DE2417186A1 - Verwendung einer metallkarbidhaltigen eisenfreien austenitischen sinterlegierung als werkstoff fuer harte, verschleissfeste und korrosionsbestaendige gegenstaende - Google Patents

Description

• Verwendung einer metallkarbidhaltigen eis enfreien austenitischen Sinterlegierung als Werkstoff für harte, verschleißfeste und korrosionsbeständige Gegenstände.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff für die Herstellung harter und verschleißfester Gegenstände zu schaffen, die gegenüber wässrigen Medien mit hoher Chloridkonzentration korrosionsbeständig sein müssen. Dabei soll der Werkstoff spanabhebend bearbeitbar und. anschließend durchAuslagern auf höhere Härte aushärtbar sein.
• Die aus der DT-PS 1 938 074 bekannte Sinterlegierung, bestehend aus 5 bis 70 % TitanmischkarbidJ Rest eine Nickellegierung mit 10, 5 bis 20 % Chrom, 10 bis 20 % Molybdän sowie Fakultativzusätzen an Eisen, Wolfram, Kupfer, Mangan, Kohlenstoff und Silizium ist verschleißfest, gegenüber flüssigem Natrium korrosionsbeständig und eignet sich daher als Werkstoff für Reaktorbauteile. Über die Beständigkeit dieser bekannten Legierung gegenüber wässrigen Medien mit hoher Chloridkonzentration wie Meerwasser oder Körperschweiß, ist nichts bekannt.
• Aus der DT-PS 2 035 226 ist eine weitere Sinterlegierung mit 55 bis 80 % Metallkarbid, Rest eine austenitische Metallegierung auf Eisen- oder Nickelbasis als Werkstoff für Gegenstände bekannt, die hohe Härte, Druckfestigkeit und Zähigkeit, großen Vers chleißwiderstand, gute Oxydations- und Korrosionsbeständigkeit und niedrige Dichte haben müssen.
• Aufgrund des verhältnismäßig hohen Karbidgehalts von 55 bis 80 Gew. -% eignet sich diese bekannte Legierung insbesqndere für hohen Temperaturen ausgesetzte Lager und Mahlkugeln sowie für Stempel und Matrizen von Pressen, also Teile, die höchste Härte und Verschleißfestigkeit erfordern.
• Über die Chloridbestandigkeit dieser Legierungen ist nichts bekannt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die für den vorgesehenen Verwendungszweck geeignete Legierung in genau abgestimmter Weise zusammengesetzt sein muß, um die an sie gestellten Anforderungen zu erfüllen. Erfindungsgemäß wird für den genannten Anwendungszweck eine Sinterlegierung vorgeschlagen, die aus (in Gew.f-%) f5 bis 40 % Metallkarbid 60 bis 85 % einer Nickellegierung mit 0, 5 bis 3, 5 % Molybdän 0; 5 bis 2, 5 % Aluminium 13, 5 bis 3-3 % Chrom Rest Nickel besteht. Vorzugsweise kann die Nickellegierungsmatrix zusätzlich noch bis 2 % Silizium, bis 2, 5 % Mangan, bis 2, 5 OJo Kupfer; bis 12 % Kobalt und bis 0,1 1 Bor enthalten. Zur Abbindung des in der Nickellegieruagsmatrix etwa vorhandenen freien Kohlenstoffs kann die vorgeschlagene Sinterlegierung zusätzlich auch noch bis 0, 8 % Niob/Tantal, und/ oder bis 3 % Titan enthalten.
• In der erfindungsgemäß zu verwendenden Sinterlegierung sichert Nickel in Verbindung mit dem angegebenen Gehalt an Chrom die ausreichende Korr osions be ständigkeit der Legierung gegenüber wässrigen Medien mit hoher tZhloridkonzentration. Hierbei ist die absolute Eisenfreiheit der Legierung von besonderer Wichtigkeit, weil ein noch so geringer Gehalt an Eisen die Legierung oxydationsanfällig machen würde.
• Unter 13, 5 % Chrom in der Nickellegierungsmatrix würde für eine ausreichene Korrosionsbeständigkeit nicht ausreichend sein. Über 33 % Chrom würde zu einer starken Versprödung der Nickellegierung führen.
• Der Gehalt an Molybdän in der Nickellegierungsmatrix der erfindungsgemäßen Legierung ist in Verbindung mit Chrom für die Sicherung der Korrosionsbeständigkeit der Legierung, insbesondere die Meerwasserbeständigkeit und Lochf rà ßkorrosionsbeständigkeit, maßgebend.
• Der Gehalt an Aluminium in den oben angegebenen Bereichsgrenzen, führt in Verbindung mit Nickel zur Bildung intermetallischer Phasen, die zu einer'Ausscheidungshärtung der Nickellegierungsmatrix führen.
• Hierzu sind mindestens 0, 5 % Aluminium erforderlich. Über 2, 5 % Aluminium'würde die Legierung zu spröde machen.
• Von den Fakultativzusätzen verbessert Silizium die Zunderbeständigkeit und Härte der Legierung. Bei mehr als 2 % Silizium wird die Legierung zu spröde. Mangan ist bis 2, 5 % als Austenit-Stabilisator und zur Härtung des Austenits zweckmäßig. Durch Zusatz eines Gehalts von bis 2> 5 % Kupfer zu der Nickellegierungsmatrix kann die Korrosionsbeständigkeit erhöht und ein Aushärtungseffekt durch Bildung der intermetallischen Phase Kupfer-Nickel erzielt werden. Das Nickel kann bis zu 12 % durch Kobalt ersetz't werden, wodurch die Beständigkeit des Äustenits erhöht wird. Bei Zusatz von mehr als 12 % Kobalt verringert sich aber die Korrosionsbeständigkeit. Bor kann bis 0> 1 ovo zugesetzt werden, um etwa in der Legierung vorhandenen Sauerstoff und Stickstoff abzubinden und durch Bildung von Chromborid einen zusätzlichen Aushärtungseffekt zu erreichen.
• Die Härte und Verschleißfestigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Sinterlegierung wird durch den Gehalt von 15 bis 40 % Metallkarbid erreicht. Weniger als 15 % Metallkarbid würde zu ungenügenden Härtewerten führen, während mehr als 40 % Metallkarbid die spanabhebende Bearbeitbarkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Sinterlegierung verschlechtert. Als Metallkarbid soll insbesondere Titankarbid Verwendung finden, weil es das niedrigste spezifische Gewicht hat und die Legierung daher leicht macht. Aus verschiedenen Gründen kann es zweckmäßig sein, das Titankarbid teilweise durch andere Karbid, insbesondere Chromkarbid, Vanadiumkarbid, Tantalkarbid; Niobkarbid zu ersetzen.
• Die Karbide können auchals Mischkarbide vorliegen.
• Die Sinterlegierung soll erfindungsgemäß insbesondere als Werkstoff für dem Angriff von Meerwasser ausgesetzte Teile, die Verschleiß und Korrosion unterworfen sind, oder für Körper schweiß ausgesetzte Gegenstände, wie Gehäuse von Armbanduhren, verwendet werden. In beiden Anwendungsfällen kann auchNichtmagnetisierbarkeit von Bedeutung sein, eine Eigenschaft, welche durch die erfindungsgemäß zu verwendende Sinterlegierung durch ihr austenitisches Gefüge ebenfalls erfüllt wird.
• Die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Sinterlegierung erfolgt vorteilhafterweise in der Art, daß die Bestandteile der Legierung gemischt, in eisenfreien Mahlbehältern mit eisenfreiem Mahlmittel auf eine Korngröße von max. 3 pm gemahlen, das Pulver zu Formkörpern gepreßt und diese dann im Teinperaturbereich von 1250 bis 1350°C im Vakuum von besser als 10 Torr gesintert, die gesinterten Formkörper erforderlichenfalls spanabhebend bearbeitet und ggf. anschließend durch eine mehrstündige Auslagerungsbehandlung bei erhöhter Temperatur auf höhere Härte ausgehärtet werden. Bei Einhaltung dieser Bedingungen können porenfreie Formkörper mit einer Härte im Bereich von 40 bis 60 HRc je nach Zusammensetzung und insbesondere Karbidgehalt erzeugt werden.
• Trotz der verhältnismäßig niedrigen Härte der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung (im ausgelagerten Zustand etwa 56 IIRc) besitzt diese einen größeren Widerstand gegen reibenden und erodierenden Verschleim3 als vergleichbare Legierungen mit höherer Härte. Dies wird auf das superfein gemahlene Korn der Legierung zurückgeführt.
• Das folgende Beispiel zeigt den Vorteil bei Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Legierung.
• Eine Sinterlegierung der Zusammensetzung 33 Gew. -% Titankarbid und 67 Gew.-% einer Matrix mit 18,0 % Chrom, 8,0 % Eisen, 2,0 Titan, 1,0 % Aluminium, 0, 5 % Niob, 2, 0 % Molybdän, 0,5 % Kupfer, 0,01 % Bor, Rest Nickel, also mit einem Eisengehalt, erreicht nach der Auslagerung 16 h bei 710°C eine Härte von 57 HRc bei einer Ausgangshärte von 49 HRc.
• Proben dieser Legierung wurden einem 40-tägigen Meerwassertest unterzogen, Danach zeigten sich Rostansätze und Streifigkeit durch Korrosion.
• Ein ähnliches Verhalten der Proben aus der genannten Legierung zeigte sich nach einem-Test in künstlichem Schweiß.
• Eine Legierung gemäß der Erfindung mit 33,0 Gew. -7; Titankarbid und 67 Gew. -% einer Matrixlegierung der Zusammensetzung: 18, 0 % Cr -2,0 % Ti - 1,0 % Al - 0,5 % Nb - 2, 0 % Mo - 0,8 % Cu - 0,01 % B -Rest Nickel dagegen zeigte bei den genannten Korrosionsprüfungen in Meerwasser und künstlichem Schweiß nicht den geringsten Angriff, d. h., keinerlei Rostansätze..
• Dieses gute Verhalten ist vor allem auf die fast vollkommene Eisenfreiheit der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung zurückzuführen.
• Anwendungsbeispiele für die erfindungsgemäße Legierung sind neben den schon erwähnten Uhrengehäusen, Schiffs - und Meerestechnikteilen, Teile in Meerwasserentsalzungsanlagen, Pumpenteile, wie Schaufeln bzw.
• Zahnräder in Pumpen zur Förderung korrodierender und verschleißender Medien. Ganze Pumpengehäuse für flüssige Kunststoffe, Wellenschutzhüllen und Wellenschutzlager an Pumpen aller Art, Vorrichtungen zum Weich- und Hartlöten, Vorrichtungen zum Beizen, Dichtelemente für Kreiskolbenmotoren, Plunger und Spindeln für Ventile, Ventilsitze und Ventilkegel, Kugel für Ventile, Nichtmagnetisierbare Preßformen für'Ferrite, yerschleißteile in der Erdöltechnik, Erzbau sowie chemischen Industrie, wie Mahlkörper, Schlagléisten, Mischerflügel, Wurfschaufeln usw..

Claims (8)

Ansprüche

1. Verwendung einer metallkarbidhaltigen eisenfreien austenitischen Sinterlegierung. bestehend aus (in Gew.-%) 15 bis 40 % Metallkarbid 60 bis 85 % einer Nickellegierung mit 0, 5 bis 3,5% Molybdän 0, 5 bis 2, 5 % Aluminium 13, 5 bis 33, 0 % Chrom Rest Nickel als Werkstoff für nach der spanabhebenden Bearbeitung durch eine ' Auslagerungsbehandlung auf höhere Härte und Verschleißfestigkeit aushärtbare Gegenstände, die gegenüber wässrigen, Medien mit hoher Chloridkonzentration korrosionsbeständig sein müssen.

2. Verwendung einer Sinterlegierung nach Anspruch 1, deren Nickellegierungsmatrix zusätzlich noch bis 2 % Silizium, bis 2,5 % Mangan, bis 2,5 % Olo Kupfer, bis 12 % Kobalt und bis 0, 1 % Bor enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Sinterlegierung nach Anspruch 1 oder 2, deren Nickellegierungsmatrix zusätzlich eine zur Abbindung des in ihr vorhandenen freien Kohlenstoffs mindestens ausreichende Menge an Niob und/oder Tantal bis 0, 8 % und/oder Titan bis 3 % enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Sinterlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit Titankarbid als Metallkarbid für den Zweck nach Anspruch 1,

5. Verwendung einer Sinterlegierung nach Anspruch 1 und 4, bei der das Titankarbid teilweise durch andere Metallkarbide, insbesondere Chromkarbid, Vanadiumkarbid, Tantalkarbid, Niobkarbid ersetzt ist, für den Zweck nach Anspruch 1.

6, Verwendung einer Sinterlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Werkstoff für dem Angriff von Meerwasser ausgesetzte Teile.

7. Verwendung einer Sinterlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Werkstoff für Körperschweiß ausgesetzte Gegenstände, wie Gehäuse von Armbanduhren.

8. Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung nach einem der Anspriiche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile der Legierung gemischt, in eisenfreien MahlbehSltern mit einen freiem Mahlmittel auf eine Korngröße von max. 3 µm gemahlen, das Pülv'er zu Formkörpern gepreßt und diese dann im Temperaturbereich von 1250 bis 13500C im Vakuum von besser als 10-2 Torr gesintert, die gesinterten }Formkörper erforderlichenfalls spanabhebend bearbeitet und ggf. anschließend durch eine mehrstündige Anslagerungsbehandlung bei erhöhter Temperatur auf höhere Härte ausgehärtet werden.