DE2063181B2 - - Google Patents

Description

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gie«, Band II 1963, S. 496, bekannt, daß ein Molyb- Titankarbid aufweist und gleichzeitig leicht zu bre-

dänzusatz zum Bindemetall bei 2000° C eine günstige chen und bzw. oder zu zerkleinern ist. Die Vorlegie-

Wirkung auf die Benetzbarkeit von Titankarbid aus- rung aus 30 bis 80 Gewichtsprozent Molybdän und

übt Daß eine molybdänhaltige Vorlegierung im 70 bis 20 Gewichtsprozent Eisen wird dann mit jener Bindemetall auch bei den tiefer liegenden Tränktem- 5 Legierung kombiniert, die zusammen mit der Schutz-

peraturen, die beim erfindungsgemäßen Verfahren an- legierung die Grundmasse in dem fertigen Material

gewendet werden, wirksam sein würde, war nicht zu bildet Dieser Kombinationsprozeß kann an der nor-

erwarten, zumal Eisen, Nickel, Niob, Silizium, Zir- malen Atmosphäre durchgeführt werden,

konium und Titan bereits bei 1600 bis 1800° C das Der Molybdängehalt der Schutzlegierung gewähr-

Titankarbid benetzen. Außerdem ist überraschend, io leistet die gute Netzwirkung gegenüber Titankarbid,

daß die Vorlegierung gut zerkleinert werden kann, Rund um die einzelnen Karbidkörner herum werden

was bei einer ausschließlichen Benetzungswirkung aus der Schutzlegierung bestehende Umhüllungen ge-

nicht erwartet werden konnte. bildet, die ihrerseits ein gutes Netzvermögen gegen-

Hartstofflegf^-ungen, die Titankarbidkörner in über Stahl und Legierungen auf Nickel-Kobalt-Basis

einer Stahlgrundmasse enthalten, wurden bisher ge- 15 besitzen. Der Eisengehalt in Kombination mit dem

maß der USA.-Patentschrift 2 828 202 und der öster- Molybdän macht die Vorlegierung leicht vermahlbar.

reichischen Patentschrift 247 891 pulvermetallurgisch Ein vorzugsweise in Frage kommendes Gewichtspro-

hergestellt, um zu vermeiden, daß sich große dendriti- zent-Verhältnis von Molybdän zu Eisen in der Schutz-

sche Aggregate beim Abkühlen der Schmelze bilden. legierung ist gleich 2 : 3, was im wesentlichen — oder

Jedoch sind solche Legierungen im allgemeinen rela- 20 wenigstens zu etwa 75 % — zu der intermetallischen

tiv spröde, während die erfindungsgemäß mit Hufe Phase Fe₃Mo₂ führt. Zweckmäßigerweise enthält die

einer Vorlegierung hergestellten Hartstoffiegierungen Schutzlegierung 35 bis 45 °/o Molybdän und 55 bis

schmiedbar und gießbar sind, was bei den bekannten 75 %> Eisen. Der Schutzlegierung können bis zu 90 Ge-

Hartstofflegierungen nicht der Fall ist. wichts-Vo Primärkarbide zugemischt werden. Eine

Diese Nachteile in bezug auf die Bearbeitbarkeit 25 realistische untere Grenze des Gehalts an Primärkarsowohl in Form von Warmarbeit als auch Kaltarbeit bid ist eine solche von 30 Gewichts-⁰ Ό. Empfehberuhen auf der Tatsache, daß die Materialien auf lenswerterweise sollte jedoch die Vorlegierung wenigpulvermetallurgischem Wege gewonnen werden, d. h., stens 60 Gewichts-o/o Titankarbid enthalten,
daß die Titankarbidkörner zu einem harten, verstär- Andere in der Vorlegierung enthaltene Elemente kenden Skelett zusammengesintert sind, dessen eige- 3° sollten nur in solchen Mengen vorhanden und von ner Rauminhalt aus natürlichen Gründen zu einem solcher Art sein, daß sie weder die Benetzungsfähigsehr großen Teil das Gesamtvolumen des Materials keit für das Titankarbid, noch die Mahlbarkeit der erfüllen muß. Aus diesem Grunde ist die Härte sehr Molybdän-Eisen-Schutzlegierung herabsetzen. So tritt groß, für viele Anwendungszwecke zu groß, und die normalerweise z. B. Kohlenstoff in der Vorlegierung Folge ist, daß das Material der spanabhebenden und 35 auf, wobei der Kohlenstoffgehalt von der jeweils gesonstigen maschinellen Bearbeitung nur verhältnis- wählten Molybdän-Eisen-Sorte abhängt. Aus Kostenmäßig schlecht zugänglich ist. gründen ist es beispielsweise empfehlenswert, ein koh-

Im Gegensatz zu den im Schmelzverfahren herge- lenstoffhaltiges Ferromolybdän als Molybdänquelle

stellten Hartstoffiegierungen, wie sie z. B. aus der zu verwenden. Eisen kann außer in Form von Ferro-

USA.-Patentschrift 2 033 974 bekannt sind, sind die 40 molybdän auch als Schwammeisenpulver zugesetzt

erfindungsgemäßen Legierungen frei von Dendriten werden.

in Form von Titankarbidabsonderungen und von Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen

sekundären Ausscheidungen von Titankarbid an den näher erläutert.

Grenzflächen der Grundmasse. F i g. 1 gibt in starker Vergrößerung schematisch

Es konnte nachgewiesen werden, daß die beim er- 45 die Grundstruktur einer erfindungsgemäß hergestellfindungsgemäßen Verfahren zur Erzielung einer guten ten Legierung mit etwa 10 Gewichts-°/o Titankar-Benetzung zwischen Titankarbid und Metallschmelze bid wieder.

vorgesehenen Maßnahmen eine wesentliche Voraus- F i g. 2 gibt entsprechend gleichfalls schematisch

Setzung dafür sind, daß ein Material gewonnen wird, die Struktur eines erfindungsgemäß hergestellten

das frei von Poren ist. 50 Stahls mit etwa 20 Gewichts-°/o Titankarbid

Es treten eine Anzahl von Reaktionen zwischen wieder.

flüssiger und fester Phase an den Kontaktflächen ein. F i g. 3 stellt eine Vorrichtung dar, die zur Durch-

Die Benetzbarkeit wird daher durch Oberflächenspan- führung von Versuchen im Labormaßstab verwendet

nungs-Bedingungen und mögliche chemische Reak- wurde.

tionen zwischen fester Karbidphase und flüssiger 55 F i g. 4 ist ein Mikrofoto einer erfindungsgemäß Metallgrundmasse bestimmt. Auch die Bildung von hergestellten Legierung mit 10 Gewichts-°/o Titanintermetallischen Phasen und Lösungsprozessen be- karbid in 140facher Vergrößerung,
einflussen die Entwicklung. F i g. 5 stellt auf die Hälfte verkleinerte Fotos von

Da die Dichte von Titankarbid weit niedriger als geschmiedeten Barren aus erfindungsgemäß herge-

die Dichte der Grundmasse ist, steigt das Titankar- 60 stellten Legierungen dar, die 5, 10 und 15 Gewichts-

bidpulver bei bekannten schmelzmetallurgischen Ver- °/o Titankarbid enthalten.

fahren an die Oberfläche des Schmelzbades. Dies F i g. 6 stellt ein gegossenes Schleifsegment au;

wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ver- einer erfindungsgemäß hergestellten Legierung dar.

mieden. F i g. 7 gibt die Gußstruktur des Schleifsegment!

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird 65 gemäß F i g. 6 in 580facher Vergrößerung wieder,

die Vorlegierung aus den feingemahlenen Primär- F i g. 8 gibt die Struktur der Legierung der F i g. (

karbiden in der oxydationsbeständigen Schutzlegie- und 7 in gehärtetem Zustand in 160facher Vergröße

rung hergestellt, die ein gutes Netzvermögen für rung wieder.

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F i g. 9 stellt die Schemazeichnung eines Vakuum- den, die durch eine mehr oder weniger kontinuierliche

Induktionsofens dar, der zur Herstellung der Legie- Umhüllung S₁ zusammengehalten wird, wobei diese rung gemäß einer Ausführungsform des erfindungsge- Umhüllung aus sekundär ausgeschiedenem Titankar-

mäßen Verfahrens benutzt werden kann. bid besteht, das Verbindungen bzw. Verknüpfungen

F i g. 10 veranschaulicht schematisch einen Elektro- 5 zwischen den einzelnen Karbidkörnern in der Gruppe

schlacke-Umschmelzprozeß, der gemäß einer zweiten bildet. Diese Verbindungen weisen nicht dieselbe Fe-

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stigkeit wie das Primärkarbid oder wie pulvermetal-

benutzt werden kann. lurgisch erzeugte Sinterbindungen auf, sondern kön-

Fig. 11 stellt einen Schnitt durch ein Blatt eines nen bei der Bearbeitung bzw. maschinellen Bearbei-

Straßenräumers dar, das mit Einsätzen aus einem io tung des Materials wieder aufgebrochen werden.

Material gemäß der vorliegenden Erfindung ausge- Für gewöhnlich besteht das Karbid hauptsächlich

rüstet ist. oder mindestens zu 50 Gewichts-°/o des Gesamt-

Fig. 12 erläutert schematisch die Stufen eines karbidgehalts aus Titankarbiden. Der Zusatz anderer

modifizierten Elektroschlacke-Umschmelzprozesses, Karbide soll auf die eingangs genannten Höchstwerte

der zur erfindungsgemäßen Herstellung der Legierun- 15 begrenzt sein,

gen verwendet werden kann. Vorzugsweise sollten jedoch die Primärkarbide

F i g. 13 gibt eine weitere modifizierte Ausführungs- vollständig aus Karbiden des Titans bestehen,

form eines solchen Prozesses wieder. Die Grundmasse der erfindungsgemäß hergestell-

In den F i g. 1 und 2, die schematisch die Grund- ten Legierung besteht vorzugsweise aus einer Stahlstruktur einer erfindungsgemäß hergestellten Legie- 20 legierung oder gegebenenfalls einer Legierung auf rung mit 10 Gewichts-°/o bzw. 20 Gewichts-%> Titan- Nickelbasis. In der Tabelle sind Beispiele einer Anzahl karbid darstellen, ist die Grundmasse aus einem von möglichen Legierungsgrundmassen zusammenge- oder mehreren Metallen der Eisen-Nickel-Ko- stellt und innerhalb eines jeden Haupttyps sind eine balt-Gruppe mit »τη« bezeichnet. Die Titankarbid- oder mehrere bevorzugte Zusammensetzungen angekörner sind im wesentlichen gleichmäßig in der 25 geben. Die Mangan- und Siliziumgehalte sind die für Grundmasse verteilt, d. h., das gegossene Material jeden Legierungstyp normalen und sind daher nur weist keine großen Unterschiede im Titankarbidgehalt in den Fällen herausgestellt, in denen sie bemerkensim oberen und unteren Teil des Gußblocks auf wert sind. Die Legierungsgrundmasse kann außer den und ist im wesentlichen frei von karbidhaltigen angegebenen Elementen auch Stickstoff, Bor, seltene Streifen. 30 Erdmetalle, Niob, Kupfer, Aluminium und andere

Ein freies oder diskontinuierliches Korn aus Pri- Elemente als Verunreinigungen in normalen Grenzen

mär-Titankarbid ist in F i g. 1 mit »p« bezeichnet, das enthalten. Die Gehaltsangaben bedeuten Gewichts-

wie alle anderen Primär-Titankarbidkörner mit einer prozente.

mehr oder weniger kontinuierlichen Schicht »5« Die Herstellung des Karbidpulvers einschließlich

(deren Dicke in der Figur vergrößert dargestellt ist) 35 des Vermahlens der Karbide nach der für Hartmetalle

aus einem sekundär ausgeschiedenen Titankarbid üblichen Arbeitstechnik benötigt einen beträchtlichen

überzogen ist. Zeitaufwand, verschlingt so einen sehr großen Teil

Dieses sekundäre Titankarbid stammt normaler- des gesamten Herstellungsprozesses und beeinflußt weise allein aus einer geringen Menge einer Lösung damit wesentlich die Gestehungskosten des Fertigproder Primärkarbide, die bei den Herstellungstempera- 40 duktes. Der Grund hierfür liegt darin, daß nach den türen unvermeidbar gebildet wird. Weil jedoch die konventionellen Methoden das Karbid und das Mesekundär ausgeschiedenen Titankarbide an die Pri- tallpulver in einer Kugelmühle mit Spiritus als Mahlmär-Karbidkörner, die zum überwiegenden Teil noch flüssigkeit vermählen werden. Danach muß die Mahlungelöst (»gebunden«) sind, wird verhindert, daß sich flüssigkeit abgetrennt, die Anschlämmung unter sekundäre Titankarbide in wesentlichem Ausmaß in 45 Vakuum getrocknet werden, der Schlämmkuchen den Korngrenzschichten der Grundmasse ausscheiden muß gebrochen und das Pulver dann gesiebt und ge- und sich große Titankarbid-Dendritaggregate bilden. mischt werden. Es hat sich gezeigt, daß dieser Ver- Es ist darauf hinzuweisen, daß in den Fällen, in denen arbeitungsprozeß gemäß einer Ausführungsform der die Grundmasse einen beträchtlichen Gehalt an freiem vorliegenden Erfindung drastisch dadurch verkürzt Titan aufweist, der Kohlenstoffgehalt gleichzeitig 50 und vereinfacht werden kann, daß die Naßmahl-Openiedrig oder sogar sehr niedrig sein sollte. Anderen- ration ausgeschaltet und der gesamte Prozeß durch falls könnte nicht alles sekundär abgeschiedene Titan- eine einzige Operation, das Trockenvermahlen, ersetzt karbid durch die Primär-Titankarbidkörner gebunden wird. Außer Titankarbid können, wie obenerwähnt, werden- auch andere Karbide anwesend sein. Beim Trocken-

Der Ausdruck »freie« oder »diskontinuierliche« 55 vermählen des Titankarbids an der Luft findet eine Primärkarbidkörner soll bedeuten, daß die Körper gewisse Oxydation statt, so daß Titankarbid gebildet nicht in Oberflächenkontakt miteinander zusammen- wird. Bei der konventionellen Pulvermetallurgie wird gesintert sind, wie es bei pulvermetallurgisch herge- eine derartige Oxydation als unerwünscht angesehen, stellten Legierungen der Fall ist. Jedoch können die Wie jedoch gezeigt werden konnte, beeinflußt ein ge-Primärkarbidkörner nahe beieinanderliegen und durch 60 ringer Titanoxydzusatz beim erfindungsgemäßen Verbindungen miteinander verknüpft sein, die von schmelzmetallurgischen Verfahren den Schmelzprosekundär ausgeschiedenem Titankarbid gebildet wer- zeß nicht negativ. Statt dessen scheint er überraschenden. Diese Neigung, Verknüpfungen zu größeren Ein- derweise die Netzwirkung zwischen Titankarbid und heiten zu bilden, ist größer im Falle von höheren der Grundmassenschmelze zu erhöhen. Auf diese Gehalten an Primärkarbid, wie es in F i g. 2 schema- 65 Weise wird ein doppelter Vorteil erzielt, nämlich tisch veranschaulicht ist. Gemäß F i g. 2 können eine einerseits die Pulverherstellung wesentlich verein-Anzahl von einzelnen Primärkarbidkörnern, z. B. die facht, und andererseits werden die Benetzungsbedin-Karbidköraer p_v p₂, P₃ und p_v eine Einheit »κ« bil- gungen verbessert.

	7	Fe	Ni	Co	Zusammensetzung ir	Mo	8	W	C	1 Si
Type	Nr.	Rest			Cr	Ibis 3	Gewichts-°/o	9	0,3
		Rest			3	5	V		0,4
Warmarbeits-	1	Rest		4	5	Ibis 3		5	0,3
stähle	2	Rest			11	3	1		1,5
	3	Rest			12	3	0,5		1,0
Kaltarbeitsstähle	4	Rest		5 bis 10	5	5	1	6	0,8	0,6Ti
	5				4		0,2			0,1 Al
Schnellarbeits-	6	Rest	18	9		5	1,5		sehr
stähle									wenig	0,6Ti
Ausscheidungs	7								«.03)	0,1 Al
härtbare Stähle		Rest	15	9		5			sehr
									wenig	0,6Ti
	8								«.03)	0,1 Al
		Rest	8	18		14			sehr
									wenig	3 bis 4 Ti
	9								«.03)
		Rest	20			Ibis 3			sehr
					15				wenig	1 bis 7 Ti
	10								«•03)
		Rest	2			Ibis 3			sehr
									wenig	1 bis 3 Ti
	11								«.03)
		Rest	7			Ibis 3			sehr
					17				wenig
	12								«-03)
		Rest	0.5			Ibis 3			0,4
		Rest	1,5		14	1 bis 3			0,25
Rostfreie Guß	13	Rest	18		17	3			maximal
stähle	14				18				0,06	1,5Si
	15	Rest	5			Ibis 3			0,15	3Ti
		Rest	21		25	Ibis 3			0,15	1,5Al
	16		Rest	18	23	1			sehr
	17				19				wenig	5Al
Legierungen auf	18								«.03)
Nickelbasis			Rest	10		1		10	sehr
					9				wenig	2Nb
	19								«•03)
		2		Rest		1		11	sehr
					22				wenig	0,75 Mn
Legierungen auf	20								«.03)
Cobaltbasis			10	Rest		1		7	sehr
					25				wenig
	21								«.03)

Das Vermählen wird fortgesetzt, bis durchschnittliche Karbid-Teilchengrößen von weniger als 6 pm Durchmesser, vorzugsweise weniger als 3 μΐη Durchmesser, erreicht sind.

Die folgenden Beispiele 1 bis 4 erläutern das erfindungsgemäße Verfahren. Die Prozentsätze sind auf das Gewicht bezogen.

60

Beispiel 1

Es wurden die folgenden Methoden zur Herstellung der Vorlegienrag auf ihre Brauchbarkeit getestet: Tränken im Vakuum; pulvermetallurgische Methode, und Sintern in der Form im Vakuum. Wie gefunden wurde, kann eine leicht zu zerkleinernde Vorlegierung durch die nachstehenden Verfahren erhalten werden: Versuch 1

Titankarbid wurde 48 Stunden in einer Kugelmüh vorgemahlen (Trockenmahlung). 50% Titankarbi 2O°/o Molybdän und 30% Schwammeisenpulver wu den miteinander vermischt und weiter 48 Stund« miteinander vermählen. Dieses Pulvergemisch wut( durch Rütteln verdichtet und im Vakuum « 0,3 Toi bei etwa 1600° C 3 Stunden lang gesintert Nach de Wiedererhitzen auf 1100° C und Abschrecken
Wasser wurde ein Material erhalten, das sehr leic zu zerkleinern war.

Versuch 2

Bei einem Versuch wurden 65 Gewichts-Titankarbid mit 35 % einer Schutzlegierung vermisd

9 10

die aus 40% Molybdän und 60% Eisen bestand. Die Es hat sich als schwierig erwiesen, porenfreie Guß-Zusätze wiesen die Form von Pulvern auf, und die blöcke dadurch zu gewinnen, daß man einfach die Korngrößen der Pulver entsprachen den oben ge- Schmelze sich in dem Tiegel oder der Form vermachten Angaben. Das Gemisch wurde im Vakuum festigen läßt. Eine Methode, die sich für den Laborbei einer Temperatur von oberhalb 1500° C (zwi- 5 maßstab als technisch brauchbar erwiesen hat, besteh) sehen 1500 und 1700° C) gesintert. Nach einem lang- darin, den Tiegel 13 in die Kühlzone 5 zu senken, samen Abkühlen (die Gesamtdauer betrug 2 Stunden) so daß der Kühlprozeß vom Boden der Beschickung durch den Temperaturbereich von etwa 1400° C aus einsetzt.

wurde ein Material erhalten, das nicht in Wasser ab- Im nachfolgenden Beispiel 2 sollen die Möglichgeschreckt zu werden brauchte, um in Stücke von ge- ίο keiten, das Verfahren an der atmosphärischen Luft eigneter Größe zu zerfallen. Die Partikeln bzw. Gra- und in halbtechnischem Maßstab durchzuführen, nalien wiesen in der Regel einen Durchmesser von untersucht werden, nicht mehr als 5 mm auf. Der Versuch zeigt, daß der

Karbidgehalt in der Vorlegierung wenigstens 60 Ge- B e i s d i e 1 2

wichts-°/o betragen sollte. Ein geeigneter Karbid- 15 ^p

gehalt sollte zwischen 60 und 90 Gewichts-%, vor- Hierbei wurde ein üblicher offener Schmelzofen zugsweise zwischen 65 und S5 Gewichts-⁰ Ό, benutzt. Die Vorlegierung wurde gemäß den Anliegen, gaben in Versuch 1 von Beispiel 1 hergestellt und lag Bei weiteren Versuchen wurde die Vorlegierung in granulierter Form vor. Die Grundmasse wies die mit der Grundmassen-Legierung im Vakuum ver- 20 folgende Zusammensetzung auf: 17% Chrom, einigt. Für diese Versuche wurde die Laborappara- 1,5% Nickel, 0,7% Molybdän, 0,25% Kohlenstoff, tür, die in F i g. 3 dargestellt ist, benutzt. Diese Vor- Rest Eisen. Das Gewicht der Charge betrug 30 kg, versuche basierten auf der Annahme, daß Vakuum und sie enthielt 5 Gewichts-^o/o Titankarbid. Die ein notwendiges Erfordernis für eine wirksame Korn- Beschickung erfolgte in üblicher Weise an der atmobination der Vorlegierung mit der Grundmasse sei. 25 sphärischen Luft. Die Vorlegierung wurde in den Das auf diese Weise erzeugte Material war von geschmolzenen Stahl gegeben, und die Schmelze wechselnder Beschaffenheit, was die Porenfreiheit wurde einige Male gerührt. Aus der Charge wurden und die Karbidverteilung anbelangt. Die Apparatur dann Schleifsegmente durch Gießen hergestellt. Die gemäß F i g. 3 bestand aus einer Vakuumkammer 1 Gießfähigkeit war ausreichend. Die Temperatur vor und einer Kühlkammer 5. 30 dem Gießen betrug etwa 1700⁰C. Ein auf diese Der eigentliche Ofenraum 7 wird durch Graphit- Weise hergestelltes Schleifsegment von der Art, wie elemente 8 elektrisch geheizt. es in der Celluloseindustrie benutzt wird, ist in In dem Ofenraum 7 ist ein aus Aluminiumoxyd F i g. 6 abgebildet. Die Oberfläche des Segments war gefertigter Tiegel 13 angeordnet, der auf einem heb- glatt und frei von Defekten. Fig. 7 gibt ein Mikro- und senkbaren Tisch 14 ruht. 35 foto der Gußstruktur des Materials wieder. Fig. 8 Das Einfüllen des Karbidpulvers und der Vor- stellt die Struktur des Schleifsegments in gehärtetem legierung in den Tiegel 13 erfolgt zweckmäßig, bevor Zustand dar, wobei die austenitbildende Temperatur dieser in den Ofenraum 7 gestellt wird, gegebenen- von 1050° C eine Stunde lang gehalten und an der falls nach einer Verdichtung durch Rütteln. Luft abgekühlt wurde. Die Härte betrug 650 HV 10.

Der Ofen wird evakuiert, vorzugsweise auf einen 40
Druck unter 0,5 Torr, besser noch unter 0,2 Torr.

Hierdurch wird das Pulverbett zunächst entgast. Die Beispiel 3 Evakuierung des Ofens kann sowohl vor als auch

nach dem Einfüllen der Legierungsgrundmasse er- F i g. 9 veranschaulicht eine Vorrichtung, die zur folgen. 45 technischen Durchführung des Verfahrens geeignet Es sind mehrere Methoden zur Vereinigung der ist. Die Vorrichtung besteht aus einem Vakuum-Legierungsgrundmasse mit der Vorlegierung denkbar. Induktionsofen, der rein schematisch dargestellt ist. Am besten geeignet hat sich das Durchtränken des Am Boden des Tiegels 92 ist die Vorlegierung 94 Betts aus der Vorlegierung mit dem verdichteten aus trocken gemahlenem Titankarbid und der Schutz-Karbidpulver mit der Grundmasse erwiesen. Dies 50 legierung eingefüllt, wobei die durchschnittliche kann praktisch in der Weise erfolgen, daß eine abge- Teilchengröße des Titankarbids einem Durchmesser messene Menge der Grundmassen-Legierung in von etwa 3 um entspricht. Auf dieses Pulverbett festem Zustand auf die Oberfläche des Pulverbettes wird die Grundmassenlegierung 95 geschichtet, die in aufgetragen und danach zum Schmelzen gebracht Form von ziemlich großen Metallstücken oder Grawird und man sie dadurch in das Bett herunterfließen 55 nalien vorliegt, z. B. ein Stahl der folgenden Zusam- und das Pulverbett durchtränken läßt. Die Grund- mensetzung: 0,37% Kohlenstoff, 1,0% Silizium, massen-Legierung kann z.B. die Form eines festen 0,4% Mangan, 5,3% Chrom, 1,4% Molybdän, Stückes aufweisen, das schon zu Beginn auf das 1,0% Vanadin, Rest Eisen und Verunreinigungen. Pulverbett gelegt wird. Die Grundmassen-Legierung Die Vakuumkammer 90 wird evakuiert, wodurch das kann auch in granulierter Form vorliegen, und in 60 Pulvsrbett 94 entgast wird. Hierauf werden die Mediesem Fall kann sie durch das Beschickungsrohr 20 tallstücke 95 induktiv erschmolzen. Die Schmelze eingefüllt werden. Es ist auch der Fall denkbar, daß durchtränkt das Pulverbett 94. Die Zufuhr der elek- <üe Grundmassen-Legierung außerhalb des Va- irischen Energie wird danach noch eine Weile fortkuumofens zum Schmelzen gebracht und dann in gesetzt, um die Schmelze auf induktivem Wege flüssigem Zustand in den Ofen eingefüllt wird. Ein 65 durchzuführen und damit die gleichmäßige Vertei-Vorteil eines solchen Vorgehens kann darin be- lung der Titankarbide sicherzustellen. Hierauf wird stehen, daß der Vakuumofen selbst keine große die Schmelze vergossen, gegebenenfalls nach einem Schmelzkapazität aufzuweisen braucht weiteren Rührvorgang.

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11 12

BeisDiel 4 Vakuumpumpe mit 133 bezeichnet. Der Druck im

Rohr 130 wird vorzugsweise auf unter 0,5 Torr her-

F i g. 10 veranschaulicht die Prinzipien des Elek- abgesetzt, und danach wird auch das entgegengesetzte

troschlacke-Umschmelzens, einer Arbeitsmethode, Ende des Rohres durch Verschweißen analog der

die mit Erfolg zur Einführung einer Vorlegierung in 5 Verschweißung 132 verschlossen. Die auf diese Weise

eine Grundmasse gemäß der Erfindung geeignet ist. erhaltene »Packung« wird nun bei etwa 1200⁰C

Im Mittelraum einer Elektrode 101 mit einer rohr- geschmiedet (vgl. Fig. 12c), bis ein langgestrecktes

förmigen Umhüllung, die aus jenem Anteil der Schmiedestück 134 entstanden ist, das einen im we-

Grundmassen-Legierung besteht, die mit der Vor- sentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Durch

legierung vereinigt werden soll, ist die Vorlegierung io das Schmieden bei 1200° C tritt ein »Vorsintern«

108 in gut verdichtetem Zustand untergebracht. Um zwischen den separaten Körnern in der Packung ein.

sicherzustellen, daß die Vorlegierung 108 während Das Element 134 wird nun durch Anschweißen oder

des Transportes und der Handhabung vor dem auf irgendeine andere Weise an der Stahlelektrode

Schmelzen in diesem Mittelraum verbleibt, kann sie 135 befestigt, die dem Elektroschlacke-Umschmelz-

äußerst stark verdichtet und durch Zusatz irgend- 15 prozeß unterworfen werden soll. Nach dem Beispiel

eines Bindemittels verfestigt werden, oder sie kann ist die Elektrode 135 an einer Seite abgeschliffen

zwischen die Deckel 112 an beiden Enden der rohr- worden, so daß das Element 134 an der Elektrode

förmigen Elektrode eingeschlossen werden. Als Al- 135 mit der Stromzuführung 138 befestigt werden

ternative zur Elektrode 101 ist es auch möglich, die kann, die dadurch ins Gleichgewicht gebracht wird.

Elektrode durch Gießen der Grundmasse über einer 20 Die Methoden zur Vereinigung der Elektrode 135

zerkleinerten Vorlegierung herzustellen, so daß die mit dem das Titankarbid tragenden Element 134

Vorlegierung in der Grundmasse eingebettet isi. Eine können jedoch in verschiedener Weise modifiziert

weitere Abwandlung besteht darin, Stücke der Vor- werden.

legierung zu bilden und die Grundmasse um diese Ein charakteristisches Merkmal des Elektro-

Stücke herumzugießen. Eine dritte Abwandlung ist 25 schlacke-Umschmelzens gemäß Fig. 12e besteht

die direkte Einführung der Vorlegierung in die darin, daß die erfindungsgemäß hergestellte Vor-

Schmelze unter den Schlackenbelag. legierung 136 erst in Verbindung mit dem Elektro-

Eine wassergekühlte Gegenelektrode J 02 hat schlacke-Umschmelzprozeß fertiggestellt wird, näm-

gleichzeitig die Funktion einer Form. lieh in einem Bereich 137 des Elementes 134, und

Die Schlacke 109, die bei dem Verfahren verwen- 30 dieser Bereich wird durch das Schlackenbad 109' so

det wird, kann irgendeine Schlacke sein, wie sie bei stark erhitzt, daß die Schutzlegierung im Gemisch

Elektroschlacke-Umschmelzprozessen üblich ist. 136 genügend durchgeschmolzen wird. Hierauf wird

Eine Bedingung, die bei der Auswahl der Schlacke das Element 134 kontinuierlich abgeschmolzen, und

erfüllt sein muß. ist jedoch die, daß ihre Dichte nied- zwar zusammen mit der Elektrode 135, so daß das

riger als die Dichte der Vorlegierung ist, Vorzugs- 35 durch seine Schutzlegierung geschützte Titankarbid

weise auch niedriger als die Dichte des Titankarbids. mit der abgeschmolzenen Elektrode vereinigt wird

Die Ziffer 110 bezeichnet das Gemisch aus der ge- und durch das Schlackenbad 109' hindurch zum Me-

schmolzenen Grundmasse-Legierung und Titankar- tallbad 110' fließt und den Gußblock 111' bildet,

bid und 111 den fertigen Gußblock. Auf Grund der Tatsache, daß das Element 134 unter

Das Verfahren entspricht dem üblichen Elektro- 4° der Oberfläche des Schlackenbades 109' abgeschmol-

schlacke-Umschmelzverfahren. Wenn die Elektrode zen wird, bleibt das Vakuum, das in Verbindung mit

101 in das Bad 109 aus der geschmolzenen Schlacke der Evakuierung des ursprünglichen Rohres (vgl.

abgesenkt und elektrischer Strom zugeführt wird, Fig. 12b) angelegt worden ist, während des gesam-

wird die Elektrode abgeschmolzen. Die Metall- ten Prozesses im wesentlichen erhalten,

tröpfchen fallen durch das Schlackenbad 109 und 45 In Fig. 13 ist eine andere Methode zur Benutzung

sammeln sich unter diesem Bad in einem Raum an, der Elemente 134 der in den Fig. 12a und 12b be-

der geschmolzenes Metall enthält. In analoger Weise schriebenen Art veranschaulicht. Gemäß F i g. 13

passiert auch die Vorlegierung 108 das Schlackenbad sind solche Elemente 134 in Bügeln 141 über einer

und wird in der Metallschmelze 110 gründlich ver- Form 142 hängend angeordnet, welch letztere in die-

teilt. In dem Maß, wie sich die Schmelze verfestigt, 50 sem Beispiel stationär und wassergekühlt ist. Mit

werden die Elektrode 101 und die Form 102 langsam 140 ist hier eine Elektrode bezeichnet, mit 109" ein

angehoben. Um die Verteilung des Titankarbids in Schlackenbad, mit 110" ein Bad des geschmolzenen

der Schmelze weiter zu verbessern, kann gegebenen- Metalls und mit 111" der fertige Gußblock. Das

falls mehr als eine Elektrode in dem Schlackenbad Verfahren verläuft in anderen Beziehungen analog

angeordnet werden. 55 dem in Verbindung mit F i g. 12 e beschriebenen Ver-

In Fig. 12a bis 12e ist ein modifiziertes Elektro- fahren. Bei dem in Fig. 13 veranschaulichten Ver-

schlacke-Umschmelzverfahren zur erfindungsgemäßen fahren ist es jedoch zweckmäßig, das Schlackenbad

Herstellung einer Legierung veranschaulicht. oder das geschmolzene Metall zu rühren, um die

Gemäß Fig. 12a wird ein aus einem kohlenstoff- Titankarbidkörner im fertigen Gußblock gründlich

armen Stahl hergestelltes Rohr 130 mit einem stark 60 zu verteilen.

verdichteten Pulvergemisch gefüllt, das aus 60 bis Die erfindungsgemäß hergestellte Legierung kann 90 Gewichts-^/o Titankarbid und 40 bis 10 Ge- eine breite technische Anwendung als Material für wichts-% einer Schutzlegierung besteht, die im solche Zwecke finden, bei denen eine Verschleißwesentlichen aus 4O°/o Molybdän und 60 ⁰Zo Eisen festigkeit erwünscht ist. Sie ist insbesondere für Mazusammengesetzt ist Das Rohr 130 ist an einem Ende 65 terialien brauchbar, die geschmiedet und bzw. oder stark zusammengepreßt und an der Stelle 132 gegossen, die maschinell bearbeitet und korrosions-(Fig. 12b) verschweißt. Danach wird das Rohr eva- beständig gemacht werden können und bzw. oder Tariert. In Fig. 12b ist die Verbindungsleitung zur preisgünstig hergestellt werden können. Bei Erläute-

rung der Fig. 6 ist bereits auf die Verwendbarkeit der Legierung für Schleifelemente hingewiesen worden. F i g. 11 gibt einen Querschnitt durch das Blatt eines Straßenräumgerätes wieder. Zwei dem Verschleiß besonders stark ausgesetzte Stellen an der Vorder- und Rückseite des Stahlblattes 120 sind mit 121 bzw. 122 bezeichnet. Diese Einsätze sind aus dem Material gemäß der Erfindung gefertigt, wobei die Grundmasse desselben zweckmäßigerweise dem Material entspricht, das den Hauptteil 120 des Blattes des Straßenräumgerätes bildet Ein Beispiel einer geeigneten Grundmasse ist eine Stahlsorte mit 0,37% C, 1,0% Si, 0,4% Mn, 5,3% Cr, 1,4% Mo, 1,0% V, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen. Die verschleißfesten Einsätze 121 und 122 enthalten zweckmäßigerweise 10 Gewichts-% Titankarbid, während das auf Verschleiß beanspruchte Teil 123, das gleichfalls in das Hauptmaterial 120 eingesetzt ist und das unmittelbar gegen die Straße streichen soll, zweckmäßigerweise aus einem Material mit einem höheren Titankarbidgehalt (etwa 30 Gewichts-% Titankarbid) gefertigt ist, wobei die Grundmasse die gleiche ist wie in den Einsätzen 121 und 122. Die Einsätze 121,122 und 123 sind an dem Hauptmaterial 120 zweckmäßig durch Hartlöten befestigt.

Das erfindungsgemäße Material kann außerdem füi Kalt- und Warmarbeitsstähle, Sandstrahldüsen, Walzen für das Kalt- und Warmwalzen u. dgl. verwende! werden.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1Ά 2 " Vorlegierung mit der Grundmasse unter Verwen- Patentansprüche: dung einer von der Grundmasse ummantelten Ab schmelzelektrode aus der Vorlegierung durch.

1. Verfahren zur Herstellung einer schmied- elektrisches Umschmelzen erfolgt,
und gießbaren verschleißfesten Legierung aus 5

einer Matrix aus Eisen-, Nickel- oder Kobaltlegie-

rung, in die 3 bis 35% eines Karbids in Form

diskreter Partikeln in homogener Verteilung ein- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel-

gelagert sind und wobei dieses Karbid aus minde- lung einer schmied- und gießbaren verschleißfesten stens 50% Titankarbid und io Legierung aus einer Matrix aus Eisen-, Nickel- oder

Kobaltlegierung, in die 3 bis 35% eines Karbids in

0 bis 30 % Vanadinkarbid, Form diskreter Partikeln in homogener Verteilung

0 bis 30 % Wolframkarbid, eingelagert sind.

0 bis 20% Zirkoniumkarbid, ^{Aus der} britischen Patentschrift 1031432 ist be-

n kv ι η ο/ τ t liv, wa ^l5 kannt, pulverförmige Boride, Nitride, Suizide und

Ob.s 10% Tantalkarbid, insbesondere Karbide von Titan, Zirkonium, Haf-

0 bis 10% Chromkarbid und ^um, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän

0 bis 10%Niobkarbid und Wolfram durch Schmelzen im Lichtbogen zu

kugelförmigen Teilchen zu verdichten und mit gebesteht, bei dem die Primärkarbide in einer der ao schmolzenen Bindemetallen, die insbesondere aus Endkorngrößen entsprechenden Größe mit der Eisen, Nickel und Kobalt oder deren Legierungen beMatrix vereinigt werden, dadurch gekenn- stehen, zu übergießen, wobei eine harte verschleißzeichnet, daß das auf Endkorngröße gemah- und druckfeste Legierung aus dem Bindemetall als lene Titankarbidpulver vor der Vereinigung mit Matrix mit darin eingelagerten harten Metallverbinder Matrix in einer Legierung aus 30 bis 80% 25 düngen (Hartstoffen) erhalten wird. Hierbei dienen Molybdän, Rest Eisen und herstellungsbedingte gegebenenfalls Zusätze anderer Metalle, wie Kupfer, Verunreinigungen, eingelagert und diese Vorlegie- Zinn, Mangan, Chrom, Aluminium, Molybdän, Berylrung zerkleinert wird. Hum, Wismut, Bor, Cadmium, Kohlenstoff, Silizium,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Silber, Titan, Wolfram, Zirkonium, Niob oder Tantal kennzeichnet, daß zur Herstellung der Vorlegie- 30 zum Bindemetall zur Herabsetzung des Schmelzpunkrung ein Gemisch des Titankarbidpulvers mit tes, Erhöhung der Härte oder Verbesserung der BeMolybdän und Schwammeisen vermählen, das er- netzbarkeit und Löslichkeit der Hartstoffe in der haltene Pulvergemisch verdichtet, im Vakuum auf Matrix. Zur Benetzung von hauptsächlich Titankareiwa 1600° C erhitzt, in Wasser abgeschreckt und bid enthaltenden Hartstoffe durch das Bindemetall zerkleinert wird. 35 wird allerdings eine Vorbehandlung mit Wasserstoff

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- und das Einlagern im Vakuum oder in einer Wasserkennzeichnet, daß zur Herstellung der Vorlegie- Stoffatmosphäre empfohlen.

rung ein Gemisch des Titankarbidpulvers mit Aufgabe der Erfindung ist es, eine schmied- und

einer pulverförmigen Legierung aus Molybdän gießbare verschleißfeste Legierung aus einer Matrix

und Eisen im Vakuum zwischen 1500 und 40 aus Eisen-, Nickel-oder Kobaltlegierung, in die 3 bis

1700⁰C erhitzt, durch den Temperaturbereich 350/,, _ei_nes Karbids in Form diskreter Partikeln in

von etwa 1400° C langsam abgekühlt und danach homogener Verteilung eingelagert sind und wobei

zerkleinert wird. dieses Karbid aus mindestens 50% Titankarbid und

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Titankarbid zu 45 0 bis 30 % Vanadinkarbid,
wenigstens 95 % auf eine Korngröße von weniger _{0 bis 30} ._/o Wolframkarbid,
als 6 um, vorzugsweise weniger als 3 um vermah- „ , . „. „, „. , . , ...
lenwird 0 bis 20 % Zirkoniumkarbid,

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- 0 bis 10 % Tantalkarbid,
durch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung ge- 50 Obis 10 % Chromkarbid und
sintert wird. 0 bis 10 % Niobkarbid

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung 60 bis besteht, bei dem die Primärkarbide in einer der End-90, insbesondere 65 bis 85 Gewichts-% Titan- korngröße entsprechenden Größe mit der Matrix verkarbid enthält und das die zu ihrer Herstellung 55 einigt werden, herzustellen. Diese Aufgabe wird erfinverwendete Legierung 35 bis 45 Gewichts-% dungsgemäß dadurch gelöst, daß das auf Endkorn-Molybdän, Rest Eisen enthält. größe gemahlene Titankarbidpulver vor der Vereini-

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 gung mit der Matrix in einer Legierung aus 30 bis oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Molyb- 80% Molybdän, Rest Eisen und herstellungsbedingte dän-Eisenlegierung wenigstens zu 75 Gewichts- 60 Verunreinigungen, eingelagert und diese Vorlegierung % aus der Phase Fe₃Mo₂ besteht. zerkleinert wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, da- Die Zusammensetzung dieses Überzugs entspricht durch gekennzeichnet, daß die Vereinigung der infolge der eintretenden Reaktionen naturgemäß nicht Vorlegierung mit der Grundmasse durch Schmel- der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials des zen der Grundmasse und Eingeben der Vorlegie- 65 Bindemetalls der Matrix. Durch den Molybdängehalt rung in die Grundmasse vorgenommen wird. werden die Benetzbarkeit verbessert und das spezi-

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, da- fische Gewicht des Pulvers erhöht. Zwar ist aus durch gekennzeichnet, daß die Vereinigung der F. Eisenkolb, »Fortschritte der Pulvermetall·^-