DE2937460C2

DE2937460C2 -

Info

Publication number: DE2937460C2
Application number: DE2937460A
Authority: DE
Inventors: Kirit J. Kokomo Ind. Us Bhansali
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Deloro Stellite LP
Priority date: 1978-10-10
Filing date: 1979-09-15
Publication date: 1988-04-21
Also published as: US4181523A; GB2037321A; BR7905160A; AU525190B2; AU5055279A; JPS5550450A; CA1126989A; IT7968950A0; JPS5835587B2; BE879331A; GB2037321B; FR2438689A1; DE2937460A1; FR2438689B1; IT1119217B

Description

Die Erfindung betrifft eine Nickellegierung, die für Gußteile und zum Auftragsschweißen wegen ihrer Verschleißfestigkeit verwendet werden kann.

Seit vielen Jahren sind Kobaltlegierungen für diese Zwecke als besonders gut geeignet eingesetzt worden, doch wurden auch schon Nickel- und Eisenlegierungen entwickelt, um das Bedürfnis nach verschleißfesten Legierungen zu befriedigen. Bei den Kobaltlegierungen sind für die hervorragenden Eigenschaften dieser Legierungen in erster Linie ihr Chrom- und Wolframgehalt zusammen mit Kohlenstoff, mit dem Metallcarbide in einer Kobaltmatrix gebildet werden, entscheidend.

Aus den US-PSen 40 75 999, 26 99 993, 30 68 096 und 28 64 696 sind bereits Chrom enthaltende Nickellegierungen für Verwendungszwecke bekannt, bei denen es auf Verschleißfestigkeit ankommt, die zwar einen hohen Härtegrad aufweisen, aber bezüglich guter Warmhärteeigenschaften noch Wünsche offenlassen und im Grad der Korrosionsbeständigkeit in den verschiedensten korrodierenden Medien sowie der Verschleißfestigkeit in Abhängigkeit von der Art des auftretenden Verschleißes, d. h. Abriebverschleiß oder adhäsiver Verschleiß, variieren.

Die US-PS 27 44 009 und die DE-OS 26 39 325 beschreiben ebenfalls Nickellegierungen mit höheren Chromgehalten, die außerdem Kohlenstoff, Bor und Silicium neben anderen Legierungsbestandteilen enthalten, bei denen aber ein Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,5% als wesentlich angesehen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nickellegierung verfügbar zu machen, die eine optimale Kombination von technischen Eigenschaften einschließlich Beständigkeit gegen verschiedene korrodierende Medien und Verschleißbedingungen und Warmhärte sowie einen möglichst niedrigen Gehalt an teuren und strategisch wichtigen knappen Metallen vor allem an Kobalt, unter anderem auch an Chrom, aufweisen unter gleichzeitiger Senkung des Gehaltes an Kohlenstoff.

Die Lösung dieser Aufgabe ist eine Nickellegierung gemäß der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung, wobei eine Nickellegierung gemäß Anspruch 2 besonders bevorzugt ist. Diese Legierungen können vorteilhaft für Gußteile und zum Auftragsschweißen verwendet werden.

Beispiele für Nickellegierungen gemäß der Erfindung sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Zusammensetzung von Legierungen gemäß der Erfindung in Gew.-%

Die Legierung gemäß der Erfindung ist somit eine Nickellegierung, die Chrom, Bor, Kohlenstoff und Silicium als Hauptelemente enthält. Die anderen in Tabelle 1 genannten Legierungselemente sind nicht als wesentliche Elemente in der Legierung erforderlich. Sie können in geringen Mengen als Ergebnis von Verunreinigungen vorliegen, die zufällig in Schrott und/oder Rohstoffen, die zum Erschmelzen dieser Klasse von Legierungen verwendet werden, vorhanden sind. Eines oder mehrere dieser Elemente können der Legierung zur Erzielung gewisser Vorteile, wie sie gelegentlich erforderlich sein können, zugesetzt werden. Molybdän und Wolfram dürfen insgesamt 1,0% nicht übersteigen. Der Gesamtgehalt an Vanadium, Tantal, Niob, Titan und Mangan darf 3% nicht übersteigen.

Kobalt darf 5% in der Legierung nicht überschreiten. Es ist bekannt, daß Kobalt gelegentlich im Schrott und in den Rohstoffen, die zum Erschmelzen der Legierung verwendet werden, vorhanden sein kann.

Eisen ist ebenfalls eine Verunreinigung, die bis zu maximal 4% in Kauf genommen werden kann.

Silicium ist in der Legierung in einer Menge zwischen 3 und 5% für die meisten Zwecke erforderlich.

Chrom ist das überwiegende Element in der Nickellegierung und ist in einer Menge im Bereich von 42,5 bis 47,5 Gew.-% vorhanden. Der genaue Mechanismus ist zwar noch nicht völlig geklärt, jedoch wird angenommen, daß hervorragende technische Eigenschaften sich aus der sehr wirksamen Kombination von Metallverbindungen (d. h. Boride, Silicide, Carbide) von Metallen, die in der Legierung vorhanden sind, hauptsächlich Nickel und Chrom, ergeben. Im allgemeinen ist Chrom gewöhnlich in der Legierung in ungefähr gleichen Mengen wie Nickel vorhanden. Zur Erzielung bester Ergebnisse muß das Verhältnis von Chrom zu Nickel im Bereich von 1 : 1,25 bis 1 : 0,75 liegen.

Kohlenstoff muß in der Legierung in einer Menge im Bereich von 0,3 bis 0,45 Gew.-% vorhanden sein. Kohlenstoff dient zur Bildung wirksamer Metallcarbide in der Legierung. Höhere Kohlenstoffanteile sind nicht zu empfehlen. Kohlenstoff in erhöhten Anteilen pflegt die Legierung zu verspröden und/oder übermäßig stark Carbide zu bilden, so daß die gewünschte optimale gegenseitige Abstimmung von Boriden und Siliciden nachteilig gestört wird.

Bor ist ein entscheidend wichtiges Element in der Legierung gemäß der Erfindung und ist in einer Menge im Bereich von 1,2 bis 2,5% vorhanden. Mit weniger Bor wird keine angemessene Kombination von Verbindungen einschließlich der Boride in der Legierung erzielt, wie sie für optimale technische Eigenschaften erforderlich ist. Mehr als 2,5% Bor ergibt einen Überschuß von Boriden, der (zusammen mit den Carbiden und Siliciden) die Legierung übermäßig stark verspröden kann. Der Borgehalt variiert in Abhängigkeit von der Endverwendung der Legierung und dem Gesamtgehalt an Bor, Kohlenstoff und Silicium in der Legierung. Daher sollte bei gewissen Verwendungszwecken zur Vermeidung übermäßig starker Versprödung der Legierung der Gesamtgehalt an Bor, Kohlenstoff und Silicium etwa 7,5% nicht überschreiten.

Kupfer kann in der Legierung in einer Menge bis zu 2,5% vorhanden sein, um in bekannter Weise die Beständigkeit gegen Schwefelsäure zu steigern.

Die erfindungsgemäße Nickel-Legierung E-N-1 mit 45 Gew.-% Cr, 0,4 Gew.-% C, 3,5 Gew.-% Si, 1,85 Gew.-% B und Rest Nickel und die bekannte Kobalt-Legierung C-1 mit 30 Gew.-% Cr, 12 Gew.-% W, 2,5 Gew.-% C und Rest Kobalt wurden einer Reihe von Prüfungen unterworfen. Die Dichte der Legierung E-N-1 wurde mit 7,51 g/cm³ und die Dichte der Legierung C-1 mit 8,73 g/cm³ bestimmt.

Mit der bekannten Legierung C-1 und der erfindungsgemäßen Legierung E-N-1 wurden Auftragsschweißungen vorgenommen. Die Schweißungen wurden nach der Wolfram-Inertgas- Methode (WIG) und autogen durchgeführt.

Die in Tabelle 2 genannten Ergebnisse des Charpy-Schlagzähigkeitstests für diese nach dem WIG-Verfahren und autogen aufgeschweißten Legierungen zeigen keinen wesentlichen Unterschied. Die Legierung gemäß der Erfindung zeigt im Vergleich zu der bekannten Legierung C-1 keine schlechtere Schlagfestigkeit.

Beim Abriebverschleißtest, dessen Ergebnisse in Tabelle 2 genannt sind, ist die nach dem WIG-Verfahren aufgeschweißte Legierung E-N-1 der nach dem WIG-Verfahren aufgeschweißten Legierung C-1 weit überlegen. Die durch autogenes Schweißen aufgebrachte Legierung C-1 ist nur geringfügig besser als die Legierung E-N-1.

Beim adhäsiven Verschleißtest, dessen Ergebnisse in Tabelle 2 genannt sind, ist die durch autogenes Schweißen aufgebrachte Legierung E-N-1 der Legierung C-1 überlegen. Für die nach dem WIG-Verfahren aufgeschweißte Legierung C-1 wurde keine Prüfung durchgeführt, jedoch ist die nach dem WIG-Verfahren aufgeschweißte Legierung E-N-1 der durch autogenes Schweißen aufgebrachten Legierung C-1 bei jeder Belastung überlegen.

Tabelle 2

Technische Eigenschaften der Legierungen E-N-1 und C-1

In einer Reihe von Prüfungen wurden Mehrfachschichten jeweils nach dem WIG-Verfahren und autogen mit der Legierung E-N-1 und der Legierung C-1 aufgeschweißt. Die Legierung E-N-1 hatte eine Härte von Rc37, wenn sie nach dem WIG-Verfahren aufgeschweißt wurde, und eine Härte von Rc38, wenn sie autogen aufgeschweißt wurde. Die Legierung C-1 hatte eine Härte von Rc55, wenn sie nach dem WIG-Verfahren aufgeschweißt wurde, und eine Härte von Rc53, wenn sie autogen aufgeschweißt wurde.

Die Legierungen E-N-1 und C-1 wurden auf Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Medien untersucht. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in Tabelle 3 genannt. Die Ergebnisse zeigen, daß die Ni-Legierung E-N-1 der Co-Legierung C-1 beim Schwefelsäuretest überlegen ist und die Legierung C-1 der Legierung E-N-1 beim Essigsäuretest überlegen ist. Die Beständigkeit gegen Salpetersäure und Phosphorsäure ist bei der Legierung E-N-1 hervorragend. Diese Werte zeigen, daß die Legierung E-N-1 ausgezeichnete Beständigkeit gegen die verschiedensten sauren Medien hat.

Tabelle 3

Korrosionsbeständigkeit ausgewählter Legierungen

Claims

1. Verschleißfeste Nickellegierung, bestehend aus 42,5 bis 47,5 Gew.-% Chrom, maximal 1 Gew.-% Molybdän plus Wolfram, 1,2 bis 2,5 Gew.-% Bor, 0,3 bis 0,45 Gew.-% Kohlenstoff, 3 bis 5 Gew.-% Silicium, maximal 4 Gew.-% Eisen, maximal 5 Gew.-% Kobalt, maximal insgesamt 3 Gew.-% Vanadium plus Tantal plus Niob plus Titan plus Mangan, bis zu 2,5 Gew.-% Kupfer, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen.

2. Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus etwa 45 Gew.-% Chrom, maximal 1 Gew.-% Molybdän plus Wolfram, etwa 1,85 Gew.-% Bor, etwa 0,4 Gew.-% Kohlenstoff, etwa 3,5 Gew.-% Silicium, maximal 4 Gew.-% Eisen, maximal 5 Gew.-% Kobalt, maximal insgesamt 3 Gew.-% Vanadium plus Tantal plus Niob plus Titan plus Mangan, bis zu 2 Gew.-% Kupfer, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen.

3. Verwendung der Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2 für Gußteile

4. Verwendung der Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2 zum Auftragsschweißen.