DE3123857A1 - Verschleissteil - Google Patents

Description

Verschleißteil

Die Erfindung betrifft das Eingießen von Harmetall und schweißbarem Stahl in Gußlegierungen, vorzugsweise Gußeisen sowie auf diese Weise hergestellte Produkte. Solche Produkte können Verschleißelemente sein, die in Maschinenteilen, Werkzeugen usw. verwendet werden und erheblichem Verschleiß unterliegen. Unter Verschleißbedingungen verwendete Bauteile und Schneidkörper für das Schneiden oder Bearbeiten von Material, wie Schneidspitzen beim Gesteinsbohren, sind andere Anwendungen. Alle diese Produkte sind dadurch gekennzeichnet, daß die Teile, die Verschleiß oder einer anderen Zerstörungsart unterliegen, aus Sinterkarbid-Hartmetall oder anderen harten Teilchen bestehen, die die Form von Klumpen, gebrochenen Teilen, Pulver, Preßkörpern oder Teilen willkürlicher Form haben und in Gußeisen eingegossen sind. Die Erfindung ist besonders dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände ein aus Stahl bestehendes schweißfähiges Teil haben, das in Gußeisen eingegossen ist.

Die Gußlegierung besteht vorzugsweise aus einem hauptsächlich graphitischen Gußeisen mit geringer Verschließbeständigkeit und Schweißfähigkeit, und ihre Zusammensetzung ist zweckmäßig so einzustellen, daß das Kohlenstoff-

äquivalent, C. , d.h. der Kohlenstoffgehalt zusätzlich ac[u.

zu den Gehalten anderer Bestandteile und Legierungselemen-

Festigkeit einer Schweißverbindung aus graphitischem Gußeisen und Stahl ist relativ gering, und außerdem ist die Konstruktion im Betrieb empfindlich gegen Mikrorisse. Außerdem ist das direkte Verschweißen eines graphitischen Gußeisens und eines Bauteils aus Stahl sehr zeitaufwendig und teuer, da das Schweißen unter anderen Stufen ein Vorerhitzen, genau eingestelltes Kühlen, teure Spezialelektroden und anschließende Wärmebehandlung, um eine zufriedenstellende Feestigkeit der Schweißverbindung zu erhalten, erfordert. In der Praxis können verschiedene dieser Forderungen nicht erfüllt werden, wenn das Schweißen in sehr großen Konstruktionen am Arbeitsplatz zu erfolgen hat.

Nach der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß Verschleißteile, die zu verschweißen sind und aus Hartmetall und graphitischem Gußeisen bestehen, auf folgende Weise hergestellt werden können:

Jenes Teil des Verschleißelementes, welches später mit dem Konstruktionselement oder Bauteil verschweißt werden soll, wird durch ein geeignet geformtes, unbegrenzt schweißbares Stahlteil· ersetzt, welches vor dem Gießen in die Form gelegt wird. Das Stahlteil soll eine solche Form haben, daß man nach dem Gießen eine kombinierte mechanisch-metallurgische Verbindung zwischen dem Stahlteil und dem Gußeisen bekommt. Um das Erfordernis einer bezüglich der Festigkeit zufriedenstellenden mechanischen Verbindung zu erfüllen, wird jener Teil des Stahlteils, der in das Gußeisen eingegossen werden soll, mit einer ausreichend festen Verankerungseinrichtung ausgestattet.

te, die bezüglich des Einflusses auf die Eigenschaften des Gußeisens kohlenstoffäquivalent sind, wenigstens 3,5 und höchsten 6_r0 ist. Eine LegierungsZwischenphase oder Übergangszone bildet sich gewöhnlich zwischen dem Hartmetall und der Gußlegierung- Gewöhnlich sind 20 bis 80 %, vorzugsweise 30 bis 70 %, der ursprünglichen Hartmetallmenge Teil der Übergangsζone. Wenigstens 90 % der zugesetzten Hartmetallmenge sollten eine Teilchengröße von 1 bis 8 mm haben.

Der in die Gußlegierung eingegossene Stahl besteht hauptsächlich aus unlegiertem Stahl mit einer Kohlenstoffkonzentration vorzugsweise gleich oder kleiner als 0,2 % C und mit einer derart eingestellten Zusammensetzung, daß % C + % Mn (% Cr + % Mo + % V) (% Ni + % Cu) _{n ΑΛ}

Da Verschleißelemente oftmals Teile von Konstruktionen erheblicher Größe sind, müssen diese Elemente direkt am Arbeitsplatz auf einem Stahlteil befestigt werden. Manchmal können mechanische Verbindungen verwendet werden, doch schließen diese die Gefahr eines Versagens durch Sichlösen ein. Ein Verschweißen des Verschleißelementes ist daher bevorzugt. Es ist bereits bekannt, daß das Eingießen von Hartmetall in graphitischem Gußeisen Produkte mit sehr hoher Verschleißbeständigkeit und Abriebbeständigkeit, verbunden mit ausgezeichneter Festigkeit und Zähigkeit ergibt. Verschleißteile eines solchen zusammengesetzten Materiales haben aber eine schlechte VerSchweißbarkeit. Die

Aus Fig. 1 ist das Prinzip der vorliegenden Erfindung ersichtlich, d.h. ein schweißfähiges Stahlteil (2), das mit einer Verankerungseinrichtung (1) ausgestattet ist, wobei das Stahlteil (2) in einer Gußlegierung (3) eingegossen ist, in welcher auch die gebrochenen Hartmetallstücke (4) eingegossen sind. In Fig. 2 ist eine andere geeignete Konstruktion (5) der Verankerungseinrichtung gezeigt. In Fig. ist zusätzlich zu einer dritten Ausführungsform (6) der Verankerungseinrichtung auch das schweißfähige Stahlteil (2) gezeigt, das mit Hilfe einer Schweißverbindung (8) an ein Konstruktionselement (7) aus Stahl gebunden ist. Die anderen Teile entsprechen der Beschreibung gemäß Fig. 1.

Es ist bereits bekannt, Stahl in Gußeisen einzugießen, unter anderem in Verbindung mit einer Verstärkung von Gußteilen mit dünnen Platten oder Stäben aus Stahl. Ein übliches Problem sind hier die inneren Spannungen, die nach dem Kühlen infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Verstärkungsmaterials und des Gußmaterials auftreten. Verschiedene Typen von Trennsubstanzen wurden verwendet, um dem Verstärkungsmaterial eine Möglichkeit freier Ausdehnung oder Schrumpfung gegenüber dem Gußmaterial und eines Ausgleiches der Spannungen zu geben. Durch eine kombinierte mechanisch-metallurgische Verbindung zwischen Gußeisen und Stahl werden solche Spannungen gemäß der Erfindung ohne Verwendung eines Trennmaterial kompensiert* Die Festigkeit der beschriebenen Verbindung ist sehr gut. Die Empfindlichkeit gegenüber der Fortpflanzung von Mikrorissen als Folge von Vibrationen bei Be-

triebsbedxngungen ist außerdem wesentlich geringer als jene einer Schweißverbindung,

Gemäß der Erfindung bekommt man nunmehr einen zusammengesetzten Körper/ der aus Hartmetall, Gußlegierung und schweißfähigem Stahl besteht und Eigenschaften hat, die bisher nicht erreicht werden konnten. Die Kombination von ausgezeichneter Verschleißbeständigkeit und guter Schweißfähigkeit muß als vollständig einzigartig angesehen werden. Die Herstellung des Produktes aus zusammengesetztem Material erfordert jedoch sorgfältig eingestellte Verfahrensbedingungen bezüglich der Gießtemperätur, Verfestigungsgeschwindigkeit, Materialzuführung usw.

Als ein Beispiel werden Ergebnisse von praktischen Versuchen mit einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, Sinterbrecharmen, gegeben. Wegen der Größe der Konstruktion müssen die Sinterbrecharme mit einer Stahlwelle direkt am Arbeitsplatz verschweißt werden. Sinterbrecharme nach der Erfindung, die aus in graphitisches Gußeisen eingegossenen gebrochenen Stücken aus Hartmetall und einem in das gleiche Gußeisen eingegossenen schweißfähigen Stahlteil bestehen, wurden einerseits mit Armen aus Hartmetall und graphitischem Gußeisen, das unter Beachtung aller erforderlichen Wärmebehandlungen und unter Verwendung teurer Spezialelektroden bereits bei der Herstellung mit einem schweißfähigen Stahlteil verschweißt wurden, und mit Armen aus Hartmetall und graphitischem Gußeisen, die direkt am Arbeitsplatz verschweißt wurden, verglichen. Jene Arme,

die von vornherein mit einem schweißfähigen Stahlteil verschweißt worden waren, erreichten eine zufriedenstellende Festigkeit, und die Konstruktion hielt etwa drei bis vier Wochen. Jene Arme, die aus Hartmetall und graphitischem Gußeisen bestanden, welches direkt am Arbeitsplatz verschweißt worden war, trennten sich bereits nach etwa 19 Stunden Testdauer von der Stahlwelle trotz der Tatsache, daß für das Schweißen empfohlene Spezialelektroden verwendet worden waren. Nach der vorliegenden Erfindung hergestellte Sinterbrecharme wurden etwa 18 Wochen ohne Versagen getestet. So bestätigten die Vergleichsversuche die extrem überlegenen Festigkeits- und Verschleißbeständigkeitseigenschaften des zusammengesetzten Produktes aus gebrochenen Hartmetallteilen, graphitischem Gußeisen und einem in das Gußeisen eingegossenen Stahlteil.

Unter anderen Anwendungen, für welche die Kombination von sehr hoher Verschleißbeständigkeit und unbegrenzter Schweißbarkeit wesentlich ist, können die folgenden erwähnt werden:

Schlageinrichtungen in verschiedenen Typen von Mühlen, Baggerzähne, Flugschare, Antiverschleißelemente, die an Stellen anzuschweißen sind, die Verschleiß ausgesetzt sind, Zähne von Schwimmbaggern, Rahmenverstärkungsrxppen usw. Andere Ausfuhrungsformen der Erfindung können Verschleißteile sein, die aus in einer Gußlegierung eingegossenem Hartmetall bestehen und mit in die Gußlegierung eingegossenen Stahlteilen, wie Bolzen usw., versehen sind.

Claims (4)

Dr. Dieter Weber Klaus Seiffert DipJ.-Chem. Dr. Dieter Weber . Dipl.-Phys. Klaus Seiffert " Postfach 6145 . 6200 Wiesbaden Deutsches Patentamt Zweibrückenstr. 12 8000 München 2 EL-6242 Patentanwälte D-6200 Wiesbaden 1 Gustav-Freytagr-Straße 2B Telefon OÖ121/37272O Telegrammadresse: WlUpatenl Telex: 4-188247 Postscbeck ι Frankfurt/Main 6763-602 Bank I Dresdner Bank AG, Wiesbaden, Konto-Nr. 276607 (BLZ SlO 8OO 60) Datm» 15. Juni 1981 We/Wh Sandvik Aktiebolag, S-811 81 Sandviken Verschleißteil Priorität: Schwedische Patentanmeldung Nr. 8 004 608-9 vom 23. Juni 1980 Patentansprüch.e

1. Verschleißteil mit hoher Verschleißbeständigkeit und Ab- * riebbeständigkeit, verbunden mit unbegrenzter Schweißfä-

higkeit und guter mechanischer Festigkeit oder Zähigkeit, das teils aus einem zusammengesetzten Teil aus Gußlegierung und gesintertem Hartmetall und teils aus einem für eine Verbindung bestimmten Teil besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das letztgenannte Teil aus einem schweißfähigen Stahl besteht, der durch Eingießen mit dem erstgenannten Teil zu einer kombinierten mechanisch-metallurgischen Bindung verbunden ist.

2. Verschleißteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußlegierung in der Hauptsache graphitisches Gußeisen ist.

3. Verschleißteil nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schweifähige Stahl ein unlegierter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt gleich oder kleiner als 0,2 % C ist.

4. Verschleißteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des eingegossenen Stahl so eingestellt ist, daß

% C + % Mn . (% Cr + % Mo + % V) . (% Ni + % Cu) ^ _{n ΛΛ} 6 5 15 °'^4Ί

ist.