EP0721991A1 - Verfahren zur Herstellung eines aus korrosionsbeständigem Stahl bestehenden Spreizankers - Google Patents

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EP0721991A1 EP95116384A EP95116384A EP0721991A1 EP 0721991 A1 EP0721991 A1 EP 0721991A1 EP 95116384 A EP95116384 A EP 95116384A EP 95116384 A EP95116384 A EP 95116384A EP 0721991 A1 EP0721991 A1 EP 0721991A1
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corrosion
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Norbert Dr. Arnold
Paul Prof.Dr. Gümpel
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Fischerwerke Artur Fischer GmbH and Co KG
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0006—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by the bolt material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product

Definitions

  • the invention relates to a method, in particular for producing an expansion anchor made of corrosion-resistant steel with an expansion sleeve and an expansion body according to the preamble of claim 1.
  • Expansion anchors made of corrosion-resistant steel with an expansion sleeve slotted over part of their length and an expansion body having an expansion cone which can be driven into the expansion sleeve to anchor the expansion anchor are well known.
  • the high expansion pressure during the anchoring process can result in the two surfaces of the expansion body and the expansion sleeve sliding on one another. This feeding significantly affects the function of the expansion anchor.
  • Such an anchor is particularly unsuitable for use in the tensile zone since, due to the lack of spreading behavior, an expansion of the borehole due to crack formation cannot be compensated for.
  • metal expansion anchors it is common for metal expansion anchors to use steels with a different microstructure for the two metal parts sliding on one another.
  • this option is not always applicable, particularly with stainless steel anchors.
  • the invention has for its object to enable the production of an expansion anchor made of a corrosion-resistant steel, in the long-term, a favorable, the re-spreading with a borehole expansion by crack formation is ensured sliding behavior.
  • non-metallic alloy components are not yet present in the basic composition of the corrosion-resistant steel, they are alloyed or their content is increased, if available.
  • the nitrogen content can be increased, for example, by the known method of pressure embroidery.
  • the deposited non-metallic alloy components are stabilized in such a way that an equilibrium is established in the state of precipitation.
  • additional carbide-forming elements such as vanadium, titanium and / or niobium can also be added. These additional alloying elements prevent pure chromium carbides which reduce the corrosion resistance from forming.
  • the materials according to the invention can either be produced using powder metallurgy process techniques and processed in the customary machining production processes.
  • the precipitation-forming alloy elements are admixed with the metal powder having the basic composition.
  • the aging annealing takes place, in which the alloy components carbon, nitrogen and / or boron are excreted in the form of carbides, nitrides and / or borides in order to achieve increased hardness.
  • Basic composition of the alloy elements of a corrosion-resistant steel with the increased content of the precipitation-forming alloy components Basic composition Enrichment on C. 0.03 Si 0.5 Mn 18.2 S 0.003 Cr 18.5 Mon 2.3 N 0.15 N 0.9
  • Nitrides are excreted.
  • Vanadium carbides are excreted.

Abstract

Zur Herstellung eines aus einem korrosionsbeständigen Stahl bestehenden Spreizankers wird zur Erzielung eines günstigen und dauerhaften Gleitverhaltens und zur Verminderung der Freßneigung ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem der Ausgangswerkstoff, vorzugsweise des Spreizkörpers, mit interstitiell gelösten, nichtmetallischen Legierungsbestandteilen wie Kohlenstoff, Stickstoff und/oder Bor angereichert wird. Danach werden durch eine Auslagerungsglühung diese Legierungsbestandteile in Form von Carbiden, Nitriden und/oder Boriden zur Erzielung einer erhöhten Härte ausgeschieden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere zur Herstellung eines aus korrosionsbeständigem Stahl bestehenden Spreizankers mit einer Spreizhülse und einem Spreizkörper gemäß der Gattung des Anspruches 1.
  • Aus korrosionsbeständigem Stahl bestehende Spreizanker mit einer über einen Teil ihrer Länge geschlitzten Spreizhülse und einem einen Spreizkonus aufweisenden Spreizkörper, der zur Verankerung des Spreizankers in die Spreizhülse eintreibbar ist, sind hinlänglich bekannt. Bei der Verankerung des bekannten Spreizankers kann es durch den hohen Spreizdruck während des Verankerungsvorganges zum Fressen der beiden aufeinandergleitenden Flächen von Spreizkörper und Spreizhülse kommen. Durch dieses Fressen wird die Funktion des Spreizankers erheblich beeinträchtigt. Ein solcher Anker ist insbesondere für einen Einsatz in der Zugzone ungeeignet, da wegen fehlendem Nachspreizverhalten eine Bohrlocherweiterung durch Rißbildung nicht ausgeglichen werden kann.
  • Aus diesem Grund ist es bei Metallspreizankern üblich, für die beiden aufeinandergleitenden Metallteile Stähle mit einer unterschiedlichen Gefügestruktur zu verwenden. Da diese jedoch nur in Großmengen herstell- und lieferbar sind, ist diese Möglichkeit insbesondere bei Edelstahlankern nicht immer anwendbar. Des weiteren wird auch keine ausreichende Homogenität in der Gefügestruktur der Stähle erreicht, die mit ausreichender Sicherheit eine Verringerung der Freßneigung bewirkt.
  • Zur Verringerung der Freßneigung ist es des weiteren bekannt, ein oder beide Metallteile mit einer Beschichtung zu versehen. Diese beispielsweise im Tauchverfahren oder Aufsprühen aufgebrachte Beschichtung ist sehr dünn und wenig widerstandsfähig. Beim Verankerungsvorgang kann demzufolge die Beschichtung abgeschabt werden, so daß sich das Gleitverhalten für das Nachspreizen bei einer Bohrlocherweiterung durch Rißbildung erheblich verschlechtert. Des weiteren ist durch eine solche Beschichtung auch das Langzeitverhalten des Spreizdübels in bezug auf das Nachspreizen nicht sichergestellt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines aus einem korrosionsbeständigen Stahl bestehenden Spreizankers zu ermöglichen, bei dem dauerhaft ein günstiges, das Nachspreizen bei einer Bohrlocherweiterung durch Rißbildung ermöglichendes Gleitverhalten sichergestellt wird.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht. Bei korrosionsbeständigen Stählen mit hohen Gehalten an interstitiell gelösten nichtmetallischen Legierungsbestandteilen wie Kohlenstoff, Stickstoff und/oder Bor können durch eine Auslagerungsglühung diese Legierungsbestandteile in Form von Carbiden, Nitriden und/oder Boriden ausgeschieden werden. Diese sehr harten Partikel bewirken eine erhöhte Härte mit dem Effekt, daß die Neigung zur Kaltverschweißung und Fressen gemindert wird. Über die erhöhte Härte, beispielsweise des Spreizkörpers gegenüber der Spreizhülse, wird somit sowohl für den Aufspreizvorgang als auch für das Nachspreizen in gerissenem Beton ein günstiges und dauerhaftes Gleitverhalten sichergestellt. Soweit diese nichtmetallischen Legierungsbestandteile in der Grundzusammensetzung des korrosionsbeständigen Stahls noch nicht vorhanden sind, werden diese zulegiert oder soweit vorhanden deren Gehalt erhöht. Die Erhöhung des Stickstoffgehaltes kann beispielsweise durch die bekannte Methode des Druckaufstickens erfolgen. Bei der Auslagerungsglühung werden die ausgeschiedenen nichtmetallischen Legierungsbestandteile in der Weise stabilisiert, daß sich ein Gleichgewicht im Ausscheidungszustand einstellt.
  • Zur Vermeidung von örtlichen, die Korrosion fördernden Chromverarmungen ist es zweckmäßig, den Chromgehalt des korrosionsbeständigen Stahles gegenüber der Grundlegierung ebenfalls zu erhöhen.
  • Um eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu erhalten, können neben den ausscheidungsbildenden nichtmetallischen Legierungsbestandteilen Kohlenstoff, Stickstoff und/oder Bor noch zusätzliche carbidbildende Elemente wie Vanadium, Titan und/oder Niob zulegiert werden. Diese zusätzlichen Legierungselemente verhindern, daß sich reine, die Korrosionsbeständigkeit vermindernde Chromcarbide bilden.
  • Die erfindungsgemäßen Werkstoffe können entweder über pulvermetallurgische Verfahrenstechniken erzeugt und in den üblichen spanabhebenden Herstellverfahren verarbeitet werden. Es ist allerdings auch möglich, den Spreizkörper aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff in einfacher Weise im Metall-Pulverspritzgußverfahren herzustellen. Bei diesem Verfahren werden die ausscheidungsbildenden Legierungselemente dem die Grundzusammensetzung aufweisenden Metallpulver beigemengt. Nach dem Abspritzen des Spreizkörpers in einem Spritzgußwerkzeug und dem Entbindern und Sintern des Spreizkörpers erfolgt die Auslagerungsglühung, bei der die Legierungsbestandteile Kohlenstoff, Stickstoff und/oder Bor in Form von Carbiden, Nitriden und/oder Boriden zur Erzielung einer erhöhten Härte ausgeschieden werden.
    • Beispiel 1
  • Grundzusammensetzung der Legierungselemente eines korrosionsbeständigen Stahls mit dem erhöhten Gehalt der ausscheidungsbildenden Legierungsbestandteile.
    Grundzusammensetzung Anreicherung auf
    C 0,03
    Si 0,5
    Mn 18,2
    S 0,003
    Cr 18,5
    Mo 2,3
    N 0,15 N 0,9
  • Nitride werden ausgeschieden.
    • Beispiel 2
  • Grundzusammensetzung Anreicherung auf
    C 0,02
    Si 0,1
    Mn 1,5
    Cr 23,0 Cr 26,0
    Ni 14,0
    Mo 2,0
    B 0,05 B 1,5
  • Boride werden ausgeschieden.
    • Beispiel 3
  • Grundzusammensetzung Anreicherung auf
    C 2,4 C 3,7
    Cr 12,0 Cr 24,5
    Mo 3,1
    V 1,0 V 9,0
  • Vanadincarbide werden ausgeschieden.

Claims (4)

  1. Verfahren, insbesondere zur Herstellung eines aus korrosionsbeständigem Stahl bestehenden Spreizankers mit einer teilweise geschlitzten Spreizhülse, die durch einen in die Spreizhülse eintreibbaren Spreizkörper in einem Bauteil verankerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswerkstoff eines Teiles, vorzugsweise des Spreizkörpers, mit interstitiell gelösten, nichtmetallischen Legierungsbestandteilen wie Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und/oder Bor (B) angereichert wird, und daß durch eine Auslagerungsglühung diese Legierungsbestandteile in Form von Carbiden, Nitriden und/oder Boriden zur Erzielung einer erhöhten Härte ausgeschieden werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt des korrosionsbeständigen Stahles gegenüber der Grundlegierung erhöht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den ausscheidungsbildenden nichtmetallischen Legierungsbestandteilen noch zusätzliche carbidbildende Elemente wie Vanadium (V), Titan (Ti) und/oder Niob (Nb) zulegiert werden
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizkörper im Metall-Pulverspritzgußverfahren hergestellt wird.
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