DE2830578C3 - Auftragsschweißstab - Google Patents

Auftragsschweißstab

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DE2830578C3
DE2830578C3 DE2830578A DE2830578A DE2830578C3 DE 2830578 C3 DE2830578 C3 DE 2830578C3 DE 2830578 A DE2830578 A DE 2830578A DE 2830578 A DE2830578 A DE 2830578A DE 2830578 C3 DE2830578 C3 DE 2830578C3
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Auftragsschweißstab aus einem Mstallbehältnis mit einem Kern aus dem Auftragsschweißmaterial, bestehend aus chemisch gebundenem Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff, das als metallisches Bindemittel Kobalt, Molybdän und Nicke, enthäu.
Das Aufschweißen von Substraten, z. B. von Metalloberflächen (Welding H. ndbook^ 3. Auflage, American Welding Society, The Oxy-Acetylene Handbook, 11. Auflage) ist eine übliche industrielle Maßnahme, z. B. wird gegossenes, aus Einzelstücken bestehendes Wolframcarbid (W2C-WC) oder mit Kobalt verbundenes WC, üblicherweise in einer Stahlröhre ummantelt, mittels Aufschweißverfahren auf Legierungen mit Eisen als Grundmetall niedergeschlagen, um abriebbeständige Schneidewerkzeuge herzustellen, Ausrüstung zum Bewegen von Erde und dergleichen. Man hat jedoch gefunden, daß das Aufichweißmaterial, möglicherweise wegen der verschiedenen physikalischen Eigenschaften des Grundme-IaIIs und von Wolframcarbid, die Tendenz hat, sich ungleichmäßig in dem geschmolzenen Teil des Metalllubstrates zu verteilen, woraus sich eine unerwünschte Veränderung der Härte der erstarrten Oberflächen ergeben kann.
Während des Niederschiagens sowohl von gegossenem als auch von mit Kobalt verbundenem Wolframcarbid auf Eisen- und Stahlsubstraten löst das geschmolzene Eisen in dem Substrat etwas Wolframcarbid und beim Abkühlen fallen gemischte Carbide aus. (FeW)6C und Fe3W1C gemäß der Umsetzung
3WC + 9Fe - Fe1W3C + 2Fe3C,
'Woraus sich eine Verarmung an niedergeschlagenem Wolfram ergibt, was zu einer weniger abriebbeständigen Phase führt.
In Fällen, bei denen Wolframcarbid beim Aufichweißen verwendet wird, ist ein relativ hohes Ge' wicht yon Wolframcarbid für ein sachgemäßes Aufjchweißen wegen der hohen Dichte des Wolframcarbids erforderlicht
Aus der US-PS 31797S7 ist ein Hartmetallaufschweißstab bekannt, der gesinterte Carbidteilchen, einen metallischen Binder und eine Metallrohrumhüllung aufweist. Als Carbide werden u. a. Vanadium- und Wolframcarbid genannt. Diese Teilchen enthalten als Bindemittel 6 oder 8% Kobalt, Molybdän oder Nickel.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Auftragsschweißstab aus einem Auftragsschweißmaterial zu entwickeln, das es gestattet, eine aufgeschweißte Oberfläche herzustellen, derer. Abriebbeständigkeit wenigstens vergleichbar mit jenen Abriebbeständigkeiten ist, die mit konventionellem Wolframcarbid erreicht werden können.
!5 Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Auftragsschweißmaterial die chemisch gebundenen Stoffe in den Gewichtsverhältnissen von 0,75 VC, 0,25 WC und 5 bis 40 Gew.-% Cr3C2, wobei bis 100% des Cr3C2 chemisch gebunden sind mit dem chemisch gebundenem Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff in Form eines Vanadium , Wolfram- und Chromcarbids der empirischen Formel
A Cr1-5C ■ B · (0,75 VC, 0,25 WC)
mit A = 0,05 bis 0,4
B = 0,6 bis 0,95
A +B= 1,0
und als Bindemittel bis zu 15 Gew.-% Kobalt, Eisen, Molybdän und Nickel enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Auftragsschweißmaterial 3 bis 6% Kobalt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen, wobei die erhaltenen Versuchsdaten in dem Diagramm graphisch dargestellt sind.
Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um das Aufschweißmaterial aus konventionellen Ausgangsmaterialien herzustellen, einschließlich elementaren Vanadiums, Wolfrair">. Chroms und Kohlenstoffs; die bevorzugte Form des Aufschweißmaterials ist ein aus Einzelstücken bestehendes, kaltgepreßtes und gesintertes, in einer Wasserstoffatmosphäre oder im Vakuum gesintertes Material, das danach granuliert wird (siehe die im folgenden beschriebenen Beispiele). In diesen Beispielen werden die aus Vanadium, Wolfram, Chrom und Kohlenstoff bestehenden Materialien vermischt, verdichtet und bei erhöhten Temperaturen (ungefähr 1200 bis 1600° C) in ehier Wasserstoffatmosphäre gesintert
(z. B. V2 bis 3 Stunden lang).
Eine besondere Ausführungsforni besteht aus einem Auftragsschweißstab konventioneller Form für das Aufschweißen von Eisen und von Legierungsmetallsubstraten mit Eisen als Grundmaterial, ζ. Β.
Weichstahl, Hadfield-Stähle und dergleichen. Ein derartiger Auftragsschweißstab besteht aus einem metallischen Behältnis oder aus einer Röhre, die aus den dafür üblichen Metallen bestehen, z. B. Eisen, Stahl, Aluminium, Kupfer und dergleichen und darin ein Aufschweißmaterial enthalten.
Das Aufschweißverfahren gemäß der Erfindung kann zusammen mit bekannten Gas- und elektrischen Schweißverfahren verwendet werden, z, B, Gas^ schweißen, Lichtbogenschweißen und andere Verfahren, die in dem Buch »Master Chart of Welding Processes« - American Welding Society (1969) beschrieb ben werden, und zwar unter Verwendung von üblichen Flußmitteln.
Das Aufschweißverfahren gemäß der Erfindung kann auch mit dem bekannten Plasmaflammensprühverfahren oder mit Beschichtungsverfahren (Flame Spray Handbook, Band ΠΙ, METCO INC. [1965]) verwendet werden,
Beim Aufschweißen von Metallsubstraten gemäß der Erfindung mit Hilfe der obenerwähnten konventionellen Verfahren wird das Metallsubstrat mit dem aufgetragenen Hartschweißmaterial metallurgisch verbunden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Aufschweißmaterialien.
Beispiel I
Folgende Materialien wurden verwendet, um ein kaltgepreßtes, gesintertes Aufschweißmaterial zu erhalten, das 90 Gew.-% von 0,75 VC, 0,25 WC + 3% Co enthält und 10 Gew.-% Cr3C2:
a) 3111,8 g eines kommerziell erhältlichen Materials, das gemischtes V2C + VC enthält, der Maschengröße 0,2 mm und feiner; die Analyse zeigte:
84,69% V
13,20% C
1,10% O
Rest Feuchtigkeit und zufällige Verunreinigungen.
b) 244,5 g Acheson Graphitpulver, 0,07 mm Maschengröße und feiner.
c) 135 g Kobaltpulver, extra fein.
d) 1024,3 g Wolframpulver (2 um).
e) 500 g Chromcarbid (Cr3C2) der Maschengröße 0,04 mm und feiner. Die Analyse von Cr3C2 zeigte:
86,67% Cr
12,60% C
0,04% O
0,29% Fe
Die Pv.lver wurden in eine Kugelmühle gebracht, die einen Inhalt von 0,0283169 nr aufwies; weiterhin enthielt sie 34 kg Kugeln von 12 mm Durchmesser; gemahlen wurde 18 Stunden lang bei 57 U/Min. Nach 18stündigem Mahlen wurde das Material zu Pellets gepreßt, und zwar in einer Preßform von 5 cm Durchmesser, und mit einem Gewicto von 50000 kg. Die Pellets wurden zu Granulaten zerstoßen. Die Granulate wurden in Graphitboote gebracht und gesintert, und zwar in einem Molybdän-Widerstandsofen, durch den Wasserstoff geleiiet werden kann. Der Sinterzyklus bestand aus folgenden Schritten: Das Graphitboot wurde 1 Stunde lang hinter die Ofentür gestellt, um restliche atmosphärische Gase auszutreiben. Das Boot wurde dann in die Zone von 900 bis 1200° C gebracht, um irgendwelche vorhandenen restlichen Oxide zu reduzieren und um die Reduktionsprodukte zu entfernen. Das Boot wurde dann in die. heiße Zone von 1500° C für 1 V2 Stunden gebracht, um das kaltgepreßte Material zu sintern. Das Boot wurde dann aus der heißen Zone in eine wassergekühlte Kammer gestoßen, und dann innerhalb von 15 Minuten auf Zimmertemperatur abgekühlt; Die Granulate waren leicht miteinander verbunden^ durch einen Backenbrecher konnten sie aber voneinander getrennt wepden. Abgesehen von dem Kobalt und Cr3C2 würde das Material aus chemisch gebundenem Vanadium, Wolfram und KoMiünstoff gebildet, 0,75 VC, 0,25 WC, die Analyse zeigte (Gew,-%);
V 51,19%
W 20,80%
Cr 8,46%
Fe 1,60%
Co 3,75%
C 13,58%
O 0,34%
N 0,14%
25
30
35 Das kaltgepreßte und gesinterte Material, das entsprechend dem vorhergehenden Beispiel hergestellt wurde und verschiedene Mengen von Cr3C2 verwendete, wurde als Aufschweißmaterial in folgender Weise herangezogen.
Für das Elektroschweißen wurden Granulate der Maschengröße 1,6 mm X 0,6 mm in eine Röhre aus Weichstahl gebracht (30 cm lang, 6,25 mm äußerer Durchmesser, 4,75 mm innerer Durchmesser). Die Granulate machten ungefähr 45 Gew.-% des Stabes aus. Zur Elektroschweißung wurde der Stab geschmolzen und auf ein Eisensub«-* -at aufgebracht, und zwar bei 180 Ampere Gleichstrom umgekehrter Polarität; zum Gasschweißen wurden auf ähnliche Weise Granulate der Maschengröße 0,2 mm x 0,1 mm in eine Röhre aus Weichstahl gepackt und für lias Oxyacetylenschweißen geschmolzen und mittels einer Oxyacetylentechnik auf einem Weichstahlsubstrat mit einer kohlenden Flamme aufgebracht, und zwar bei einem minimalen Eindringen auf das Weichstahlsubstrat.
Die sich ergebenden Aufschweißflächen wurden auf ihre Abriebbeständigkeit geprüft, und zwar unter Verwendung eines Gummirad-Sandabriebtestes und eines Abriebtestes. Der Verschleiß- und Abriebtest wurde folgendermaßen durchgeführt: Auf einem Stahlsubstrai · der Dimensionen 2,5 cm X 7,5 cm x 1,2 cm wird ein Aufschweißmaterial niedergeschlagen und die daraus resultierende Oberfläche wird glattgeschliffen. Eine Neoprenscheibe (Shore-Härte A 50-60, 23 cm Durchmesser, 1,2 cm Dicke) wird zusammen mit der aufgeschweißten Oberfläche verwendet, die mit einem Kraftmoment von 51,48 Nm gegen die Neoprenscheibe gepreßt wird. Silikasand (Sand der Größe 2 zum Sandblasen) wird im Überschuß zwischen die Neoprenscheibe und die auftraggeschv, eißte Oberfläche gebracht, wobei die Neoprenscheibe mit 200 U/Min, gedreht wird, und zwar für 200 Umdrehungen. Die zu untersuchende Probe wird vor und nach dem Verfahren gewogen und das Verfahren wird so lange wiederholt, bis ein konstanter Gewichtsverlust erreicht wird für wiederholte Tests und dieser Gewichtsverlust ist ein Maß für den Verschleiß- und AbriebwiJerstand. Die Resultate sind in der graphischen Darstellung gezeigt und sie werden verglichen mit den Resultaten, die ohne Chromcarbidzusätze erreicht werden. In der Zeichnung sind A und S die Resultate, die erreicht wurden, mit einem gesinterten Gemisch von 0,75 VC, 0,25 WC -I- Co und Cr3C2; A' und B' sind die Resultate, -"ie mit einem mechanischen Gemisch von 0,75 VC, 0,25 WC + 3Co erreicht wurden, und zwar mit Chromcarbid, Cr3C2.
Beispiel Ü
Folgende Materialien wurden verwendet, um ein kaltgepreßtes, gesintertes Aüftragsschweißmaterial zu erhalten, welches 70 Gew.-% 0,75 VC, 0,25 WC+ 3% Co und 30Gew.-% Chromcarbid Cr3C2 enthalt:
a) 2588,4 g eines kommerziell erhältlichen
rials, das ein Gemisch von V2C + VG enthält, der Maschengröße 0,2 frirrt und feiner;
b) 428,5 g Acheson Graphitpulver der Maschengröße 0,07 mm und feiner;
c) 150 g Kobaltpulver extra fein;
d) 821,4 g Wolframpulver (2 μΐη);
e) 1306,7 g metallisches Chrom der Größe 0,14 mm und feiner.
Die Pulver wurden in eine Kugelmühle mit dem lö Inhalt von 0,0283169 m3 gebracht, verwendet wurden 34 kg Kugeln des Durchmessers 1,2 cm; gemahlen wurde 18 Stundenlang bei 57 U/Min. Nach 18stündigcm Mahlen wurde das Material zu Pellets gepreßt, und zwar in einer Preßform von 5 cm Durchmesser bei einer Last von 50000 kg. Die Pellets wurden zu Granulaten zerstoßen. Die Granulate wurden in Graphitboote gebrächt und in einem Molybdänwiderstandsofen gesintert, durch den reiner Wasserstoff geleitet werden konnte. Der Sinterzyklus bestand aus folgenden Schritten: Das Graphitboot wurde V2 Stunde lang hinter die Ofentür gestellt, um restliche atmosphärische Gase auszutreiben. Das Boot wurde dann in die Zone von 900 bis 1200° C gebracht, um eventuell vorhandene restliche Oxide zu reduzieren und um das Reduktionsprodukt zu entfernen. Das Boot wurde dann in die Heiße Zone bei 1500° C für 1 bis 1 V2 Stunden gebracht, um das kaltgepreßte Material zu sintern. Das Boot wurde dann aus der heißen Zorie in eine wassergekühlte Kammer gestoßen und in 15 Minuten auf Zimmertemperatur abgekühlt, Die Granulate waren etwas miteinander verbunden, aber sie konnten durch einen Backenbrecher leicht voneinander getrennt werden. Abgesehen vom Kobalt wurde das Material aus chemisch gebundenem Chrom j Vanadium, Wolfram und kohlenstoff hergestellt und seine Analyse führte zu fojgenden Werten:
V 4Q,20%
W 15,15%
Cr 24,06% Gesamtkohlcnstof Π 3,03 %
Co 4,80%
O 0,02%
N 0,10%
Fe
Fe 3;24%
Die Verschieißrate ist wenigstens so gut Wie die von gegossenem Wolframcarbid und besser als das Vanadium-, Wolfram-Kohlenstoffmaterial, das geprüft wurde und kein Chromcarbid enthielt.
Ein weiterer Vorteil ist die hohe Zähigkeit des NiederschlageSj welche durch das erfindüngsgemäße Material bewirkt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Auftragsschweißstab aus einem Metallbehältnis mit einem Kern aus dem Auftragsschweißmaterial, bestehend aus chemisch gebundenem Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff, das als metallisches Bindemittel Kobalt, Molybdän und Nickel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es die chemisch gebundenen Stoffe in den Gewichtsverhältnissen von 0,75VC, 0,25 WC und 5 bis 40 Gew.-% Cr3C1, wobei bis 100% des Cr3C2 chemisch gebunden sind mit dem chemisch gebundenen Vanadium, Wolfram und Kohlenstoff in Form eines Vanadium-, Wolfram- und Chromcarbids der empirischen Formel
    A Cr1 ,C · B ■ (0,75 VC, 0,25 WC)
    mit A = 0,05 bis 0,4
    B = 0,6 bis 0,95
    /. + B= 1,0
    und als Bindemittel bis tu 15Gew.-% Kobalt, Eisen, Molybdän und Nickel enthält.
DE2830578A 1977-07-13 1978-07-12 Auftragsschweißstab Expired DE2830578C3 (de)

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