DE2059251B2

DE2059251B2 - Verwendung einer gesinterten stahlgebundenen verschleissfesten, aushaertbaren karbidhartlegierung als werkstoff fuer auf verschleiss beanspruchte werkstuecke

Info

Publication number: DE2059251B2
Application number: DE19702059251
Authority: DE
Inventors: Fritz Frehn
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1970-12-02
Filing date: 1970-12-02
Publication date: 1973-04-26
Also published as: DE2059251C3; DE2059251A1

Description

20 Je nach dem beabsichtigten Zweck enthalten die Karbidlegierungen mehr oder weniger Karbidanteil und eine dem gewünschten Zweck angepaßte Stahlmatrix. Werkzeugstähle, also Kobalt- und Warmals Werkstoff für solche auf Verschleiß bean- arbeitsstähle, besitzen häufig keine genügende Warmspruchte Werkstücke, die nach dem Sintern maß- 35 härte und Verschleißfestigkeit, worunter die Standhaltig und formtreu sein müssen und deshalb zeit der aus ihnen hergestellten Teile leidet,
keine Sinterhaut aufweisen dürfen. Gesinterte stahlgebundene Karbidhartlegierungen.

2. Verwendung einer Karbidhartlegierung der wie sie aus den Beispielen der deutschen Patentschrii! Zusammensetzung nach Anspruch 1, bestehend 1216 550 bekannt waren, lassen beim Sintern eine aus 66 bis 72 Gewichtsprozent Titankarbid und 30 verhältnismäßig dicke poröse Sinterhaut auf den Sin-28 bis 34 Gewichtsprozent eines Stahls mit terteilen entstehen, die nach dem Sintern entfernt

werden muß. Nach diesem Stand der Technik hergestellte Teile wurden deshalb jeweils nach dem Sintern einem weiteren Bearbeitungsvorgang unterzogen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun, ein solches Hartmetall mit aushärtbarem Stahl als Bindemetall mit hoher Härte und hohem Verschleißwiderstand, wie er z. B. für Einsätze in Werkzeugen für die spanlose Formgebung, insbesondere Warmverfor-

40 mung, aber auch für schnellaufende Teile im Motofür den Zweck nach Anspruch 1. renbau, z.B. Dichtleisten am Kolben von Drehkol-

3. Verwendung einer Karbidhartlegierung der benmotoren, benötigt wird, vorzuschlagen, das abe> Zusammensetzung nach Anspruch 1, bestehend die Herstellung maßhaltiger und formtreuer Fertigaus 70 Gewichtsprozent Titankarbid und 30 Ge- teile durch Sintern ermöglicht. Werkstücke aus einem wichtsprozent einer Stahllegierung mit 45 solchen Hartmetall dürfen somit keine wesentliche

0 55°/o Kohlenstoff Sinterhaut aufweisen, die vor Gebrauch entfernt wer-

OMvl Kupfer, ' ^T^ ■■*■**■ _Αί κ ,·· , α ,

10 0°/ Chrom Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe gelost durch

30% Molybdän Verwendung einer gesinterten Mahlgebundenen Kar-

l'o°/ Mansan ' ⁵° bidhartlegierung, die aus mehr als 55 bis 80 Ge-

05°/oVanadium wichtsprozent eines Karbids der Metalle Chrom,

001°/ Bor ' Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Zirkonium, vor-

W . p. ' zugsweise Titan, oder Mischkarbiden dieser Metalle

nest eisen, _und _{2Q h]&} ₄₅ Gewichtsprozent eines Stahls mit

für den Zweck nach Anspruch 1.

0,4	bis	0,8%	Kohlenstoff,
8,0	bis	15,O<Vo	Chrom,
2,0	bis	4,0 «Ό	Molybdän,
0,6	bis	1,6« Ό	Kupfer,
0,001	bis	0.01«	0 Bor,
0.3	bis	1.0 ⁰Zo	Vanadium,
0,05	bis	0,2 β/ο	Niob,
		Rest Eisen,

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer gesinterten stahlgebundenen verschleißfesten, aushärtbaren Karbidhartlegierung für solche auf Verschleiß beanspruchte Werkstücke, die nach dem Sintern maßhaltig und formtreu sein müssen und deswegen keine Sinterhaut aufweisen dürfen.

Gesinterte stahlgebundene Karbidhartlegierungen sind in einer Vielzahl von Zusammensetzungen bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus etwa 10 bis besteht.

0,25	bis	0,9 e/o Kohlenstoff,
5	bis	18,0% Chrom,
2	bis	5,0% Molybdän,
0,3	bis	3,0% Kupfer,
0,1	bis	1,0% Vanadium.
0	bis	3,0% Mangan,
0	bis	1,0% Silizium,
0	bis	6,0% Kobalt,
0	bis	0,5% Niob,
0	bis	0,01% Bor,
0	bis	1,8% Nickel,
		Rest Eisen,

Aus diesem Bereich wird die Verwendung einer glühten Zustand durch Schleifen, funkenerosiv oder

Karbidhartlegierung bevorzugt mit 66 bis 72 Ge- auf elektromechanischen! Weg bis auf Fertigmaß,

wichtsprozent Titankarbid und 28 bis 34 Gewichts- Obwohl die erfindungsgemäß zu verwendende Le-

prozent eines Stahls mit gierung narurhart ist, d. h., wie Hartmetall nur durch

5 Schleifen usw. zu bearbeiten ist, kann durch Wärme-

0,4 bis 0,8% Kohlenstoff, behandlung ihre Härte und ihr Verschleißwiderstand

8,0 bis 15,0% Chrom, erhöht werden. Die Stahlmatrix ändert je nach Be-

2,0 bis 4,0% Molybdän, handlung ihr Gefüge. Durch eine Glühbehandlung

0,6 bis 1,6% Kupfer, von 2 Stunden bei 1000° C und 4 Stunden bei 270° C

0,001 bis 0,01% Bor, io wird eine Härte von 71 bis 72 RC erreicht, d. h., die

0,3 bis 1,0% Vanadium, Titankarbide liegen in einer ferritisch-perlitischen

0,05 bis 0,2% Niob, Grundmasse.

Rest Eisen. Die Lufthärtung der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung, d. h., Abkühlen an Luft nach ein-

Eine spezielle Karbidhartlegierung für den Zweck 15 stündiger Ausienitisierung bei 1070° C ergibt ein

der Erfindung besteht aus 70 Gewichtsprozent Titan- martensitisches Gefüge und eine Steigerung der Härte

karbid und 30 Gewichtsprozent einer Stahllegierung auf Werte von 76 bis 78 RC und verbesserte Gleit-

mit eigenschaft.

0.55% Kohlenstoff, Durch Anlassen für 2 Stunden bei 520° C kann bei

0,80% Kupfer, 20 gleichbleibender Härte die Warmfestigkeit der erfin-

10,0% Chrom, dungsgemäß zu verwendenden Legierung erhöht wer-

3,0 % Molybdän, den. Das spezifische Gewicht dieser Legierung be-

1,0% Mangan, trägt 5,45 bis 5,55 g/cm³.

0,5 % Vanadium, Die eifindungsgemäß zu verwendende Karbidhart-

0,01% Bor, 25 legierung erfüllt die gestellten Anforderungen hin-

Rest Eisen. sichtlich einer hohen Verschleißfestigkeit und Härte.

Sie erweist sich daher insbesondere vorteilhaft als

Die Stahlmatrix der erfindungsgemäß verwendbaren Werkstoff zur Herstellung von Einsätzen in Warmver-

Legierung ist in ihrer Zusammensetzung an sich formungswerkzeugen. Die Einsätze werden bei der für

bekannt aus der deutschen OSenlegungsschrift 30 Warmarbeitsstähle höchst zulässigen Temperatur von

1927 461. der jedoch auch in Verbindung mit der etwa 650° C in einen Stahlmantel eingeschrumpft,

eingangs schon erwähnten deutschen Patentschrift Dies muß ohne wesentlichen Härteabfall erfolgen.

1 216 550 ein Hinweis auf die Eignung der vorge- Gleichzeitig muß der Einsatz unter einer bestimmten

schlagenen Karbidhartlegierung für den Zweck der Vorspannung in das Arbeitswerkzeug eingesetzt wer-

Erfindung nicht zu entnehmen ist. 35 den. Das bedingt, daß der Werkstoff für den Werk-

Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung zeugeinsatz die verhältnismäßig hohe Vorspannung

wird aus den in Pulverform vorliegenden Einzel- aushalten muß und während der Arbeit den wech-

komponenten in einer Korngröße bis etwa 10 μΐη selnden Druck- und Zugbelastungen ohne Bruch

gemischt, wobei statt der Einzelkomponenten auch widerstehen muß. Auch diese Forderungen werden

Vorlegierungen eingesetzt werden können bzw. müs- 40 durch die erfindungsgemäß ?u \ erwendende Karbid-

sen. z. B. Ferro-Mangan, Eisen-Aluminium, Eisen- hartlegierung erfüllt.

Bor. Die Mischung kann in einem Flügelmischer Bei Verwendung der vorgeschlagenen Karbidhart-30 Minuten trocken gemischt und anschließend etwa legierung für Werkzeugeinsatz; können diese beim 180 Minuten auf eine Korngröße von 3,5 (im und Einschrumpfen in Stahlringe bis 650 C eine hohe feiner naßgemahlen werden. Die Mischung wird dann 45 Vorspannung bekommen, ohne ihre Härte zu verlieunter Vakuum getrocknet und wegen der unterschied- ren. Da auch die Druckfestigkeit der erfindungslichen spezifischen Gewichte der einzelnen Legie- gemäßen Karbidhartlegierung bei 350 bis 400 kp/mm² rungskomponenten nochmals in einem Kollergang liegt, können Vorspannungen bis zu 0,8 % des Ausdurchmischt. Dabei werden auch die Preßzusätze gangsmaßes angelegt werden.

zugegeben. 50 Die erfindungsgemäß zu verwendende Karbidhart-Das so hergestellte preßfertige Legierungspulver legierung weist eine hohe Verschleißfestigkeit auch kann auf mechanischen, hydraulischen oder isostati- bei höheren Temperaturen auf und ist im geglühten sehen Pressen gepreßt werden. Kleinere Formkörper Zustand besser bearbeitbar und anschließend auf eine bedürfen für ihre Herstellung eines gut fließfähigen höhere Härte härtbar. Diese Eigenschaften machen Pulvers. Zu diesem Zweck wird der an sich preß- 55 sie als Werkstoff für alle Maschinen- und Motorenfertige Pulveransatz auf Spezialmaschinen unter teile geeignet, bei denen es auf hohe Verschleißgleichzeitiger Siebklassierung noch granuliert. Die festigkeit und Härte bis zu höheren Temperaturen Größe der Granulate bewegt sich je nach Größe der und gegebenenfalls bei drehenden Teilen wegen der zu pressenden Formkörper zwischen 0,08 und Fliehkräfte auch auf geringe Wichte ankommt. An-0,5 mm. Die hergestellten Preßkörper werden dann 60 Wendungsbeispiele sind Einsätze für Preßformen, im Vakuum von < 10~² Torr gesintert, und zwar im Motoren- und Maschinenteile, insbesondere Dicht-Bereich von 1350 bis 1400° C bei einer je nach Zu- leisten für Drehkolbenmotoren, Kolbenringe, Dichtsammensetzung der Legierung ±5° C genau einge- leisten und Dichtringe für Pumpen aller Art, Plunger stellten Temperatur. und Kolben für Pumpen, Mischerflügel, Gleitschie-Nach der Sinterung erfolgt die Bearbeitung im ge- 65 nen, Schablonen, Kurvenscheiben usw.

Claims

5bis 18,O°/o Chrom,5,0% Molybdän,2bis3,0«/o Kupfer,0,3bis1.0 °/o Vanadium,0,1bis3,0 % Mangan,0bis1,0° ο Silizium.0bis6,0", ο Kobalt,0bis0.5 % Niob,0bis0,01° ο Bor,0bisl,8°/o Nickel.0bisRest Eisen, 70 Gewichtsprozent eines Metallkarbids oder eines Patentansprüche: Mischkarbids und 30 bis 90 Gewichtsprozent einer Stahllegierung (deutsche Patentschrift 1216 550). Die

1. Verwendung einer gesinterten stahlgebunde- Stahlgrundmasse kann in bekannter Weise aus einem nen aushärtbaren Karbidhartlegierung, bestehend 5 ferritischen, austenitischen oder martensitischen unaus mehr als 55 bis 80 Gewichtsprozent eines legierten oder legierten Stahl bestehen. Die Stahl-Karbids der Metalle Chrom, Molybdän, Wolfram, grundmasse verleiht diesen Karbidhartlegierungen Tantal, Niob, Zirkonium, vorzugsweise Titan, gegenüber bekannten Hartmetallen den Vorteil, daß oder Mischkarbide dieser Metalle und Rest durch sie nach der Sinterung und anschließenden spanenuen Umwandlung härtbarer Stahl mit io Bearbeitung härtbar sind. Demgegenüber haben

0 25 bis 0 9% Kohlenstoff andere bekannte Hartmetalle ohne härtbare Stahl-

' ' ' legierung als Bindemetall nach der Sinterung bereits

ihre Endhärte, die, um noch eine spangebende Bearbeitung zuzulassen, verhältnismäßig niedrig sein muß. Dieser Beschränkung unterliegen die gleichfalls bekannten Karbidhartlegierungen mit härtbarer Stahlmatrix nicht, weil sie im Anschluß an die spanende Bearbeitung auf ihre Endhärte gebracht werden können.