EP0721991B1 - Verfahren zur Herstellung eines aus korrosionsbeständigem Stahl bestehenden Spreizankers - Google Patents

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EP0721991B1
EP0721991B1 EP95116384A EP95116384A EP0721991B1 EP 0721991 B1 EP0721991 B1 EP 0721991B1 EP 95116384 A EP95116384 A EP 95116384A EP 95116384 A EP95116384 A EP 95116384A EP 0721991 B1 EP0721991 B1 EP 0721991B1
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expansion
corrosion
alloying constituents
sleeve
enriched
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Bernd Dipl.-Ing. Hein (Fh)
Norbert Dr. Arnold
Paul Prof.Dr. Gümpel
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Fischerwerke Artur Fischer GmbH and Co KG
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    • E21—EARTH OR ROCK 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 for producing a corrosion-resistant Steel existing expansion anchor with an expansion sleeve and an expansion body according to the preamble of claim 1.
  • Expansion anchors made of corrosion-resistant steel with one over a part their length slotted expansion sleeve and an expansion cone Expansion body which can be driven into the expansion sleeve to anchor the expansion anchor, are well known.
  • it can due to the high spreading pressure during the anchoring process to eat the both sliding surfaces of the expansion body and expansion sleeve come.
  • This feeding significantly affects the function of the expansion anchor.
  • On such anchor is particularly unsuitable for use in the pull zone because of a lack of expansion behavior does not compensate for a borehole expansion due to crack formation can be.
  • one or both metal parts to be provided with a coating.
  • a coating for example in the immersion process or Spraying applied coating is very thin and not very resistant. Accordingly, the coating can be scraped off during the anchoring process that the sliding behavior for re-spreading with a borehole expansion through Crack formation deteriorated considerably. Furthermore, such a coating neither does the long-term behavior of the expansion anchor with regard to post-expansion ensured.
  • EP 0 154 600 describes a corrosion-resistant austenitic iron-chromium-nickel-nitrogen steel known for mechanically highly stressed components. To a high yield strength The nitrogen content is enriched by temperature treatment and subjected to a cold forming process after cooling. By a subsequent Aging annealing forms a fine-grained structure so that high yield strengths are reached become.
  • the invention has for its object the manufacture of a corrosion-resistant Steel to allow existing expansion anchors, which permanently Favorable, the re-spreading with a borehole expansion possible by crack formation Sliding behavior is ensured.
  • the original chromium content with the enriched non-metallic alloy components Increase starting material. This can either be the expansion sleeve or preferably the expansion body.
  • the materials according to the invention can be processed using powder metallurgy generated and processed in the usual machining manufacturing processes become. However, it is also possible to remove the expansion body from the invention Manufacture material in a simple manner using the metal powder injection molding process. In this process, the precipitation-forming alloy elements are made of the basic composition has added metal powder. After hosing down the expansion body in an injection mold and debinding and The annealing annealing takes place in which the alloy components are sintered Carbon, nitrogen and / or boron in the form of carbides, nitrides and / or borides are excreted 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.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren 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.
Aus der DE 42 25 869 A1 ist die Herstellung eines aus korrosionsbeständigem Stahl bestehenden Spreizankers bekannt, bei dem entweder die Spreizhülse oder der Spreizkörper mit einer Beschichtung durch Nitrieren versehen ist.
Aus der EP 0 154 600 ist ein korrosionsbeständiger austenitischer Eisen-Chrom-Nickel-Stickstoff-Stahl für mechanisch hoch beanspruchte Bauteile bekannt. Um eine hohe Streckgrenze zu erreichen wird durch eine Temperaturbehandlung der Stickstoffgehalt angereichert und nach dem Abkühlen einem Kaltumformprozeß unterzogen. Durch ein anschließendes Auslagerungsglühen bildet sich ein feinkörniges Gefüge, so daß hohe Streckgrenzen erreicht werden.
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 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 ursprünglichen Chromgehalt des mit den nichtmetallischen Legierungsbestandteilen angereicherten Ausgangswerkstoffes zu erhöhen. Dies kann entweder die Spreizhülse oder vorzugsweise der Spreizkörper sein.
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 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 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 der Spreizhülse oder des Spreizkörpers mit interstitiell gelösten, nichtmetallischen Legierungsbestandteilen 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 ursprüngliche Chromgehalt des mit den nichtmetallischen Legierungsbestandteilen angereicherten Ausgangswerkstoffes 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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