DE1039241B - Use of sintered hard metal alloys as material for wear parts - Google Patents

Use of sintered hard metal alloys as material for wear parts

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DE1039241B
DE1039241B DEA18585A DEA0018585A DE1039241B DE 1039241 B DE1039241 B DE 1039241B DE A18585 A DEA18585 A DE A18585A DE A0018585 A DEA0018585 A DE A0018585A DE 1039241 B DE1039241 B DE 1039241B
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Germany
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carbide
chromium
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hard metal
cobalt
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Dr Otto Ruediger
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Aktiengesellschaft fuer Unternehmungen der Eisen und Stahlindustrie
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Aktiengesellschaft fuer Unternehmungen der Eisen und Stahlindustrie
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds

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Description

Für die Herstellung von Verschleißteilen, wie beispielsweise von Sandstrahldüsen und ähnlich beanspruchten Gegenständen, werden Werkstoffe großer Härte benötigt. Es ist bereits versucht worden, für diese Zwecke Borkarbid, das mit einer Mikrohärte von 4900kp/mm2 einen der härtesten Stoffe darstellt, zu verwenden. Jedoch ist schon die Herstellung einfacher Teile aus Borkarbid sehr schwierig, so daß kompliziert geformte Werkstücke oft überhaupt nicht wirtschaftlich aus Borkarbid hergestellt werden können. Aus diesem Grunde werden im allgemeinen Verschleißteile aus Sinterhartmetallen mit besonders feinkörnigem Gefüge angefertigt, die zwar eine wesentlich geringere Härte als Borkarbid aufweisen, aber dafür besser in den gewünschten Formen hergestellt werden können. Diese Hartmetalle bestehen im wesentlichen aus Wolframkarbid-Kobalt-Legierungen mit kleinen Zusätzen von Vanadinkarbid, Tantalkarbid oder anderen Karbiden.For the production of wear parts, such as sandblasting nozzles and similarly stressed objects, materials of great hardness are required. Attempts have already been made to use boron carbide for this purpose, which is one of the hardest substances with a microhardness of 4900 kp / mm 2. However, even the production of simple parts from boron carbide is very difficult, so that workpieces of complex shape can often not be produced economically from boron carbide at all. For this reason, wearing parts are generally made from sintered hard metals with a particularly fine-grain structure, which, although they have a much lower hardness than boron carbide, can be produced better in the desired shapes. These hard metals essentially consist of tungsten carbide-cobalt alloys with small additions of vanadium carbide, tantalum carbide or other carbides.

Es sind bereits gesinterte Hartmetallegierungen bekannt, die aus mindestens 80% Titankarbid, einer zunderfesten Legierung und gegebenenfalls bis zti 15% eines oder mehrerer der Karbide anderer hochschmelzender Metalle, welche mit Titankarbid Mischkristalle bilden, wie Molybdänkarbid, Wolframkarbid, Zirkonkarbid, Vanadinkarbid, Niobkarbid, Tantalkarbid, Hafniumkarbid, Chromkarbid, bestehen. Diese bekannten Legierungen sind als Werkstoff für Maschinenteile, die hohe Warm- und Zunderfestigkeit erfordern, insbesondere Schaufeln von Abgasturbinen, bestimmt.There are already sintered hard metal alloys known, which consist of at least 80% titanium carbide, a scale-resistant alloy and optionally up to 15% of one or more of the carbides of other refractory metals, which mixed crystals with titanium carbide form, such as molybdenum carbide, tungsten carbide, zirconium carbide, vanadium carbide, niobium carbide, tantalum carbide, Hafnium carbide, chromium carbide. These well-known alloys are used as material for machine parts, which require high heat and scale resistance, especially blades of exhaust gas turbines, certainly.

Es ist ferner bereits bekannt, für Schaufeln von Gasturbinen Legierungen zu verwenden, die mehr als SO0/» Titankarbid, 0 bis 40% Wolframkarbid, 0 bis 40% Chromkarbid und 0 bis 20% Bor, Vanadin, Eisen, Kobalt, Nickel, Zirkon, Niob, Molybdän, Tantal einzeln oder zu mehreren in Form von Metallen oder Karbiden enthalten.It is also already known to use alloys for blades of gas turbines which contain more than SO 0 / »titanium carbide, 0 to 40% tungsten carbide, 0 to 40% chromium carbide and 0 to 20% boron, vanadium, iron, cobalt, nickel, zirconium , Niobium, molybdenum, tantalum individually or in groups in the form of metals or carbides.

Außerdem gehören bereits Hartmetallegierungen für Werkzeuge zum Stand der Technik, die aus 55 bis 80% Titankarbid, 5 bis 40% Niobkarbid, Rest 5 bis 20% Eisen, Nickel und/oder Kobalt bestehen, wobei das Niobkarbid durch Chromkarbid, Zirkonkarbid, Molybdänkarbid, Wolframkarbid ersetzt sein kann.In addition, hard metal alloys for tools are already part of the state of the art up to 80% titanium carbide, 5 to 40% niobium carbide, the remainder 5 to 20% iron, nickel and / or cobalt, with the niobium carbide can be replaced by chromium carbide, zirconium carbide, molybdenum carbide, tungsten carbide.

Schließlich sind gesinterte Hartmetallegierungen nicht mehr neu, die aus einem oder mehreren an Kohlenstoff gebundenen Elementen der Kohlenstoffgruppe (Silizium, Titan, Zirkon, Cer, Thorium), insbesondere Titankarbid, als Hauptbestandteil, einem oder mehreren wenigstens zum Teil an Kohlenstoff gebundenen Elementen der Chromgruppe (Chrom, Wolfram, Molybdän) und/oder einem oder mehreren Elementen der Eisengruppe (Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan) bestehen. Diese bekannten Legierungen sind Verwendung gesinterter Hartmetalllegierungen als Werkstoff
für VerschleißteileFinally, sintered hard metal alloys are no longer new, which are composed of one or more carbon-bonded elements of the carbon group (silicon, titanium, zirconium, cerium, thorium), in particular titanium carbide, as the main component, one or more elements of the chromium group that are at least partially bonded to carbon ( Chromium, tungsten, molybdenum) and / or one or more elements of the iron group (iron, cobalt, nickel, manganese). These known alloys are using sintered hard metal alloys as the material
for wear parts

Anmelder:Applicant:

Aktiengesellschaft für Unternehmungen der Eisen- und Stahlindustrie,Joint stock company for companies in the iron and steel industry,

Essen/ Altendorf er Str. 103Essen / Altendorf er Str. 103

Dr. Otto Rüdiger, Essen,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Otto Rüdiger, Essen,
has been named as the inventor

für Werkzeuge und Arbeitsgeräte bestimmt und wegen ihrer Schneidhaltigkeit, Zähigkeit und Härte für die Bearbeitung von Metallen, Glas, Kohle, Gestein usw. besonders geeignet.intended for tools and work equipment and because of their edge retention, toughness and hardness for the Machining of metals, glass, coal, stone, etc. particularly suitable.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in dem Dreistoffsystem Wolframkarbid-Titankarbid Chromkarbid ein Härtemaximum besteht, so daß der Nachteil einer für die Herstellung von Verschleißteilen vielfach nicht ausreichenden Härte bekannter Hartmetallegierungen durch die Verwendung gesinterter Wolframkarbid-Titankarbid-Chromkarbid-Hartmetallegierungen bestimmter Zusammensetzung vermieden werden kann. Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß die in dem Bereich des Härtemaximums in dem Dreistoffsystem liegenden gesinterten Titankarbid-Chromkarbid-Wolframkarbid-Hartmetallegie rungen neben höchster Härte auch eine außerordentlich große Oxydationsbeständigkeit aufweisen.The invention is based on the knowledge that in the three-component system tungsten carbide-titanium carbide chromium carbide has a maximum hardness, so that the Disadvantage of a hardness, which is often insufficient for the production of wear parts, known Hard metal alloys through the use of sintered tungsten carbide-titanium carbide-chromium carbide hard metal alloys certain composition can be avoided. In addition, it has been shown that the sintered titanium carbide-chromium carbide-tungsten carbide hard metal alloy lying in the region of the maximum hardness in the three-component system In addition to the highest hardness, they also have an extraordinarily high resistance to oxidation.

Die Erfindung besteht in der Verwendung gesinterter Hartmetallegierungen, die aus 20 bis 88%, vor-The invention consists in the use of sintered hard metal alloys, which consist of 20 to 88%,

Φο zugsweise 28 bis 78% Titankarbid, 2 bis 44%, vorzugsweise 6 bis 38% Chromkarbid, Rest bis 58%, vorzugsweise 1 bis 52% Wolframkarbid bestehen, als Werkstoff für Gegenstände, die höchste Härte, z. B. eine Mikrohärte über 3600 kp/mm2 besitzen und auch bei erhöhten Temperaturen gegen Oxydation widerstandsfähig sein müssen.Φο preferably 28 to 78% titanium carbide, 2 to 44%, preferably 6 to 38% chromium carbide, the remainder up to 58%, preferably 1 to 52% tungsten carbide. B. have a microhardness over 3600 kp / mm 2 and must be resistant to oxidation even at elevated temperatures.

Solche Gegenstände sind beispielsweise Walzen für die Warmverformung schwer bearbeitbarer Werkstoffe und Düsen, Ventilsitze und ähnliche Verschleißteile, die bei der Benutzung der Einwirkung solcher heißer, oxydierender Gase ausgesetzt sind, die größere Mengen an festen Körpern aller Art, wie Sand, Ruß und Staub, absichtlich oder als Verunreinigung mit sich führen.Such objects are, for example, rolls for the hot forming of materials that are difficult to machine and nozzles, valve seats and similar wearing parts that are exposed to the action of such are exposed to hot, oxidizing gases that contain large amounts of solid bodies of all kinds, such as sand, soot and carry dust, intentionally or as contamination.

809 638/358809 638/358

Claims (4)

Fig. 1 stellt ein Schaubild des Dreistoffsystems Titankarbid-Chromkarbid-Wolframkarbid dar, in dem die Abhängigkeit der Härte von der Zusammensetzung der Legierungen dargestellt ist. Die Zahlen längs der drei Seiten geben den Anteil der jeweils betrachteten Komponente in der Legierung in Gewichtsprozenten an. Die eingezeichneten Kurven stellen Linien gleicher Härte dar, die dazugehörigen Zahlen geben die Mikrohärte in kp/mm2 an. Das schraffierte Gebiet kennzeichnet den Bereich der gemäß der Erfindung zu verwendenden Legierungen. Eine aus 56% Titankarbid. 21% Chromkarbid und 23«/o Wolfranikarbid bestehende Sinterlegierung besitzt beispielsweise eine Mikrohärte von über 4300 kp/mm2. Solche Legierungen sind als Werkstoffe für Verschleißteile ganz besonders geeignet. Für den angegebnen Zweck können erfindungsgemäß auch gesinterte Hartmetallegierungen verwendet werden, deren karbidischer Bestandteil die angegebene Zusammensetzung im Bereich des Härtemaximiims in dem Dreistoffsystem Titankarbid-Chromkarbid-Wolframkarbid aufweist und die zusätzlich Metalle der Eisengruppe (Kobalt, Nickel und/oder Eisen) und/oder eine an sich bekannte hochwarmfeste Legierung, vorzugsweise bestehend aus 20 bis 30% Chrom und 70 bis 80% Nickel oder 65 bis 70% Kobalt. 20 bis 30% Chrom und 0 bis 10% Molybdän, sowie gegebenenfalls üblichen Zusätzen anderer Metalle und der Metalloide Kohlenstoff und Silizium in geringer Menge als Hilfsmetall in Mengen von zweckmäßig nicht mehr als 20% enthalten. Als Hilfsmetalle kommen beispielsweise die bezüglich ihrer Zusammensetzung in den angegebenen Bereich fallenden, unter den Bezeichnungen Nimonic und Vitallium bekannten, hochwarmfesten Legierungen in Frage. Solche erfindungsgemäß zu verwendende Hartmetallegierungen, die hochwarmfeste Legierungen als Hilfsmetalle enthalten, zeichnen sich durch eine besonders große Oxydatioiisbeständigkeit aus. Die Oxydationsgeschwindigkeit ist mehr als tausendmal kleiiier als die der üblichen Wolframkarbid-Kobalt-Hartmetalle. Die gemäß der Erfindung zu verwendenden, eine hochwarmfeste Legierung als Hilfsmetall enthaltenden Hartmetallegierungen eignen sich daher ganz besonders als Werkstoff für Gegenstände, die auch bei sehr hohen Temperaturen widerstandsfähig sein müssen. Die Fig. 2 bis 6 stellen Schaubilder über den Einfluß einzelner Zusätze auf die Zunderbeständigkeit der Legierungen bei 1000° C dar. Es zeigt Fig. 2 den Einfluß von Chromkarbidzusätzen auf eine Titankarbid-Kobalt-Legierung, Fig. 3 den Einfluß von Wolframkarbidzusätzen auf eine Titankarbid-Kobalt-Legierung, Fig. 4 den Einfluß von Wolframkarbidzusätzen auf eine Titankarbid-Chromkarbid-Kobalt-Legierung, Fig. 5 den Einfluß von Chromkarbidzusätzen auf eine Titankarbid-Wolframkarbid-Kobalt-Legierung, Fig. 6 den Einfluß des Kobaltgehaltes bei einer Chromkarbid-Titankarbid-Wolframkarbid-Legierung. Es hat sich ferner als günstig erwiesen, die gemäß der Erfindung zu verwendenden Hartmetallegierungen in an sich bekannter Weise unter Druck oder im Vakuum zu sintern. Patexta ν sρh v1::: E■.1 shows a diagram of the three-component system titanium carbide-chromium carbide-tungsten carbide, in which the dependence of the hardness on the composition of the alloys is shown. The numbers along the three sides indicate the proportion of the component under consideration in the alloy in percent by weight. The curves shown represent lines of the same hardness, the corresponding numbers indicate the microhardness in kp / mm2. The hatched area indicates the range of alloys to be used according to the invention. One made from 56% titanium carbide. Sintered alloy consisting of 21% chromium carbide and 23% tungsten carbide, for example, has a microhardness of over 4300 kp / mm2. Such alloys are particularly suitable as materials for wearing parts. According to the invention, sintered hard metal alloys can also be used for the stated purpose, the carbide component of which has the stated composition in the range of the maximum hardness in the three-component system titanium carbide-chromium carbide-tungsten carbide and which additionally contain metals of the iron group (cobalt, nickel and / or iron) and / or a high-temperature alloy known per se, preferably consisting of 20 to 30% chromium and 70 to 80% nickel or 65 to 70% cobalt. 20 to 30% chromium and 0 to 10% molybdenum, as well as any customary additions of other metals and the metalloids carbon and silicon in small amounts as auxiliary metal in amounts of expediently not more than 20%. As auxiliary metals, for example, the highly heat-resistant alloys which fall within the specified range with regard to their composition and are known under the names Nimonic and Vitallium are suitable. Such hard metal alloys to be used according to the invention, which contain highly heat-resistant alloys as auxiliary metals, are distinguished by a particularly high resistance to oxidation. The rate of oxidation is more than a thousand times slower than that of the usual tungsten carbide-cobalt hard metals. The hard metal alloys to be used according to the invention and containing a high-temperature alloy as auxiliary metal are therefore particularly suitable as a material for objects that must be resistant even at very high temperatures. 2 to 6 show graphs of the influence of individual additives on the scaling resistance of the alloys at 1000 ° C. FIG. 2 shows the influence of chromium carbide additives on a titanium carbide-cobalt alloy, FIG Titanium carbide-cobalt alloy, FIG. 4 the influence of tungsten carbide additions on a titanium carbide-chromium carbide-cobalt alloy, FIG. 5 the influence of chromium carbide additions on a titanium carbide-tungsten carbide-cobalt alloy, FIG -Titanium carbide-tungsten carbide alloy. It has also proven to be advantageous to sinter the hard metal alloys to be used according to the invention in a manner known per se under pressure or in a vacuum. Patexta ν sρh v1 ::: E ■. 1. Verwendung gesinterter Hartmetallegieruugen, die aus 20 bis 88%. vorzugsweise 28 bis 76% Titankarbid, 2 bis 44%, vorzugsweise 6 bis 38% Chromkarbid, Rest bis 58%, vorzugsweise 1 bis 52°/c Wolframkarbid bestehen, als Werkstoff für Gegenstände, die höchste Härte, z. B. eine Mikrohärte über 3600 kp/mm2, besitzen und auch bei erhöhten Temperaturen gegen Oxydation widerstandsfähig sein müssen.1. Use of sintered hard metal alloys, which are 20 to 88%. preferably 28 to 76% titanium carbide, 2 to 44%, preferably 6 to 38% chromium carbide, the remainder up to 58%, preferably 1 to 52 ° / c tungsten carbide. B. have a microhardness over 3600 kp / mm 2 and must be resistant to oxidation even at elevated temperatures. 2. Verwendung gesinterter Hartmetallegierungen, deren karbidischer Bestandteil die in Anspruch 1 angegebene Zusammensetzung aufweist und die zusätzlich Metalle der Eisengruppe (Kobalt, Nickel und/oder Eisen) und/oder eine an sich bekannte hochwarmfeste Legierung, vorzugsweise bestehend aus 20 bis 30% Chrom und 70 bis 80% Nickel oder 65 bis 70% Kobalt. 20 bis 30% Chrom und 0 bis 10% Molybdän, sowie gegebenenfalls üblichen Zusätzen anderer Metalle und der Metalloide Kohlenstoff und Silizium in geringer Menge, als Helfsmetall in Mengen von zweckmäßig nicht mehr als 2O"/o enthalten, für den Zweck nach Anspruch 1.2. Use of sintered hard metal alloys, the carbide component of which is the one in claim 1 has specified composition and the additional metals of the iron group (Cobalt, nickel and / or iron) and / or a known high-temperature alloy, preferably consisting of 20 to 30% chromium and 70 to 80% nickel or 65 to 70% cobalt. 20 to 30% chromium and 0 to 10% molybdenum, as well as any customary additives of other metals and the metalloids carbon and silicon in small amounts, as auxiliary metals in amounts of expediently not contain more than 2O "/ o, for the purpose of claim 1. 3. Verwendung in an sich bekannter Weise unter Druck gesinterter Hartmetallegierungen der in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Zusammensetzung für den Zweck nach Anspruch 1.3. Use of hard metal alloys sintered under pressure in a manner known per se The composition specified in claims 1 and 2 for the purpose of claim 1. 4. Verwendung in an sich bekannter Weise im Vakuum gesinterter Hartmetallegierungen der in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Zusammensetzung für den Zweck nach Anspruch 1.4. Use of hard metal alloys sintered in a vacuum in a manner known per se of the in The composition specified in claims 1 and 2 for the purpose of claim 1. In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Deutsche Patentschrift Nr. 742 042;German Patent No. 742 042; österreichische Patentschrift Nr. 165 676:Austrian patent specification No. 165 676: Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Bd. 19,
S. 380 und 409;Excerpts from German patent applications, Vol. 19,
P. 380 and 409; Zeitschrift für Metallkunde, Bd. 42 (1951), S. 100; Metallurgia, Bd. 45 (1952), Heft 268, S. 98;Zeitschrift für Metallkunde, Vol. 42 (1951), p. 100; Metallurgia, Vol. 45 (1952), Issue 268, p. 98; The Ivon Age, Bd. 169, Heft vom 25. 10. 1951. S. 57.The Ivon Age, vol. 169, issue of October 25, 1951. P. 57. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 809 638/358 9.809 638/358 9.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3390967A (en) * 1966-03-08 1968-07-02 Deutsche Edelstahlwerke Ag Carbide hard alloys for use in writing instruments

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE742042C (en) * 1930-05-08 1943-11-20 Boehler & Co Akt Ges Geb Sintered hard metal alloys

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