WO2020109018A1 - Verfahren zur herstellung eines werkstoffverbundes, werkstoffverbund und seine verwendung - Google Patents

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WO2020109018A1
WO2020109018A1 PCT/EP2019/081356 EP2019081356W WO2020109018A1 WO 2020109018 A1 WO2020109018 A1 WO 2020109018A1 EP 2019081356 W EP2019081356 W EP 2019081356W WO 2020109018 A1 WO2020109018 A1 WO 2020109018A1
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composite material
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PCT/EP2019/081356
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Jens-Ulrik Becker
Sebastian Kallabis
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a composite material, a composite material produced according to the invention and a use of the composite material produced according to the invention.
  • Manufacturing problems can also be caused by: high melting temperatures; high alloy contents; brittle phases, in particular brittleness of the material in general, which is associated with poor to restricted bending and / or deformability; high hardness with negative effects when rolling, especially when guiding the strip, etc .; Sensitivity to cracks, for example edge cracks, segregation cracks, etc.
  • a powder which can consist of pure metal, a mixture of pure metals or an individually composed metal alloy, is usually processed to the finished component or component blank or semi-finished product via various process routes.
  • the essential core processes of the named process routes are, on the one hand, the pressing together of the metal powder (com- compact) and on the other hand the establishment of a firm bond between the components of the powder under the influence of temperature (sintering).
  • Sheets, plates or strips can only be manufactured using powder metallurgy, either with great effort or to a limited extent. This also applies equally to the multilayer materials known in the prior art, in which a powder-metallurgical layer is applied to a substrate, often a tough and / or inexpensive steel, in order to save material costs.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method with which an in particular sheet, plate or strip-shaped composite material can be produced relatively easily, in particular using systems for steel production, and a correspondingly produced composite material and use of the composite material specify.
  • the method for producing a composite material comprises the following steps: providing a metallic carrier layer, providing a metallic protective layer, providing a metallic powder, arranging the powder between the Carrier layer and the protective layer for producing a preliminary product, - heating and hot rolling the preliminary product to produce a sheet, plate or strip-shaped material composite, the powder being converted into a powder metal layer during the heating and hot rolling.
  • the composite material which is sheet, plate or strip-shaped, has at least three metallic layers, at least one of the layers being formed from a powder-metallurgical layer.
  • Exactly that powder metallurgical layer can have a gradient across the cross-section or the longitudinal and / or transverse extension of the composite material, which, for example, due to a targeted pouring influence on the material properties by a varying concentration profile can be adapted to the application or the bond formation can be optimized can.
  • the constituents of the metallic powder and the powder-metallurgical layer converted from the metallic powder are put together in accordance with the requirements of the application.
  • the metallic powder can consist of pure metal, a mixture of pure metals or an individually composed metal alloy. Due to the reduction in thickness that occurs during hot rolling and the prevailing high temperatures, a particularly homogeneous, dense and compact layer is formed by compacting and sintering.
  • the metallic carrier layer enables the processability of the preliminary product into a sheet, plate or strip-shaped composite material in the course of the hot rolling process and the processability of the composite material to form a component in one or more downstream processing steps.
  • the hot rolling process analogous to the hot roll cladding known from the prior art, results in a firm metallic bond between the carrier layer, the powder metallurgical layer and the Protective layer.
  • the backing layer preferably takes up more than 50% of the total thickness of the preliminary product or composite material, so that essentially good processing properties are ensured by the backing layer or the layer resulting from hot rolling.
  • the metallic carrier layer or the layer resulting after hot rolling carries the powder-metallurgical layer, which is initially powdery and compact after hot rolling.
  • the metallic carrier layer or the layer resulting after hot rolling also shields the powder metallurgical layer at least on one side.
  • the metallic protective layer or the layer resulting after hot rolling ensures that the metallic powder arranged on the metallic carrier layer is initially covered at least on one side, in particular on the side facing away from the carrier layer, and is thus protected, on the one hand, that the metallic powder resp. powder metallurgical layer is held in position and tearing apart or damage in the hot rolling process of the preliminary product is avoided, on the other hand the metallic powder or powder metallurgical layer has no negative influence on system components, such as B. Com ponents in the hot rolling and / or production line, because the components do not come into direct contact with the metallic powder or to the powder metallurgy layer, this quasi shield at least on one side and thereby buildup and / or wear on or the Plant components can be avoided.
  • the protective layer prevents additional oxidation of the powder, for example by avoiding the occurrence of an oven atmosphere during preferred heating in an oven, so that a negative effect of oxidized powder particles on the sintering process can be minimized.
  • the metallic protective layer or the layer resulting after hot rolling guarantees a good surface quality, in particular on the composite material according to the invention or on the component made therefrom.
  • the metallic carrier layer and the metallic protective layer together enable the throughput of the metallic powder or powder-metallic layer, which otherwise cannot be processed, shield or cover them on both sides, in particular upwards and downwards.
  • the metallic carrier layer has a thickness in comparison to the metallic protective layer which is at least a factor of 2, in particular at least a factor of 4, preferably at least a factor of 7 thicker.
  • the metallic carrier layer and the metallic protective layer of the preliminary product are preferably connected to one another at least locally, preferably cohesively, in order to ensure cessibility without the metallic layers of the preliminary product separating from each other before hot rolling.
  • heating takes place before hot rolling to a temperature which is in particular below the temperature of the material used, which has the lower melting temperature.
  • the heating is preferably carried out to a temperature which is equal to or higher than a hot rolling starting temperature of the material used.
  • the duration of the heating depends on the thickness of the preliminary product or the thickness of the metallic carrier layer, in particular in order to at least ensure that a completely homogeneous (heating) structure is formed in the metallic layer or layers as a result of the heating.
  • the heating particularly favors a partial melting of the powder particles in order to activate a bridge formation between the grains or the particles of the powder, which is preferably necessary for the sintering process.
  • the metallic powder preferably has a higher melting temperature than the material of the metallic layer (s) used.
  • the metallic protective layer and the metallic carrier layer each consist of a steel material. Since the design of the powder metallurgical layer in connection with its thickness and / or with its alloying elements in particular defines the use of the composite material, compared to the powder metallurgical layer, low-alloy, inexpensive and easy to manufacture steel materials can be used, which define the mechanical properties in the composite material , u. a. strength, toughness etc.
  • steel materials can be used which have a hardness below 600 HV, in particular below 500 HV, preferably below 400 HV, preferably below 300 HV, particularly preferably below 200 HV, in order in particular to be easy to process guarantee.
  • the steel material of the metallic protective layer has the same or a lower hardness than the steel material of the carrier layer. Conventional systems for steel production are thus suitable for the production of the composite material according to the invention.
  • HV is the Vickers hardness and is determined in accordance with DIN EN ISO 6507-1.
  • the metallic layers are asymmetrically distributed in the material composite, and in particular lies the powder metallurgical layer as the core layer, which has a thickness that is less than half, in particular less than a third of the total thickness of the composite material.
  • the metallic powder is an iron-based powder.
  • the steel materials having a predominant proportion of iron, a metallic bond is favored during hot rolling between the powder arranged between the metallic layers and the metallic layers. Since the constituent parts of the metallic powder and then the conversion of the powder into a powder metallurgical layer by means of heat and pressure define the property of the composite material, in particular in order to form a layer which is compact in comparison to the metallic layers and preferably has a higher hardness in the composite material the iron-based metallic powder according to a preferred embodiment, at least one element from the group C, N, B and at least one element from the group Cr, W, Mo, V, Ni, Ti, Hf, Ta.
  • alloys To an extremely high hardness and wear resistance to achieve in the composite material, which can be provided as a strip, plate or sheet, alloys must be used, which have a high carbon content and / or nitrogen content and / or boron in conjunction with a high proportion of elements which are hard carbides, Form nitrides and / or borides are marked.
  • carbide, nitride and boride formers are, for example, the elements chromium, tungsten, molybdenum, vanadium, niobium, titanium, hafnium and / or tantalum.
  • the powder metallurgical layer preferably provides the wear resistance and is dimensioned in its thickness according to the requirements of the application.
  • the powder can be very expensive, so that the powder metallurgy layer is designed as thick as necessary and as thin as possible.
  • the powder metallurgical layer of the material composite contains at least one element from the group Cr, W, Mo, V, Ni, Ti, Hf, Ta, which in conjunction with at least one of the elements from the group C, N, B in the form of carbides, nitrides and / or borides in an iron-based metal matrix.
  • Other base alloys with matrices, in particular nickel-based or tungsten-based powders, can also be used, for example, to obtain a wear-resistant powder-metallurgical layer.
  • the composition of the metallic powder is preferably based on commercially available metal powders, in particular for ballistic applications or wear applications, but can also be designed or mixed individually. Should the If a composite material is used to manufacture a component for a wear-resistant application, the metallic protective layer is only required during processing in the course of hot rolling and, if necessary, during production. It will wear out very quickly under operating conditions and will then no longer exist.
  • the thickness of the powder-metallurgical layer is preferably to be adapted as a function of the total rolling degree, in particular the overall decrease in thickness of the preliminary product and the decrease in thickness necessary for the compression of the metallic powder.
  • the metallic carrier layer has a recess for receiving the powder with an essentially circumferential edge on which the metallic protective layer is arranged.
  • an indentation with an essentially circumferential edge must be introduced provided in the later surface of the carrier layer facing the powder metallurgical layer.
  • the recess is brought in mechanically, in particular by machining.
  • the border can also be used to at least partially connect to the metallic protective layer.
  • the two metallic layers of the preliminary product can be connected to one another at least in sections, essentially all around, for example in a gas-tight manner.
  • additional metallic webs preferably four webs, can be provided, which are arranged on the preliminary product in the form of a frame which essentially surrounds the preliminary product.
  • a frame structure with lateral, metallic webs is provided .
  • the metallic carrier layer and the metallic protective layer can be connected to one another at least in some areas.
  • the lateral, metallic webs can each be connected to the metallic carrier layer and the metallic protective layer, at least in sections, essentially all around, for example gas-tight.
  • a further metallic layer can be provided, which is arranged on the side of the intermediate product facing away from the protective layer and in contact is brought with the carrier layer, especially if the structure of the preliminary product, for example to simplify the process, requires this.
  • the further metallic layer and / or the additional metallic layers (lateral layers) can correspond to the material of the metallic carrier layer or the metallic protective layer or from a combination of carrier layer and protective layer. This means that the same conditions can be provided from all sides in particular.
  • At least one central web is provided between the metallic carrier layer and the metallic protective layer, which, depending on the positioning of the at least one central web, first comes into contact with metallic powder from one or both sides.
  • the weldability can thereby be optimized by designing the position and / or width of the central web (s) in such a way that they are suitable as welding areas in the end product or represent areas with optimized weldability.
  • the end product can preferably be designed as a split band with, for example, a symmetrical structure and / or edge areas.
  • the composite material according to the invention is subjected to a heat treatment in order to individually adapt the properties of the composite material to the application, for example in the form of tempering, hardening and / or tempering.
  • Material composites produced according to the invention are particularly preferably used for the production of components for wear-resistant or ballistic applications.
  • the material composite preferably undergoes a heat treatment in the course of the production of the component, by means of which a predetermined minimum hardness and / or a predetermined target structure is set in at least one of the layers (carrier layer, powder metallurgical layer, protective layer, further layer).
  • FIGS. 1 to 4 show different schematic sectional views of preliminary products (1) for producing material composites according to the invention ().
  • a metallic carrier layer (2) To produce a preliminary product (1), a metallic carrier layer (2), a metallic protective layer (3) and a metallic powder (4) are provided.
  • the metallic powder (4) is arranged between the metallic carrier layer (2) and the metallic protective layer (3).
  • Steel materials are preferably used as the metallic layers (2, 3).
  • the metallic layers (2, 3) each have a longitudinal extension and a transverse extension, the longitudinal extension being longer than the transverse extension.
  • the metallic layers (2, 3) can be slabs or plates made of steel.
  • the metallic carrier layer (2) has a recess (2.1) for holding the metallic powder (4) with an essentially circumferential border (2.2) on which the metallic protective layer (3) is arranged, so that it is ensured can be that the arranged between the metallic carrier layer (2) and metallic rule's protective layer (3) metallic powder (4) remains in its position and in particular can not escape laterally.
  • the metallic protective layer (3) can be connected to the metallic carrier layer at least in regions via the boundary (2.2), see FIG. Figure 1.
  • additional metallic webs (5) preferably four webs (5), are provided, which are arranged in the form of a frame around the preliminary product (1) which essentially surrounds the preliminary product (1), so that who is ensured that the metallic powder (4) arranged between the metallic carrier layer (2) and metallic protective layer (3) remains in its position and in particular cannot escape laterally.
  • the metallic carrier layer (2) and the metallic protective layer (3) can be connected to one another at least in regions via the additional, metallic webs (5) or also lateral webs (5).
  • the lateral webs (5) can correspond to the material, preferably the steel material, of the metallic carrier layer (2) or that of the metallic protective layer (2).
  • lateral webs (5) can also be provided, two lateral webs (5) in longitudinal extension, for example the material of the carrier layer (2) and two webs (5) in transverse extension correspond, for example, to the material of the protective layer (3), see. Figure 2.
  • a further metallic layer (6) is provided which is arranged on the side of the preliminary product (1) facing away from the metallic protective layer (3) and in contact with the metallic carrier layer (2) is brought, and this differs from the second exemplary embodiment.
  • the additional, metallic webs (5), which define an essentially circumferential frame, and the further, metallic layer (6) form a kind of housing for the preliminary product (1), the metallic protective layer (3) pointing upwards towards the housing ( closes.
  • the further, metallic layer (6) and the additional, metallic webs (5) can correspond to the material of the metallic carrier layer (2) or the metallic protective layer (3) or from a combination of carrier layer (2) and protective layer (3).
  • the metallic layers (3, 6) and webs (5) have the same material, preferably steel material, so that the same conditions prevail on all sides, see. Figure 3.
  • At least one central crosspiece (7) in contrast to the third exemplary embodiment, at least one central crosspiece (7), in this exemplary embodiment there are exactly three central crosspieces (7) between the metallic carrier layer (2) and the metallic protective layer (3), both of which are provided Sides are in contact with metallic powder (4), see Figure 4.
  • welding areas can be provided in the later composite material.
  • heating takes place before hot rolling to a temperature which is in particular below the temperature of the material used, which has the lower melting temperature .
  • the heating is preferably carried out to a temperature which is equal to or higher than a hot rolling starting temperature of the material used.
  • the temperature to which the preliminary product (1) is to be heated is at least 900 ° C., in particular at least 950 ° C., preferably at least 1000 ° C.
  • the duration of the heating depends on the thickness of the preliminary product (1) or the thickness of the metallic carrier layer (2), in particular in order to at least ensure that, as a result of the heating, the metallic layer or layers (2, 3, 6) and Webs (5) forms a completely homogeneous (heating) structure, in particular a fully austenitic structure. It should also be ensured that, in particular, the powder particles partially melt and the bridge formation between the grains or particles of the powder, which is preferably necessary for the sintering process, is activated. The preferably necessary diffusion between powder metallurgical layer, carrier layer and protective layer is favored by a higher temperature. The maximum temperature is, for example, 1350 ° C.
  • the powder (4) had a total thickness of 10% in cross section.
  • the preliminary product (1) including another layer (6) had a total thickness of 95 mm.
  • the preliminary product (1) including webs (5) and layer (6) were heated in an oven under protective gas for 90 minutes at approx. 1250 ° C and then hot-rolled from 95 mm to 4 mm to form a band-shaped material composite ().
  • FIG. 5 shows an exemplary metallographic cut. The illustration is an extract from a light microscope of a 4 mm thick material composite () with a 25-fold magnification.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbundes (1´), ein entsprechend hergestellter Werkstoffverbund (1´) und eine Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffverbundes (1´).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbundes, Werkstoffverbund und seine Verwendung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbundes, ein erfindungsgemäß hergestellter Werkstoffverbund und eine Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffverbundes.
Technischer Hintergrund
Bei der Herstellung von besonders verschleißfesten Stahlwerkstoffen in Form von Blechen, Plat ten oder Bändern sind oberhalb der 650 HV-Härteklasse schnell technische Grenzen erreicht, insbesondere was die technische Herstellbarkeit auf den Anlagen zur Stahlherstellung und zum Warmwalzen, und ggf. auch etwaiger Zwischenschritte bzw. weiterer Verarbeitungsschritte, wie z. B. Kaltwalzen, Beschichten, etc., anbelangt. Dies gilt gleichermaßen auch für Weiterverarbei tungsprozesse zur Herstellung von Bauteilen mittels z. B. Formen, Ziehen und/oder Abkanten.
Die Gründe für die eingeschränkte, technische Herstellbarkeit von Blechen, Platten oder Bän dern besonders harter verschleißfester Stahlwerkstoffe sind der Tatsache geschuldet, dass be sonders verschleißbeständige Legierungen ihren Verschleißwiderstand aus der Härte der in der Regel martensitischen Metallmatrix einerseits und dem insbesondere hohen Gehalt an harten Karbiden, Nitriden und/oder Boriden der Elemente Eisen, Chrom, Wolfram, Molybdän, Vanadi um, Niob, Titan, Hafnium und/oder Tantal erzielen. Herstellungsprobleme können des Weite ren bedingt sein durch: hohe Schmelztemperaturen; hohe Legierungsgehalte; spröde Phasen, insbesondere Sprödigkeit des Werkstoffs allgemein, was mit einer schlechten bis eingeschränk ten Bieg- und/oder Verformbarkeit einhergeht; hohe Härte mit negativen Auswirkungen beim Walzen, insbesondere beim Führen des Bandes, usw.; Empfindlichkeit gegen Risse, beispiels weise Kantenrisse, Seigerungsrisse, usw.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass besonders verschleißfeste Werkstoffe respektive Bauteile oftmals pulvermetallurgisch hergestellt werden. Dabei wird ein Pulver, welches aus rei nem Metall, einer Mischung reiner Metalle oder auch aus einer individuell zusammengestellten Metalllegierung bestehen kann, über verschiedene Verfahrensrouten in der Regel zum fertigen Bauteil oder Bauteilrohling oder Halbzeug prozessiert. Wesentliche Kernprozesse der genann ten Verfahrensrouten sind immer einerseits das Zusammenpressen des Metallpulvers (Kom- paktieren) und andererseits die Herstellung einer festen Bindung zwischen den Bestandteilen des Pulvers unter Temperatureinfluss (Sintern).
Der Vorteil bei den pulvermetallurgischen Routen ist, dass oftmals, insbesondere wenn ein Ver gleichsprodukt über die Schmelz-Walz/Schmiederoute überhaupt herstellbar ist, bessere Mate rialeigenschaften erreicht werden können. Nachteilig hingegen ist jedoch, dass über die Pro zesse Kompakteren und Sintern in der Regel nur eine Dichte von bis zu 99 % hergestellt wer den können, wobei eine vollständige Verdichtung einen zusätzlichen Schritt einer Nachbearbei tung in Form von Walzen und/oder Schmieden erfordert.
Bleche, Platten oder Bänder lassen sich pulvermetallurgisch nur aufwendig bzw. eingeschränkt hersteilen. Dies gilt gleichermaßen auch für die im Stand der Technik bekannten Mehrlagen werkstoffe, bei denen eine pulvermetallurgische Schicht auf einem Substrat, oftmals einem zä hen und/oder kostengünstigen Stahl aufgebracht wird, um Materialkosten zu sparen. Gängige Verfahren zur Herstellung solcher Halbzeuge bzw. Bauteile aus Mehrlagenwerkstoffen, welche in der Regel aus zwei Lagen bestehen, sind Verfahren wie thermisches Spritzen oder HlP-Clad- ding. Beim HIP-Cladding wird eine Schicht durch heiß-isostatisches Pressen (HIP) auf ein Sub strat aufgebracht.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem ein insbesondere blech-, platten- oder bandförmiger Werkstoffverbund relativ einfach hergestellt werden kann, insbesondere unter Nutzung von Anlagen für die Stahlherstellung, sowie einen entsprechend hergestellten Werkstoffverbund und eine Verwendung des Werkstoffverbundes anzugeben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbundes folgende Schritte: - Bereitstellen einer metallischen Trägerschicht, - Bereitstellen einer metallischen Schutzschicht, - Bereitstellen eines metallischen Pulvers, - Anordnen des Pulvers zwischen der T rägerschicht und der Schutzschicht zur Erzeugung eines Vorproduktes, - Erwärmen und Warm walzen des Vorproduktes zur Erzeugung eines blech-, platten- oder bandförmigen Werkstoff verbundes, wobei das Pulver während des Erwärmens und Warmwalzens in eine pulvermetall urgische Schicht umgewandelt wird.
Da ein Werkstoff in Blech-, Platten- oder Bandform pulvermetallurgisch nur aufwendig bzw. ein geschränkt herstellbar ist, wird erfindungsgemäß ein mehrlagiger Aufbau gewählt, der aus ver schiedenen Schichten besteht, die unterschiedliche Funktionen haben. Der wesentliche Be standteil in dem erfindungsgemäßen Werkstoffverbund ist dabei das metallische Pulver respek tive die aus dem metallischen Pulver umgewandelte pulvermetallurgische Schicht, die sich im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Werkstoffverbundes ausbildet. Dadurch weist erfindungsgemäß der Werkstoffverbund, welcher blech-, platten- oder bandför mig ausgebildet ist, mindestens drei metallische Schichten auf, wobei mindestens eine der Schichten aus einer pulvermetallurgischen Schicht gebildet ist.
Eben jene pulvermetallurgische Schicht kann dabei über den Querschnitt bzw. die Längs und/oder Quererstreckung des Werkstoffverbundes einen Gradienten aufweisen, welcher bei spielsweise infolge einer gezielten Schüttung Einfluss auf die Materialeigenschaft durch ein vari ierendes Konzentrationsprofil auf den Anwendungsfall angepasst bzw. die Verbundbildung opti mieren werden kann.
Die Bestandteile des metallischen Pulvers und die aus dem metallischen Pulver umgewandelte pulvermetallurgische Schicht werden gemäß den Anforderungen des Anwendungsfalls zusam mengestellt. Das metallische Pulver kann aus reinem Metall, einer Mischung reiner Metalle oder aus einer individuell zusammengestellten Metalllegierung bestehen. Durch die beim Warmwal zen eintretende Dickenreduzierung und den dabei herrschenden hohen Temperaturen wird durch Kompaktieren und Sintern, eine insbesondere homogene, dichte und kompakte Schicht ausgebildet.
Die metallische Trägerschicht ermöglicht zum einen die Prozessierbarkeit des Vorproduktes zu einem blech-, platten- oder bandförmigen Werkstoffverbund im Zuge des Warmwalzprozesses und zum anderen die Prozessierbarkeit des Werkstoffverbundes zu einem Bauteil in einem oder mehreren nachgelagerten Weiterverarbeitungsschritten. Durch den Warmwalzprozess kommt es analog zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Warmwalzplattieren zu einer festen metallischen Bindung zwischen der Trägerschicht, der pulvermetallurgischen Schicht und der Schutzschicht. Bevorzugt nimmt die Trägerschicht mehr als 50 % der Gesamtdicke des Vorpro duktes respektive Werkstoffverbundes ein, sodass im Wesentlichen gute Verarbeitungseigen schaften durch die Trägerschicht respektive die sich durch das Warmwalzen ergebende Schicht sichergestellt sind. Die metallische Trägerschicht bzw. die nach dem Warmwalzen resultieren de Schicht trägt quasi die pulvermetallurgische Schicht, welche anfangs pulverförmig und nach dem Warmwalzen kompakt ausgebildet ist. Die metallische Trägerschicht bzw. die nach dem Warmwalzen resultierende Schicht schirmt zudem die pulvermetallurgische Schicht zumindest zu einer Seite hin ab.
Die metallische Schutzschicht bzw. die nach dem Warmwalzen resultierende Schicht sorgt da für, dass zunächst das auf der metallischen Trägerschicht angeordnete metallische Pulver zu mindest zu einer Seite, insbesondere auf der der Trägerschicht abgewandten Seite abgedeckt und damit geschützt ist, dass zum einen das metallische Pulver respektive pulvermetallurgische Schicht in Position gehalten wird und ein Auseinanderreißen oder Beschädigen im Warmwalz prozess des Vorproduktes vermieden wird, zum anderen das metallische Pulver respektive pul vermetallurgische Schicht keinen negativen Einfluss auf Anlagenkomponenten, wie z. B. Kom ponenten in der Warmwalz- und/oder Fertigungsstraße, nehmen, weil die Komponenten nicht in direkten Kontakt zu dem metallischen Pulver respektive zu der pulvermetallurgischen Schicht gelangen, diese quasi zumindest einseitig abschirmen und dadurch Anhaftungen und/oder Ver schleiß an bzw. der Anlagenkomponenten vermieden werden können. Ebenso wird durch die Schutzschicht eine zusätzliche Oxidation des Pulvers beispielsweise durch Vermeidung eines Eintretens von Ofenatmosphäre während einer vorzugsweisen Erwärmung in einem Ofen ver hindert, sodass eine negative Wirkung oxidierter Pulverpartikel auf den Sinterprozess minimiert werden kann. Des Weiteren garantiert die metallische Schutzschicht bzw. die nach dem Warm walzen resultierende Schicht eine gute Oberflächenqualität, insbesondere am erfindungsgemä ßen Werkstoffverbund respektive am daraus gefertigten Bauteil. Die metallische Trägerschicht und die metallische Schutzschicht ermöglichen zusammen den Durchsatz des bzw. der sonst nicht prozessierbaren metallischen Pulvers bzw. pulvermetallischen Schicht, schirmen bzw. de cken diese beidseitig, insbesondere nach oben und nach unten hin ab. Gemäß einer Ausge staltung weist die metallische Trägerschicht im Vergleich zur metallischen Schutzschicht eine Dicke auf, welche mindestens um Faktor 2, insbesondere mindestens um Faktor 4, vorzugs weise mindestens um Faktor 7 dicker ist.
Die metallische Trägerschicht und die metallische Schutzschicht des Vorproduktes werden vor zugsweise zumindest lokal miteinander verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig, um eine Pro- zessierbarkeit sicherzustellen, ohne dass sich die metallischen Schichten des Vorproduktes vor dem Warmwalzen voneinander lösen.
In Abhängigkeit des Werkstoffs, der für die metallische Trägerschicht und/oder metallische Schutzschicht verwendet wird, erfolgt eine Erwärmung vor dem Warmwalzen auf eine Tempe ratur, die insbesondere unterhalb der Temperatur des eingesetzten Werkstoffs ist, welche die niedrigere Schmelztemperatur hat. Die Erwärmung erfolgt vorzugsweise auf eine Temperatur die gleich oder höher als eine Warmwalzanfangstemperatur des eingesetzten Werkstoffs ist. Die Dauer der Erwärmung richtet sich nach der Dicke des Vorproduktes respektive der Dicke der metallischen Trägerschicht, insbesondere um zumindest sicherzustellen, dass sich infolge der Erwärmung in der bzw. den metallischen Schichten ein vollständig homogenes (Erwärmungs-) Gefüge ausbildet. Durch die Erwärmung wird insbesondere ein partielles Aufschmelzen der Pul verpartikel begünstigt, um eine für den Sinterprozess vorzugsweise notwendige Brückenbildung zwischen den Körnern respektive den Partikeln des Pulvers zu aktivieren. Vorzugsweise weist das metallische Pulver eine höhere Schmelztemperatur als der eingesetzte Werkstoff der me tallischen Schicht(en) auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung bestehen die metallische Schutzschicht und die metalli sche Trägerschicht jeweils aus einem Stahlwerkstoff. Da die Auslegung der pulvermetallurgi schen Schicht in Verbindung mit ihrer Dicke und/oder mit ihren Legierungselementen insbe sondere die Verwendung des Werkstoffverbundes definiert, können im Vergleich zur pulverme tallurgischen Schicht niedriglegierte, kostengünstig und einfach herstellbare Stahlwerkstoffe verwendet werden, welche die mechanischen Eigenschaften im Werkstoffverbund definieren, u. a. die Festigkeit, Zähigkeit etc. Beispielsweise können Stahlwerkstoffe verwendet werden, welche eine Härte unterhalb von 600 HV, insbesondere unterhalb von 500 HV, vorzugsweise unterhalb von 400 HV, bevorzugt unterhalb 300 HV, besonders bevorzugt unterhalb 200 HV aufweisen, um insbesondere eine einfache Prozessierbarkeit zu gewährleisten. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführung weist der Stahlwerkstoff der metallischen Schutzschicht im Ver gleich zum Stahlwerkstoff der Trägerschicht die gleiche oder eine geringere Härte auf. Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffverbundes eignen sich somit konventionelle An lagen für die Stahlherstellung.
HV ist die Härte nach Vickers und wird gemäß DIN EN ISO 6507-1 ermittelt.
Gemäß einer Ausgestaltung sind die metallischen Schichten (Trägerschicht-pulvermetallurgi sche Schicht-Schutzschicht) im Werkstoffverbund asymmetrisch verteilt, und insbesondere liegt die pulvermetallurgische Schicht als Kernschicht vor, welche eine Dicke aufweist, die kleiner ist als die Hälfte, insbesondere kleiner ist als ein Drittel der Gesamtdicke des Werkstoffverbundes.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das metallische Pulver ein eisenbasiertes Pulver. Insbesondere in Verbindung mit dem Einsatz von Stahlwerkstoffen als metallische Trägerschicht und Schutz schicht, wobei die Stahlwerkstoffe einen überwiegenden Anteil an Eisen aufweisen, wird eine metallische Bindung während des Warmwalzens zwischen dem zwischen den metallischen Schichten angeordneten Pulver und den metallischen Schichten begünstigt. Da die Bestand teile des metallischen Pulvers und anschließend die Umwandlung des Pulvers in eine pulver metallurgische Schicht mittels Wärme und Druck die Eigenschaft des Werkstoffverbundes defi nieren, insbesondere um eine im Vergleich zu den metallischen Schichten kompakte Schicht mit einer vorzugsweise höheren Härte im Werkstoffverbund auszubilden, enthält das eisenba sierte metallische Pulver gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung mindestens ein Element aus der Gruppe C, N, B und mindestens ein Element aus der Gruppe Cr, W, Mo, V, Ni, Ti, Hf, Ta. Um eine extrem hohe Härte respektive Verschleißfestigkeit im Werkstoffverbund zu erreichen, welches als Band, Platte oder Blech bereitgestellt werden kann, müssen Legierungen zum Ein satz kommen, die durch einen hohen Kohlenstoffgehalt und/oder Stickstoffgehalt und/oder Bor gehalt in Verbindung mit einem hohen Anteil von Elementen, welche harte Karbide, Nitride und/oder Boride ausbilden gekennzeichnet sind. Karbid-, Nitrid-, Borid-Bildner sind neben Ei sen beispielsweise die Elemente Chrom, Wolfram, Molybdän, Vanadium, Niob, Titan, Hafnium und/oder Tantal. Bevorzugt stellt die pulvermetallurgische Schicht die Verschleißfestigkeit be reit und wird in ihrer Dicke gemäß den Anforderungen des Anwendungsfalls dimensioniert. Auf grund der Legierungsbestandteile kann das Pulver sehr teuer sein, so dass die pulvermetallur gische Schicht so dick wie nötig und so dünn wie möglich ausgelegt wird. Gemäß einer bevor zugten Ausgestaltung enthält die pulvermetallurgische Schicht des Werkstoffverbundes min destens ein Element aus der Gruppe Cr, W, Mo, V, Ni, Ti, Hf, Ta, welches in Verbindung mit mindestens einem der Elemente aus der Gruppe C, N, B in Form von Karbiden, Nitriden und/oder Boriden in einer eisenbasierten Metallmatrix vorliegt. Weitere Basislegierungen mit Matrizes, insbesondere nickelbasierte oder wolframbasierte Pulver, können ebenfalls eingesetzt werden, um beispielsweise eine verschleißbeständige pulvermetallurgische Schicht zu erhal ten.
Die Zusammensetzung des metallischen Pulvers orientiert sich vorzugsweise an kommerziell er hältlichen Metallpulvern, insbesondere für ballistische Anwendungen oder Verschleißanwen dungen, kann aber auch individuell ausgelegt bzw. gemischt werden. Soll der erfindungsgemä- ße Werkstoffverbund zur Herstellung eines Bauteils für eine verschleißfeste Anwendung ver wendet werden, so wird die metallische Schutzschicht nur während der Prozessierung im Zuge des Warmwalzens und bei Bedarf bei der Fertigung benötigt. Unter Einsatzbedingungen wird sie sehr schnell verschleißen und ist dann nicht mehr vorhanden.
Bevorzugt ist die Dicke der pulvermetallurgischen Schicht in Abhängigkeit vom Gesamtwalz grad, insbesondere von der Gesamtdickenabnahme des Vorproduktes und der zur Verdichtung des metallischen Pulvers notwendigen Dickenabnahme anzupassen.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die metallische Trägerschicht eine Vertiefung zur Aufnahme des Pulvers mit einer im Wesentlichen umlaufenden Berandung, auf welcher die metallische Schutzschicht angeordnet wird, auf. Um sicherzustellen, dass das zwischen der metallischen Trägerschicht und metallischen Schutzschicht angeordnete metallische Pulver, welches durch Wärme und Druck zur kompakten pulvermetallurgischen Schicht verpresst, gesintert und ver dichtet wird, insbesondere seitlich nicht entweichen kann, ist ein Einbringen einer Vertiefung mit einer im Wesentlichen umlaufenden Berandung in der späteren der pulvermetallurgischen Schicht zugewandten Oberfläche der Trägerschicht vorgesehen. Beispielsweise erfolgt das Ein bringen der Vertiefung mechanisch, insbesondere spanend. Die Berandung kann zudem zur zu mindest bereichsweisen Verbindung mit der metallischen Schutzschicht dienen. Insbesondere können die beiden metallischen Schichten des Vorproduktes zumindest abschnittsweise, im Wesentlichen umlaufend, beispielsweise gasdicht miteinander verbunden werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung können zusätzliche metallische Stege, vorzugsweise vier Stege, bereitgestellt werden, welche in Form eines um das Vorprodukt im Wesentlichen umlaufenden Rahmens am Vorprodukt angeordnet werden. Um sicherzustellen, dass das zwi schen der metallischen Trägerschicht und metallischen Schutzschicht angeordnete metallische Pulver, welches durch Wärme und Druck zur kompakten pulvermetallurgischen Schicht ver presst, gesintert und verdichtet wird, insbesondere seitlich nicht entweichen kann, ist ein Rah menaufbau mit seitlichen, metallischen Stegen vorgesehen. Über die seitlichen, metallischen Stege können die metallische Trägerschicht und die metallische Schutzschicht zumindest be reichsweise miteinander verbunden werden. Die seitlichen, metallischen Stege können jeweils mit der metallischen Trägerschicht und metallischen Schutzschicht zumindest abschnittsweise, im Wesentlichen umlaufend, beispielsweise gasdicht miteinander verbunden werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann eine weitere metallische Schicht bereitgestellt werden, wel che auf der der Schutzschicht abgewandten Seite des Vorprodukts angeordnet und in Kontakt mit der Trägerschicht gebracht wird, insbesondere wenn der Aufbau des Vorproduktes, bei spielsweise zur Vereinfachung des Prozesses dies erfordert. Gemäß einer weiteren Ausgestal tung können die weitere metallische Schicht und/oder die zusätzlichen metallischen Schichten (seitliche Schichten) dem Werkstoff der metallischen Trägerschicht oder der metallischen Schutzschicht oder aus einer Kombination aus Trägerschicht und Schutzschicht entsprechen. Dadurch können insbesondere von allen Seiten gleiche Bedingungen bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung ist mindestens ein Mittelsteg zwischen der metallischen Träger schicht und der metallischen Schutzschicht vorgesehen, welche je nach Positionierung des min destens einen Mittelstegs zunächst von einer oder beiden Seiten mit metallischem Pulver in Kontakt gelangt. Dadurch kann im Wesentlichen die Schweißbarkeit optimiert werden, indem die Position und/oder Breite des oder der Mittelstege so ausgelegt werden, dass sich diese im Endprodukt als Schweißbereiche eignen bzw. Bereiche mit optimierter Schweißbarkeit darstel len. Alternativ oder zusätzlich besteht im Wesentlichen die Möglichkeit den Gesamtaufbau re spektive die Position des Paketes und des oder der Mittelstege so auszulegen, dass das End produkt vorzugsweise als Spaltband mit beispielsweise symmetrischem Aufbau und/oder Randbereichen ausgelegt werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung wird der erfindungsgemäße Werkstoffverbund einer Wärmebe handlung unterzogen, um die Eigenschaften des Werkstoffverbundes an den Anwendungsfall individuell anzupassen, beispielsweise in Form eines Vergütens, Härtens und/oder Anlassens.
Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäß hergestellte Werkstoffverbunde zur Herstellung von Bauteilen für verschleißfeste oder ballistische Anwendungen verwendet. Vorzugsweise er fährt der Werkstoffverbund im Zuge der Herstellung des Bauteils eine Wärmebehandlung, durch welche in mindestens einer der Schichten (Trägerschicht, pulvermetallurgischer Schicht, Schutzschicht, weitere Schicht) eine vorgegebene Mindesthärte und/oder ein vorgegebenes Zielgefüge eingestellt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen: Fig. 1) eine schematische Schnittansicht eines Vorproduktes zur Herstellung eines Werkstoff verbundes gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 2) eine schematische Schnittansicht eines Vorproduktes zur Herstellung eines Werkstoff verbundes gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 3) eine schematische Schnittansicht eines Vorproduktes zur Herstellung eines Werkstoff verbundes gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 4) eine schematische Schnittansicht eines Vorproduktes zur Herstellung eines Werkstoff verbundes gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 5) einen metallographischen Schliff eines erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffverbun des und
Fig. 6) einen gemessenen Härteverlauf über die Gesamtdicke des Werkstoffverbundes gemäß Fig. 5).
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In den Figuren 1 bis 4 sind unterschiedliche schematische Schnittansichten von Vorprodukten (1) zur Herstellung von erfindungsgemäßen Werkstoffverbunden ( ) dargestellt. Zur Erzeugung eines Vorproduktes (1) werden eine metallische Trägerschicht (2), eine metallische Schutz schicht (3) und ein metallisches Pulver (4) bereitgestellt. Das metallische Pulver (4) wird zwi schen der metallischen Trägerschicht (2) und der metallischen Schutzschicht (3) angeordnet. Als metallische Schichten (2, 3) werden vorzugsweise Stahlwerkstoffe verwendet. Die metalli schen Schichten (2, 3) weisen jeweils eine Längserstreckung und eine Quererstreckung auf, wobei die Längserstreckung in der Erstreckung länger ist als die Quererstreckung. Die metalli schen Schichten (2, 3) können Brammen oder Platten aus Stahl sein.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist die metallische Trägerschicht (2) eine Vertie fung (2.1) zur Aufnahme des metallischen Pulvers (4) mit einer im Wesentlichen umlaufenden Berandung (2.2) auf, auf welcher die metallische Schutzschicht (3) angeordnet wird, so dass sichergestellt werden kann, dass das zwischen der metallischen Trägerschicht (2) und metalli schen Schutzschicht (3) angeordnete metallische Pulver (4) in seiner Position verbleibt und ins besondere seitlich nicht entweichen kann. Über die Berandung (2.2) kann die metallische Schutzschicht (3) zumindest bereichsweise mit der metallischen Trägerschicht verbunden wer den, s. Figur 1. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel werden zusätzliche, metallische Stege (5), vorzugs weise vier Stege (5), bereitgestellt, welche in Form eines um das Vorprodukt (1) im Wesentli chen umlaufenden Rahmens am Vorprodukt (1) angeordnet werden, so dass sichergestellt wer den kann, dass das zwischen der metallischen Trägerschicht (2) und metallischen Schutz schicht (3) angeordnete metallische Pulver (4) in seiner Position verbleibt und insbesondere seitlich nicht entweichen kann. Über die zusätzlichen, metallischen Stege (5) oder auch seitli chen Stege (5) können die metallische Trägerschicht (2) und die metallische Schutzschicht (3) zumindest bereichsweise miteinander verbunden werden. Die seitlichen Stege (5) können dem Werkstoff, vorzugsweise Stahlwerkstoff der metallischen Trägerschicht (2) oder dem der metal lischen Schutzschicht (2) entsprechen. Alternativ kann auch eine Kombination, falls unter schiedliche Werkstoffe für die Trägerschicht (2) und Schutzschicht (3) verwendet werden, aus seitlichen Stegen (5) bereitgestellt werden, wobei zwei seitliche Stege (5) in Längserstreckung beispielsweise dem Werkstoff der Trägerschicht (2) und zwei Stege (5) in Quererstreckung bei spielsweise dem Werkstoff der Schutzschicht (3) entsprechen, s. Figur 2.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird neben den zusätzlichen, metallischen Stegen (5) eine weitere, metallische Schicht (6) bereitgestellt, welche auf der der metallischen Schutz schicht (3) abgewandten Seite des Vorprodukts (1) angeordnet und in Kontakt mit der metalli schen Trägerschicht (2) gebracht wird, und sich dadurch dieses vom zweiten Ausführungsbei spiel unterscheidet. Die zusätzlichen, metallischen Stege (5), die einen im Wesentlichen umlau fenden Rahmen definieren, und die weitere, metallische Schicht (6) bilden eine Art Einhausung des Vorproduktes (1), wobei die metallische Schutzschicht (3) die Einhausung nach oben hin (ab)schließt. Die weitere, metallische Schicht (6) und die zusätzlichen, metallischen Stege (5) können dem Werkstoff der metallischen Trägerschicht (2) oder der metallischen Schutzschicht (3) oder aus einer Kombination aus Trägerschicht (2) und Schutzschicht (3) entsprechen. Bei spielsweise weisen die metallischen Schichten (3, 6) und Stege (5) den gleichen Werkstoff, vor zugsweise Stahlwerkstoff auf, so dass von allen Seiten gleiche Bedingungen herrschen, s. Fi gur 3.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel mindestens ein Mittelsteg (7), in diesem Ausführungsbeispiel sind es genau drei Mittelstege (7), zwischen der metallischen Trägerschicht (2) und der metallischen Schutzschicht (3) vorgese hen, welche jeweils von beiden Seiten mit metallischem Pulver (4) in Kontakt stehen, s. Figur 4. Dadurch können u. a. Schweißbereiche im späteren Werkstoffverbund bereitgestellt werden. In Abhängigkeit des Werkstoffs, der für die metallische Trägerschicht (2) und/oder metallische Schutzschicht (3) verwendet wird, erfolgt eine Erwärmung vor dem Warmwalzen auf eine Tem peratur, die insbesondere unterhalb der Temperatur des eingesetzten Werkstoffs ist, welche die niedrigere Schmelztemperatur hat. Die Erwärmung erfolgt vorzugsweise auf eine Temperatur die gleich oder höher als eine Warmwalzanfangstemperatur des eingesetzten Werkstoffs ist. Beispielsweise beträgt die Temperatur, auf die das Vorprodukt (1) erwärmt werden soll, min destens 900°C, insbesondere mindestens 950°C, vorzugsweise mindestens 1000°C. Die Dau er der Erwärmung richtet sich nach der Dicke des Vorproduktes (1) respektive der Dicke der metallischen Trägerschicht (2), insbesondere um zumindest sicherzustellen, dass sich infolge der Erwärmung in der bzw. den metallischen Schichten (2, 3, 6) und Stegen (5) ein vollständig homogenes (Erwärmungs-) Gefüge ausbildet, insbesondere ein vollaustenitisches Gefüge. Ebenso soll sichergestellt werden, dass insbesondere die Pulverpartikel partiell aufschmelzen und die für den Sinterprozess vorzugsweise notwendige Brückenbildung zwischen den Körnern oder Partikeln des Pulvers aktiviert wird. Auch die vorzugsweise notwendige Diffusion zwischen pulvermetallurgischer Schicht, Trägerschicht und Schutzschicht wird durch eine höhere Tem peratur begünstigt. Die maximale Temperatur beträgt beispielsweise 1350°C.
Im Rahmen einer Untersuchung wurde beispielhaft ein Werkstoffverbund ( ) mit einer pulver metallurgischen Schicht (4‘) für verschleißfeste Anwendungen erprobt, wobei ein Aufbau des Vorprodukts (1) gemäß Figur 3 umgesetzt wurde. Als metallische Trägerschicht (2) wurde ein Stahlwerkstoff mit der Bezeichnung S355 mit einer Dicke von 65 mm und als metallische Schutzschicht (3) ein Stahlwerkstoff mit der Bezeichnung DC06 mit einer Dicke von 10 mm be reitgestellt. Auch die zusätzlichen, metallischen Stege (5) und die weitere, metallische Schicht (6) wurden aus einem Stahlwerkstoff mit der Bezeichnung DC06 und jeweils einer Dicke von 10 mm bereitgestellt. Als metallisches Pulver (4) wurden mehrere Pulver untersucht, sechs eisen basierte Pulver (l-VI), ein wolframbasiertes (VII) und ein nickelbasiertes (VIII) Pulver, welche in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt sind:
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Tabelle 1, Angaben in Gew.-%
Stellvertretend ist hier nur das Ergebnis des eisenbasierten Pulvers (I) angegeben, welches in Gewichtsprozent eine Mischung aus folgenden Elementen enthielt: C= 2,5%, Si= 1,0%, Mn= 1,0%, Cr= 4,5%, Mo= 1,0%, V= 10,0%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen. Das Pulver (4) wies im Gesamtquerschnitt einen Dickenanteil von 10% auf. Das Vorprodukt (1) inkl. weiterer Schicht (6) wies eine Gesamtdicke von 95 mm auf. Das Vorprodukt (1) inkl. Stege (5) und Schicht (6) wurde in einem Ofen unter Schutzgas für 90 Minuten bei ca. 1250 °C erwärmt und anschließend von 95 mm auf 4 mm zu einem bandför migen Werkstoffverbund ( ) warmgewalzt. Durch die Erwärmung und das Warmwalzen wurde das Vorprodukt (1) eine Kombination der Prozesse Kompaktieren, Sintern und Verdichten beim Warmwalzen respektive Warmwalzplattieren unterzogen und es entstand einerseits eine kom- pakte, dichte pulvermetallurgische Schicht (4‘) aus einem ehemaligen metallischen Pulver (4) und andererseits entstand eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den in Kontakt stehenden Schichten (2‘, 3‘, 4‘, 6‘). Die Verbundbildung wurde ebenso durch eine Ultraschallprüfung be stätigt. Einen exemplarischen metallographischen Schliff zeigt Figur 5. Die Darstellung ist ein Auszug aus einem Lichtmikroskop eines 4 mm dicken Werkstoffverbundes ( ) mit einer 25 fachen Ver größerung. Bei näherer Betrachtung sind die einzelnen Schichten (2‘, 3‘, 4‘, 6‘) des Werkstoff verbundes (G) aus der vorausgegangenen Schutzschicht (3), des Pulvers (4), der Trägerschicht (2) und der weiteren Schicht (6) gut zu erkennen. Auch wurde der Härteverlauf über die Ge- samtdicke des Werkstoffverbundes ( ) gemessen, s. Figur 6. Die Härtemessung erfolgte nach DIN EN ISO 6507-1. Aufgrund der Bestandteile des eisenbasierten Pulvers (4) konnte eine pul vermetallurgische Schicht (4‘) durch Temperatur und Druck erzeugt werden, in welcher sich ei ne Härte von bis zu 800 HV einstellte. Die Übergangsbereiche zwischen den Schichten (2‘, 3‘) und der pulvermetallurgischen Schicht (4‘) sind strichliniert in Figur 6 dargestellt. Bisherige technische Grenzen für Bänder, Platten oder Bleche bis ca. 650 HV können mit dem erfindungs gemäßen Verfahren überwunden werden. Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern die einzelnen Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar, sofern dies technisch möglich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffverbundes (G) umfassend folgende Schritte:
- Bereitstellen einer metallischen Trägerschicht (2),
- Bereitstellen einer metallischen Schutzschicht (3),
- Bereitstellen eines metallischen Pulvers (4),
- Anordnen des Pulvers (4) zwischen der Trägerschicht (2) und der Schutzschicht (3) zur Erzeugung eines Vorproduktes (1),
- Erwärmen und Warmwalzen des Vorproduktes (1) zur Erzeugung eines blech-, platten- oder bandförmigen Werkstoffverbundes ( ), wobei das Pulver (4) während des Erwär mens und Warmwalzens in eine pulvermetallurgische Schicht (4‘) umgewandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das metallische Pulver (4) ein nickelbasiertes, wolfram basiertes oder eisenbasiertes Pulver (4) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das eisenbasierte metallische Pulver (4) mindestens ein Element aus der Gruppe C, N, B und mindestens ein Element aus der Gruppe Cr, W, Mo, V, Ni, Ti, Hf, Ta enthält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die metallische Schutz schicht (3) und die metallische Trägerschicht (2) jeweils aus einem Stahlwerkstoff beste hen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Stahlwerkstoff der metallischen Schutzschicht (3) im Vergleich zum Stahlwerkstoff der metallischen Trägerschicht (2) die gleiche oder eine geringere Härte aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die metallische Träger schicht (2) im Vergleich zur Schutzschicht (3) eine Dicke aufweist, welche mindestens um Faktor 2, insbesondere mindestens um Faktor 4, vorzugsweise mindestens um Faktor 7 di cker ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die metallische Träger schicht (2) eine Vertiefung (2.1) zur Aufnahme des Pulvers (4) mit einer umlaufenden Be randung (2.2), auf welcher die metallische Schutzschicht (3) angeordnet wird, aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zusätzliche, metallische Stege (5), vor zugsweise vier Stege (5), bereitgestellt werden, welche in Form eines um das Vorprodukt (1) umlaufenden Rahmens am Vorprodukt (1) angeordnet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine weitere, metallische Schicht (6) bereitgestellt wird, welche auf der der metallischen Schutzschicht (3) abgewandten Seite des Vorprodukts (1) angeordnet und in Kontakt mit der metallischen Trägerschicht (2) gebracht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die weitere, metallische Schicht (6) und/oder die zusätzlichen, metallischen Stege (5) dem Werkstoff der metallischen Träger schicht (2) oder der metallischen Schutzschicht (3) oder aus einer Kombination aus Trä gerschicht (2) und Schutzschicht (3) entsprechen.
11. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Werkstoffverbund ( ) ei ner Wärmebehandlung unterzogen wird, insbesondere in Form eines Vergütens, Härtens und/oder Anlassens.
12. Werkstoffverbund ( ), insbesondere hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprü che, aufweisend mindestens drei metallische Schichten (2‘, 3‘, 4‘, 6‘), welcher blech-, plat ten- oder bandförmig ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine der Schichten (4‘) aus einer pulvermetallurgischen Schicht (4‘) gebildet ist.
13. Werkstoffverbund nach Anspruch 12, wobei die pulvermetallurgische Schicht (4‘) mindes tens ein Element aus der Gruppe Cr, W, Mo, V, Ni, Ti, Hf, Ta enthält, welches in Verbindung mit mindestens einem der Elemente aus der Gruppe C, N, B in Form von Karbiden, Nitri den und/oder Boriden in einer eisenbasierten Metallmatrix vorliegt.
14. Werkstoffverbund nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die metallischen Schich ten (2‘, 3‘, 4‘, 6‘) asymmetrisch verteilt sind, und insbesondere die pulvermetallurgische Schicht (4‘) als Kernschicht vorliegt, welche eine Dicke aufweist, die kleiner ist als die Hälfte der Gesamtdicke des Werkstoffverbundes ( ).
15. Verwendung eines Werkstoffverbundes ( ) nach einem der Ansprüche 12 bis 14 zur Her stellung eines Bauteils für verschleißfeste oder ballistische Anwendungen.
16. Verwendung nach Anspruch 15, wobei der Werkstoffverbund ( ) im Zuge der Herstellung des Bauteils eine Wärmebehandlung erfährt, durch welche in mindestens einer der Schich ten (2‘, 3‘, 4‘, 6‘) eine vorgegebene Mindesthärte und/oder ein vorgegebenes Zielgefüge eingestellt wird.
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