DE9309450U1 - Verbundkörper, bestehend aus Werkstoffen unterschiedlicher thermischer und mechanischer Eigenschaften - Google Patents
Verbundkörper, bestehend aus Werkstoffen unterschiedlicher thermischer und mechanischer EigenschaftenInfo
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Description
Eigenschaften
Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper, der aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen und
mechanischen Eigenschaften besteht.
Verbundkörper haben aufgrund der Kombination von Werkstoffen mit speziellen unterschiedlichen
Eigenschaften gegenüber den aus einem Werkstoff bestehenden Werkzeugen den Vorteil, daß sie gezielter auf
ihren Einsatz ausgebildet sind und in der Regel höhere Leistungen erbringen. Hartmetallwalzringe beispielsweise,
die in den letzten Jahren eine große Bedeutung für die Heißumformung von Stahl gewonnen haben, bestehen nur aus
einem Werkstoff: Hartmetall. Die relativ niedrige Zähigkeit dieses hochverschleißfesten Werkstoffes
schränkt jedoch den weitergehenden Einsatz derartiger
SHW A
Walzringe bezüglich der Drehmomentübertragung und der
Bruchgefahr stark ein.
Deshalb hat man Hartmetallringe mit Stahlgrundkörpern kombiniert, beispielsweise in geklemmter Ausführung. Bei
großer Beanspruchung ist diese Technik allerdings sehr aufwendig, weil die Klemmtechnik zahlreiche
Schraubverbindungen erfordert.
Bei der bekannten Kombination Hartmetall-Stahl, die durch
Löten von Hartmetall und Stahl, beispielsweise bei Kleinteilen, oder durch heißisostatisches Pressen von
Hartmetall und Stahl, zusammengefügt wird, ist die Bruchgefahr gemindert, es treten jedoch Schwierigkeiten
infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten dieser beiden Werkstoffe
(Hartmetall: 4 bis 8 &khgr; 10 "6/°K, Stahl: 12 &khgr; 10
auf und verhindern einen erweiterten Einsatz.
Es ist auch ein Verfahren bekannt, wobei Hartmetallringe teilweise mit einem duktilen Stahl umgössen werden.
Damit ist zwar ein erweiterter Einsatz von Hartmetall zum Walzen von Stahl infolge verbesserter konstruktiver
Möglichkeiten für die Walzkraftübertragung und einer
verringerten Bruchempfindlichkeit des Hartmetalls möglich. Als nachteilig erweist sich jedoch, daß beim
Angießen des Hartmetallrings mit flüssigem Stahl Thermoschockrisse und unerwünschte Diffusionsbereiche mit
spröden Phasen (//^ -Phase) entstehen können und daß beim
Abkühlen unterhalb der Spannungsarm-Glühtemperatur aufgrund der unterschiedlichen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten von Hartmetall und Stahl thermischen Spannungen im Verbund auftreten können,
SHW A 225
wodurch die Kombination auf hochbindemittelhaltige ( >
%) Hartmetalle beschränkt wird; außerdem läßt sich das Verhältnis Masse Stahl zu Masse Hartmetall nicht beliebig
verändern. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Verbundteil im Bereich der Bohrung eine oft nicht
ausreichende Festigkeit besitzt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen
Verbundkörper, bestehend aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen und mechanischen
Einschaften zu entwickeln, die so aufeinander abgestimmt sind, daß der Verbund sehr spannungsarm ausgebildet ist
und die bei den Einsatztemperaturen infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungsspannungen
niedrig gehalten oder abgebaut werden, so daß eine verbesserte Kraftübertragung ermöglicht und die
Bruchempfindlichkeit des Verbundkörpers stark herabgesetzt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Verbundkörper einen hoch verschleißfesten
Hartmetallkörper aufweist, der so in eine duktile Zone mit kleinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten
eingebettet ist, daß der obere Teil des Hartmetallkörpers aus der duktilen Zone herausragt, daß die duktile Zone
ihrerseits von einem Grundkörper ummantelt ist, und daß der Hartmetallkörper, die duktile Zone und der
Grundkörper durch heißisostatisches Pressen diffusions verschweißt sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die duktile Zone vor
dem heißisostatischen Pressen als Pulver ausgebildet ist.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, daß die duktile Zone ein Festkörper ist.
SHW : A
Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung besteht darin,
daß der Verbundkörper als Walzring ausgebildet ist.
Als vorteilhaft erweist sich, daß die Festigkeit des Grundkörpers durch gesteuerte Abkühlung nach dem
heißisostatischen Pressen gezielt einstellbar ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein spannungsarmer Verbundkörper
geschaffen wurde, der thermische Spannungen im Verbundsystem niedrig hält bzw. abbaut, eine verbesserte
Kraftübertragung ermöglicht und eine wesentlich niedrigere Bruchempfindlichkeit aufweist als
vergleichbare, am Markt befindliche Körper.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt (schematisch) durch einen erfindungsgemäß aus drei unterschiedlichen
Werkstoffen bestehenden Verbundkörper 1, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Walzring zum Walzen
von Draht ist. Der Verbundkörper 1 weist im oberen Bereich einen hochverschleißfesten Hartmetallkörper
auf, der in diesem Beispiel als Ring ausgebildet und in eine duktile Zone 3 eingebettet ist, die ihrerseits von
einem Grundkörper 4 ummantelt ist. Bei anderen Verbundkörpern ist es nach der Erfindung möglich, daß als
Hartmetallkörper 2 auch anders ausgebildete Hartmetallteile, beispielsweise Schneidplatten und
dergleichen Verwendung finden.
SHW A 225
Der Hartmetallkörper 2 ist so in die duktile Zone 3 eines zweiten Werkstoffes eingebettet, daß nur der obere
den Arbeitsbereich darstellende Teil des Hartmetallkörpers 2 aus der Zone 3 herausragt. Die Zone 3
besteht erfindungsgemäß aus einer duktilen Legierung mit kleinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, um die im
Verbund von Hartmetallkörper 2, duktiler Zone 3 und Grundkörper 4 auftretenden Spannungen aufzufangen und
möglichst gering zu halten. Als bekannter Werkstoff kommt dafür beispielsweise eine austenitische Eisen-Nickel-Legierung
mit 36 % Nickel in Frage.
Erfindungsgemäß kann die duktile Zone 3 sowohl als Pulver
als auch aus einem Festkörper dieser genannten Legierung bestehen. Der die duktile Zone 3 ummantelnde Grundkörper
4 ist in bevorzugter Weise aus einem hochfesten, vergütbaren Stahl hergestellt. Ihm obliegt es, die
mechanische Befestigung des Walzringes zur Übertragung des Drehmomentes sicherzustellen. Dazu können je nach
Aufgabenstellung Nuten, Federn, Keile, Gewinde oder Profile in den Grundkörper 4 eingebracht werden. Außerdem
besteht auch die Möglichkeit, Walzring und Antriebswelle durch Schrumpfen miteinander zu verbinden.
Hartmetallkörper 2, duktile Zone 3 und Grundkörper 4 werden durch ein heißisostatisches Pressverfahren zu
einem Verbundkörper 1 zusammengefügt. Bei Verwendung von
Legierungspulver als Einbettwerkstoff für den Hartmetallkörper 2 erfolgt bei dem heißisostatischen
Pressen ein Zusammenbacken (Konsolidieren) der Pulver zu einer duktilen Zone 3, die wiederum heißisostatisch mit
dem Hartmetallkörper 2 und dem Grundkörper 4 verbunden wird. Alle Hartmetallsorten können ohne Rücksicht auf
'HW A 225
Bindephasenanteile und -metalle dem heißisostatischen
Pressen unterzogen werden. Dies bietet den Vorteil, daß das Hartmetall verwendungszweckbezogen ausgewählt werden
kann .
Durch eine gesteuerte Abkühlung des Verbundkörpers 1 nach dem heißisostatischen Pressen läßt sich der Grundkörper
4, der bevorzugt aus einem hochfesten Vergütungsstahl
2 besteht, auf gewünschte Festigkeit von 800 bis 1400 N/mm
vergüten. Als vorteilhaft erweist sich, daß im gleichen Arbeitsgang auch der Abbau von Wärme- und
Umwandlungsspannungen erreicht wird, so daß ein Verbundkörper 1 vorliegt, der aufgrund der
erfindungsgemäßen aufeinander abgestimmten Werkstoffe einen spannungsarmen Zustand aufweist und darüber hinaus
die bedeutsame Eigenschaft hat, während des Einsatzes des Verbundkörpers 1 auftretende Spannungen niedrig zu halten
bzw. abzubauen. Dies vermindert seine Bruchempfindlichkeit ganz wesentlich. Durch diese
Merkmale unterscheidet sich der erfindungsgemäße Verbundkörper 1 wesentlich von anderen bereits
vorhandenen Verbundkörpern.
Claims (5)
1. Verbundkörper, bestehend aus Werkstoffen unterschiedlicher thermischer und mechanischer
Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verbundkörper (1) einen hoch verschleißfesten Hartmetallkörper (2) aufweist, der so in eine duktile
Zone (3) mit kleinem thermischen
Ausdehnungskoeffizienten eingebettet ist, daß der
obere Teil des Hartmetallkörpers (2) aus der duktilen Zone (3) herausragt, daß die duktile Zone (3)
ihrerseits von einem Grundkörper (4) ummantelt ist, und daß der Hartmetallkörper (2), die duktile Zone (3)
und der Grundkörper (4) durch heißisostatisches Pressen diffusionsverschweißt sind.
2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die duktile Zone (3) vor dem heißisostatischen Pressen als Pulver ausgebildet ist.
3. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die duktile Zone (3) ein Festkörper ist.
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4. Verbundkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verbundkörper (1) als Walzring (5) ausgebildet ist.
5. Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Festigkeit des Grundkörpers (4) durch gesteuerte Abkühlung nach dem heißisostatischen Pressen gezielt
einstellbar ist.
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0630713A1 (de) * | 1993-06-25 | 1994-12-28 | Saar-Hartmetall Und Werkzeuge Gmbh | Verbundkörper, bestehend aus Werkstoffen unterschiedlicher thermischer und mechanischer Eigenschaften |
EP2406020A1 (de) * | 2009-03-12 | 2012-01-18 | Sandvik Intellectual Property AB | Walze mit antriebswelle und rollenkranz sowie verfahren zur montage einer derartige walze |
-
1993
- 1993-06-25 DE DE9309450U patent/DE9309450U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
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EP0630713A1 (de) * | 1993-06-25 | 1994-12-28 | Saar-Hartmetall Und Werkzeuge Gmbh | Verbundkörper, bestehend aus Werkstoffen unterschiedlicher thermischer und mechanischer Eigenschaften |
EP2406020A1 (de) * | 2009-03-12 | 2012-01-18 | Sandvik Intellectual Property AB | Walze mit antriebswelle und rollenkranz sowie verfahren zur montage einer derartige walze |
CN102348515A (zh) * | 2009-03-12 | 2012-02-08 | 山特维克知识产权股份有限公司 | 包括传动轴和辊环的轧辊以及组装该轧辊的方法 |
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