DD243176A3

DD243176A3 - METHOD FOR UP-APPLICATION WELDING OF MANHOLESCENT BREAKING TOOLS

Info

Publication number: DD243176A3
Application number: DD27577585A
Authority: DD
Inventors: Christian-Michael Koziolek; Rolf Mueller; Ruediger Ehrenberg; Hans-Juergen Abesser
Original assignee: Thale Eisen Huettenwerk
Priority date: 1985-04-30
Filing date: 1985-04-30
Publication date: 1987-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein UP-Auftragsschweissverfahren mit pulvermetallurgisch hergestellten bandfoermigen Schweisszusatzwerkstoffen zum Auftragsschweissen von Brechwerkzeugen aus Manganhartstahl. Ziel der Erfindung ist es, der Schweisstechnik ein UP-Auftragsschweissverfahren zur Verfuegung zu stellen, durch dessen Anwendung obengenannte Werkzeuge in einwandfreier Qualitaet und mit verbesserten Standzeiteigenschaften ohne zusaetzliche Massnahmen regeneriert und/oder gepanzert werden koennen. Diese Aufgabe wurde geloest durch eine entsprechende Auswahl der Einsatzkomponenten fuer die Pulvergemische, aus denen die Elektrodenbaender hergestellt werden, und durch eine Auswahl der Bandgeometrie und der Schweissparameter. Durch die Anwendung der Erfindung wird erreicht, dass die obersten verschleissbestaendigen Schweissgutschichten fest und zaeh mit dem Grundwerkstoff aus Manganhartstahl verbunden werden. Ein Standzeitvergleich zwischen regenerierten und/oder gepanzerten und neuen Brechwerkzeugen zeigte, dass die aufgeschweissten Objekte eine wesentlich hoehere Standzeit aufwiesen.The invention relates to an UP-surfacing method with powder metallurgically produced band-shaped welding consumables for build-up welding of crushing tools made of manganese steel. The aim of the invention is to provide the welding technology a UP-hardfacing method available, by the application of the above-mentioned tools in perfect quality and with improved service life can be regenerated without additional measures and / or armored. This task has been solved by a corresponding selection of the feed components for the powder mixtures from which the electrode ribbons are produced, and by a selection of the strip geometry and the welding parameters. Through the application of the invention it is achieved that the uppermost wear-resistant Schweißgutschichten be firmly and zaeh connected to the base material of manganese steel. A service life comparison between regenerated and / or armored and new crushing tools showed that the welded objects had a significantly higher durability.

Description

Application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Schweißtechnik und betrifft ein Verfahren zum UP-Auftragsschweißen von Brechwerkzeugen aus Manganhartstahl unter Verwendung von pulvermetallurgisch hergestellten Elektrodenbändern.The invention relates to the field of welding technology and relates to a method for the build-up welding of refracting tools made of manganese-hard steel using electrode tapes produced by powder metallurgy.

Characteristic of the known technical solutions

Brechwerk2euge, beispielsweise Kreiselbrechwerkzeuge, die aus einem Brechmantel und einem Brechkegel bestehen, sind einem Verschleiß durch Mineralien und Gesteinen ausgesetzt. Bei diesen Zwischenstoffen kann man den Verschleiß in einen Mahl- und Kerbverschleiß unterteilen. Der Mahlverschleiß wird dadurch gekennzeichnet, daß das sich zwischen oder an den arbeitenden Flächen bewegende körnige Mineral bzw. Gestein durch Reibung zerkleinert wird. Beim Kerbverschleiß schneidet das abrasive Gut mit Druck in die Arbeitsflächen der Brechwerkzeuge, so daß dabei größere Teile aus der Oberfläche herausgerissen werden, wobei die dabei übertragene hohe Energie zu einer hohen Biegebeanspruchung und Kaltverfestigung der Brechwerkzeuge führt. Es ist bekannt, daß austenitische Mangan-Gußwerkstoffe (Manganhartstahl) für Mahlverschleiß nicht geeignet sind, da sie durch die schmirgelnde Reibung einem zu hohen Verschleiß unterliegen. Aber aufgrund des großen plastischen Formänderungsvermögens und des Vorteils, daß sie sich bei mechanischer, vor allem schlagender Beanspruchung verfestigen, werden sie für Brechwerkzeuge eingesetzt. Es ist auch bekannt, daß durch Zusatz von Chrom zum Manganhartstahl-Guß die Härte und die Verschleißbeständigkeit gegen Mahlverschleiß verbessert werden kann, wobei jedoch die Schlagzähigkeit herabgesetzt wird. Daraus ergibt sich, daß es nicht möglich ist, bei Brechwerkzeugen wegen der schlagenden Beanspruchung einen Werkstoff einzusetzen, der eine höhere Beständigkeit gegenüber dem Mahlverschleiß aufweist, obwohl dieser einen hohen Anteil am Gesamtverschleiß hat. Die Möglichkeit, ein Verbundgußstück, bestehend aus einem zähen Stützkörper, beispielsweise aus Manganhartstahl, und eine gegen Mahlverschleiß beständige Oberflächenschicht herzustellen, ist gießereitechnologisch mit einem hohen Aufwand verbunden und bei Brechwerkzeugen nicht bekannt. Aufgrund der geringen Verschleißbeständigkeit der arbeitenden Flächen wird relativ schnell von diesen ein bestimmtes Volumen abgetragen, was zur Folge hat, daß sich die technologisch bedingt günstigste Geometrie verändert und dadurch die Brech- bzw. Mahlleistung sinkt. Nach einer bestimmten Standzeit, die vom Zwischenstoff abhängt, müssen die Brechwerkzeuge ausgebaut werden, da infolge des abgetragenen Volumes eine solche Formänderung an den arbeitenden Flächen hervorgerufen wurde, daß z.B. bei Kreiselbrechwerkzeugen kein geeigneter Brechspalt eingestellt werden kann. Danach müssen die Brechwerkzeuge verworfen oder das abgetragene Volumen muß wieder aufgebracht werden. In den technischwissenschaftlichen Abhandlungen des Zentralinstitutes für Schweißtechnik der DDR Nr. 119 wird zum Auftragsschweißen von Manganhartstahl (Legierungsgruppe 7 nach TGL 15793/05) als einzige Lösung die Verwendung der Handelektrode EB 7/200к mit folgender chemischer Zusammensetzung angegeben: 0,8% C; 0,3% Si; 12% Mn; 2,5% Ni.Crushers, such as gyratory crushers consisting of a crushing shell and crushing cone, are subject to wear from minerals and rocks. With these intermediate materials one can subdivide the wear into a grinding and a notch wear. The grinding wear is characterized in that the moving between or on the working surfaces granular mineral or rock is crushed by friction. When notch wear, the abrasive material cuts with pressure in the working surfaces of the crushing tools, so that thereby larger parts are torn out of the surface, the high energy thereby transferred leads to a high bending stress and strain hardening of the crushing tools. It is known that austenitic manganese cast materials (manganese hard steel) are not suitable for grinding wear, since they are subject to excessive wear due to the abrasive friction. But due to the large plastic deformation capacity and the advantage that they solidify under mechanical, especially beating stress, they are used for crushing tools. It is also known that by adding chromium to manganese steel casting, the hardness and wear resistance against grinding wear can be improved, but the impact resistance is lowered. As a result, it is not possible to use a material for crushing tools because of the impact stress, which has a higher resistance to grinding wear, although this has a high proportion of the total wear. The ability to produce a Verbundgußstück consisting of a tough support body, for example made of manganese steel, and a resistant to grinding wear surface layer is associated with high-tech foundry technology and not known in crushing tools. Due to the low wear resistance of the working surfaces of these a certain volume is removed relatively quickly, which has the consequence that the technologically most favorable geometry changed and thereby the crushing or grinding performance decreases. After a certain lifetime, which depends on the precursor, the crushing tools must be removed, as a result of the ablated volume such a change in shape was caused on the working surfaces that e.g. in gyration tools no suitable crushing gap can be set. Thereafter, the crushing tools must be discarded or the removed volume must be reapplied. In the technical-scientific papers of the Central Institute for Welding Technology of the GDR No. 119, the only solution for the hardfacing of manganese steel (alloy group 7 according to TGL 15793/05) is the use of the hand electrode EB 7/200 k with the following chemical composition: 0.8% C; 0.3% Si; 12% Mn; 2.5% Ni.

In Nr. 131 /1-4 des genannten Herausgebers, aber auch in der Patentliteratur werden ähnliche Legierungssysteme in Form von massiven Drähten und in Form von Pulverdrähten vorgeschlagen. Als Beispiel soll der Pulverdraht PP-AN 105 mit folgender chemischer Zusammensetzung dienen: 0,9% C; 13% Mn; 4% Ni.Nos. 131 / 1-4 of the abovementioned publisher, but also in the patent literature, propose similar alloy systems in the form of solid wires and in the form of powdered wires. As an example, the powder wire PP-AN 105 should have the following chemical composition: 0.9% C; 13% Mn; 4% Ni.

Diese oder ähnlich» Legierungen haben nach dem Auftragen eine Schweißguthärte von etwa 20 HRC und nach der Kaltverfestigung von 40-45 HRC und sind aufgrund der geringen Verschleißbeständigkeit gegenüber Mahlverschleiß nicht zum Regenerieren und/oder Panzern von Brechwerkzeugen geeignet. Weitere Nachte ile bei der Anwendung der vorgestellten Schweißzusatzwerkstoffe sind in den bekannten Schwierigkeiten beim Auftragsschweißen zu suchen. Es ist bekannt, daß das UP-Auftragsschweißen mit pulvermetallurgischen Elektrodenbändern eines der wirtschaftlichsten Verfahren zum Auftragsschweißen von Verschleißteilen ist. Ein Mangel der derzeitig bekannten UP-Auftragsschweißverfahren mit pulvermetallurgisch hergestellten Elektrodenbändern besteht darin, daß die bisher hergestellten pulvermetallurgischen Legierungen in Bandformsich ungenügend mit dem Grundwerkstoff Manganhartstahl verbinden und deshalb nicht für das Auftragsschweißen von Kreiselbrechwerkzeugen vorgeschlagen werden können.These or similar alloys have a weld hardness of about 20 HRC and cold work hardening of 40-45 HRC after application and are not suitable for regeneration and / or crushing of crushing tools due to their low wear resistance to grinding wear. More Nachte ile in the application of the proposed welding consumables are to be found in the known difficulties in build-up welding. It is known that UP-surfacing with powder-metallurgical electrode tapes is one of the most economical methods of build-up welding consumables. A shortcoming of the currently known UP-surfacing method with electrode tapes produced by powder metallurgy is that the previously produced powder metallurgy alloys in Bandformsich insufficiently connect with the base material manganese steel and therefore can not be proposed for the build-up welding of centrifugal tools.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, das UP-Auftragsschweißen mit pulvermetallurgisch hergestellten bandförmigen Schweißzusatzwerkstoffen für die Regenerierung und/oder Panzerung und auch für die Neuanfertigung von Brechwerkzeugen aus Manganhartstahl zu nutzen, die bekannten Nachteile zu vermeiden und eine hohe Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung der Schweißzusatzwerkstoffe, beim Auftragsschweißen und bei der Anwendung infolge von Standzeiterhöhungen zu erreichen.The aim of the invention is to use the UP-surfacing with powder metallurgy produced strip-shaped welding consumables for regeneration and / or armor and also for the new production of crushing tools made of manganese steel, to avoid the known disadvantages and high efficiency in the production of welding consumables, the Contract welding and in the application as a result of lifetime increases to achieve.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, pulvermetallurgisch hergestellte bandförmige Schweißzusatzwerkstoffe zu finden, mit denen es möglich ist, Brechwerkzeuge aus Manganhartstahl zu regenerieren und/oder zu panzern, daß einerseits eine feste und zähe Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff aus Manganhartstahl und dem Aufschweißgut vorliegt und andererseits eine Standzeiterhöhung der aufgeschweißten Brechwerkzeuge infolge der verbesserten Verschleißbeständigkeit der aufgetragenen Schichten eintritt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verfahren zum UP-Auftragsschweißen von Brechwerkzeugen aus Manganhartstahl so zu gestalten, daß keine zusätzlichen Maßnahmen, beispielsweise ein besonderes Wärmeregime beim Aufschweißen oder ein Aushämmern jeder geschweißten Lage zur Herstellung eines Brech werkzeuges mit verbesserten Eigenschaften notwendig sind. Diese Aufgabe wird gelöst mit Hilfe eines pulvermetallurgisch hergestellten bandförmigen Schweißzusatzwerkstoffes, der aus einer Mischung durch Walzen und Sintern hergestellt wird, die aus einem wasserverdüsten Chromstahlpulver und aus einer wasserverdüsten Mehrstofflegierung MnNiFe besteht und die genannten Komponenten in folgender Menge in Gew.-% enthält:The invention has for its object to find powder metallurgically produced strip-shaped welding consumables, with which it is possible to regenerate crushing tools made of manganese steel and / or to armor that on the one hand a solid and tough connection between the base material of manganese steel and the material to be welded is present and on the other hand Increasing the service life of the welded crushing tools due to the improved wear resistance of the applied layers occurs. Another object of the invention is to make the method for the build-up welding of refractive tools made of manganese steel so that no additional measures, such as a special heat regime when welding or hammering each welded layer to produce a crushing tool with improved properties are necessary. This object is achieved by means of a powder-metallurgically produced strip-shaped filler metal, which is produced from a mixture by rolling and sintering, which consists of a water-atomized chromium steel powder and a water-atomized multicomponent alloy MnNiFe and contains the following components in the following amount in% by weight:

88-90 Cr-Stahlpulver mit einem Gewichtsanteil in % von 13-15 Cr; 10-12MnNiFe-Pulvermitden Gewichtsanteilen in % von 60-70Mn; 30-40Ni und 2-4Fe.88-90 Cr steel powder with a weight percentage in% of 13-15 Cr; 10-12MnNiFe powder in% by weight of 60-70Mn; 30-40Ni and 2-4Fe.

Durch die Aufteilung der notwendigen Legierungsbestandteile für die Mischung in die zwei vorgeschlagenen Komponenten wird gewährleistet, daß ein besonders günstiges Sinterregime durch das Auftreten einer flüssigen Phase angewendet werden kann.By dividing the necessary alloy components for the mixture in the two proposed components ensures that a particularly favorable sintering regime can be applied by the occurrence of a liquid phase.

Andererseits wurde bei der Erarbeitung der Lösung gefunden, daß statt des Cr-Stahlpulvers auch ein CrNi-Stahlpulver mit den Gewichtsanteilen in % von 18 Cr und 8 Ni verwendet werden kann, die MnNiFe-Phase aber nicht wegen des notwendigen Sintereffektes und zur Erreichung der gewünschten Eigenschaften verändert werden darf. Das so hergestellte Elektrodenband muß in seiner Geometrie begrenzt werden und darf eine maximale Breite von 25 mm und eine maximale Dicke von 1 mm aufweisen, weil bei Überschreitung der gefundenen Maximalwerte die zum Aufschweißen notwendige Stromstärke eine übermäßige Erhitzung der Brechwerkzeuge verursachen würde.On the other hand, it was found in the development of the solution that instead of the Cr steel powder and a CrNi steel powder can be used with the weight percentages of 18 Cr and 8 Ni, the MnNiFe phase but not because of the necessary sintering effect and to achieve the desired Properties may be changed. The electrode band thus produced must be limited in its geometry and may have a maximum width of 25 mm and a maximum thickness of 1 mm, because if the maximum values found were exceeded, the current required for welding would cause excessive heating of the crushing tools.

Weiterhin wurde gefunden, daß das Schweißgut des oben beschriebenen Elektrodenbandes eine feste und zähe Verbindung beim Auftragsschweißen mit dem Grundwerkstoff Manganhartstahl eingeht und beim Einhalten folgender Schweißparameter keine Gefügeveränderung infolge Mischkristallbildung an den Korngrenzen des Grundwerkstoffes auftreten:Furthermore, it was found that the weld metal of the above-described electrode tape enters into a firm and tough connection during buildup welding with the base material manganese steel and no structural change due to solid solution formation at the grain boundaries of the base material when following welding parameters:

Schweißstromstärke I₅-400AWelding current I ₅ -400A

Schweißgeschwindigkeit v_s—0,36m/minWelding speed v _s -0.36m / min

Auf das mit dem erfindungsgemäßen Elektrodenband erzeugte Schweißgut kann nun eine pulvermetallurgisch hergestellte Legierung in Bandform aufgeschweißt werden, die gegenüber Mahlverschleiß beständig ist, aber noch genügend zäh, um die schlagende Beanspruchung zu ertragen. Diese Legierung, die aus einem wasser- oder auch druckverdüstem Eisenpulver, einem FeCr-Pulver, einer wasserverdüsten Mehrstoff legierung FeMoNiMn und CrB-Pulver besteht und die genannten Komponenten in folgender Menge in Gew.-% enthält:On the weld metal produced with the electrode strip according to the invention, a powder metallurgically produced alloy can now be welded in strip form, which is resistant to grinding wear, but still tough enough to endure the beating stress. This alloy, which consists of a water- or also pressure-atomized iron powder, a FeCr powder, a water-atomized multi-substance alloy FeMoNiMn and CrB powder and contains the stated components in the following amount in% by weight:

83-87,5 Fe-Pulver;83-87.5 Fe powder;

8-10 FeCr-Pu I ver;8-10 FeCr-Pu I ver;

4-6 FeMoNiMn-Pulver mit den Gewichtsanteilen in % von 30-33 Mo; 30-33 Ni; 18-20 Mn; Rest Fe; 0,5-1 CrB-Pulver4-6 FeMoNiMn powders with% by weight of 30-33 Mo; 30-33 Ni; 18-20 mn; Remainder Fe; 0.5-1 CrB powder

muß ebenfalls in Form eines pulvermetallurgischen Elektrodenbandes mit den maximalen Abmessungen von 25 mm Breite und 1 mm Dicke hergestellt werden. Es wurde festgestellt, daß diese vorgeschlagene Legierung sich ebenfalls sehr gut mit dem Schweißgut der erfindungsgemäßen Legierung verbindet, wobei zur Vermeidung von übermäßiger Erwärmung die Werte für die Schweißstromstärke auf l$ ^ 400A und die Schweißgeschwindigkeit auf v$ ^ 0,36 m/min eingestellt werden müssen. Es ist offensichtlich, daß die pulvermetallurgische Herstellung der vorgeschlagenen bandförmigen Schweißzusatzwerkstoffe für die Regenerierung und/oder Panzerung die einzige technisch und ökonomisch machbare Lösung darstellt, da auf schmelzmetallurgischem Wege sich die Herstellung der benötigten Bandmengen nicht lohnt und andererseits die Herstellung verschleißbeständiger Legierungen umformtechnische Probleme mit sich bringt. Bei der pulvermetallurgischen Herstellung sind jedoch aufgrund des kurzen technologischen Zyklus Lose schon ab einem Gewicht von 50-100 kg ökonomisch und technisch realisierbar.must also be made in the form of a powder metallurgy electrode tape with the maximum dimensions of 25 mm wide and 1 mm thick. It has been found that this proposed alloy also combines very well with the weld metal of the alloy of the present invention, and to avoid excessive heating, set the values for the welding current to l $ ^ 400A and the welding speed to v $ ^ 0.36 m / min Need to become. It is obvious that the powder metallurgy production of the proposed band-shaped welding consumables for regeneration and / or armor is the only technically and economically feasible solution, since the production of the required amounts of tape is not worthwhile on metallurgical fusion and on the other hand the production of wear-resistant alloys deformation problems brings. In powder metallurgy production, however, loosely from a weight of 50-100 kg are economically and technically feasible due to the short technological cycle.

Ausführungsbeispielembodiment

Es wurde ein pulvermetallurgisches Elektrodenband mit einer Breite von 20 mm und einer Dicke von 0,85 mm aus einer Mischung hergestellt, die folgende Komponenten in Gew.-% enthält:A powder metallurgy electrode tape having a width of 20 mm and a thickness of 0.85 mm was prepared from a mixture containing the following components in% by weight:

89 Cr-Stahlpulver mit einem 3ewichtsaiteilin%von 15Cr und 11 MnNiFe-Pulver mit den Gewichtsanteilen in % von 58 Mn; 40 Ni und 2Fe.89 Cr steel powder with a 3 weight percentile of 15Cr and 11 MnNiFe powder with weight percentages of 58 Mn; 40 Ni and 2 Fe.

Nachfolgend wurde dieses Band auf die Arbeitsflächen der Kreiselbrechwerkzeuge mit einer Stromstärke Is = 390 A und einer Schweißgeschwindigkeit v_s = 0,4 m/min unter Pulver abgeschmolzen. Die dabei erzielte Schichtdicke betrug 2,5-3 mm. Auf die so hergestellte Schicht wurde ein pulvermetallurgisch hergestelltes Elektrodenband mittels UP-Auftragsschweißung aufgebracht, welches aus einer Pulvermischung hergestellt wurde, die folgende Komponenten in Gew.-% enthält: 84,5 Eisenpulver; lOFeCr-Pulver;Subsequently, this tape was melted on the working surfaces of the centrifugal crusher tools with a current strength Is = 390 A and a welding speed v _s = 0.4 m / min under powder. The layer thickness achieved was 2.5-3 mm. On the layer thus produced, a powder metallurgically produced electrode tape was applied by means of UP-deposit welding, which was produced from a powder mixture containing the following components in% by weight: 84.5% iron powder; lOFeCr powder;

5 FeMoNiMn-Pulver mit den Gewichtsanteilen in % von 30Mo; 30Ni; 20Mn; 20Fe; 0,5 CrB-Pulver5 FeMoNiMn powders with% by weight of 30Mo; 30Ni; 20mn; 20Fe; 0.5 CrB powder

Das Elektrodenband hatte eine Dicke von 0,9mm und eine Breite von 20 mmThe electrode tape had a thickness of 0.9 mm and a width of 20 mm

Ein Standzeitvergleich ergab: A lifetime comparison showed:

Laufzeit der Originalbrechwerkzeuge 960 hRunning time of the original crushing tools 960 h

regenerierte und gepanzerte Kreiselbrechwerkzeuge 1450hRegenerated and armored rotary crusher tools 1450h

Als Zwischenstoff wurde Sintermagnesit verwendet.Sintered magnesite was used as precursor.

Claims

1. A method for the build-up welding of refractive tools made of manganese steel, wherein the surfacing is performed by means of powder metallurgy produced sweat band two layers, characterized in that first a filler metal is welded, consisting of 88-90% water-atomized Cr steel powder with 13-15% Cr and 10-12% of water-diluted MnNiFe powder with 60-70% Mn 30-40% Ni and 2-4% Fe and that then a welding filler is welded, consisting of 83-87% water or pressure-atomized Fe powder

8-10% FeCr powder

4-6% water-atomized FeMoNiMn powder with 30-33% Mo, 30-33% Ni, 18-20% Mn and 0.5-1% CrB-Pu Iver
consists.

2. The method according to claim 1, characterized in that instead of Cr-steel powder, a water-dilute Cr-Ni steel powder with 18% Cr and 8% Ni is used.