CH670103A5

CH670103A5 -

Info

Publication number: CH670103A5
Application number: CH425/86A
Authority: CH
Inventors: Hans-Theo Steine
Original assignee: Castolin Sa
Priority date: 1986-02-04
Filing date: 1986-02-04
Publication date: 1989-05-12
Also published as: EP0256049A1; WO1987004732A1; US4806394A; EP0256049B1; DE3774956D1

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer verschleissfesten Schicht gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 5.

Verschleissfeste Beschichtungen, die hohe Härte durch Einlagerung von Hartstoffen, wie Karbiden, Siliciden, Boriden usw., aufweisen oder aus Hartlegierungen bestehen, zeigen beim Aufspritzen ohne Einschmelzen eine starke Empfindlichkeit gegen Rissbildung infolge des Auftretens von inneren Spannungen in der Schicht. Es ist daher notwendig, in vielen Fällen die Schichtdicke stark zu beschränken, beispielsweise auf weniger als 1,5 mm.

Andererseits führt die Verwendung von selbstfliessenden Legierungen, die nach dem Einschmelzen eine hohe Härte erreichen, für viele Anwendungen zu übermässig hohen Temperaturen während des Einschmelzvorgangs, die sich auf das Grundmaterial im Hinblick auf einen Verzug, eine Versprödung und andere Beeinflussungen negativ auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von verschleissfesten Schichten mit hoher Härte zu schaffen, mit dem einerseits Schichten relativ hoher Dicke erzeugt werden können und das andererseits keine negative Beeinflussung des Grundmaterials durch eine hohe Temperaturbelastung mit sich bringt.

Dies wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 bzw. 5 angegebenen Verfahrensmerkmale erzielt. Die übrigen Ansprüche beschreiben besondere Ausfuhrungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass beim thermischen Spritzen, ohne nachträgliches Einschmelzen von Titankarbid in einer martensitischen Matrix, zunächst eine mechanisch gut bearbeitbare Schicht entsteht, die durch die anschliessende Wärmebehandlung bei relativ niedriger Temperatur eine Aushärtung erfährt, wobei im Endzustand eine Härte von 500 bis 700 Hv entsteht. Dies lässt sich dadurch erklären, dass während des Aufspritzvorganges eine Lösungsglühung erfolgt, durch welche anschliessend bei relativ niedriger Temperatur die Bildung von Martensit zustande kommt.

Die anschliessenden Beispiele veranschaulichen die Ergebnisse des erfindungsgemässen Verfahrens.

Beispiel 1

Eine Welle von 50 mm Durchmesser, die einer sehr starken Verschleissbeanspruchung standhalten soll, wurde zunächst in folgender Weise beschichtet.

Nach einer Vorbereitung durch Strahlen mit Korund wurde die Welle auf 150° C vorgewärmt und anschliessend eine Haftschicht von 0,1 mm Dicke aufgebracht. Dabei wurde ein Pulver der Zusammensetzung, in Gewichtsprozent, 95,0 Ni, 5,0 Al mit einem Flammspritzgerät in üblicher Weise aufgespritzt.

Auf die Haftschicht wurde sodann eine verschleissfeste Schicht von 1,8 mm Dicke ebenfalls durch Hammspritzen mit den üblichen Parametern, ohne nachträgliches Einschmelzen aufgebracht, wobei die Zusammensetzung des Spritzpulvers, in Gewichtsprozent, wie folgt war:

33,0 TiC mit einer Matrixlegierung von 0,9 C, 1,0 Cr, 0,3 Cu, 0,5 Mo, 1,9 Mn, 1,0 Si, 0,2 V, Rest Fe.

Die beschichtete Welle wurde spanabhebend bearbeitet und auf das Fertigmass gebracht.

Anschliessend wurde sie während fünf Stunden in einem Muffelofen auf 550°C gehalten. Die Härte der beschichteten Welle hatte nach der mechanischen Bearbeitung einen Wert von 420 Hv, nach der Wärmebehandlung wurde eine Härte von 640 Hv gemessen.

Beispiel 2

Die Gleitfläche von 100 x 100 mm einer Gleitplatte von 50 mm Dicke wurde in folgender Weise beschichtet.

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Nach einer Vorbereitung der Gleitfläche durch Strahlen mit Korund wurde die Platte auf 100 ° C vorgewärmt und anschliessend eine Haftschicht von 0,1 mm Dicke aufgebracht. Dabei wurde ein handelsübliches Haftschichtpulver (Castolin 51000) in üblicher Weise durch Flammspritzen aufgetragen.

Im Anschluss daran wurde eine verschleissfeste Schicht von 1,2 mm Dicke ebenfalls durch Flammspritzen ohne nachträgliches Einschmelzen aufgebracht, wobei die Zusammensetzung des Spritzpulvers in Gewichtsprozent die folgende war:

32% HC in einer Matrixlegierung von 0,2 C, 0,5 Cr, 0,5 Cu, 6,0 Mo, 15,0 Ni, 0,7 Al, 9,0 Co, 0,7 Ti, 0,1 Nb, Rest Fe.

Die beschichtete Oberfläche wurde spanabhebend bearbeitet. Danach wurde die Gleitplatte während vier Stunden in einem Schutzgasofen bei 450° C behandelt. Die Härte der Gleitfläche vor der thermischen Behandlung berug 450 Hv, die nach der Wärmebehandlung gemessene Härte bertug 650 Hv.

Beispiel 3

Eine Achse von 40,0 mm Durchmesser wurde zur Erzielung einer hohen Verschleissfestigkeit in folgender Weise behandelt.

Nach einer Vorbereitung der Oberfläche durch Strahlen mit Korund wurde die Achse mit einem Flammspritzbrenner unter den üblichen Arbeitsbedingungen mit einer verschleissfesten Schicht von 1,5 mm Dicke versehen, wobei die Zusammensetzung des Spritzwerkstoffes in Gewichtsprozent wie folgt gewählt wurde: 33,0 TIC in einer Matrixlegierung von 0,35 C, 2,0 Cr, 1,0 Cu, 2,0 Mo, Rest Fe.

Die Oberfläche wurde anschliessend spanabhebend bearbeitet und durch Schleifen auf das gewünschte Fertigmass gebracht, wobei die Oberflächenschicht eine Dicke von 1 mm behielt.

Nach der mechanischen Bearbeitung wurde das fertige Teil in einem Muffelofen während fünf Stunden auf 500 °C gehalten.

Die Härte der Schicht vor der Wärmebehandlung betrug 400 Hv, nach der Wärmebehandlung wurde eine Härte von s 680 Hv gemessen.

Beispiel 4

Eine Verschleissteil mit den Abmessungen 200 x 60 x 30 mm wurde auf einer der Flächen von 200 x 60 mm in folgender Weise io beschichtet.

Die zu beschichtende Fläche wurde durch Strahlen mit Korund vorbereitet. Auf diese Fläche wurde ein pulverformiger Spritzwerkstoff der folgenden Zusammensetzung, in Gewichtsprozent, 16,5 TiC mit einer Matrixlegierung von 0,5 C, 14,0 Cr, 15 0,5 Cu, 14,0 Mo, 3,5 W, Rest Ni durch thermisches Spritzen ohne nachträgliches Einschmelzen mit den üblichen Parametern aufgetragen. Die verschleissfeste Schicht hatte eine Dicke von 2,2 mm und wurde anschliessend mechanisch bearbeitet, wobei die Dicke der Schicht auf 2,0 mm gebracht wurde. Danach wurde das Ver-20 schleissteil in einem Muffelofen während fünf Stunden auf 450° C gehalten. Die Härte betrug vor der Wärmebehandlung 380 Hv und stieg nach der Wärmebehandlung auf 550 Hv.

Beispiel 5

25 Das Verfahren von Beispiel 4 wurde analog wiederholt mit einem Spritzwerkstoff der Zusammensetzung, in Gewichtsprozent, 20,0 HC in einer Matrixlegierung von 0,5 C, 14,0 Cr, 0,5 Cu, 14,0 Mo, 5,0 W, Rest Co. Die Härte des fertigbehandelten Teils erreichte den Wert von 530 Hv.

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung einer verschleissfesten Schicht auf einem metallischen Grundkörper, bei dem ein Werkstoff, der gesinterte, agglomerierte Partikel oder Legierungspartikel aus TiC und aus einer Fe- und/oder Ni-Legierung aufweist, thermisch aufgespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Partikel 10-50 Gewichtsprozent TIC enthalten und die Fe- und/ oder Ni-Legierung mindestens zwei Legierungszusätze aus den folgenden Elementen und in den angegebenen Gewichtsprozentbereichen enthält:

0-1 C, 0-25 Cr, 0-20 Mo, 0-15 Co, 0-2 Mn, 0-2 Cu, 0-2 Al, 0-1,5 Nb, 0-1 V, 0-2 Ti, 0-4 W, 0-2 Si und dass die aufgespritzte Schicht durch eine Wärmebehandlung im Temperaturbereich von 400 bis 650° C ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel 30-35 Gewichtsprozent 1ÎC enthalten und im übrigen aus einer Fe-Legierung bestehen, die Legierungszusätze aus den folgenden Elementen und in den angegebenen Gewichtsprozentbereichen enthält:

0,1-0,8 C, 2-22 Cr, 0,1-4 Mo, 0,5-2 Cu, 0-0,5 V, 0-1 Al, 0-1 Ni, 0-1 Ti, 0-2 Mn, 0-1,5 Si.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel 20-35 Gewichtsprozent HC enthalten und im übrigen aus einer Fe-Legierang bestehen, die Legierungszusätze aus den folgenden Elementen und in den angegebenen Gewichtsprozentbereichen enthält:

0-0,8 C, 0-20 Cr, 2-15 Mo, 0,5-1 Cu, 0-1,5 Al, 5-16 Ni, 0-15 Co, 0-1 Ti, 0-1 Nb.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel 15-33 Gewichtsprozent TiC enthalten und im übrigen aus einer Ni-Legierung bestehen, die Legierungszusätze aus den folgenden Elementen und in den angegebenen Gewichtsprozentbereichen enthält:

14-25 Cr, 2-16 Mo, 0-1 Cu, 0-1 Al, 0-2 Ti, 0-1 Nb, 0-0,5 C, 0-3,5 W.

5. Verfahren zur Herstellung einer verschleissfesten Schicht auf einem metallischen Grundkörper, bei dem ein Werkstoff, der gesinterte, agglomerierte Partikel oder Legierungspartikel aus HC und aus einer Co-Legierang aufweist, thermisch aufgespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Partikel 10-50 Gewichtsprozent TiC entalten und die Co-Legierung mindestens zwei Legierungszusätze aus den folgenden Elementen und in den angegebenen Gewichtsprozentbereichen enthält: 0-1 C, 0-25 Cr, 0-20 Mo, 0-2 Mn, 0-2 Cu, 0-2 Al, 0-1,5 Nb, 0-1 V, 0-2 Ti, 0-5 W, 0-2 Si und dass die aufgespritzte Schicht, durch eine Wärmebehandlung im Temperaturbereich von 400 bis 650 °C ausgehärtet wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel 15—33 Gewichtsprozent TiC enthalten und die Legierungszusätze aus den folgenden Elementen und in den angegebenen Gewichtsprozentbereichen gewählt sind:

14-25 Cr, 2-16 Mo, 0-1 Cu, 0-1 Al, 0-2 Ti, 0-1 Nb, 0-1 C, 0-5 W.

7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Zusatz von weniger als 3, vorzugsweise weniger als 1 Gewichtsprozent Zr02 enthält.

8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung zum Aushärten im Temperaturbereich von 400 bis 600° C während einer Behandlungsdauer von 1 bis 10 Stunden durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung zum Aushärten im Temperaturbereich von 450 bis 550° C während einer Behandlungsdauer von 1 bis 5 Stunden durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgespritzte Schicht vor der Wärmebehandlung mechanisch bearbeitet wird.