DE3227085C2

DE3227085C2 -

Info

Publication number: DE3227085C2
Application number: DE3227085A
Authority: DE
Inventors: Donald P. Lomax; Ronald M. Wales Wis. Us Boggs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-20
Filing date: 1982-07-20
Publication date: 1992-10-15
Also published as: GB2103242A; DE3227085A1; GB2103242B; US4399198A; JPS5825454A

Description

Die Erfindung betrifft eine Legierung, die hart, abriebfest und korrosionsbeständig ist, insbesondere eine Legierung zur Auskleidung von Stahlzylindern für Spritzgußmaschinen und Extruderpressen.

Bei Maschinen dieser Art finden Extruderschnecken Verwendung, um die betreffende Masse durch speziell ausgebildete Formstücke zu pressen. Die Schnecken sind normalerweise in Stahlzylindern angeordnet.

Eine Schwierigkeit bei derartigen Maschinen besteht darin, daß eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit der Stahlzylinder und der Spritzgußwerkzeuge erforderlich ist, was insbesondere bei in den letzten Jahren entwickelten Kunststoffen mit Füllstoffen der Fall ist, die eine starke Abnutzung der betreffenden Oberflächen verursachen können.

In diesem Zusammenhang sind bereits bimetallische Zylinder mit hoher Abriebfestigkeit bekannt (US-PS 30 46 913 und 20 46 914). Bei diesem bekannten Verfahren wird der Stahlzylinder in einer horizontalen Lage angeordnet und mit einer vorherbestimmten Menge einer Legierung gefüllt, deren Schmelzpunkt niedriger als derjenige des Stahls ist, aus dem der Zylinder hergestellt ist.

Die Enden des Zylinders werden dann durch Aufschweißen von Kappen verschlossen, und der Zylinder wird auf den Schmelzpunkt der zum Auskleiden dienenden Legierung erhitzt. Der Zylinder wird schnell um seine Achse gedreht, um die Legierung durch Zentrifugalkraft entlang der Innenfläche des Zylinders auszubreiten. Nach dem Abkühlen des Zylinders werden die Endkappen entfernt, und es erfolgt eine Bearbeitung auf Drehbänken, um die Oberfläche der Auskleidung zur Herstellung des gewünschten Durchmessers und einer ausreichenden Glätte zu bearbeiten.

Bekannte Legierungen dieser Art (US-PS 20 46 913) enthalten 2,5-3,5% Kohlenstoff, 0,75-1,5% Bor, 2,5-6% Nickel, weniger als 1,5% Silizium und Spuren von Schwefel und Phosphor im Zusatz zu Eisen.

Andere bekannte Legierungen dieser Art (US-PS 36 58 515) enthalten vorzugsweise 3,3-3,9% Kohlenstoff, 0,75-1,25% Bor, 1,2-1,6% Mangan, 0,65-1,1% Silizium, 4,1-5,0% Nickel, 0,9-1,4% Chrom, bis zu 0,5% Molybdän und als Rest Eisen.

Obwohl derartige Legierungsauskleidungen eine Rockwellhärte C zwischen 58 und 65 aufweisen und eine gute Abriebfestigkeit gegenüber Füllstoffen von Kunststoffen besitzen, sind derartige Legierungen in vielen Fällen nicht zufriedenstellend, weil sie eine verhältnismäßig geringe Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Durch den hohen Eisengehalt kann unter den Bedingungen, die bei Spritzgußverfahren auftreten, eine Zersetzung gewisser Kunststoffe verursacht werden. Es sind ferner eisenhaltige Legierungen bekannt, die eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweisen, die jedoch eine geringere Härte besitzen.

Um Nachteile dieser Art zu vermeiden, wurden eine Anzahl von Auskleidungslegierungen für bimetallische Zylinder entwickelt, die kein Eisen enthalten. Derartige Legierungen enthalten etwa 40% Nickel, 45% Kobalt, 8% Chrom und 3% Bor sowie geringe Mengen von Kohlenstoff, Mangan und Silizium. Während diese Legierungen eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufweisen, ist ihre Abriebfestigkeit bei der Verwendung derartiger bimetallischer Zylinder nicht zufriedenstellend.

Es ist ferner bereits bekannt, Wolframkarbidteilchen mit der kein Eisen enthaltenden Legierung beim Einfüllen in den Zylinder zu vermischen. Eine derartige Zusammensetzung enthält 30-40% Wolframkarbid, 22-61% Nickel, bis zu 37% Kobalt, bis zu 12% Chrom, 1,3-3,0% Bor und kleinere Mengen Eisen, Silizium, Mangan und Kohlenstoff. Die Wolframkarbidlegierung hat beim Auftragen durch Zentrifugalkraft eine höhere Konzentration von Wolframkarbidteilchen in der Nähe der Zwischenfläche zwischen der Auskleidung und dem Stahl. Ferner ist die Fertigverarbeitung der Oberfläche der Auskleidung verhältnismäßig einfach, und es können verhältnismäßig gute Eigenschaften hinsichtlich Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erzielt werden. Da jedoch die Konzentration der Wolframkarbidteilchen sich entlang der Dicke der Auskleidung ändert, ergeben sich ungleichmäßige Abnutzungsraten während der Benutzung, und die diskreten Wolframkarbidteilchen wirken wie Sandpapier auf die Extruderschnecken.

Es sind ferner Tantalkarbidlegierungen bekannt, die hart, verschleißfest und korrosionsbeständig sind, welche Legierungen zwischen 10-35 Gew.-% Tantalkarbid in einer Matrixlegierung mit 0,16-0,35% Kohlenstoff, 28,5-34,6% Nickel, 0,34-0,75% Mangan, 0,75-1,9% Silizium, 2,75-2,9% Bor, 9,5-7,5% Chrom und 28,5-42% Kobalt (jeweils in Gewichtsprozent) enthalten. Obwohl derartige Legierungen die Nachteile von Wolframkarbidlegierungen nicht aufweisen, ist deren praktische Verwendbarkeit durch die hohen Kosten von Tantalkarbid sehr begrenzt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Legierung anzugeben, die eine gute Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit trotz eines geringeren Anteils an Karbiden aufweist, welche Legierung insbesondere zum Auskleiden von Zylindern für Spritzgußmaschinen gut geeignet ist. Die Legierung soll kein Eisen enthalten, aber mindestens zwei Karbide in einer so großen Menge, daß die Auskleidung eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit entlang ihrer gesamten Dicke aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Legierung entsprechend Patentanspruch 1 gelöst. Eine besonders vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Eine derartige Legierung besteht in der Hauptsache aus einer Nickelkobaltlegierung, die 12-27 Gew.-% einer Karbidmischung enthält. Die bevorzugte Karbidmischung enthält mindestens 8 Gewichts-% Vanadiumkarbid und mindestens 2 Gewichts-% Wolframkarbid sowie zusätzlich kleine Mengen von Titankarbid und Tantalkarbid. Eine aus einer derartigen Legierung hergestellte Auskleidung weist gleichmäßige Abriebeigenschaften und eine gute Korrosionsbeständigkeit auf.

Eine Nickel, Kobalt und eine Karbidmischung enthaltende Legierung gemäß der Erfindung kann aus den Legierungen in den folgenden Tabellen ausgewählt werden, wobei jedoch zu beachten ist, daß Spurenbeträge von anderen Elementen in derartigen Legierungen enthalten sein könnten, so daß die Aufführung von Bestandteilen und von Gewichtsprozenten entsprechend abweichen können.

Bestandteile
Gewichts-%
Kohlenstoff
0,16- 0,35
Nickel	28,50-34,60
Mangan	0,34- 0,75
Silizium	0,75- 1,90
Chrom	4,50- 7,50
Bor	2,25- 2,90
Kobalt	28,50-42,00
Karbidmischung	12,00-27,00

Die Karbidmischung enthält mindestens 8 Gewichts-% Vanadiumkarbid und mindestens 2 Gewichts-% Wolframkarbid sowie zusätzlich kleinere Mengen von Titan- und Tantalkarbid. Die Karbidmischung sollte etwa zwischen 12 und 27% der gesamten Legierung betragen und kann aus der folgenden Tabelle ausgewählt werden:

VC
mindestens 8-15 Gewichts-%
WC	mindestens 2- 7 Gewichts-%
TiC	1-3 Gewichts-%
TaC	1-2 Gewichts-%

Eine bevorzugte Legierung gemäß der Erfindung enthält die folgenden Materialien, die zumindest angenähert entsprechend den folgenden Anteilen verschmolzen sind:

Bestandteile
Gewichts-%
Kohlenstoff
0,27
Nickel	32,82
Mangan	0,60
Silizium	1,19
Chrom	6,80
Bor	2,60
Kobalt	36,72
Vanadiumkarbid	12,00
Wolframkarbid	4,00
Titankarbid	2,00
Tantalkarbid	1,00

Obwohl es möglich ist, die Karbidmischung in einem feinverteilten Zustand dem Basismaterial aus Nickel und Chrom zum Zeitpunkt der Auskleidung eines Zylinders zuzusetzen, besteht das bevorzugte Verfahren darin, daß die Materialien vor der Durchführung einer Auskleidung eines Zylinders verschmolzen werden. Nach der Fertigstellung einer verschmolzenen Legierung erfolgt eine Unterteilung in Tabletten, Kügelchen, Granulat oder dergleichen Form, die dann zum Auskleiden eines Zylinders verwendet werden kann.

Ein auszukleidender Stahlzylinder wird auf den gewünschten Innendurchmesser bearbeitet, und die Legierung gemäß der Erfindung wird in den zylindrischen Innenraum angeordnet. Die Menge der Legierung wird gewöhnlich derart ausgewählt, daß die damit herstellbare Dicke der Auskleidung etwas größer als die schließliche Dicke ist.

Ein Zylinder wird dann durch Anschweißen von Metallplatten an den Enden verschlossen und in einem Ofen über den Schmelzpunkt der Legierung erhitzt, der im Bereich von etwa 1149°C liegt. Der Zylinder wird dann aus dem Ofen entfernt und schnell auf Walzen rotiert, um die geschmolzene Legierung durch Zentrifugalkraft entlang der Innenfläche des Stahlzylinders auszubreiten. Der rotierende Zylinder kühlt sich während der Rotation ab, und die gesamte Zylinderanordnung wird dann in ein Bett aus Isoliermaterial wie Sand angeordnet, um eine gesteuerte Abkühlung zu ermöglichen, durch die eine gute Haftung an dem Stahl und eine Vermeidung von Rißbildungen erzielt werden kann. Schließlich werden die Endkappen entfernt, und die Fertigbearbeitung erfolgt in üblicher Weise mit Hilfe einer Drehbank oder dergleichen Einrichtung.

Im folgenden sollen die Eigenschaften einer derartigen Legierung näher erläutert werden:

Makrohärte
49-55 Rockwell C
Mikrohärte (Karbide)	1000-1100 Vickers
Matrixhärte	52 Rockwell C
Nennbetrag der Zugfestigkeit	150/365 MPa
Nennwert der Druckfestigkeit	1724 MPa
Bruchdehnung	0,20%
Dichte	8,3 g/cm³

Diese Eigenschaften stimmen praktisch mit denjenigen Eigenschaften von Materialien überein, die aus der US-PS 40 89 466 bekannt sind. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, daß diese vergleichbaren Resultate mit weniger Gewichts-% Karbiden erzielt werden können, z. B. mit 18,3% Gewichts-% Karbiden bei einer Testmischung im Vergleich zu 25 Gewichts-% Tantalkarbiden bei der bekannten Legierung.

Nicht zu erwarten war ferner, daß die zugesetzten Mischungen von Karbiden im vorliegenden Fall gleichmäßig entlang der gesamten Dicke der Auskleidung verteilt sind und daß die Dichte der gesamten Karbidmischung eingestellt werden kann, wenn die Basislegierung eingestellt wird, um optimale Vorteile mit der Mischung zu erzielen.

Obwohl die beschriebenen Ausführungsbeispiele Auskleidungslegierungen für bimetallische Zylinder betreffen, sind derartige Legierungen auch für andere Zwecke verwendbar, beispielsweise zur Auskleidung von Mischern.

Claims

1. Legierung, die hart, abriebfest und korrosionsbeständig ist, bestehend aus: Gewichts-% Kohlenstoff 0,16- 0,35 Nickel 28,50-34,60 Mangan 0,34- 0,75 Silizium 0,75- 1,90 Chrom 4,50- 7,50 Bor 2,25- 2,90 Kobalt 28,50-42,00 Vanadiumkarbid 8,00-15,00 Wolframkarbid 2,00- 7,00 Titankarbid 1,00- 3,00 Tantalkarbid 1,00- 2,00

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 als Auskleidung eines Stahlzylinders.