DE1219239B - Gesinterte, stahlgebundene Karbid-Hartlegierung - Google Patents
Gesinterte, stahlgebundene Karbid-HartlegierungInfo
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Description
- Gesinterte, stahlgebundene Karbid-Hartlegierung , Die Erfindung bezieht sich auf gesinterte, stahlgebundene Karbid-Hartlegierungen, deren Matrix aus einem durch Austenitzerfall härtbaren Stahl besteht und deren Karbidanteil, der in Mengen von 25 bis 72 Gewichtsprozent vorhanden ist, aus Titankarbid besteht welches bis zu 75 Atomprozent durch ein oder mehrere Karbide der Metalle Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram ersetzt sein kann.
- Die Gruppe der stahlgebundenen Titankarbid-Hartlegierungen ist schon seit längerer Zeit bekannt, ihre technische Auswertung wurde jedoch erst vor kurzem begonnen. Die gesamte Gruppe dieser Hartlegierungen kann je nach Art ihrer Stahlmatrix in härtbare und nicht härtbare Legierungen unterschieden werden, die entsprechend ihren unterschiedlichen technologischen Eigenschaften auf verschiedenen Gebieten eingesetzt werden.
- Die härtbaren Hartlegierungen haben eine Matrix, die entweder durch Austenitzerfall, also Martensitbildung, oder durch die Bildung von Ausscheidungen gehärtet wird. In der zuletzt genannten Gruppe sind bisher hochtitanhaltige und hochwolframhaltige Stähle bekanntgeworden, die nach einer Lösungsglühbehandlung bei etwa 1000' C bei Temperaturen zwischen 300 und 500' C angelassen werden und hierbei eine titanreiche bzw. wolframreiche Phase ausscheiden. Die Anlaßbeständigkeit entspricht etwa der Anlaßbeständigkeit der Stahlmatrix, so daß im allgemeinen die durch Martensitbildung härtenden Werkstoffe nur für Zwecke der Kaltumfonnung und zur Herstellung von abriebfesten Körpern in Frage kommen, während die anlaßbeständigeren ausseheidungshärtenden Legierungen auch für Drehzwecke bzw. für Zwecke der Warmformgebung geeignet sind.
- Die allgemeine Zusammensetzung der stahlgebundenen Titankarbid-Hartlegierungen kann mit 25 bis 75 Gewichtsprozent (20 bis 90 Volumprozent) Titankarbid, Rest Grundmasse aus umwandlungshärtendem oder ausscheidungshärtendem Stahl angegeben werden. Vorzugsweise werden Legierungen mit 27 bis 37 Gewichtsprozent Titankarbid, das entspricht etwa 40 bis 55 Volumprozent TiC, verwendet. Die Stahhnatrix kann hierbei je nach den geforderten Eigenschaften beliebig legiert sein. Das Titankarbid selbst kann bis zu 50'% durch andere bekannte Hartkarbide, etwa Wolframkarbid, Vanadinkarbid, Zirkoniumkarbid, Niobkarbid, Tantalkarbid oder Chromkarbid, ersetzt sein.
- Die Herstellung der Legierungen geschieht ausnahmlos auf puvermetallurgischem Wege. Hierzu wird das pulverisierte Karbid bzw. die Karbidmischung mit einer ebenfalls pulverisierten Matrixlegierung vermischt, bis auf eine Korngröße von weniger als 5 #t gemahlen, zu Formkörpern verarbeitet und im Vakuum von weniger als 10-1 mm Hg bei Temperaturen zwischen 1200 und 1500' C gesintert.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Titankarbid-Hartlegierungen der genannten Art mit einer Stahlmatrix, die infolge ihrer besonderen Zusammensetzung sowohl durch Martensitbildung als auch durch Ausscheidung gehärtet werden kann. Die Legierung ist dadurch gekennzeichnet, daß die durch Austenitzerfall härtbare Stahlmatrix 0,5 bis 3,0%, vorzugsweise 2,0% Kupfer enthält.
- Diese besonders vorteilhafte Eigenschaft der neuen Hartlegierung macht es möglich, die gesinterte Legierung nach dem Härten durch Abschrecken von 950 bis 10001 C in öl bei Temperaturen zwischen 150 und 500' C, vorzugsweise bei der zu erwartenden Bearbeitungstemperatur '/2 bis 2 Stunden, vori zugsweise 1 Stunde, entspannend zu glühen. Hierdurch werden die im Werkstück vorhandenen Spannungen abgebaut, wodurch die Stoßunempfindlichkeit und die Biegebruchfestigkeit des Werkstückes zu- nehmen.
- Die bekannten ausscheidungshärtbaren Matrixlegierungen unterscheiden sich von der erfindungsgemäß zusammengesetzten Legierung dadurch, daß sie zur Bildung der auszuscheidenden Phasen die Elemente Titan oder Wolfram enthalten. Beide Elemente sind jedoch starke Karbidbildner und reagieren mit überschüssigem Kohlenstoff bzw. solchem, der durch Titanzerfall frei wird. Hierdurch ist es sehr schwierig, den Grad der Härtung technisch zu beherrschen.
- Bei der Herstellung von Sinterstahl ist die Verwendung von Kupfer als aushärtendes Element an sich bekannt. Um jedoch anlaßbeständige Legierungen zu erzeugen, werden in der Regel Kupfergehalte über 5-11/o bis etwa 3011/o benutzt. Im vorliegenden Zusammenhang konnte festgestellt werden, daß Kupfergehalte dieser Größenordnung in stahlgebundenen Karbid-Hartlegierungen nicht verwendet werden können, sondern daß es wichtig ist, den Kupfergehalt im. angegebenen Konzentrationsbereich vorzusehen.
- Die erfindungsgemäß zusammengesetzten Karbid-Hartlegierungen werden wie die bekannten Legierungen dieser Art auf pulvermetallurgischem Wege erzeugt. Hierzu werden die Ausgangspulver gemischt, bis auf eine Komgröße von 3 bis 5 #t gemahlen, das Pulver formgebend bearbeitet und schließlich bei etwa 1400' C etwa 2 Stunden ün Vakuum von weniger als 10-1 Tnm Hg gesintert. Hierauf wird auf Raumtemperatur abgekühlt. Es folgt sodann ein Weichglühen bei 700 bis 750'C, wonach die Sinterkörper mit einer Härte von 38 bis 42 R, vorliegen.
Tabelle 1 Tic 1 Cr Mo 1 C Cu 1 F, Behandlung Normale stahlgebundene Titan- Härtung von 9800 C Salz- karbid-Hartlegierung ....... 330 20 230 Q,5 Rest bad in öl, Härte 70 R, Erfindungsgemäße Legierung . . 33:0 2:0 2,0 0,5 2,0 Rest - Der Einfluß von Kupfer auf die Härte einer stahlgebundenen Titankarbid-Hartlegierung mit und ohne Anlassen mit der Zusammensetzung: 33 Gewichtsprozent TiC 2 Gewichtsprozent Cr 2 Gewichtsprozent Mo 0,5 Gewichtsprozent C - Rest Fe ,soll an Hand der Tabelle 2 veranschaulicht werden. Die Titankarbid-Hartlegierung ist bei 1400' C 2 Stunden lang gesintert, von 980' C in öl abgeschreckt und einmal 1 Stunde bei 100' C entspannt worden. Andere Proben wurden bei 500' C angelassen. Die Härtewerte sind bei Raumtemperatur gemessen. In diesem Zustand können sie' durch Zerspanung formgebend bearbeitet werden. Nach dem Härten liegen die Körper mit einer Härte von 70 bis 73 R, vor.
- Werden die so hergestellten Körper auf Temperaturen über 1501 C bis etwa 500' C erwärmt, so tritt ein allmählicher Abbau der durch den Martensit bedingten Härte ein, der aber durch verstärkte Ausscheidungen kompensiert wird. Praktisch bedeutet dies, daß bis Temperaturen von etwa 5001 C eine Härte von 70 bis 72 R, aufrechterhalten bleibt.
- Aus den Schaubildern geht die Abhängigkeit der Härte von der jeweiligen Behandlungstemperatur hervor. Zum Vergleich wurden die Messungen einmal an einem Probekörper aus einer normalen stahlgebundenen Titankarbid-Hartlegierung und zum andenen an einem der erfindungsgemäßen Legierung mit 2'0/9 Kupfer durchgeführt. Die Zusammensetzung der untersuchten Werkstoffe geht aus der Tabelle 1 hervor.
Tabelle 2 ca, o/' Härte in R 0 Härte in R. 1000 C entspannt 50011 C angelassen 0 71 bis 73 61 bis 63 1,0 71 bis 73 62 bis 64 1,7 71 bis 73 68 bis 70 2,0 71 bis 72 70 bis 72 5,0 46 bis 50 -48 bis 55 6,0 42 bis 45 44 bis 45
Claims (2)
- Patentansprüche: 1. Gesinterte, stahlgebundene Karbid-Hartlegierung, derenMatrix aus einem durchAustenitzerfall härtbaren Stahl besteht und deren Karbidanteil, der in Mengen von 25 bis 72 Gewichtsprozent vorhanden ist, aus Titankarbid besteht, welches bis zu 75 Atomprozent durch ein oder mehrere Karbide der Metalle Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram ersetzt sein kann, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Stahlmatrix 0,5 bis 3,0 1/o, vorzugsweise 2,0 1/o Kupfer enthält.
- 2. Verfahren zum Wärmebehandeln von stahlgebundenen Karbid-Hartlegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach dem Härten durch Abschrecken von 950 bis 10001 C in öl bei Temperaturen von 150 bis 5001 C, vorzugsweise bei der zu erwartenden Bearbeitungstemperatur, 1/2 bis 2 Stunden, vorzugsweise 1 Stunde einmal oder mehrmalig angelassen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 778 268; »Materials in Design Engineering«, 56 (1962), Heft 4, S. 1141115.
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