DE2103798C - Verschleißfester, schlagfester, temperaturwechselbestandiger und korrosionsfester Werkstoff aus Glas mit Stahleinlage - Google Patents

Description

Erweichungstemperaturer, oberhalb 1000° C be- ErfindungsgemäC hat sich gezeigt, daß bei Einlage-

steht. rung sehr feiner Stahlfasern und bei Steigerung des

7. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes Volumenanteils auf über 25 ⁰Zn ein Verbundkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, 40 entsteht, der sich in seinen Eigenschaften grundsätzdadurch gekennzeichnet, daß die Glaskomponente hch von den Eigenschaften der Glaskomponente in pulvriger Form mit den Stahlfasern gemischt. unterscheidet. Dabei werden die Eigenschaften des die Mischung bei Raumtemperatur zu Formkör- Verbundkörpers spezifisch um so ausgeprägter, je pern gepreßt und anschließend bei Temperaturen geringer der mittlere Abstand der eingelagerten Stahloberhalb 500° C gesintert wird. 45 fasern voneinander ist. Während nämlich reine Glas-

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge- werkstoffe und auch in der bekannten Weise Hrahtverkennzeichnet, daß die Sinterung unter gleichzeiti- stärkte Gläser bei Dauerbeanspruchung durch Mikroger statischer Druckeinwirkung oder durch Walz- schlage unter Bildung von Kornausbrüchen und druck erfolgt. Rissen zerstört werden, zeigen Verbundkörper gemäß

9. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes 50 der Erfindung bei einer solchen Beanspruchung ledignach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, lieh eine plastische Verformung, wie es von Metallen dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von bekannt ist, ohne daß sich um den Eindruck des Glaspulver und Stahlfasern durch Strangpressen Schlagkörpers Risse ausbilden. In gleicher Weise zeigt oberhalb 500° C geformt wird. _si_ch auch, daß Verbundwerkstoffe nach Art der Er-

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 55 findung eine wesentlich erhöhte Verschleißfestigkeit bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlfasern bei reibender Beanspruchung gegenüber Stahl aufin der Mischung mit dem Glaspulver unter der weisen. Die Temperaturwechselbeständigkeit ist Einwirkung eines Magnetfeldes parallel zueinan- gegenüber Stahl um ein Mehrfaches gesteigert. Durch der ausgerichtet werden. die Einlagerung von Stahlfasern gemäß der Erfindung

60 wird auch die Kriechfestigkeit bei höheren Temperaturen gegenüber faserfreien Gläsern gleicher Zu sam-

mensptzung in einem Temperaturbereich um das

Mehrfache erhöht, der nach üben durch die Plastizität der ftahifasern begrenzt ist; diese obere Grenztempe-

Es ist bereits bekannt, Glaswerkstoffe herzustellen, 65 ratur liegt je nach der Zusammensetzung der Stahldie neben der Glaskomponente Stahldrähte in Form fasern zwischen 700 bis 900° C. Bei allseitiger Umeines Maschennetzes enthalten. Bei derartigen Gläsern gebung der Verbundkörper mit Glas werden Faserist jedoch der Volumenanteil der Stahldrähte sehr werkstoffe erhalten, die auch gegen Angriff von orga-

!tischen Säuren sowie Salzsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure weitgehend beständig sind.

Eine wesentliche der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht weiter darin, daß die Verbindung zwischen den Stahlfasern und der Gl&smatrix dadurch noch verbessert werden kann, daß die Stahlfasern zuvor mit einer dünnen Oxydschicht überzogen werden, wie sie durch Behandlung mit Wasserdampf bei höheren Temperaturen, beispielsweise 500° C, erreicht wird.

Ein weiterer wesentlicher Fortschritt in den Eigenschaften dieser Verbundwerkstoffe wird dadurch erreicht, daß als Fasermaterial Stahlfasern verwendet werden, die durch Zersetzung von Eisencarbonyl bei Temperaturen zwischen 200 und 350° C im Magnetfeld nach deutschem Patent 1 224 934 erhalten werden. Nach diesem Verfahren können Fasern von sehr kleinen Durchmessern bis zu etwa 1 /<m herab hergestellt weiden mit Zugfestigkeiten bis zu 800 Kp/mnr². Durch die Verwendung solcher Fasern werden also ganz besonders kleine mittlere Abfände zwischen den eingelagerten Fasern erzielt, und es ist wohl bekannt, daß die mechanischen und thermischen Eigenschaften solcher Verbundkörper um so besser werden, je kleiner der mittlere Faserabstand ist. Außerdem enthalten diese Fasern neben Eisen Kohlenstoff und Sauerstoff in der Größencrinung von einem Gewichtsprozent, wobei der Sauerstoffgehalt so verteilt sein kann, daß er an der Oberfläche angereichert ist und dadurch die günstige Verbindung mit der Gießmasse bewirkt. Es hat sich bei Biegebeanspruchung gezeigt, daß bei Eintreten des ersten Anrisses die Fasern durchreißen und in der Glasmatrix festgehalten bleiben. Statt reiner Stahlfasern können auch Fasern verwendet werden, denen bei der Bindung im Magnetfeld durch gleichzeitige Mitverwendung von Chrom-, Molybdän- oder Nickelcarbonyl ein Teil des Eisens durch diese Metalle ersetzt worden ist.

Die Herstellung von Werkstoffen nach Anspruch 1 kann beispielsweise so erfolgen, daß 50 Volumprozent Glaspulver mit einer Zusammensetzung entsprechend den üblichen Natron-Kalkgläsern, einer Korngröße unter 60 mm und einer Erweichungstemperatur von 600 bis 700° C und 50 Volumprozent Stahlfasern, nach dem Carbonylverfahren hergestellt, bei einem Durchmesser von durchschnittlich 1O_-Um und

einer durchschnittlichen Länge von 3 mm gemischt und die Mischung in einer Stahl- oder Graphitform bei einer Temperatur von 700° C 2 Minuten lang unter einem Druck von 100 Kp/cnr² gepreßt wird. Derartige Preßkörper ha^ien Biegefestigkeiten von mehr als

ίο 25 Kp/mnr². Das reine, zu der Mischung verwendete Glas, hat eine Biegefestigkeit von etwa 6 Kp/mnr², was einer Festigkeitssteigerung um etwa das Vierfache entspricht.

In gleicher Weise könnten statt der nach dem Car-

bonylverfahren hergestellten Stahlfasern auch Stahldrähte von durchschnittlich 30 fim Durchmesser und Längen bis zu den Abmessungen des Werkstückes verwendet werden, wobei die Stahldrähte bei Temperaturen zwischen 400 und 500° C mit Wasserdampf

ao zur Erzielung einer festhaftenden Oxydschicht behandelt worden sind.

Bei Einwirkung eines Magnetfeldes auf die in die

.Preßform e'ngefü'lte Pulvermischuug läßt sich eine Ausrichtung der Stahlfasern und damit eine weitere

as Steigerung der Biegefestigkeit in Richtung der Fasern erreichen. An Stelle einer Sinterung können Pulvermischunger aus Glaspulver und Stahlfasera zu Formkörpern verarbeitet werden. Infolge der Formungsmöglichkeiten können Verbundkörper nach Art der

Erfindung auch durch Kalt- oder Wannwalzen zu • geeigneten Werkstücken verarbeitet werden.

Erfindungsgemäß hergestellte Werkstücke zeigen infolge der eingelagerten Fasern in einem breiten Temperaturbereich auch wesentlich kleinere Kriech-

geschwindigkeiten gegenüber der zugrunde liegenden Glasmatrix. Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn als Glaskomponente solche Gläser verwendet werden, deren Erweichungspunkt bei 1000° C und darüber liegt. In diesem Fan ist es von besonderem

Vorteil, chrom- oder molybdänhaltige Stahlfasern zu verwenden, da sie einen geringen Festigkeitsabfall bei hohen Temperaturen aufweisen.

Claims (6)

er liegt im die praktischen Anwendungsfälle Patentansprüche: Unter 1 Volumprozent Dementsprechend ist als Wirkung lediglich das Zusammenhalten des Glases bei

1. Verschleißfester, schlagfester, temperatur- schlagartiger Beanspruchung angestrebt um die BiU wechselbeständiger und korrosionsfester Werkstoff 5 dung großer zusammenhängender Glassplitterzu veraus Glas mit Stahleinlage, dadurch gekenn- meiden. Beispielsweise beträgt der Abstand bei feinzeichnet, daß er zu mindestens 25 Volum- maschigen eingelagerten Drähten 10 bis 12mm, die prozent und höchstens 90 Volumprozent aus dazwischenliegende Glasmasse wird dadurch nur Stahlfasern mit einem Durchmesser unter 50 „m wenig in ihrem Widerstand gegen schlagende Bean- und zu höchstens 75 Volumprozent und min- io spruchung beeinflußt. Ebenso werden die Verschleißdestens 10 Volumprozent aus Glas besteht. festigkeit und Temneraturwechselbeständigkeit der-

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekenn- artiger Werkstoffe durch die eingelagerten Eisendrähte zeichnet, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient nicht geändert.

des Glases kleiner als der der Fasern ist. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen

3. Werkstoß nach Anspruch 1 oder ?= dadurch 15 neuen Verbundwerkstoff zu schaffen, der verschleißgekennzeichnet, daß die Stahlfasern durch Ober- fest, schlagfeit, temperaturwechselbeständig und korflächenoxydation, z. B. durch Wasserdampf- rosionsfest ist.

behandlung bei 400 bis 500° C, mit einer Oxid- Die Erfindung lost diese Aufgabe dadurch, daß -,ic

schicht bedeckt sind. zu mindestens 25 Volumprozent und höchsuns

4. Werkstoff nach einem der vorhergehenden ao 90 Volumprozent aus Stahlfasern mit einem Dun h-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er neben messe: unter 50 um und zu höchstens 75 Volumpi .-der Glaskomponente aus sauerstoff- und kohlen- zent und mindestens 10 Volumprozent aus Gius stoffhaltigen Stahlfasern besteht, die durch Zer- besteht.

setzung von Eisenkarbonyl im Temperaturbereich Unter Fasern werden im folgenden Gebilde vor

zwischen 200 und 350° C in einem Magnetfeld 35 standen, die polykristallin aufgebaut sind und N-i hergestellt sind. denen eine Abmessung wesentlich größer als die Ah-

5. Werkstoff nach einem der vorhergehenden messungen senkrecht zu ihm sind. Unter Stahlfasern Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus sind polykristalline Gebilde mit Kohlenstoffgehalt^ Stahlfasern besteht, bei denen das Eisen teilweise bis zu 1 % zu verstehen. Als Glaskomponente sind durch Chrom, Molybdän oder Nickel ersetzt ist, 30 Gläser verschiedener Zusammensetzung zu verwenindem Chrom- und oder Molybdän- und oder den, durch deren Erweichungstemperatur die Herstel-Nickel-Karbonyle zusammen mit Eisenkarbonyl lungsbedingungen und die Anwendungsgebiete be im Magnetfeld zersetzt werden. stimmt werden. Vorzugsweise sind solche Gläser 7u

6. Werkstoff nach einem der vorhergehenden verwenden, deren Ausdehnungskoeffizient bei Raum-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er neben 35 temperatur kleiner als der der eingelagerten Stahl-Stahlfasern aus hochschmelzenden Gläsern mit fasern ist.