DE3018007A1

DE3018007A1 - Pulverfoermiger zusatzverbundwerkstoff

Info

Publication number: DE3018007A1
Application number: DE19803018007
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ing.(Grad.) 6370 Oberursel Kruske; Erich Dipl.-Ing. Prof. Dr. Vaals Lugscheider
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1980-05-10
Filing date: 1980-05-10
Publication date: 1981-11-12

Description

Pulverförmiger Zusatzverbundwerkstoff
Die Erfindung betrifft einen pulverförmigen Zusatzverbundwerkstoff für die Herstellung verschleiß-, zunder-und korrosionsbeständiger Oberflächen, dessen Partikel aus mehreren, vorzugsweise zwei Komponenten bestehen.
Es ist bekannt, harte und verschleißfeste Schichten aus Hartlegierungen der üblichen Zusammensetzung durch Pulverspritzverfahren großflächig aufzubringen. Die Hauptschwierigkeiten liegen aber darin, daß beim Aufschmelzen eines Hartlegierungspulvergemisches während des Spritzvorgangs die Zersetzung des Gefüges und weitere legierungsmäßig unerwünschte Reaktionen auftreten. Die Eigenschaften der Spritzschichten sind dann im Vergleich mit den entsprechenden Sinterlegierungen ungünstiger, wodurch der erstrebte technische Effekt nicht erreicht wird.
Diese erwähnten legierungs- und gefügetechnischen Schwierigkeiten können jedoch in kontrollierbaren Grenzen gehalten werden, wenn metallische und nichtmetallische zusammengesinterte Hartstoffepulver wie z.B. Nitride, Carbi#de, Oxide mit einer Hülle von vorzugsweise elektrisch leitenden Metallen, insbesondere Cu, Co oder Ni umgeben sind, wie in Metall 2S, 1974, Seiten 725 bis 730 beschrieben.
Da es ausreicht, beim Pulverspritzen nur die Oberfläche des Verbundpulvers anzuschmelzen, lassen sich solche Verbundpulver mit hochschmelzendem Kern bei niedrigeren Temperaturen auftragen als vergleichbare Pulvermischungen. Für die Spritzpraxis ergeben sich daraus entscheidende Vorteile, wie Vermeidung der Werkstücküberhitzung, verminderter Energieaufwand und geringe Porosität der Spritzschicht, bessere Haftfestigkeit und bessere Verschleißfestigkeit der Schichten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zusatzverbundwerkstoff der eingangs genannten Art zu entwickeln, der insbesondere geeignet ist zum Schutz von Maschinenelementen und Apparaten, die in hohem Maße abrasiven, korrosiven und thermischen Beanspruchungen unterliegen.
Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch einen pulverförmigen Zusatzverbundwerkstoff des eingangs genannten Aufbaus, dessen eine Komponente aus einer Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung 0,5 bis 5 Gew.% Kohlenstoff 2 bis 15 Gew.% Wolfram 25 bis 55 Gew.% Chrom 0,5 bis 3,5 Gew.% Bor 1 bis 5 Gew.% Silizium 1 bis 5 Gew.% Eisen Rest Nickel und dessen andere Komponente aus einer Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierung besteht, wobei Nickel ganz oder teilweise durch Kobalt ersetzt sein kann.
Zur Karbidbildung ist Kohlenstoff als Mußkomponente vorgesehen.
Die die andere Komponente bildende Legierung kann noch 2 bis 15 Gew.% Wolfram enthalten.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß für die die eine Komponente bildende Nickel-Basis-Legierung folgende Randbedingungen gelten; a) Gew.% C- = Gew.% C1 + Gew.0Ä#C# + .0,2 b) Gew.# W = 36 x Gew.% C1 und c) Gew.% Cr # 17 + 9 x Gew.% C2 - 4 x Gew.% C Vorzugsweise ist Gew.% Cr > 25 + 9 x Gew.% C2 - 4 x Gew,% C.
Es bedeuten: Gew.% C1= Kohlenstoffanteil der zur Karbidbildung mit refraktären Metallen (Wolfram, Molybdän) erforderlich ist.
Gew.% C2 = Kohlenstoffanteil der zur Chromkarbidbildung erforderlich ist.
0,2 Faktor als Grenzlöslichkeitsäquivalent von C im Nickel-Chrom-Mischkristall.
Vorzugsweise wird eine Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung 0,5 bis 3 Gew.% Kohlenstoff 7 bis 10 Gew.% Wolfram 30 bis 40 Gew.% Chrom 0,5 bis 1,5 Gew.% Bor 1 bis 3 Gew.% Silizium 2 bis 3 Gew.% Eisen Rest Nickel verwendet.
Darüber hinaus kann dir gene Komponente bildende Nickel-Basis-Legierung auch noch Phosphor von 0,5 bis 4,5 Gew.% enthalten.
Wolfram kann bei der Legierung der einen Komponente ganz oder teilweise durch Molybdän ersetzt sein, wobei die Maßgabe gilt, daß Gew.% Mo = 18 x Gew.% C1 ist.
Die eine und/oder die andere Komponente kann noch 5 bis 60 Gew.% vorzugsweise 40 bis 50 Gew.% Hartstoffe enthalten.
Der Verbundpulverzusatzwerkstoff besitzt Selbstfließeigenschaften, hohe Härte und hohe Verschleißfestigkeit.
Die Härte der hergestellten Verschleißschutzschicht reicht abhängig vom Anteil der einen Komponente von 40 bis 70 HRC Zweckmäßigerweise ist die einen Kern bildende Komponente von der anderen Komponente umhüllt.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß Partikel der anderen Komponente an der einen Kern bildenden Komponente anhaften.
Manchmal ist es auch angebracht, die andere Komponente homogen in der einen Komponente zu verteilen.
Die Ausgangspulver der Hartstofflegierungen besitzen eine Korngröße von 50 pm, vorzugsweise kleiner 20 bis 30 Fm, d.h. es werden Pulver in Korngrößenbereidhen verwandt, die im Hinblick auf eine Verarbeitung nach üblichen Spritz-, Schweiß- oder Einschmelzverfahren zu verschleißfesten Oberflächenschichten als Pulverabfall anfallen. Die am Aufbau des Zusatzverbundwerkstoffs beteiligten Komponenten sind auch im Einzelkornbereich so innig miteinander verbunden, daß die makroskopisch vorgegebene Legierungszusammensetzung auch im mikroskopischen Bereich besteht.
Das Mengenverhältnis der Grundkomponenten im Verbundpulverwerkstoff ist abhängig von der Höhe der geforderten Verschleißfestigkeit und von der Forderung nach Selbstfließeigenschaft.
Der Anteil an selbstfließender Grundkomponente liegt zweckmäßig zwischen 80 und 10 %, Vorzugsweise zwischen 60 und 20 %.
Die innige Bindung der beiden Hartlegierungen erfolgt durch Agglomerierung oder durch andere zum Stand der Technik zählende Bindeverfahren, z.B. metallurgische Bindeverfahren, bei denen Pulverteilchen der ersten Hartlegierung im Einzelbereich mit Schichten der zweiten Hartlegierung, die weder von vornherein selbstfließend ist oder bei der Verarbeitung durch chemische Reaktion selbstfließend wird, beschichtet werden. Die auf diese Weise hergestellten Verbundpulverzusatzwerkstoffe besitzen Korngrößen, die eine Verarbeitung zu verschleißfesten Oberflächenschichten mit allen thermischen Spritz- und Schweißverfahren, wie Flammspritzen ohne oder mit gleichzeitigem sowie nachfolgendem Einschmelzen, Plasmaspritzen, Plasmaschweißen, Detonationsbeschichten etc. ermöglichen.
Die neuen Zusatzpulverwerkstoffe können auch durch Einschmelzen von losen Pulverschüttungen, mit Pasten aufgebrachten Pulvern oder von losen Pulvern im Schleuderverfahren (z.B. Rohrinnenbeschichtung) zu verschleißfesten Schichten verarbeitet werden.
Als Ausgangspulver für die Herstellung des pulverförmigen selbstfließenden Legierungsverbundes können alle Pulver, wie sie nach den zum Stand der Technik gehörenden Pulverherstellverfahren gewonnen werden, eingesetzt werden.
Die Zusatzpulverwerkstoffe können als Blankstäbe eingesetzt oder als Bestandteile von umhüllten Elektroden oder Fülldrähten verarbeitet werden. In dieser Form eignen sie sich für die Erzeugung verschleißfester Schichten mit allen hierfür in Frage kommenden bekannten Auftragsschweißverfahren.
Die neuen Zusatzwerkstoffe können auch schmelz- und sintertechnisch zu verschleißfesten Formteilen verarbeitet werden.
Weitere Vorteile sind darin zu sehen, daß durch die innige Bindung der Komponenten im Einzelkornbereich eine extrem gute homogene Verteilung der Komponenten in den erzeugten Schichten oder Formteilen erreicht wird, wie sie bei der Verarbeitung von mechanisch gemischten Pulvern nicht erreichbar ist. Die Folge ist eine extrem gute Bigenschaftskonstanz und eine wesentliche Erhöhung der chemischen Beständigkeit sowie gegen alle Arten von Verschleißangriff. Die Standzeiten sind bei gleichem Hartlegierungsanteil bzw. gleichen Schichtstärken bedeutend höher.
Durch Verwertung von kleinförmigem Pulverabfall sind wirtschaftliche Vorteile gegeben, darüber hinaus gelingt es, kleine Hartstoffteilchen in großer Zahl in die Schichten einzulagern. Das bedeutet, daß in den Schichten ein wesentlich höherer Dispersionsgrad der Hartlegierungen, bezogen auf das eingesetzte Hartlegierungsvolumen und somit eine höhere Verschleißfestigkeit, erreicht wird. Die größere spezifische Oberfläche der Hartstoffe bedingt eine bessere legierungstechnische Bindung der Schicht, wodurch di#e Gefahr der. Herausreißung von Hartlegierungsteilchen aus dem verschleißfesten Schichtverburid bei hoher Verschleißbeanspruchung verhindert wird.
Der Zusatzverbundwerkstoff eignet sich insbesondere für den Verschleißschutz von Buchsen und Extruderschnecken für Kunststoffmaschinen, Ventilatorenschaufeln, Rollgangs- und Stranggußrollen, Plunger, Kegel und Profil- walzen für Hüttenindustrie, Schnecken für Dekanter und Separatoren, Heiß- und Kaltsiebe für Stahlhütten, Wellenschutzhülsen, Pumpenlunger, Kompressorenkolbenstangen, Nischflügel für chemische Aufbereitungsanlagen, Armaturenteile, Preßschnecken und Knetflügel, Lochdorne für keramische Massen, Warmarbeitsgesenke, Transportwalzen für Flachglasprodukte, Transportrollen für die Drahtindustrie und Stufenscheiben für die Stahlseilfertigung.
Patentansprüche

Claims

PATENTANSPRÜCHE 10 Pulverförmiger Zusatzverbundwerkstoff für die Herstellung von verschleiß-, zunder- und korrosionsbeständigen Oberflächen, dessen Partikel aus mehreren vorzugsweise Komponenten bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Komponente aus einer Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung 0,5 bis 5 Gew.% Kohlenstoff 2 bis 15 Gew.# Wolfram 25 bis 55 Gew.% Chrom 0,5 bis 3,5 Gew.% Bor 1 bis 5 Gew. Silizium 1 bis 5 Gew.% Eisen Rest Nickel und die andere Komponente aus einer Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierung besteht 2 Zusatzverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnets daß bei der die andere Komponente bildenden Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierung Nickel ganz oder teilweise durch Kobalt ersetzt ist 3 Zusatzverbundwerkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die andere Komponente bildende Legierung noch 2 bis 15 Gew.% Wolfram enthält.

4. Zusatzverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die die eine Komponente bildende Nickel-Basis-Legierung die Randbedingungen Gew. C = Gew.% C1 + Gew.0/o C2 + 0,2 Gew.% W = 36 x Gew.% C1 Gew.% Cr a 17 + 9 x Gew.% C2 - 4 x Gew.% C, vorzugsweise Gew.% Cr # 25 + 9 x Gew.% C2 - 4 x Gew.% C gelten; es bedeuten: Gew.% C1 = Kohlenstoffanteil der zur Karbidbildung mit refraktären Metallen (Wolfram, Molybdän) erforderlich ist, Gew.% C2 =Kohlenstoffanteil der zur Chromkarbidbildung erforderlich ist, 0,2 Faktor als Grenzlöslichkeits#äquivalent von C im Nickel-Chrom-Mischkristall.

5. Zusatzverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung 0,5 bis 3 Gew.% Kohlenstoff 7 bis 10 Gew.% Wolfram 30 bis 40 Gew.% Chrom 0,5 bis 1,5 Gew.% Bor 1 bis 3 Gew.% Silizium 2 bis 3 Gew.% Eisen Rest Nickel.

6. Zusatzverbundwerkstoff nach den Ansprechen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die eine Komponente bildende Nickel-Basis-Legierung durch eine Kobalt-Basis-Legierung der Zusammensetzung 1,0 bis 2,5 Gew.% Kohlenstoff 4,0 bis 15,0 Gew.% Wolfram 25 bis 35 Gew.56 Chrom 1,0 bis 2,5 Gew.% Silizium Rest Kobalt ersetzt ist.

7. Zusatzverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der die eine Komponente bildenden Legierung Wolfram ganz oder teilweise durch Molybdän ersetzt ist, wobei gilt, daß Gew.% Mo = 18 x Gew.% C1 beträgt.

8. Zusatzverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diM di##ne Komponente bildende Legierung noch 0,5 bis 4,5 Gew.% Phosphor enthält.

9. Zusatzverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine und/oder die andere Komponente noch 5 bis 60 Gew.%, vorzugsweise 40 bis 50 Gew% Hartstoffe vorzugsweise Wolframcarbid enthalten.

10. Zusatzverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gçkennzeichnets daß die eine einen Kern bildende Komponente von der anderen Komponente umhüllt ist.

11. Zusatzverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen einen Kern bildenden Komponente Partikel der anderen Komponente anhaften.

12. Zusatzverbundwerkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Komponente homogen in der einen Komponente verteilt ist.