DE1608401C - Use of a cold-formable cobalt alloy as a material for the tubular jacket of core electrodes - Google Patents
Use of a cold-formable cobalt alloy as a material for the tubular jacket of core electrodesInfo
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Description
Kobaltlegierungen werden in großem Umfange als Konstruktionsmaterialien, wärme- und korrosionsbeständige Werkstoffe, in Magneten, als Aufschweißlegierungen und verschleißfeste Werkstoffe verwendet. Wegen ihrer schlechten Verarbeitbarkeit werden Kobalt und Kobaltlegierungen im allgemeinen nur in gegossener Form angewendet. Die Schwierigkeit, aus Kobalt und Kobaltlegierungen Artikel durch Kaltformen herzustellen, stellt eine starke Beschränkung in der Verwendung dieses sonst so vielseitigen Metails dar.Cobalt alloys are widely used as construction materials, heat and corrosion resistant Materials used in magnets, as weld-on alloys and wear-resistant materials. Because of their poor processability, cobalt and cobalt alloys are generally only used in Cast form applied. The difficulty of making articles from cobalt and cobalt alloys by cold forming manufacture places a severe limitation on the use of this otherwise so versatile detail represent.
Daß Kobalt und die meisten Legierungen mit hohem Kobaltgehalt nicht kaltgeformt werden können, ist auf eine Kalthärtung des Metalls zurückzuführen, die die Duktilität verringert und eine weitere Kaltformung unmöglich macht, bis die Metallteile durch Warmbehandlung entspannt worden sind. Kobalt hat bei Raumtemperatur normalerweise ein hexagonales Kristallgitter sogenannter dichtester Packung, und bekanntlich führt die Kaltformung eines Metalls von solcher Kristallstruktur zu Kalthärtung oder inneren Spannungen. Hingegen hat Kobalt bei Temperaturen über 4150C ein flächenzentriertes kubisches Kristallgitter, das eine Kaltformung zulassen würde, wenn es auch bei Normaltemperaturen vorhanden wäre. Jedoch findet bei etwa 415° C eine allotrope Umwandlung der Kristallstruktur von der kubischen zur hexagonalen Form statt.The fact that cobalt and most high cobalt alloys cannot be cold worked is due to work hardening of the metal, which reduces ductility and makes further cold working impossible until the metal parts have been stress relieved by heat treatment. At room temperature cobalt normally has a hexagonal crystal lattice with a so-called closest packing, and it is known that the cold forming of a metal with such a crystal structure leads to cold hardening or internal stresses. In contrast, cobalt has a face-centered cubic crystal lattice at temperatures above 415 ° C., which would allow cold forming if it were also present at normal temperatures. However, at around 415 ° C there is an allotropic transformation of the crystal structure from the cubic to the hexagonal form.
Die durch Kaltformung von Kobalt entstehenden Spannungen können nur durch Glühen beseitigt werden. Die Herstellung von kaltgeformten Kobaltblechen oder -drähten ist daher umständlich und teuer. Die Reduzierung beim Walzen muß in vielen kleinen Stufen erfolgen, wobei nach jeder Stufe durch Glühen entspannt werden muß, um die Kalthärtung zu beseitigen und die Legierung für den nächsten Formungsgang weich zu machen.The stresses caused by cold forming cobalt can only be removed by annealing. The production of cold-formed cobalt sheets or wires is therefore cumbersome and expensive. The reduction in rolling must be done in many small steps, after each step must be relaxed by annealing in order to eliminate the work hardening and the alloy for the to soften the next molding process.
Ein wichtiger Verwendungszweck für kaltformbares Kobalt und kaltformbare Kobaltlegierungen ist die Herstellung von rohrförmigen Seelenelektroden, d. h. einer rohrförmigen Hülle, die im Innern Legierungsbestandteile enthält. Dadurch, daß Kobalt und Kobaltlegierungen nicht durch Kaltformen zu solchen rohrförmigen Mänteln verarbeitet werden können, wird die Verwendung von Kobalt in dieser Form verhindert, obwohl Kobalt als ausgezeichneter Werkstoff für diese Schweißmethoden bekannt ist.An important use for cold formable cobalt and cold formable cobalt alloys is the manufacture of tubular core electrodes, i. H. a tubular shell that is inside Contains alloy components. By keeping cobalt and cobalt alloys from being cold formed Such tubular sheaths can be processed, the use of cobalt in this Shape, although cobalt is known to be an excellent material for these welding methods.
Es wurde nun gefunden, daß sich überwiegend aus Kobalt bestehende Legierungen des Kobalts mit Kohlenstoff, Eisen und/oder Nickel leicht durch Kaltverformen verarbeiten und als Werkstoff für den rohrförmigen Mantel von Seelenelektroden verwenden lassen.It has now been found that alloys consisting predominantly of cobalt with cobalt Easily process carbon, iron and / or nickel by cold working and as a material for the Let use tubular sheaths of core electrodes.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer kaltverformbaren Kobaltlegierung, die aus wenigstens 70 Gewichtsprozent Kobalt und 0,5 bis 0,75 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 6 bis 11 Gewichtsprozent Eisen und/oder 24 bis 30 Gewichtsprozent Nickel besteht, als Werkstoff für den rohrförmigen Mantel von Seelenelektroden.The invention relates to the use of a cold-formable cobalt alloy, which consists of at least 70 percent by weight cobalt and 0.5 to 0.75 percent by weight carbon, 6 to 11 percent by weight Iron and / or 24 to 30 percent by weight nickel is used as the material for the tubular Sheath of soul electrodes.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin die Verwendung von kaltverformbaren Kobaltlegierungen vorgesehen, die wenigstens 70 Gewichtsprozent Kobalt und Eisen und Nickel nebeneinander enthalten und in welchem die Mindestmenge von Eisen und Nickel durch die GleichungAccording to the invention, the use of cold-deformable cobalt alloys is also provided, which contain at least 70 percent by weight cobalt and iron and nickel side by side and in which the minimum amount of iron and nickel by the equation
%Fe+ j/o/o Ni = 4,7% Fe + j / o / o Ni = 4.7
bestimmt ist, wobei wenigstens eines der Elemente Eisen und Nickel in Mengen von mindestens 1 % anwesend ist.is determined, at least one of the elements iron and nickel being present in amounts of at least 1% is.
In den erfindungsgemäß verwendeten Legierungen wird der Punkt der allotropen Umwandlung des Kobalts vom flächenzentrierten kubischen Kristallgitter zum dicht gepackten hexagonalen Kristallgitter bis zu einem Punkt unterhalb der Raumtemperatur verschoben.In the alloys used according to the invention, the point of allotropic conversion of the Cobalts from the face-centered cubic crystal lattice to the tightly packed hexagonal crystal lattice Shifted to a point below room temperature.
Es wurde festgestellt, daß ein Zusatz von 0,5 Gewichtsprozent Kohlenstoff zum Kobalt diese Änderung der Umwandlungstemperatur, die gewöhnlich bei 4150C liegt, hervorrufen kann. Weiterhin ist es mit einem Eisenzusatz von 6 % möglich, das kubische Kristallgitter von Kobalt beizubehalten. Die Nickelmenge, die zur Erzielung der gleichen Wirkung erforderlich ist, beträgt wenigstens 24 Gewichtsprozent, wenn Nickel als einziges Element dem Kobalt zugegeben wird. Werden Nickel und Eisen zugegeben, sind die erforderlichen Nickelmengen geringer, weil die Effekte der Elemente Nickel und Eisen sich synergistisch steigern. Werden Eisen und Nickel gemeinsam dem Kobalt zugesetzt, ist die erforderliche Mindestmenge durch die GleichungIt has been found that an addition of 0.5 weight percent carbon may cause this change in the transition temperature, which usually is located at 415 0 C, for cobalt. Furthermore, with an iron addition of 6% it is possible to retain the cubic crystal lattice of cobalt. The amount of nickel required to achieve the same effect is at least 24 percent by weight when nickel is added as the only element to cobalt. If nickel and iron are added, the required amounts of nickel are lower because the effects of the elements nickel and iron increase synergistically. If iron and nickel are added together to the cobalt, the required minimum amount is given by the equation
%Fe+ ]/%Ni = 4,7% Fe +] /% Ni = 4.7
bestimmt, wobei wenigstens eines der Zusatzmetalle in Mengen von mindestens 10Zo anwesend ist.determined, wherein at least one of the additional metals is present in amounts of at least 1 0 Zo.
Die maximalen Mengen dieser Elemente, die dem Kobalt zugegeben werden dürfen, liegen bei 0,75% Kohlenstoff, 11% Eisen und 30% Nickel.The maximum amounts of these elements that can be added to the cobalt are 0.75% Carbon, 11% iron and 30% nickel.
Die erfindungsgemäß verwendeten Kobaltlegierungen widerstehen auf Grund ihres kubischen Kristallgitters mäßiger bis starker Kaltformung ohne starke Beeinträchtigung der Duktilität oder schädliche Erhöhung der Härte. Obwohl diese Legierungen ferner ein kubisches Kristallgitter aufweisen, das in reinem Kobalt bei Raumtemperatur nicht vorhanden ist, haben sie ähnliche physikalische und mechanische Eigenschaften wie reines Kobalt, so daß sie in vielen Fällen an Stelle von reinem Kobalt gebraucht werden können.The cobalt alloys used according to the invention resist due to their cubic crystal lattice moderate to severe cold forming without severe impairment of ductility or detrimental increase of hardness. Although these alloys also have a cubic crystal lattice, which in pure Cobalt is absent at room temperature, they have similar physical and mechanical properties Properties like pure cobalt, so that in many cases they are used instead of pure cobalt be able.
CrSoIl-Zu
Cr
Feget together
Fe
Nig in weight
Ni
C»Percent
C.
gitter*crystal
grid *
formbarkeitCold
malleability
♦ H = hexagonales Kristallgitter dichtester Packung.♦ H = hexagonal crystal lattice of closest packing.
K =K =
In der vorstehenden Tabelle A sind die Kristallstruktur bei Raumtemperatur und die Kaltformbarkeit einer Reihe von Kobaltlegierungen aufgeführt. Aus den Werten dieser Tabelle ist ersichtlich, daß durch Zusatz von Eisen, Kohlenstoff und Nickel zu Kobalt die allotrope Umwandlung des Kobalts auf einen Punkt unterhalb Raumtemperatur gedrückt wird. Das Vorhandensein des flächenzentrierten kubischen Kristallgitters bei Raumtemperatur ist durch den Zusatz dieser Elemente bedingt.In Table A above, the crystal structure at room temperature and cold formability are a number of cobalt alloys. From the values in this table it can be seen that through Addition of iron, carbon and nickel to cobalt results in the allotropic conversion of cobalt in one Point below room temperature is pressed. The presence of the face-centered cubic The crystal lattice at room temperature is due to the addition of these elements.
Zwar kann handelsübliches Kobalt eine geringe Menge Nickel, Eisen, Kohlenstoff oder andere Verunreinigungen enthalten, die während der Raffination des Metalls nicht vermieden werden können, jedoch sind diese Elemente weder in genügenden Mengen noch im richtigen Verhältnis vorhanden, um dasCommercial cobalt can contain a small amount of nickel, iron, carbon or other impurities that cannot be avoided during refining of the metal, however these elements are neither present in sufficient quantities nor in the correct proportions to achieve the
flächenzentrierte kubische Kristallgitter bei Raumtemperatur zurückzuhalten.face-centered cubic crystal lattices at room temperature hold back.
Die Duktilität einiger dieser Legierungen nach einer Kaltformung wurde mit Hilfe von Härte- und Biegeprüfungen bestimmt. Diese Prüfungen wurden mit gewöhnlichen Kobaltlegierungen und den überwiegend aus Kobalt bestehenden Legierungen gemäß der Erfindung vorgenommen. In den Biegeprüfungen wurden Bleche der genannten Legierungen gebogen und die Winkel gemessen, bei denen die konvexe Seite an der Biegestelle brach. Werkstoffe, die ohne Bruch um 180° gebogen werden können, weisen hohe Duktilität auf. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in der Tabelle B aufgeführt, wo die Legierungszusammensetzungen C, D usw. den in Tabelle A genannten Legierungen entsprechen.The ductility of some of these alloys after cold working was determined using hardness and Bending tests determined. These tests were carried out with ordinary cobalt alloys and the predominantly made of cobalt alloys according to the invention. In the bending tests sheets of the alloys mentioned were bent and the angles at which the convex Side broke at the bending point. Materials that can be bent 180 ° without breaking, have high ductility. The results of these tests are given in Table B, where the Alloy compositions C, D etc. correspond to the alloys given in Table A.
Tabelle B
Bleibende Duktilität nach KaltformungTable B.
Remaining ductility after cold forming
setzungTogether
settlement
Standard-Hardness,
Default-
Die Proben wurden ohne Bruch flach geknickt.The samples were folded flat without breaking.
Entspricht einem Rockwell-B-Wert von 101.Corresponds to a Rockwell B value of 101.
Da bereits verhältnismäßig geringe Mengen keit als reines Kobalt auf. In Tabelle C sind einige
Kohlenstoff, Eisen oder Nickel das flächenzentrierte physikalische und mechanische Eigenschaften von
kubische Kristallgitter in Kobalt bei Raumtemperatur mehreren der hier erwähnten Legierungen den gleihervorrufen
können, besteht die erhaltene Legierung 40 chen Eigenschaften von reinem Kobalt gegenüberüberwiegend
aus Kobalt und weist viele Eigenschaften gestellt,
des reinen Kobalts, jedoch eine bessere Verarbeitbar-Tabelle C
Eigenschaften einiger typischer LegierungenSince it is already relatively small in quantities, it can be considered as pure cobalt. In Table C some carbon, iron or nickel are the face-centered physical and mechanical properties of cubic crystal lattice in cobalt at room temperature several of the alloys mentioned here can cause the same, the resulting alloy consists of 40 properties of pure cobalt predominantly made of cobalt and has many properties ,
of pure cobalt, but a better workable table C
Properties of some typical alloys
Dalloy
D.
60,46**
H
8,91116
60.46 **
H
8.9
73,82
6,0
K
8,91110
73.82
6.0
K
8.9
80,85
6,45
K
8,71093
80.85
6.45
K
8.7
H
8,73.5
H
8.7
61,16
6,5
K1019
61.16
6.5
K
* Gußkobalt gemäß »Cobalt« von R. S. Young, Reinhold Publishing Corp. 1948, S. 66.* Cast cobalt according to "Cobalt" by R. S. Young, Reinhold Publishing Corp. 1948, p. 66.
** Geknetet und geglüht gemäß »Metals Reference Book« von C. J.Smithells, Interscience Publisher, Inc. 1955, Bd. 2, S. 803. ♦♦* Erichsen-Wert ist die Tiefung in mm, die in Blech mit einer Standard-Dornpresse ohne Riß gebildet werden kann.** Kneaded and annealed according to "Metals Reference Book" by C. J. Smithells, Interscience Publisher, Inc. 1955, Vol. 2, p. 803. ♦♦ * Erichsen value is the deepening in mm that can be formed in sheet metal with a standard arbor press without cracks.
Die Legierungen können nach den üblichen Verfahren erschmolzen werden. Bevorzugt wird Schmelzen im Vakuum, wenn möglichst wenig Oxyde und Gaseinschlüsse gewünscht werden. Um gute Warmformbarkeit der Legierung sicherzustellen, muß der Schwefel- und Phosphorgehalt möglichst niedrig gehalten werden, da diese Elemente die Formbarkeit stark beeinträchtigen.The alloys can be melted using the usual methods. Melting is preferred in a vacuum, when as few oxides and gas inclusions as possible are desired. To have good thermoformability To ensure the alloy, the sulfur and phosphorus content must be kept as low as possible as these elements severely impair formability.
Die wesentliche Gleichartigkeit der Eigenschaften dieser überwiegend aus Kobalt bestehenden Legierungen und der Eigenschaften von reinem Kobalt ermöglicht die Herstellung von rohrförmigen Seelenelektroden. Diese Schweißdrähte bestehen aus einem rohrförmigen Mantel, der im Innern Legierungsbestandteile enthält. Bei der Verarbeitung dieser Schweißdrahte nach den gewöhnlichen schweißtech-The essential similarity of the properties of these alloys, which predominantly consist of cobalt and the properties of pure cobalt enables the manufacture of tubular core electrodes. These welding wires consist of a tubular jacket with alloy components inside contains. When processing these welding wires according to the usual welding technology
nischen Verfahren besteht die Schweißraupe aus einer Legierung des Metalls des rohrförmigen Mantels mit den darin enthaltenen Elementen. Typische Elemente, die in solchen Rohren enthalten sind, sind Kohlenstoff, Nickel, Kobalt, Wolfram, Molybdän und andere Legierungsbestandteile.In the niche process, the weld bead is made from an alloy of the metal of the tubular jacket with the elements it contains. Typical elements contained in such pipes are Carbon, nickel, cobalt, tungsten, molybdenum and other alloy components.
Die Verwendung solcher rohrförmiger Seelenelektroden zur Bildung von Schweißraupen, die aus Eisen- oder Nickellegierungen bestehen, ist in der Technik weit verbreitet, da diese Werkstoffe sich beide leicht zu dünnwandigen Rohren von kleinem Durchmesser kaltformen lassen. Die Schwierigkeit, Legierungen mit hohem Kobältgehalt zu dünnwandigen Rohren von kleinem Durchmesser zu verarbeiten, schloß die praktische und wirtschaftliche Herstellung von Kobaltschweißdrähten dieser Art aus. Zur Zeit werden aus Kobaltguß- und -knetlegierungen bestehende Schweißdrähte in massiver Stabform hergestellt. Sie werden zur Herstellung verschleißfester und/oder korrosionsbeständiger Oberflächen durch Auftragsschweißung verwendet. Mit Hilfe der Verwendung kaltformbarer Kobaltlegierungen gemäß der Erfindung ist es nunmehr wirtschaftlich möglich, aus diesen Legierungen bestehende Mäntel für rohrförmige Seelenelektroden herzustellen. Diese bisher nur in kurzen Gußlängen hergestellten rohrförmigen Seelenelektroden, können jetzt als ununterbrochene Schlangen aus den härteren und verschleißfesteren Sorten der Kobaltaufschweißlegierungen erzeugt werden. The use of such tubular core electrodes to form weld beads from Made of iron or nickel alloys, it is widely used in technology because these materials are themselves cold form both easily thin-walled, small-diameter tubes. The difficulty, To process alloys with a high cobalt content into thin-walled tubes with a small diameter, precluded the practical and economical manufacture of cobalt welding wires of this type. At present, welding wires made of cast and wrought cobalt alloys are made in solid rod form manufactured. They are used to produce wear-resistant and / or corrosion-resistant surfaces used by build-up welding. With the help of the use of cold-formable cobalt alloys according to the invention, it is now economically possible to consist of these alloys jackets for tubular Manufacture soul electrodes. This tubular, which was previously only produced in short cast lengths Soul electrodes can now be used as uninterrupted snakes from the harder and more wear-resistant Varieties of cobalt weld-on alloys are produced.
Eine rohrförmige Seelenelektrode mit einem Mantel aus der duktilen Kobaltlegierung gemäß der Erfindung könnte beispielsweise ein Füllmaterial folgender Zusammensetzung enthalten: 72% Chrom, 14% Wolfram, 1% Eisen, 3,5 % Kohlenstoff und 3,5 % Kobalt. Mit einem rohrförmigen Schweißdraht dieser Art konnte eine Schweißra.upe gelegt werden, wie sie bisher nur mit gegossenen Schweißdrähten erzielbar war.A tubular core electrode with a jacket made of the ductile cobalt alloy according to the invention could for example contain a filler material of the following composition: 72% chromium, 14% tungsten, 1% iron, 3.5% carbon and 3.5% cobalt. With a tubular welding wire A welding bead could be laid in this way, as it was previously only possible with cast welding wires was achievable.
Eine kaltformbare Kobaltlegierung könnte ferner zu Mänteln für rohrförmige Seelenelektroden verarbeitet werden, die Wolframcarbid als Füllmaterial enthalten. Ein aus 8ö/o Chrom und 92% Wolframcarbid bestehendes Füllmaterial wurde in einen überwiegehd aus Kobalt bestehenden rohrförmigen Mantel gegeben. Ein solches Material eignet sich zur Herstellung verschleißfester Oberflächen durch Auftragschweißung. Während des Aufschweißens löste die geschmolzene Kobaltlegierung des Mantels einen Teil des Wolframcarbids und schied nach Abkühlung Wolframcarbid in fester Form aus. Auf diese Weise wurde eine Auflage erhalten, die große Teilchen von ungeschmolzenem Wolframcarbid, die in einer kobaltreichen Masse zurückgehalten wurden, aufwies. Diese Auflage hatte ausgezeichnete Ver- ■ schleißfestigkeit.»A cold-formable cobalt alloy could also be processed into jackets for tubular core electrodes which contain tungsten carbide as a filler material. An existing from 8 o / o chromium, and 92% tungsten carbide filler material was placed in a überwiegehd consisting of cobalt tubular shell. Such a material is suitable for producing wear-resistant surfaces by surfacing. During the welding process, the molten cobalt alloy of the shell dissolved part of the tungsten carbide and, after cooling, precipitated tungsten carbide in solid form. In this way an overlay was obtained which had large particles of unmolten tungsten carbide retained in a cobalt-rich mass. This pad had excellent ■ wear resistance. "
Das Füllmaterial kann die Form eines vorlegierten Pulvers haben oder in Form von Teilchen der reinen Elemente verwendet werden.The filler material can be in the form of a pre-alloyed powder or in the form of particles of the pure elements are used.
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