DE1270377B

DE1270377B - Blanke oder umhuellte Elektrode bzw. Selenelektrode auf Eisenbasis fuer das Lichtbogenauftragsschweissen

Info

Publication number: DE1270377B
Application number: DE19591270377
Authority: DE
Inventors: Rene-Jacques Mouton
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-07-27
Filing date: 1959-07-27
Publication date: 1968-06-12
Also published as: BE593419A

Description

Blanke oder umhüllte Elektrode bzw. Selenelektrode auf Eisenbasis für das Lichtbogenauftragsschweißen Die Erfindung bezieht sich auf blanke oder umhüllte Elektroden bzw. Selenelektroden zum Lichtbogenauftragsschweißen aus Eisenlegierungen, die gleichzeitig Kohlenstoff, Chrom und Niob enthalten. Sie schafft solche Elektroden, deren Zusammensetzung in besonders vorteilhafter Weise hoch abrieb- und stoßfeste sowie gegen die Bildung von Schwundrissen sichere Schweißaufträge ergibt.
Mit »Eisenlegierungen« werden im Rahmen der Erfindung Legierungen bezeichnet, die wenigstens 25 0/0 Eisen, vorzugsweise jedoch mehr als 60 0/0 Eisen enthalten, im Gegensatz zu Legierungen auf Kobaltbasis, die außer einem hohen Kobaltanteil - von im allgemeinen mehr als 500/0 - ebenfalls Kohlenstoff und Chrom und gelegentlich auch Niob enthalten, deren Eisengehalt aber im allgemeinen sehr viel geringer als 100/0 ist.
Durch Lichtbogenschweißen aufgetragene Eisenlegierungen unterscheiden sich grundlegend von solchen, die durch andere Schmelzverfahren aufgetragen werden, und weisen auch grundsätzlich andere physikalische Eigenschaften als die letzteren auf.
Die bekannten durch Lichtbogenschweißen aufgetragenen, eine sehr hohe Abriebfestigkeit aufweisenden Eisenlegierungen bestehen einmal aus Roheisen mit einem hohen Chromgehalt, z. B. mit 30 0/0 Chrom und 40/0 Kohlenstoff oder aus Verbindungen auf Wolframkarbidbasis mit beispielsweise 60 0/0 Wolfram und 40/0 Kohlenstoff. Diese Legierungen haben den Nachteil, daß sie brüchig sind und bei Abkühlung unter Wirkung von Schrumpfspannungen leicht rissig werden, so daß sie nur für Auftragsschweißungen verwendet werden können, die nur geringen Stoßbeanspruchungen unterliegen. Die Chromlegierungen mit einem geringen Kohlenstoffgehalt von beispielsweise 3 0/0 besitzen zwar eine höhere Schlagfestigkeit und neigen weniger zur Bildung von Schrumpfrissen, weisen jedoch eine wesentlich niedrigere Abriebfestigkeit als die höhergekohlten Legierungen auf. Gewisse nicht eisenhaltige Legierungen auf Kobaltbasis mit maximal etwa 2,5 0/0 Kohlenstoff besitzen zwar hohe Schlagfestigkeit und Abriebfestigkeit, sind aber für die meisten Anwendungsbereiche bei Temperaturen unter 600°C zu kostspielig.
Die den Gegenstand der Erfindung bildende Elektrode mit den eingangs gekennzeichneten Vorteilen ist grundsätzlich dadurch gekennzeichnet, daß sie neben Eisen aus solchen Mengen an Kohlenstoff, Chrom und Niob sowie gegebenenfalls aus solchen üblichen Mengen an einem oder mehreren in derartigen Legierungen für einen vorbestimmten Zweck üblichen Zusatzelementen besteht, mit der Maßgabe, daß die niedergelegte Auftragsschweiße mehr als 1,62 bis 60/" Kohlenstoff, mehr als 4 bis 300/0 Chrom, mehr als 4 bis 250/0 Niob und wenigstens 250/", vorzugsweise mehr als 6004 Eisen, enthält.
Vorzugsweise beträgt der Niobgehalt der niedergelegten Auftragsschweiße 6 0/0. Elektroden aus dieser erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung eignen sich wegen ihrer besonderen Eigenschaften z. B. für Auflagen von Pflugscharen, die in schotterigem Gelände eingesetzt werden sollen, d. h., sie sind für Zwecke geeignet, bei denen die aus 40/0 Kohlenstoff enthaltenen Wolframkarbidlegierungen gebildeten Schweißaufträge sehr schnell ausbrechen und bei denen Chromlegierungen mit 3 0/0 Kohlenstoff sich sehr schnell abnutzen.
Die Erfindung hat, wie einer besonderen Erläuterung nicht bedarf, nichts mit bekannten Legierungen für Auftragsschweißungen für Schnelldrehstähle zu tun, welche etwa 40/0 Chrom und höchstens 40/0 Niob enthalten, deren Kohlenstoffgehalt jedoch nur etwa 10/0 beträgt. Solche Legierungen sind außergewöhnlich hart und eignen sich nur für Verwendungszwecke, bei denen ihre Härte bis zu Temperaturen von bis zu 600°C erhalten bleibt und deren Verschleißfestigkeit gegenüber der von Eisenlegierungen mit hohem Chromgehalt oder solchen auf Wolframkarbidbasis sehr gering ist.
Das gleiche trifft auf eine weitere bekannte für Schnelldrehstähle bestimmte Legierung zu, die 3,5 bis 40/0 Kohlenstoff, 250/0 Niob und gegebenenfalls bis zu 300/, Chrom enthält. Der Verwendungszweck der beiden letztbeschriebenen bekannten Legierungen und ihre dadurch bedingten Eigenschaften sind völlig andere als die einer Schweißelektrode für das Lichtbogenauftragsschweißen, wobei insbesondere zu betonen ist, daß es für die den Gegenstand der Erfindung bildende Schweißelektrode darauf ankommt, daß der mittels derselben hergestellte Schweißauftrag sich durch hohe Widerstandsfähigkeit gegen Schwundrißbildung beim elektrischen Schweißen und gleichzeitig hohe Abriebfestigkeit auszeichnet.
Über 40/0 liegende Gehalte an Niob steigern insbesondere die Schlagfestigkeit der mittels der erfindungsgemäßen Elektroden hergestellten Schweißaufträge auf Werte, die mit den üblicherweise verwendeten, karbidbildende Elemente, wie Wolfram und Molybdän enthaltenden Elektroden, nicht erreichbar sind.
Die Anwesenheit des Niobs verhindert die Bildung von Schrumpfrissen in dem Schweißauftrag selbst dann, wenn die Auftragsschweißung auf ein relativ massives Werkstück ohne Vorerhitzung desselben aufgetragen wird.
Für die Herstellung von Handschweißungen ergibt sich eine gleichzeitig hohe Abrieb- und Schlagfestigkeit sowie Widerstandsfähigkeit gegen Rißbildungen der mittels der Elektrode gemäß der Erfindung hergestellten Auftragsschweißung, wenn die Legierung wenigstens 6 0/0 Niob enthält. Besonders vorteilhaft ist eine Zusammensetzung der Legierung in den folgenden Bereichen:

Kohlenstoff ....... 2 bis 40/0, vorzugsweise, 2,50/0

Chrom ... mehr als 4 bis 10 0/0, vorzugsweise 5 0/0

Niob ............ 10 bis 20 0/0, vorzugsweise 15 0/0

Wird die die Auftragsschweißung bildende, aus der erfindungsgemäßen Elektrode aufgetragene Legierung bei ihrer Verwendung höheren Temperaturen, beispielsweise von 600°C, ausgesetzt, so kann die Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation durch eine Zusammensetzung derselben innerhalb der folgenden Bereiche verbessert werden:

Kohlenstoff ...... 2,5 bis 40/0, vorzugsweise 30/0

Chrom .......... 18 bis 260/" vorzugsweise 220/,

Niob ............ 8 bis 160/" vorzugsweise 120/0

Die im Einzelfalle innerhalb dieser Bereiche in Betracht kommende Zusammensetzung der Elektroden ist von den Herstellern je nach den Erfordernissen ohne weiteres zu ermitteln.

Wird eine hohe Abriebfestigkeit gleichzeitig mit einer hohen Schlagfestigkeit, die über der der bisher bekannten Legierungen liegt, verlangt, werden vorzugsweise Elektroden verwendet, die Auftragsschweißungen der folgenden Zusammensetzung ergeben:

Kohlenstoff ...... 3 bis 5 0/0, vorzugsweise 4 0/0

Chrom ... mehr als 4 bis 10 0/0, vorzugsweise 5 0/0

Niob ............ 10 bis 25 0/0, vorzugsweise 18 0/0

Wolfram . ........ 35 bis 500/0, vorzugsweise 400/0

Bei automatischer oder halbautomatischer Schweißung werden vorzugsweise Elektroden verwendet, die Auftragsschweißungen der folgenden Zusammen-Setzung ergeben:

Kohlenstoff mehr als 1,62 bis 20/0, vorzugsweise 1,8°/o

Chrom ... mehr als 4 bis 100/" vorzugsweise 60/0

Niob ..... mehr als 4 bis 10 0/0, vorzugsweise 8 0/0

Im allgemeinen ist es zwecklos, den Kohlenstoff gehalt höher als 6111" den Chromgehalt höher als 300/,) und den Niobgehalt höher als 250/, zu wählen, weshalb die Maximalgehalte an diesen Elementen erfindungsgemäß auf 6, 30 bzw. 250/, begrenzt sind.

Die der Handschweißung dienenden Elektroden weisen einen Metallkern und einen stranggepreßten Mantel mit den erforderlichen Mengen an Kohlenstoff, Chrom und Niob zur Erzielung des gewünschten Auftrags auf. Die der automatischen oder halbautomatischen Lichtbogenschweißung dienenden Elektroden bestehen aus einem Metallkern und einer aus pulverisierten Stoffen aufgebauten Ummantelung mit wenigstens 30 0/0 Eisen, die die zur Erzielung des erforderlichen Auftrages notwendigen Mengen an Kohlenstoff, Chrom und Niob aufnimmt. Durch die magnetischenEigenschaften dieserUmmantelunghaften die Stoffe bei Fließen des Schweißstromes fest an dem metallischen Kern.
Im oberen Teil der folgenden Tabelle I ist für verschiedene durch Lichtbogenschweißen aufgetragene Legierungen der Prozentanteil an Kohlenstoff, Chrom und Niob angegeben, und zwar zuerst für solche Legierungen, die mittels Elektroden aufgetragen werden, welche in ihrer Gesamtheit nicht die gemäß der Erfindung vorgeschriebene anteilige Zusammensetzung aufweisen, und anschließend für solche, die mittels hinsichtlich ihrer Zusammensetzung der Erfindung entsprechenden Elektroden aufgetragen werden.
Im unteren Teil der Tabelle I sind die Eigenschaften der jeweiligen Legierungen zusammengefaßt. Ein Vergleich dieser Eigenschaften zeigt den Einfluß auf, den Mengenänderungen des einen oder anderen Elementes hervorrufen.

In der Tabelle II ist die Zusammensetzung des Elektrodenkerns und dessen Umhüllung angegeben, und zwar für Elektroden, die den im oberen Teil der Tabelle I angegebenen Eigenschaften der Schweißung entsprechen.

Tabelle I

Bekannte Auftragsschweißen Erfindungsgemäße Auftragsschweißen

Aufgetragenes Schweißgut f

Chemische Zusammensetzung in 0/0

Kohlenstoff .......................... 2,7 3,5 1,2 2,5 3 4 1,8

Chrom .............................. 3,5 15 25 5 22 5 6

Niob ................................ 5 3,5 10 15 10 18 7

Wolfram ............................. - - - - - 40 -

(Rest Eisen)

Tabelle I (Fortsetzung)

Bekannte Auftragsschweißen 1 Erfindungsgemäße Auftragsschweißen

Eigenschaften des aufgetragenen

Schweißgutes

Härte (Rc 150) nach R o c k w e 11 ...... 50 bis 55 30 bis 40 40 bis 45 58 bis 62 41 bis 47 60 bis 65 48 bis 52

Trockene Abriebfestigkeit

(im Verhältnis zu Stahl mit 0,200/0 C) ... 3 3 8 40 40 60 17

Nasse Abriebfestigkeit

(im Verhältnis zu Stahl mit 0,20 °/o C) ... 1,5 2 3 15 11 40 7

Schlagfestigkeit

(Einwirkungszeit eines Schwinghammers

bis zum Reißen [F] oder bis zum Bruch [R]

in Sekunden ["]) ..................... tadellos F 30" F 30" tadellos tadellos R 30"I F 30"

Schwundrißempfindlichkeit

(Anzahl der Risse) .................... 2 5 tadellos tadellos 1 10 7

Tabelle II

Bekannte Elektroden Erfindungsgemäße Elektroden

Kern der ummantelten Elektrode

Eigenschaften:

AD = weicher Stahl ............ AD AD AD AD AD

W = mit 60 Gewichtsprozent

Wolframkarbid ........... W

AC = Stahl mit 0,6/0,70/, C ..... AC

Durchmesser in mm ............... 4 4 4 4 4 4,2 4

Mantel der Elektrode

Art .............................. gepreßt gepreßt gepreßt gepreßt gepreßt gepreßt pulverförmig

Zusammensetzung in °/o

gesamt ......................... 100 100 100 100 100 100 100

Marmor ........................ - - - - 12,5 - -

Dolomit ........................ 9,4 9,4 9,4 9,4 - 12 -

Calciumfluorid .................. 4,7 4,7 4,7 4,7 6,5 6 -

Metallische Oxyde und Silikate ...... 7,6 7,6 7,6 7,6 10 7,5 6,5

Ferromangan mit 80 °/o Mn, 6 °/o C 2,8 - 6,5

Ferrosilizium mit 45"/, Si .......... - - - - - - 6,5/SiC

Ferrotitan mit 400/0 Ti ............. - - - - 1,4 - -

Graphit mit 90°/o C ............... 4,7 4,5 - 4,5 2,8 12,5 2

Ferrochrom mit 70°/o Cr, 4°/o C .... 8 32,4 55 11,0 47,5 - 20,5

Chromkarbid mit 920/, Cr, 80/0 C 12 -

Niob-Ferrotantal mit 600/, Nb

-f- 15 °/o Ta .... . ................ 8,8 6,0 17,3 26,5 16,5 50 24

Ferromolybdän mit 700/0 Mo ....... - - - - - - 4

Eisenpulver ....................... 56,8 35,4 6,0 36,3 - - 30

Durchmesser in mm ............... 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 6,8 10

Claims

Patentansprüche: 1. Blanke oder umhüllte Elektrode bzw. Selenelektrode auf Eisenbasis zum Lichtbogenauftragsschweißen zur Erzielung hoch abrieb- und stoßfester sowie gegen die Bildung von Schwundrissen sicherer Schweißaufträge, bestehend neben Eisen aus solchen Mengen an Kohlenstoff, Chrom und Niob sowie gegebenenfalls aus solchen üblichen Mengen an einem oder mehreren in derartigen Legierungen für einen vorbestimmten Zweck üblichen Zusatzelementen, mit der Maßgabe, daß die niedergelegte Auftragsschweiße mehr als 1,62 bis 60/0 Kohlenstoff, mehr als 4 bis 300/, Chrom, mehr als 4 bis 25"/, Niob und wenigstens 250/" vorzugsweise mehr als 600/0, Eisen enthält.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine solche Menge an Niob aufweist, daß die niedergelegte Auftragsschweiße wenigstens 60/, Niob enthält.
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie solche Mengen an Kohlenstoff, Chrom und Niob aufweist, daß die niedergelegte Auftragsschweiße 2 bis 40/0, vorzugsweise 2,5"/, Kohlenstoff, mehr als 4 bis 100/0, vorzugsweise 5010 Chrom und 10 bis 200/0, vorzugsweise 15 °/a Niob enthält.
4. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie solche Mengen an Kohlenstoff, Chrom und Niob aufweist, daß die niedergelegte Auftragsschweiße 2,5 bis 4°/0, vorzugsweise 3 °/o Kohlenstoff, 18 bis 26 °/o, vorzugsweise 22 °/o Chrom und 8 bis 16 °/o, vorzugsweise 12 °/o Niob enthält.
5. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie solche Mengen an Kohlenstoff, Chrom und Niob sowie zusätzlich an Wolfram aufweist, daß die niedergelegte Auftragsschweiße 3 bis 5 °/o, vorzugsweise 4 °/o Kohlenstoff, mehr als 4 bis 100/0, vorzugsweise 501, Chrom, 10 bis 25 °/o, vorzugsweise 18 °/a Niob und 35 bis 50 °/o, vorzugsweise 400/0 Wolfram enthält.
6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie solche Mengen an Kohlenstoff, Chrom und Niob aufweist, daß die niedergelegte Auftragsschweiße mehr als 1,62 bis 20/0, vorzugsweise 1,80/0 Kohlenstoff, mehr als 4 bis 10"/" vorzugsweise 60/, Chrom und mehr als 4 bis 100/" vorzugsweise 811/,) Niob enthält. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 148135; britische Patentschriften Nr. 457760, 467034; USA.-Patentschriften Nr. 2 035 364, 2 575 217, 2709132.