DE1608131C

DE1608131C - Gesinterte Karbidhartlegierung

Info

Publication number: DE1608131C
Authority: DE
Inventors: Fritz 4150 Krefeld Frehn
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke Ag, 4150 Krefeld
Publication date: 1971-04-01

Description

Die Erfindung betrifft eine gesinterte Karbidhartlegierung mit 25 bis 75% Titankarbid und 25 bis 75% eines austenitischen oder durch Umwandlung und/oder Ausscheidung intermetallischer Phasen härtbaren Stahls.

Es sind sogenannte Karbidhartlegierungen bekannt, die auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt werden und bis zu 75% Karbid, feinverteilt in einer Stahlgrundmasse als Binder enthalten. Von den bekannten Hartmetallen unterscheiden sich diese Karbidhartlegierungen dadurch, daß der Binder, welcher bei Hartmetallen aus Eisen, Kobalt oder Nickel besteht, härtbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, das gesinterte Halbzeug im nichtgehärteten Zustand auf Fertigmaß zu bearbeiten und anschließend durch eine geeignete Wärmebehandlung zu härten. Man kann dabei den Vorteil guter Bearbeitbarkeit des Halbzeugs mit dem Vorteil hoher Härte, welche bis 75 RC betragen kann, verbinden. Da eine Legierung mit 25 bis 75% Karbidanteil auf schmelzmetallurgischem Wege nicht erzeugt werden kann, erfolgt die Herstellung der Karbidhartlegierung auf dem bekannten pulvermetallurgischen Weg.

Karbidhartlegierungen enthalten in der Regel Titankarbid als Karbidkomponente, welches bis zu einem gewissen Anteil auch noch durch ein anderes Karbid ersetzt sein kann. Als Binder sind vor allem austenitische oder durch Umwandlung und/oder Ausscheidung härtbare Stähle im Gebrauch. Die austenitischen und teilweise auch martensitischen Stähle haben neben dem Vorteil der Härtbarkeit auch noch die günstigen Eigenschaften, korrosions- und warmbeständig zu sein. Damit sind Karbidhartlegierungen mit einer solchen Stahlgrundmasse für Gegenstände mit Vorteil zu verwenden, die neben einer guten Verschleißfestigkeit und Warmbeständigkeit auch eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen müssen.

Bei der Herstellung der bekannten Karbidhartlegierungen hat sich nun herausgestellt, daß Schwierigkeiten entstehen, wenn die Legierungen in einem schlechteren Vakuum als 10~²Torr gesintert werden. Neben der Entstehung von porösen Randschichten auf Grund von Abdampfungen tritt dann nämlich eine Aufkohlung der Siiiterlinge durch in der Ofenatmosphäre vorhandene Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxyd od.dgl. auf. Da die Erzeugung eines Hochvakuums mit einem Unterdruck über 10~^a Torr die Produktion verteuert, sind schon zahlreiche Versuche zur Anwendung eines schlechteren Vakuums gemacht worden. So ist es z. B. bekannt, zur Vermeidung von Abdampfungen in den Oberilächenzonen und die dadurch bedingte Porosität der Randzonen das Titankarbid an Chromkarbid in einem mehr oder weniger abgesättigten Mischkarbid zu binden. Durch diese Maßnahme konnten Karbidhartlegierungen zwar in einem schlechteren, z. B. in einem technischen Vakum ohne Bildung von durch Abdampfungen entstandenen porösen Randzonen gesintert werden, es ergab sich aber aus ungeklärten . Gründen, daß Preßlinge mit einem Durchmesser von mehr als etwa 60 mm nicht mehr bis zum Kern durchsinterten.

Die bekannten gesinterten stahlgebundenen Karbidhartlcgierungen werden insbesondere als Werkstoffe für Warm- oder Kaltarbeitswcrkzeuge eingesetzt, die einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind. Eine hohe Härte des für verschleißfeste Gegenstände eingesetzten Werkstoffes genügt aber allein nicht. Maßgebend für die Verschleißfestigkeit ist vielmehr der Widerstand des Werkstoffes gegen Abrieb.

Es hat sich nun herausgestellt, daß die bisher bekannten Karbidhartlegierungen keine genügende Festigkeit gegenüber Fremdverschleiß durch pulverförmige oder körnige Fremdwerkstoffe, wie Metallpulver, Porzellanmassen, Zement, Sand usw., aufweisen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Karbidhartlegierungen vorzuschlagen, die eine ausreichende Verschleißfestigkeit gegen den Fremdverschleiß durch pulverförmige oder körnige Fremdwerkstoffe aufweisen.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß diese Bedingung erfüllt ist, wenn man bei einer gesinterten Karbidhartlegierung, bestehend aus 25 bis 75 % Titankarbid und 25 bis 75% Stahl, einen austenitischen oder durch Umwandlung und/oder Ausscheidung intermetallischer Phasen härtbaren Stahl wählt und diesem neben anderen Elementen 1,2 bis 15% Mangan zusetzt.

Es sind zwar Karbidhartlegierungen bekannt, die

ao neben Titankarbid in der angegebenen Menge eine austenitische oder durch Umwandlung und/oder Ausscheidung härtbare Stahlgrundmasse enthalten und auch Stähle als solche, die Mangan in der angegebenen Menge aufweisen. Es war aber nicht zu erwarten, daß sich mit Mangan legierte härtbare Stähle als Stahlgrundmasse für Karbidhartlegierungen derart wirsam gegen Fremdverschleiß durch pulverförmige oder körnige Fremdwerkstoffe, wie er beispielsweise bei Preßformen für alle pulverförmigen oder körnigen Produkte metallischer oder keramischer Art, Mischflügeln, Andrückrollen für Schleifscheiben, Sandstrahldüsen, Mahlkugeln u.id ähnliche Teile auftritt, verhalten wurden. So hat z. B. eine Karbidhartlegierung mit einer Stahlmatrix ohne Mangan bei einer Härte von etwa 70 RC beim Andrücken (Profilieren) von Schleifscheiben trotz ihrer vergleichsweisen Härte die gleiche Standzeit wie ein Stahl mit 1,9% Mangan und einer Härte von etwa 63 RC. Eine Karbidhartlegierung mit dem erfindungsgemäßen Zusatz von Mangan zu ihrer Stahlgrundmasse hat demgegenüber eine um das 5fache höhere Standzeit.

Hinzu kommen zwei erhebliche Vorteile bei der Erzeugung von Karbidhartlegierungen mit einer hartbaren Stahlgrundmasse, die 1,2 bis 15% Mangan enthält, weiche überraschend und keinesfalls vorhersehbar waren. Diese bestehen einmal in der Möglichkeit, in einem Vakuum schon ab 5 · 10~^l Torr sintern zu können, ohne daß sich eine durch Abdampfungen entstandene poröse Randzonc bei den Sinterungen zeigte.

Zum anderen ist es möglich, auch Preßlinge mit einem Durchmesser von mehr als 60 mm bis zum Kern hin durchzusintern.

Die Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Gegenständen a'4S der erfindungsgemäß zusammengesetzten Karbidhaftlegierung in Verbindung mit den erwähnten Verbesserungsmöglichkeiten bei der pulvermetallurgischen Herstellung, insbesondere bei der Sinterung, stellt die erfindungsgemäße Karbidhartlegierung auf eine Stufe, welche durch die bekannten Karbidhartlegierungen bisher nicht erreicht werden konnte.

Die nachfolgenden Beispiele geben einen Ausschnitt des erfindungsgemäß beanspruchten Legierungsbereichs.

B e i s ρ i e I 1

Eine Karbidhartlegierung mit

33% TiC und

67 % Stuhl, bestehend aus

Claims

3 4

8°/oNi, ' 13% Cr,

9% Co, 5,75°/₀Mo,

5 °/o Mo, . 2,75% Ti,

0,7% Ti, 1,60% Al,

0,7% Al, 5 0,70% Nb,

0,5% Cu, 0,01% B,

0,02% B, _Λ 1,95% Mn,

1,5% Mn, Rest Fe,
Rest Fe,

io hat eine durch Ausscheidung intermetallischer Phasen

steht als Beispiel für eine durch Umwandlung und Aus- härtbare Stahlgrundmasse. Die Härte im abgeschreck-

scheidung intermetallischer Phasen (Nickelmartensit) ten (austenitischen) Zustand wurde mit 35 bis 38 RC

härtbare Stahlgrundmasse, deren Härte im lösungsge- und nach einem 16stündigen Anlassen bei 790⁰C und

glühten Zustand 45 bis 49 RC und nach Aushärten anschließendem 16stündigem Halten bei 650⁰C zu

während 6 bis 8 Stunden bei 480⁰C eine Härte von 64 15 54 bis 56 RC gemessen.

bis 66 RC aufwies.

Beispiel 5
Beispiel 2 .

Die Legierung mit

Eine Legierung mit 30% TiC und

33% TiC und ³⁰ 70% Stahl mit

67% Stahl, bestehend aus 1,25% C,

0,90% C, . 12,5% Mn,

0,12% V, Rest Fe,

Re'st Fe ' ^a5 ^^{at au}^ G^ruri(i ^mres hohen Mangangehaltes insbeson

dere nach dem Abschrecken eine rein austenitische

ist ein Beispiel für eine rein martensitische Grund- Stahlgrundmasse. Sie ist somit nicht magnetisierbar, masse, die, von 81O⁰C in OeI gehärtet und je nach not- Dieser sogenannte Manganaustenit besitzt bszüglich wendiger Zähigkeit bei 150 bis 350⁰C angelassen, eine seiner Verschleißfestigkeit wesentlich günstigere Eigen-Harte je nach Anlaßtemperatur von 65 bis 71 RC auf- 30 schäften als der Nickelaustenit gemäß Baispiel 4, wie weisen kann. er beispielsweise in rostfreien Stählen vorliegt. Die

Beispiel 3 Härte dieser Legierung wurde mit 45 bis 48 RC ge

messen.

Eine Legierung mit Die Herstellung der erfindungsgemäß zusammenge-

330/ TiC und ^{35 setzte}n Karbidhartlegierung erfolgt auf bekanntem

67°/ Stahl bestehend aus pulvermetallurgischem Weg. Die Einzelkomponsnten

j 2°/ C werden auf eine Korngröße von etwa 2 bis 5 Mikron

15°/° Mo gemahlen, zu Formkörpern gepreßt und anschließend

6Q⁰I Mn' gesintert. Nach dem Sintern werden die Teile auf Fer-

Rest Fe ' ⁴° t'groaß fertig bearbeitet und anschließend durch eine

je nach Qualität geeignete Wärmebehandlung ausgesteht als Beispiel für eine martensitische, d. h. durch härtet.
Umwandlung härtbare Stahlgrundmasse, die noch

einen gewissen Restaustenitgehalt besitzt. Diese Legie- Patentanspruch:

rung erreicht ihre maximale Härte nach einem Ab- 45

schrecken von 1040⁰C in OeI. Trotz des Restaustenit- Gesinterte Karbidhartlegierung mit hoher Vergehalts wird eine Härte von 7.0 bis 72 RC erreicht. Schleißfestigkeit, insbesondsre Reib- und Erosions-

P . . , . verschleißfestigkeit, bestehend aus 25 bis 75%

Beispiel 4 Titankarbid und 25 bis 75% Stahl, d a d u rc h

Die Legierung mit _5o gekennzeichnet, daß der austenitische

30% TiC und oder durch Umwandlung und/oder Ausscheidung

70% Stahl, bestehend aus intermetallischer Phasen härtbare Stahl 1,2 bis 15%

38% Ni, Mangan enthält.