DE668580C - Verbundkoerper aus vorgeformtem Eisen oder Stahl mit einem einseitigen UEberzug aus einer Eisen-Bor-Legierung - Google Patents

Description

Es sind bereits Eisen-Bor-Legierungen für die Herstellung von Gußstücken für Arbeitszylinder der Brennkraftmaschinen, für Kolben, Pumpen usw. vorgeschlagen worden, welche einen geringen (o,S°/₀ und darunter) Kohlenstoffgehalt enthalten und in der Regel einen Weichstahl darstellen, der sich besonders leicht bearbeiten läßt und große Abschleiffähigkeit, d. h. geringe Härte besitzt. Andererseits ist es bekannt, Werkstücke, wie Kolben, die nur an einer Seite einer besonderen Beanspruchung ausgesetzt sind, aus Verbundmetallen herzustellen, deren beanspruchte Seite aus Hartmetallen, wie Stellit, Chromstahl, Schnelldrehstählen u. ä., besteht. Das gleichmäßige Auftragen dieser Hartmetalle z. B. auf die Innenfläche von Zylindern oder Rohren nach dem Vorgang des Schleudergusses ist jedoch infolge ihrer Zähflüssigkeit und des hohen Schmelzpunktes äußerst schwierig, jedenfalls aber nur in dicker Schicht möglich, die ein kostspieliges Abschleifen auf die erforderliche genaue lichte Weite nötig macht.

Die Erfindung löst die Aufgabe, leichtflüssige, niedrig schmelzende Überzugslegierungen von großer Härte für Verbundmetalle ' namhaft zu machen, die außerdem noch den Vorzug haben, sich mit dem Grundmetall ohne weiteres dauerhaft zu verbinden. Den Gegenstand der Erfindung bilden Verbundkörper aus vorgeformtem Eisen- oder Stahlgrundmetall mit einem einseitigen Überzug aus einer Eisen-Bor-Legierung, die gleichzeitig folgende Merkmale besitzt: i. Die Überzugslegierung besteht aus 2 bis 4°/o Kohlenstoff, 0,2 bis 2,5°/₀ Bor, bis 2,5 °/o Silicium, bis 0,1 °/₀ Schwefel, bis 0,3 °/o Phosphor und als Rest Eisen nebst Verunreinigungen, 2. das besonders eingestellte Verhältnis Kohlenstoff : Bor ist derart, daß die Legierung eine Härte von über 500 Monotron-Diamantkugel-Brinell-Einheiten, d. h. über 47 Rockwell-C-Einheiten, und einen Schmelzpunkt unterhalb 1150⁰ C besitzt, 3. der Kohlenstoff liegt nur in gebundener Form vor.

Die gemäß Erfindung zu verwendenden Legierungen besitzen einen Schmelzpunkt zwischen 1065° und 1120⁰ C, d. h. einige hundert Grad unterhalb desjenigen von gewöhnlichen stählernen und eisernen Rohren, Zylindern u. ä. Ihre Härte ist in den Grenzen von über etwa 500 bis über 1000 enthalten, gemessen an der Monotron-Diamantkugel-Brinell-Skala (das sind 47 bis 72 Rockwell-C-Einheiten), so daß sie im allgemeinen nicht bearbeitungsfähig sind, ausgenommen durch Schleifen. Sie besitzen eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung, die öfter das Zehnfache derjenigen von gewöhnlichem Gußeisen erreichen kann, sowie eine Wärmeleitfähigkeit, die weniger als ein Drittel derjenigen von

Gußeisen oder Stahl beträgt. Diese letztere Eigenschaft macht sie für Überzüge an den Zylindern von Brennkraftmaschinen besonders wertvoll, da durch diese äußerst geringe·. Wärmeleitung die Wärmeausdehnung und ί| her das Verziehen auf das Geringste verra dert werden und ein besonders geringer Spielt raum zwischen den Arbeitsteilen aufrechterhalten werden kann.

ίο Ein anderer für die Verwendung als Überzüge an Stahl-undEisenrohren und -zylindern besonders wertvoller Vorzug der Legierungen ist ihre Eigenschaft, ein vollkommenes Anhaften an einer gereinigten, erhitzten Eisen- oder Stahlfläche durch einfaches Anschmelzen bzw. Auftragen der geschmolzenen Legierung auf den erhitzten Stahl ohne Flußmittel zu gewährleisten, obwohl, wenn gewünscht, die üblichen Flußmittel Verwendung finden können, besonders falls die zu überziehende Fläche nicht ganz rein sein sollte.

Zweckmäßig erhalten die Legierungen einen Zusatz von 1,5 bis 9% Nickel, wodurch die Härte auf über 700 (bzw. 57), vorzugsweise über 800 (bzw. 62) der genannten Einheiten steigt, während der Schmelzpunkt noch unterhalb von 1150⁰C gehalten wird.

Die zweckmäßigsten Gehaltsverhältnisse der

Legierung für die meisten technischen Zwecke sind die folgenden: Kohlenstoff von etwa 2,5 bis 3,5 Gewichtsprozent, Bor von etwa 0,75 bis 1,5 Gewichtsprozent, Nickel von etwa 2,5 bis 6,0 Gewichtsprozent, Silicium nicht über 1,5 Gewichtsprozent, Schwefel nicht über 0,05 Gewichtsprozent, Phosphor nicht über 0,05 Gewichtsprozent, Eisen der Rest.

Wird das Nickel ausgelassen, so vermindert sich die Härte wesentlich, trotzdem sie für einige Zwecke immer noch beträchtlich ist. ♦o Es wurde gefunden, daß durch zusätzliche andere Metalle, wie Chrom, Wolfram, Mangan, Vanadin, Molybdän, Kobalt in geringen Gehalten, kein namhafter Vorteil· erreicht wird. Aluminium muß aus der Legierung ferngehalten werden, da schon geringe Mengen einen wesentlichen Härteabfall bedingen; daher ist die Verwendung des nach dem Thermitverfahren hergestellten Ferrobors, das nennenswerte Mengen Aluminium enthält, als Bestandteil der Legierung ausgeschlossen. Kupfer in gewissen Mengen (beträchtlich über 1%) vermindert ebenfalls die Härte der Legierung.

Die Herstellung der Legierung geschieht durch Zusammenschmelzen der einzelnen Elemente.

Zwecks Erzeugung der Überzüge auf der Innenfläche der Verbundkörper, z. B. Stahloder Eisenrohre bzw. -zylinder, werden dünne Stäbe der Legierung in kleine Stücke zerkleinert, die benötigte Menge derselben wird je nach der gewünschten Dicke des Überzuges in das Rohr oder den Zylinder eingeführt, der zuvor sorgfältig innen z. B. durch Naß-■behandlung gereinigt worden ist, und das .•"Efide (oder die Enden) des Zylinders wird afi& Stahlscheiben oder Pfropfen, welche einpgfczwängt, angeschweißt oder sonstwie befestigt werden, abgeschlossen, wobei die eine Scheibe oder Pfropfen eine sehr kleine öffnung zwecks Entweichens der Gase und Luft besitzt. In einigen Fällen wird mit der Beschickung eine geringe Menge von Natriumcarbonat, Natriumborat, Calciumfluorid usw. eingeführt, um etwaige nichtmetallische Bestandteile aufzunehmen, was aber bei gut gereinigter Metallfläche nicht notwendig ist. Es empfiehlt sich auch ■— was an sich bekannt ist —, eine kleine Menge einer Flüssigkeit, Z.B.Methylalkohol, einzuführen, die ein nichtoxydierendes Gas zwecks Vertreibung von Luft entwickelt.

Der geschlossene Zylinder wird alsdann allmählich und gleichmäßig in einem Ofen unter langsamer Umdrehung erhitzt, und zwar gerade etwas über den Schmelzpunkt der Beschickung, worauf der rotglühende Zylinder rasch aus dem Ofen herausgezogen und zwischen waagerechten Dornen einer Drehbank eingespannt oder auf sich drehende Walzen aufgelegt wird, so daß der Zylinder sofort in Umdrehung mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 600 m in der Minute versetzt wird. Die Umdrehung wird etwa ¹Z₂ bis ι Minute fortgesetzt, wobei währenddem durch Strahlung so viel Wärme abgeleitet wurde, daß die geschmolzene Schicht der Legierung in gleichmäßiger Dicke an der Zylinderfläche fest geworden ist. Nach vollständigem Abkühlen wird, das eine bzw. die beiden Enden des Zylinders durch Abschneiden geöffnet und der so gut wie ganz glatte Überzug bis auf die erforderliche lichte Weite abgeschliffen. Die Außenseite des Zylinders kann in beliebiger Weise bearbeitet werden.

Die so erzeugten Hartüberzüge können sehr dünn, z. B. von 0,75 mm Dicke oder noch weniger, aber auch sehr dick sein,, je nach der Menge der eingebrachten Beschickung. Jedenfalls sind sie mit dem Metall des Rohres oder Zylinders zu einem Ganzen vereinigt, und zwar an allen Stellen, so daß Teile des Gegenstandes abgebrochen werden können, ohne daß sich der Überzug abschält. Ein besonderer Vorzug besteht darin, daß die lichte Weite des Überzuges dadurch vorherbestimmt werden kann, daß eine genau abgemessene Menge der Beschickung eingebracht wird.

Solche Rohre sind besonders als Motor- und Pumpenzylinder oder Arbeitstrommeln geeignet, namentlich bei Pumpen für sandhaltige Flüssigkeiten, ferner als Einlagehülsen für die

Zylinder der Brennkraftmaschinen, dann für Bremstrommeln, Stahlblechmäntel und sämtliche Hohlkörper, die einer sehr starken Reibung ausgesetzt sind. Die Dauerhaftigkeit solcher Arbeitsteile ist etwa 6 mal so groß wie ί die der üblichen. ,

Claims (4)

1. Patentansprüche: ^ν*··

   ι. Verbundkörper aus vorgeformtem

   ίο Eisen oder Stahl mit einem einseitigen Überzug aus einer Eisen-Bor-Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugslegierung gleichzeitig folgende Merkmale besitzt:

   a) Die Legierung besteht aus 2. bis 4% Kohlenstoff, 0,2 bis 2,5% Bor, bis 2,s°/₀ Silicium, bis 0,1 % Schwefel, bis 0,3. °/₀ Phosphor, Rest Eisen und Verunreinigungen;

   b) das Mengenverhältnis Kohlenstoff zu Bor ist derart eingestellt, daß die Legierung eine Härte von über 500 Monotron-Diamantkugel-Brinell-Einheiten (etwa 47 Rockwell-C-Einheiten) und einen. Schmelzpunkt unterhalb 1150⁰C besitzt;

   c) der Kohlenstoff liegt nur in gebundener Form vor.
2. 2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugslegierung gegenüber den Merkmalen ge- maß Anspruch 1 folgende Unterschiede aufweist:

   a) Die Legierung enthält noch 1,5 bis

   9 7o Ni;

   b) die Härte beträgt über 700 (bzw. 57), vorzugsweise über 800 (bzw. 62) der genannten Einheiten und der Schmelzpunkt liegt unterhalb 1150° C, vorzugsweise unterhalb 1120⁰ C.
3. 3. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugslegierung gegenüber den Merkmalen gemäß Anspruch 1 folgende Unterschiede aufweist:

   a) die Legierung enthält 2,5 bis 3,5 °/₀ Kohlenstoff, 0,75 bis 1,5 % B°^r> ²>5 bis 6% Nickel;

   b) Härte und Schmelzpunkt gemäß Anspruch 2.
4. 4. Hohler, rohrförmiger Körper (Rohr, Zylinder o. dgl.) aus Eisen oder Stahl, der auf seiner Innenfläche mit einer Legierung überzogen ist, welche die Merkmale der Ansprüche 1, 2 oder 3 besitzt.