DE2244470A1

DE2244470A1 - Hochkorrosionsbestaendige und -verschleissfeste sinterstahllegierung

Info

Publication number: DE2244470A1
Application number: DE2244470A
Authority: DE
Inventors: Fritz Frehn
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke GmbH
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke GmbH
Priority date: 1972-09-11
Filing date: 1972-09-11
Publication date: 1974-04-04
Also published as: US3967935A; FR2199001B1; JPS4965910A; GB1380850A; DE2244470B2; DE2244470C3; FR2199001A1; IT996154B

Description

Deutsche Edelstahlwerke 22444

Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Krefeld, Oberschlesienstr. 16 ^^

Hochkorrosionsbeständige und -verschleißfeste Sinterstahllegierung.

Die Erfindung betrifft eine hochkorrosionsbeständige und -verschleißfeste Sinterstahllegierung mit hohem Metallkarbidgehalt.

Auf pulvermetallurgischem Weg hergestellte Legierungen mit 10 bis 70 Gew-% Metallkarbid, insbesondere Titankarbid, und Rest einer ferritischen, durch Austenitzerfall oder Ausscheidung intermetallischer Phasen härtbaren Stahllegierung als Binder für das Metallkarbid ist aus der USA-PS 2 1)28 202 bekannt. Diese bekannten stahlgebundenen Karbidhartlegierungen haben gegenüber den naturharten Hartmetallen,, bei denen der Binder für das Metallkarbid aus Eisen, Nickel oder Kobalt besteht, den Vorteil, daß sie im geglühten, weichen Zustand leicht spanhebend bearbeitbar und die foi'titfbearbeiteten Teile dann durch eine entsprechende Wärmebehandlung auf höhere Härte in der Größenordnung von 70 HRC härtbar sind.

Λ Ls Hinder für das Metallkarbid sind auch schon legierte Stähle, z. B. durch die DT-AS 2 035 226, bekannt geworden/ Dabei handelte es sich uin i'ine uustenitische Stahlmatrix, die als Binder für die Metallkar bid-Komponente vorgesehen war, wenn neben Verschleißfestigkeit und Härte auoh noch Korrosionsbeständigkeit gefordert wurde.

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Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun die Schaffung einer karbidhaltigen Sinterstahllegierung, die hohe Korrosionsbeständigkeit wie die bekannten Legierungen mit austenitischer Stahlmatrix aufweist, die aber einen noch besseren Verschleißwiderstand wie diese besitzen soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine Sinterlegierung folgender Zusammensetzung vorgeschlagen:

20 bis 60 Gew. -% Titankarbid und 40 bis 80 Gew. -% einer rein ferritischen Stahllegierung mit

20,5	bis	37 "ι	'ο Chrom
0,5	bis	12 °i	¹o Molybdän
0	bis	1,5	% Kupfer
0	bis	4,0	% Nickel
0	bis	0,1	% Bor
0	bis	0, 8	% Niob/Tantal
0	bis	3,0	% Silizium
0	bis	1,0	% Mangan
0	bis	1,5	% Aluminium
0	bis		% Titan
0	bis	0, 01 % insgesamt an Kohlenstoff und Stickstoff
Rest	Eisen.

Das Titankarbid kann vorzugsweise bis zu 50 Gew. -% durch Chrom- und/oder Vanadiumkarbid ersetzt werden.

Die Stahlmatrix der erfindungsgemäßen Legierung hat aufgrund der oben angegebenen Gehalte an Chrom und Molybdän rein ferritisches Gefüge. Eventuell noch vorhandener Kohlenstoff wird durch Zugabe des Elements Niob in Karbid überführt. Auch Titan ist ein guter Karbidbildner, der

neben Aluminium Restgehalte an schädlichem Stickstoff in TiN bzw. ALN überführt. Die pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren und

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die Verwendung reinster Aus gangs werkstoffe in Pulverform gestatten niedrigste Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte, so daß sich oftmals" die Zugabe dieser Hilfsstoffe Niob, Titan,-Aluminium erübrigt oder sie werden nur in Spuren benötigt. Kupfer, Nickel, Bor, Silizium und Mangan können bis zu den oben jeweils für diese Elemente angegebenen Gelmltsgrenzen zur Verbesserung der Eigenschaften der Legierung in der Stahlmatrix enthalten sein.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich karbidhaltige Sinterstahllegierungen der angegebenen Zusammensetzung besser bearbeiten lassen als bekannte Legierungen dieser Art mit austenitischer Stahlmalt'ix, gleichzeitig aber einen höheren Verschleißwiderstand und Härte besitzen als die bekannten Legierungen. Die Härte von bekannten karbidhaltigen Sinterstahllegierungen mit austenitischer Stahlmatrix liegt im Mittel bei 42 HRC, während die erfindungsgemäße Sinterstahlk\L';ierimg eine Härte von 52 HRC erreicht. Dies war deshalb nicht vorhersehbar, weil austenitische Stahllegierungen ohne Karbidgehalt Ilärtewerte von etwa 180 HV 10 gegenüber 80 bis 90 HV 10 rein ferritisclier Stähle besitzen. Es mußte also damit gerechnet werden, daß die Härte von karbidhaltigen Sinter Stahllegierungen mit rein ferritischer Stahlmatrix dementsprechend auch geringere Härte besitzen würden wie die bekannten karbidhaltigen Sinterlegierungen mit austenitischer Stahl matrix.

'Γ rotz ihrer wesentlich höheren Härte läßt sich die,erfindungsgemäße Sititerstahllegierung wesentlich besser bearbeiten als die bekannten vergleichbaren karbidhaltigen Sinterstahllegierungen mit austenitischer Stahlmatrix. Versuche haben ergeben, daß bei spangebender Bearbeitung von Teilen aus der erfindungsgemäßen Sinterstahllegierung

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die Standzeit der Bearbeitungswerkzeuge um das Dreifache höher ist als bei der Bearbeitung von Teilen aus bekannten karbidhaltigen Sinterstahllegierungen mit austenitischer Stahlmatrix.

Die Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Sinterstahllegierung entspricht der bekannten mit austenitischer Stahlmatrix.

Dei erfindungsgemäße karbidhaltige Sinterstahllegierung kann aufgrund ihrer oben geschilderten vorteilhaften Eigenschaften überall dort eingesetzt werden, wo neben hohem Verschleißwiderstand und hoher Härte, auch hohe Korrosionsbeständigkeit verlangt wird. So ist die erfindungsgemäße Sinterstahllegierung insbesondere von Vorteil als Werkstoff für die Herstellung von in korrosiven Medien eingesetzten verschleißfesten Teilen, z.B. im chemischen Anlagen-und Apparatebau, verwendbar. Anwendungsbeispiele sind Pumpenteile, wie Plunger, Wellen, Schaufeln, Dicht scheiben, Preßwerkzeuge, wie Stempel und Matrizen, zum Verdichten von Salzen, Kunststoffen und Schüttstoffen, die Verschleiß und Korrosion verursachen, Auskleidung von Mühlen, Mischern, Knetwerken usw., die ähnlichen Beanspruchungen ausgesetzt sind.

Nachfolgend sind vier Beispiele für Legierungen innerhalb des erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereichs angegeben:

Legierung $.n Gew. -%)

Titankarbid
Slnhlmntrix

Chrom

Molybdän

Nickel

Kupfer

Niob

Aluminium

TiI im

Bor

Eisen

1	33	28,00	2	33	35,00	3	34	28,00	4	33	28,00
67	2,00	67	0,50	66	2,00	67	2,00
-	-	2,00	4,00
0,50	-	0,50	0,50
0,50	0,50	-	0, 30
0,60	0,80	0,40	0, 30
0,30	-	0,35	-
0,01	0,02.	0,02	0,02
Rest	Rest	Rest	Rest

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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sinter Stahllegierung wird Karbidpulver mit einer mittleren Korngröße von etwa 5 bis 8 tun mit den Einzelpulvern der für die Zusammensetzung der Stahlmatrix notwendigen Elemente oder Verbindungen derselben, z.B. FeB, NiAl, FeSi, gemischt und zunächst trocken vermengt. Dann wird das Pulvergemisch unter Zugabe von Mahlflüssigkeit, z.B. Deka-Hydronaphthalin, in Kugelmühlen auf eine mittlere Korngröße von etwa 3 um und feiner gemahlen. Einer Dekantierung der Mahlflüssigkeit folgt die Vakuumtrocknung zur Beseitigung der Restmengen an Flüssigkeit, Daran schließt sich ein Misch- und Knetprozeß unter Zugabe von preßerleichternden Mitteln, z. B. Paraffin oder Kunststoff in Lösungsmitteln, an. Die nun preßfertige Mischung wird in dafür geeigneten Pressen zu Formkörpern gepreßt. Die Preßlinge werden nochmals einer Vakuumtrocknung unterzogen, um auch letzte Reste von preßerleichternden Zusätzen und Lösungsmitteln zu entfernen. Die Preßlinge werden dann

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im Vakuum von besser als 10~ Torr bei einer Temperatur von 1300 bis 1400 C je nach Zusammensetzung gesintert. Die Sinterung erfolgt zum Teil mit flüssiger Phase. Dabei entsteht durch Diffusionsvorgänge aus den Einzelkomponenten der Stahlmatrix eine Legierung und außerdem erhöht sich die Dichte des Körpers. Die Dichte der erfindungsgemäßen Sinterstahllegierung liegt bei etwa 6, 4 g/cm ,

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Claims

224U70 Patentansprüche

1. Hochkorrosionsbeständige und -verschleißfeste Sinterstahllegierung, bestehend aus

20 bis 60 % Titankarbid und

40 bis 80 % einer rein ferritischen Stahllegierung der Zusammensetzung

20,5 bis 37 "ι Ό Chrom 0,5 bis 12 °/ Ό Molybdän 0 bis 1,5 % Kupfer 0 bis 4,0 % Nickel d bis 0,1 % Bor 0 bis 0,8 % Niob/Tantal 0 bis 3,0 % Silizium 0 bis 1,0 % Mangan 0 bis 1,5 % Aluminium 0 bis 1,8 % Titan 0 bis .0, 01 % insgesamt an Kohlenstoff und Stickstoff Rest Eisen.

2. Sinterlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

und/ bis zu 50 % des TiC durch Chromkarbid oder Vanadiumkarbid ersetzt sein können.

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