EP2158988A1 - Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen - Google Patents

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EP2158988A1 EP08105119A EP08105119A EP2158988A1 EP 2158988 A1 EP2158988 A1 EP 2158988A1 EP 08105119 A EP08105119 A EP 08105119A EP 08105119 A EP08105119 A EP 08105119A EP 2158988 A1 EP2158988 A1 EP 2158988A1
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/16—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making compound objects cast of two or more different metals, e.g. for making rolls for rolling mills
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material

Definitions

  • the invention relates to a method for producing cast parts with integrated components, wherein the integrated component has a substantially higher surface hardness than the rest of the cast part.
  • tillage and agricultural machinery heavy implements are movably connected to the drive vehicle.
  • a so-called mounting frame is used as a connecting element between the implement and the drive vehicle.
  • the mounting frame has at least one bearing pin, which is arranged to extend transversely to the direction of travel of the drive vehicle.
  • the mounting frame with the bearing pin is used for movable connection of the implement to the drive vehicle.
  • the mounting frame can accommodate electrical, hydraulic and / or pneumatic lines.
  • the one or more bearing pins are used for storage of the implement.
  • the bearing pin transmits the forces from the drive vehicle to the implement.
  • the implement is movably arranged about an axis extending transversely to the direction of travel of the drive vehicle by the one or more bearing bolts.
  • the bearing bolts are the highest standards in terms of load capacity, strength, corrosion resistance, etc. provided.
  • the mounting frame for connecting equipment with a drive vehicle known.
  • the mounting frame consists of an upper and a lower crossbar and two side beams, which are welded together to form a frame.
  • the side beams are in turn welded bearing blocks for receiving bearing bolts, which are connected to the arms of the drive vehicle.
  • the production of the mounting frame would be cheaper if manufacturing steps such as welding or mechanical connection could be omitted by screwing or pinning the bearing pin.
  • the encapsulation of the bearing pin made of cast steel with the cast iron material of the frame has been found in practice unsuitable because during the casting process between the bolt and the frame no guaranteed positive and non-positive connection can be made.
  • the relatively large mass of the steel bolt dissipates the heat of the cast iron too quickly, so that no secure welding of the bearing bolt can be ensured in the relatively narrow connection region.
  • a loose installation of the bearing bolt by means of retaining rings and pins is not promising due to the associated expense, especially during assembly and maintenance.
  • This object is achieved by a method for producing cast parts with integrated components, wherein the integrated component has a substantially higher surface hardness than the rest of the cast part, wherein the integrated component is cast simultaneously with the rest of the casting and wherein the integrated component after casting a Surface treatment is subjected.
  • the casting with the integrated component has the highest possible service life.
  • the integrated component surface treatment a surface hardening with a hardness greater than 50 HRC.
  • the surface treatment having a surface coating with a hardness greater than 50 HRC advantageously has a thickness of at least 0.1 mm, preferably at least 0.3 mm.
  • An attachment frame which is installed between a heavy drive machine and a lifting device, is cast from cast iron from a spheroidal graphite cast iron alloy.
  • the one or more bearing bolts is / are cast simultaneously with the other areas of the mounting frame.
  • the casting process is performed as a molding in a form of a reusable material, such as a sand mold.
  • the finished casting has a weight of a few hundred kilograms.
  • the mounting frame in the region of the bearing bolt which has a diameter of, for example, 60 mm, is coated with a metallic wear layer.
  • HVOF High Velocity Oxygen Fuel
  • the coating in the high-speed flame spraying process is characterized by a high impact velocity of the coating particles with the lowest possible energy input.
  • the coating particles are warmed up in a burner and accelerated in the exhaust gas stream.
  • the distance between the burner and the component to be coated and the selective residence time of the coating jet are chosen so that the temperature at the surface of the casting at about 200 ° C remains well below the structural transformation temperature.
  • the underlying substrate is metallurgically not or only slightly changed in the coating.
  • the coating material used is a metal powder which consists of 67% by weight of tungsten carbide with a defined grain size distribution and 33% by weight of a chromium-nickel-boron-silicon alloy.
  • the layer thickness of the coating after flame spraying is at least 0.1 mm. To compensate for unevenness of the casting and to have sufficient material reserve during subsequent processing, preferably at least 0.3 mm is coated.
  • the coating has good dielectric and thus good anti-corrosion properties.
  • the defined grain size distribution of the tungsten carbide produces a very compact and impermeable layer.
  • the surface hardness of the coating of the bearing pin is at least 50 HRC, preferably 60 HRC. Load tests of the cultivation frame treated in this way show an adhesion of the layer of at least 50 MPa. The corrosion resistance was tested in a salt spray for 240 hours. The resistance is good to very good and the coated surface shows no rust, no undercutting or peeling.
  • a heavy-duty mounting frame can be produced at low cost with a long service life. Only one casting material is used for the entire mounting frame. In the casting components that are partially exposed to greater wear can be integrated. Through the integration of the bearing pin in the mounting frame form and adhesion are guaranteed.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen vorgeschlagen, wobei das integrierte Bauteil bereichsweise eine wesentlich höhere Oberflächenhärte als das übrige Gussteil aufweist. Das integrierte Bauteil wird gleichzeitig mit dem übrigen Gussteil gegossen und das integrierte Bauteil wird nach dem Giessvorgang einer Oberflächenbehandlung unterworfen. Die Gussteile werden als Anbaurahmen für schwere mechanisch angetriebene Maschinen mit einem integrierten Lagerbolzen verwendet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen, wobei das integrierte Bauteil bereichsweise eine wesentlich höhere Oberflächenhärte als das übrige Gussteil aufweist.
  • Im Kraftfahrzeugbau, beispielsweise bei Baumaschinen, Bodenbearbeitungs- und Landbaumaschinen werden schwere Arbeitsgeräte beweglich mit dem Antriebsfahrzeug verbunden. Als Verbindungselement zwischen dem Arbeitsgerät und dem Antriebsfahrzeug wird ein so genannter Anbaurahmen verwendet. Der Anbaurahmen weist mindestens einen Lagerbolzen auf, der quer zur Fahrtrichtung des Antriebsfahrzeuges verlaufend angeordnet ist. Der Anbaurahmen mit den Lagerbolzen dient zur beweglichen Verbindung des Arbeitsgerätes mit dem Antriebsfahrzeug. Der Anbaurahmen kann elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Leitungen aufnehmen.
  • Mittels des Anbaurahmens können verschiedenartige Arbeitsgeräte austauschbar mit dem Antriebsfahrzeug verbunden werden. Der oder die Lagerbolzen dienen zur Lagerung des Arbeitsgerätes. Der Lagerbolzen überträgt die Kräfte von dem Antriebsfahrzeug zum Arbeitsgerät. Das Arbeitsgerät ist beweglich um eine quer zur Fahrtrichtung des Antriebsfahrzeuges verlaufende Achse durch die oder den Lagerbolzen angeordnet. An den Lagerbolzen werden höchste Ansprüche bezüglich Belastbarkeit, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw. gestellt.
  • Aus der US 3 876 091 ist ein Anbaurahmen zur Verbindung von Arbeitsgeräten mit einem Antriebsfahrzeug bekannt. Der Anbaurahmen besteht aus einem oberen und einem unteren Querbalken und zwei Seitenbalken, die zu einem Rahmen zusammengeschweisst sind. In den Seitenbalken sind wiederum Lagerblöcke eingeschweisst zur Aufnahme von Lagerbolzen, die mit den Armen des Antriebsfahrzeuges verbunden werden.
  • Die Herstellung des Anbaurahmens wäre kostengünstiger, wenn Herstellungsschritte wie das Einschweissen oder die mechanische Verbindung durch Verschrauben oder Verstiften des Lagerbolzens unterbleiben könnten. Das Umgiessen des Lagerbolzens aus Stahlguss mit dem Gusseisenwerkstoff des Rahmens hat sich in der Praxis als ungeeignet herausgestellt, weil beim Giessvorgang zwischen dem Bolzen und dem Rahmen keine garantiert form- und kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden kann. Die relativ grosse Masse des Stahlbolzens leitet beim Umgiessen die Wärme des Gusseisens zu schnell ab, so dass in dem relativ schmalen Verbindungsbereich kein sicheres Einschweissen des Lagerbolzens gewährleistet werden kann. Ein loser Einbau des Lagerbolzens mittels Sicherungsringen und -Stiften ist aufgrund des damit verbundenen Aufwandes, insbesondere bei Montage und Wartung, nicht Erfolg versprechend.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein möglichst kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen anzugeben, wobei der Schweissvorgang bzw. die mechanische Verbindung eingespart werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen, wobei das integrierte Bauteil bereichsweise eine wesentlich höhere Oberflächenhärte als das übrige Gussteil aufweist, wobei das integrierte Bauteil gleichzeitig mit dem übrigen Gussteil gegossen wird und wobei das integrierte Bauteil nach dem Giessvorgang einer Oberflächenbehandlung unterworfen wird.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Es ist von Vorteil, dass das Gussteil mit dem integrierten Bauteil eine möglichst hohe Lebensdauer aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass das integrierte Bauteil eine Oberflächenbehandlung eine Oberflächenhärtung mit einer Härte grösser als 50 HRC aufweist. Dies wird auch dadurch erreicht, dass die Oberflächenbehandlung eine Oberflächenbeschichtung mit einer Härte grösser als 50 HRC aufweist. Im Bereich des integrierten Bauteiles weist die härtere Schicht nach der Oberflächenbehandlung in vorteilhafter Weise eine Dicke von mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,3 mm auf.
    • Ausführungsbeispiel
  • Ein Anbaurahmen, der zwischen einer schweren Antriebsmaschine und einer Hebevorrichtung eingebaut wird, wird aus einem Guss aus einer Gusseisenlegierung mit Kugelgraphit gegossen. Der oder die Lagerbolzen wird/werden gleichzeitig mit den übrigen Bereichen des Anbaurahmens gegossen. Der Giessvorgang wird als Formguss in eine Form aus einem wieder verwendbaren Material, beispielsweise einer Sandform, durchgeführt. Das fertige Gussteil weist ein Gewicht von einigen hundert Kilogramm auf. Nach dem Giessen, dem Auspacken und dem Reinigen wird der Anbaurahmen im Bereich des Lagerbolzens, der einen Durchmesser von beispielsweise 60 mm aufweist, mit einer metallischen Verschleissschicht beschichtet.
  • Die Beschichtung erfolgt in einem Lichtbogen-Meiallspritzverfahren oder in einem Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren (HVOF = High Velocity Oxygen Fuel). Die Beschichtung im Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren zeichnet sich aus durch eine hohe Aufprallgeschwindigkeit der Beschichtungspartikel bei einem möglichst niedrigen Energieeintrag. Die Beschichtungspartikel werden in einem Brenner aufgewärmt und im Abgasstrom beschleunigt. Der Abstand zwischen dem Brenner und dem zu beschichtenden Bauteil sowie die punktuelle Verweildauer des Beschichtungsstrahles werden so gewählt, dass die Temperatur an der Oberfläche des Gussteiles mit etwa 200 °C deutlich unterhalb der Gefügeumwandlungstemperatur bleibt. Das unterliegende Substrat wird bei der Beschichtung metallurgisch nicht oder nur geringfügig verändert.
  • Als Beschichtungswerkstoff wird ein Metallpulver verwendet, das zu 67 Gew.% aus Wolframkarbid mit einer definierten Korngrössenverteilung und zu 33 Gew.% aus einer Chrom-Nickel-Bor-Silizium-Legierung besteht. Die Schichtdicke der Beschichtung nach dem Flammspritzen beträgt mindestens 0,1 mm. Um Unebenheiten des Gussteiles auszugleichen und um bei der nachfolgenden Bearbeitung genügend Materialreserve zu haben, wird vorzugsweise mindestens 0,3 mm beschichtet.
  • Die Beschichtung weist gute dielektrische und somit gute Antikorrosionseigenschaften auf. Durch die definierte Korngrössenverteilung des Wolframkarbids wird eine sehr kompakte und undurchlässige Schicht erzeugt. Die Oberflächenhärte der Beschichtung des Lagerbolzens beträgt mindestens 50 HRC, vorzugsweise 60 HRC. Belastungsversuche des so behandelten Anbaurahmens zeigen eine Haftfestigkeit der Schicht von mindestens 50 MPa. Die Korrosionsbeständigkeit wurde in einem 240 Stunden dauernden Salzsprühnebel getestet. Die Beständigkeit ist gut bis sehr gut und die beschichtete Oberfläche zeigt keine Rosterscheinungen, keine Unterkorrosion oder Schalenbildung.
  • Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann ein hochbelastbarer Anbaurahmen mit einer hohen Lebensdauer kostengünstig hergestellt werden. Es wird nur ein Gusswerkstoff für den gesamten Anbaurahmen eingesetzt. Im Gussteil können Bauteile, die bereichsweise einem grösseren Verschleiss ausgesetzt sind, integriert werden. Durch die Integration des Lagerbolzens in dem Anbaurahmen werden Form- und Kraftschluss gewährleistet.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen, wobei das integrierte Bauteil bereichsweise eine wesentlich höhere Oberflächenhärte als das übrige Gussteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Bauteil gleichzeitig mit dem übrigen Gussteil gegossen wird und dass das integrierte Bauteil nach dem Giessvorgang einer Oberflächenbehandlung unterworfen wird.
  2. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung eine Oberflächenhärtung mit einer Härte grösser als 50 HRC umfasst.
  3. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung eine Oberflächenbeschichtung mit einer Härte grösser als 50 HRC umfasst.
  4. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung eine Schichtdicke von mindestens 0,1 mm umfasst.
  5. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (= HVOF) erzeugt wird.
  6. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung mit einem Wolframkarbid enthaltenden Metallpulver mit der Zusammensetzung WC-NiCrBSi 67-33 durchgeführt wird.
  7. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil mit dem integrierten Bauteil aus einer Gusseisenlegierung mit Kugelgraphit hergestellt wird.
  8. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil als Anbaurahmen für schwere mechanisch angetriebene Maschinen mit einem integrierten Lagerbolzen verwendet wird.
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