Herstellungsverfahren für Eisenerzeugnisse mit abriebsbeständiger Oberflächenschicht und Verfahrensprodukt

Abstract

 Bei einem Herstellungsverfahren für Eisenerzeugnisse mit hartem, abriebsbeständigem Material mit imprägnierten Oberflächenschichten wird ein sich beim Gießen auflösendes Modell zur Herstellung einer Gießform verwendet. Auf das Modell wird in dem zu härtenden Bereich eine Schicht auf­gebracht, die ein Pulver aus dem abriebsbeständigen Mate­rial und ein Bindemittel enthält. Beim Gießen einer Eisen­schmelze in die Gießform lagert sich das abriebsbeständige Material in der Oberflächenschicht des Eisenerzeugnisses ab. Durch das Verfahren soll eine starke Bindung zwischen dem abriebsbeständigen Material und dem Eisen des Guß­stückes hergestellt werden. Ferner soll das Verfahren die Verwendung eines wässrigen Mörtelschlamms ermöglichen. Hierfür wird als Bindemittel eine wasserhaltige Bindemit­tellösung verwendet. Besonders bevorzugt wird eine wäss­rige Lösung von Polyvinylalkohol, welches in hohem Maße wasserlöslich ist und die Verwendung einer brennbaren Flüssigkeit entbehrlich macht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Eisenerzeugnisse mit hartem, abriebsbeständigem Material mit imprägnierten Oberflächenschichten, bei dem ein sich beim Gießen auflösendes Modell zur Herstellung einer Gieß­form verwendet wird. Auf das Modell wird wenigstens in ei­nem zu härtenden Bereich eine Schicht aufgebracht, die ein Pulver aus dem abriebsbeständigen Material und ein Binde­mittel enthält. Beim Gießen einer Eisenschmelze in die Gießform lagert sich das abriebsbeständige Material in der Oberflächenschicht des Eisenerzeugnisses ab.

[0002] Es sind verschiedene Verfahren bekannt, durch die Eisen mit einer harten, abriebsbeständigen Oberfläche beschich­tet werden kann. Dies erfolgt beispielsweise durch Flamm­spritzbeschichtung oder Plasmaspritzbeschichtung. Nach­teilig bei diesen Verfahren ist es jedoch, daß die Ober­flächenschichten beim Beschichtungsverfahren und bei der Anwendung der Eisenerzeugnisse abplatzen können und ferner hohe Verfahrenskosten entstehen.

[0003] Aus der US-PS 4,119,459 ist es auch bekannt, Karbide in die Oberfläche einzuschmelzen, indem Karbidmakroteilchen auf ein Werkstück aufgebracht werden und anschließend das Werkstück erhitzt wird. Es ist jedoch hierbei schwierig, die Karbidmakroteilchen genau an der gewünschten Stelle zu plazieren.

[0004] Ferner ist ein Verfahren zum Angießen harter Oberflächen an Werkstücken in Verbindung mit der Anwendung von Poly­ styrolmodellen von Hansen et al, "Application of Cast-On Ferrochrome-Based Hard Surfacings to Polystyrene Pattern Castings", Bureau of Mines Report of Investigations 8942, U.S. Department of the Interior, 1985 beschrieben worden. Bei diesem Verfahren wird eine Paste, die ein Bindemittel und das gewünschte harte Material, wie z. B. Wolframkar­bidpulver, enthält, auf solche Oberflächen eines Poly­styrolmodelles aufgetragen, die den zum Verschleiß nei­genden Oberflächen des resultierenden Gusses entsprechen.

[0005] Dieses Verfahren leidet jedoch an der mangelnden Binde­fähigkeit zwischen der verschleißfesten Schicht, bei­spielsweise Wolframkarbid, und dem Schaummodell, die vor allem darauf zurückzuführen ist, daß die fast trockene Paste die Oberfläche des geschäumten Kunstharzes nicht ausreichend benetzt. Daher dringt das Eisen vor seinem Er­starren nicht in die Schicht ein, und anstatt das Eisen zu tränken, platzt das Karbid von dem Erzeugnis ab. Ferner ist dieses Verfahren komplex und unwirtschaftlich und läßt sich nicht wirkungsvoll bei einer Produktion im großen Stil anwenden.

[0006] Ferner erfordert die Verwendung nichtwässriger Bindemittel bei diesem Verfahren die anschließende Verwendung eines nichtwässrigen, feuerfesten, dünnen Mörtels, der auf das Modell aufgebracht wird, um einen Kontakt zwischen dem ge­schmolzenen Metall und dem Formsand zu verhindern und da­mit die maschinelle Bearbeitbarkeit und Oberflächengüte des Gußstückes zu verbessern. Die Verwendung nichtwässri­ger, feuerfester Mörtel ruft jedoch eine Vielzahl von Sicherheitsrisiken hervor und ist daher völlig uner­wünscht.

[0007] Es besteht daher das Bedürfnis nach einem Verfahren zum Imprägnieren einer Eisenoberfläche mit einem abriebsbe­ständigen Material, durch welches die Probleme des Standes der Technik überwunden, vermieden oder vermindert werden.

[0008] Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe wird darin sehen, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, durch welches eine starke Bindung zwischen dem abriebs­beständigen Material und dem Eisen des Gußstückes her­stellbar ist. Ferner soll das Verfahren die Verwendung eines wässrigen Mörtelschlamms ermöglichen.

[0009] Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren er­findungsgemäß dadurch gelöst, daß als Bindemittel eine wasserhaltige Bindemittellösung verwendet wird. Besonders bevorzugt wird hierbei eine wässrige Lösung von Polyvinyl­alkohol, welcher in hohem Maße wasserlöslich ist und die Verwendung einer brennbaren Flüssigkeit entbehrlich macht. Die Verwendung eines wasserlöslichen Bindemittels ermög­licht es, als Trennschicht das Modell mit einem wässrigen Mörtel zu überziehen. Ferner lassen sich die Abplatzpro­bleme weitgehend vermeiden.

[0010] Vorzugsweise wird eine Paste durch Einmischen eines Pul­vers aus abriebsbeständigem Material in die Bindemittel­lösung hergestellt, die dann auf die gewünschten Ober­flächenbereiche des Modells aufgetragen wird.

[0011] Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zufolge wird an dem gewünschten Bereich des Modells in dessen Oberfläche eine Vertiefung oder Mulde eingelassen, in die entweder die Paste eingebracht wird oder die zunächst mit der wäss­rigen Bindemittellösung gefüllt wird, in die dann das ab­riebsbeständige Material eingestreut wird.

[0012] Von besonderem Vorteil ist es auch, zunächst eine ver­formbare Scheibe aus abriebsbeständigem Material und der Bindemittellösung herzustellen, indem das Material in eine mit Lösungsmittel gefüllte Form eingebracht wird und sich hierin absetzt. Diese Scheibe läßt sich dann auf eine ge­ wünschte Form und Größe bringen und wird dann auf das Mo­dell aufgeklebt.

[0013] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteran­sprüchen hervor.

[0014] Die Erfindung stellt ferner das Eisenerzeugnis bereit, das durch eines der erfindungsgemäßen Verfahren geschaffen wurde.

[0015] Anhand der Zeichnung sollen die Erfindung sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestal­tungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert wer­den.

[0016] Es zeigt:

Fig. 1 die Illustration eines Verfahrens zur Erhö­hung der Zeitdauer für den Kontakt zwischen dem flüssigen Metall und dem Karbid und

Fig. 2 bis 6 Photographien verschiedener Erscheinungs­formen der vorliegenden Erfindung.

[0017] Die vorliegende Erfindung kann beim Gießen jedes bekannten Eisenerzeugnisses angewandt werden. Sie ist jedoch bei Gußeisen, insbesondere Kugelgraphitgußeisen oder Grauguß, besonders bevorzugt.

[0018] Bezüglich des zerstörbaren Modells, welches in der vor­liegenden Erfindung verwendet wird, kann jedes geeignete Material verwendet werden. Geschäumtes Polystyrol (EPS) und Polymethylmethacrylat (PMMA) werden jedoch bevorzugt. PMMA eignet sich am meisten, da es weniger empfindlich be­ züglich der Ausbildung unerwünschter Kohlenstoffehlstellen während des Gießens ist und weniger Probleme hinsichtlich des Abplatzens bereitet.

[0019] Bei der vorliegenden Erfindung wird ein hartes, abriebs­beständiges Material mit einer Partikelgröße von ungefähr 15 Mikrons bis ungefähr 1,5 mm oder mehr bevorzugt. Die Partikelgröße liegt vorzugsweise zwischen etwa 140 und etwa 548 Mikrons (30 Maschenweite) und besonders bevorzugt zwischen etwa 140 und etwa 149 Mikrons (100 Maschenweite). Da Kohlenstoffehlstellen sich leichter ausbilden, wenn Pulver mit feinerer Partikelgröße, beispielsweise 200 Maschenweite (74 Mikrons), verwendet werden, wird gröberes Pulver bevorzugt, jedoch ohne daß feines Pulver als völlig ungeeignet angesehen wird.

[0020] Die Teilchen sind ferner gewöhnlich kugelförmig, um bei­spielsweise das Fließvermögen zu verbessern, jedoch ist die Teilchenform nicht entscheidend.

[0021] Bezüglich der Wahl des harten, abriebsbeständigen Mate­rials kann wirkungsvoll jedes bekannte Material mit einem harten Zustand verwendet werden, wie z. B. Wolframkarbid, Chromkarbid und ähnliches oder eine Mischung hieraus. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung eines abriebsbestän­digen Materials mit ausreichender Benetzbarkeit hinsicht­lich des verwendeten Eisengusses die aus dem Stand der Technik bekannten Abplatzprobleme wirksam vermindert. Wo duktiles Eisen als zu gießendes Metall verwendet wird, sind kugelartiges oder scharfkantiges Wolframkarbid oder ein eutektisches Gemisch aus WC und W₂C oder andere Kar­bide wie Chromkarbid bevorzugt, während Aluminium am we­nigsten geeignet ist.

[0022] Es hat sich ferner gezeigt, daß die Benetzbarkeit des Wolframkarbids gesteigert wird, wenn der Kohlenstoffanteil des Pulvers kleiner als stöchiometrisch erforderlich ist (z. B. kleiner als 6,5 Gewichtsprozente für WC). Daher ist es besonders vorteilhaft, unterstöchiometrischen Kohlen­stoff, kugeliges Wolframkarbidpulver mit einem Kohlen­stoffgehalt von ungefähr 4 % sowie auch ein eutektisches Gemisch aus W₂C und WC (gewerblich verfügbar unter dem Gattungsnamen "crushed carbid") im Zusammenhang mit duk­tilem Eisen zu verwenden.

[0023] Als Bindemittel wird eine Lösung aus Polyvinylalkohol (PVA) bevorzugt, da dieser in hohem Maße wasserlöslich ist und die Verwendung einer brennbaren Flüssigkeit, wie Al­kohol, entbehrlich macht. PVA verdunstet auch schnell, ohne Kohlenstoffrückstände auf den Teilchen zu hinter­lassen, wodurch die Benetzungswirkung des geschmolzenen Metalls gesteigert wird, so daß das Metall leichtfließend in die Vernetzung der Karbidpartikel eindringen kann. Vor­zugsweise enthält das Bindemittel eine Lösung aus PVA und Wasser mit einer Konzentration von mehr als 5 Gewichts­prozent PVA, vorzugsweise zwischen etwa 9,5 und etwa 10,5 Gewichtsprozent PVA.

[0024] Das Verfahren wird insbesondere angewandt, um ein Gußstück zu liefern, das abriebsbeständiges Material an einer be­stimmten Stelle (oder an bestimmten Stellen) aufweist, wo­bei ein zerstörbares Modell des gewünschten Gußerzeugnis­ses verwendet wird. Ein zerstörbares Modell bestimmter Form und Größe (welche von dem gewünschten Gußerzeugnis abhängen) kann durch ein beliebiges der bekannten Verfah­ren hergestellt werden. Insbesondere werden einige erfolg­reiche Verfahren zur Herstellung zerstörbarer Modelle in den US-PS 4,093,018, US-PS 4,462,453 und US-PS 4,691,754 beschrieben.

[0025] Eine Masse aus den abriebsbeständigen Teilchen und der Bindemittellösung, die aus einem Gemisch aus Wasser und PVA besteht, wird durch Einmischen der Teilchen in die Bindemittellösung hergestellt. Die Paste wird dann bei­spielsweise durch Ausstreichen oder auf ähnliche Weise auf die Oberfläche des Modells aufgetragen, und zwar auf solche Stellen, an denen eine Tränkung der Eisenoberfläche mit dem abriebsbeständigen Material gewünscht wird. Dabei kann, falls erforderlich, zusätzlich eine Bindemittel­lösung aus Wasser und PVA verwendet werden.

[0026] Nachdem die Paste, die die harten, abriebsbeständigen Teilchen enthält, an den gewünschten Orten des zerstörba­ren Modells aufgetragen und die Paste bei Zimmertempera­tur oder vorzugsweise bei erhöhten Temperaturen bis maxi­mal 60°C über mehrere Stunden völlig getrocknet ist, kann ein Keramikschlamm in bekannter Weise als Trennschicht auf das ganze Modell aufgetragen werden, um eine Berührung zwischen dem flüssigen Metall und der Sandform zu verhin­dern, wodurch sich sowohl die maschinelle Bearbeitbarkeit als auch die Oberflächengüte des Erzeugnisses verbessern lassen.

[0027] Bisherige Versuche, in dieser Verfahrensstufe einen wäss­rigen Keramikschlamm anzuwenden, scheiterten, da das Auf­tragen wässriger Schlämme auf ein Schaummodell, welches eine Schicht aus Karbid und einem bisher verwendeten Bin­demittel trägt, eine unerwünschte Auflösung des Binde­mittels in dem wässrigen Schlamm hervorruft, was zur Ab­lösung der Karbidschicht führt. Die Verwendung eines PVA-­Bindemittels gemäß vorliegender Erfindung beseitigt jedoch dieses Problem und erlaubt die Verwendung eines wässrigen Keramikschlammes, sofern die oben beschriebenen, einfachen Vorkehrungen getroffen werden. Durch die Anwendung wäss­riger Schlämme gemäß vorliegender Erfindung kann ferner das Sicherheitsrisiko überwunden werden, das mit den her­kömmlichen nichtwässrigen Schlämmen verbunden war.

[0028] Es können verschiedene Verfahren angewandt werden, um den Keramikschlamm auf das Modell aufzutragen, z. B. Bestrei­chen der Oberfläche unter Verwendung einer Bürste oder Luftversprühung des Schlammes. Jedoch wird unter den Be­dingungen einer Massenproduktion ein unmittelbares Ein­tauchen des Modells in den Schlamm als wirkungsvollste Methode angesehen.

[0029] Es hat sich ferner herausgestellt, daß die Auflösungspro­bleme des Bindemittels in dem wässrigen Schlamm weiter vermindert werden können, wenn das Modell schnell aus dem Schlamm herausgezogen, anschließend überschüssiger Schlamm von dem Modell abgeschwenkt und das Modell sofort einem Warmluftofen zugeführt wird, der für eine vollständige Austrocknung vorzugsweise auf einer Temperatur von etwa 50°C für einige Stunden gehalten wird.

[0030] Nachfolgend kann das Modell zur Ausbildung einer Gießform herangezogen und einem bekannten Metallgießverfahren un­terworfen werden. Ein Sandgußverfahren wurde z. B. in dem bereits zitierten Aufsatz von Hansen et al beschrieben.

[0031] Beim Metallguß hat es sich gezeigt, daß mit Verlängerung der Zeitdauer, während der das abriebsbeständige Material mit dem flüssigen Metall in Berührung kommt, die Neigung zum Abplatzen des Materials abnimmt. Ein Verfahren, um die Kontaktzeit zu erhöhen, besteht in der Verwendung eines überhitzten Flüssigmetalls. Hierbei wird das flüssige Me­tall auf eine Temperatur überhitzt, die über der Liquidus­linie liegt. Um eine geeignete Überhitzung sicherzu­stellen, wird das Metall auf eine Temperatur erhitzt, die vorzugsweise etwa 250 bis 320°C über der Liquiduslinie liegt. Hierdurch wird die Erstarrungszeit und damit auch die Zeit für das Eindringen des Metalls in die Karbid­schicht verlängert, so daß sich eine nichtabplatzende Oberflächenschicht ausbilden kann.

[0032] Ein weiteres Verfahren zur Erhöhung der Kontaktzeit zwi­schen Metall und Karbid liegt in der Erhöhung des Abguß­volumens und damit des Verhältnisses zwischen Abgußvolumen und Karbidfläche. Mit anderen Worten, das Abgußvolumen wird so gewählt, daß das Verhältnis von Abgußvolumen zur Fläche des abriebsbeständigen Materials ausreicht, um eine erhöhte Kontaktzeit zwischen dem flüssigen Metall und dem abriebsbeständigen Material während des Gießvorganges zu gewährleisten. Dies soll anhand der Fig. 1 näher erläutert werden.

[0033] Wie aus Fig. 1 entnommen werden kann, ist die Wahrschein­lichkeit des Abplatzens der abriebsbeständigen Schicht 1 im Guß A viel geringer als im Guß B, weil das größere Metallvolumen 2 in A eine längere Zeitspanne für das Er­starren erfordert. Es hat sich demgemäß gezeigt, daß beim Gießen dünner Abschnitte, z. B. B, eine Ausweitung des Gusses über die erforderliche Größe hinaus (wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet wurde) die Zeit des Kontakts zwischen Karbid und flüssigem Metall erhöht und damit die Wahrscheinlichkeit eines Abplatzens vermindert.

[0034] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann vor dem Auftragen der Masse mit den abriebsbeständigen Teilchen in dem Schaummodell wenigstens eine Vertiefung oder Mulde ausgebildet werden. Diese Vertiefungen können durch ein übliches maschinelles Verfahren, wie Fräsen, Bohren oder dergleichen, hergestellt werden. Die Vertie­fungen oder Mulden haben vorzugsweise eine Tiefe von etwa 0,5 mm bis etwa 3,0 mm, was von dem Teil oder der erfor­derlichen Verschleißdauer abhängt.

[0035] Die Vertiefung oder Mulde kann mit der Masse ausgefüllt werden, die die harten, verschleißfesten Teilchen enthält, wodurch die genaue Lage im sich ergebenden Gußstück si­chergestellt ist.

[0036] Anstatt die Masse in die Vertiefung einzubringen, kann zu­erst das Bindemittel in die Vertiefung eingebracht werden, wobei eine vollständige Benetzung der Schaumoberfläche er­reichbar ist. Anschließend kann das aus vereinzelten Tei­len bestehende verschleißfeste Material in die Vertiefung eingegossen werden, wo es sich absetzt und die Vertiefung eng auskleidet. Überschüssiges PVA-Wasser-Bindemittel kann dann durch ein geeignetes absorbierendes Material abge­wischt werden. Falls gewünscht, kann man vor der Beschich­tung mit dem Keramikschlamm die verschleißfeste Schicht trocknen lassen, z. B. bei Raumtemperatur, jedoch vorzugs­weise bei erhöhten Temperaturen, besonders bevorzugt bei etwa 60°C.

[0037] Anschließend wird das Modell mit dem Schlamm beschichtet und der Guß mit dem Metall in der bereits beschriebenen Weise durchgeführt.

[0038] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Scheiben aus einem Pulver aus verschleißfestem Material und einem Bindemittel unter Zuhilfenahme von Formen her­gestellt und dann in erforderliche Formate unterteilt.

[0039] Zuerst wird das aus Einzelteilen bestehende verschleiß­feste Material und das PVA-Wasser-Bindemittel in einer Form gemischt und gleichmäßig verteilt. Überschüssiges Bindemittel kann durch ein geeignetes absorbierendes Ma­terial entfernt werden. Die Scheibe läßt man dann unter geeigneten Bedingungen trocknen, wobei die Scheibe teil­weise abbindet. Vorzugsweise wird die Scheibe über eine Zeitdauer von etwa 45 bis etwa 75 Minuten, besonders be­vorzugt über 60 Minuten, in einem Ofen oder dergleichen getrocknet, der auf einer Temperatur zwischen etwa 60 und 65°C, besonders bevorzugt auf 60°C, gehalten wird. Hier­durch wird die Scheibe fest genug, um anschließend gehand­habt und in die gewünschten Stücke geschnitten werden zu können.

[0040] Nachdem die Scheibe in Stücke gewünschter Form und Größe geschnitten ist bzw. nachdem Löcher in die Scheiben ge­bohrt wurden, wie es in Fig. 2 abgebildet ist, werden die geschnittenen Stücke unter Bedingungen getrocknet, welche eine sofortige Benutzung oder eine Lagerung für eine spä­tere Anwendung erlauben. Vorzugsweise erfolgt das Trocknen in einem Temperaturbereich zwischen etwa 60°C und etwa 65°C, besonders bevorzugt bei 60°C, und über eine Zeit­dauer von 8 bis 24 Stunden, besonders bevorzugt 24 Stun­den.

[0041] Vorzugsweise wird eine vollständig getrocknete Scheibe vor einer Anwendung auf einer nichtebenen Fläche weich ge­macht. Dies erfolgt z. B. dadurch, daß die Scheibe für etwa 15 bis 25 Sekunden einem Dampf ausgesetzt wird.

[0042] Sind die Scheiben verformbar, so lassen sie sich um einen Zylinder biegen, wie es Fig. 3 zeigt. Die verformten Scheiben werden dann durch Kleben oder auf andere Weise auf die Oberfläche des zerstörbaren Modells auf eine Weise befestigt, die das Gießen des gewünschten Produktes nicht ungünstig beeinflußt. Wie in Fig. 4 dargestellt, kann die Scheibe auf das zerstörbare Modell geklebt werden, indem eine wässrige Lösung von PVA oder andere geeignete Kleb­stoffe verwendet werden. Die vorstehend beschriebene wäss­rige PVA-Bindemittellösung wird als Klebematerial beson­ders bevorzugt.

[0043] Mit den sich ergebenden zerstörbaren Modellen mit den harten, verschleißfesten Teilchen werden dann Gußerzeug­nisse wie oben beschrieben hergestellt. Beispiele für Guß­erzeugnisse gemäß vorliegender Erfindung gehen aus den Fi­guren 5 und 6 hervor.

[0044] Das Verfahren wird insbesondere bei einer Massenfertigung vorteilhaft angewendet. Beispielsweise kann bei der An­ wendung des zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiels der Herstellungsprozess für die Scheiben (z. B. die Ausbildung der Scheiben aus den Teilchen und dem Bindemittel) an einem Ort durchgeführt werden, der abseits vom Gießver­fahrensort liegt. Dies ist ein wesentlicher Gesichtspunkt für eine leistungsfähige Massenproduktion.

[0045] Das erfindungsgemäße Verfahren kann angewendet werden, um Eisenprodukte für eine breite Anwendungspalette herzu­stellen. Insbesondere können Motorteile, wie beispiels­weise Nockenwellen oder Exzenterrollen, landwirtschaft­liche Geräte, Feldbestellungswerkzeuge, Bremsen usw., her­gestellt werden. Produkte, die gemäß der vorliegenden Er­findung hergestellt wurden, sind den bekannten Produkten überlegen, da die Bindung zwischen den verschleißfesten Teilchen und dem Eisen hier wirksamer ist. Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Verwendung nicht­wässriger Schlämme verzichtet werden, wodurch die damit verbundenen Sicherheitsrisiken entfallen.

[0046] Um die vorliegende Erfindung sowie deren Vorteile näher zu beschreiben, werden im folgenden besondere Ausführungsbei­spiele angegeben, welche jedoch lediglich beispielhaft sind und keinerlei Einschränkung darstellen.

BEISPIELE

Beispiel 1:

Verfahren (A) und (B) zur Erzeugung eines Eisenerzeug­nisses gemäß der vorliegenden Erfindung.

[0047] (A) Es wird ein PMMA-Modell mit einer daran angebrachten Karbidscheibe hergestellt, indem zunächst das Karbid und das PVA in einer rechteckigen Form gemischt und gleichmäßig ausgebreitet werden. Das überschüssige Bindemittel wird dann unter Verwendung eines geeig­neten absorbierenden Papieres entfernt.

[0048] Die Scheibe wird zusammen mit der Form 60 Minuten lang in einem Ofen bei einer Temperatur von 60°C ge­trocknet, um das Bindemittel teilweise auszuhärten. Hierdurch wird die Scheibe fest genug, um sie weiter zu verwenden und in Stücke zu schneiden.

[0049] Die teilweise ausgehärtete Scheibe wird mit einer scharfen Schneide in Stücke von gewünschter Form und Größe geschnitten, wie sie beispielsweise in Fig. 2 darstellt sind. Diese Stücke werden bei 60°C während weiterer 24 Stunden getrocknet und anschließend unter Verwendung des PVA-Bindemittels auf das Modell ge­klebt, wobei das gewünschte Modell gebildet wird, wie es beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist.

[0050] Dann wird auf bekannte Art eine Gießform hergestellt, indem z. B. das hergestellte Modell in einen Guß­eisenformkasten in gebundenen oder ungebundenen Sand eingebettet wird. Das entsprechende Verfahren wird auf Seite 3 des oben zitierten Aufsatzes von Hansen et al näher beschrieben.

[0051] Das gewünschte Metall, wie beispielsweise duktiles Eisen, wird in flüssigem Zustand in die Form abge­gossen, was zu einem Verdampfen des Modells führt. Das Modellgas tritt durch den Sand aus, und das flüs­sige Metall füllt den von dem Modell zurückgelassenen Hohlraum aus. Das Metall erhärtet dann und bildet ein Eisenerzeugnis, in das eine verschleißfeste Schicht imprägniert ist.

[0052] (B) In ein PMMA-Modell werden mehrere Vertiefungen mit einer Tiefe von 0,5 mm an solche Stellen eingelassen, an denen die verschleißfreien Schichten entstehen sollen. Ein Bindemittel, welches aus einer wässrigen Lösung mit 10 Gewichtsprozent PVA besteht, wird in die Vertiefungen gegossen.

[0053] Zerkleinerte Karbidteilchen werden dann in die Ver­tiefungen eingebracht und können sich absetzen. Der Überschuß an Bindemittel wird abgewischt, und die Schicht wird in einem Warmluftofen bei 60°C über 6 Stunden getrocknet.

[0054] Das getrocknete Modell wird dann in einen wässrigen Keramikschlamm eingetaucht und ausgeschwenkt, um über­schüssigen Schlamm zu entfernen. Jetzt wird das Mo­dell sofort in einen Warmluftofen eingebracht, wo es bei 50°C über 16 Stunden getrocknet wird.

[0055] Auf gleiche Weise wie beim Beispiel 1(A) wird dann eine Gußform hergestellt und das Eisenerzeugnis ge­gossen.

Beispiel 2:

Erproben von Musterstücken, die gemäß vorliegender Er­findung hergestellt wurden.

[0056] Mehrere Musterstücke gemäß der vorliegenden Erfindung, die duktiles Eisen und verschiedene harte Materialien ent­halten, wurden unter Verwendung eines PMMA-Modells ge­gossen. Diese Musterstücke sind in Tabelle 1 näher be­schrieben.

TABELLE 1

Material	Maschenweite	Benetzbarkeit
1. GTE angular WC (1)	40/80	benetzt durch D.I.
2. GTE spherical WC (1)	40/80	benetzt durch D.I.
3. GTE spherical WC (1)	100/200	benetzt durch D.I.
4. Macrocryst., WC (2)	40/80	benetzt durch D.I.
5. Macrocryst., WC (2)	100/140	benetzt durch D.I.
6. Macrocryst., WC (2)	140/200	benetzt durch D.I.
7. Macrocryst., WC (2)	200/325	benetzt durch D.I.
8. Macrocryst., WC (2)	325/15 micron	benetzt durch D.I.
9. Kenface, WC+6w/0Co(3)	40/80	benetzt durch D.I.
10. KS-12, WC+12w/0Co(4)	100/140	benetzt durch D.I.
11. KS-12, WC+12w/0Co(4)	140/200	benetzt durch D.I.
12. Chrom. Carbide (5)	60/120	benetzt durch D.I.

(1) Hervorragende Benetzbarkeit

(2) Gute Benetzbarkeit

(3) Benetzbarkeit ist geringer als die von Macrocrystalline WC

(4) Benetzbarkeit ist gleich der von Macrocrystalline WC

(5) Hervorragende Benetzbarkeit, Karbid neigt zum Auflösen im Gußeisen

[0057] Macrocrystalline, Kenface und KS-12 sind Handelsmarken von Kennametal, Inc. für Wolframkarbidzusammensetzungen.

[0058] Diese der vorliegenden Erfindung entsprechenden Muster­stücke, die mit den Musternummern 1 bis 18 gekennzeichnet sind, wurden unter Verwendung von Gummiradabreibungstests mit Trockensand bewertet.

[0059] Insbesondere wurden diese Musterstücke mit Vergleichs­mustern gemäß der Musternummern 19 bis 21 verglichen, die 1020-Stahl, 1080-Stahl (gehärtet und angelassen) bzw. 1080-Stahl (gehärtet) enthalten. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 dargestellt.

TABELLE 2

Berechnung der Volumenverluste bei Trockensand-Gummiradabreibungstests:
Material: Gußmetallschmelzkern aus duktilem Eisen mit Wolframkarbid und Chromkarbid
Muster-Nr.	Verstärkungsmaterial	Probe-Nr.	Anfangsgewicht gm	Endgewicht gm	Gewichtsverlust gm	Dichte gm/cm³	Volumenverlust cm³	durchschn. Volumenverlust cm³
1	MC	1	99.4599	99.3885	0.0714	10.87	6.564	7.521
2	MC	2	93.1229	93.048	0.0749	10.87	6.886
3	MC	3	100.3228	100.2237	0.0991	10.87	9.111
4	CR3C2	1	85.7913	857356	0.0557	7.05	7.896	7.971
5	CR3C2	2	86.4831	86.4241	0.059	7.05	8.364
6	CR3C2	3	81.7488	81.6948	0.054	7.05	7.655
7	GTE-WC, scharfk.	1	101.7786	101.7226	0.056	11.95	4.686	5.648
8	GTE-WC, scharfk.	2	93.9399	93.8593	0.0806	11.95	6.744
9	GTE-WC, scharfk.	3	89.5642	89.4983	0.0659	11.95	5.514
10	GTE-WC, kugelf.	1	94.5713	94.5287	0.0426	12.77	3.335	2.834
11	GTE-WC, kugelf.	2	89.2265	89.2028	0.0237	12.77	1.855
12	GTE-WC, kugelf.	3	92.6073	92.565	0.0423	12.77	3.312
13	Kenface	1	95.413	95.2824	0.1304	7.54	17.294	20.119
14	Kenface	2	94.278	94.1113	0.167	7.54	22.148
15	Kenface	3	93.545	93.3769	0.1683	7.54	22.320
16	KS-12	1	95.813	95.5581	0.2549	9.32	27.346	28.119
17	KS-12	2	95.558	90.9325	0.2397	9.32	25.716
18	KS-12	3	93.321	93.0284	0.2917	9.32	31.294
19	Stahl 1020	1	96.2164	95.45	0.7664	7.85	97.518	97.518
20	Stahl 1080 (Q+T)	1						33.57
21	Stahl 1080(nur Q)	1						24.57

[0060] Die Ergebnisse zeigen, daß kugelförmiges WC die höchste Abriebsbeständigkeit (letzte Spalte) von allen getesteten Karbidarten hat, die um eine Größenordnung höher liegt als die von gehärtetem und angelassenem Stahl. Ferner zeigt sich, daß zwar das kugelförmige WC das beste war, jedoch alle erfindungsgemäßen Musterstücke ebenfalls gut waren.

[0061] Auch wenn die Erfindung lediglich anhand einiger Ausfüh­rungsbeispiele beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann im Lichte der vorstehenden Beschreibung viele verschiedenartige Alternativen, Modifikationen und Vari­anten, die unter die vorliegende Erfindung fallen.

Ansprüche

1. Herstellungsverfahren für Eisenerzeugnisse mit har­tem, abriebsbeständigem Material mit imprägnierten Oberflächenschichten, bei dem ein sich beim Gießen auflösendes Modell des gewünschten Eisenerzeugnisses zur Herstellung einer Gießform verwendet wird, auf welches wenigstens in einem zu härtenden Bereich eine Schicht aufgebracht wird, die ein Pulver aus dem ab­riebsbeständigen Material und ein Bindemittel ent­hält, wobei beim Gießen einer Eisenschmelze in die Gießform das abriebsbeständige Material sich in der Oberflächenschicht des Eisenerzeugnisses ablagert, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel eine wasserhaltige Bindemittellösung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Paste auf wenigstens einen Oberflächenbe­reich des Modells aufgetragen wird, die Pulver aus einem abriebsbeständigen Material sowie die Binde­mittellösung enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den zu härtenden Bereichen in die Oberfläche des Modells wenigstens eine Vertiefung oder Mulde eingelassen wird, in die die wasserhaltige Binde­mittellösung und das abriebsbeständige Material ein­gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung oder Mulde eine Tiefe von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 3 mm aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, da­durch gekennzeichnet, daß eine verformbare Scheibe hergestellt wird, die abriebsbeständiges Material und Bindemittellösung enthält und aus der wenigstens ein Stück gewünschter Form und Größe hergestellt wird, welches auf wenigstens einen zu härtenden Bereich auf die Oberfläche des Modells aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück mit der Bindemittellösung auf die Ober­fläche des Modells aufgeklebt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Herstellung der Gießform das Modell mit einem Keramikschlamm überzogen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikschlamm eine wässrige Basis hat.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenerzeugnis Gußeisen, ins­besondere duktiles Gußeisen oder Grauguß, enthält.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das abriebsbeständige Material kugelartiges Wolframkarbid, scharfkantiges Wolfram­karbid, Chromkarbid, ein eutektisches Gemisch aus WC und W₂C oder eine Mischung hieraus enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das abriebsbeständige Material ein weiteres Zu­satzelement, vorzugsweise Kobalt, umfaßt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das sich beim Guß auflösende Mo­dell Polystyrol oder Polymethylmethacrylat enthält.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel eine wässrige Lösung von Polyvinylalkohol enthält.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyvinylalkohol in dem Bindemittel mit einem Anteil von mehr als 5 Volumen-%, vorzugsweise mit einem Anteil von 9,5 bis 10,5 Volumen-%, enthalten ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des sich beim Gießen auflösenden Modells derart gewählt wird, daß das Ver­hältnis des Gußvolumens zur Fläche der abriebsbe­ständigen Schicht, mit der das Modell getränkt ist, groß genug ist, um beim Gießen eine vergrößerte Kon­taktdauer zwischen flüssigem Metall und abriebsbe­ständigem Material zu liefern.

16. Eisenerzeugnis mit einer abriebsbeständigen Schicht, die durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellt ist.

Zeichnung