DE3207161C2

DE3207161C2 - Hartstofflegierung

Info

Publication number: DE3207161C2
Application number: DE19823207161
Authority: DE
Inventors: Fritz 4150 Krefeld Frehn
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1982-02-27
Filing date: 1982-02-27
Publication date: 1984-05-10
Also published as: DE3207161A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hartstofflegierung aus (in Gew.-%) 20 bis 70% Metallkarbid in Form eines Karbides der Metalle Chrom, Vanadium, Wolfram, Titan oder Mischkarbiden dieser Metalle und als Rest 80 bis 30% einer Stahllegierung als Matrix, bestehend aus 0,2 bis 1,0% Kohlenstoff, 6 bis 20% Wolfram, 12 bis 30% Kobalt und als Rest mindestens 50% Eisen und ggf. weiteren Zusatzelementen.

Description

Die Erfindung betrilll eine llartstolllegierung, bestehend aus einem Meiallkarhidanteil und als Rest aus einer Stahllcgierung. deren Zusammensetzung so gewählt wird, tl.iü daraus hergestellte Teile in geglühtem Zustand spangehend bearbeitet und danach durch eine Wärmebehandlung aul eine höhere Harte gehärtet werden können Pie Erfindung umlalU lerner Verfahren zur pulvermu.tllurgischen Herstellung soicher siahluehundenen härtbaren Hartstolte

Hearhcitbare und anschließend 'lurch eine Wärmebehandlung härtbare H.irtsinillcirierungen mit einer Slalilk¹-iii-.'runi: .ils Matrix sind h-.'kanrit. Dabei kommen sowohl durch Gefugeumwandlung (Martensitbildung) als auch ausscheidungshärtbare Stahllegierungen zum Einsatz. Zu den letzteren gehören sogenannte nickelmartensitische Stähle, die durch Auslagerung eine Härtesieigerung erfahren. Beispiele solcher härtbaren Hartstofllegierungen mit nickelmartensitischer Matrix sind in den DE-PS 12 57 440 und 26 30 266 beschrieben. Die nickelmartensitischen Stühle enthalten als wesentlichen Bestandteil 8 bis 30"i> Nickel und gegebenenfalls Chrom und sind durch einen sehr niedrigen unter 0.1% liegenden Kohlenstoffgehalt gekennzeichnet. Um auch den in Spuren vorhandenen Kohlenstoff vollständig abzubinden, wird der Legierung ein Karbidbildner, in der Regel Titan, zugegeben. Die nickelmartensitischen Stähle können ferner bis 25"., Molybdän, bis 25% Kobalt, bis 5"„ Aluminium und bis 2"„ Kupfer enthalten.

Zwar haben sich diese bekannten härtbarer Hanstofflegierungen mit nickelmartensitischer Stahlmatrix für viele Anwendungsfälle gut bewährt, jedoch besteht ein Bedarf für solche härtbaren Hartstofllegierungen. die ohne Volumenänderung (schwundfrei) und ohne Verzug (verzugslrei) gehärtet werden können.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine hochverschleißfeste und warmfeste Hartstolllegierung zu linden, die im gekühlten Zustand spangebend bearbeitbar ist und dann durch Auslagern bei niedriger Temperatur schwund- und verzugslrei auf hohe Härte gebracht werden kann. Dadurch soll auch die Herstellung komplizierter Teile und verbundgesinterter Teile ermöglicht werden, die durch Härtespannungen besonders rißgefährdet sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Hartstofflcgierung mit der in den Ansprüchen gekennzeichneten Zusammensetzung vorgeschlagen.

Aus der FR-PS 13 05 149 ist eine Hartsiolflegierung bekannt, mit einer in weiten Grenzen zusammensetzungsmäßig variablen Analyse. Eine auf die vorgenannten speziellen Anforderungen hin ausgerichtete engumgren/te Zusammensetzung läßt sich dieser Schrift nicht ohne weiteres entnehmen.

Kohlenstoff im Gehaltsbereich von 0,2 bis 1,0% bewirkt zusann en mit den in der Matrix-Stahllegierung sonst noch vorhandenen Karbidbildnern Wolfram, und gegebenenfalls Molybdän. Chrom und Vanadium die Bildung von Sekundärkarbiden, die härtesteigernden Einfluß ausüben. Je nach Größe des Kohlenstoffgehalts ist die durch die Sekundärkarbidbildung erreichte Härtesteigerung mehr oder weniger groß.

Wolfram und Kobalt sind Hauptträger der ausscheidungsliihigen intermetallischen Phasetr (Fe-W-Co). Die unteren Gren/gehalle für Wollram und Kobalt wurden festgelegt, um ausscheidungsfählge intermetallische Phasen in genügenoem Umfang zur Erzielung einer merkbaren llärtestcigerung zu erhalten, während die oberen Cirenzcn vom preislichen Ciesichtspunkt bestimmt sind.

Durch Zusatz von bis 10",, Molybdän können mit Eisen, Wolfram und Kobalt weitere intermetallische Phasen gebildet werden.

Chrom bei Zusatz in einer Menge bis 12% erhöht die Korrosionsbeständigkeit. Da Chrom als Karbidbildner Kohlenstoff der Matrix entzieht, muß innerhalb der angegebenen Gren/cn soviel Kohlenstoff zugesetzt werdeii. d ¹I.! eine /ur Härtung der Matrixlegierung ausreichende Menge /ur Vertilgung steht.

Sili/iuni bis 3". bewirkt eine Erniedrigung der Sintertuiiperatiir b/w Erweiterung des Sintertemperaturbereichs. In vier gleichen Richtung wirken Kupier bis 7',, und Aluminium h^ d¹¹. und bewirken lernereine lliirtesteigeruni! durch Ausscheidungen von kupier- b/w. alu-

miniumhaltigen Phasen. Ferner verbessern Silizium, Kupfer und Aluminium die Oxidationsbeständigkeil und VVarmhärte.

Vanadium kann bis 5'\, als Sekundärkarbidbildner mit Kohlenstoff zugesetzt werden.

Bor in Mengen bis 0,1 % kann als Sinterhilfe zugesetzt werden.

Nickel und Mangan sollten in der Mairix-Siahllegierung nicht enthalten sein, weil sie durch Senkung der Auslagerungstemperatur eine Verringerung der Härtesteigerung hervorrufen würden.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Hartstofflegierung kann einmal auf übliche Weise durch Mischen von Metallkarbid-Pulver mit den pulverförmigen Bestandteilen der Matrix-Stahllegierung in ihrer elementaren Form, Kaltpressen zu Formungen. Sintern, spangebende Bearbeitung und Auslagerungsbehandlung zur Härtesteigerung erfolgen.

Bevorzugt wird ein Verfahren, bei welchem eine Pulvermischung aas Metallkarbid mit Bestandteilen der Matri.x-Stahllegierung in vorlegiener Form und den restlichen in der Vorlegierung nicht enthaltenen Einzelbestandteilcn der Matrix-Stahllegierung in elementarer Form hergestellt und dann in üblicher Weise kaltgepreßt und gesintert wird. Dabei kann die Vorlegierung alle Bestandteile der Matrix-Stahllegierung bis auf F.isen enthalten, und diese Vorlegierung wird dann mit Metallkarbid und Eisen jeweils in Pulverform gemischt, gepreßt und gesintert.

Ein Alternativverfahren ist gekennzeichnet durch Mischen von Meiallkarbid-Pulver mil der fertig legierten Matrix-Stahllegierung in l.-inteilit-r Form. z. B. aus eine Schmelze verdüstern Pulver oder Granulat, und Heißpressen der in eine luftdicht versci "ossene verformbare Metallhülle eingefüllten Pulvermischung. Die lleißpressung wird durch unter Druck gesetzten und auf höhere Temperatur gebrachtes Gas, ζ. Β. Argon, bewirkt.

Die heißgepreßten oder gesinterten Formlinge haben nach beschleunigtem Abkühlen von Sinter- bzw. Hcißpreßtemperalur auf Raumtemperatur eine verhältnismüßig geringe Härte von 50 bis 55 HRC. bei der sie durch Schleifen, Drehen oder Bohren spangebend bearbeitet werden können. Das bearbeitete Fertig- oder Halblertigteil wird dann anschließend im Bereich von 550 bis 700° C, vorzugsweise 600 bis 650^c C für mehrere (vier bis sechs) Stunden zur Bildung von intermetallischen Ausscheidungsphasen und Sekundärkarbiden, die die Härtesteigerung bewirken, ausgelagert. Hs war dabei überraschend, daß bei dieser Härtesteigerung keine Volumenänderung und kein Verzug der Teile auftraten, so daß auch komplizierte und verbundgesinterte Teile keine aufgrund von Härtespannungen entstandene Risse aufwiesen. Nach der Auslagerung betrug die Härte je nach Karbid- und Legierungsgehalt zwischen 62 und 80 HRC.

Neben den schon erwähnten Vorteilen einer schwund- und verzugsfreien Hänung von Teilen aus der erfindungsgemäßen Hartstofflegierung werben durch Anwendung der Erfindung noch folgende Vorteile erreicht:

- aufkohlende Sinteratmosphäre bei Unterdruck hat keinen negativen Einfluß wie bei nickelmaru-nsitischen Matrix-Stahllegierungen,

- da Kohlenstoff keinen negativen Einfluß auf die erfindungsgernäßs Harisio! !legierung hat, kann preiswerteres Kohlenstoff enthaltendes Vorlegierungspulver verwendet werden,

- durch Verwendung von preiswertem Vorlegierungspulver kann die Fertigung gegenüber dem Einsatz der Bestandteile in elementarer Form beträchtlich verbilligt werden,

- durch geeignete Auswahl von karbidbildenden oder ausscheidungshärtenden Zusatzelementen kann die erzielbare Härtesieigerung nach dem Auslagern leinstulig vorherbestimmt werden.

Anwendungsbeispiele für die eründungsgemüße Hanstolllegierung sind Uniform- und Schneidwerkzeuge sowohl für metallische Werkstoffe wie auch Kunststoffe, vor allem mit Füllstoffen und anderen verschleißenden Werkstolle, die große Maßgenauigkeit verlangen und hohem Verschleiß ausgesetzt sind, wie beim Kaltfließpressen und Schneiden aul Schneilschneidautomaten: Warmumformwerkzeuge: Verschleißteile aller Art. auch großvolumige, wie .Schlagleisten, Preßformen, Schlegel in Zerkleinerungsmaschinen, Baggerzahne. Mahlkugeln. Strahlschauleln, Extruderschnecken, Extrudergehäuse. Düsenringe, Z.erhackermesser.

Claims

Patentansprüche:

1. Hartstol!legierung aus in Gew.-·,,

20 bis 70",, Metallkarbid in Form eines Karbides der Metalle Chrom, Vanadium. Wolfram. Titan oder Mischkarbiden dieser Metalle

und als Rest 80 bis 30 ",. einer Stahllegierung als Matrix, bestehend aus

0,2 bis 1.0¹¹D Kohlenstoff.
18 bis 20"., Wollram.
23 bis 25",, Kobalt
und als Rest mindestens 50".. Eisen.

2. Hartstolflegierung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix zusätzlich noch in Gew.-¹*. der Stahllegierung bis 10"., Molybdän, bis 12"., Chrom, bis 3¹V. Silizium, bis 7"., Kupfer, bis 6".. Aluminium und bis 5^U„ Vanadium einzeln oder zu mehreren enthält.

3. Verfahren zur pulvernietallurgischen Herstellung einer Hartstoltlegierung in der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß eine Pulvermischung aus Metallkarbid mit Bestandteilen der Matrix-Stahllegierung in vorlegierter Form und den restlichen in der Vorlegierung nicht enthaltenen Einzelbestandteilen der Matrix-Stahilegierunt: in elementarer Form hergestellt und in üblicher Weise kaltgepreßt und gesintert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß eine Pulverniischung aus einer alle B.:standteilc der Matrix-Stahllegierung bis auf Eisen enthaltende Vorlegierung (Konzentrat) mit Metallkarbid und Eisen verwendet wird.

5. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung einer Hartsiolllegicrung in der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, dali eine Mischung von Mctallkarbid-Pulver mit der fertig legierten Matrix-Stahllegierung in feinteiliger Form oder als Pulver in einer luftdicht verschlossenen verformbaren Metallhülle heißgepreßt wird

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet. üV'U die Formlinge von Sinter- bzw Heißpreßtemperatur in mildem Abschreckmittel wie heißem Wasser oder Öl aul Raumtemperatur abgeschreckt und nach spangebender Bearbeitung /um Fort !μ- oder llalblertigteil zur Erzielung einer Endharte mn 62 bis XO HRC mehrere Stunden im Temperaturbereich von 550 bis 700 C. vorzugsweise 600 his (>50 C. ausgelagert werden.