1960 beschrieben worden ist, daß amorphe Materialien gebildet werden können, indem die Me­ tallschmelze schnell abgekühlt wird, und diese amorphen Mate­ rialien verbesserte mechanische Eigenschaften verglichen mit den kristallinen Materialien hinsichtlich der Festigkeit, der Korrosionsbeständigkeit etc. aufwiesen, ist andererseits die Verwendung derartiger amorpher Materialien für die mechani­ schen Produkte Gegenstand von vielen Untersuchungen gewesen. Um die amorphe Phase zu erhalten, sollte die Schmelze jedoch um 10°C/sec. oder dergleichen unterkühlt werden, was die Bearbeitung relativ schwierig macht.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine eisen­ haltige Legierung als Beschichtungsmaterial anzugeben, die als Hauptzusammensetzungselement eine Fe- bzw. Stahlmatrix hat. Außerdem soll ein Beschichtungsverfahren angegeben wer­ den, das eine derartige eisenhaltige Legierung aufweist und die Schritte umfaßt, daß die Beschichtungsschicht von einer instabilen Struktur an der Oberfläche des mechanischen Pro­ dukts durch ein thermisches Sprühen, Schweißen oder eine Plasmabeschichtung aufgebracht wird, und die Beschichtungs­ schicht in eine amorphe Struktur mit einer hohen Härte durch die mechanischen Spannungen aufgrund von Reibung und Abnut­ zung umgewandelt wird.

Weiterhin besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, verschiedene mechanische Produkte anzugeben, die mit der eisenhaltigen Legierung beschichtet sind.

Schließlich besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine eisenhaltige Legierung anzugeben, die für die Herstellung von mechanischen Produkten wie beispielsweise einer Laufbuchse verwendet werden kann, welche in Teilen ver­ wendet werden, die einem hohen Oberflächendruck ausgesetzt sind und eine hohe Abriebsfestigkeit und Haltbarkeit erfor­ dern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine eisenhaltige Legierung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Außer­ dem wird die Aufgabe durch ein Beschichtungsverfahren ge­ löst, das die Merkmale von Patentanspruch 6 aufweist.

Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen und Merkmale der vor­ liegenden Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Be­ zugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 mechanische Teile von Arbeitswerkzeugen, die mit einer eisenhaltigen Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet sind;

Fig. 2 eine Laufbuchse für Arbeitswerkzeuge einer schweren Ausrüstung,

Fig. 3 einen Graph, der die transformationsinduzier­ te Härtungstiefe der Oberflächenschicht zeigt;

Fig. 4 eine schematische Ansicht der Arbeitsgeräte zur Durchführung eines Ring-auf-Scheibe-Te­ stes;

Fig. 5 einen Graph, der das Testergebnis in Bei­ spiel 2 zeigt;

Fig. 6 eine schematische Ansicht, die einen Schei­ benprobekörper zeigt;

Fig. 7 einen Graph, der die Experimentbedingungen in Beispiel 3 zeigt;

Fig. 8 einen Graph, der das Testergebnis von Bei­ spiel 3 zeigt;

Fig. 9 einen Graph, der die Abriebsmenge in Bei­ spiel 3 zeigt;

Fig. 10 einen Graph, der die Abriebstiefe in Bei­ spiel 3 zeigt;

Fig. 11 die Ergebnisse des Haltbarkeitsgrenzentests in Beispiel 4;

Fig. 12 einen Graph, der das Ergebnis des Reibungs- und Abriebstestes in Beispiel 5 zeigt; und

Fig. 13 eine Tabelle, die das Testergebnis des Probe­ körpers in Beispiel 5 zeigt.

Ein Beschichtungsmaterial, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfaßt Eisen als das Hauptzusammenset­ zungselement, 18,0 bis 42,0 Gew.% Cr, 1,0 bis 3,2 Gew.-% Mn, 3,0 bis 4,5 Gew.-% B, 1,0 bis 3,0 Gew.-% Si und weniger als 0,3 Gew.-% C. Falls es erforderlich ist, kann die Zu­ sammensetzung weiterhin weniger als 0,5 Gew.-% P oder Ge und/oder weniger als 1,0 Gew.-% As enthalten. Zusätzlich kön­ nen abriebsfeste Materialien zweiter Phase wie WC und/oder TiC der Zusammensetzung hinzugefügt werden, falls es notwen­ dig ist. Weiterhin können von den Elementen Mo, Zr, Co und Ni ein oder mehrere Element in dem Bereich von 0,5 bis 1,0 Gew.-% in dem Beschichtungsmaterial enthalten sein.

Der Grund für die Begrenzung der Mengen der Legierungselemen­ te, wie sie zuvor angegeben worden sind, ist wie folgt.

Cr ist ein effektives Element für eine hohe Korrosionsfe­ stigkeit und Festigkeit. Sein Anteil ist auf 18,0 bis 42,0 Gew.% beschränkt, da ein Cr-Anteil von weniger als 18,0 Gew.-% es schwierig macht, die amorphe Struktur zu bilden, und ein Cr-Anteil von mehr als 42,0 Gew.-% eine Ausscheidung von δ-Phase induziert, die die amorphe Formation in fester Lösung behindert.

Mn verbleibt in der festen u-Lösung in dem Bereich von 1,0 bis 3,2 Gew.-%. Oberhalb von diesem Bereich wird die Bildung einer amorphen Phase schwierig.

B trägt stark zu der amorphen Formation von Fe-Cr-Mn bei und stärkt den amorphen Aufbau bei einem Anteil von mehr als 3 Gew.-%. Ein B-Anteil von mehr als 4,5 Gew.-% führt jedoch zu einer Ausscheidung der Komponente, was zu einer Sprödigkeit des Materials führt. Aus diesem Grund ist der B-Anteil auf weniger als 4,5 Gew.-% beschränkt.

Si ist erforderlicherweise in der amorphen Formation enthal­ ten. Mit einem Si-Anteil von weniger als 1,0 Gew.-% tritt die amorphe Formation nicht ausreichend auf, und mit mehr als 3,0 Gew.-% wird eine spröde Zusammensetzung mit Fe gebil­ det.

C ist ein Element, um die Festigkeit zu erhöhen, aber führt bei mehr als 0,3 Gew.-% zu der Sprödigkeit.

P bleibt notwendigerweise als ein Ergebnis der Eisenherstel­ lung übrig und trägt zu der amorphen Formation bei. Bei einem Anteil von mehr als 0,5 Gew.-% bildet es jedoch Fe₃P, was zu einer Sprödigkeit führt.

Nachfolgend wird das Beschichtungsverfahren der eisenhalti­ gen Legierung auf der Oberfläche eines mechanischen Produk­ tes im Detail beschrieben werden.

Die Legierung wird zu einem Pulver mit einer Dichte von 7,3 bis 7,4 g/cm³ oder in eine Drahtform etc. gebracht und dann auf der Stahlmatrix durch thermisches Sprühen, Schweißen etc. aufgebracht. Das thermische Sprühen kann erreicht wer­ den, indem eine Spritzpistole, eine Plasmapistole, ein Laser etc. in Abhängigkeit von der zu sprühenden Form verwendet wird, und alle die Verfahren sind in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten. Während des Sprühens be­ trägt die Temperatur der Schmelze etwa 2500 bis 6000°C, und die Schmelze verfestigt sich direkt nach dem Aufsprühen auf die zu beschichtende Oberfläche, wodurch eine homogene, einphasige übersättigte feste Lösung gebildet wird.

Die Beschichtungsschicht, die wie zuvor beschrieben gebildet worden ist, hat eine instabile Struktur, die in eine stabile amorphe Struktur mit einer hohen Härte und Festigkeit in den Reibungs- und Abriebsumgebungen transformiert werden kann, wenn die geforderte Struktur durch die mechanischen Spannun­ gen zerstört wird. Die Dicke der transformierten Schicht be­ trägt etwa 100 µm, und ihre Oberflächenhärte liegt oberhalb von HRC 70. Außerdem tritt ein abrupter Abrieb nicht auf, obwohl eine Oberflächenabnutzung aufgrund der kontinuierli­ chen Verwendung auftritt, da die Oberfläche kontinuierlich gehärtet wird, wenn die neu ausgesetzte Oberflächenschicht wieder durch die Reibungsspannungen in die amorphe Struktur transformiert wird.

Da weiterhin keine Korngrenzen der Umgebung ausgesetzt sind, wird das Ausbrechen von Oberflächenatomen aufgrund der homo­ genen Aktivierungsenergien der Oberflächenatome stark verrin­ gert, was zu der Verbesserung der Haftungs-Abnutzungswider­ standeigenschaften führt. Andererseits tragen die Nichtexi­ stenz von Korngrenzen und der hohe Cr-Anteil der amorphen Phase zu einer hohen Korrosionsfestigkeit und auch zu einer hohen Wärmefestigkeit oberhalb von 800°C aufgrund der hohen Festigkeit gegen eine Hochtemperaturkorngrenzenoxidation etc. bei.

Da der thermische Expansions- bzw. Ausdehnungskoeffizient des eisenhaltigen Beschichtungsmaterials etwa derselbe wie der der zu beschichtenden Stahlmatrix ist, wird das Material wenig durch den thermischen Schock nach dem Beschichtungsvor­ gang beeinflußt.

Die eisenhaltigen Legierungsmaterialien der vorliegenden Er­ findung können auf die Gleitreibungsteile (A bis L) oder die Kontaktbereiche von Zahnrädern in der schweren Raupenwalze und Arbeitsausrüstung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, auf eine mechanische Abdichtung, die an Stellen verwendet wird, wo sie einer hohen Oberflächendruckbelastung ausgesetzt ist und gummiartige Produkte nicht verwendet werden können, und auf Stahlrohrzugwerkzeuge und Bolzen, die hohen Gleitspannun­ gen etc. ausgesetzt sind, aufgebracht werden. Die mechani­ schen Produkte, die wie oben beschrieben oberflächenbeschich­ tet sind, können die teueren herkömmlichen Produkte ersetzen und führen gleichzeitig zu der gewünschten verbesserten Haltbarkeit.

Ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine eisenhaltige Legierung mit guten Reibungs- und Abriebsfestigkeitseigenschaften anzugeben, die umfaßt: weni­ ger als 4,5 Gew.-% C, weniger als 2,5 Gew.-% Si, weniger als 2 Gew.-% Mn, 0,5 bis 35 Gew.-% Cr und als Rest Fe. Wenn es nötig ist, kann die Zusammensetzung weiterhin aus der Gruppe von Ni, Mo und B ein oder mehrere Elemente mit weniger als 5 Gew.-% enthalten. In dem nachfolgenden werden die Gründe für die Begrenzungen der Zusammensetzung erläutert werden.

C und Mn sind Elemente, die notwendigerweise erforderlich sind, um die Festigkeit und Härte des Materials zu erhöhen. Insbesondere kann der C-Anteil in der Abhängigkeit von der Menge von Si und Mn verringert werden, aber er muß unterhalb von 4,5 Gew.-% liegen, was die maximal erlaubbare Menge für Gußprodukte ist.

Mn kann bei einer Verringerung des C-Anteils bis zu 2 Gew.-% enthalten sein, aber es bewirkt keinen bedeutenden Effekt oberhalb von 2 Gew.-%.

Si führt zu ähnlichen Effekten wie C, ist aber auf einen An­ teil von weniger als 2 Gew.-% beschränkt, da ein darüberlie­ gender Anteil keinen Effekt bewirkt.

Cr ist das sehr wichtige Element der vorliegenden Erfindung für eine hohe Härte, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und hohe Korrosions- und Wärmefestigkeiten und wird bis zu 35 Gew.-% hinzugefügt. Ein darüberliegender Anteil ist nicht notwendig. Jedoch sollte Cr mindestens zu 0,5 Gew.-% enthal­ ten sein, um die geforderten Eigenschaften zu bewirken.

Weiterhin können Ni, Mo und B mit einem Anteil von weniger als 5 Gew.-% hinzugefügt werden, um weiter die Härte und die Reibungs- und Abriebfestigkeit zu verbessern.

Nachfolgend werden die Eigenschaften der vorliegenden Erfin­ dung im einzelnen unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben werden.

Beispiel 1

Die Innenfläche der Laufbuchse 5 in Fig. 3 wurde durch einen Sandstrahlvorgang vorbehandelt, und dann wurde die eisenhal­ tige Legierung auf die Oberfläche mit einer Dicke von 0,1 bis 5 mm unter Verwendung eines thermischen Sprühvorgangs aufgebracht. Vor der amorphen Transformation betrug die Oberflächenhärte HRC 55 bis 60.

Die Oberfläche des Probekörpers, der wie zuvor beschrieben oberflächenbeschichtet war, wurde durch eine Reibungsspan­ nung unter der Reibungsumgebung in die amorphe Phase trans­ formiert und besaß eine Oberflächenhärte von HRC 71. Die durch die Transformation induzierte Härtungstiefe der Oberflächenschicht betrug etwa 100 µm, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

Beispiel 2

Ein Ring-Auf-Scheibe-Test wurde in der Experimentausrüstung, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, ohne ein Schmiermittel und bei Raumtemperatur, 36 U/min und 500 kgf durchgeführt, und die Ergebnisse sind in Fig. 5 gezeigt.

In Fig. 5 ist erkennbar, daß der amorphe Probekörper einen sehr niedrigen Reibungskoeffizient (0,09 bis 0,14) vergli­ chen mit den anderen Probekörpern hatte. Allgemein lieferten die aufgekohlten und die WC-beschichteten Laufbuchsenprobe­ körper sehr hohe Reibungskoeffizienten von 0,45 bis 0,65 vom Beginn der Testperiode an, und sogar schon nach 1000 Sekun­ den wurde eine beträchtliche Menge an Abrieb, die mit abgeriebenen Partikeln auftrat, erfaßt. Der Rei­ bungskoeffizient der amorphen beschichteten Probekörper er­ höhte sich auf ein Niveau, das gleich dem der anderen Probe­ körper war, in etwa 2200 Sekunden, ohne daß abgeriebene Par­ tikel erfaßt wurden. Nach den 2200 Sekunden erhöhte sich nur der Reibungskoeffizient.

Entsprechend konnte gesehen werden, daß wenn das amorphe ei­ senhaltige Legierungsmaterial auf die Reibungs- und Abnut­ zungsteile aufgebracht und mit Schmierung verwendet wird, die mechanischen Teile für eine ausreichend lange Zeit ver­ wendet werden können. Insbesondere können solche mechani­ schen Teile ohne Schmierung verwendet werden, wodurch die Herstellungskosten durch Weglassen der schmierungsbezogenen Vorgänge verringert werden können und außerdem die Wartungs­ effizienz durch Erhöhung der Zeit, in der Schmiermittelöl zu­ geführt wird, selbst in dem Fall, daß die Schmierung unver­ meidlich erforderlich ist, erhöht werden kann. Außerdem verringert der niedrige Reibungskoeffizient der amorphen Phase stark die Betriebsgeräusche des Reibungsteils, was zu einer Verbesserung der Arbeitsumgebung führt.

Beispiel 3

Die pulverförmige eisenhaltige Legierung, die 1,7 Gew.-% Si, 22,4 Gew.-% Cr, 2,3 Gew.-% Mn, 3,7 Gew.-% B, 0,12 Gew.-% C und ansonsten Fe enthielt, wurde unter Verwendung einer dün­ nen Metallfolie in eine Drahtform gerollt, und das drahtzu­ führende thermische Sprühverfahren wurde auf dem Scheibenpro­ bekörper von Fig. 6 ausgeführt. Unter Verwendung dieser Pro­ bekörper wurden Ring-Auf-Scheibe-Tests mit der in Fig. 4 gezeigten Experimentausrüstung und unter den in Fig. 7 gezeigten Bedingungen ausgeführt.

Der Ringprobekörper für den Test wurde wie in Fig. 6 ge­ zeigt unter Verwendung eines hochfrequenzinduktionsgehärte­ ten SM 45 C gemacht, so daß die Härte des Reibungskontaktbe­ reichs HV 500 bis 570 betrug. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, waren die verwendeten Vergleichsscheibenprobekörper aus SM 45 C Materialien, die hochfrequenzinduktionsgehärtet, PTFE-beschichtet oder mit einer Cu-Legierung und Graphitkoh­ lenstoff beschichtet waren, hergestellt.

Das Ergebnis des Tests ist in Fig. 8 gezeigt. Der Probekör­ per Nr. 1 zeigte ein beträchtliches Maß an Abnutzung in der Anfangsperiode des Testes. Der Probekörper Nr. 4 zeigte auch das instabile Abriebsmuster. Die Probekörper Nr. 2 und Nr. 3 zeigten niedrige und stabile Bewegungsreibungskoeffizienten. Auch kann in Fig. 9 und in Fig. 10 erkannt werden, daß der Probekörper Nr. 2, der durch die Technik der vorliegenden Er­ findung hergestellt worden war, verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Abriebsmenge und der Abriebstiefe lieferte. In dem Fall des Probekörpers Nr. 3 war der Reibungskoeffi­ zient schon relativ niedrig, aber der Abrieb nahm schnell mit einem Anstieg der Belastung weiter zu. Hierdurch wird an­ gedeutet, daß das amorphe Beschichtungsmaterial nicht nur be­ ständiger gegen den hohen Oberflächendruck ist, sondern auch niedrigere Reibungskoeffizienten als die anderen eisenhalti­ gen Legierungsmaterialien, nicht eisenhaltigen oder nicht me­ tallischen Materialien besitzt.

Entsprechend wurde bestätigt, daß die Verwendung einer eisen­ haltigen Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung für das Beschichtungsmaterial zu einer erhöhten Materiallebensdauer und verbesserten mechanischen Eigenschaften führt, und es wird erwartet, daß das Beschichtungsmaterial bessere Ei­ genschaften verglichen mit WC- oder Keramikbeschichtungen be­ sitzt.

Wenn das Beschichtungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bei den kommerziellen Produkten verwendet wird, können die verschiedenen Vorgänge wie Sprühen und Schweißen für die Ringart oder Plattenart verwendet werden, und das Schweißen wird für mechanische Produkte, die mechanischen Stößen ausgesetzt sind, bevorzugt.

Beispiel 4

Die pulverförmige eisenhaltige Legierung mit 1,8 Gew.-% Si, 26,5 Gew.-% Cr, 1,26 Gew.-% Mn, 3,2 Gew.-% B, 0,02 Gew.-% P, 0,08 Gew.-% C und im übrigen Fe wurde unter Verwendung einer dünnen Metallfolie in eine Drahtform aufgerollt, und das drahtzuführende thermische Sprühen wurde an dem Scheiben­ probekörper ausgeführt, welcher aus einem SM 45 C Material hergestellt war. Die Partikelgrößenverteilung lag in dem Be­ reich von 10 bis 30 µm.

Unter Verwendung dieser Probekörper wurde der Ring-Auf-Schei­ be-Test mit der Experimentausrüstung, wie sie in Fig. 4 ge­ zeigt ist, ausgeführt. Der Ringprobekörper für den Test wurde unter Verwendung eines hochfrequenzinduktions­ gehärteten SM 45 C Werkstoffes hergestellt, so daß die Härte des Reibungskontaktbereiches HV 500 bis 570 betrug.

Wie am besten in Fig. 11 erkennbar ist, zeigte der Probekör­ per, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt war, stabile Bewegungsreibungskoeffizienten für eine beträchtli­ che Zeitdauer selbst ohne Schmierung. Wenn andererseits das Beschichtungsmaterial der vorliegenden Erfindung thermisch auf das Ziehwerkzeug, das aus einer WC-gesinterten Legierung bestand, thermisch aufgesprüht wurde, betrug die Oberflächen­ härte HRC 50 bis 52 nach dem Sprühen, aber die Härte erhöhte sich auf HV 1200 nach der Polierung und sie betrug HV 1500 bis 2000 während des Gebrauchs.

Die Dicke der amorphen Beschichtungsschicht betrug 0,15 mm. Bei einer Dicke von weniger als 20 µm konnte die Beschich­ tung nicht unter Hochbelastungsbedingungen wie dem Kaltzie­ hen verwendet werden, und bei einer Dicke von mehr als 5 mm wurde keine Verbesserung beobachtet.

Beispiel 5

Das Material mit der chemischen Zusammensetzung und Härte wie in Tabelle 2 gezeigt wurde hergestellt, und Reibungs- und Abriebsteste wurden durchgeführt. Die Testergebnisse sind in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigt. Die Fig. 12 ist das Ergebnis des Reibungs- und Abriebstests des Probekörper Nr. 5 (aufgekohlte Laufbuchse), und die Tabelle in der Figur ver­ gleicht die Ergebnisse der Probekörper Nr. 1 (vorliegende Er­ findung) und Nr. 2 (aufgekohle Laufbuchse). Es ist erkenn­ bar, daß die Lebensdauer des Probekörpers Nr. 1 mehr als das 253 -fache von derjenigen des Probekörpers Nr. 5 betrug und daß das Reibungsdrehmoment des Probekörpers Nr. 1 etwa 30% von dem Probekörper Nr. 5 betrug.

Die Fig. 13 vergleicht die Gleitabriebstestergebnisse der Probekörper Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4 (Vergleichsbeispiel). Es ist erkennbar, daß die Probekörper Nr. 2 und Nr. 3 bessere Abriebsfestigkeiten zeigten.

Wie in den obigen Beispielen erkennbar ist, können die Bewe­ gungen von Reibungsteilen selbst ohne Schmierung aufgrund der Härte und der verbesserten Reibungseigenschaften geglät­ tet werden und dadurch die Wartungskosten mit der erhöhten Lebensdauer der Produkte verringert werden, wenn das Mate­ rial der vorliegenden Erfindung für die Herstellung von me­ chanischen Produkten der Laufbuchsenart beispielsweise für einen Bagger, für eine Fahrgestellwalze und dergleichen ver­ wendet wird.

Ein Verfahren zur Herstellung und Beschichtung von mechani­ schen Produkten gemäß der Erfindung verwendet eine eisenhal­ tige Legierung, um die Abriebs-, Korrosions- und Wärmefestig­ keit von mechanischen Produkten, die einer Reibungs- und Ab­ riebsumgebung mit oder ohne eine Schmierung ausgesetzt wer­ den, zu verbessern. Die mechanischen Produkte der vorliegen­ den Erfindung umfassen Rotationskontaktteile wie eine Lauf­ buchse und eine Welle in einer Raupenwalze, eine mechanische Abdichtung, die unter hohem Oberflächendruck steht, und Ziehwerkzeuge und Bolzen, die unter Gleitreibungsspannungen stehen. Eine eisenhaltige Legierungszusammensetzung, die zur Beschichtung verwendet wird, umfaßt 18,0 bis 42,0 Gew.-% Cr, 1,0 bis 2,3 Gew.-% Mn, 3,0 bis 4,5 Gew.-% B, 1,0 bis 3,0 Gew.-% Si, weniger als 0,3 Gew.-% C, unvermeidbar enthaltene Verunreinigungen und ansonsten Fe. Eine eisenhaltige Legierungszusammensetzung, die zur Herstellung eines Laufbuchsenprodukts verwendet wird, umfaßt weniger als 4,5% C, 2,5% Si, weniger als 2% Mn, 0,5 bis 35% Cr und ansonsten Fe. Die mechanischen Produkte, die durch das Material der Erfindung hergestellt werden, zeigen eine erhöhte Haltbarkeit und können anstelle der teueren her­ kömmlichen mechanischen Produkte verwendet werden.

Claims (13)

1. Eisenhaltige Legierungszusammensetzung mit folgenden Be­ standteilen:
18,0 bis 42,0 Gew.-% Cr, 1,0 bis 3,2 Gew.-% Mn, 3,0 bis 4,5 Gew.-% B, 1,0 bis 3,0 Gew.-% Si, weniger als 0,3 Gew.-% C, unvermeidbar enthaltene Verunreinigungen und Fe als Rest der Zusammensetzung.

2. Eisenhaltige Legierungszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich weniger als 0,5 Gew.-% P oder Ge und/oder weniger als 1,0 Gew.-% As vorgesehen sind.

3. Eisenhaltige Legierungszusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weiterhin ein oder mehrere Elemente von Mo, Zr, Co und Ni in dem Bereich von 0,5 bis 1,0 Gew.-%.

4. Eisenhaltige Legierungszusammensetzung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eisenhaltige Legierungszusammensetzung in eine amorphe Phase durch die mechanischen Spannungen aufgrund von Reibung und Abrieb umgewandelbar ist.

5. Eisenhaltige Legierungszusammensetzung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Materialien zweiter Phase zur Erhöhung der Ab­ riebfestigkeit WC und/oder TIC vorgesehen sind.

6. Beschichtungsverfahren für mechanische Produkte, die eine Reibungs- und Abriebsfestigkeit, eine Korrosionsfe­ stigkeit und eine Wärmefestigkeit erfordern, das die Schritte aufweist, daß ein eisenhaltiges Legierungs­ material wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert in der Form eines Pulvers oder Drahtes hergestellt wird und daß das Pulver oder der Draht durch ein thermisches Sprü­ hen oder einen Schweißvorgang auf das mechanische Pro­ dukt aufgetragen wird.

7. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver eine Dichte von 7,3 bis 7,4 g/cm³ hat und seine Partikelgröße weniger als 40 µm beträgt.

8. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsdicke in dem Bereich von 20 µm bis 5 mm liegt.

9. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Sprühen unter Verwendung einer Spritz­ pistole, einer Plasmaspritzpistole, eines Lasers, etc. ausgeführt wird.

10. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Produkte Rotationskontaktteile wie eine Laufbuchse und eine Welle innerhalb einer Raupenrol­ le, mechanische Abdichtungen, die unter hohen Oberflächendruck kommen, und Ziehwerkzeuge und Bolzen, die unter Gleitreibungsspannung kommen, umfassen.

11. Eisenhaltige Legierungszusammensetzung mit weniger als 4,5% C, 2,5% Si, weniger als 2% Mn, 0,3 bis 35% Cr und Fe als Rest.

12. Eisenhaltige Legierungszusammensetzung nach Anspruch 11, mit weiterhin einem oder mehreren Elementen von Ni, Mo und B mit weniger als 5 Gew.-%.

13. Laufbuchsenartiges mechanisches Produkt, das aus dem ei­ senhaltigen Legierungsmaterial von Anspruch 11 oder An­ spruch 12 hergestellt worden ist.