DE3028023C2

DE3028023C2 - Hochverschleißfeste Teile, insbesondere für Misch- und Mahlaggregate

Info

Publication number: DE3028023C2
Application number: DE19803028023
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Bühling; Werner Dr. DDR 8040 Dresden Fiedler; Wilm Dr. DDR 8036 Dresden Heinrich; Lothar Dr. DDR 8010 Dresden Illgen; Peter Dr. DDR 8045 Dresden Müller; Manfred Naumann; Karlheinz DDR 6530 Hermsdorf Rodegast
Original assignee: KOMBINAT VEB KERAMISCHE WERKE HERMSDORF DDR 6530 HERMSDORF DD
Current assignee: KOMBINAT VEB KERAMISCHE WERKE HERMSDORF DDR 6530 HERMSDORF DD
Priority date: 1979-09-19
Filing date: 1980-07-24
Publication date: 1983-06-30
Also published as: FR2465788B3; HU190775B; JPS64101B2; JPS5653754A; DD146556A1; FR2465788A1; DD146556B1; JPS5653757A; JPS5653756A; YU240580A; CS235919B1; DE3028023A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Keramikindustrie, Metallurgie und Maschinenbau. Objekte, in denen ihre Anwendung möglich und zweckmäßig ist, sind verschleißfeste Teile in Maschinen und Vorrichtungen, insbesondere Misch- und Mahlaggregate. Die Anwendung kann auch unter korrosiven Bedingungen erfolgen.

Bekannt sind Mahlkörper und Mahltrommeln aus Hartmetall, Stahl, Prozellan, Flintsteinen, Achat, Plasten und Titanmetall. Sie gewährleisten durch ihren Abrieb keine verunreinigungsarme Aufbereitung des Mahlgutes, besitzen nur eine geringe Mahlwirkung und/oder sind durch aufwendige Herstellung teuer.

Weiterhin sind bereits Mahlkugeln aus einem Werkstoff auf der Basis von Titan und Sauerstoff aus bis zu 97Gew.-% TiO₂ und einem als Plastifikator und Bindemittel wirkenden Stoff, beispielsweise Bentonit oder Zelluloseäther, bekannt (A. Palatzky, Techn. Keramik, VEB Verlag Technik, Berlin 1954). Dieser Werkstoff hat den Mangel, daß wegen der geringen Abriebfestigkeit die daraus hergestellten Teile häufig ausgewechselt werden müssen und Zumahlungen zum Mahlgut die Verarbeitbarkeit des Mahlgutes und die Gebrauchseigenschaften der aus dem Mahlgut hergestellten Gegenstände erheblich herabsetzen. Mahlkörper aus dem genannten Werkstoff bedingen durch ihre relativ gering« Dichte von etwa 4 gern-³ eine relativ lange Mahldauer. Durch Zusatz von Bleiverbindungen in Höhe von 2 bis 10 Gew.-% zu gepulvertem TiO₂ ist es gelungen, die Abriebfestigkeit derartiger Mahlkugeln fast zu verdoppeln (DE-PS 10 72 179); der Verschleiß ist aber immer noch relativ hoch und das Auftauchen von Blei in der Zumahlung bringt weitere Probleme.

Weiterhin werden in CH 5 39 129 Nitride, d. h. echte Verbindungen mit eigenem Gitteraufbau, beschrieben, wogegen bei der erfindungsgemäßen Lösung durch den in gelöster Form enthaltenen Sauerstoff und Stickstoff lediglich eine Aufweitung des Kristallgitters erfolgt.

Derartige Nitridschichten sind zwar hart, wegen ihrer mangelhaften Haftung auf dem Grundkörper und ihrer geringen Duktilität aber wenig verschleißfest Bei Verschleißbeanspruchung platzen solche Schichten wegen der zwischen Schicht und Grundkörper auftretenden Spannungen leicht ab. Gleiches wird in der Fachliteratur (z. B. Zwicker, W,: Titan und Titanlegierungen, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York 1974. S. 456) für Titanoxide beschrieben.

ίο Vorstehendes gilt auch für GB 10 52 243, da sich der hier zitierte Sachverhalt ebenfalls auf gebundenen Sauerstoff und Stickstoff, d.h. auf eine diskrete Schichtbildung bezieht Die in der Veröffentlichung zu Schichtdicke und Härte angegebenen Werte weisen eindeutig auf das Vorliegen von Oxid- bzw. Nitridschichten, deren Verschleißverhalten aber auf Grund ihrer Mehrphasigkeit mangelhaft ist, da es keinesfalls zutrifft, daß gezielt hergestellte Phasengemische die Voraussetzung für die Gewährleistung der Vi>sschleißfestigkeit bilden.

Dieser Umstand ist auch für den Vergleich mit GB 13 51 062 bedeutsam, abgesehen davon, daß in dieser Veröffentlichung weder von Abriebfestigkeil noch davon gesprochen wird, daß der in der Oberflächenschicht enthaltene Sauerstoff und Stickstoff in gelöster Form vorliegt Vielmehr geht aus GB 13 51062 auf Grund des angegebenen Härtewertes von 1000 HV 100 eindeutig hervor, daß stets an der Oberfläche die Verbindungsbildung (Oxid bzw. Nitrid) angestrebt und

erst sekundär auf die in der Tiefe abnehmende Härte eingegangen wird. Das entspricht aber wiederum der dieser Lösung zugrunde liegenden Zielstellung, die in der Herstellung einer kratzfesten und anlaufunempfindlichen Oberfläche mit metallischem Glanz für Uhrengehäuse besteht Insofern stört auch nicht die bei dieser Lösung gegebene Mehrphasigkeit (Oxidgitter — Titangitter), da der angestrebte Einsatzzweck nicht die Gefahr in sich birgt daß die obere Schicht abplatzt wie beispielsweise bei Gleitverschleißbeanspruchung.

Es sei darauf verwiesen, daß Härte und Verschleiß nur bei Vorliegen ganz bestimmter Verschleißmechanismen, z. B. bei abrasiver Beanspruchung (wie bei Hartmetallen) korrelieren, während z. B. bei gleitender Beanspruchung keine Zusammenhänge gefunden werden (z. B. Kupplungsbeläge — niedrige Härte, geringer Verschleiß). Auf diese Problematik wurde kürzlich von führenden Wissenschaftlern der Bundesanstalt für Materialprüfung in Berlin-Dahlem ausführlich und praxisnah eingegangen (Habig, K.-H. und Czichow, K. in

so Z. f. Werkstofftechnik 7 (1976) 7, S. 247-251; Habig, K.-H. in »Verschleiß und Härte von Werkstoffen «, Carl Hanser Verlag München/Wien 1980; Czichos, K. in »Trihology«, Elsevier Scientific Publishing Company Amsterdam/Oxfcrd/New York 1978).

Ziel der Erfindung ist die Verlängerung der Einsatzdauer verschleißbeanspruchter Teile sowie die weitgehende Vermeidung schädlicher Zumahlungen und Herabsetzung der Mahldauer bei Mahlprozessen in der Keramikindustrie und Metallurgie.

Der Erfindung tiegt die Aufgabe zugrunde, Teile mit Oberflächen hoher Abriebfestigkeit unter Beibehaltung der Eigenschaften des Grundkörpers anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Teile aus einem Grundkörper, versehen mit einer Oberflächenschicht aus Titan oder einer Ti-Basis-Legierung, bestehen, die mit 0,5—15 Atomprozent Sauerstoff und 0,03—7,5 Atomprozent Stickstoff in gelöster Form legiert ist. Zweckmäßig ist ein Gehalt von

2—10 Atomprozeiu Sauerstoff und 1—6 Atomprozent Stickstoff, günstig ein Verhältnis zwischen Sauerstoff und Stickstoff von 2 · l. Es kann zweckmäßig sein, nicht die gesamte Oberfläcne, sondern nur hochbeanspruchte Stellen davon zu legieren.

Der Grundkörper, der die erfindungsgemäß zusammengesetzte Schicht trägt, bleibt als Schichtträger in seinen Eigenschaften unbeeinflußt Zweckmäßigerweise kann der Grundkörper auch aus Titan oder einer Titan-Basis-Legierung bestehen.

Die hochverschleißfesten Teile werden beispielsweise so hergestellt, daß der Grundkörper mit einer Schicht aus Titan oder einer Titan-Basis-Legierung überzogen und im Temperaturbereich von 450— 160O⁰C V₂ Stunde bis 100 Stunden in einer Atmosphäre mit insgesamt I —50 ppm Sauerstoff und Stickstoff geglüht wird. Bei Grundkörpern aus Titan entfällt das vor dem Glühen erforderliche Oberziehen, bei bestimmten Ti-Basis-Legierungen kann es zweckmäßig sein.

Insbesondere bei langer Glühdauer ist die Reaktion über den Partialdruck von Sauerstoff und Stickstoff so zu steuern, daß die Einlagerung in tiefere Gitterlagen fortschreitet, ohne an der Oberfläche die Phasengrenze zu TiN und ΤΪΟ2 zu überschreiten.

Als hochverschleißfester Werkstoff für zylindrische Mahlkörper dient Titan mit 6 Atomprozent gelöstem Sauerstoff und 3 Atomprozent gelöstem Stickstoff. Gegenüber bekannten Mahlkörpern auf der Basis von TiOi verlängert sich die Einsatzdauer um das 20fache und die erforderliche Mahldauer verkürzt sich um etwa 20%. Gegenüber Kugeln aus Achat wird bei gleicher Verschleißfestigkeit eine Verkürzung der Mahldauer um Jas 5- bis. 8fache erzielt und der Preis ist erheblich niedr-.ger.

Claims

Patentansprüche:

1. Hochverschleißfeste Teile, insbesondere für Misch- und Mahlaggregate, die sich aus einem Grundkörper und einer Sauerstoff und Stickstoff enthaltenden Oberflächenschicht auf Ti-Basis zusammensetzen, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberflächenschicht aus Titan oder einer Ti-Basis-Legierung besteht und mit 0,5—15 Atomprozent Sauerstoff und 0,03—7,5 Atomprozent Stickstoff in gelöster Form legiert ist.

2. Hochverschleißfeste Teile nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberfläche mit 2—10 Atomprozent Sauerstoff und 1—6 Atomprozenl Stickstoff legiert ist,

3. Hochverschleißfeste Teile nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß in der auflegierten Oberfläche zwischen Sauerstoff und Stickstoff ein Verhältnis von 2 :1 besteht.

4. Hochverschleißfeste Teile nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß nur bestimmte verschleißbeanspruchte Oberflächenstellen legiert sind.

5. Hochverschleißfeste Teile nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Grundkörper aus Titan oder einer Titan-Basis-Legierung besteht