Metallgesellschaft AG 27. Juli 1978Metallgesellschaft AG July 27, 1978
Reuterweg 14 DRLA/CPA 6000 Frankfurt/MainReuterweg 14 DRLA / CPA 6000 Frankfurt / Main
Nr. 8248 LTNo. 8248 LT
Verfahren zum Beschichten und Löten von Werkstücken mitHartmetall-Le gierungenProcess for coating and soldering workpieces withCarbide alloys
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten und Löten vonWerkstücken mit Hartmetall-Legierungen, Gemischen aus Hartmetall- Le gierungen mit Hartstoffen oder Weich- oder Hartlöten in Formen,durch Aufbringen dieser Legierungen oder Gemische in Pulver-oderkörniger Form ggf. unter Zusatz von Bindern, wie Kunststoffe, auf die zu beschichtenden Werkstücke in der jeweiligen gewünschtenSchichtdicke, Einstellung dieser Schichtdicke ggf. durch Abstandshalter und anschließender Wärmebehandlung des Ganzen.The invention relates to a method for coating and solderingWorkpieces with hard metal alloys, mixtures of hard metal alloys with hard materials or soft or hard soldering in forms,by applying these alloys or mixtures in powder or formgranular form, if necessary with the addition of binders, such as plastics, on the workpieces to be coated in the respective desiredLayer thickness, adjustment of this layer thickness, if necessary by means of spacers and subsequent heat treatment of the whole.
Es ist bekannt, zum Erzeugen scharfer Kanten beim Panzern vonMaschinenteilen und Werkstücken mit Hartmetall-Legierungen oder Gemischen aus Hartmetall-Legierungen mit Hartstoffen so zu verfahren,daß man um die zu panzernden Werkstücke in einem der jeweiligenPanzers chxchtdicke entsprechenden Abstand ein aus anorganischem Material oder Metall bestehende Form herumlegt, in denzwischen Werkstück und Form gebildeten Hohlraum die zum Panzern bestimmte Masse aufgibt und im Vakuum oder unter Anwen-It is known to produce sharp edges when armoringTo process machine parts and workpieces with hard metal alloys or mixtures of hard metal alloys with hard materials in such a waythat one around the workpieces to be armored in one of the respectiveArmor chxchtdicke corresponding distance puts a mold made of inorganic material or metal around into theThe cavity formed between the workpiece and the mold gives up the mass intended for armouring and
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dung von Schutzgas sintert. Nach dem Sintervorgang kann dann die die Werkstücke umgebende Form ganz oder teilweise weggeschliffenwerden (DT-OS 19 21 568).protection gas sinters. After the sintering process, the shape surrounding the workpieces can then be completely or partially ground away(DT-OS 19 21 568).
Nach diesem Verfahren gelingt es, scharfe Konturen und Kanten auf Werkstücke aller Art in gewünschter Dicke zu erzeugen. In einigenFällen zeigt es sich jedoch, daß nach diesem oder nach anderen bekanntenVerfahren hergestellte Panzerungen die statistische Verteilung der Hartstoffe oder Karbide im fertigen Überzug nicht optimalist, d.h. daß die spezifisch schwereren Hartstoffe oder Karbide entsprechend der Schwerkraft nach unten absinken. Das bedeutet,daß an dem oberen Teil der Panzerung eine Verarmung an diesen Hartstoffen oder Karbiden eintritt, während im unteren Teil derPanzerung eine Anreicherung stattfindet. Dies hat zur Folge, daß der Verschleißwiderstand der Panzerung erst nach einem gewissenVolumenverlust der Beschichtung optimal ist. Der Wirkungsgrad der Panzerung ist dadurch herabgesetzt und dessen Wirtschaftlichkeitvermindert.With this method it is possible to produce sharp contours and edges on workpieces of all kinds in the desired thickness. In someCases it turns out, however, that after this or after other knownThe hard material or carbide distribution in the finished coating is not optimali.e. that the specifically heavier hard materials or carbides sink downwards according to the force of gravity. That means,that a depletion of these hard materials or carbides occurs in the upper part of the armor, while in the lower part of theArmor enrichment takes place. This has the consequence that the wear resistance of the armor only after a certainLoss of volume of the coating is optimal. This reduces the efficiency of the armor and its economic viabilityreduced.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese und andere Nachteiledes Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren vorzuschlagen, das es gestattet, eine hohe Hartstoff- oder Karbidkonzentrationan der oberen, zuerst dem Verschleiß ausgesetzten Teil der Panzerschicht zu bewirken. Der Gebrauchswert und die Gebrauchsdauerder Panzerung soll erhöht und das eingesetzte Beschichtungsmaterialvoll genutzt werden.The invention is based on these and other disadvantagesof the prior art and to propose a method that allows a high hard material or carbide concentrationto effect on the upper, first exposed to wear part of the armor layer. The utility value and the service lifethe armor should be increased and the coating material usedcan be used to the full.
Das Verfahren soll wirtschaftlich sein und in kurzer Zeit einwandfreieBeschichtungen ermöglichen.The process should be economical and flawless in a short timeEnable coatings.
Diese Aufgabe wird erfin dungs gemäß dadurch gelöst, daß man indie Form das Pulver oder körniges BeSchichtungsmaterial ein-This object is achieved according to inven tion by the fact that inthe shape of the powder or granular coating material
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bringt, das zu beschichtende Werkstück einlegt und gegebenenfalls unter Druck erhitzt.brings, inserts the workpiece to be coated and optionally heated under pressure.
Als Pulver oder körniges Beschichtungsmaterial werden im Rahmen der Erfindung bevorzugt selbstfließende Hartmetall-Legierungenauf Ni- oder Cu-Basis, versetzt mit B, Si und/oder P eingesetzt.In the context of the invention, self-fluxing hard metal alloys are preferred as powder or granular coating materialbased on Ni or Cu, mixed with B, Si and / or P used.
In gleichem Maße können als Pulver oder körniges Beschichtungsmaterialauch Gemische aus Hartmetall-Legierungen mit Hartstoffen eingesetzt werden.To the same extent can be used as a powder or granular coating materialMixtures of hard metal alloys with hard materials can also be used.
Hartstoffe im Rahmen der Erfindung sind z.B. Carbide, wie WC,Boride und Nitride. Auch Mineralien wie Quarz, Korund und Diamant sind als Hartstoffe geeignet. Auch mit Metallen überzogeneHarts.toffe können eingesetzt werden sowie Gemische aus verschiedenen Hartstoffen.Hard materials within the scope of the invention are e.g. carbides, such as WC,Borides and nitrides. Minerals such as quartz, corundum and diamond are also suitable as hard materials. Also covered with metalsHard materials can be used as well as mixtures of different hard materials.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden als Pulver oder körniges Beschichtungsmaterial Weich- oder Hartlote auf BasisCu, Ag, Cd und/oder Pb eingesetzt.According to a further development of the invention, soft or hard solders are based on powder or granular coating materialCu, Ag, Cd and / or Pb are used.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß man nach dem'Einbringen des Pulvers oder körnigen Beschichtungsmaterials eine Lage eines die Spannung herabsetzenden Materials einbringt.One embodiment of the invention is that after the 'Introducing the powder or granular coating material introduces a layer of stress relieving material.
Als die Spannung herabsetzendes Material kann ein Pulver oder körniges Beschichtungsmaterial mit niedrigerer Härte als das zuerstin die Form eingebrachte Pulver oder körnige Beschichtungsmaterial verwendet werden.As the stress relieving material, powder or granular coating material having lower hardness than the first can be usedPowders or granular coating material introduced into the mold can be used.
Die Erhitzung des Ganzen kann in einem Ofen durchgeführt werden.Sie kann auch auf induktive Weise erfolgen oder man verwendetThe whole can be heated in an oven.It can also be done inductively or it can be used
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hierfür ein Salzbad. Ferner kann man die Erhitzung unter inerter Atmosphäre durchführen.for this a salt bath. Furthermore, the heating can be carried out under an inert atmosphere.
Nach der Erfindung kann die Beschichtung des Werkstückes auch unter Druck durchgeführt werden.According to the invention, the coating of the workpiece can also be carried out under pressure.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es nach einem einfachen und wirtschaftlichen Verfahrengelingt, Werkstücke mit einer fest haftenden Schicht eines Hartmetalls zu versehen.The advantages achieved by the invention are in particular that it is a simple and economical processsucceeds in providing workpieces with a firmly adhering layer of hard metal.
Durch konstruktive Maßnahmen, wie aus der Löttechnik bekannt, ist es nach diesem Verfahren möglich, während des eigentlichenBeschichtungsvorgangs artungleiche Werkstoffe, beispielsweise Hartmetalle an einen Träger zu löten. Diese Möglichkeit ist dannvon Bedeutung, wenn verschieden gelagerte Beanspruchungen an das Werkstück die Verwendung von Werkstoffen unterschiedlicherchemischer und physikalischer Eigenschaften erforderlich machen.By means of constructive measures, as known from soldering technology, it is possible according to this method during the actualCoating process to solder dissimilar materials, for example hard metals to a carrier. This possibility is thenof importance when different stresses on the workpiece require the use of different materialsmake chemical and physical properties necessary.
Der Überzug entfaltet sofort seine verschleißfesten Eigenschaften und braucht nicht bis zu einem gewissen Grade erst abgenutzt werden.Damit wird die Haltbarkeit der aufgebrachten Schichten wesentlich erhöht. Das vorgeschlagene Verfahren ist sehr vielseitig.Das Gewicht des Beschichtungsmaterials des sogenannten Trägers drückt beim Beschichtungsvorgang in die Schmelze und verfestigtdiese. Durch das Eigengewicht des Trägers oder einer zusätzlichen Belastung wird ferner flüssiges Metall auch in enge Spalten gedrücktoder durch Kapillarwirkung hineingezogen. Dieser Vorgang, der einem Lötvorgang entspricht, ermöglicht nicht nur waagrechtliegende Flächen zu beschichten, sondern auch senkrecht stehende und auf verschiedene andere Weise geformte Oberflächen. Fernerkann durch Umfließen der flüssigen Legierung auch eine allseitigeThe coating immediately develops its wear-resistant properties and does not need to be worn down to a certain extent.This significantly increases the durability of the applied layers. The proposed method is very versatile.The weight of the coating material of the so-called carrier presses into the melt during the coating process and solidifiesthese. Due to the weight of the girder or an additional load, liquid metal is also pressed into narrow gapsor drawn in by capillary action. This process, which corresponds to a soldering process, is not only possible horizontallyto coat horizontal surfaces, but also vertical surfaces and surfaces shaped in various other ways. Furtherby flowing around the liquid alloy, it can also be used on all sides
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Beschichtung von Werkstücken bewirkt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß keine Nachlauf problem e des Pulvers auftreten.Bei vielen bekannten Verfahren fließt beispielsweise die flüssige Legierung nicht oder nur unvollkommen an den Wänden der Formab. Die Folge ist, daß nicht nur wertvoller Beschichtungsstoff verlorengeht,sondern auch die Form nach jedem Beschichtungsvorgang gereinigt bzw. von anhaftendem Pulver befreit werden muß, wasmit erheblichem Zeitaufwand verbunden ist. Die Oberfläche der Panzerschicht ist homogen und glatt.Coating of workpieces can be effected. Another advantage is that there are no after-run problems of the powder.In many known methods, for example, the liquid alloy does not flow or flows only imperfectly on the walls of the moldaway. The result is that not only valuable coating material is lost,but also the mold must be cleaned or freed from adhering powder after each coating process, whichis associated with considerable expenditure of time. The surface of the armor layer is homogeneous and smooth.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematischdargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.The invention is exemplified and schematic in the drawingsand is described in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 die Beschichtung von Armaturensitzringen1 shows the coating of valve seat rings
a) Vor der Beschichtunga) Before coating
b) nach der Beschichtungb) after coating
Fig. 2 die Beschichtung von Ventilsitzen2 shows the coating of valve seats
a) vor der Beschichtunga) before coating
b) nach der Beschichtungb) after coating
Fig. 3 die Beschichtung von Prallplatten3 shows the coating of baffle plates
a) vor der Beschichtunga) before coating
b) nach der Beschichtungb) after coating
Fig. 4 die Beschichtung und Löten eines Werkstückes4 shows the coating and soldering of a workpiece
a) vor der Beschichtung ·a) before coating
b) nach der Beschichtungb) after coating
In den Figuren bedeuten:In the figures:
a) Vor der Beschichtung ·a) Before coating
1 die Form, 2 das zu beschichtende Werkstück, 3 das einge-1 the shape, 2 the workpiece to be coated, 3 the
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brachte Pulver oder körnige Beschichtungsmaterial, 4 den Abstandhalter,5 eine weitere Lage Pulver oder körniges Beschichtungsmaterial, 6 den Kern, 7 anzulötendes Werkstück und 8 dieFührung oder Halterungbrought powder or granular coating material, 4 the spacer,5 another layer of powder or granular coating material, 6 the core, 7 the workpiece to be soldered on and 8 theGuide or bracket
b) Nach der Beschichtungb) After coating
1' die Form,2'das beschichtete Werkstück, 3J die aufgebrachteSchicht, 4J den Abstandhalter, 5' eine aufgebrachte weitereSchicht,6'den Kern, 7' das angelötete Werkstück und 8' die Führung oder Halterung.1 'the shape,2' the coated workpiece,3J the applied layer,4J the spacer, 5 'another applied layer,6' the core, 7 'the workpiece that is soldered on and 8' the guide or holder.
Gemäß Fig. 1 wird in die Form 1 ein Hartmetall-Legierungspulveraus CrNiBSi mit einer Fraktion von 30 bis 100 yum lose eingefüllt.Das lose eingebrachte Pulver wird durch Vibration vorverdichtet und dabei eingeebnet. Dann wird der gereinigte, von Staub und Schmutzbefreite Armaturensitzring als zu beschichtendes Werkstück 2 aufgelegt. Form 1 und Werkstück 2 werden zusammen in einem Vakuumofen11/2 Stunden auf eine Temperatur von 1050 C in einem VakuumAccording to FIG. 1, a hard metal alloy powder is placed in the mold 1made of CrNiBSi with a fraction of 30 to 100 μm filled in loosely.The loosely introduced powder is pre-compacted by vibration and leveled in the process. Then the cleaned, from dust and dirtfreed valve seat ring is placed as workpiece 2 to be coated. Form 1 and workpiece 2 are put together in a vacuum oven11/2 hours at a temperature of 1050 C in a vacuum
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von 10 bis 10 Torr erhitzt. Anschließend wird im Ofen abgekühltund das beschichtete Werkstück aus der Form entnommen.heated from 10 to 10 torr. It is then cooled in the ovenand the coated workpiece is removed from the mold.
Gemäß Fig. 2 wird die Beschichtung von Ventilkegeln durchgeführt, wie sie in der Armaturenbranche oftmals vorkommen.According to Fig. 2, the coating of valve cones is carried out, as they often occur in the valve industry.
In Form 1 aus Porzellan mit einer maß genauen und besonders glatten Innenfläche wird der Beschichtungswerkstoff 3, eine Co-Cr-W-B-Hartlegierungmit ca. 40 HRc in exakt vorberechnetem Gewichtsanteil ohne Vorverdichtung eingefüllt. Werkstück 2 wirdauf eine Pulveroberfläche 3 aufgesetzt und durch eine Führung 8 fixiert, so daß ein senkrechtes Eintauchen in die Schmelze gewähr-The coating material 3 is a Co-Cr-W-B hard alloy in form 1 made of porcelain with a dimensionally accurate and particularly smooth inner surfaceFilled with approx. 40 HRc in an exactly precalculated weight proportion without pre-compression. Workpiece 2 isplaced on a powder surface 3 and fixed by a guide 8 so that vertical immersion in the melt is guaranteed.
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gewährleistet Ist. Gleichzeitig übernimmt diese Führung die Funktiondes Abstandshalters dahingehend, daß sie das Eintauchen nurbis zu eintr vorberechneten Tiefe zuläßt. Durch induktive Erwärmungin inerter Atmosphäre wird eine Erschmelzung des Pulvers vorgenommen. Entsprechend der Oberflächenglätte und der Maßgenauigkeitder Form wird eine engtolerierte Beschichtung erzielt, so daß lediglich nur noch eine Feinstbearbeitung zum Erzielen engsterToleranzen und höchster Oberflächenglätte erforderlich ist.is guaranteed. At the same time, this leadership takes over the functionof the spacer in that they are immersion onlyup to a pre-calculated depth. Through inductive heatingThe powder is melted in an inert atmosphere. According to the surface smoothness and the dimensional accuracythe form a tightly toleranced coating is achieved, so that only a very fine machining is required to achieve the tightestTolerances and maximum surface smoothness is required.
Gemäß Fig. 3 sollen Prall- oder Verschleißplatten hergestellt werden.Verschleißplatten für Bunkerwände werden üblicherweise aus einem verschleißfesten und somit sprödem Guß hergestellt. Oft>malsführt bereits das Anziehen der Befestigungsschrauben zu Spannungsrissen und somit zum Brechen der Platten. Dieser Effektwird weiterhin im eingebauten Zustand durch relativ geringe Schlagbeanspruchungenerreicht.According to FIG. 3, impact or wear plates are to be produced.Wear plates for bunker walls are usually made of a wear-resistant and thus brittle cast. Often> timesEven tightening the fastening screws leads to stress cracks and thus to breakage of the panels. This effectis still in the installed state due to relatively low impact loadsachieved.
In die Form 1 wird zunächst die hochverschleißfeste Hartlegierung in Pulverform 3, bestehend aus einer Mischung mit je 50 Gew%Ni-Cr-BrSi mit ca. 60 HRc und Wolframkarbiden eingeführt und geebnet.Ebenso wird als zweite Legierung eine spannungsabbauende Ni-Cr-B-Si-Legierung mit 30 - 35 HRc 5 aufgegeben. Auf diesesDepot wird der Träger 2 aufgesetzt, der innen mit Abstandshalter 4,bestehend aus Ni-Cr-B-Si-Blankstäben und einem Sandgußkern versehenwurde. Entsprechend Beispiel 1 wurde das Schmelzverbinden vorgenommen.The highly wear-resistant hard alloy in powder form 3, consisting of a mixture with 50% by weight each, is first put into form 1Ni-Cr-BrSi with approx. 60 HRc and tungsten carbides introduced and leveled.A stress-relieving Ni-Cr-B-Si alloy with 30 - 35 HRc 5 is also abandoned as the second alloy. On thisDepot, the carrier 2 is placed on the inside with spacer 4,consisting of Ni-Cr-B-Si bright bars and a sand cast corebecame. The fusion bonding was carried out according to Example 1.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden durch Verwendung eines Stahlträgers 2 aus z.B. St 37 die Spannkräfte auf den zähenTräger übertragen. Zwecks Erhöhung der Schlagbeanspruchung wird eine 2- oder 3-fache Aufschüttung aus Legierungen unter-According to the method according to the invention, the clamping forces on the toughTransfer carrier. In order to increase the impact stress, a double or triple fill of alloys is placed underneath.
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schiedlicher chemischer Zusammensetzung und Härte vorgenommen. Damit werden hohe Spannungen abgebaut, die bei starkerStoß-, Schlag- oder Druckbeanspruchung auf die spröde Verschleißschichteinwirken.different chemical composition and hardness. In this way, high tensions are relieved, which is the case with strongerImpact, impact or pressure on the brittle wear layeract.
Gemäß Fig. 4 wird ein Träger als zu beschichtendes Werkstück 2 aus St 37 zusammen mit einem Rohr 7 aus austenitischem Werkstoff1.4571 auf das Pulverdepot 3, bestehend aus einer Ni-Cr-B-Si-Legierungmit 60 HRc aufgesetzt. Das Rohr 7 wird bis auf den Formenboden gedrückt. Um ein Anlegieren an im Innern des Rohres angesammeltenPulvers zu verhindern, wird dieses vor dem Einsetzen in den Ofen abgesaugt.According to FIG. 4, a carrier is used as the workpiece 2 to be coated made of St 37 together with a tube 7 made of austenitic material1.4571 on the powder depot 3, consisting of a Ni-Cr-B-Si alloyput on with 60 HRc. The tube 7 is pressed down to the bottom of the mold. To an alloying to accumulated inside the tubeTo prevent powder, it is sucked off before it is placed in the oven.
Das System wird nun in einem Vakuumofen über den Schmelzpunkt des Pulvers erhitzt. Der Träger 2 sinkt bis auf den am Rohr7 angebrachten Anschlag. Durch Diffusion legiert sich die Schmelze an den Träger 2. Der Lötspalt zwischen Träger 2 und Rohr 7 wirdmit dem Beschichtungswerkstoff 3 gefüllt und es entsteht eine feste Verbindung.The system is then heated in a vacuum oven above the melting point of the powder. The carrier 2 sinks down to the one on the pipe7 attached stop. The melt is alloyed to the carrier 2 by diffusion. The soldering gap between carrier 2 and tube 7 becomesfilled with the coating material 3 and there is a solid connection.
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