DE2908656C2

DE2908656C2 - Gesintertes verschleißfestes Hartmetall

Info

Publication number: DE2908656C2
Application number: DE2908656A
Authority: DE
Inventors: Yujiro Kodama; Yasumasa Itami Hyogo Kureha; Nobuhito Kuroishi; Masato Sabao
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1978-03-08
Filing date: 1979-03-06
Publication date: 1984-04-05
Also published as: JPS54119321A; US4274876A; JPS6038461B2; IT1114733B; GB2016046A; IT7948251A0; DE2908656A1; GB2016046B; FR2419334A1; FR2419334B1

Description

Die Erfindung betrifft ein gesintertes, verschleißfestes Hartmetall.

Gesinterten Hartmetallen können hochverschleißfeste Gleiteigenschaften und Verarbeitbarkeit dadurch verliehen werden, daß im Grundmaterial hochverbindbare und verschleißfeste Bestandteile in harter Phase verteilt und gleichzeitig Metalle mit Schmierfähigkeit und niedrigem Schmelzpunkt, Glas mit niedrigem Schmelzpunkt, Schwefelverbindungen und dergleichen zugesetzt werden.

Aus der GB-PS 14 25 495 ist ein verschleißbeständiger Sinterwerkstoff bekannt, der aus 1 bis 15% Nickel, 3 bis 25% Chrom, 5 bis 20% Molybdän, 0,5 bis 1,0% Kohlenstoff, Rest Eisen besteht, wobei das Molybdän als Fe-Mo-Legierungspulver zugesetzt sein kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von gesinterten Hartmetallen für Gleitglieder mit hoher Verschleißfestigkeit und Verarbeitbarkeit bei niedrigen Kosten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Die gesinterten Hartmetalle nach der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf das pulvermetallurgische Verfahren beschrieben. Eisenpulver wird folgendes zugesetzt: Eine Verbindung mit harter Phase mit Fe-Mo-, Cr-Mo- oder Mo-Co- und Ni-Mo-Cr-Legierungspulvern oder ein Carbidpulver mit einer Vickers-Härte von über 400 und mit einer Korngröße entsprechend einer Siebgröße von mindestens 150 Mesh mit einem Gehalt von Cn 0,2-5%, Ni: 0,5-10%, Mo: 4-12%, gegebenenfalls Co: 1 — 10%, und C: 0,7—2% sowie 0,2—10% Calciumcluorid oder Bariumfluorid. Das Gemisch wird 15—60 Minuten lang in einer reduzierenden Atmosphäre bei 1000— 1250⁰C gepreßt und gesintert zur Erzielung der gesinterten Hartmetalle.

Der Zusammensetzung wird Chrom in Form eines Legierungspulvers aus Fe-Cr, Ni-Mo—Cr oder Cr-Mo-Co zugesetzt, wobei das Legierungspulver im umgebenden Eisengrundmaterial verteilt wird und hierdurch zur Verstärkung des Grundmaterials und zur Verbesserung des Widerstands gegen Hitze und Oxidation beiträgt.
Wenn der Zusatz von Cr kleiner als 0,2% ist, ist keine ausreichende Wirkung erzielbar. Bei einem Zusatz von Cr von über 5% wird aber das Wachstum eines schmierenden Oxids von Co und Mo beobachtet, was im einzelnen noch beschrieben wird.
Nickel, das als solches oder in Form eines Pulvers einer Ni-Mo-Cr-Legierung zugesetzt wird, trägt zur Verstärkung von Ferrit und zur Verbesserung der Zähigkeit des Grundmaterials bei. Die Wirkung ist gering, wenn der Zusatz kleiner als 0,5% beträgt. Beträgt der Zusatz aber über 10%, so ist die Wirkung unverändert oder nachteilig, wobei die Genauigkeit und Festigkeit durch im Teil des übermäßigen Zusatzes verbleibenden Austenit unvorteilhaft beeinflußt werden.

Mo wird teilweise in Form eines Fe-Mo-Legierungspulvers und teilweise in Form eines Cr-Mo-Co- oder Ni-Mo-Cr-Legierungspulvers zugesetzt, dessen Hauptwirkungen sind die folgenden:

(1) Es wird im Verlauf des Sinterns teilweise im Eisengrundmaterial verteilt, wodurch die Wärmebeständigkeit des Grundmaterials verbessert wird.

(2) Es wird teilweise in Form einer nicht verteilten Legierungsphase gelassen, wodurch die Verschleißfestigkeit der harten Phase verbessert wird.

(3) Es bildet ein schmierendes Oxid in Form von MoO zusammen mit Co auf Grund einer Wärmeerzeugung oder Hochtemperaturatmosphäre während des Gleitvorgangs, wodurch der Widerstand gegen Überhitzen erhöht wird.

Das Mischungsverhältnis von Cr-Co-Mo- oder Ni-Mo-Cr-Pulver zu Fe-Mo-Pulver beträgt vorzugsweise etwa 1 :1. Wenn das endgültige Mo-Verhältnis kleiner als 4% ist, ist die obige Wirkung unzureichend, während die Wirkung selbst dann nicht merklich verbessert wird, wenn dieses Verhältnis über 12% beträgt. Vom Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit aus ist daher der Bereich von 4 bis 12% praktisch. Co wird in Form von Co-Mo- oder Cr-Co-Mo-Legierungspulver zugesetzt und wirkt, wie folgt, in derselben Weise wie Mo:

(1) Es wird im Verlauf des Sinterns schnell in umgebenden Eisengrundmaterial verteilt, wodurch die Grenzflächenfestigkeit zwischen der harten Phase und dem Grundmaterial verbessert wird.

(2) Es bildet auf Grund der Erzeugung von Wärme oder einer Hochtemperaturatmosphäre während des Gleitvorganges ein schmierendes Oxid, wodurch der Widerstand gegen Überhitzen verbessert wird.

Wenn das endgültige Co-Verhältnis kleiner als 1 % ist, ist der Zusatz von Co-Mo- oder Cr-Co-Mo-Verbindungsphase zur Erzielung der obigen Wirkung unzureichend, während ein Zusatz von über 10% nicht dazu

beiträgt, diese Wirkung merklich zu verbessern. Es wird daher bevorzugt, daß die Zusetzmenge von Co-Mo- oder Cr-Co-Mo-Verbindung im endgültigen Co-Verhäitnis auf 1 — 10% kontrolliert wird.

Kohlenstoff ist im Eisen fest gelöst wodurch das Ferrit verstärkt wird, während er als Zementit teilweise herausgeholt ist wodurch der Widerstand gegen Verschleiß und Wärme verbessert wird. Wenn er in einer Menge von weniger als 0,7% vorliegt sind die Verstärkungswirkung des Ferrits und die Verbesserung der Verschleißfestigkeit des Grundmaterials gering, während bei einem Anteil von über 2% die Menge von netzwerkartigem Zementit erhöht ist was eine Verschlechterung des Materials ergibt Der Bereich von 0,7 bis 2% ist daher zweckmäßig.

Calciumfluorid und BariumfluoriJ werden als schmierende Elemente zugesetzt, die das Haften von Metallen in einer hochheißen Atmosphäre verhindern, wodurch die Festigkeit gegen Überhitzen und die Verarbeitbarkeit erhöht werden.

Calciumfluorid und Bariumfluorid sind bis zu sehr hohen Temperaturen stabil. Ihre Zersetzungstemperaturen betragen 1373° C bzw. 1280° C. Sie sind frei von der Gefahr der Zerlegung und des Verschwindens, sofern die Sintertemperatur kleiner als 1250°C ist. Die Schmierfähigkeit ist stabil bis zu einer hohen Temperatur von etwa 700°C und verleiht den Teilen nach der Erfindung eine hohe Verschleißfestigkeit. Wenn der Zusatz an Calciumfluorid oder Bariumfluorid kleiner als 0,2% ist so ist die Verbesserung des Widerstands gegen Überhitzen unzureichend, während bei einem Wert von 10% die Festigkeit stark herabgesetzt ist. Der Zusatzbereich beträgt daher 0,2—10%.

Die Erfindung betrifft kurz zusammengefaßt gesinterte Hartmetalle, die herstellbar sind durch Mischen, Pressen und Sintern der Pulver von Cr: 0,2—5%, Ni: 0,5-10%, Mo: 4-12%, gegebenenfalls von Co: 1 — 10%, von C: 0,7 — 2%, von Eisenpulver im Bereich der Restmenge, von Fe-, Fe-Mo-, Cr-Mo-Co-, Mo-Co-, Ni-Mo-Cr-Legierungspulvern oder von Carbidpulver mit einer Vickers-Härte von über 400 als Bestandteile mit harter Phase sowie von 0,2 bis 10% Calciumfluorid oder Bariumfluorid.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels im einzelnen beschrieben.

Beispiel

Gemäß dem unten angegebenen Zusammensetzungsverhältnis wurden gemischt: Kohle- und Nickelpulver mit einer Korngröße entsprechend einer Siebgröße von mindestens 325 Mesh, Fe-60%Mo-, Co-30%Mo-10%Cr-, Ni-35%Mo-15%Cr- oder Co-50%Mo-Legierungspulver mit einer Korngröße entsprechend einer Siebgröße von mindestens 150 Mesh, Calciumfluorid- oder Bariumfluoridpulver mit einer Korngröße entsprechend einer Siebgröße von mindestens 250 Mesh und verdüstes Eisenpulver mit einer Korngröße entsprechend einer Siebgröße von mindestens 100 Mesh. Das Gemisch wurde zu einer Dichte von 85—86% zusammengedrückt und dann 30 Minuten lang bei einer Temperatur von HOO⁰C in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert Das auf diese Weise erzeugte Material wurde auf mechanische Eigenschaften, Verschleißfestigkeit und Verarbeitbarkeit geprüft Die Zahlen in der folgenden Tabelle von Zusammensetzungen sind Gewichtsprozente, wobei Fe die Restmenge hiervon ist

B) Fe-2Cr-

C) Fe-5Cr-D) Fe-ICr-

E) Fe-2Cr-

F) Fe-ICr-

G) Fe-ICr-H) Fe-ICr-

I) Fe-ICr-

M) Fe-3Cr-

-6Mo-5Co-2Ni- ICaF,-IC -6Mo-5Co-2Ni-ICaF₂-IC 12Mo-IOCo-O₁SNi-ICaF₂-IC -6Mo-5Co-2Ni-5CaF₂-IC -8Mo-6Co-2Ni—ICaF₂-OJC -8M0-6C0-2Ni-ICaF₂-1,5C -6Mo-4Co~5Ni-ICaF₂-IC -6Mo-4Co-2Ni- IBaF₂- IC -7Mo-IONi-IC-ICaF₂

Die mechanischen Eigenschaften jeder Probe sind in Tabelle I gezeigt.

Tabelle 1	Dichte	Häru:	Radiale
Probe	verhältnis		Druckfestigkeit
	35	88	46
B	83	90	42
C	85	90	48
D	83	80	40
E	87	84	55
F	83	86	39
G	86	83	42
H	85	88	48
I	83	87	48
M

Die Proben wurden dem Ogoshi-Verschleiß^restigkeitstest unterworfen, der im folgenden im einzelnen beschrieben ist. Die Testbedingungen waren die folgenden:

1. Testbelastung
2. Reibgeschwindigkeit

3. Reibstrecke

4. Schmierung

5. Gegenmaterial

2.2 kg

4 m/sec

200 m

keine (= !rocken)

JISSUH 3

(Härte HRC 35)

Demselben Test wurden zu Vergleichszwecken unterworfen:

Cu-Cr-Mo-Legierung-Gußeisen,

Schnelldrehstahl,
Fe-5Cr-2Ni-3Co-3W-lC

(gesintertes Hartmetall 1)und Fe-20Cr-10Ni-0,3P-lC-5Pb (gesintertes Hartmetall 2).

Die Ergebnisse sind in Tabelle H gezeigt.

	Tabelle II	29 08 656
5	Probe

Material der Erfindung	Abrieb
B	(mg/cm²)
C
D	3,0
E	22
F	2,5
G
H	8,1
I	4,5
M	6,5
Vergleichsmaterial	1,8
Cu-Cr-Mo Gußeisen	1,3
Schnelldrehstahl
gesintertes Hartmetall 1	15,0
gesintertes Hartmetall 2	8,2
8,0
7,5

Claims

Patentansprüche:

1. Gesintertes, verschleißfestes Hartmetall, d a durch gekennzeichnet, daß es aus

0,5 bis 10% Nickel
0,2 bis 5% Chrom
4 bis 12% Molybdän
0,7 bis 2,0% Kohlenstoff
0,2 bis 10% Calciumfluorid oder Bariumfluorid Rest Eisen

besteht.

2. Hartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Grundmaterial Mo und Cr in Form von Fe-Mo- sowie Ni-Mo-Cr-Teilchen mit einer Teilchengröße von 20 bis 70 μΐη und einer Gesamtmenge von 5 bis 30% verteilt sind.

3. Hartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich 1 bis 10% Kobalt enthält.

4. Hartmetall nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Grundmaterial Fe^:Mo- und Co-Mo-Teilchen mit einer Teilchengröße von 20 bis 70 μπι und einer Gesamtmenge von 5 bis 30% verteilt sind.

5. Hartmetall nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Grundmaterial Fe-Mo- sowie Co-Mo-Cr-Teilchen mit einer Teilchengröße von 20 bis 70 μπι in einer Gesamtmenge von 5 bis 30% verteilt sind.

6. Hartmetall nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdän als Fe-Mo-Legierungspulver sowie als Cr-Mo-Co- oder Ni-Mo-Cr-Legierungspulver zugesetzt ist, wobei das Mischungsverhältnis des Fe-Mo-Pulvers zu dem Cr-Mo-Co- oder Ni-Mo-Cr-Pulver 1 :1 beträgt.