VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON METALLISCHEN HARTGUSS-FORMTEILEN UND DEREN -VERWENDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Hartguß-Formteilen mit Bereichen er¬ höhter Verschleißfestigkeit, die durch Einbringung von einen örtlichen Legierungseffekt mit dem Sch elzen- Werkstoff lie ernden Formkörpern in die Gußform ge¬ schaffen sind.

Sie bezieht sich ferner auf die Verwendung derartiger Hartguß-Formteile als Baggerzähne und/oder Bagger- lippen von Löffelbaggern.

Bei der Förderung bzw. Zerkleinerung von Erzen, Steinen, oder sonstigen natürlichen oder künstlichen Stoffen bestehen erhebliche technische Pronleme hinsichtlich der Werkstoffe für die Verschleißteile der dabei eingesetzten Werkzeuge, Besondere Probleme treten insbesondere dann auf, wenn das zu zerkleinernde Material neben einer hohen Härte auch noch eine hohe Zähigkeit aufweist. Bei derartigen Materialien, bei denen bisher die üblichen Zerkleinerungswerkzeuge aus Manganhar stahl nur geringe Standzeiten aufweisen, ist die für die Weiterverarbeitung erforderliche Zer¬ kleinerung wirtschaftlich nur dann vertretbar, wenn der Wert des Produktes erheblich höher ist als die entstehenden Verschleißkosten, bezogen auf eine entsprechende Menge des Gutes. Die Schwierigkeiten bei den Zerkleinerungsmaschinen bzw. deren Verschlei߬ teilen ergeben sich insbesondere deshalb, weil neben der reibenden Beanspruchung durch das Brechgut in erheblichem Maße auch stoßende, schlagende oder -.prallende Beanspruchungen an Verschleißteilen auf¬ treten.

Um die Standzeit hochbeanspruchter Gußteile zu ver¬ bessern, ist bereits vorgeschlagen worden, durch Auf¬ bringung von Legierungspasten ari bestimmten Flächen der Form vor dem Guß einen oberflächlichen Härtungs- effekt an den besonders verschleißbeanspruchten Stellen zu erreichen. Diese Maßnahme beim Gießen hat jedoch wesentliche Nachteile; sie ist umständlich in der Handhabung, unsicher bzw. ungenau hinsichtlich des Ausmaßes der technologischen Verbesserung und gering - hinsichtlich der Tiefenwirkung ^" des- Legierungseffektes, weil nur:dünne Pastenschichten angewendet werden können.

Eine andere Maßnahme mit gleicher Zielsetzung besteht darin, Hartstoffteile in das Hohlvolumen der Gußform einzubetten, die im gegossenen Formteil von der Matrix des Gußwerkstoffes umhüllt sind und eine entsprechende Verschleißminderung bewirken. Wenngleich die Tiefen¬ wirkung dabei gegenüber der Anwendung vo ^' Legierungs¬ pasten wesentlich verstärkt ist, kann auch diese Lösun nicht als vollauf zufriedenstellend ^' angesehen werden, denn es müssen zusätzliche Vorkehrungen ge¬ troffen erder, etwa durch Anwendung von Maschen¬ draht oder nach einem anderen Vorschlag von Saug¬ druck, um die einzelnen Hartstoffkörner bzw. -stücke derart im Hohlvolumen der Gußform zu fixieren, daß die im Regelfall beabsichtigte gleichmäßige Ver¬ teilung im Gußteil sichergestellt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, mit dem es gelingt, verschleißfeste Gußteile mit einer den je¬ weiligen Anforderungen leicht anzupassenden Kombination von Härte und Zähigkeit, somit also in bestmöglicher Weise kostengünstig herzustellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeich¬ net, daß eine Grundmetallschmelze aus Manganhartstahl u

poröse Formkörper verwendet werden, die durch Aufschäumen von feinteiligem, mit einer wässerigen Alkalisilikat¬ lösung und gegebenenfalls zusätzlichen Hartstoffen ver¬ mischtem Ferrobor, vorzugsweise in Kernkästen, gebildet worden sind.

Der Umstand, daß pulverförmiges Ferrobor mit einer wässerigen AlkaliSilikatlösung unter Aufschäumen und Ausbildung eines porösen Formkörpers reagiert, ist durchaus ^' überraschend und findet im Verhalten anderer Ferrolegierungen, z.B. Ferromangan unter analogen Ver¬ hältnissen keine Parallele. Die Reaktion wird durch Er¬ wärmen beschleunigt, so daß es für die Herstellung der Formkδrper angezeigt erscheint, das Aufschäumen bei einer Temperatur von zumindest etwa 80° C vorzunehmen. Wenn¬ gleich es bevorzugt wird, die für die porösen Formkörper gewünschte Formgebung durch die Anwendung ^" entsprechender Formkästen bei der Erstarrung der geschäumten Masse vor¬ zusehen, kann natürlich auch eine Formgebung nach der Erstarrung des Schaumes vorgenommen werden. Daß ^' das resultierende Porenvolumen primär vom Formfüllungsgrad sowie der Konzentration der Silikatlösung beeinflußt wird, versteht ^"" sich wohl von selbst. Wenngleich der Reaktionsmechanismus für das Aufschäumen noch nicht ein- deutig geklärt ist, kann jedenfalls ausgesagt werden, daß es sich dabei nicht um eine pyrolyti≤che Zersetzung handelt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beisυiel 1 :

Feinkörniges Ferrobor (Körnung 0,02 - 0,075 mm) wurde mit 30 tigern Natronwasserglas vermischt und ein sehr zäher Brei gebildet. Dieser Brei wurde sodann als

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Füllung etwa der Hälfte des HohlVolumens von Kernkästen verwendet, die der Zahnform von Baggerzähnen nachge¬ bildet waren. Die Kemkästen wurden dann 2h lang auf 120°C erwärmt, wobei sich poröse Formkörper aus- bildeten, deren Porengröße im Mittel 0,7 mm und deren Porenvolumen etwa 50 % betrug. Diese Formkörper wurden in eine aus Quarzsand hergestellte sogenannte "grüne" Gußform zur Herstellung der Baggerzähne derart einge¬ setzt und dort mit For nägeln befestigt, daß - auf die Oberfläche der Zahnflanke bezogen - etwa 50 % derselben ausgelegt wurden.. Der Abguß wurde mit einer Schmelze aus Manganhartstahl bei einer Gießtemperatur von 1530°C vorgenommen. Die so hergestellten Baggerzähne zeigten im praktischen Einsatz eine hervorragende Standfestigkeit.

Beispiel 2:

Aus einer breiartigen Mischung eines innigen Gemenges aus 80 -% des im .Beispiel 1 beschriebenen Ferrobors und 20 Gew.-?6 Korund (Körnung 0,05 - 0,1 m)_ mit 30 ^-ige Natronwasserglas wurden in einem Keimkasten ähnlich wie im Beispiel 1 Formkörper mit einem Porenvolumen von etwa 50 % in der Abmessung 100 x 100 x 15 πim hergestellt. Diese Formkörper wurden im -Kantenbereich der Lippe von Baggereimern im gleichmäßigen Abstand von etwa 20 mm in die Gu߬ orm eingelegt und dort mit Formnägeln- befestigt. er Abguß erfolgte mit einer auf 154-0°C erhitzten Schmelze aus Manganhartstahl.

Die Standzeiten dieser als Löffelbagger in Zinnminen eingesetzten und dabei einer besonders hohen Verschleiß- beanspruchung ausgesetzten Baggereimer konnten auf diese Weise um ein Mehrfaches verbessert werden.

Zur Demonstration der primär vom Porenvolumen der in die Gußform eingebrachten porösen Ferrobor-Formkörper bestimmten Härteverhältnisse bei erfindungsgemäß her¬ gestellten Gußteilen werden abschließend durch Ätzung mit .2 HNO, enthaltene Schliffbilder der randlegier¬ ten Zonen erläutert, die sich auf das in 250-facher Vergrößerung dargestellte Rahdzonen-Gefüge (Abb.1 ^' - 3) bzw. das Gefüge der Grundmetallmatrix von Mangahhart- stahl (Abb..4) ^' beziehen.

Abb. 1 zeigt ein solches unter Verwendung von Ferrobor- Formkörpern mit einem Porenvolumen ^' von 20 % sich er¬ gebendes Gefüge mit dem Borideutektikum, wobei 90 % der Schliff-Fläche eine Härte von 82CK - 860 HV auf- weisen. Beim Gefüge von Abb. 2 betrug das Porenvolumen der Formkörper 40 %; der Flächenanteil mit 800 - 860 HV ist auf etwa 50 verringert, während die Grundmasse (borhältiger Mn-Austenit) 300 HV aufweist.

Abb.-3 zeigt ein Gefüge, v/obei das Porenvolumen 60 % betrug; der Flächenanteil mit 800 - 860 HV beträgt 30 . die Härte der Grundmasse ebenfalls 300 HV.

^"' Schließlich ist in Abb. 4 das Gefüge der Grundmetall- , matrix, also von Manganhartstahl im gleichen Vergröße¬ rungsverhältnis dargestellt; seine Härte beträgt 240 HB.