DE2922638C2

DE2922638C2 -

Info

Publication number: DE2922638C2
Application number: DE2922638A
Authority: DE
Inventors: William L. Kokomo Ind. Us Silence
Original assignee: STOODY DELORO STELLITE Inc SAN DIEGO CALIF US
Current assignee: Deloro Stellite LP
Priority date: 1978-06-19
Filing date: 1979-06-02
Publication date: 1990-03-22
Also published as: AU4801879A; IT7923702A0; IT1121840B; BR7903802A; AU520812B2; JPS552800A; FR2429268A1; CA1116891A; BE877071A; GB2023656B; US4191562A; GB2023656A; DE2922638A1; JPS627257B2; FR2429268B1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung verschleißfester Nickellegierungen als Werkstoff für gegossene oder geschmiedete Schweiß- und Aufschweißstäbe oder Elektroden und für Sinterformteile.

Das Aufpanzern von Metallteilen wird seit vielen Jahren an gewendet, um den Metallteilen hervorragende Verschleißfe stigkeit zu verleihen. Die zum Panzern verwendeten Legie rungen sind im allgemeinen Kobaltlegierungen, wie sie beispielsweise in der US-PS 22 19 462 beschrieben sind, die zur Er zielung optimaler Verschleißfestigkeit Chrom und Wolfram enthalten. Kobalt und Wolfram ver leihen die außergewöhnlichen Warmhärteeigenschaften und andere Eigenschaften, die für die Verschleißfestigkeit not wendig sind. Wolfram und Kobalt sind aber entscheidend wichtige strategische Werkstoffe, die in jeder wirksamen Weise nur schonend verbraucht werden sollten.

In Tabelle 1 sind repräsentative bekannte Legierungen der Klasse, zu der die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen gehören, genannt. Alle Zusammensetzungen sind in Gewichtsprozent ausgedrückt.

Die US-PS 30 68 096 beschreibt Gußteile aus einer ver schleißfesten Nickellegierung. Wie Tabelle 1 zeigt, ist bei dieser Legierung wesentliches Merkmal ein hoher Wolframgehalt. In den in dieser Patentschrift beschriebenen Legierungen A und B ist ein noch höherer Wolframgehalt notwendig.

Bekannt sind ferner die DS-Legierung F und die Legierung E, deren Zusammensetzungen in Tabelle 1 genannt sind. Diese Legierungen sind als Gußstäbe für Auftragschweißungen lie ferbar. Auch bei diesen Legierungen ist ein wesentlicher Gehalt an Wolfram und Kobalt erforderlich, während sie frei von Molybdän sind.

Der Markt für Legierungen dieser Klasse ist seit der Er findung der HAYNES STELLITE-Legierung Nr. 6 (Tabelle 1) durch Elwood Haynes vor mehr als siebzig Jahren sehr lebhaft, und es sind bereits zahlreiche Legierungen verfügbar, doch wird ständig nach neuen Legierungen gesucht; denn seit vielen Jahren be steht auf diesem Gebiet der Technik ein dringender Bedarf für Legierungen, deren Kosten und Gehalt an strategisch wichtigen Elementen niedrig sind, die sich leicht herstel len lassen und hervorragende technische Eigenschaften, ins besondere Verschleißfestigkeit, aufweisen. Dieser Bedarf besteht weiterhin unverändert.

Tabelle 1

Bekannte Legierungen (Gew.-%)

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nickellegierungen zu verwenden, bei denen im Vergleich zu bekannten Kobaltlegierungen kein hoher Gehalt an Kobalt und Wolfram erforderlich ist, und die im Vergleich zu bekannten Kobaltlegierungen hervorragende Verschleißeigenschaften und im wesentlichen die gleiche Härte und gleiche techni sche Eigenschaften aufweisen.

Diese und andere Aufgaben werden durch die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen der in Tabelle 2 genannten Zusammensetzungen gelöst.

Tabelle 2

Erfindungsgemäß verwendete Legierungen (Gew.-%)

Kobalt kann in einer Menge in dem in Tabelle 2 genannten Bereich verwendet werden, um die Warmhärteeigenschaften der Legierung zu verbessern. Ein Kobaltgehalt in der Nähe der unteren Grenzen wird bevorzugt und empfohlen, um dieses Metall zu sparen. Durch einen Gehalt von mehr als 15% wird kein genügend großer Vorteil erzielt, um die höheren Kosten zu rechtfertigen.

Wolfram kann zufällig als Verunreinigung, die in Legierungen dieser Klasse üblich ist, vorhanden sein.

Um die Verwendung einer gewissen Menge Schrottmetall zu ermöglichen, kann Wolfram bis zu 4% vorhanden sein, wobei ein Gehalt von etwa 2,5% bevorzugt ist. In gewissen Legierungen ist sowohl Wolfram als auch Molybdän erforderlich. Ein Beispiel hierfür ist die in der US-PS 30 68 096 beschriebene handelsübliche Legierung 208.

Eisen muß in der Legierung gemäß der Erfindung in einer Menge innerhalb der in Tabelle 2 genannten Bereiche vor handen sein, um die beste Kombination guter technischer Eigenschaften mit der geringstmöglichen Verwendung von teureren und strategisch wichtigen Zusatzelementen in der Legierung zu erzielen. Niedrigere Eisengehalte erhöhen die Kosten, während höhere Eisengehalte die Verschleiß festigkeit der Legierung zu verschlechtern pflegen. Ein Eisengehalt im empfohlenen Bereich ist somit ein entschei dend wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Verwendung.

Kohlenstoff ist ein wesentliches Element. Er muß immer in einer Menge über 2%, vorzugsweise über 2,3%, vorhanden sein, wobei zur Erzie lung maximaler Vorteile ein Gehalt von 2,7% besonders be vorzugt wird. Kohlenstoff kann in einem Anteil bis zu 3,0% vorhanden sein. Er ist wesentlich, um die optimale Kombination technischer Eigen schaften zu erzielen. Die hier genannte Menge erweist sich als ausreichend, um die notwendigen Metallkarbide in der Legierung zu bilden. Kohlenstoff verbindet sich mit Molybdän, Eisen, Chrom, Kobalt, Silicium und anderen Metal len zu Karbiden.

Molybdän muß in einer Menge innerhalb der hier vorgeschlagenen Bereiche vorhan den sein. Wolfram ist in diesem Fall nicht gegen Molybdän austauschbar. Molybdän ist in der Legierung vorhanden, um Molybdänkarbide zu bilden und zur Mischkristallhärtung der Metallmatrix beizutragen.

Die verwendete Legierung kann außerdem andere Elemente einschließlich Bor, Tantal, Niob, Kupfer und Vanadium in verschiedenen Mengen enthalten, um in bekann ter Weise gewisse Eigenschaften zu verbessern. Diese Ele mente können als absichtliche Zusätze oder als zufällige Elemente in den Legierungsbestandteilen vorhanden sein.

Die Verschleißfestigkeit von Metallen steht im allgemeinen in Beziehung zur Härte. Diese Konzeption ist jedoch nicht immer unbedingt richtig. Versuchslegierungen wurden auf Härte, Verschleißfestigkeit, adhäsiven Verschleiß und andere technische Eigenschaften geprüft.

Die Härteprüfung wurde mit den bekannten Rockwell-Prüf maschinen durchgeführt. Die Härte wurde, falls nicht anders angegeben, in der Rockwell-C-Skala bei Raumtemperatur ermittelt.

Der hier genannte Abriebtest wurde unter Verwendung einer Trockensand-Prüfmaschine durchgeführt, die in "ASME 1977 Proceedings", Wear of Materials, Seite 77, ASME, New York, beschrieben wird. Bei dieser Prüfung wird der Prüfkörper gegen eine rotierende Gummischeibe gepreßt, während trocke ner Sand zwischen Prüfkörper und Scheibe gestreut wird. Zur Bestimmung der Verschleißfestigkeit wird der Metall verlust von der Oberfläche des Prüfkörpers gemessen. Der Standardtest umfaßte eine Gleitstrecke von 1439 m.

Der hier genannte adhäsive Verschleißtest wurde mit einer Reib- und Verschleißprüfmaschine Modell LFW-1 (Hersteller Fayville-LaValley Corporation, Downers Grove, Illinois) durchgeführt. Die Prüfung wird in ASTM-Spezifikation D-2714-68 beschrieben. Diese Prüfmethode war ursprünglich als "Dow Corning"-Verschleißprüfung bekannt. Bei der ad häsiven Prüfung handelt es sich im wesentlichen um den Verschleiß von Metall gegen Metall. Bei dieser Prüfung wird ein Prüfkörper (Block) unter verschiedenen Belastun gen gegen ein rotierendes Laufrad (Ring) aus Metall ge preßt. Der Metallverlust der Verschleißfläche ist ein Hinweis auf die Metall-Metall-Verschleißeigenschaften der geprüften Legierung.

Die Legierung kann zu Gußteilen für Zwecke, bei denen es auf Verschleißfestig keit ankommt, verarbeitet werden. Sie kann in Form von Me tallpulver für die Verarbeitung zu Sinterformteilen, für gewisse Aufpanzerungsverfahren und für andere Verfahren der Pulvermetallurgie verwendet werden. Sie eignet sich besonders gut für die Herstellung von gegossenen oder geschmiedeten Schweiß- und Aufschweißstäben oder Elektroden.

Eine Reihe von Versuchslegierungen, die in Tabelle 3 genannt sind, wurden hergestellt. Die Le gierungen konnten ohne besondere Probleme geschmolzen und gegossen werden. Diese Legierungen erfordern keine kompli zierte Verarbeitung, da sie leicht vergießbar sind. Die in Tabelle 3 genannten Versuchslegierungen (mit Ausnahme der Legierungen 1 und 5) wurden im Induktionsofen im Vakuum geschmolzen und an der Luft vergossen. Die Legierungen 1 und 5 wurden im Induktionsofen geschmolzen und durch Saug gießen in ein Glasrohr (Kokille) zu einem gegossenen Schweißstab verarbeitet. Eine Probe der im Handel erhält lichen HAYNES STELLITE-Legierung Nr. 6 wurde ebenfalls durch Sauggießen verarbeitet. Die HAYNES STELLITE-Legierung Nr. 6 hatte im wesentlichen die in Tabelle 1 genannte Zusammensetzung.

Tabelle 3

Versuchslegierungen gemäß der Erfindung Chemische Zusammensetzung, Gew.-%

Tabelle 4

Ergebnisse der Härte- und Abriebverschleißprüfungen

In Tabelle 4 sind die Ergebnisse der Härte- und Abrieb prüfungen für die Legierung 1 mit der in Tabelle 3 genannten Zusammensetzung und für die HAYNES STELLITE-Legierung Nr. 6 genannt. Beide Legierungen wurden durch Sauggießen zu Stäben für die Auftragschweißung ver arbeitet. Die Auftragschweißungen wurden durch autogenes Schweißen und das WIG-Verfahren vorgenommen und in der genannten Weise geprüft. Die Ergebnisse zeigen, daß die Legierung gemäß der Erfindung der HAYNES STELLITE-Legierung Nr. 6 überlegen ist.

Tabelle 5

Ergebnisse der Härte- und Verschleißprüfungen (Auftragschweißungen durch autogenes Schweißen)

In Tabelle 5 sind die Ergebnisse einer weiteren Reihe von Prüfungen von autogen aufgebrachten Auftragschweißungen aus der Legierung 1 und der HAYNES STELLITE-Legierung Nr. 6 genannt. Durch Sauggießen herge stellte Stäbe wurden aufgeschweißt und in der genannten Weise geprüft. Der Ring für den adhäsiven Verschleißtest wurde aus einsatzgehärtetem SAE 4620-Stahl mit einer Rockwell-C-Härte von 60 hergestellt. Diese Prüfergebnisse zeigen ebenfalls, daß durch die Legierung 1 eine Verbesserung der Metall-Metall-Ver schleißeigenschaften auf dem Gebiet des Auftragschweißens erzielt wird.

Warmhärteprüfungen wurden an der Legierung 5 und der HAYNES STELLITE-Legierung Nr. 6 durchge führt. Die Legierungen wurden durch Sauggießen zu Schweiß stäben verarbeitet, und Auftragschweißungen wurden autogen vorgenommen. Beide Legierungen wurden nach der bekannten Methode in einer Vakuum-Härteprüfapparatur unter einer Belastung von 1590 g mit einem 136°-Saphir-Eindring körper geprüft. Die Warmhärtedaten sind in Tabelle 6 als durchschnittliche Warmhärtewerte in Vickers-Härtezahlen (DPH) angegeben. Die in Tabelle 6 genannten Werte für Raum temperatur wurden durch Prüfen in einer Kentron-Mikrohärte prüfapparatur unter einer Belastung von 1590 g mit einem 136°-Diamant-Eindringkörper ermittelt.

Diese Werte lassen erkennen, daß die Legierung 5 hervorragende Warmhärteeigenschaften aufweist. Die Warmhärte ist eine wichtige Verschleißfestigkeitseigen schaft.

Tabelle 6

Durchschnittliche Warmhärte

Werte in DPH-Zahlen*)

Claims

1. Verwendung verschleißfester Nickellegierungen, die aus 2,3 bis 3 Gew.-% Kohlenstoff, 7,5 bis 15 Gew.-% Kobalt, 25 bis 30 Gew.-% Chrom, 20 bis 27 Gew.-% Eisen, 8 bis 16 Gew.-% Molybdän und Wolfram, 5 bis 16 Gew.-% Molybdän, bis zu 4 Gew.-% Wolfram, 0,3 bis 1,5 Gew.-% Silicium, bis zu 1 Gew.-% Mangan, Rest Nickel und unvermeidbaren Verunreingungen bestehen, als Werkstoff für gegossene oder geschmiedete Schweiß- und Aufschweißstäbe oder Elektroden und für Sinterformteile.

2. Verwendung von Nickellegierungen mit einer Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 mit etwa 2,7 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 10,5 Gew.-% Kobalt, etwa 27 Gew.-% Chrom, etwa 23 Gew.-% Eisen, etwa 10 Gew.-% Molybdän und Wolfram, etwa 8 Gew.-% Molybdän, etwa 0,7 Gew.-% Silicium und etwa 0,4 Gew.-% Mangen, für den Zweck nach Anspruch 1.