DE3613389A1

DE3613389A1 - Verfahren zur herstellung einer hartauftragsschweissungs-legierungszusammensetzung

Info

Publication number: DE3613389A1
Application number: DE19863613389
Authority: DE
Inventors: Roman Francis Houston Tex. Arnoldy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-17
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1986-11-20
Also published as: ZA862978B; AU5656886A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung des
Massenschweißverfahrens zur Herstellung gewünschter Hartauftragsschweißungs-Auftragslegierungen und insbesondere auf die Verwendung des Massenschweißens, um ein Hartauftragsschweißungsmaterial herzustellen, das einen hohen Gehalt an primären Eisen-Chrom-Carbiden ((Cr-Fe)7 C3) hat, hier weiter als M7C3 bezeichnet.
K Die Verwendung von Eisen-Chrom-Kohlenstoff-Hartauftragsschweißungen, so, wie sie durch Schmelzschweißverfahren aufgetragen werden, ist alt und in der Technik allgemein bekannt. Diese Hartauftragsschweißungen schaffen wegen der Mikrostruktur, die eine oder mehrere Kombinationen von Chrom- und Eisencarbiden enthält, eine billige, wirksame Festigkeit gegenüber Abrieb. Es gibt eine Vielzahl von diesen Carbiden, aber diejenigen mit der besten Abriebfestigkeit sind die vom Typ M7C3, primäre Carbide" genannt. Das ~M" stellt eine Mischung von Eisen und Chrom dar, die variieren kann, aber die im allgemeinen als etwa zwei Teile Chrom zu ein Teil Eisen, bezogen auf das Gewicht, vorhanden ist. Die primären Carbide sind in einer Netzform in einer Matrix von anderen Carbiden und Füllmetallen dispergiert. Je mehr primäre Carbide in der resultierenden Mikrostruktur vorhanden sind, je mehr Abriebfestigkeit weist der Uberzug auf.
Eine typische 3,2 mm (1/8 inch) Hartauftragsschweißungsschicht, hergestellt durch bekannte Massenschweißverfah ren, enthält mindestens etwa 30 Gew.-% Chrom, etwa 62 % Eisen, etwa 4 1/4 % Kohlenstoff und hat etwa 35 % primäre Carbide, bezogen auf das Volumen.
Das Massenschweißen ist ein Verfahren, das die geregelte Zugabe von pulverförmigen Metallfüllmaterialien zu dem automatischen Lichtbogenschweißen anwendet. In diesem Verfahren wird granuliertes Legierungsmetallpulver zu dem Werkstück gerade an der Spitze einer Eisen- oder Stahlelektrode zugeführt, die für die Herstellung von Hartauftragsschweißungen oszilliert wird. Die Elektrode ist üblicherweise in einem 38 mm (1 1/2 inch) Lichtbogen oszilliert, diagonal zur Richtung der Wulst (bead), die bei der Herstellung von Auftragungen und Hartauftragsschweißungen gebildet wird. Die Menge des granularen Pulvers, die dem Werkstück zugeführt wird, wird durch ein geregeltes elektronisches Abmeßsystem exakt zugeteilt, in einem exakten Verhältnis zu der Menge der Elektrode, die zugeführt wird. Die Chemie der Schweißauftragung ist abhängig von den granularen Metallfüllmaterialien, der Abbrand-Drahtelektrode, der Verdünnung von dem Grundmaterial des Werkstückes. Um die oben beschriebene typische Legierung herzustellen, beträgt das Schweißverhältnis (das Gewichtsverhältnis des granularen Pulvers zum Gewicht der Elektrode) etwa 1,5 Teile Pulver zu etwa 1 Teil des Eisen- oder Stahlelektrodendrahtes.
Typische Substrate, auf die das Hartauftragsschweißungs-Auftragen angewendet wird, sind Stahlwerkstücke zur Verwendung in Umgebungen mit hoher Abnutzung, häufig in Form von Stahlgrobblech als industrielle Bestandteile, wie Arbeitswalzen, Schnittwerkzeuge und Stempel.
Massenschweißverfahren sind in den früheren Patenten der Anmelderin US-A-3 076 888, 3 172 991, 3 260 834, 3 264 445, 3 296 408, 4 237 362 und 4 493 963 beschrieben.
Die Erhöhung des Verhältnisses des granularen Metallfüllmaterials zum verbrauchten Elektrodendraht, um den Gehalt der mehr abriebfesten Carbide in der Hartauftragsschweißungs-Auftragung zu erhöhen, hat den Nachteil, daß es schwieriger wird, das Verfahren zu verwenden, und es häufig Defekte in der Schweißauftragung gibt.
Es wurde nun gefunden, daß bestimmte Eisen-Chrom-Kohlenstoff-Legierungen von geregelter Chemie mit Massenschweißen hergestellt werden können, die erhöhte Mengen von primären Carbiden und verringerte Mengen der weniger abriebbeständigen Carbide und anderer Legierungsmaterialien haben, ohne das Schweißverhältnis zu erhöhen. Durch Auswahl eines geeigneten Analysebereiches haben die eingegebenen Materialien ausreichend Chrom und Kohlenstoff, um die gewünschten primären Carbide zu bilden, während sie ein Minimum an anderem Material enthalten. Die hergestellte Legierung ist ein hervorragendes Hartauftragsschweißungsmaterial und kann in Umgebungen von hohem Abrieb und von Umgebungstemperatur bis hohe Temperaturen z. B. 650 0C (1200 OF) verwendet werden.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verwendung beim Massenschweißen zu schaffen, um eine L#egierung mit hervorragenden Abriebfestigkeitseigenschaften zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Solchen Verfahrens, um eine Legierung mit weniger Chrom, mehr Kohlenstoff und noch bemerkenswert mehr primären Carbiden herzustellen.
Eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Legierungen mit hohem Gehalt an primären Carbiden durch Massenschweißen, ohne das Verhältnis des granularen Schweißmaterials zur Drahtelektrode zu erhöhen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Massenschweißverfahren zur Herstellung einer auf Eisen basierenden Legierung mit hoher Abriebbeständigkeit geschaffen, das zur Verwendung als Hartauftragsschweißungsmaterial geeignet ist, welches das Bilden der Legierung auf einem Werkstück durch Lichtbogenschweißen mit einer Eisen- oder Stahlabbrandelektrode in Gegenwart von granularem Metallfüllmaterial und das Zuführen des granularen Metallfüllmaterials zu dem Werkstück in einem geregelten Verhältnis zur Zufuhrgeschwindigkeit der Elektrode umfaßt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zusammensetzung des granularen Metallfüllmaterials so ausgewählt ist, um in der so gebildeten, auf Eisen basierenden Legierung einen Chromgehalt von 12 bis 25 Gew.-%, einen Kohlenstoffgehalt von 4 bis 4,9 Gew.-% und mindestens 38 Vol.-% primärer Carbide von Eisen und Chrom zu schaffen, während das Zufuhrverhältnis des granularen Metallfüllmaterials zur Elektrode bei nicht mehr als 1,6 : 1 gehalten wird.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegendne Erfindung kann die Füllpulvercharge für das Massenschweißver fahren folgendes, bezogen auf das Gewicht, enthalten: Chrom etwa 46 bis etwa 50 % gebundener Kohlenstoff etwa 8 bis etwa 8,50 % Mangan etwa 5 bis etwa 5,50 % Silicium weniger als 1,00 % Molybdän wahlweise, vorzugsweise etwa 0,5 bis etwa 1,00 % Eisen und unwesentliche Verunreinigungen Rest Andere Elemente, die in dem Füllpulver vorhanden sein können, umfassen Niob, Titan, Wolfram, Vanadium und Bor.
Chrom wird normalerweise in Form von Ferrochrom von einer Analyse zugeführt, die geeignet ist, um den obengenannten Prozentsatz zu ergeben. Kohlenstoff wird geeigneterweise als ein Teil des Ferrochroms durch Auswahl eines Ferrochroms von geeignetem Kohlenstoffgehalt zugeführt. Mangan wird typischerweise als Standard-Ferromangan zugegeben. Silicium ist autochthon zu Ferrochrom, und sein Prozentgehalt sollte minimiert sein. Molybdän ist nicht erforderlich, um die gewünschte Grundlegierung zu erzeugen, wird aber in den gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen verwendet, um die verbesserte Carbidleistung zu ergeben.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung weiterhin, wobei ein granulares Metallfüllmaterial der bevorzugten obengenannten Zusammensetzung verwendet wird.
Die Massenschweißausstattung ist so festgesetzt, daß etwa 1,5 Gew.-Teile des Pulvers für jedes Gew.-Teil der Elektrode zugeführt werden. Die Oszillation der Elektrode ist vorzugsweise bei 35 mm (1 3/8 inch) festgesetzt, um eine 38 mm (1 1/2 inch) breite Wulst und Legierung unter Verbrauch des verwendeten Pulvers zu ergeben. Wenn das Verhältnis pulver/Elektrode etwa 1,6 zu 1 übersteigt, würde die größere Pulvermenge eine größere Oszillationsbreite erfordern, um das Pulver zu verbrauchen. Eine höhere Pulvermenge würde auch eine unregelmäßige Schweißwirkung bewirken und die Neigung des Auftretens von Defekten in der Schweißauftragung erhöhen.
In dem Sub-Lichtbogenverfahren würde die vergrößerte Wulstbreite unerwünscht sein, da sie bewirkt, daß Risse, die beim Kühlen gebildet werden, zu groß für die Hauptauftragsschweißungsqualität werden. Folglich ist das Beibehalten des Schweißverhältnisses 1,5/1 bevorzugt.
Bei der Komplettierung der Auftragung zeigte die Prüfung der Schweißauftragung, daß die Auftragung ungefähr 45 % primäre M7C3-Carbide hatte, verglichen mit 33 bis 37 % in den Legierungen, die früher durch Massenschweißen hergestellt wurden.
Die chemische Analyse einer typischen Auftragung entsprechend der Erfindung war die folgende: Chrom etwa 12 bis etwa 25 % (etwa 23 % bevorzugt) Kohlenstoff etwa 4 bis etwa 4,9 % (etwa 4,7 % bevorzugt) Mangan etwa 0,5 bis etwa 8 % (etwa 3 % bevorzugt) Silicium weniger als etwa 1 Gew.-% Eisen Rest Die typische Legierung hat einen Gehalt an primärem Carbid von etwa 38 bis etwa 45 Vol.-%, eine Erhöhung von 28 % gegenüber Legierungen, die durch Massenschweißverfahren nach dem Stand der Technik hergestellt wurden, wie es oben beschrieben ist. Für alle bevorzugten Ausführungsformen kann das Verhältnis Pulver/Draht bei etwa 1 1/2 zu 1 beibehalten werden. Wenn es gewünscht ist, können Mengen von verschiedenen anderen Elementen zu dem Schweißmaterial zugegeben werden, um spezifische Ergebnisse zu erzielen. Elemente wie Niob, Molybdän, Titan, Wolfram, Vanadium oder Bor sind Beispiele dafür. Es ist bevorzugt, daß diese Elemente insgesamt als nicht mehr als etwa 3 Gew.-% vorhanden sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Hartauftragsschweißungs-Legierungszusammensetzung Patentansprüche 1. Massenschweißverfahren zur Herstellung einer auf Eisen basierenden Legierung mit hoher Abriebfestigkeit, geeignet zur Verwendung als Hartauftragsschweißungsmaterial, welches das Bilden der Legierung auf einem Werkstück durch Lichtbogenschweißen mit einer Eisen- oder Stahlabbrandelektrode in Gegenwart von granularem Metallfüllmaterial und das Zuführen des granularen Metallfüllmaterials zu dem Werkstück in einem geregelten Verhältnis zur Zufuhrgeschwindigkeit der Elektrode umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des granularen Metallfüllmaterials so ausgewählt ist, um in der so gebildeten auf Eisen basierenden Legierung einen Chromgehalt von 12 bis 25 Gew.-%, einen Kohlenstoffgehalt von 4 bis 4,9 Gew.-% und mindestens 38 Vol.-% primarer Carbide von Eisen und Chrom zu schaffen, während das Zufuhrverhältnis des granularen Metallfüllmaterials : Elektrode bei nicht mehr als 1,6 : 1 gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildete auf Eisen basierende Legierung bis zu 8 Gew.-% Mangan und nicht mehr als 3 Gew.-% insgesamt an Niob, Molybdän, Titan, Wolfram, Vanadium und Bor enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des granularen Metallfüllmaterials so ausgewählt ist, um in der gebildeten, auf Eisen basierenden Legierung einen Chromgehalt von 12 bis 25 Gew.-%, einen Kohlenstoffgehalt von 4 bis 4,8 Gew.-%, einen Mangangehalt von 0,5 bis 8 Gew.-% und 38 bis 45 Vol.-% an primären Carbiden zu schaffen, wobei die Legierung eine hohe Abriebbeständigkeit bei Temperaturen von Umgebungstemperatur bis 650 0C (1200 °F) hat.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildete, auf Eisen basierende Legierung nicht mehr als 3 Gew.-% insgesamt an Niob, Molybdän, Titan, Wolfram, Vanadium und Bor enthält.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildete, auf Eisen basierende Legierung etwa 3 Gew.-% Mangan enthält.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildete, auf Eisen basierende Legierung nicht mehr als 1 Gew.-% Silicium enthält.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das granulare Metallfüllmaterial ein auf Eisen basierendes Pulver ist, das, bezogen auf das Gewicht, 46 bis 50 % Chrom, 8 bis 8,5 % gebundenen Kohlenstoff, 5 bis 5,5 % Mangan und weniger als 1 % Silicium enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Eisen basierende Pulver weiterhin 0,5 bis 1 Gew.-% Molybdän enhält.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Eisen basierende Pulver weiterhin mindestens eines von Niob, Titan, Wolfram, Vanadium und Bor enthält.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest der Zusammensetzung des auf Eisen basierenden Pulvers Eisen und vernachlässigbare Verunreinigungen ist.