EP0030933A1 - Verfahren zur Herstellung von metallischen Hartgussformteilen und deren Verwendung als Baggerzähne und/oder Baggerlippen von Löffelbaggern - Google Patents
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- B22D19/06—Casting in, on, or around objects which form part of the product for manufacturing or repairing tools
Definitions
- the invention relates to a process for the production of metallic chilled castings with areas of increased wear resistance, which are created in the casting mold by introducing molded bodies that provide a local alloying effect with the melt material.
- Another measure with the same objective is to embed hard material parts in the hollow volume of the casting mold, which are encased in the molded part by the matrix of the casting material and bring about a corresponding reduction in wear.
- this solution cannot be considered completely satisfactory either, because additional precautions have to be taken, e.g. by using wire mesh or by another suggestion of suction pressure, in order to separate the individual hard material grains or to fix pieces in the hollow volume of the casting mold in such a way that the intended uniform distribution in the casting is generally ensured.
- the object of the invention is therefore to avoid these disadvantages and to provide a method with which it is possible to produce wear-resistant castings with a combination of hardness and toughness which can be easily adapted to the respective requirements, and thus in the best possible way cost-effectively.
- the method according to the invention is characterized in that a base metal melt made of high manganese steel and Porous moldings are used, which have been formed by foaming finely divided ferroboron, preferably in core boxes, mixed with an aqueous alkali silicate solution and optionally additional hard materials.
- Fine-grain ferroboron (grain size 0.02 - 0.075 mm) was mixed with 30% sodium water glass and a very tough paste was formed. This porridge was then called Filling used about half of the hollow volume of core boxes, which were modeled on the tooth shape of excavator teeth.
- the core boxes were then heated to-120 ° C. for 2 hours, during which time porous shaped bodies were formed whose pore size was 0.7 mm on average and whose pore volume was approximately 50%.
- These moldings were inserted into a so-called "green" casting mold made of quartz sand for producing the excavator teeth and fastened there with shaped nails in such a way that - based on the surface of the tooth flank - about 50% of the tooth flank was laid out.
- the casting was carried out with a melt of high manganese steel at a casting temperature of 1530 ° C.
- the excavator teeth produced in this way showed excellent stability in practical use.
- Example 2 Were blocked with 3% sodium sodium silicate 0 similarly as in a core box - from a slurry-like mixture of an intimate batch of 80 wt .-% of the ferroboron and described in Example 1 20 wt .-% aluminum oxide (0.1 mm grain size 0.05) in Example 1, moldings with a pore volume of about 50% in the dimension 100 x 100 x 15 mm. These shaped bodies were placed in the edge area of the lip of excavator buckets at a uniform distance of about 20 mm. In the mold and fastened there with shaped nails. The casting was carried out with a melt of high manganese steel heated to 1540 ° C.
- Fig. 1 shows such a structure with the boride eutectic, using ferrobor molded articles with a pore volume of 20%, 90% of the ground surface having a hardness of 820-860 HV.
- the pore volume of the shaped bodies was 40%; the area share with 800 - 860 HV is reduced to about 50%, while the basic mass (boron-containing Mn austenite) is 300 HV.
- Fig. 3 shows a structure, the pore volume was 60%; the area share with 800 - 860 HV is 30%, the hardness of the base material is also 300 HV.
- Fig. 4 shows the structure of the base metal matrix, that is, of manganese high-carbon steel at the same magnification ratio; its hardness is 240 HB.
Landscapes
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Hartguß-Formteilen mit Bereichen erhöhter Verschleißfestigkeit, die durch Einbringung von einen örtlichen Legierungseffekt mit dem Schmelzenwerkstoff liefernden Formkörpern in die Gußform geschaffen sind.
- Sie bezieht sich ferner auf die Verwendung derartiger Hartguß-Formteile als Baggerzähne und/oder Baggerlippen von Löffelbaggern.
- Bei der Förderung bzw. Zerkleinerung von Erzen, Steinen oder sonstigen natürlichen oder künstlichen Stoffen bestehen erhebliche.technische Pronleme hinsichtlich der Werkstoffe für die Verschleißteile der dabei eingesetzten Werkzeuge. Besondere Probleme treten insbesondere dann auf, wenn das zu zerkleinernde Material neben einer hohen Härte auch noch eine hohe Zähigkeit aufweist. Bei derartigen Materialien, bei denen bisher die üblichen Zerkleinerungswerkzeuge aus Manganhartstahl nur geringe Standzeiten aufweisen, ist die für die Weiterverarbeitung erforderliche Zerkleinerung wirtschaftlich nur dann vertretbar, wenn der Wert des Produktes erheblich höher ist als die entstehenden Verschleißkosten, bezogen auf eine entsprechende Menge des Gutes. Die Schwierigkeiten bei den Zerkleinerungsmaschinen bzw. deren Verschleißteilen ergeben sich insbesondere deshalb, weil neben der reibenden Beanspruchung durch das Brechgut in erheblichem Maße auch stoßende, schlagende oder prallende Beanspruchungen an Verschleißteilen auftreten.
- Um die Standzeit hochbeanspruchter Gußteile zu ver- bessern, ist bereits vorgeschlagen worden, durch Aufbringung von Legierungspasten an bestimmten Flächen der Form vor dem Guß einen oberflächlichen Härtungseffekt an den besonders verschleißbeanspruchten Stellen zu erreichen. Diese Maßnahme beim Gießen hat jedoch wesentliche Nachteile; sie ist umständlich in der. Handhabung, unsicher bzw. ungenau hinsichtlich des Ausmaßes der technologischen Verbesserung und gering hinsichtlich der Tiefenwirkung des Legierungseffektes, weil nur dünne Pastenschichten angewendet werden können.
- Eine andere Maßnahme mit gleicher Zielsetzung besteht darin, Hartstoffteile in das Hohlvolumen der Gußform einzubetten, die im gegossenen Formteil von der Matrix des Gußwerkstoffes umhüllt sind und eine entsprechende Verschleißminderung bewirken. Wenngleich die Tiefenwirkung dabei gegenüber der Anwendung von Legierungspasten wesentlich verstärkt ist, kann auch diese Lösung nicht als vollauf zufriedenstellend angesehen werden, denn es müssen zusätzliche Vorkehrungen getroffen werden, etwa durch Anwendung von Maschendraht oder nach einem anderen Vorschlag von Saugdruck, um die einzelnen Hartstoffkörner bzw. -stücke derart im Hohlvolumen der Gußform zu fixieren, daß die im Regelfall beabsichtigte gleichmäßige Verteilung im Gußteil sichergestellt wird.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, mit dem es gelingt, verschleißfeste Gußteile mit einer den jeweiligen Anforderungen leicht anzupassenden Kombination von Härte und Zähigkeit, somit also in bestmöglicher Weise kostengünstig herzustellen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundmetallschmelze aus Manganhartstahl und poröse Formkörper verwendet werden, die durch Aufschäumen von feinteiligem, mit einer wässerigen Alkalisilikatlösung und gegebenenfalls zusätzlichen Hartstoffen vermischtem Ferrobor, vorzugsweise in Kernkästen, gebildet worden sind.
- Der Umstand, daß pulverförmiges Ferrobor mit einer wässerigen Alkalisilikatlösung unter Aufschäumen und Ausbildung eines porösen Formkörpers reagiert, ist durchaus überraschend und findet im Verhalten anderer Ferrolegierungen, z.B. Ferromangan unter analogen Verhältnissen keine Parallele. Die Reaktion wird durch Erwärmen beschleunigt, so daß es für die Herstellung der Formkörper angezeigt erscheint, das Aufschäumen bei einer Temperatur von zumindest etwa 800 C vorzunehmen. Wenngleich es bevorzugt wird, die für die porösen Formkörper gewünschte Formgebung durch die Anwendung entsprechender Formkästen bei der Erstarrung der geschäumten Masse vorzusehen, kann natürlich auch eine Formgebung nach der Erstarrung des Schaumes vorgenommen werden. Daß das resultierende Porenvolumen primär vom Formfüllungsgrad sowie der Konzentration der Silikatlösung beeinflußt wird, versteht sich wohl von selbst. Wenngleich der Reaktionsmechanismus für das Aufschäumen noch nicht eindeutig geklärt ist, kann jedenfalls ausgesagt werden, daß es sich dabei nicht um eine pyrolytische Zersetzung handelt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- Feinkörniges Ferrobor (Körnung 0,02 - 0,075 mm) wurde mit 30 %igem Natronwasserglas vermischt und ein sehr zäher Brei gebildet. Dieser Brei wurde sodann als Füllung etwa der Hälfte des Hohlvolumens von Kernkästen verwendet, die der Zahnform von Baggerzähnen nachgebildet waren. Die Kernkästen wurden dann 2h lang auf-120°C erwärmt, wobei sich poröse Formkörper ausbildeten, deren Porengröße im Mittel 0,7 mm und deren Porenvolumen etwa 50 % betrug. Diese Formkörper wurden in eine aus Quarzsand hergestellte sogenannte "grüne" Gußform zur Herstellung der Baggerzähne derart eingesetzt und dort mit Formnägeln befestigt, daß - auf die Oberfläche der Zahnflanke bezogen - etwa 50 % derselben ausgelegt wurden. Der Abguß wurde mit einer Schmelze aus Manganhartstahl bei einer Gießtemperatur von 1530°C vorgenommen. Die so hergestellten Baggerzähne zeigten im praktischen Einsatz eine hervorragende Standfestigkeit.
- Aus einer breiartigen Mischung eines innigen Gemenges aus 80 Gew.-% des im Beispiel 1 beschriebenen Ferrobors und 20 Gew.-% Korund (Körnung 0,05 - 0,1 mm) mit 30 %-igem Natronwasserglas wurden in einem Kernkasten ähnlich wie im Beispiel 1 Formkörper mit einem Porenvolumen von etwa 50 % in der Abmessung 100 x 100 x 15 mm.hergestellt. Diese Formkörper wurden im Kantenbereich der Lippe von Baggereimern im gleichmäßigen Abstand von etwa 20 mm.in die Gußform eingelegt und dort mit Förmnägeln befestigt. Der Abguß erfolgte mit einer auf 1540°C erhitzten Schmelze aus Manganhartstahl.
- Die Standzeiten dieser als Löffelbagger in Zinnminen eingesetzten und dabei einer besonders hohen Verschleißbeanspruchung ausgesetzten Baggereimer konnten auf diese Weise um ein Mehrfaches verbessert werden.
- Zur Demonstration der primär vom Porenvolumen der in die Gußform eingebrachten porösen Ferrobor-Formkörper bestimmten Härteverhältnisse bei erfindungsgemäß hergestellten Gußteilen werden abschließend durch Ätzung mit 2 % HNO3 enthaltene Schliffbilder der randlegierten Zonen erläutert, die sich auf das in 250-facher Vergrößerung dargestellte Randzonen-Gefüge(Abb. 1 - 3) bzw. das Gefüge der Grundmetallmatrix von Manganhartstahl (Abb. 4) beziehen.
- Abb. 1 zeigt ein solches unter Verwendung von Ferrobor-Formkörpern mit einem Porenvolumen von 20 % sich ergebendes Gefüge mit dem Borideutektikum, wobei 90 % der Schliff-Fläche eine Härte von 820 - 860 HV aufweisen. Beim Gefüge von Abb. 2 betrug das Porenvolumen der Formkörper 40 %; der Flächenanteil mit 800 - 860 HV ist auf etwa 50 % verringert, während die Grundmasse (borhältiger Mn-Austenit) 300 HV aufweist.
- Abb. 3 zeigt ein Gefüge, wobei das Porenvolumen 60 % betrug; der Flächenanteil mit 800 - 860 HV beträgt 30 %, die Härte der Grundmasse ebenfalls 300 HV.
- Schließlich ist in Abb. 4 das Gefüge der Grundmetallmatrix, also von Manganhartstahl im gleichen Vergrößerungsverhältnis dargestellt; seine Härte beträgt 240 HB.
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