DE3013103A1

DE3013103A1 - Schweissbare, verschleissfeste und schlagfeste legierungen

Info

Publication number: DE3013103A1
Application number: DE19803013103
Authority: DE
Inventors: Anthony J Hickl; Barry H Rosof
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1979-04-09
Filing date: 1980-04-03
Publication date: 1980-10-30
Also published as: GB2046788A; NL8001998A; GB2046788B; CA1141571A; JPS55138063A; ES490184A0; FR2453910B1; ZA8018B; BR8001713A; AU532118B2; BE882575A; SE452027B; FI70256B; FI800307A; US4216015A; FI70256C; AU5699580A; IT8067099A0; SE8002419L; FR2453910A1

Description

Die Erfindung betrifft Eisen-Kobalt-Nickel-Legierungen, die Chrom, Wolfram und/oder Molybdän zusammen mit Silicium, Bor und Kohlenstoff enthalten, insbesondere Legierungen·, die verschleißfest und leicht schweißbar sind.

Für schweißbare, verschleißfeste Legierungen besteht auf vielen technischen Gebieten ein großer Bedarf, üblicherweise bestanden solche Legierungen für die Verwendung als Produkte zum Gießen, für Metallkeramik und zum Aufschweißen im wesentlichen aus Kobalt, Chrom und Wolfram. Auf Grund der Verknappung und hohen Kosten dieser Legierungsbestandteile wird eifrig nach neuen Legierungen gesucht, die den Bedarf der Industrie decken sollen.

Teile verschiedener Industrieanlagen (z.B. Motoren, Maschinen und Apparaturen), die dem Verschleiß unterliegen, werden ständig studiert und beobachtet, um Verbesserungen zu entwickeln. Seit vielen Jahren werden Verbesserungen in der Zusammensetzung von Legierungen, Überzügen, Wärmebehandlungen und Konstruktionen vorgenommen, um übermäßig starken Verschleiß dieser Teile zu vermeiden. In gewissen Fällen bestehen die Werkstücke ausschließlich aus einer verschleißfesten Legierung in Form eines Gußoder gesinterten Metallpulver- oder eines Schmiedeteils. In anderen Fällen besteht das Werkstück aus einer billigen und/oder hochfesten Grundlegierung, die dann an den kritisehen VerschleiSstellen mit einer verschleißfesten Legierung beschichtet (gepanzert) oder plattiert ist. Das Beschichten oder Plattieren kann vorgenommen werden, bevor oder nachdem das Werkstück in Betrieb genommen worden ist.

Seit vielen Jahren waren Kobaltlegierungen für diese Zwecke besonders gut geeignet, beispielsweise gewisse

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Kobaltlegierungen, die unter dem Warenzeichen der Anmelderin "HAYNES STELLITE" hergestellt werden. Vor kurzem wurden einige Nickel- und Eisenlegierungen entwickelt, um dieses Bedürfnis zu befriedigen. Repräsentative bekannte Legierungen sind in Tabelle 1 genannt. Alle Zusammensetzungen in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen sind in Gewichtsprozent ausgedrückt, falls nicht anders angegeben. Diese Legierungen sind im allgemeinen in zahlreichen Formen, insbesondere in Form von Schweißstäben für die Verwendung zum Auftragschweißen oder Panzern von Werkstücken, die dem Verschleiß unterliegen, verfügbar. Bei den Kobaltlegierungen handelt es sich um die HAYNES-STELLITE-Legierungen, die seit mehr als 70 Jahren in der Technik bekannt sind. Entscheidend für die hervorragenden Eigenschaften dieser Legierungen sind in erster Linie ihr Chrom- und Wolframgehalt zusammen mit Kohlenstoff, um Metallcarbide in einer Kobaltmatrix zu bilden. Die Legierung C-1 in Tabelle 1 ist eine repräsentative Legierung dieser Klasse. In Tabelle 1 sind außerdem einige Eisen- und Nickellegierungen genannt, die nunmehr als verschleißfeste Produkte verfügbar sind.

Die US-PS 4 07 5 999 beschreibt eine Reihe von verschleißfesten überzügen auf Nickelbasis auf Teilen von Innenverbrennungsmotoren. Diese Überzüge bestehen aus Nickellegierungen mit entscheidend wichtigem Gehalt an Molybdän, Chrom und Kohlenstoff, um Metallcarbide in der Nickelraatrix unter Ausbildung der gewünschten technischen Eigenschaften zu bilden. Die Legierung N-E in Ta-

30 belle 1 ist ein typisches Auftragsmaterial der US-PS 4 075 999.

Die US-PS 2 699 993 scheint ein früher Versuch zu sein, verschleißfeste Nickellegierungen verfügbar zu machen. Die in dieser US-Patentschrift beschriebene Legierung ist eine Kobalt enthaltende Nickellegierung mit niedri-

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gem Chromgehalt und hohem Wolframgehalt. Die Legierung N-42 in Tabelle 1 ist eine typische Legierung der US-PS 2 699 993.

Die US-PS 3 068 096 beschreibt eine Nickellegierung mit je 10% Molybdän, Kobalt und Wolfram. Die Legierung N-208 in Tabelle 1 ist ein Beispiel der Legierungen der US-PS 3 068 096.

Die US-PS 2 864 696 beschreibt eine Nickellegierung mit hohem Gehalt an Kupfer und Molybdän, weniger als 25% Chrom und 5 bis 20% Silicium.

Die vorstehend genannten Patentschriften betreffen Legierungen, die in die gleiche Klasse von Legierungen fallen wie die Legierung gemäß der Erfindung. Sie sind im wesentlichen Chrom enthaltende Nickellegierungen für Verwendungszwecke, bei denen es auf Verschleißfestigkeit ankommt. Alle in Tabelle 1 genannten bekannten Legierungen sind im allgemeinen durch einen hohen Härtegrad gekennzeichnet, jedoch zeigen nicht alle bekannten Legierungen gute Warmhärteeigenschaften. Auf Grund der unterschiedliehen Zusammensetzungen variieren die bekannten Legierungen im Grad der Korrosionsbeständigkeit in den verschiedensten korrodierenden Medien. Ferner kann der Grad der Verschleißfestigkeit der bekannten Legierungen in Abhängigkeit von der Art des auftretenden Verschleißes, d.h. Abriebverschleiß oder adhäsiver Verschleiß, variieren .

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N-41

N-E

N-711

N-42
N-208

F-1016
F-93

CRM

Tabelle 1 Typische Zusammensetzungen von bekannten Legierungen In Gew.-%

Legierung	Ni
C-6	3*
C-1	-
C-12

maximal

Rest	12
Rest	29
(Ni+Co) Rest	27
Rest	14
Rest	26

Mo
1*

Fe 3*

5,0

5,5 Rest 16 Rest

3,25 Rest

12 8

-	0	3	,0	—
5,		3	,0	-
10		23		-
-		max.	2	14
10	12	,5	10

	Si	Co
1,1	1,0	Rest
2,5	-	Rest
1,25	-	Rest

0	,35	3	,5	—
2	,5	1	,0	-
2	,7		-	Ni+Co
				Rest
0	,8	0	,5	15
1	,4	0	,7	10

1,8 0,8

3 - 6,5

2,25 3,25 1,1 1,0

2,5

3,0

Die vorstehend genannten bekannten Legierungen enthalten im allgemeinen eines oder mehrere der Metalle Kobalt, Wolfram, Molybdän und andere in wesentlichen Mengen. Diese Metalle sind auf Grund ihrer strategischen Bedeutung äußerst kostspielig und/oder knapp geworden.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Legierung auf der Basis von Eisen, Nickel und Kobalt, die sich für Anwendungen, bei denen es auf Verschleißfestigkeit ankommt, sowie für die Verwendung in Form von Teilen der Pulvermetallurgie und des Gießens sowie als Formteile für das Auftragsschweißen oder Panzern eignet, verfügbar zu machen.

Diese und andere Aufgaben werden durch eine Legierung gemäß der Erfindung der in Tabelle 2 genannten Zusammensetzung gelöst. Es wurde gefunden, daß die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn 1) der Eisengehalt den Nickelgehalt übersteigt, 2) der Eisengehalt den Kobaltgehalt übersteigt und 3) das Verhältnis von Eisen zu Kobalt plus Nickel im Bereich von etwa 1:0,75 bis 1:1,25 liegt.

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Tabelle 2 Zusammensetzung von Legierungen gemäß der Erfindung

in Gew.-%

Co + Ni

Mo + W

B
V+Ta+Nb+Mn+Cu+

Fe plus Verunreinigungen

Weiter	Bereich	35	Bevorzugter Bereich	Typisch	15
mindestens 5	40	mindestens 5	8,5 -	26
bis zu	10	15 - 30	20 -	37
25 -	10	30 - 37	30 -	4
bis zu	10	bis zu 10	2 -	4
bis zu	33	bis zu 10	2 -	8
4 -	1,7	4-10	4 -	28
20 -	1,5	22 - 30	22 -	1,5
0,60 -	1	0,65 - 1,5	0,70 -	1,3
0,75 -	5	0,75 - 1,5	0,9 -	0,7
bis zu		bis zu 0,70	0,2 -	4
bis zu		bis zu 4	bis zu
-		Fe = >Ni	-
-		Fe = >Co
-		Fe:(Ni+Co)=	-
	1:O,75 - 1,25		minde stens 28
Rest	Rest

'R/E = seltene Erdmetalle

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In Tabelle 3 sind die Ergebnisse von Prüfungen zur Bewertung der Schweißbarkeitseigenschaften genannt. Die Legierung 188 war eine Nickellegierung ohne wesentlichen Eisen- und Kobaltgehalt. Die Legierung 133 war eine Nickellegierung mit 17,9% Eisen und 17,6% Kobalt. Diese Legierungen zeigten kein gutes Verhalten beim autogenen Schweißen. Die Legierungen gemäß der Erfindung, die Legierungen 164 und 142, zeigten gute Schweißeignung. Es ist zu bemerken, daß in der Legierung 188 der Eisengehalt den Nickelgehalt nicht überstieg, wie es bei der Legierung gemäß der Erfindung bevorzugt wird. In der Legierung 133 beträgt das Verhältnis von Eisen zur Summe von Nickel und Kobalt etwa 1:2,5, d.h. es überschreitet weit das erfindungsgemäß bevorzugte ungefähre Verhältnis von 1:1. Es zeigt sich, daß die richtigen Anteile von Eisen, Nickel und Kobalt, wie sie erfindungsgemäß vorgeschrieben sind, für optimale Eigenschaften beim Schweißen erforderlich sind.

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Tabelle 3 Experimentelle Legierungen

Legierung Nr. Fe

188

Ni

0,2 6O,3 0,2

Cr
28,9

W
2,0

Si 1,9

Eignung zum C autogenen Schweißen

0,23 1,14 schlecht; Aufwallen und Punkensprühen

133 17,9 30,8 17,6

164 32,8 22,7 9,9

142 33,5 27,2 6,1

24	,2	2	,0	5	,6	0,	9	0,	62	1	,0	schlecht; die Le.gie- .rung wallte etwas auf
												und sprühte etwas
												Funken
24	,6	3	,1	3	,5	1,	1	ο,	40	1	,3	gut; kein Aufwallen.'
												oder Punkensprühen ' · ■
24	,6	3		3	,0	0,	8	0,	5	1	,0	gut; kein Aufwal- ■£ '

len oder Funkensprühen

Legierungen gemäß der Erfindung

Die erfindungsgemäß vorgeschriebenen Anteile an Eisen, Nickel und Kobalt ergeben eine Legierung mit stabiler flächenzentrierter kubischer Matrix. Es wird angenommen, daß ein kubisch-flächenzentrierter Grundwerkstoff, wie er in der Legierung gemäß der Erfindung vorliegt, die Neigung der Legierung zur Rißbildung vermindert.

Die in Tabelle 2 genannte Legierung gemäß der Erfindung enthält die Grundelemente, deren Anwesenheit in Legierungen dieser Klasse bekannt ist, jedoch sind der ganz bestimmte Bereich und der bestimmte Anteil der Elemente erfindungswesentlich. Gewisse andere modifizierende Elemente, d.h. Vanadium, Tantal, Niob, Mangan, Kupfer, Zirkonium, Lanthan, seltene Erdmetalle u.dgl., können ebenfalls in der Legierung gemäß der Erfindung vorhanden sein oder zugesetzt werden, um die mit diesen Elementen verbundenen Vorteile zu erzielen. Es ist zu erwarten, daß die hier beschriebenen experimentellen Legierungen die meisten dieser modifizierenden Elemente zufällig in verschiedenen Konzentrationen in Abhängigkeit vom Ursprung des Rohmaterials enthalten.

Der Rest der Legierung besteht aus Eisen und zufälligen Verunreinigungen, die in Legierungen dieser Klasse vorhanden sein können, d.h. Schwefel, Phosphor u.dgl.

Molybdän und Wolfram sind in der Legierung gemäß der Erfindung vorhanden, um ihr Härte bei Raumtemperatur und verbesserte Warmhärte und Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen zu verleihen. Tabelle 4 zeigt Werte, die die Einflüsse von Molybdän und Wolfram allein und in Kombination veranschaulichen. Die Werte zeigen, daß Molybdän und Wolfram äquivalent und daher gegenseitig austauschbar sind. Der Molybdän- und Wolframgehalt von 12,7% (Legierung 153) ergibt keine genügende Verbesserung, um die damit verbundenen zusätzlichen Kosten zu rechtfertigen. Ferner wird angenommen, daß ein Gesamtgehalt von mehr als

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etwa 10% zu unerwünschten und instabilen Phasen in der MikroStruktur führen kann. Der Gesamtgehalt von Molybdän plus Wolfram ist somit auf etwa 10% maximal begrenzt.

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	Fe	Co	3	Ni	0	Cr	Einflüsse	Si	7	Tabelle	4	C	und	Wolfram	W	Rockwell-C-Härte
	Rest	16,	6	18,	3	28,		o,	7	von Molybdän	0		Mo	2,0	32
Legierung Nr.	Rest	15,	0	17,	6	27,	3	O,	7	B	0	,95	1,9	4,1	36
151-2*	Rest	15,	0	16,	0	26,	1	0,	8	0,5	0	,9	4,0	6,3	42
152*	Rest	16,	1	18,	0	28,	0	0,	9	0,5	0	,9	6,4	0,5	35
153	Rest	16,		18,		28,	0	0,	0,5	0	,95	6,2	6,3	35
146*							4		0,6		,9	0,5
149*					0,6

CD
CO
O

*** Legierung gemäß der Erfindung _»

CD U>

-c- Autogen auf kohlenstoffarmen Stahl aufgeschweißt

Chrom ist in der Legierung für die Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Verfestigung der festen Lösung der Matrix und zur Bildung von Hartcarbiden und -boriden, die Verschleißfestigkeit verleihen, erforderlich. Chromgehalte zwischen 16% und 22% sind in der Matrix für die Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit notwendig. Chrom ist die überwiegende Metallart in den Carbiden und Boriden. Zur Bildung von Carbiden ist Chrom bis zu einem Maximum, das dem lOfachen Gewichtsanteil (Prozent) von Kohlenstoff und Bor entspricht, erforderlich. In Legierungen kann dieser Anteil durch die Anwesenheit von Eisen, Nickel oder Kobalt in den Carbiden oder Boriden verringert werden. Das Gesamtchrom sollte sowohl das zur Bildung der notwendigen Hartstoffteilchen erforderliche Chrom als auch das zur Ausbildung von Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit der Matrix erforderliche Chrom widerspiegeln.

Kohlenstoff ist erforderlich, um in der MikroStruktur der Legierung Carbide zu bilden, die dem durch Abrieb oder Adhäsion bedingten Verschleiß widerstehen. Die Verschleißfestigkeit steigt mit zunehmender Volumenfraktion der Carbide. Die Duktilität oder Formbarkeit der Legierung wird mit zunehmender Volumenfraktion der Carbide geringer. Kohlenstoff ist zur Erzielung befriedigender Abriebver-Schleißfestigkeit in Konzentrationen von mehr als 0,75% und zur Erzielung von Schlagzähigkeit und Rißbildungsbeständigkeit in Konzentrationen von weniger als 1,50% erforderlich.

Bor wird wahlweise verwendet und kann zugesetzt werden, um die Benetzung und die Fluidität des schmelzflussigen Metalls zu verbessern und das Aufwallen während des autogenen Schweißens weiter zu begrenzen. Durch Borkonzentrationen zwischen etwa 0,2 und 0,7 wird die Verbesserung der Schweißbarkeit erzielt. Alle Eigenschaften werden durch Ersatz des Bors durch Kohlenstoff nicht

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stark beeinträchtigt, aber das Schweißverhalten beim autogenen Schweißen wird besonders stark verschlechtert. In Legierungen, die nicht zum Schweißen vorgesehen oder die für das Lichtbogenschweißen vorgesehen sind, kann das Bor weggelassen werden.

Silicium ist ein entscheidend wichtiges Element in der Legierung gemäß der Erfindung. Silicium ist in der Legierung vorhanden, um ihr optimale Schweiß- und Gießeigenschaften zu verleihen. Es wurde gefunden, daß Silicium in Mengen von weniger als 0,60% zu Legierungen führte, die auf Grund starken Aufwallens beim Schweißen oder Auftragsschweißen vermutlich durch Bildung unerwünschter Gase in der aufgeschweißten Schicht durch irgendeinen Mechanismus schwierig zu schweißen waren. Bei einem SiIiciumgehalt von 0,68% wird das Problem des Aufwallens etwas abgeschwächt, aber bei 0,70% Silicium findet kein Aufwallen statt. Für Legierungen, die für Schweißzwecke vorgesehen sind, wird somit ein Mindestgehalt von etwa 0,70% Silicium bevorzugt.

Es wurde ferner gefunden, daß Siliciumgehalte über 1,5% die Duktilität oder Formbarkeit der Legierung zu verschlechtern pflegen. Aus diesem Grunde wird ein Maximum von etwa 1,5% Silicium für diese Legierung bevorzugt. Bei einigen Anwendungen ist es zur Erzielung optimaler Ergebnisse zu empfehlen, daß Silicium, Bor und Kohlenstoff nicht gleichzeitig in ihren maximalen Konzentrationen vorliegen und ihre Summe vorzugsweise weniger als 3,2% beträgt.

In Tabelle 5 sind die Werte für experimentelle Legierungen angegeben, die mit Silicium und Bor in verschiedenen Konzentrationen hergestellt wurden, um den Einfluß von Silicium und Bor in diesem Legierungssystem zu veranschaulichen.

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Tabelle 5 Einfluß von Silicium in ausgewählten Legierungen

Legierung Rockwell- Schweißverhalten beim

Nr. FeCoNiM°.i? £·£ £i 1 9. Härte Rc autogenen Schweißen * 30,8 16,0 17,9 3,0 2,5 26,5 0,68 0,51 1,07 31 leichtes Funkensprühen,

ganz geringes Aufwallen. Keine Porosität. Gutes Schmelztließen.

34,3 15,5 17,4 2,95 2,76 24,3 0,75 0,49 0,91 29 kein Funkensprühen oder

Aufwallen. Sehr gutes Benetzen und Fließen.

33,5 6,1 27,2 2,95 3,01 24,6 0,76 0,50 0,96 25 kein Funkensprühen oder

Aufwallen. Sehr gutes Be<-' " ' < netzen und Fließen.

34,0 16,3 15,0 1,89 2,0 28,3 0,70 0,03 0,94 33 ganz geringes Funken-

sprühen und Aufwallen. Ziemlich gute Benetzung.

34,0 16,3 15,0 1,89 2,0 28,3 0,70 0,50 0,94 32 ganz geringes Funken- <*',',', ι

. sprühen. Kein Aufwallen. ■:> ■ ·

Gutes Benetzen und Fließen. ,■·.*,

32,3 16,2 15,2 3,2 2,4 28,6 0,40 0,002 0,89 - Aufwallen und Funkensprü-! ■'·''.

hen. Schlechte Benetzung.'^,,' Poröse Schweißauflage.

32,3 16,2 15,2 3,2 2,4 28;6 0,76 0,002 0,89 - ganz geringes Aufwallen _ω

und Funkensprühen. Ziemlieh gute Benetzung.

- Fortsetzung Tabelle 5 -

	Ca> O O *~ £~	134*·
	90/	136*
	co	142*
Ω I		151-1*
m	151-2*
"TED	154-1
	* 154-3

Tabelle 5 (Fortsetzung)

Legierung Rockwell- Schweißverhalten beim

Nr. FeCoNiMoWCrSi₁B C Härte Rc autogenen Schweißen

154-4* 32,3 16,2 15,2 3,2 2,4 28,6 1,03 0,002 0,89 - kein Aufwallen oder

Funkensprühen. Gute Benetzung. Keine Porosität.

154-5* 32,3 16,2 15,2 3,2 2,4 28,6 1,34 0,002 0,89 - kein Aufwallen oder

Funkensprühen. Etwas "fadenziehend" beim

ο Abschmelzen.

ο 160 32,9 9,9 23,6 2,4 3,0 25,2 0,54 0,26 0,97 30 Aufwallen und Funkeno sprühen. Ziemlich

*■* gute Benetzung.

co Legierungen gemäß der Erfindung

Das Schweißverhalten für autogenes Schweißen wird durch die Silicium- und Borkonzentrationen besonders stark beeinflußt. Legierungen wie 154-1 und 160 zeigen unannehmbar starkes Funkensprühen und Aufwallen, wodurch die Qualität der Auftragsschweißungen und die Auftragsschweißgeschwindigkeit ungünstig beeinflußt werden. Silicium in Anteilen von 0,7% und mehr führt zu starker Verringerung des Funkensprühens und Aufwallens, so daß einwandfreie Schweißschichten nach diesem Verfahren aufgebracht werden können, wie die Legierungen 151-1 und 154-3 zeigen. Durch Zusatz von etwa 0,5% Bor werden zusätzliche vorteilhafte Schweißeigenschaften ausgebildet. Bor trägt zu verbesserten Fließ- und Benetzungseigenschaften dieses Systems bei, wie die Legierungen 136, 142 und 152-2 zeigen. Es ist zu empfehlen, daß Legierungen, die für das autogene Schweißen vorgesehen sind, wenigstens 0,75% Silicium (vorzugsweise 1 bis 1,5%) und zur Erzielung guten Schweißverhaltens Bor in einer Konzentration von etwa 0,5% enthalten.

Die Legierung gemäß der Erfindung kann in vielen Formen hergestellt werden. Beim Erschmelzen und bei der Herstellung der Legierung treten keine Probleme auf. Sie wurde zu Feingußstücken, gegossenen Schweißstäben und Sauggußstücken verarbeitet. Die Legierung wurde ferner in Form von Pulver für Auftragschweißungen im Flammspritzverfahren hergestellt und für die Herstellung von Sintermetallteilen und anderen Produkten der Pulvermetallurgie verwendet. Die Legierung wurde ferner in die verschiedensten Formen als Werkstoff zum Schweißen und Auftragschweißen, d.h. zum autogenen Schweißen, TIG-Schweißen, Lichtbogenschweißen, Schweißen mit durch plasmaübertragenem Lichtbogen (plasma transferred arc) und für andere bekannte Verfahren gebracht.

In Tabelle 6 sind Beispiele von Legierungen gemäß der Erfindung aufgeführt. In den meisten Fällen wurden die Le-

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le

gierungen nach dem Sauggießverfahren hergestellt. Die Legierung 3644 wurde in Pulverform hergestellt. Alle anderen Legierungen wurden als experimentelle Chargen hergestellt und dann zu verschiedenen Formen vergossen, wie
sie für die Prüfungen erforderlich waren.

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Tabelle 6

Beispiele für Legierungen crenäB der Erfindung (in Gew.-Sl

Legierung Hr. Fe Co Ki Mo w Cr Si

— — -ÜÜLrSiEc Rockwell-Härte Rc

>» 30.3 16.0 !7.9 3.0 2.5 26.5 0.68 0.5! ,.„, ~

^{1J6 34}-^{3 15}-^{5 17}·^{4 2}-^{9S 2}·" 24.3 0.75 0.49 0.91 ₂₉

34.3 15.5 „.« ₂._{95 2}._{76 26 4 0 7S o49 o 9i 27}

³⁴·^{3 15}·^{5 17}·^{4 2}-^{9S 2}-" ".6 0.75 0.49 „.91

S 139 33.6 ₁₀.8 22.4 2.98 2.95 24.5 0.75 0.50 0.94

S ¹⁴° ³³·^{6 10}·^{3 2}2.4 ^ 2.95 ₂₆.8 0.75 0.50 0.94

S- ^{Ml 33}·^{6 10}·^{8 22}-^{4 2}·^{98 2}·" Μ·» 0.₇; O.SO 0 94 30

O ■"] ³³-⁵ «·! "-' 2.« 3.01 24.6 0.76 0.50 0.96 25 :

», 33.5 a.l 27.2 2.95 3.01 „.. ₀.₇₆ „.,„ ^ S/

³³·⁵ *·¹ "·² '·« 3.01 29.4 0.76 0.50 0.96 »

^{145 31}·^{6 16}-° ¹⁵-° ⁶·² «-S ".6 0.80 0.04 0 95 J₃ ' '

31.6 !6.0 18.0 6.2 0.5 28.6 0.80 0.64 0.95 35 O'·

31.6 16.0 18.0 6.2 0.5 28.6 1.30 0.64 0.9S 35 ■""■

31.6 16.1 _l4.9 0.5 6.25 28.4 ..„ ₀.₀₀₄ „.„

i« 31.6 ,«.,· ie.» _o._{s 625 284 089 o6o o92 3s} ω

^{150 31}-⁶ "-^{1 18}-° °·^{5 6}·" «·4 1.39 0.60 0.92 J₆ £

151-1 34.0 16.3 15.0 1.89 2.0 28.3 0.70 0.03 0.94 33 -

151-2 34.0 16.3 18.0 1.89 2.0 28.3 0.70 O.SO 0.94 32 W

^{152 34}-° ¹⁶·^{3 1S}·⁰ 3-93 4.1 28.3 0170 O.SO 0.94

32 ₃₆

O Ca> O

Fe

Co

Ni

Tabelle

2

Mo

6 (Fortsetzung)

Cr

Si

B

C

Rockwell-Härte Rc

Legierung
Nr.

52.3

16.2

15.

2

3.2

W

28.6

0.76

0.002

0.89

--

154-3

52.5

16.2

15.

2

3.2

2.4

28.6

1.03

0.002

0.39

--

154-4

32.3

16.2

15.

6

3.2

2.4

28.6

1.34

0.002

0.89

33

154-5

35.0

11.0

22.

7

3.7

2.4

25.4

0.92

0.002

0.84

28 .

156

50.9

10.9

22.

4

2.9

1.8

25.7

0.87

0.25

1.04

33

157

52.0

9.7

23.

1

2.8

3.3

25.5

0.76

0.75

1.04

30

161

53.2

9.8

23.

,3

3.0

2.9

24.4

0.99

0.45

1.29

32

162

35.0

9.S

22.

.7

3.0

3.5

24.5

1.07

0.44

1.25

30

163

32.8

9.9

22.

.8

3.1

3.5

24.6

1.10

0.40

1.35

33

164

32,9

9.9

22,

.6

3.2

3.5

24.6

0.97

0.40

1.36

30

165

29.4

15.4

17

.5

3.5

3.6

27.5

1.16

0.006

1.01

28

185

30.6

11.9

20

.7

3.1

3.3

26.7

1.06

0.12

1.01

30

187

31.6

14.9

17

.7

3.2

3.6

25.6

1.23

0.13

1.37

30

186

. Rest

10.6

22

.8

3.1

3.6

26.2

1.47

0.51

1.12

31

5504

Rest

10.9

22

.7

3.0

3.1

26.3

1.39

0.51

1.06

29

5505

Rest

11.0

21

.1

3.0

3.4

26.8

1.24

0.54

1.03

29

5506

Rest

9.9

23

. 5

3.7

3.3

26.8

1.0S

0.54

1.13

30

5507

Rest

9.8

24

3.0

25.1

0.61

0.29

1.15

29

3644

3.3

Die in Tabelle 6 genannten Härtewerte wurden mit dem Rockwell-C-Härteprüfgerät ermittelt. Als Proben dienten durch autogenes Schweißen mit gegossenen Schweißstäben aus jeder Legierung aufgebrachte Auftragschweißschichten. Die Härte der Legierung 3644 wurde an einer durch Auftragschweißen der Legierung in Pulverform mittels Plasmafackel aufgebrachten Schicht bestimmt.

Die Legierung wurde in Form von Umschmelzmaterial hergestellt und dann im Feingußverfahren (Wachsausschmelzverfahren) verarbeitet. Als Gußstücke wurden Ventilkugeln, Ringe und andere Maschinenteile hergestellt. Die Gußstücke weisen ausgezeichnete Oberflächen auf, die, wenn überhaupt, nur geringe Bearbeitung für die Fertigstellung der Gußstücke für den Gebrauch erfordern. Unmittelbar nach dem Gießen wurde für die Gußstücke ein Rockwell-C-Härte von 28 ermittelt.

ifür die Legierung gemäß der Erfindung und verschiedene andere bekannte Legierungen wurden die Härteeigenschaften ermittelt. Die Ergebnisse der Prüfung auf Warmhärte sind in Tabelle 7 genannt. Sie zeigen, daß die Legierung gemäß der Erfindung, die Legierung 134, wenigstens eine vergleichbare Warmhärte, insbesondere bei den Temperaturen von 649° und 76O°C, hat.

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Tabelle

Warmhärte (Auftragschweißungen im Wolfram-Inertgas-Verfahren (TIG))

	427°C	Härte	- N/mm	76O°C
		538°C	649°C
Kobaltlegierungen	2942			1814
Legierung Nr. C-6	3383	2697	2550	2403
Legierung Nr. C-12	5001	3187	2795	2256
Legierung Nr. C-1		4560	3825
Nickellegierungen	5443			1128
Legierung Nr. N-42	4315	2452

Legierung gemäß der Erfindung

Legierung Nr. 134 2893

2795

2354

1863

Die Härtewerte bei Raumtemperatur sind für diese Legierungen in Tabelle 8 genannt.

Tabelle

Härte bei	Raumtemperatur	TIG
		39
Kobaltlegierungen	Rockwell-C-Härte	44
Legierung Nr. C-6	autogen	54
Legierung Nr. C-12	45
Legierung Nr. C-1	-	57
Nickellegierungen	51
Legierung Nr. N-42
Legierung gemäß der Erfindung	56

Legierung Nr. 134

32

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In Tabelle 9 sind die Korrosionsgeschwindigkeiten der Legierung gemäß der Erfindung und von bekannten Legierungen in verschiedenen Medien in um pro Jahr angegeben. Die Korrosionsbeständigkeit der Legierung gemäß der Erfindung ist im Vergleich zu derjenigen der Nickellegierung besonders herausragend.

Tabelle 9

Korrosionsprüfungen ausgewählter Legierungen	Korrosionsgeschwindigkeit, um/Jahr	5% ige Schwefel säure	65%ige Salpeter säure
	30%ige Essigsäure
		7,6	82194
Kobaltlegierungen	10,2	12,7	136500
Legierung Nr. 6	178
Legierung Nr. 1		50013	235915
Nickellegierungen	16891
Legierung Nr. N-42
Legierung gemäß der
Erfindung

Legierung Nr. 134

102

12700

2540

Die Legierung gemäß der Erfindung weist verbesserte Schlagzähigkeit, insbesondere im Vergleich zu Nickellegierungen auf. Im allgemeinen.haben Nickel- oder Eisenlegierungen dieser Klasse eine sehr geringe Schlagzähigkeit (etwa 1,36 bis 2,7 J). In Tabelle 10 sind die nach der Charpy-Prüfmethode (ohne Kerbe) ermittelten Schlagzähigkeiten genannt. Bei den geprüften Proben handelte es sich um unverdünnte Schweißungen, die nach dem autogenen Verfahren und nach dem Wolfram-Inertgas-Verfahren (TIG) aufgetragen worden waren.

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- 25 Tabelle 10

Ergebnisse der Schlagzähigkeitsprüfung nach der Charpy-	(ohne Kerbe)	autogen
Methode	TIG	12,2 J
Kobaltlegierungen	23,1 J	-
Legierung Nr. C-6	9,5 J	2,7 J
Legierung Nr. C-12	5,4 J
Legierung Nr. C-I
Nickellegierung

Legierung Nr. N-42 2,7 J 1,36 J

Legierung gemäß der Erfindung 14,9 J 9,5 J

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Claims

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler ti 973 Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln Ke/Ax DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF D-5000 KÖLN 1 , 2. April 1980 CABOT CORPORATION, 125 High Street, Boston, Massachusetts 02110 (U.S.A.) Patentansprüche

1. Schweißbare, verschleißfeste und schlagfeste Legierung, bestehend im wesentlichen aus wenigstens 8,5 Gew.-% Kobalt, bis zu 35 Gew.-% Nickel, wobei die Summe von Nickel plus Kobalt 25 bis 40 Gew.-% beträgt, bis zu Gew.-% Molybdän, bis zu 10 Gew.-% Wolfram, wobei die Summe von Molybdän plus Wolfram 4 bis 10 Gew.-% beträgt, bis 33 Gew.-% Chrom, 0,60 bis 1,7 Gew.-% Silicium, 0,75 bis 1,5 Gew.-% Kohlenstoff und bis zu 1,0 Gew.-% Bor, Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu fünf modifizierende Elemente aus der Gruppe Vanadium, Tantal, Niob, Mangan, Kupfer, Zirkonium, Lanthan und seltene Erdmetalle enthält.

030044/0649

Telefon: (0221) 131041 · Telex: 8882307 dopa d · Telegramm: Dompotent Köln

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 30 bis 37 Gew.-% Kobalt plus Nickel, 22 bis 30 Gew.-% Chrom, 0,65 bis 1,5 Gew.-% Silicium, bis zu 0,70 Gew.-% Bor enthält, der Eisengehalt jeweils den Nickelgehalt und Kobaltgehalt übersteigt und das Verhältnis von Eisen zu Nickel plus Kobalt etwa 1:O,75 bis 1:1,25 beträgt.

4. Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu vier modifizierende Elemente aus der Gruppe Vanadium, Tantal, Niob, Mangan, Kupfer, Zirkonium, Lanthan und seltene Erdmetalle enthält.

5.. Legierung nach Anspruch 1, enthaltend 8,5 bis 15 Gew.-% Kobalt, 20 bis 26 Gew.-% Nickel, wobei die Summe von Kobalt plus Nickel 30 bis 37 Gew.-% beträgt, 2 bis 4 Gew.-% Molybdän, 2 bis 4 Gew.-% Wolfram, 22 bis 28 Gew.-% Chrom, 0,7 bis 1,5 Gew.-% Silicium, 0,9 bis 1,3 Gew.-% Kohlenstoff, 0,2 bis 0,7 Gew.-% Bor und wenigstens 28 Gew.-% Eisen.

6. Legierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu vier modifizierende Elemente aus der Gruppe Vanadium, Tantal, Niob, Mangan, Kupfer, Zirkonium, Lanthan und seltene Erdmetalle enthält.

7. Legierung nach Anspruch 1 bis 6 in Form von Gußteilen, Sintermetallformteilen und Metallpulvern als Material zum Schweißen und Auftragsschweißen.

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