DD224791A1

DD224791A1 - Verfahren zum aufbringen duenner verschleissfester schichten

Info

Publication number: DD224791A1
Application number: DD26279384A
Authority: DD
Inventors: Hansjuergen Lehmann
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1984-05-08
Filing date: 1984-05-08
Publication date: 1985-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen duenner metallischer Schichten mit oder ohne Hartmetallcharakter zum vorbeugenden Verschleissschutz und fuer die Regenerierung bei Scheren, Messern, Beilen usw. sowie fuer Wellen und Rundteilsitze aller Art. Dabei ist es Ziel, fuer derartige Teile die Gebrauchseigenschaften zu erhoehen und die Neuherstellung und Regenerierung oekonomisch guenstiger zu gestalten. Nach der Aufgabe soll die Standzeit der Schneiden wesentlich erhoeht werden. Erfindungsgemaess wird vorgeschlagen, dass der zu beschichtende metallisch saubere Bereich mit organischem Binder, beispielsweise Terpentinoel bestrichen und mit NiCrBSi-Legierungen mit oder ohne Hartmetallpulver in einer 3-4fachen Ueberschussmenge bestreut wird. Anschliessend wird das Metallpulver mit einer Last ueber 330 kp/cm2 auf das Bauteil aufgepresst. Das Bauteil mit dem aufgepressten Metallpulver wird bis zum oberen Schmelzintervall der NiCrBSi-Legierung unter Schutzgas oder reduzierter Atmosphaere nachgewaermt. Fig. 1 und 2

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen dünner metallischer Schichten mit oder ohne Hartmetallcharakter zum vorbeugenden Verschlußschutz und für die Regenerierung verschlissener Teile, wie Messer in gerader langgestreckter Form mit oder ohne Konturen, in kreisförmiger Form für Erd-, Holz-, Plast- und Metallbearbeitungswerkzeuge, sowie für Rundteile und Wellensitze aller Art.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, auf Verschleißteile verschleißfeste Schichten durch die Elektrodenhandschweißung, durch Aufschweißen von Metallpulverschichten und Pasten mit dem Kohlelichtbogen, durch Autogenschweißen von Stäben und Drähten sowie durch Plasmaspritzen und Plasmaauftragsschweißen von Metallpulvern aufzubringen.

Diese Verfahren haben meist den Nachteil, daß die starke thermische Belastung zum Verzug der Bauteile führt, zum anderen die aufgebrachten Schichten dick, größer 1 mm sind und eine ungleichmäßige Schichtdicke längs der aufgeschweißten Schicht vorhanden ist. Bezüglich des Plasmaspritzens besteht der Nachteil darin, daß die aufgebrachten Schichten dünn, kleiner 0,5 mm sind, aber mit dem Grundwerkstoff nur verklammert sind. Die thermische Belastung für das Bauteil ist gering. Nach DD-PS 138410 ist weiterhin vorgeschlagen worden, durch Widerstandsrollnahtschweißen eine vorher auf die Messerklinge im Schneidenbereich aufgetragene Paste oder aufgeschüttetes Metallpulver zu verschweißen, wobei Metallpulver mit selbstfließendem Effekt unter Zumischung von Hartmetallen verwendet wird.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß eine industrielle Nutzung nur bedingt zu realisieren ist, zum anderen ist es mit der Methode nicht möglich, Schichten von 0,1-0,05 mm zu erzeugen, da die aufgebrachte Paste oder das aufgeschüttete Metallpulver eine Schichtdicke von 0,3 bis 0,5mm erzeugt, wobei diese Dicke von der inneren Reibung der Metallpulver und der Reibung zwischen Metallpulver und Werkstück abhängig ist und durch die Schweißparameter wie Schweißgeschwindigkeit, Stromstärke und Druck nur bedingt beeinflußt werden kann. Nachteilig ist weiterhin, daß mit steigendem Druck der Rolle auf das Bauteil bei geringen Abmessungen desselben das Gefüge stark verformt wird und Gefügetrennungen im Bauteil auftreten können. Nachteilig bei diesem Verfahren ist weiterhin, daß durch die Parameter nur eine Schicht bestimmter Breite, max. 10mm aufgeschweißt werden kann, was für breite Bauteile nachteilig ist, bei denen z. B. eine Schicht von 0,1 mm Dicke und 30 mm Breite aufgebracht werden muß. Nachteilig ist weiterhin, daß bei Bauteilen mit einer Krümmung die Rolle genau der vorhandenen Geometrie angepaßt werden muß, damit das Metallpulver an jeder Stelle verschweißt wird. Es hat sich gezeigt, daß gerade dieser Mangel des Rollnahtschweißens Ursache für die geringe Reproduzierbarkeit des Verfahrens bei der industriellen Nutzung ist.

In der DE-OS 2429814 wird eine sich selbst schärfende Schneide für Schneidwerkzeuge beschrieben, die einseitig mit einer dünnen, festhaftenden harten Schicht versehen wird

Wege zur Realisierung werden nicht genannt.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, womit ermöglicht wird, die Gebrauchseigenschaften für Scheren, Messer, Beile usw. sowie Wellen und Rundteilsitzen aller Art zu erhöhen und die Neuherstellung und Regenerierung ökonomisch günstiger zu gestalten.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen dünner verschleißfester Schichten zu entwickeln, das gewährleistet, die Standzeit von Schneiden an Scheren, Messern, Beilen sowie Erdbearbeitungsgeräten usw. wesentlich zu erhöhen und das bei der Neuhersteilung und Regenerierung angewendet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der zu beschichtende metallisch saubere und keine fettartigen Bestandteile aufweisende Bereich mit organischem Binder, beispielsweise Terpentinöl bestrichen und mit NiCrBSi-Legierungen mit oder ohne Zusätzen von Hartmetallpulver in einer 3-4fachen Überschußmenge bestreut wird. Anschließend wird das Metallpulver durch eine statische oder pulsierende oder durch eine rollende Last über 330kp/cm² auf das Bauteil aufgepreßt, wobei metallischer Kontakt zwischen Metallpulver und Bauteil vorhanden sein muß. Das durch den organischen Binder nicht gebundene Metallpulver wird entfernt. Das Bauteil mit dem aufgepreßten Metallpulver wird bis zum oberen Schmelzintervall der NiCrBSi-Legierung nachgewärmt, was in einem Schutzgasofen oder durch einen Schutzgasinduktor oder einer anderen Wärmequelle erfolgen kann.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren, mit welchem auf Bauteile aus beliebigem Stahl (gehärtet oder weichgeglüht) bei Raumtemperatur ein organischer, leicht verdampfender Binder im Bereich der aufzubringenden Schicht in einer Dicke von 0,5mm aufgebracht wird, der das nachfolgend aufgeschüttete Metallpulver mit 0-0,1 mm Korngröße benetzt und gegen Herabfallen sichert. Anschließend wird das lose aufgeschüttete Metallpulver durch eine statische Last oder durch eine rollende Last zwischen 330 bis 750kp/cm² zusammengepreßt, wobei guter metallischer Kontakt zwischen den Metallpulverteilchen untereinander und dem Metallpulver und dem Grundwerkstoff entsteht.

Die Last wird solange auf dem Metallpulver belassen, bis die vorgegebene Menge organischer Binder das Metallpulver gleichmäßig benetzt bzw. durchtränkt hat. Dieser Vorgang hat zur Folge, daß eine dünne Metallpulverschicht mit metallischem Kontakt aufgebracht ist, deren Dicke von der Dicke der Schicht des organischen Binders und von der Korngröße des Metallpulvers abhängig ist. Es ist dabei nicht erforderlich, daß die Oberfläche des Werkstückes, auf die das Metallpulver gepreßt wird, durch Strahlen aufgerauht bzw. vergrößert wird.

Das Aufpressen kann auch auf gehärtete Oberflächen erfolgen. Die Breite der aufzupressenden Schicht ist von der Breite der Rolle, mit der der Druck aufgeübt wird, abhängig. Die Rolle bzw. der Preßstempel kann aus Stahl, Kupfer oder Hartgummi gefertigt werden und paßt sich den geometrischen Verhältnissen des zu beschichtenden Bereiches genau an. Es hat sich gezeigt, daß mit steigendem Aufpreßdruck die Schichtdicke des Metallpulvers abnimmt, was allerdings auch eine Funktion der Korngröße des Metallpulvers ist, da eine minimale Schichtdicke nur dem Durchmesser der Metallpulverteilchen entsprechen kann. Nach dem Aufpressen der Metallpulverschicht muß eine Nachwärmung bis an die Obergrenze des Schmelzintervalls des Metallpulvers erfolgen. Das kann sowohl in Öfen mit reduzierender Atmosphäre als auch in Schutzgasöfen, die z. B. mit Wasserstoff betrieben werden, erfolgen. Dabei verdampft der Binder rückstandslos und die Metallpulverteilchen sintern erst, später verschmelzen sie zu einer Schicht mit homogener metallischer Verbindung zum Grundwerkstoff. Die Verweilzeit im Ofen muß so erfolgen, daß eine homogene Hartmetallschicht entsteht, aber keine starke Diffusion der Schicht mit dem Grundwerkstoff erfolgt.

Die gleichmäßigeErwärmung des ganzen Teiles bis zum Schmelzintervall der Hartstofflegierung und die nachfolgend gleichmäßige Abkühlung ist bei den Teilen nötig, wo nicht erwärmte Bereiche des Bauteils eine zusätzliche Spannung auf die Hartmetallschicht ausüben, was nachteilig sein kann und zu Rißbildung in der Schicht führen kann.

Deshalb kann eine örtliche Erwärmung bei elastischen Bauteilen erfolgen. Diese Erwärmung kann induktiv mit einem speziellen Schutzgasinduktor erfolgen, wobei das Schutzgas Formiergas, bestehend aus 80% N₂ + 20% H₂ oder reiner Wasserstoff sein kann. Dabei wird das Schmelzintervall des Metallpulvers nur örtlich erreicht, wobei der Wasserstoff etwaige oxidierte Metallpulverteilchen reduziert. Vorteil dieser Erwärmungstechnik ist die Kürze der Erwärmungszeit und die genaue Kontrolle des Einschmelzvorganges.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: den Schnitt durch ein Scheibenschar mit Stempel zum Aufpressen des Metallpulvers Fig.2: ein langgestrecktes Blech 2mm dick, im Kantenbereich von einer Induktionsschleife umgeben.

Es soll ein im Gebrauchswert höheres Scheibenschar 3 hergestellt werden, daß im Schneidenbereich 4 mit einer 0,15 mm dicken Hartmetallschicht 2 etwa 20 mm breit beschichtet wird.

Dies soll dadurch erreicht werden, daß der aufzutragende Schneidenbereich 4 aus dem Stahl X40 Cr15 metallisch sauber ist und keine fettartigen Bestandteile aufweist.

Danach wird der Bereich mit Terpentinöl 0,5mm dick bestrichen und mit einem Metallpulvergemisch 2 (Korngröße 0—0,1 mm), bestehend aus 70% einer selbstfließenden NiCrBSi-Legierung + 30% Hartmetall dick bestreut, so daß der gesamte organische Binder mit Metallpulver 2 benetzt wird und etwa das 3-4fache der benetzbaren Metallpulvermenge 2 aufgeschüttet bleibt.

Danach wird mit dem Druckstempel 1 das Metallpulver 2 auf das Scheibenschar 3 aufgepreßt, wobei der aufzupressende Bereich der Fläche des Preßstempels entspricht. Die aufzubringende Last lag bei ca. 500kp/cm². Der Druck wird etwa 15 Sekunden gehalten. Danach kann das Scheibenschar 3 vom überflüssigen Metallpulver 2 entfernt werden. Der Schneidenbereich 4 ist jetzt mit einer festhaftenden Metallpulverschicht 2 bedeckt, die guten metallischen Kontakt zum Schar besitzt. Dieses so behandelte Schar kommt nun in einen Glühofen, dereine Wasserstoffatmosphäre besitzt und wird 15 Minuten bei 1 25O⁰C geglüht. Das Erkalten sollte auch unter reduzierender Atmosphäre erfolgen. Der Scharbereich ist nach dem Erkalten mit einer dichten, porenfreien Hartmetallschicht von 0,15 mm Dicke bedeckt.

Figur 2 zeigt ein langgestrecktes Blech 7 von 2mm Dicke aus Stahl St42 und etwa 300mm Länge, das an einer Kante einer Hartmetallschicht von 0,15mm Dicke und 20mm Breite mit der bei dem Beispiel 1 verwendeten Legierung erhalten soll. Dies erfolgt in der Form, daß der fettfreie und metallisch saubere aufzutragende Bereich mit Terpentinöl bestrichen und mit dem unter Beispiel 1 genannten Metallplulvergemisch dick bestreut wird. Dieses Blech 7 wird nun durch 2 Walzen aus Stahl hindurchgeschoben, wobei die Walzen das Pulver mit ca. SOOkp/cm² auf das Blech 7 pressen. Danach wird das überschüssige Metallpulver abgeschüttet. Die aufgepreßte Metallpulverschicht hat eine Dicke von ca. 0,5mm. Danach wird der beschichtete Schneidenbereich 6 in eine Induktionsschleife 5 geschoben und durch einen hochfrequenten Strom mit etwa 4,4MHz beeinflußt.

Dabei wird das Schmelzintervall der Legierung erreicht, und es entsteht eine dünne ca. 0,15mm dicke Hartmetallschicht ohne Risse und Poren.

Claims

-2- 262 793

Erfindungsanspruch:

Verfahren zum Aufbringen dünner verschleißfester Schichten, gekennzeichnet dadurch, daß der zu beschichtende metallisch saubere und keine fettartigen Bestandteile aufweisende Bereich (4) mit organischem Binder, beispielsweise Terpentinöl bestrichen und mit NiCrBSi-Legierungen mit oder ohne Zusätze von Hartmetallpulver in einer 3- bis 4fachen Überschußmenge bestreut wird und anschließend das Metallpulver (2) durch eine statische oder pulsierende oder durch eine rollende Last über 330kp/cm²auf das Bauteil (3) aufgepreßt wird, wobei metallischer Kontakt zwischen Metallpulver (2) und Bauteil (3) vorhanden sein muß, das durch den organischen Binder nicht gebundene Metallpulver (2) entfernt wird, und das Bauteil (3) mit dem aufgepreßten Metallpulver (2) bis zum oberen Schmelzintervall der NiCrBSi-Legierung nachgewärmt wird, was in einem Schutzgasofen oder durch einen Schutzgasinduktor oder eine andere Wärmequelle erfolgen kann.

Hierzu 1 Seite Zeichnung