DE3718778A1 - Legierung und deren verwendung - Google Patents

Description

Es sind verschleißfeste Legierungen bekannt, mit denen man auf Werkstücken aus z. B. Stahl gegen Verschleiß, Korrosion, Erosion u.dgl. wiederstandsfähige Schichten auftragen kann. Für das Auftragen stehen thermische Spritzverfahren mit und ohne nachfolgender Sinterung der Schicht sowie das Schmelzschweißverfahren zur Verfügung. Das Schmelzschweißverfahren wird z. B. auch angewendet, um Schnecken von Kuststoff-Spritzgießmaschinen an ihrer Kopfbahn mit einer verschleißmindernden Auflage oder Panzerung zu versehen, die dadurch fest mit dem Grund­ material verbunden wird. Hierfür werden Co- oder Ni- enthaltende Legierungen verwendet, die auch C, W, Cr, B, Si sowie Anteile an Hartstoffen wie z. B. WC in unterschiedlicher Höhe enthalten können. Insbesondere kommen unter der Handelbezeichnung "Stellite" vertrie­ bene Kobalt-Legierungen, z. B. WC-Co 80/20 in Pulver­ form, hierfür in Frage. Diese Auftragswerkstoffe bilden sehr harte Verschleißschichten.

In anderen Anwendungsfällen ist eine übermäßig große Härte der Verschleißschicht nachteilig. Dies gilt z. B. für Extruderschnecken für die Kunststoffverarbeitung, insbesondere in Doppelschnecken-Extrudern. Hier unter­ liegt die Innenfläche des Zylinders einer hohen Bean­ spruchung, wobei sich diese Beanspruchung insbesondere auf bestimmte Winkelbereiche des Zylinderumfangs konzen­ triet. Eine besonders harte Panzerung der Schnecke würde den Verschleiß an diesen Stellen noch beschleunigen. Für solche Anwendungsfälle bevorzugt man Auflagen oder Panzerungen, die einen hohen Anteil an Molybdän bis 100%, enthalten. Als Auftrageverfahren hierfür kommen bisher thermische Spritzverfahren wie z. B. das Flamm- bzw. Plasmaspritzen in Frage, welches jedoch nicht zu einer innigen Gefügeverbindung zwischen der Auftragsschicht und dem Grundmaterial führt. Ein Problem bei solchen Molybdän-gepanzerten Extruderschnecken besteht deshalb darin, daß es aufgrund der ungenügenden Haftung zwischen der Panzerung und dem Grundmaterial spontan oder jeden­ falls bei mechanischen und/oder thermischen Belastungen zu einem örtlichen Abblättern oder Abplatzen der Pan­ zerung kommt. Solche Ablöseerscheinungen treten häufig schon nach wenigen Betriebsstunden, gelegentlich auch schon vor dem Einbau der Schnecke auf. Man muß bei den bisher üblichen Verfahren mit einer Ausschußrate von bis ca. 30% rechnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Legie­ rung anzugeben, die es ermöglicht, auf kunststoffverar­ beitenden Schnecken, wie z. B. Extruderschnecken oder ähnlichen Teilen, wie z. B. der Rückstromsperre einer Spritzgießmaschinenschnecke, verschleißmindernde Auf­ lagen mit einem hohen Molybdängehalt anzubringen, die mit der Unterlage durch eine Schweißverbindung ablöse­ sicher verbunden sind.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 7 geben weitere vorteilhafte Merk­ male der erfindungsgemäßen Legierung, der Anspruch 8 die bevorzugte Verwendung der Legierung an.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungs­ beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Es wird eine Legierung der folgenden Zusammen­ setzung erschmolzen (in Gewichts-%)

60%Mo 3,5%Cr 1,8%B 2,5%Si 32,2%Ni

Die Legierung wird durch Verdüsen in einem Schutzgas­ strom aus Ar oder Stickstoff in Pulverform überführt. Die bevorzugte Größe der Pulverteilchen für das Auf­ tragsschweißen beträgt 45 bis 100 µm.

Die beiden Schnecken eines Doppelschnecken-Extruders für das Plastifizieren und Extrudieren von Kuststoff wurden an den Kopfbahnen ihrer Schneckenstege mit einer ver­ schleißmindernden Auflage aus der vorgenannten Legierung versehen. Hierzu wurde in die Kopfbahn über ihre gesamte Breite mit Ausnahme zweier Randstege von ca. 1,5 bis 3,5 mm Breite eine flache Vertiefung von 2 mm Tiefe eingearbeitet. Mittels einer handelsüblichen Plasma-Pulver-Aufschweiß­ anlage wurde unter Verwendung des vorstehend beschriebe­ nen Legierungspulvers als Schweißgut in die genannte Vertiefung eine Verschleißschicht aufgetragen, und zwar mit einer Dicke von ca. 2,5 mm, die anschließend auf eine Dicke von 2 mm bündig mit den Randstegen abgeschlif­ fen wurde.

Aufgrund des Auftragens durch Plasma-Pulver-Auftragsschweißen haftete die Verschleißschicht fest am Grundmaterial, wobei auch durch starke mechanische Beanspruchung, wie z. B. Hammerschläge kein Abplatzen hervorgerufen werden konnte. Die beiden Schnecken wurden in einen Doppelschnecken-Extruder eingesetzt und unter üblichen Bedingungen in Betrieb genommen. Eine Inspektion nach 2900 Betriebsstunden ergab keinerlei wahrnehmbare Verschleißerscheinung.

Beispiel 2

Aus einer Legierung der Zusammensetzung (in Gewichts-%)

50%Mo 3,5%Cr 1,8%B 2,5%Si 42,2%Ni

wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1 beschrieben ein pulverförmiges Schweißgut hergestellt und damit eine verschleißfeste Panzerung auf zwei Schnecken eines Doppelschnecken-Extruders hergestellt.

Im Rahmen der Erfindung kann das in der Legierung enthaltene Molybdän teilweise durch Mangan ersetzt werden, wobei jedoch der Mangan-Anteil nicht größer, vorzugsweise kleiner sein sollte als der Molybdän-Anteil.

Es ist ferner vorteilhaft, den Chrom-Anteil derart auf den Molybdän-Anteil abzustimmen, daß er mit steigendem Molybdän-Anteil abnimmt. So kann bei einem Molybdän-Anteil von nur 40% der Chrom-Anteil bis zu 5% betragen, während bei einem Molybdän-Anteil von 70% der Chrom-Anteil bis auf 0 reduziert werden kann.

Die Legierungsanteile Bor und Silicium haben im wesentlichen die Funktion eines Flußmittels. Der Gesamtanteil dieser beiden Legierungsbestandteile zusammen sollte 1 bis 8%, vorzugsweise 2 bis 5% betragen.

Es kann vorteilhaft sein, noch weitere Legierungsbestandteile in geringen Mengen hinzuzufügen. Insbesondere kommt eine Zugabe von Zirkon und/oder Titan mit Anteilen von jeweils bis zu 1% in Frage. Diese Legierungsbestandteile bewirken eine Erhöhung der Rekristallisationstemperatur bzw. eine Verringerung der Wachstumsgröße der Kristalle in der aufgeschweißten Legierungsschicht. Dies ist nicht nur beim Auftragen der Schicht von Bedeutung, sondern auch bei einer eventuell anschließenden Wärmebehandlung des mit der Legierungsschicht versehenen Werkstücks, z. B. der Extruderschnecken. Eine solche Wärmebehandlung muß z. B. beim Nitrierhärten durchgeführt werden. Z. B. wird beim Nitrierhärten eine Wärmebehandlung bei ca. 500°C in einer nitrierenden Atmosphäre während einer Dauer von 200 Stunden durchgeführt. Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft, diese Härtung erst nach dem Auftragen der Verschleißschicht durchzuführen.

Das Grundmaterial der Schnecke oder des Werkstückes, auf der die Verschleißschicht durch Plasma-Pulver-Auftragsschweißen aufgebracht wird, kann beispielsweise aus einem Stahl des Typs 31 CrMoV9 oder 14 CrMoV69 bestehen, oder auch aus anderen, für die Herstellung solcher Teile üblichen Stahlqualitäten. Beim Schmelzschweißen wandern geringe Anteile des Grundmaterials in die Verschleißschicht ein, so daß diese dann zusätzlich zu den Ausgangsbestandteilen noch ca. 5 bis 10% Fe enthalten kann, was sich auf ihre Betriebseigenschaften nicht wesentlich auswirkt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, daß beim Auftragsschweißen der Verschleißschicht ein Schweißgut verwendet wird, welches aus zwei pulverförmigen Komponenten besteht, wobei die eine Pulverkomponente aus der erfindungsgemäßen Legierung und die andere Komponente aus einer molybdänfreien Ni-Cr-B-Si-Legierung besteht. Durch entsprechende Dosierung des Anteils der zweiten Komponente kann der Molybdän-Gehalt in der fertigen Verschleißschicht gesteuert werden.

Claims (8)

1. Legierung, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.-%) 40 bis 70% Mo, welches auch teilweise durch Mn ersetzt sein kann, 0-10%Cr 0,5 bis 5%B 0,5 bis 5%Si 0 bis 1%Zr 0 bis 1%TiRest Ni und/oder Co.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehalt an Mo oder an Mo und Mn 45 bis 65%, vorzugsweise 50 bis 60% beträgt.

3. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehalt an Cr maximal 5%, vorzugsweise 0,5 bis 3,5% beträgt.

4. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehalt an Bor 1,0 bis 2,0% beträgt.

5. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehalt an Si 1,0 bis 3,0% beträgt.

6. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehalt an Cr mit zunehmendem Gehalt an Mo oder an Mo und Mn abnimmt.

7. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehalt an Mn nicht größer, vor­ zugsweise kleiner ist als der Gehalt an Mo.

8. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, vorzugsweise in Pulverform, als Schweißwerkstoff für das Auftragen von Verschleißschichten nach dem Plas­ ma-Pulver-Auftragschweißverfahren.