DE3016468C2

DE3016468C2 - Verschleißfeste Nickellegierung

Info

Publication number: DE3016468C2
Application number: DE3016468A
Authority: DE
Inventors: Anthony J. Kokomo Ind. Hickl
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1979-06-04
Filing date: 1980-04-29
Publication date: 1987-03-12
Also published as: ZA801485B; NL8002939A; GB2052557A; GB2052557B; IT8022134A0; SE436763B; BE883622A; FI801227A; SE8003766L; FR2458595B1; FI69646C; AU535882B2; AU5897880A; JPS5835586B2; JPS55161042A; CA1173276A; US4363659A; FR2458595A1; BR8003368A; IT1140949B

Description

Die Erfindung betrifft verschleißfeste Nickellegierungen.
Kobaltlegierungen weisen von Natur aus ausgezeichnete Verschleißfestigkeit auf. Auf Grund der unsicheren Verfügbarkeit und der hohen Kosten von Kobalt ist die Industrie jedoch gezwungen, andere Metalle, die diese Aufgabe erfüllen, zu finden. Zahlreiche Nickellegierungen sind speziell entwickelt und so zusammengestellt worden, daß sie einen hohen Grad von Verschleißfestigkeit aufweisen.
In Tabelle 1 sind repräsentative Patentschriften und handelsübliche Legierungen genannt, die für die Verwendung unter Verschleißbeanspruchung vorgesehen sind. Alle Zusammensetzungen sind in Gewichtsprozent ausgedrückt, falls nicht anders angegeben. &udf53;ns&udf54;¸&udf50;&udf53;ns&udf54;
Die bekannten Nickellegierungen erfüllen beim Vergleich der Nickellegierungen mit Kobaltlegierungen auf Grund vieler Unzulänglichkeiten in den Verschleißeigenschaften und mechanischen Eigenschaften nicht alle Forderungen der Industrie. Aus diesem Grunde müssen zahlreiche Nickellegierungen so zusammengestellt werden, daß sie diese Forderungen erfüllen. Die Unterschiede zwischen neuen Nickellegierungen können geringfügig oder sogar kaum wahrnehmbar sein, da sie häufig so entwickelt werden müssen, daß sie bestimmte Kombinationen von Eigenschaften, die unter ganz bestimmten Einsatzbedingungen erforderlich sind, aufweisen.
Kobaltlegierungen enthalten wirksame Mengen an Chrom und Wolfram, um ihnen die gewünschten Verschleißeigenschaften zu verleihen. Hierbei ist jedoch festzustellen, daß das Problem durch die hohen Kosten und die Knappheit von Wolfram, das importiert wird, was eine ungünstige Außenhandelsbilanz zur Folge hat, weiter kompliziert wird. Es besteht somit ein dringendes Bedürfnis für verschleißfeste Nickellegierungen, die im wesentlichen frei von Wolfram sind oder einen minimalen Wolframgehalt aufweisen.
Bekannte Legierungen sind durch Änderungen der Zusammensetzung so zusammengestellt worden, daß ihnen ganz bestimmte Eigenschaften verliehen oder diese Eigenschaften gesteigert werden. Gegenstand der US-PS 41 18 254 ist eine Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt (etwa 1300°C bis 1350°C) bei gleichzeitiger Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit. Die US-PS 41 13 920 beschreibt ein Metallpulver in Mischung mit einer Grundlegierung, die eine Verbundlegierung zum Beschichten von Werkzeugen bilden. Die US-PS 40 75 999 beschreibt eine Nickellegierung, die Chrom, Kohlenstoff und Molybdän enthält und als Überzug auf Werkstücken, die gegen hohe Temperaturen beständig sind, dient. Die US-PS 41 30 420 beschreibt eine Nickel-Chrom-Legierung, die Wolfram, Kobalt und Molybdän enthält und besonders beständig gegen Erosion durch geschmolzenes Glas ist. Die US-PS 40 93 454 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Sinterwerkstücken aus einer Nickellegierung, die Chrom, Wolfram und Kobalt enthält.
Alle in Tabelle 1 genannten bekannten Legierungen zeichnen sich allgemein durch einen hohen Härtegrad aus, jedoch weisen nicht alle bekannten Legierungen gute Warmhärteeigenschaften auf. Viele dieser Legierungen haben nur geringe oder keine Bildsamkeit oder Verformbarkeit, so daß sie auf Anwendungen beschränkt sind, bei denen keine hohen Stoß- oder Zugbeanspruchungen auftreten. Auf Grund der verschiedenen Zusammensetzungen ist der Grad der Korrosionsbeständigkeit unter dem Einfluß der verschiedensten korrodierenden Medien bei den bekannten Legierungen unterschiedlich. Ferner kann der Grad der Verschleißfestigkeit der bekannten Legierungen mit der Art des auftretenden Verschleißes, d. h. in Abhängigkeit vn Abriebverschleiß oder adhäsiven Verschleiß, variieren.
Die vorstehend genannten bekannten Legierungen enthalten im allgemeinen wesentliche Mengen eines oder mehrerer der Metalle Kobalt, Wolfram, Molybdän und anderer Metalle. Diese Metalle sind äußerst teuer geworden, und/oder sie sind auf Grund ihrer strategischen Einstufung knapp geworden.
Alle bekannten Legierungen zeichnen sich im allgemeinen durch eine oder zwei hervorragende technische Eigenschaften, beispielsweise hohe Härte bei Raumtemperatur, Warmhärte, Korrosionsbeständigkeit oder Schlagfestigkeit, aus.
Aus der DE-OS 24 36 487 ist eine Nickel-Chrom-Legierung bekannt, die aus 0 bis 1,4% Kohlenstoff, 0 bis 8,5% Molybdän, 1,5 bis 4% Silizium, 0,1 bis 1% Bor, 16 bis 30% Chrom, 0 bis 4,5% Mangan, 0 bis 50% Eisen, Rest mindestens 30% Nickel bestehen kann. Diese Legierung eignet sich für die Verwendung in Fahrzeugturbinen und zum Herstellen von Schweißverbindungen.
Weiterhin ist aus der DE-AS 15 58 873 eine Legierung für eine Schweißelektrode bekannt, die aus 0,05 bis 1% Kohlenstoff, 0,5 bis 5% Silizium, max. 1% Mangan, 5 bis 25% Chrom, 0,1 bis 10% Molybdän, 0,5 bis 5% Bor, 0,1 bis 7% Eisen, Rest Nickel besteht. Diese Legierung wird für Schweißelektroden zum Herstellen von verschleißfesten und korrosionsbeständigen Aufpanzerungen verwendet.
Schließlich ist aus der FR-PS 23 46 462 eine Legierung bekannt, die aus 5 bis 14% Molybdän, 19 bis 32% Chrom, 2 bis 8% Wolfram, 6 bis 50% Nickel, 0,2 bis 2,8% Kohlenstoff, 0 bis 5% Vanadium, 0 bis 5% Zirkonium, 0 bis 5% Niob oder Tantal, 0 bis 3% Mangan, 0 bis 3% Silizium, 0 bis 1,5% Bor, Rest Eisen besteht.
Dem Problem des Verschleißes bei technischen Artikeln und Gebrauchsartikeln ist in den letzten Jahren stärkere Aufmerksamkeit gewidmet worden. Es hat sich gezeigt, daß Legierungen, die den verschiedenen Arten des Verschleißes widerstehen, benötigt werden. Bis vor kurzen war man allgemein der Ansicht, daß die Härte allein das Maß des Verschleißes ist. Ein harter Werkstoff galt als verschleißfester Werkstoff. Je härter der Werkstoff, um so höher die Verschleißfestigkeit. Diese Annahme ist als Folge neuer Verschleißprüfverfahren, die entwickelt worden sind, als überholt anzusehen. Es erwies sich als notwendig, Prüfungen auf verschiedene Arten von Verschleiß, beispielsweise adhäsiven Verschleiß und Abriebverschleiß, durchzuführen. Ferner können gewisse Legierungen dem adhäsiven Verschleiß, aber nicht dem Abriebverschleiß widerstehen, und natürlich kann das Umgekehrte der Fall sein. Die Prüfungen auf adhäsiven Verschleiß und Abriebverschleiß werden nachstehend beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nickellegierung, die ausgezeichnete Verschleißeigenschaften aufweist, die eine minimale Menge der Metalle Kobalt, Wolfram und Eisen enthält und eine erwünschte Kombination von technischen Eigenschaften einschließlich Schlagzähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Warmfestigkeit zeigt, verfügbar zu machen.
Diese Aufgabe wird durch eine Legierung gelöst, die aus 27 bis 29 Gew.-% Chrom, 6 bis 6,5 Gew.-% Molybdän, 0,8 bis 1,4 Gew.-% Silicium, 0,8 bis 1,1 Gew.-% Kohlenstoff, 0,6 bis 0,7 Gew.-% Bor, bis zu je 3,0 Gew.-% Wolfram, Eisen und Kupfer, bis zu 1,0 Gew.-% Mangan und bis zu 5 Gew.-% Kobalt, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen besteht. Tabelle 2 nennt die Zusammensetzungsbereiche der Legierungen gemäß der Erfindung. Tabelle 2 Legierungen gemäß der Erfindung Zusammensetzung in Gew.-% &udf53;vz20&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Die Legierung gemäß der Erfindung enthält im wesentlichen Nickel, Chrom und Molybdän zusammen mit einem entscheidend wichtigen Rest von Bor, Kohlenstoff und Silicium. Diese Elemente sind zur Erzielung von Eigenschaften bekannt, die bei den in Tabelle 1 genannten bekannten Legierungen dieser Klasse bekannt sind. Der Erfindungsgedanke liegt jedoch in den entscheidend wichtigen Anteilen der Elemente innerhalb der in Tabelle 2 genannten Bereiche. Gewisse Elemente wie Wolfram, Mangan, Eisen, Kupfer und Kobalt können innerhalb der genannten Bereiche als zufällige Elemente, die in dieser Klasse von Legierungen normalerweise zu finden sind, vorhanden sein oder zur Erzielung gewisser Vorteile, die erwünscht sein können, zugesetzt werden. Wie bereits erwähnt, besteht der Rest aus Nickel und den üblichen Verunreinigungen, die bei Legierungen in dieser Klasse auftreten. Zu diesen Verunreinigungen gehören Phosphor, Schwefel u. dgl. Der Gehalt an diesen Elementen muß möglichst niedrig gehalten werden.
Es wurde gefunden, daß zur Herstellung der Legierung gemäß der Erfindung in verschiedenen brauchbaren Formen gewisse Modifizierungen der Zusammensetzung innerhalb der Bereiche zweckmäßig sind. Beispielsweise wird der typische Bereich "A" gemäß Tabelle 2 bevorzugt, wenn die Legierung in Form von Gußteilen, z. B. gegossenen Schweißstäben usw., hergestellt werden soll. Das Kohlenstoff/Bor-Verhältnis beträgt vorzugsweise etwa 2 : 1.
Der typische Bereich "B" wird bevorzugt, wenn die Legierung in Form beispielsweise von Rohrdraht oder Kerndraht hergestellt wird. Die Legierung wird

1) als Metallpulver hergestellt,
2) in einer Metallhülle (gewöhnlich überwiegend Nickel) eingeschlossen und die gefüllte Hülle (Rohr) wird dann
3) zur gewünschten Größe des Schweißdrahtes gewalzt.

Es ist zu bemerken, daß diese Legierungen ohne Rücksicht auf das Kohlenstoff/Bor-Verhältnis eine gewisse Ähnlichkeit in der Härte aufweisen.
Die Ergebnisse, die bei einer Reihe von Prüfmethoden erhalten wurden, zeigen eindeutig, daß die Legierung gemäß der Erfindung eine sehr wertvolle Kombination von technischen Eigenschaften aufweist. Diese Eigenschaften umfassen Warmhärte, Korrosionsbeständigkeit, Schlagzähigkeit sowie Abriebverschleiß und adhäsiven Verschleiß. Diese Eigenschaften sind insbesondere bei Werkstücken für die Verwendung als Führungsteile von Kettensägen, Ventile im allgemeinen, Ventile von Innenverbrennungsmotoren und andere Teile, Gas- und Dampfturbinenteile u. dgl. erforderlich.
Die optimale Ausführungsform für Legierungen im typischen Bereich "A" gemäß der Erfindung wird erhalten, wenn das Kohlenstoff/Bor-Verhältnis 2 : 1 oder etwa 2 : 1 beträgt. Die Ergebnisse für die experimentellen Legierungen zeigen allgemein, daß die Vorteile gemäß der Erfindung erzielt werden, wenn das Kohlenstoff/Bor-Verhältnis im Bereich von etwa 4 : 1 und 4 : 3 liegt.

Claims

Verschleißfese Legierung, bestehend aus 27 bis 29 Gew.-% Chrom, 6 bis 6,5 Gew.-% Molybdän, 0,8 bis 1,4 Gew.-% Silicium, 0,8 bis 1,1 Gew.-% Kohlenstoff, 0,6 bis 0,7 Gew.-% Bor, bis zu je 3,0 Gew.-% Wolfram, Eisen und Kupfer, bis zu 1,0 Gew.-% Mangan und bis zu 5 Gew.-% Kobalt, Rest Nickel und zufällige Verunreinigungen.