CH680137A5

CH680137A5 -

Info

Publication number: CH680137A5
Application number: CH461989A
Authority: CH
Inventors: Beat Hofer; Eckahard Krogull
Original assignee: Htm Ag
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1992-06-30
Also published as: DE4040030A1

Description

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CH 680 137 A5

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen puiver-metallurgischen Kaltarbeitsstahl und seine Herstellung. Dieser pulvermetailurgisch hergestellte Kaltarbeitsstahl zeichnet sich durch eine hohe Ver-schleiss- und Korrosionsfestigkeit aus.

Aus DE-A 2 352 620 und US-A 4 249 945 sind pulvermetallurgisch hergestellte Stähle, die sich durch ihr feines, homogenes Gefüge und den daraus resultierenden Werkstoffeigenschaften auszeichnen, bekannt.

Die feinverteilten Metallkarbide verleihen diesem Stahl eine sehr gute Härte und Verschleissfe-stigkeit.

In der US-A 4 249 945 ist ein pulvermetallurgischer Stahl beschrieben, der durch seine feinverteilten Vanadinkarbide besondere Verschleissfe-stigkeit und Zähigkeit aufweist.

Die bekannten Legierungen werden jedoch den heutigen Anforderungen nach guter Verschleiss-beständigkeit, gleichzeitiger Wirksamkeit gegen Korrosion bei zusätzlicher, ausreichender Festigkeit nicht mehr gerecht. Eine weitere Grundanforderung ist eine wirtschaftliche Bearbeitungsmöglichkeit. Beispielsweise ist aus dem Bereich Kunststoffverarbeitung bekannt, dass zwar die Verschleiss-festigkeit stark verbessert werden konnte, die immer dringender werdenden Korrosionsprobleme jedoch nicht gelöst wurden. Es lag daher dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff vorzuschlagen, der möglichst in idealer Weise allen gestellten Anforderungen gerecht wird.

Diese Aufgabe wird durch den im Patentanspruch 1 definierten, pulvermetallurgischen Kaltarbeitsstahl gelöst. Der erfindungsgemässe pulvermetallurgische Kaltarbeitsstahl weist eine Kombination von besonders guter Verschieissfestigkeit und ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit auf. Die Erfindung stellt somit einen Werkstoff zur Verfügung, der beispielsweise für die Kunststoffverarbeitung, insbesondere für den Bereich gefüllte, stark verschleissende und korrosionswirksame Kunststoffe geeignet ist.

Für die günstigen Verschleiss- und Korrosionseigenschaften sind mehrere Einflussgrössen verantwortlich. Die der Erfindung zugrundegelegten Analysen sind aus folgenden Überlegungen festgelegt worden.

Das richtige Verhältnis von Kohlenstoff zu den karbidbildenden Stoffen wie V, Ta, Nb, Cr ergibt einen wirksamen Verschleissschutz.

Bei schmelzmetallurgisch hergestellten Stählen ist ein Anteil von > 1,8% C nicht möglich, da es zu grobem und unregelmässigem Gefüge führt.

Pulvermetallurgisch lässt sich dies aber hersteilen, da während des Verdüsens eine schnelle Erstarrung auf kleinstem Volumen stattfindet und dadurch grobe Ausscheidungen verhindert werden.

Um einen hohen Anteil an Karbiden zu erhalten, wurde deshalb der Kohlenstoffgehalt auf 2,2-2,5 Gew.-% festgelegt.

Der Chromgehalt von 19,5-24,0 Gew.-% wurde gewählt, um eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu erhalten und zusätzlich über die Bildung von Chromkarbiden eine hohe Verschieissfestigkeit zu erreichen.

Molybdän wurde zugegeben, um die Zugfestigkeit und die Zähigkeitswerte zu verbessern. Gleichzeitig entstehen Molybdänkarbide, die wiederum die Verschieissfestigkeit erhöhen. Die Anlasssprödig-keit wird als Nebeneffekt auch noch vermindert.

Vanadin ist ein starker Karbidbildner und erhöht wesentlich die Verschleiss- und Zugfestigkeit. Da es aber sehr teuer ist, wurde die der Erfindung zugrundeliegende Legierung mit Ta und Nb im Rahmen von 1,6-3,0 Gew.-% ergänzt, um wiederum sehr hohe Verschieissfestigkeit bei hoher Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit durch deren Karbide zu erhalten.

Der geringe Anteil an Bor verbessert über Aus-scheidungshärtung die Streckgrenze und Festigkeit. Die Verminderung der Korrosionsbeständigkeit wird dabei in Kauf genommen, da der hohe Cr-und V-Anteil dies aufhebt. Zusätzlich wird durch den Boranteil die Durchhärtung verbessert, was bei dickwandigen Bauteilen zu geringeren Spannungen führt.

Die Vorteile dieser Legierungszusammensetzung liegen also in der ausgewogenen Zusammenstellung der Elemente, um ein Optimum an Festigkeit und Zähigkeit bei höchster Verschleiss- und Korrosionsbeständigkeit zu erhalten.

Ein weiterer Vorteil dieses pulvermetallurgischen Stahles ist die Bearbeitungsmöglichkeit im weichen Zustand, so dass eine vergleichsweise wirtschaftliche Bearbeitung ermöglicht wird. Die Zerspanung erfolgt üblicherweise bei Brineilhärte < 290. Je nach Austenitisierungsstufe bzw. Anlassstufe kann die optimale Kombination Verschleissfestig-keit/Zähigkeit für den individuellen Einsatz gewählt werden.

Die Herstellung des Stahles erfolgt unter Verwendung von globularem stickstoffverdüstem Pulver in Korngrössenbereichen von 5-1000 um. Durch die Verdüsung erhält jedes Pulverkorn bereits seine feinverteilte, homogene Gefügestruktur. Das Pulver wird in Stahlkapseln gefüllt und gasdicht verschlossen. In der heissisostatischen Presse (HIP-Anlage) sintern die Pulverkörner in der Kapsel unter hohem Gasdruck und hoher Temperatur zu einem kompakten, homogenen Körper zusammen.

Der derartig hergestellte Stahl zeichnet sich durch sein homogenes, seigerungsfreies, porenfreies und sehr feinkörniges Gefüge aus. Als Folge dieser Gefügestruktur besitzt dieser Werkstoff quasi isotrope Eigenschaften.

Beispiel

Eine Schmelze von 4 Tonnen wurde verdüst. Danach wurde folgende Kornverteilung ermittelt:

97,1% <710 um 80,0% < 355 um 64,0% < 212 um 28,3% < 106 um 0,6% < 45 (im

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C = 2,34 Gew.-% P = 0,02 Gew.-% S = 0,074 Gew.-% Cr = 19,9 Gew.-% Mo = 1,06 Gew.-% Nb = 1,87 Gew.-% V = 4,15 Gew.-% B = 0,02 Gew.-%

Die Analyse des Pulvers betrug sches Pressen zu einem Körper verarbeitet wird, dessen Dichte > 99,99% der theoretischen Dichte ist.

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Derartig hergestelltes Pulver wurde in eine Stahlkapsel mit den Massen 0 100/96 x 1200 mm gefüllt und gerüttelt, bis eine Fülldichte von ca. 69% erreicht wurde. Anschliessend wurde die Kapsel 15 durch das Einfülirohr evakuiert und während des Evakuierens der Einfüllstutzen erhitzt und gasdicht verschlossen. Diese mit dem Pulver gefüllte Stahlkapsel wurde in eine heissisostatische Presse eingebracht und bei 1140°C während 3 h bei 1000 bar 20 dicht gesintert.

Anschliessend wurde der Körper bei 900°C während 2 h weichgeglüht und mit max. 15°C/h auf eine Temperatur von 600°C gebracht. Danach erfolgte eine Abkühlung an ruhiger Luft. Hernach erfolgte 25 die Bearbeitung des Rohlings zu einer Schnecke für einen Kunststoffextruder mit anschliessendem Härten bei 1100°C und nachfolgendem Anlassen bei 190°C. Der praktische Einsatz dieser Schnecke ergab eine wesentliche Standzeitverbesserung im ab- 30 rasiven und korrisiven Einsatz gegenüber einem normal gebräuchlichen Stahl.

Claims

Patentansprüche 35

1. Pulvermetallurgischer Kaltarbeitsstahl gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:

2,2-2,5 Gew.-% Kohlenstoff 40

19,5-24,0 Gew.-% Chrom 0,9-3,0 Gew.-% Molybdän

3.5-4,5 Gew.-% Vanadin

1.6-3,0 Gew.-% Ta/Nb

0,01-0,1 Gew.-% Bor 45

0,05-0,09 Gew.-% Schwefel Rest Eisen.

2. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Kaltarbeitsstahls gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulver herge- 50 stellt wird, indem eine Schmelze mit folgender Zusammensetzung

2,2-2,5 Gew.-% Kohlenstoff

19,5-24,0 Gew.-% Chrom 55

0,9-3,0 Gew.-% Molybdän

3.5-4,5 Gew.-% Vanadin

1.6-3,0 Gew.-% Ta/Nb 0,01-0,1 Gew.-% Bor

0,05-0,09 Gew.-% Schwefel 60

Rest Eisen hergestellt wird und diese zu Pulver mit einer Korn-grösse von < 1 mm verdüst wird und das erhaltene Pulver durch Sintern oder direktes heissisostati- 65

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