DE1957944C3 - Welding filler material in the form of a sintered ring for build-up welding - Google Patents
Welding filler material in the form of a sintered ring for build-up weldingInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einem Schweiß/us:it/\verkstoff in Form von gesinterten Ringen zum Auftragschweißen auf Dichtungsflächen von Ventilen und Ventilsitzen in Verbrennungsmotoren.The invention relates to a sweat material in the form of sintered rings for build-up welding on sealing surfaces of valves and valve seats in internal combustion engines.
F. ist bereits ein solcher Zusatzwerkstoff bekannt, der/um Auftragschweißen auf Ventilen von Kraftwagenmotoren verwendet wird und Nickel. Chrom und Graphit im Ausgangszustand in Pulverform enthält (vgl. W. K. Kaienski, I W. Gladki. I. D. Frumin. in Zeitschrift »Automatisches Schweißen«. Nr. !.Seite 15. und Nr. S.Seite 1?.. 11Ti 3, in Russim.Ii). -i" Man stellt vorher aus derartigem pulverförmigen Material durch Pressen Ringe mit anschließendem Sintern unter Vakuum her. Der auf diese Weise erhaltene Ring wird auf das Ventil gelegt und durch einen Plasmahogen geschmolzen, so daß auf der Dichtungsfliiehe eine Schicht von hir/ebeständiger Legierung entsteht. F. such a filler material is already known, which is used to build-up welding on valves of motor vehicle engines and nickel. Contains chromium and graphite in powder form in its initial state (cf. WK Kaienski, I W. Gladki. ID Frumin. In the magazine “Automatisches Schweiß”. No.!. Page 15. and No. S. Page 1? .. 1 1 Ti 3 , in Russim.Ii). -i "Rings of this kind are previously produced by pressing, followed by sintering under vacuum. The ring obtained in this way is placed on the valve and melted by a plasma arc so that a layer of heat-resistant alloy is formed on the sealing fleece .
Im allgemeinen enthalten Metallpulver, die fur die Herstellung von Schweißgut verwendet werden, eine gewisse Menge Oxide. Uei der Verwendung von /. B. 5" aluminothermischem Chrom gelangt in das Einsalzgut etwa 0.2% hochschmelzende Schlacke auf der Grundlage der Aluminium- und Chromoxide. Ein solcher Werkstoff schmilzt ungleichmäßig, das flüssige Metall benetzt schlecht die Ränder, es bilden sich stellenweise nichtzusamrnengesehmol/.cne Flächen. Die Schlacke sammelt sich und fällt auf der Oberflache der aufgeschmolzenen Schicht in Kugeltröpfchen unter Bildung von Vertiefungen aus. Das verursacht beträchtlichen Ausschuß beim Auftragschweißen.In general, metal powders used in the manufacture of weld metal contain some amount of oxides. When using /. B. 5 "aluminothermic chromium gets into the salted material about 0.2% high-melting slag based on aluminum and chromium oxides. Such a material melts unevenly, the liquid metal does not wet the edges well, and in places non-cohesive surfaces are formed. The slag collects and precipitates on the surface of the melted layer in spherical droplets with the formation of depressions, which causes considerable scrap during build-up welding.
Eine weitere Ursache für Ausschuß beim Auftragschweißen ist die Bildung von Gasporen. Die Poren zeigen sich auf der Dichtungsf lache nach der mechanischen Bearbeitung der auftraggeschweißten Ventile.Another cause of rejects during build-up welding is the formation of gas pores. The pores appear on the sealing surface after the mechanical Machining of the overlay welded valves.
Es ist bekannt, dem eingangs genannten Schweißzusatzwcrkstoff ohne Ringform noch Wolfram zuzusetzen, um seine Hitzebeständigkeil /u erhöhen.The welding filler material mentioned at the beginning is known without adding tungsten in order to increase its heat-resistant wedge / u.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schweiß/usatzwerkstoff in Form von gesinterten Rinnen zu entwickeln, dessen Zusammensetzung die Herstellung einer hoehqualitativen auftraggeschweißten Schicht mit minimaler Anzahl von nichtzusammengesehmol,:cnen Flächen, Vertiefungen und Pn/en gewährleistet. The invention is based on the object of providing a welding filler material in the form of sintered channels to develop the composition of which the production of a high quality overlay welded Layer with a minimum number of not combined,: cnen Surfaces, depressions and pn / s guaranteed.
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Chrom. Graphit und Nickel enthaltenden Schweißzusat/werkstoff in Form gesinterter Ringe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet ist: 26,0 bis 30.0% Chrom: 1,8 bis 2,4% Graphit; 8,0 bis 15.0% Wolfram; 0.05 bis 0,50% Kalziumfluorid; 0,05 bis 0,50% einer binären Aluminium-Kalzium-L.egierung mit 10 bis 20% Kalzium; Rest Nickel sowie bis 0,05 % Sauerstoff, bis 0,05% Stickstoff, bis 0,005% Wasserstoff und weitere unvermeidliche Verunreinigungen.This task is done with the chrome mentioned at the beginning. Weld filler material containing graphite and nickel in the form of sintered rings according to the invention in that it has the following composition characterized is: 26.0 to 30.0% chromium: 1.8 to 2.4% graphite; 8.0 to 15.0% tungsten; 0.05 to 0.50% calcium fluoride; 0.05 to 0.50% of a binary aluminum-calcium alloy with 10 up to 20% calcium; The remainder is nickel and up to 0.05% oxygen, up to 0.05% nitrogen, up to 0.005% hydrogen and other inevitable impurities.
Dieser Zusatzwerkstoff ermöglicht, thß damit eine Auftragschweißschicht mit minimaler Anzahl von nichi/usammengeschmolzenen Flächen und Vertiefungen und praktisch ohne Poren erhalten wird.This filler material enables a hardfacing layer with a minimal number of non-melted areas and depressions and practically without pores to be obtained.
L-ie Verhinderung von Porenbildung in dem Auftratischweißgut beim Auftragschweißen auf DichtunVflächen von Ventilen und Ventilsitzen der Verbrennungsmotoren ist auf den Gehalt von 0,05 bis n.50%- einer binären Legierung von Aluminium mit 10 bis 20% Kalzium im Schweißzusatzwerkstoff zurückzuführen. Im folgenden ist diese Legierung dnfachheitshalber mit »Alumokalzium·' bezeichne!:.L-ie prevention of pore formation in the Auftratiweißgut during build-up welding on sealing surfaces of valves and valve seats in combustion engines is based on the content from 0.05 to n.50% - a binary alloy of aluminum with 10 to 20% calcium in the filler metal. In the following, for the sake of simplicity, this alloy is denoted by "alumocalcium"!:.
Zur Herstellung der aus dem erfindungsgemiißen Schwcißzusatzwerkstoff bestehenden Ringe geht man von den Komponenten in Form von Pulvern aus. die sich durch einen hohen Reinigungsgrad auszeichnen und möglichst wenig Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff enthalten sollen.One proceeds to manufacture the rings made from the filler metal of the present invention from the components in the form of powders. which are characterized by a high degree of purification and should contain as little oxygen, nitrogen and hydrogen as possible.
Nach einem innigen Vermischen im Mischer wird das feit me Einsatzgut in den Zulauf-Vorratsbehälter der automatischen Presse geschüttet, in der die Ringe gepreßt werden.After intimate mixing in the mixer, the free material to be used is placed in the feed storage container the automatic press in which the rings are poured be pressed.
Die Dosierung des Einsatzgutes beim Pressen erfolgt nachdem Volumen. Der Preßdruck beträgt 6000 bis ,SOOi) kp'cnr.The dosage of the input material during pressing is based on volume. The pressure is 6000 bis, SOOi) kp'cnr.
Die gepreßten Ringe werden unter Vakuum von 1 ■ lii 4 Torr während I Stunde bei einer Temperatur von 1000 bis 1100° C gesintert. Durch die Sinterung wird es möglich, die mechanische Festigkeit der Ringe zu erhöhen, den Gcsamtgchalt an Gasen in diesen /u senken und deren Auftragschwcißeigenschaften zu verbessern.The pressed rings are sintered under a vacuum of 1 lii 4 Torr for 1 hour at a temperature of 1000 to 1100 ° C. Sintering makes it possible to increase the mechanical strength of the rings, to lower the total content of gases in them and to improve their deposition properties.
Die fertigen Ringe können /.. Ii. die folgende chert.isehe Zusammensetzung aufweisen: 2,0% Graphit, 2K.0% Chrom, 9,5% Wolfram, 59,3% Nickel. 0,2% Kal/iumfluorid, 0,2% Alumokal/.ium sowie 0,8% unvermeidliche Verunreinigungen, darunter an Gasen bis 0.05% Sauerstoff, bis 0.05%' Stickstoff und bis 0.005% Wasserstoff.The finished rings can / .. ii. have the following composition: 2.0% graphite, 2K.0% chromium, 9.5% tungsten, 59.3% nickel. 0.2% potassium fluoride, 0.2% aluminum and 0.8% unavoidable impurities, including gases up to 0.05% oxygen, up to 0.05% nitrogen and up to 0.005% hydrogen.
Das Auftragschweißen auf Ventilen und Ventilsitzen kann durch Auflegen der gesinterten Ringe aus dem erfindungsgemäßen Schweißziisat/werkstoff und Erhitzen mit Azetylen-Sauerstoff-Flamme, Hochfrequenzströmen oder Lichtbogen durchgeführt werden. Eine sehr geeignete und wirksame Wärmequelle ist der Plasmalichtbogen.The build-up welding on valves and valve seats can be done by placing the sintered rings the weldment / material according to the invention and Heating with acetylene-oxygen flame, high frequency currents or electric arc can be carried out. A very suitable and effective heat source is the plasma arc.
Die Parameter des Auftragschweißens sind wie folgt: Stromstärke 220 bis 24OA, Spannung 21 bis 23 V, Verbrauch von plasmabildendem Argon 0,,'S bis 1,2 l/min. Verbrauch von Argon als Schutzgas 5 bis 6 l/min, Auftragschweißgeschwindigkeit 25 bisThe overlay welding parameters are as follows: current 220 to 24OA, voltage 21 to 23 V, consumption of plasma-forming argon 0.1 'S up to 1.2 l / min. Consumption of argon as protective gas 5 to 6 l / min, build-up welding speed 25 to
30 m/h.30 m / h.
Eine stabile Qualität der Schweißschicht beim automatischen Auftragschweißen durch direkte Einwirkung des Plasmalichtbogens wird gewährleistet bei gesichertem Durchschweißen des Grundmetulis, desjen Anteil im Auflragschweißgut etwa 30Cf betragt.A stable quality of the welding layer in the automatic Deposition welding through direct action of the plasma arc is guaranteed with secured through welding of the base metal, the proportion of which in the overlay weld metal is around 30Cf.
Beim Aufschmelzen des erfindungsgemäßen Sehweißzusatzwerkstoffes auf der Dichtungsfläche des Ventils erhall m;in eine Schutzschicht, die eine Legierung auf Nickelbasis darstellt und die 1.4 bis l.h'T Kohlenstoff; 24 bis ITr Chrom; 5,5 his 7,0';-Wolfram; etwa 28% Eisen; etwa 0,1 f'< Mangan; etwa <>,(S'"ι Silizium, höchstens 0,015 ri Schwefel und höchstens 0,0Ii Ti Phosphor enthält.When the welding filler material according to the invention is melted on the sealing surface of the valve, a protective layer is obtained, which is a nickel-based alloy and which contains 1.4 to 1% carbon; 24 to ITr chromium; 5.5 to 7.0 '; - tungsten; about 28% iron; about 0.1 f '< manganese; about <> (S '"ι silicon, at most 0.015 r i sulfur and contains at most 0,0Ii Ti phosphorus.
Diese Legierung besitzt eine hohe Korrosionsbe »tändigkeit gegenüber Verbrennungsprodukten von fcochklopffestem Benzin, die auch andere Bleiverbindungen enthalten. Bei der Korrosionsprüfung in geschmolzenem Bleioxid bei einer Temperatur von 1M(I1 C" verliert die erhaltene Legieruni; an Gewicht «Mwa I 5 g. Li Ti?.'h, wahrend der Ventilstah! 50 bis fiOg dm: h verliert.This alloy has a high corrosion resistance to combustion products of anti-knock gasoline, which also contain other lead compounds. In the corrosion test in molten lead oxide at a temperature of 1 M (I 1 C "means the Legieruni obtained loses; weight" Mwa I 5 g of Li Ti .'h, while the Ventilstah 50 to fiOg dm: h loses.!.
Es ist festgestellt worden, daß Eisen und Silizium die Korrosionsfestigkeil der Legierung vermindern. Eine Erhöhung deren Gehaltes in der Legierung über die festgesetzten Grenzen hinaus wird durch steigende Konzentration der entsprechenden Oxide in dem Oxidfilm begleitet. Die Schutzwirkung eines solchen Filmes ist in Gegenwart von Bleioxid gering, da sich in den Systemem PbC)-Fe,O, und PbO-SiO- leichtschmelzend. Eutektika bilden. Im Ergebnis iösi sich der Oxidfilm leicht auf, und das Bleioxid kann ungehindert unmittelbar i.iit der.i Metall reagieren:It has been found that iron and silicon reduce the corrosion resistance wedge of the alloy. An increase in their content in the alloy over the set limits are increased by increasing the concentration of the corresponding oxides in the Oxide film accompanied. The protective effect of such a film is low in the presence of lead oxide, since in the systems PbC) -Fe, O, and PbO-SiO- easily melting. Form eutectics. The result is resolved the oxide film easily rises and the lead oxide can react unhindered directly with the metal:
PbO τ Fe - FeO -i Pb.PbO τ Fe - FeO -i Pb.
3 PbO -f 2 CR - Cr2O, + 3 Pb usw.3 PbO -f 2 CR - Cr 2 O, + 3 Pb etc.
Unter den Betriebsbedingungen hat das Vorliegen von Eisen und Silizium auf der D'clitungsfliiehe des Ventils die Bildung einer aggressiven flüssigen Phase und das Durchbrennen der Dichtungsflüche zur Folge.Under the operating conditions, the presence of iron and silicon on the drainage line has Valve causes the formation of an aggressive liquid phase and the burning through of the sealing surfaces Consequence.
Die Warmhärte der die Schutzschicht bildenden Legierung bei Temperaturen von SOO bis 1Jf)O0 C ist gleichwertig der Hürte von Kobaltsteliit.The hot hardness of the alloy forming the protective layer at temperatures of 50 to 1 Jf) O 0 C is equivalent to the hardness of cobalt steliite.
HVMi(1,c = 140 bis 150 kp/mm:.HV Mi (1 , c = 140 to 150 kp / mm :.
HV,,,,,,,,. = HO bis 90 kjvmnr. Mit der Erhöhung des Eisengehalts nimmt die Härte der Legierung ab. In diesem Fall erhohl die Anwesenheit von Kohlenstoff und Wolfram die Härte der Legierung.HV ,,,,,,,,. = HO up to 90 kjvmnr. With the increase in the iron content, the Hardness of the alloy. In this case the presence of carbon and tungsten increases the hardness the alloy.
Die Verminderung der Härte der Legierung mit steigendem Eisengehalt ist bedingt durch die Entfestigung des y-Mischkristalls und die verminderte Menge und Dispersität der blockierenden Karbidphasen.The reduction in the hardness of the alloy with increasing iron content is due to the softening of the y mixed crystal and the reduced amount and dispersity of the blocking carbide phases.
Mit steigendem Kohlenstoffgehalt in der Legierung nimmt die Menge der Karbidphase in deren Gefüge zu. Die Bildung der submikroskopischen Inhomogenität und die Blockierung der Gleitflächen durch die sich ausscheidenden Karbidteilchen erhöhen den Widerstand gegen plastische Verformung sowohl bei niedrigen als auch hohen Temperaturen.As the carbon content in the alloy increases, so does the amount of carbide phase in its structure to. The formation of the submicroscopic inhomogeneity and the blocking of the sliding surfaces by the precipitating carbide particles increase the resistance against plastic deformation at both low and high temperatures.
Die maximale Härte zeigten die Schutzschicht-Legierungen, welche 1,X% Kohlenstoff enthielten. DieThe protective layer alloys, which contained 1. X% carbon, showed the maximum hardness. the
'5 in deren Gefüge enthaltenen primären Karbide sind nützlich, da sie die Verschleißfestigkeit erhöhen. Beim Auftragschweißen jedoch neigerf diese Legierungen zur Bildung von Kristallisationsrissen. Deshalb wurde als optimal für die Schutzschicht ein. Legierung mit 1.4 bis l.ii'r Kohlenstoff angesehen.'5 are primary carbides contained in their structure useful as they increase wear resistance. However, these alloys tend to be more susceptible to cladding to the formation of crystallization cracks. That is why it was considered optimal for the protective layer. Alloy with 1.4 to l.ii'r carbon.
Beim Auftragschweißen des Schweißzusatzwerkstoffes gewährleistet das darin gleichmäßig verteilte Kul/iumfluorid ein rechtzeitiges Herausleiten der Oxide und nichtmetallischen Einschlüsse infolge deien Zusammenballung und Entfernung in die Schlacke.When surfacing the filler metal, it ensures that it is evenly distributed in it Kul / iumfluorid a timely discharge of the Oxides and non-metallic inclusions as a result of their agglomeration and removal into the Slag.
Der Zusat.' von Kalziumfluorid vermindert die Oberflächenspannung und den Schmelzpunkt der Schlacke, die auf der Oberfläche der auftraggeschweißten Schicht in Form eines Films, nicht aber in Form eines Kugeltropfens erstarrt. Dadurch wird eine ausgezeichnete Benetzung der Ränder gewährleistet und die Bildung von nichtzusammengeschmolzeneii Flächen. Vertiefungen und anderer Fehler in der Oberflächengestaltung verhindert.The addition. ' of calcium fluoride decreases the surface tension and the melting point of the Slag that appears on the surface of the overlay welded layer in the form of a film, but not solidified in the form of a spherical drop. This ensures excellent wetting of the edges and the formation of unfused areas. Holes and other errors in the surface design prevented.
Der Zusatz von Alumokalzium macht es möglich, die Porosität der auftraggeschweißten Schicht stark zu vermindern. Die Bestandteile dieser Legierung zeichnen sich durch eine hol·-; Affinität zu Sauerstoff und Stickstoff aus. Dadurch wird die Bildung von Poren verhindert, die durch die Oxidation von Kohlenstoff sowie die Übersättigung der Legierung mit dem atomaren Stickstoff, der in das flüssige Schweißgut aus dem Plasmastrahl gelangen kann, bedingt sind. Das Alumokalzium der geannten Zusammensetzung ist spröde, kann leicht zu Pulver zerkleinert werden und ist an der Luft beständig genug. Durch Versuche wurde festgestellt, daß der Zusatzwerkstoff am vorteilhaftesten hei einem Gehalt an Alumokalzium von 0.20'.*· ist.The addition of aluminum calcium makes it possible to keep the porosity of the overlay welded layer strong to diminish. The components of this alloy are characterized by a hol · -; Affinity for oxygen and nitrogen. This prevents the formation of pores caused by the oxidation of carbon as well as the oversaturation of the alloy with the atomic nitrogen that is made up in the liquid weld metal the plasma jet are conditional. The aluminum calcium of the stated composition is brittle, can be easily broken into powder and is stable enough in air. Through trials it has been found that the filler material is most advantageous at an aluminum calcium content of 0.20 '. * · Is.
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| DE19691957944 DE1957944C3 (en) | 1969-11-18 | 1969-11-18 | Welding filler material in the form of a sintered ring for build-up welding |
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| US5304346A (en) * | 1990-10-26 | 1994-04-19 | Inco Alloys International, Inc. | Welding material for low coefficient of thermal expansion alloys |
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Legal Events
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |