DE3509582C1 - Metal wheel, in particular a railway wheel - Google Patents

Abstract

For coating metal wheels (10) by means of a laser beam (11), where the coating material (12) is applied in the workpiece zones (13) melted by the laser beam, it is proposed to apply the layer elements (14) with an overlap (15) in order in this way to achieve as flat a surface (17) as possible of the layer applied. <IMAGE>

Description

Die Pulverzusammensetzung kann über die Schicht variieren, wenn eine Schicht mit örtlicher sich verändernden Eigenschaften gefordert wird. Bei verschleißfesten Schichten geschieht dieses durch Verändern des Hartstoffanteiles im Pulvermaterial. The powder composition can vary across the layer, if one Layer with locally changing properties is required. With wear-resistant Layers do this by changing the proportion of hard material in the powder material.

In der Zeichnung sind in den Fig. 1 und 2 je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt bzw in Draufsicht gezeigt. In the drawing are in Figs. 1 and 2 each an embodiment of the invention shown in cross section or in plan view.

Auf ein auf etwa 4000C vorgewärmtes Substrat 10 gemäß F i g. 1, wird ein Laserstrahl 11 mit einer Leistung von 5 kW und einer Geschwindigkeit von 6 mm/sec. On a preheated to about 4000C substrate 10 according to FIG. 1, will a laser beam 11 with a power of 5 kW and a speed of 6 mm / sec.

entlang einer vorgegebenen Linie (senkrecht zum Zeichnungsblatt der Fig. 1) geführt. Gleichzeitig wird über 12 eine Pulvermenge von 30 gimin auf die vom Laserstrahl 11 erzeugte Schmelzstelle 13 des Substrates 10 aufgebracht. Unter der Wirkung der Laserstrahlenenergie schmilzt das zugeführte Pulver, das sich dann mit der Schmelze 13 des Substrates eine Schichtspur 14 in der Form eines Streifens bildend verbindet. Unter den genannten Bedingungen erreicht man eine Schichtdicke d=2 mm und eine Breite b einer Schichtspur von etwa 8 mm.along a given line (perpendicular to the drawing sheet of the Fig. 1) out. At the same time, a powder amount of 30 gimin is applied to the 12 The melting point 13 of the substrate 10 generated by the laser beam 11 is applied. Under The action of the laser beam energy melts the powder that is fed in, which then spreads out with the melt 13 of the substrate, a layer track 14 in the form of a strip forming connects. A layer thickness is achieved under the conditions mentioned d = 2 mm and a width b of a layer track of about 8 mm.

In F i g. 1 sind verschiedene nebeneinander angeordnete Schichtspuren bzw. -streifen 14 im Querschnitt gestrichelt dargestellt, wobei die gestrichelte Form sich nur bei Abwesenheit von Nachbarspuren ergeben würde. Durch die Überlappung bildet sich insgesamt eine Schicht mit einer nahezu ebenen Oberfläche 17. In Fig. 1 are different layer tracks arranged next to one another or strips 14 shown in cross-section in dashed lines, with the dashed line Form would only result in the absence of neighboring tracks. Because of the overlap Overall, a layer with an almost flat surface 17 is formed.

Eine solche Schicht kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden. Such a layer can be produced, for example, as follows.

Auf dem Übergangsbereich zwischen Lauffläche und Spurkranz von Eisenbahnrädern 20, Fig. 2, wird der Laserstrahl schraubenlinienförmig geführt, indem beispielsweise der Radkörper 23 um seine Achse mit einer für den Beschichtungsvorgang entsprechenden Geschwindigkeit gedreht und der Laserstrahl axial dazu verschoben wird. Der Laserstrahl 11 wird dabei um ca. On the transition area between the tread and the flange of railway wheels 20, Fig. 2, the laser beam is guided helically, for example the wheel body 23 about its axis with a corresponding for the coating process Speed rotated and the laser beam is shifted axially. The laser beam 11 is increased by approx.

5 mm automatisch versetzt, wenn es die erste Schichtspur erreicht. Die nächste Schichtspur 14 überlappt sich dabei mit der vorhergehenden Spur auf einer Breite Ü=3 mm. Der Überlappungsanteil 15 der neuen Schichtspur 14 wird dabei auf die vorhergehenden Schichtstreifen 14 unter gleichzeitiger Anhebung der Randschicht 26 des neuen Schichtstreifens 14 verlagert, so daß kein Talbereich entsteht.5 mm automatically offset when it reaches the first layer track. The next layer track 14 overlaps with the previous track a width Ü = 3 mm. The overlap portion 15 of the new layer track 14 is thereby onto the preceding layer strips 14 while at the same time raising the edge layer 26 of the new layer strip 14 shifted so that no valley area is created.

Der Radkörper wird zuvor an der Übergangsstelle 21 spanend vorprofiliert derart, daß die Oberfläche 22 der Beschichtung 26 nach deren Herstellung die erwünschte Formgebung hat. The wheel body is previously pre-profiled by cutting at the transition point 21 such that the surface 22 of the coating 26 after its production the desired Shape has.

Um einen kontinuierlichen Übergang von der Lauffläche 25 über die Schicht 26 zum Spurkranz 27 zu erhalten, wird während des Beschichtungsprozesses die Pulvermenge entsprechend verändert, das heißt ausgehend von einem Randbereich der Schicht 26 zunächst erhöht und dann wieder vermindert. To ensure a continuous transition from the tread 25 over the Layer 26 for flange 27 is obtained during the coating process the amount of powder changed accordingly, that is, starting from an edge area the layer 26 first increased and then decreased again.

Die so erhaltene Schicht hat eine fest ebene Oberfläche, die nur einer sehr geringen Nachbehandlung bedarf. Die Schicht ist eine sehr dichte und kompakte Schicht. The layer obtained in this way has a firm, flat surface that is only requires very little post-treatment. The layer is very dense and compact layer.

Bei der Verwendung von hochfesten und zähen Materialien wie Co- oder Ni-Matrix mit Hartstoffteilchen aus Wolframcarbid wird eine sehr dichte, harte und außerdem zähe Schicht erreicht, die dem Metallrad, wie dem Eisenbahnrad einen hohen Verschleißwiderstand verleiht und damit dem Gegenstand trotz hoher Beanspruchung eine relativ hohe Lebensdauer ermöglicht. When using high-strength and tough materials such as Co- or Ni matrix with hard material particles made of tungsten carbide is a very dense, hard and in addition, it reaches a tough layer, which gives a high level of metal and railway wheels Gives wear resistance and thus the object despite high stress allows a relatively long service life.

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Claims (8)

Patentansprüche: 1. Metallrad, insbesondere Eisenbahnrad mit Lauffläche und Spurkranz, dadurch gekennz e i c h n e t, daß Schichtspuren in Umfangsrichtung des Rades (23) schraubenlinienförmig überlappend aufgetragen sind. Claims: 1. Metal wheel, in particular a railway wheel with a tread and wheel flange, characterized in that layer tracks in the circumferential direction of the wheel (23) are applied helically overlapping. 2. Metallrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der aus den Schichtspuren gebildeten Schicht (26) am Übergang zum Radmaterial (25, 27) kontinuierlich in die Oberfläche des Rades übergeht. 2. Metal wheel according to claim 1, characterized in that the surface the layer (26) formed from the layer tracks at the transition to the wheel material (25, 27) merges continuously into the surface of the wheel. 3. Metallrad nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eine variable Pulverzusammensetzung und/oder Pulvermenge hat. 3. Metal wheel according to claim I or 2, characterized in that the layer has a variable powder composition and / or amount of powder. 4. Metallrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverzusammensetzung unterschiedliche Hartstoffanteile enthält. 4. Metal wheel according to claim 3, characterized in that the powder composition contains different hard material components. 5. Metallrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (26) ein verschleißfester Überzug aus einem Basismaterial aus Cobalt oder Chrom-Nickel ist, in das Hartstoffteilchen eingebettet sind. 5. Metal wheel according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the layer (26) is a wear-resistant coating made of a base material made of cobalt or chromium-nickel, in which hard material particles are embedded. 6. Metallrad nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffteilchen Carbide, insbesondere Wolframcarbide sind. 6. metal wheel according to claim 4 or 5, characterized in that the hard material particles are carbides, in particular tungsten carbides. 7. Metallrad nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zusätzlich wärmebehandelt ist. 7. metal wheel according to claim 1 to 6, characterized in that the Workpiece is additionally heat treated. 8. Metallrad nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichtspuren (14) sich etwa 10 bis 50% überlappen. 8. metal wheel according to claim 1 to 7, characterized in that the individual layer tracks (14) overlap by about 10 to 50%. Die Erfindung bezieht sich auf ein Metallrad, insbesondere Eisenbahnrad mit Lauffläche und Spurkranz. The invention relates to a metal wheel, in particular a railway wheel with tread and flange. Die Technik der Oberflächenbehandlung von Werkstücken ist weit verbreitet, wobei die Beschichtung eine bedeutende Rolle spielt. The technique of surface treatment of workpieces is widely used, the coating plays an important role. Im Beschichtungsverfahren mittels Laserstrahlen zum Beispiel wird das Beschichtungsmaterial in der Regel zeilenweise auf das Werkstück aufgebracht. Nachträglich wird die Oberfläche der Schicht mechanisch bearbeitet, um eine glatte Oberfläche zu erreichen, dabei wird ein großer Anteil des aufgebrachten Materials wieder abgetragen. Denn einzelne Schichtspuren sind im Querschnitt konvex, so daß zum Beispiel zeilenförmig nebeneinander verlaufende Schichtspuren im Zwischenbereich ein »Talgebiet« aufweisen. Zur Erlangung einer glatten Oberfläche müssen daher entweder die Schichtspuren bis zur Taloberfläche spanend abgetragen, oder die Talgebiete in einem zweiten Arbeitsgang mit dem Beschichtungsmaterial aufgefüllt werden. In the coating process using laser beams, for example the coating material is usually applied line by line to the workpiece. The surface of the layer is then mechanically processed to make it smooth To achieve the surface, a large proportion of the applied material is used removed again. Because individual layer traces are convex in cross-section, so that For example, layer traces running next to each other in lines in the intermediate area have a "valley area". In order to achieve a smooth surface, either the traces of the layers removed by cutting to the surface of the valley, or the valley areas be filled with the coating material in a second operation. Gemäß der US-PS 43 00474 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Schichtspuren überlappend aufgetragen werden. Die Überlappung der Schichtspuren bewirkt, daß sich die dünneren Randschichten einer Spur mit den Randschichten der Nachbarspuren addieren, so daß im Durchschnitt eine etwa gleichmäßige Höhe des aufgetragenen Materials erreicht werden kann. Daher wird mit dem Beschichtungsvorgang eine weitgehend ebene Oberfläche erreicht, die nur noch eine geringe Nacharbeit erfordert. According to US-PS 43 00474 a method is known in which the layer traces be applied overlapping. The overlap of the layer tracks causes add the thinner edge layers of a track with the edge layers of the neighboring tracks, so that, on average, the material applied has an approximately uniform height can be. Therefore, with the coating process, a largely flat surface becomes achieved, which only requires a little rework. Das bekannte Verfahren ist jedoch im wesentlichen für ebene Flächen geeignet. Eisenbahnräder haben dagegen insbesondere im Bereich zwischen Lauffläche und Spurkranz eine stark gekrümmte Oberfläche. However, the known method is essentially for flat surfaces suitable. Railway wheels have, however, especially in the area between the tread and flange a strongly curved surface. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Metallrad der eingangs genannten Art so zu entwickeln, daß es trotz der Unebenheiten einfach zu beschichten ist. The invention is based on the object of a metal wheel of the initially to develop the named type in such a way that it is easy to coat despite the unevenness is. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. According to the invention, the object is characterized by what is stated in claim 1 Features solved. Eine derartige Schicht läßt sich durch die schraubenlinienförmige Überlappung kontinuierlich im Auftragsprozeß herstellen, so daß eine Gleichförmigkeit der Schichtdicke erhalten wird, die nur einer geringen Nachbearbeitung bedarf. Such a layer can be through the helical Produce overlap continuously in the application process, so that uniformity the layer thickness is obtained, which requires only a little post-processing. Die aufgebrachte Schicht kann dabei eine Dicke von mehr als 3 mm haben, die an den Übergängen zum Radmaterial kontinuierlich abnimmt. Dieses wird durch Variieren der Pulvermenge im Beschichtungsprozeß erreicht. The applied layer can have a thickness of more than 3 mm which decreases continuously at the transitions to the wheel material. This will achieved by varying the amount of powder in the coating process. Bisher wurden in aller Regel aufgeschrumpfte Radreifen oder Vollräder eingesetzt, bei denen die Verschleißprobleme durch legierungstechnische Maßnahmen gelöst wurden. Der gesamte Radwerkstoff besteht dabei aus naturhartem, geglühtem, aus der Walzhitze gesteuert abgekühltem oder normalisiertem Stahl. So far, as a rule, shrunk-on wheel tires or solid wheels have been used used in which the wear problems due to alloy engineering measures have been resolved. The entire wheel material consists of naturally hard, annealed, Steel that has been cooled or normalized from the rolling heat in a controlled manner. Eine nur martensitisch gehärtete Oberflächenschicht führte wegen der Sprödigkeit des Martensits zu vorzeitigen Schäden, zu Rissen, Ausbröckelungen oder zu Dauerbrüchen. Ein Auftragsschweißen der gesamten Verschleißzonen führte bisher ebenfalls wegen ähnlicher Mängel der Schichten nicht zum Erfolg. A surface layer that was only martensitically hardened led to the brittleness of martensite leads to premature damage, cracks, and crumbling or fatigue fractures. A build-up welding of the entire wear zones resulted not yet successful because of similar defects in the layers. Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäßen Merkmale vermieden. Durch diese Merkmale ist es gleichzeitig möglich, das Werkstück bzw. das Rad im Beschichtungsbereich so vorzuprofilieren, daß die Schichtoberfläche ohne eine formgebende Nachbearbeitung bereits die erwünschte Formgebung erhält. Die Nachbearbeitung beschränkt sich dabei lediglich auf das Planieren der Oberfläche, was einen sehr geringen Abtrag bedarf. Eine große Schichtdicke unterstützt die Haftfestigkeit der Schicht auch bei sehr hohen Pressungen, wie sie auf Eisenbahnrädern entstehen. These disadvantages are avoided by the features according to the invention. With these features, it is also possible to place the workpiece or the wheel in the Pre-profiling the coating area in such a way that the surface of the layer without a shaping Post-processing already receives the desired shape. Post-processing limited is only concerned with leveling the surface, which results in very little removal requirement. A large layer thickness also supports the adhesive strength of the layer at very high pressures, such as those on railway wheels. Für Schichten mit hoher Verschleißfestigkeit werden hochfeste und zähe Basismaterialien aus zum Beispiel Co, Cr/Ni verwendet, in denen Hartstoffteilchen, wie Carbide, insbesondere Wolframcarbid, gleichmäßig eingebettet sind. For layers with high wear resistance, high-strength and tough base materials made of e.g. Co, Cr / Ni are used, in which hard material particles, how carbides, especially tungsten carbide, are evenly embedded. Eine hohe Haftfestigkeit mit dem Grundwerkstoff wird durch Beschichten im Laserverfahren erreicht, so daß nicht nur ein hoher Verschleißwiderstand, sondern auch eine hohe Anlaßbeständigkeit erreicht werden kann. Bei einem rein martensitisch gehärteten Werkstoff beispielsweise verändern sich die Gefügeeigenschaften bei hohen Temperaturen, wie sie bei Eisenbahnrädern im Bremsvorgang auftreten. Dieses geschieht nicht bei einer nach der Erfindung hergestellten Schicht. A high bond strength with the base material is achieved by coating achieved in the laser process, so that not only a high wear resistance, but a high resistance to tempering can also be achieved. With a purely martensitic hardened material, for example, the structural properties change at high Temperatures such as those that occur in the braking process of railway wheels. This happens not with a layer produced according to the invention. Das Schichtmaterial kann beispielsweise in Pulverform direkt dem Laserstrahl in der Nähe des Werkstükkes zugeführt und von diesem auf der Werkstückoberfläche eingeschmolzen werden. Das Pulver wird dabei in den schmelzflüssigen Zustand überführt und durch Aufschmelzen der oberflächennahen Zonen des Werkstükkes mit diesem verschweißt. The layer material can, for example, in powder form directly Laser beam supplied in the vicinity of the workpiece and from this on the workpiece surface be melted down. The powder is converted into the molten state and welded to the workpiece by melting the zones close to the surface.