DE814992C - Verfahren zur Verbundschweissung von Grauguss mit Gleitlagermetallen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Verbundschweißung von Grauguß mit Gleitlagermetallen Zur Verbundschweißung von Metallen und Legierungen auf Stahl sind schon vielerlei Verfahren bekannt. So arbeitet man teilweise mit Hartlotzwischenschichten, teilweise in sauren oder indifferenten Gasen oder mit flüssigen Salzschutzmitteln. Alle diese Verfahren sind für Grauguß nicht anwendbar, weil dieser Werkstoff Umwandlungen erleidet und bei höheren Temperaturen Gase abgibt. Die entweichenden Gase setzen sich an der Berührungsstelle mit dem Verbundmetall um und machen dieses dadurch blasig und oxydisch verunreinigt. Es 'kommt also kein fester und dichter Verbund zustande, dessen Qualität für höchste Beanspruchung genügt. Die Übertragung und Anschweißung von Metallen und Buntmetall-Legierungen scheitert des weiteren insbesondere auch an dem niedrigen Schmelzpunkt des Gußeisens, denn es entspricht den Erkenntnissen der erstengrundlegenden Umgußpatente, daß das zu umgießende Metall mindestens ioo° über dem Schmelzpunkt des Umgußmetalls als Schweißtemperatur haben muß. Da Grauguß bei etwa iooo° schmilzt, also etwa denselben Schmelzpunkt hat wie,die üblichen Gleitlagermetalle,, ist ein direktes Aufschweißen dieser Legierungen auf Grauguß in einem Arbeitsgang nicht möglich. Wenn man deswegen mit Hartlotzwischenschichten arbeitet und, wie das meistens derFall ist, dazu aluminiumhaltigeZirtklegierungen benutzt, wirken sich die oben geschilderten Gasabgaben und Umsetzungen sehr schädlich aus.
• Es wurde nun ,durch viele Versuche festgestellt, daß die gleichzeitig zu steuernden Faktoren, wie Temperatur, Bindung der Oxyde zu leichtflüssiger Schlacke und Bindung des Wasserstoffs zu einer festen, in der LegierungnichtstörendenVerbindung, die sieh dem Aufbau de's Buntmetalls als Legierungskomponente gut einfügt, sich beherrschen lassen, wenn man die Schweißung in zwei getrennten Arbeitsvorgängen-vornimmt, nämlich einer Vorschweißung und einer -Hauptschweißung, und sich dabei zur Vorschweißung eines Tauchbades bedient, das zur Wasserstoffentfernung Lithium und zwecks Sauerstoffentfernung Phosphor enthält, während dieselben Komponenten der Angußlegierung bei der Hauptschweißung ebenfalls zugesetzt werden.
• Zum Unterschied .zu dem bekannten Mascherverfahren führt das vorliegende neue Verfahren zu einer direktenKupfer-Eisen-!Bindux<gvonZwischenloten auf dem Eisen, also zu einer direkten SchNveißung zwischen dem Verbundmetall und dem Gußeisen, nachdem vorher Aale störenden Einflüsse unschädlich gemacht worden sind, Da beim :-tascherverfahren das Verzinkungsbad nur zum Vorwärmen des Eisenkörpers in der Art verwendet wird, daß die haftende Zinkschicht mit dem Lagermetall ein Messinglot bildet, werden beim Anguß der Lagerlegierungen die Eisenkörper auf höhere Temperaturen als bei der Vorwärmung erwärmt, und infolgedessen werden bei Gußeisen dann noch Gase frei, die sich nicht mehr aus dem Zwischenlot und der Lagerlegierung entfernen lassen und somit die Güte der Schweißung eFheblich herabsetzen.
• Das vorliegende Verfahren arbeitet nun derartig, daß einerseits schon bei höheren Temperaturen vorgewärmt wird, die der Schweißtemperatur praktisch gleichkommen, und daß andererseits in den Legierungen der Vor- und Hauptschweißung durch Zusätze von Lithium und Phosphor die schädlichen Gase in eine unschädliche Foren übergeführt werden.
• Die Schweißung erfolgt gemäß vorliegender Erfindung dadurch, daß das oberflächlich sorgfältig gereinigte Gußeisenstück, welches auch verzinkt sein kann, im phösphor- und lithiumhaltigen Tauchbad auf die Schweißtemperatur gebracht wird und dann nach Erreichung der notwendigen Temperaturen nach dem Herausziehen und Einstellen in eine vorgewärmte Form mit dem phosphor- und lithiumhaltigen Verbundmetall möglichst im steigenden Guß =gossen wird. Hierbei verschweißen die Metalle ineinander,, und das Wettkstück ist nach dem Erkalten bearbeitungsfähig. Im Gegensatz zu dem bekannten aluminiumlialtigen.Zinkbad, dessen haftende oxydische Verunreinigungen den Umguß unbrauchbar machen, wird bei dem vorliegenden Verfahren das entstehende Phosphoroxyd fortgeschwemmt. Ferner wird, im Gegensatz zu den Wasserstoffporen der zinkhaltigen Hartlotschicht, der Wasserstoff bei diesem Verfahren als Hydrid gebunden, wodurch sich ein blasenfreier Umguß ergibt.
• Zusätze von Lithium zu Lagerlegierungen sind in der Technik bekannt. Aber diese Zusätze dienen der Steigerung der Härte durch Bildung härtender metallischer Verbindungen. Auch als Desoxydationsmittel anstatt von Phosphor wird Lithium bei der Entfernung des Sauerstoffs aus raffiniertem Kupfer verwendet. Die gleichzeitige Verwendung von Phosphor und Lithium zur Entfernung des Sauerstoffs und zur Bindung des Wasserstoffs als Lithiumhy.drid ist dagegen in der Technik noch nicht bekannt und -stellt in dieser Verbindung einen beachtlichen technischen Fortschritt dar" weil somit die bisher ungelöste Aufgabe, auf wasserstoffhaltigem Stahl oder Grauguß auf rationelle Weise einen hochwertigen Verbundguß aufzubringen, befriedigend gelöst wird. Daß der im Kupfer gelöste Wasserstoff durch Lithium zu einem Hydrid gebunden wird, wird in der Dissertation Klare, Berlin 1943, nachgewiesen, und zwar in der Größenordnung bis zur dritten Dezimale nachdem Komma. Im vorliegenden Verfahren wird .darüber hinaus nicht nur der im Metall gelöste Wasserstoff durch Lithium gebunden, sondern auch 'der Wasserstoff, der sich aus dem Eisenkörper im Moment der Schweißung abspaltet. Es wird somit eine Ausschußursache beim Verbundguß von wasserstofffreier Lagerlegierung an wasserstoffhaltigen Stahl vermieden, die bei der röntgenografischen Prüfung hochbeanspruchter Lager teilweise zu erheblichem Ausschuß geführt hat. Der Zusatz von Lithium in eine wasserstofffreie Legierung als Vorbeugung gegen den aus Fremdkörpern hineindiffundierenden Wasserstoff ist ein Charakteristikum des beschriebenen Verbundgußverfahrens.
• Als Beispiel diene der Verbundguß von Rg 9 an eine Lagerstützschale aus Grauguß, Die Stützschale wird sorgfältig sandgestrahlt und zweckmäßig, wie z, B. nach dem Mascherverfahren, vorverzinkt. Die verzinkte Schale wird dann wärm oder kalt in ein Messingbad getaucht,, dessen Zusammensetzung aus 68% Kupfer, 2% P'hosp'hor, 30% Zink und etwa 0,2% Lithium besteht. In diesem Bad wird das Gußstück so lange gehaltem, bis es die Badtemperatur angenommen hat, also etwa 1o Minuten. Sodann wird es herausgenommen und in eine vorgewärmte, mehrteilige, eiserne Kokille gesetzt, die es erlaubt, einerseits schnell den Eisenkörper zu umgießen und andererseits die Kokille nach denn Erkalten schneller auseinanderzunehmen und wieder zusammenzusetzen. Als Umgußmetall dient die bekannte Lagerlegierung Rg 9, die einen zusätzlichen Gehalt von o, i % Phosphor und o,oi % Lithium enthält. Während also nach dem Umgießen und Erkalten des Werkstücks die Lagerschale aus der Form herausgenommen und dieselbe wieder zusammengesetzt wird, wird andererseits eine neue Lagerschale im Messingbad vorgewärmt und vorgeschweißt. Das Tauchbad erschöpft sich mit der Zeit, es müssen daher -die leicht herausbrennbaren Komponenten von Zeit zu Zeit nachgesetzt werden. Ein Merkmal des vorliegenden Schweißverfahrens liegt also darin, daß durch die gleichzeitige Anwesenheit von Lithium und Phosphor Sauerstoff und Wasserstoff chemisch gebunden wird, und daß die Lithiumzugabe auch bei wasserstofffreien Legierungen zu dem Zweck erfolgt, daß gegebenenfalls entstehender -Wasserstoff sich nicht zu Poren vereinigen kann, sondern schon als chemische Verbindung gebunden wird, bevor er sich in der Lagerlegierung schädlich bemerkbar macht.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Verbundschweißung von Grauguß, Temperguß, Stahlguß oder wasserstoffhaltigem Schmiedestahl mit Gleitlagermetallen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweiß,ung in zwei Stufen erfolgt, nämlich durch eine Vorschweißung in einem flüssigen Tauchmetall, dessen Charakter der späteren Unrgußlegierung an,gepaßt ist und dessen Temperatur mindestens so hoch ist, daß es nach dem Herausziehen abläuft, also keine Hartlotschicht mehr zu bilden vermag, und einer Hauptschweißung, die durch Angießen der Verbundlegierung an das erhitzte Gußeisenstück erfolgt, wobei die Verschweißung während oder kurz nach der Deshydrierung und Desoxidation durchgeführt wird.
2. 2.. Tauchbad zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:4obis 90% Kupfer, o,otbis 15% Phosphor, o,oo2bisi2% Lithium, Rest Zink, Zinn" Nickel, einzeln oder zu mehreren, vorzugsweise: 68%Kupfer,2%Phosphor" 0,2% Lithium, Rest Feinzink.
3. 3. Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Legierung verwendet, die Phosphor und Lithium als Tauch- und als Angußmetall in einem Gewichtsverhältnis 5 : i bis 2o : i, vorzugsweise io : i, enthält.
4. 4. Umgußmetall zur Durchführung des Verfahrens nach vorstehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,2% Phosphor und 0"02% Lithium.
5. 5. Lagermetall-Legierung auf Kupferbasis zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß diese Legierung entsprechend dem Charakter des Tauchbades neben dem Phosphorgehalt einen Lithiumgehalt von 0,002% bis 2% enthält, mit der Maßgabe, daß innerhalb dieser Grenzen der Lithiumzusatz den Charakter der Lagerlegierung nicht verändern darf, sondern lediglich in der Menge vorhanden ist oder zugesetzt wird, die der auftretenden Wasserstoffmenge entspricht, so daß also der Lithiumgehalt durch den Wasserstoff verbraucht wird.