DE3812459A1 - Verschleissfeste legierung - Google Patents

Verschleissfeste legierung

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DE3812459A1
DE3812459A1 DE19883812459 DE3812459A DE3812459A1 DE 3812459 A1 DE3812459 A1 DE 3812459A1 DE 19883812459 DE19883812459 DE 19883812459 DE 3812459 A DE3812459 A DE 3812459A DE 3812459 A1 DE3812459 A1 DE 3812459A1
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Viktor Evgenevic Panin
Anatolij Vasilevic Zivotenko
Jurij Donatovic Novomeiskij
Ivan Ivanovic Kocepasov
Michail Dmitrievic Borisov
Innokentij Innokentev Jakovlev
Egor Michailovic Ammosov
Ivan Ivanovic Mostinec
Andrej Andreevic Calov
Irina Konstantinovna Dorofeeva
Nikolaj Nikolaevic Krikunov
Fridrich Aleksandrovic Lukk
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/36Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.7% by weight of carbon

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Metallurgie und betrifft insbesondere eine verschleißfeste Legierung, welche unter Abriebbedingungen eingesetzt wird.
Der intensive Reibungsverschleiß tritt beim Betrieb vieler Maschinen im Erzbergbau, Bauwesen und bei Erdarbeiten auf. Die Steigerung der Abriebfestigkeit der Arbeitsteile dieser Maschinen bewirkt eine höhere Lebensdauer und Sicherheit derselben, setzt die Betriebskosten für ihre Reparatur und Instandhaltung herab und ermöglicht eine Metall- und Elektroenergieeinsparung.
Der gewichtsgebundene Anteil solcher Teile liegt zwischen 16% (Bagger) und 80% (Pumpen wie Schlamm- und Sandpumpen), bezogen auf das Gesamtgewicht der Maschine; der Bedarf an diesen Teilen beträgt deshalb Zehntausende von Tonnen.
Allgemein bekannt sind verschleißfeste Legierungen, welche unter Abriebbedingungen betrieben werden.
Bekannt ist z. B. eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält.
Kohlenstoff|2,40 bis 3,60
Silizium 0,20 bis 1,00
Mangan 1,50 bis 2,50
Chrom 19,00 bis 25,00
Vanadin 0,15 bis 0,35
Titan 0,15 bis 0,35
Eisen Rest
(Legiertes Gußeisen für Gußstücke mit Sondereigenschaften. GOST 7769-82 1982. Chugun legirovanny dlya otlivok so spetsialnymi svoistvami. GOST 7769-82, 1982).
Sie wird weitgehend zur Herstellung z. B. von Strömungsmaschinen, welche abrasive Mischungen fördern, von Auskleidungen in Staubleitungen und Mahlorganen von Kohlen- und Erzmühlen, Kübeln und Sandschleudern verwendet.
Die Härte dieser Legierung beträgt 48 HRC (Rockwelleinheiten, Skala C), die Biegefestigkeit 540 MPa, der relative Reibungsverschleiß 0,82 (ermittelt nach dem Gewichtsverlust des Prüfkörpers gegenüber Hadfield-Stahl als Normalkörper durch gegenseitigen Abrieb mit der Zwischenschicht aus schwarzem Siliziumcarbid mit einer Korngröße von 0,25 bis 0,35 × 10-3 m innerhalb von 1 Stunde), die durch Durchbiegung gekennzeichnete Plastizität 2,1 × 10-3 m (bei Prüfbasis von 2,0 × 10-1 m und Querschnitt des Prüfkörpers von (10 × 10) × 10-6 m).
Die Legierung mit den angegebenen Kennwerten ist beim Betrieb von Ausrüstungen nicht sicher genug.
Bekannt ist weiter eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff|2,4 bis 3,6
Silizium 0,5 bis 1,5
Mangan 1,5 bis 2,5
Chrom 13,0 bis 19,0
Kupfer 1,0 bis 1,5
Molybdän 0,5 bis 2,0
Eisen Rest
(Chugun legirovanny dlya otlivok so spetsialnymi svoistvami. GOST 7769-82 1982. Legiertes Gußeisen für Gußstücke mit Sondereigenschaften. GOST 7769-82 1982).
Diese Legierung wird zur Herstellung von Teilen verwendet, welche unter den oben angegebenen Bedingungen eingesetzt werden, und besitzt folgende mechanische Eigenschaften: Biegefestigkeit 490 MPa, Härte 57 HRC, bezogener reibender Verschleiß (ermittelt nach der oben angegebenen Methode) 0,45, durch Durchbiegung gekennzeichnete Plastizität 5,0 × 10-3 m (bei Prüfbasis von 2,0 × 10-1 m und Querschnitt des Prüfkörpers von (10 × 10) × 10-6 m).
Die Legierung mit den angegebenen Kennwerten entspricht den Anforderungen an Sicherheit und Lebensdauer, welche beim Betrieb von aus der Legierung gefertigten Ausrüstungen gestellt werden, ebenfalls nicht völlig.
Bekannt ist eine Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff|4,2 bis 6,2
Silizium 0,20 bis 0,80
Mangan 0,20 bis 1,20
Chrom 15,0 bis 30,0
Nickel höchstens 4,00
Kupfer höchstens 1,50
Molybdän höchstens 0,75
Eisen Rest
(GB-PS 21 53 846)
Diese Legierung wird auch unter Bedingungen von intensivem Abriebverschleiß verwendet und weist folgende mechanische Eigenschaften auf: Härte 60 HRC, bezogener reibender Verschleiß 0,48 (ermittelt nach der oben beschriebenen Methode), durch Durchbiegung gekennzeichnete Plastizität 4,2 × 10-3 m, bei Prüfbasis von 2,0 × 10-1 m und Querschnitt des Prüfkörpers von (10 × 10) × 10-6 m.
Diese Legierung besitzt zwar mechanische Kennwerte, die höher als bei den oben erwähnten Legierungen liegen, ist trotzdem noch nicht betriebssicher genug.
Bekannt ist eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff|1,70 bis 2,35
Silizium 0,60 bis 2,00
Mangan 2,80 bis 3,90
Chrom 28,00 bis 33,00
Titan 0,05 bis 0,30
Zirkon 0,05 bis 0,30
Eisen Rest
(SU-PS 4 29 129).
Diese Legierung wird auch unter Bedingungen von intensivem reibendem Verschleiß verwendet und weist folgende mechanische Eigenschaften auf: Biegefestigkeit 900 MPa, Härte 54 HRC, bezogener reibender Verschleiß (ermittelt nach der oben angegebenen Methode) 0,68, durch Durchbiegung gekennzeichnete Plastizität 2,5 × 10-3 m bei Prüfbasis von 2,0 × 10-1 m und Querschnitt des Prüfkörpers von (10 × 10) × 10-6 m.
Wie die obigen Ausführungen zeigen, reichen die Plastizität, Härte und Verschleißfestigkeit dieser Legierung nicht aus, um den zuverlässigen und andauernden Betrieb von daraus bestehenden Teilen zu sichern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Einführung eines neuen Bestandteils und Änderung des Mischverhältnisses eine verschleißfeste Legierung bereitzustellen, die erhöhte Festigkeits- und Plastizitätseigenschaften sowie eine hohe Abriebfestigkeit besitzt.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erfindungsgemäße verschleißfeste Legierung, enthaltend Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Titan, Zirkon und Eisen, zusätzlich Niob bei folgendem Mischungsverhältnis in Masse-% enthält:
Kohlenstoff|2,38 bis 3,50
Silizium 0,01 bis 2,50
Mangan 0,20 bis 5,50
Chrom 18,50 bis 40,00
Titan 0,03 bis 0,20
Zirkon 0,02 bis 0,48
Niob 0,05 bis 0,16
Eisen Rest
Durch Auswahl der Komponentenzusammensetzung und des Mischungsverhältnisses bei der erfindungsgemäßen verschleißfesten Legierung erhält man während des Legierens (Modifikation) nach Kristallisation ein Feingefüge, welches aus hochlegiertem Mischkristall, hochfestem und verschleißfestem Skelett von Ledeburiteutektikum an den Grenzen primärer Körner und der hochfesten ultradispersen Phase, und zwar intermetallischen Verbindungen, besteht, die im Korn- und Subkornvolumen sowie in Ledeburit gleichmäßig verteilt sind. Es ergibt sich dabei eine bedeutende Verfeinerung der Körner und Dendrite.
Solch ein Gefüge ermöglicht es, eine hohe Festigkeit, Härte und Abriebfestigkeit und zugleich hohe Plastizität zu erreichen.
Durch das Vorhandensein von Niob als stärkster Carbid- und Nitridbildner in der erfindungsgemäßen Legierung steigt ihre Konzentrations- und Gefügehomogenität wegen des Entropiewerts an, was ihre höhere Plastitzität bedingt. Es kommt dabei zur Erleichterung der Relaxationsprozesse an Spannungsanhäufungsstellen bei Korn- und Subkorngrenzen zwischen den Phasen, wobei unerwünschte Einschlüsse, beispielsweise Schwefel- und Phosphorverbindungen, fehlen.
Der Einfluß von Niob auf die Erhöhung der Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit ist damit verbunden, daß die Niobatome teilweise Zirkon- und Titanatome in ultradispersen intermetallischen Verbindungen substituieren und die Disproportionierung der Gitterkonstanten von intermetallischen Verbindungen und Mischkristallen vergrößert, indem sie damit ihre chemische Beständigkeit und mechanische Festigkeit erhöhen. Die Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit der erfindungsgemäßen Legierung werden dabei gesteigert.
Eine unter 0,05 Masse-% liegende Niobkonzentration führt zur Festigkeitsabnahme der Legierung, weil der Niobgehalt in diesem Fall nicht ausreicht, das Gitter der intermetallischen Verbindungen aufzubauen. Die Plastizität der Legierung wird ebenfalls herabgesetzt, da eine ausreichende Konzentrations- und Gefügehomogenität der Legierung nicht erreicht wird.
Eine über 0,16 Masse-% liegende Niobkonzentration setzt die Plastizität der Legierung infolge Versprödung herab, welche durch übermäßige Festigkeitserhöhung und Bildung von Spannungsanhäufungsstellen bei Verschlechterung ihrer Relaxationsbedingungen hervorgerufen wird.
Die erfindungsgemäße Legierung besitzt auch verbesserte Fertigungseigenschaften gegenüber den bekannten Legierungen, z. B. eine höhere Rißbeständigkeit unter Überhitzungsbedingungen beim Erschmelzen und bei der Wärmebehandlung. Das ist mit der Verengung und Verschiebung des Kristallisationsbereichs der erfindungsgemäßen Legierung in Richtung zu höheren Temperaturen unter Einwirkung von Niob zu erklären.
Auf dasselbe ist auch die Schweißbarkeit der erfindungsgemäßen Legierung mit Stählen bei der Verwendung von konventionellen Schweißverfahren zurückzuführen.
Im Falle der Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung wird die Güte der Gußstücke durch Herabsetzen der Porosität, Zahl von Lunkern und Rissen bedeutend erhöht und die Fließfähigkeit und der Füllungsgrad von Gießformen verbessert.
Die erfindungsgemäße Legierung erhält man durch Beschickung und Herunterschmelzen des Einsatzguts, enthaltend Roheisen und Stahl (beispielsweise Schrott, Abfälle des eigenen Betriebs, u. a. m.), Ferrolegierungen von Chrom, Mangan und Silizium in Mengen, welche das Erzielen des gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlichen Gehalts an Kohlenstoff, Silizium, Mangan und Chrom bewirken. Ferrolegierungen oder titan-, zirkon- und niobhaltigen Legierungen werden der Schmelze in zerkleinerter Form zugesetzt.
Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden folgende Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Legierung angeführt.
Beispiel 1
Eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff
2,38
Silizium 2,00
Mangan 0,80
Chrom 20,50
Titan 0,03
Zirkon 0,30
Niob 0,08
Eisen Rest
Man stellt aus dieser Legierung Schaufellaschen von Mischern für Silikat- und Tonmassen her. Gleichzeitig werden ähnliche Teile aus der bekannten Legierung (Kohlenstoff 2,0 Masse-%, Silizium 1,3 Masse-%, Mangan 3,3 Masse-%, Chrom 30,5 Masse-%, Titan 0,17 Masse-%, Zirkon 0,17 Masse-%, Eisen - Rest (SU-PS 4 29 129)) gefertigt, und führt dann die Prüfung der mechanischen Kennwerte und Gebrauchseigenschaften der angegebenen Teile durch. Die Prüfergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle dargestellt.
Beispiel 2
Eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff
3,50
Silizium 2,00
Mangan 2,00
Chrom 20,00
Titan 0,10
Zirkon 0,10
Niob 0,10
Eisen Rest
Diese Legierung wird an Kegeln in Hydrozyklonen für die Bearbeitung von Zementmörtel beim Erdölbohren analog zu den in Beispiel 1 angegebenen geprüft. Die Prüfergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.
Beispiel 3
Eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff
3,10
Silizium 1,80
Mangan 2,40
Chrom 23,00
Titan 0,20
Zirkon 0,15
Niob 0,08
Eisen Rest
Man stellt aus dieser Legierung Arbeitsteile von Sandpumpen her. Die Prüfungen werden analog zu den in Beispiel 1 angegebenen in einem Diamantbergwerk durchgeführt. Die Prüfergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.
Beispiel 4
Eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff
3,50
Silizium, 2,50
Mangan 1,80
Chrom 40,00
Titan 0,20
Zirkon 0,48
Niob 0,05
Eisen Rest
Aus der Legierung werden Übergangsstücke für Rohrverbindungen von Entschlackungsanlagen hergestellt. Die Prüfungen werden analog zu den in Beispiel 1 angegebenen in Wärmekraftwerken durchgeführt. Die Prüfergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.
Beispiel 5
Eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff
3,20
Silizium 1,80
Mangan 3,80
Chrom 22,00
Titan 0,10
Zirkon 0,05
Niob 0,12
Eisen Rest
Aus der Legierung werden Mahlkörper (Kugeln, Stangenabschnitte) zur Verarbeitung der Zementmasse erhalten. Die Prüfungen werden analog zu den in Beispiel 1 angegebenen durchgeführt. Die Prüfergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.
Beispiel 6
Eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff
2,90
Silizium 2,00
Mangan 2,00
Chrom 19,00
Titan 0,20
Zirkon 0,48
Niob 0,05
Eisen Rest
Aus der Legierung werden Schürfschneiden des Planierschilds hergestellt. Die Prüfungen werden analog zu den in Beispiel 1 angegebenen durchgeführt. Die Prüfergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.
Beispiel 7
Eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff
3,10
Silizium 1,25
Mangan 1,50
Chrom 20,00
Titan 0,11
Zirkon 0,20
Niob 0,08
Eisen Rest
Aus der Legierung werden Preßschneckenelemente in der Ziegelherstellung hergestellt. Die Prüfungen werden analog zu den in Beispiel 1 angegebenen durchgeführt. Die Prüfergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.
Beispiel 8
Eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff
2,80
Silizium 0,01
Mangan 0,20
Chrom 18,50
Titan 0,03
Zirkon 0,30
Niob 0,05
Eisen Rest
Aus der Legierung werden Buchsen für Austrittsbohrungen der Spülkanäle eines Bohrwerkzeugs hergestellt. Die Prüfungen werden analog zu den in Beispiel 1 angegebenen durchgeführt. Die Prüfergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.
Beispiel 9
Eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff
2,80
Silizium 1,90
Mangan 5,50
Chrom 25,00
Titan 0,10
Zirkon 0,25
Niob 0,10
Eisen Rest
Aus der Legierung werden Segmente von Defibratoren zur Zerkleinerung von Holzmassen bei der Papierherstellung hergestellt. Die Prüfungen werden analog zu den in Beispiel 1 angegebenen durchgeführt. Die Prüfergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.
Beispiel 10
Eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff
2,50
Silizium 1,90
Mangan 1,90
Chrom 28,00
Titan 0,08
Zirkon 0,40
Niob 0,16
Eisen Rest
Aus der Legierung werden Meißel zur Holzbearbeitung hergestellt. Prüfungen werden analog zu den in Beispiel 1 angegebenen durchgeführt. Die Prüfergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.
Beispiel 11
Eine verschleißfeste Legierung, die folgende Bestandteile in Masse-% enthält:
Kohlenstoff
2,40
Silizium 0,80
Mangan 0,40
Chrom 26,00
Titan 0,10
Zirkon 0,02
Niob 0,05
Eisen Rest
Aus der Legierung werden Häckselmesser zur Futteraufbereitung hergestellt. Die Prüfungen werden analog zu den in Beispiel 1 angegebenen durchgeführt. Die Prüfergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt.

Claims (1)

  1. Verschleißfeste Legierung, die Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Titan, Zirkon und Eisen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Niob enthält, bei folgendem Mischungsverhältnis der Komponenten in Masse-%: Kohlenstoff|2,38 bis 3,50 Silizium 0,01 bis 2,50 Mangan 0,20 bis 5,50 Chrom 18,50 bis 40,00 Titan 0,03 bis 0,20 Zirkon 0,02 bis 0,48 Niob 0,05 bis 0,16 Eisen Rest
DE19883812459 1988-04-11 1988-04-14 Verschleissfeste legierung Withdrawn DE3812459A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999051399A1 (de) * 1998-04-06 1999-10-14 Vulkan Strahltechnik Gmbh Nichtrostendes strahlmittel

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1999051399A1 (de) * 1998-04-06 1999-10-14 Vulkan Strahltechnik Gmbh Nichtrostendes strahlmittel

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