DE3844941C2 - Pulvergesinterte Hartlegierung - Google Patents
Pulvergesinterte HartlegierungInfo
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Description
Da Spritzgieß- und Strangpreßverfahren bei Kunststoffen etc. unter
Bedingungen erhöhter Temperaturen durchgeführt werden, kann
zuweilen eine Wärmezersetzung bei einem Teil des Ausgangsmaterials
nicht vermieden werden, so daß korrosive Gase entstehen.
Im Fall der Beimischung von Halogen-enthaltenden Verbindungen
zur Erzielung geringerer Flammbarkeit werden größere Mengen Halogen-
enthaltender Gase freigesetzt. Die Innenseite von Spritz
gießzylindern ist demzufolge permanent einem korrosiven Medium
ausgesetzt; derartige Zylinder müssen deshalb einen hohen Korro
sionswiderstand aufweisen. Da weiterhin bei solchen Spritzvor
gängen hohe Drücke angewendet werden und zusätzlich anorganische
Füllmaterialien oft zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit
der Endprodukte zugesetzt werden, wird von derartigen
Zylindern auch noch eine hohe Verschleißbeständigkeit verlangt.
Verarbeitet man Fluorharze in solchen Injektions- und Extru
sionsvorrichtungen, so ist die Forderung nach sehr hohem Korro
sionswiderstand der Werkstoffe unausweichlich, um den sehr
stark korrosiven Gasen widerstehen zu können. Da derartige korro
sive Gase auch beim Schneiden und Schaben von aus Fluorharzen
und Fluorgummi bestehenden Spritzprodukten auftreten, muß für
entsprechende Maßnahmen gegen das Auftreten von Korrosion und
Abnutzungserscheinungen gesorgt werden.
Bei Injektions- und Extrusionsformvorgängen von Plastikmaterialien,
z. B. synthetischen Plastikmaterialien wie PES-(Polyethersulfon)-
oder PPS-(Polyphenylensulfind)-Harzen oder -Gummi,
werden die erhitzten Materialien in einen Zylinder eingeführt
und unter Druck eines Kolbens zum Schmelzen gebracht. Da der
Schmelzvorgang bei relativ hohen Temperaturen durchgeführt wird
und da aus den Sulfongruppen der Plastikmaterialien,
beispielsweise erhitzten Harzen, SO₂-Gase freigesetzt werden,
besteht auch hier die Notwendigkeit, Materialien mit hohem Korro
sionswiderstand und hoher Verschleißbeständigkeit einzusetzen.
Bei Injektions- und Extrusionsformungsvorgängen von z. B. ABS-
Harzen werden aus den erhitzten Plastikmaterialien NOx-Gase aus
den CN-Gruppen oder korrosive Gase (wie Halogene) freigesetzt;
folglich braucht man auch hier Baustoffe mit hohem Korrosions
widerstand und hoher Verschleißbeständigkeit.
Als Materialien für die genannten Zylinder werden
normalerweise verschleißbeständige Nickel- und
Kobaltlegierungen verwendet, mit denen die Innenseiten der Zylinder
nach der Zentrifugalschmelzmethode beschichtet werden.
In abgewandelten Anwendungsformen werden fernerhin Ni-Mo-Cr-
Legierungen mit hohem Korrosionswiderstand eingesetzt.
Obwohl solche Typen von Legierungen hohe Verschleißbeständig
keitswerte aufweisen, ist ihr Korrosionswiderstand gegenüber stark
korrosiven Gasen, z. B. Fluorgasen, SO₂-Gasen und NOx-Gasen
nicht ausreichend. Andererseits aber haben die erwähnten Ni-Mo-
Cr-Legierungen zuweilen einen ausreichenden Korrosionswiderstand,
während gleichzeitig die Verschleißbeständigkeit u. a. bei Zylindern
und Schrauben jedoch nicht ausreichend ist. Keine der erwähnten
Legierungen besitzt somit gleichzeitig hohen Korrosionswiderstand
und hohe Verschleißbeständigkeit. Hier liegt starker Verbesse
rungsbedarf in der Technik.
Aus "Materials Science and Technology" 1985, S. 1063 bis 1068, sind
Untersuchungen über gewisse Boridpartikel-Werkstoffe bei pulver
metallurgischen Superlegierungen bekannt. Speziell werden
M₃B₂-Boride in Nickelbasislegierungen eingesetzt; außer Ni
kommen in den Legierungen und bei den wissenschaftlichen Unter
suchungen noch andere Metallkomponenten zum Einsatz, z. B. Co,
Cr, Mo, Al, Ti etc.
Bekannt sind weiterhin aus der US-PS 44 27 446 korrosions- und
verschleißbeständige Legierungen für Beschichtungen nach der Zentri
fugalschmelzmethode für Auskleidungen; es werden 20 bis 50
Gew.-% Verstärkungsmaterial (harte Teilchen), nämlich Boride,
in die Matrix hineingegeben; die Matrix besteht aus Nickel
basislegierungen oder Kobaltbasislegierungen.
DE 32 38 555-A1 beschreibt eine Sinterhartlegierung, die ge
wisse Festigkeit und Zähigkeit aufweist; dabei sind 40 bis 95
Gew.-% einer Hartphase vorhanden, die aus mindestens 10 Gew.-%
Eisen enthaltenden Mehrfachboriden zusammengesetzt ist; dieser
mindestens 10%ige Eisengehalt in der Hartphase ist nötig, um
die verschiedenen Mehrfachboride der zusammengesetzten Hartphase
zu erhalten.
Man hat auch schon in den JP-Patentpublikationen 61-143 547-A und
62-142 705-A Legierungen vorgeschlagen, die sowohl hohen Korro
sionswiderstand als auch hohe Verschleißbeständigkeit aufweisen; solche
Legierungen bestehen aus 0,5 bis 3,0% Si, 0,5 bis 3,0% B,
10 bis 40% Cr, 0,5 bis 3,0% Cu, 10 bis 30% W, 0,1 bis 2,0% C,
Rest Nickel und/oder Kobalt.
In den vorstehend genannten Patentpublikationen treten bei den
Legierungen keine M₃B₂-Boride auf.
Es hat sich herausgestellt, daß alle diese zum Teil sehr de
taillierten bekannten Vorschläge im Stand der Technik nicht aus
reichen, wenn es um Legierungen mit einerseits extrem hohem
Korrosionswiderstand und entsprechender Abriebfestigkeit geht,
andererseits aber auch ohne Rißfestigkeit verlangt wird.
Die Aufgabe der Erfindung liegt deshalb in der Bereitstellung
eines solchen Legierungsmaterials, das unter den vorstehend
dargestellten Extrembedingungen gute technische Resultate unter
den verschiedenen Aspekten der Anwendungen ergibt.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die Legierung
gemäß Hauptanspruch.
Bevorzugte Anwendungsformen sind aus den Unteransprüchen
ersichtlich.
Im Fall einer Legierung aus einer Hartphase und einer Ver
bindungsphase (Matrix) werden lokale Zellen zwischen der Hartphase
als Kathode und der Verbindungsphase
als Anode gebildet, wobei die Matrix zuerst korrodiert.
Bei Legierungen aus Hartphase und Verbindungsphase sind Zusammen
setzungen aufgefunden worden, die einen äußerst hohen Korrosions
widerstand aufweisen. Es werden verschiedene Legierungselemente
der Matrix zugesetzt; das Potential der Matrixphase
wird damit erhöht; dadurch wird das Korrosionspotential zwischen
Matrix und Hartkörnern ausgeglichen.
In der praktischen Anwendung bietet die erfindungsgemäße, aus
gesintertem Pulver bestehende Legierung gegenüber korrosiven
Gasen, beispielsweise Fluorgas, SO₂-Gas und NOx-Gas, hohen
Korrosionswiderstand.
Will man ein zusammengesetztes Material für die Formung von
Plastikmaterialien, keramischen Stoffen u. dgl. mit aus
gezeichneten Korrosions- und Abriebeigenschaften herstellen, so
wird die Innenfläche eines Zylinders oder die Außenfläche einer
Schraube (Schnecke) durch heißisostatische Druckbehandlung
(HIP) mit einer Schicht aus einer verschleißbeständigen ge
sinterten Pulverlegierung beschichtet, welche 15 bis 95% einer
Hartphase mit weniger als 5 µm Korngröße aus einer M₃B₂-Phasen
struktur innerhalb der Matrix aufweist; M hat dabei die Bedeutung
von Ni oder Co, und dazu Cr und Mo oder W; die Legierung enthält
0,5 bis 6,0% B, 14,0 bis 30% Cr, 14,0 bis 35,0% Mo allein oder
in Verbindung mit W, bis zu 3,5% Si, bis zu 5,0% Fe, 4,0 bis
20% einer oder mehrerer der Bestandteile Cu, Ag, Au und Pt,
während der Rest aus einem oder mehreren der Metalle Ni und Co
einschließlich unvermeidbare Verunreinigungen und die Matrix aus
einem Material mit edlem Korrosionspotential besteht.
Falls der gesamte Zylinder aus dieser Legierung bestehen würde,
würden sich die folgenden Punkte ergeben:
- a) Da der Innendruck des Zylinders beim Injektionsverfahren zu gewissen Zeitpunkten Werte im Bereich von 20×10⁷ Pa erreicht, kann es ggfs. vorkommen, daß die Festigkeit unzureichend ist.
- b) Da die Dicke des Zylinders demzufolge erhöht werden muß, ergibt sich bei einem Zylinder mit dem Innendurchmesser von 30 mm ein Außendurchmesser von etwa 90 mm; das wäre äußerst aufwendig.
- c) Da die Festigkeit der Legierung sehr hoch ist, können Probleme auftauchen bei der Bearbeitung der Außenflächen.
Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, einen hochfesten oder wärme
festen Stahl, beispielsweise SCM 440, SNCM 439, SUS 304, SUS
316 usw. als Grundmaterial für den Zylinderkörper zu verwenden
und eine Schicht aus korrosionsbeständiger und verschleißbeständiger
Legierung auf die Innenoberfläche aufzubringen.
Da die erfindungsgemäße Legierung aus gesintertem Pulver eine hohe
Verschleißbeständigkeit und einen hohen Korrosionswiderstand besitzt,
kann sie für verschiedene Anwendungszwecke eingesetzt werden, bei denen
sowohl hoher Abrieb- als auch Korrosionswiderstand erforderlich
ist. Derartige Legierungen sind insbesondere für mechanische
Teile, wie Zylinder oder Schrauben von Extrusionsformmaschinen,
oder als Werkzeugmaterialien geeignet.
Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die
Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:
Fig. 1a bis 1c verschiedene Darstellungen zu Sinter
vorgängen (FM1 und FM2 bezeichnen Legierungen);
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Doppel
zylinders zur Verwendung bei einer zusammengesetzten
Injektionsformmaschine, wobei
dieser Zylinder an der Innenseite mit einer
Legierung gemäß der Erfindung beschichtet ist.
FM1 und FM2 gemäß Fig. 1 sind Beispiele von zwei
Ausgangslegierungen; dabei FM1 enthaltend Cr, Mo, B, Si,
Cu und Ni; FM2 desgleichen, jedoch ohne Cr und B. Fig. 1
zeigt die Phasenbildung.
Im folgenden sollen die Gründe zur Festlegung der chemischen
Zusammensetzungen der Erfindung erläutert werden. Die Bestandteile
der Zusammensetzung werden dabei auf Gewichtsbasis
in bezug auf die Gesamtlegierung angegeben.
Si hat die Wirkung der Erzeugung einer dichten SiO₂-
Schicht auf der Oberfläche der Legierung, wodurch adhäsive
Abnutzung verhindert wird. Gleichzeitig wird dabei
die Fluidität der geschmolzenen Legierung erhöht,
während der betreffende Bestandteil zusätzlich als De
oxidationsmittel wirkt. Falls der Gehalt den Wert 3,5% über
schreitet, werden jedoch Silicide gebildet, wodurch sich
nachteilige Effekte in bezug auf die Festigkeit ergeben.
Die Gesamtmenge von Silicium sollte demzufolge maximal
3,5% betragen.
B ist ein Element, welches mit Ni, Cr, Mo, W und Co harte
Boride bildet, wodurch eine Verbesserung der Verschleiß
beständigkeit zustande kommt. Dabei sollte der Gehalt an B
mehr als 0,5% sein, um den gewünschten Effekt wirksam
zu erhalten. Falls jedoch der Gehalt 6,0% überschreitet,
ergibt sich eine Reduzierung der Festigkeit der Legierung. Bei
Überschreitung des Wertes 9,0% wird die Festigkeit so
reduziert, daß das Material nicht als Werkzeug eingesetzt
werden kann. In Verbindung mit Plastikformmaschinen u. dgl.
sollte demzufolge der Gehalt an B vorzugsweise innerhalb
des Bereiches von 0,5 bis 9,0% liegen.
Cr hat die Wirkung einer Pasivierung der Legierung und
der Erhöhung des Korrosionswiderstandes gegenüber
oxidierender Atmosphäre, wie Salpetersäure. Da der kritische
Wert für die Passivierung größer als 14,0% ist, sollten
wenigstens 14,0% Chrom vorhanden sein. Zusätzlich
hat Cr die Wirkung der Erzeugung harter Boride in Verbindung
mit B, wodurch eine Verbesserung der Verschleißbeständigkeit
zustande kommt. Falls jedoch der Gehlat 35,0% überschreitet,
wird der Korrosionswiderstand gegenüber
reduzierender Atmosphäre, wie Fluorwasserstoffsäure, vermindert.
Demzufolge sollte der Gehalt an Chrom innerhalb des Bereiches
zwischen 14,0 und 35,0%, vorzugsweise zwischen
14,0 und 30,0% liegen.
Im Fall einer Verbesserung des Korrosionswiderstandes gegenüber
Halogengasen, beispielsweise Fluorgas, oder SOx-Gasen,
wie SO₂, kann die obere Grenze 24% sein. In
bezug auf die NOx-Gase ist es jedoch notwendig, mehr als
24% einzusetzen, um Korrosionswiderstand gegenüber
oxidierender Atmosphäre, wie Salpetersäure, zu verbessern.
Mo hat die Wirkung einer Erhöhung des Korrosions
widerstandes gegenüber reduzierender Atmosphäre, wie Fluor
wasserstoffsäure. Demzufolge sind mehr als 14,0% Mo notwendig,
um den Korrosionswiderstand gegenüber kleinen
Rissen zu verbessern. Zusätzlich hat Mo wie Cr die Wirkung,
in Verbindung mit B harte Boride zu bilden, wodurch
eine Verbesserung der Verschleißbeständigkeit zustande kommt.
Da jedoch die Härte der Legierung bei zu großen Mengen
reduziert wird, erweist es sich als nicht wünschenswert, den
Wert von 50,0% zu überschreiten. Im Fall einer Verbindung
mit Stahl und Eisenmaterialien sollte die Menge an
Mo vorzugsweise nicht 35,0% überschreiten, da ansonsten
unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zustande
kommen. Demzufolge sollte die Menge von Mo im Bereich
zwischen 14,0 und 50,0%, vorzugsweise 14,0 und 35,0%,
liegen.
W hat ähnlich wie Mo die Wirkung einer Erhöhung des Korro
sionswiderstandes innerhalb einer reduzierenden Atmosphäre, wie
Fluorwasserstoffsäure, wobei dieses Material teilweise oder
ganz Mo ersetzen kann. Auch in diesem Fall sollte der Gehalt
an Mo bzw. der Gesamtgehalt an Mo und W innerhalb
des angegebenen Bereiches liegen.
Diese Metalle und Edelmetalle werden im festen Zustand in der Matrix
gelöst, wodurch sie zu einer erheblichen Verbesserung des
Korrosionswiderstandes beitragen.
Im Fall einer Dispersion von Keramikteilchen, beispielsweise
Boriden, wie CrB, innerhalb der Matrix bildet die
Matrix mit ihrem Korrosionspotential die Anode,
während die keramischen Teilchen bei edlerem Korro
sionspotential die Kathode bilden. Auf diese Weise entsteht
eine lokale Zelle, bei welcher die Matrix zuerst
korrodiert. Im Fall einer Dispersion der zweiten Phase,
wie Keramikteilchen, muß das Potential der Matrix edel
sein, um den Korrosionswiderstand zu verbessern.
Es ist gefunden worden, daß Cu, Ag, Au und Pt wirksam
das edle Matrixpotential herstellen können, wodurch der
Korrosionswiderstand verbessert wird.
Es ist festgestellt
worden, daß innerhalb des Bereiches von 4,0 bis 20,0% der
thermische Ausdehnungskoeffizient der Legierung invers zu
nimmt und gleichzeitig die Rißfestigkeit verbessert wird.
Aus diesem Grund ist ein derartiges Material insbesondere
als Beschichtungsmaterial für zusammengesetzte Bauteile
geeignet. Die thermische Ausdehnung findet statt
durch Erhöhung der Oszillationen zwischen
den Kristallgittern mit zunehmender Temperatur.
Aus der Sicht der Elektronentheorie werden
die Gitterschwingungen und der thermische Ausdehnungs
koeffizient kleiner, sobald die Bindungskräfte zwischen
den Atomen des Kristallgitters zunehmen. Die Gitterschwingungen
und der thermische Ausdehnungskoeffizient werden jedoch
größer, sobald die Bindungskräfte zwischen den Atomen
geringer werden. Bei einer Legierung gemäß der Erfindung
bewirken die zusätzlichen Elemente Cr, Mo, W, Si und Co
eine Reduzierung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der Matrix, da die Bindungskräfte zwischen diesen
Atomen groß sind. Da jedoch Cu die Bindungskraft gegenüber
Ni reduziert, werden die Gitterschwingungen
vergrößert, so daß auf diese Weise der thermische
Ausdehnungskoeffizient der Matrix ebenfalls vergrößert
wird. Aus metallographischer Sicht hat Kupfer hingegen
eine Clustertendenz innerhalb eines engen Bereiches, wodurch
der thermische Ausdehnungskoeffizient vergrößert
wird. Bei der Legierung gemäß der Erfindung soll
demzufolge der thermische Ausdehnungskoeffizient einen
Wert von 12 bis 14,5×10-6 K-1 aufweisen, welcher
dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von
Baustahl in der Größenordnung von 14×10-6 K-1
im Bereich zwischen 25 und 600°C ähnlich ist. Ein derartiger
Wert läßt sich dabei durch Zusatz von Cu bis zu 20%
erreichen. Falls mehr als diese Menge zugesetzt wird,
wird die Legierung weich und besitzt einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten, welcher größer als der
von Baustahl ist; das führt im Fall einer Beschichtung
nach dem HIP-Verfahren zu bleibenden Spannungen
und damit tendenziell zu Rißbildungen. Aus den
genannten Gründen können einer oder mehrere der Bestandteile
Cu, Ag, Au, Pt innerhalb des Bereiches von 4,0 bis
20,0% zugesetzt werden, um den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zu erhöhen, wodurch die
Festigkeit gegenüber Rißbildung verbessert wird.
Fe hat die Wirkung einer Verbesserung des Korrosions
widerstandes gegenüber reduzierender Atmosphäre, wie
Salzsäure; es zeigt jedoch keine anderen Wirkungen zur
Verbesserung der Eigenschaften der betreffenden Legierung.
Bei der Erfindung ist Fe als unvermeidbarer
Bestandteil vom Schmelzvorgang der Legierung anzusehen,
da B vorzugsweise als Legierung FeB zugesetzt wird.
Eine derartige Legierung ist kostengünstiger als
metallisches Bor, das allerdings ebenfalls zugesetzt werden kann.
Fe verschlechtert aber den Korrosionswiderstand gegenüber
Salzsäure und oxidierender Salpetersäure,
falls mehr als 5,0% zugesetzt werden;
die zugesetzte Menge von Fe soll also innerhalb des Bereiches von
0 bis 5,0% bleiben.
Ni ist ein Element zur Verbesserung des Korrosionswiderstandes,
insbesondere gegenüber Halogenen, so daß Ni als
Ausgleichselement verwendet wird. Da der Austausch von
Ni gegen Co eine Verbesserung des Korrosionswiderstandes gegenüber
SO₂-Gasen ergibt, kann bis zu 95% Nickel durch
Co ersetzt werden. Die Substitution der Gesamtmenge Ni durch
Co erscheint jedoch nicht vorteilhaft, da der Korrosions
widerstand gegenüber Halogenen auf diese Weise ver
schlechtert wird. Im Fall einer Legierung mit einer Zu
sammensetzung gemäß der Erfindung ist es demzufolge not
wendig, daß die Hartphase aus einer M₃B₂-Phasenstruktur
besteht, welche innerhalb des Bereiches zwischen 15 und
95% liegt. Falls die Hartphase weniger als 15% beträgt,
ist die Verschleißbeständigkeit nicht ausreichend. Falls jedoch
der Wert von 95% überschritten wird, wird der Weibull-
Koeffizient auf weniger als 7 reduziert, wodurch die Sprö
digkeit erhöht wird. Demzufolge sollten beide Grenzwerte
nicht überschritten werden.
Bei der praktischen Ausführung werden
verschiedene Legierungen hergestellt, indem
CrB unter heiß-isostatischem Druck (HIP) zu einer Ni-
(Co)-Mo-(W)-Si-(Cu-Pt-Au-Ag)-Feinpulverlegierung gesintert
wird. Es folgen Tests auf Härte und Korrosionswiderstand.
Die erfindungsgemäßen Legierungen mit den jeweiligen chemischen
Zusammensetzungen werden zu pulvergesinterten Legierungen
verarbeitet nach dem HIP-Verfahren, d. h. unter
heiß-isostatischem Druck. Dieses Herstellungsverfahren
ist dabei einfacher als im Fall eines
Sprühverfahrens in Atmosphäre, bei welchem eine gute
Ausführbarkeit wegen Verarbeitungsbeschränkungen, beispielsweise
der Oxidation der Legierungszusammensetzung, insbesondere
im Hinblick auf Mo, nicht gegeben ist.
Insbesondere bei Legierungen mit 20 bis 35% Mo sollte
demzufolge das folgende Verfahren angewendet werden:
Die Gleichgewichtszusammensetzung der Boride (Atom-%),
mit den gewünschten physikalischen
Werten ist dabei (Ni0,09Cr0,32Mo0,59)₃B₂. Falls der Mo-
Gehalt bei gleichzeitigem Vorhandensein von Cr und B hoch
ist, wird die Viskosität der geschmolzenen Legierung erhöht,
während die Zerstäubung schwierig wird. Mit einer Ni-Mo-
Si-Cu-Ausgangslegierung, in welcher Cr und B nicht vorhanden
sind, kann jedoch eine Zerstäubung leicht durchgeführt
werden, selbst wenn Mo vorhanden ist. Es wird demzufolge
eine Ausgangslegierung aus 1,2 bis 4,9% Si, 23,4 bis
49,3% Mo, bis 5,6% Cu und Rest Ni zuerst durch
ein Gaszerstäubungsverfahren hergestellt. Dieser Ausgangs
legierung werden dann entsprechende Mengen von Cr und B
bzw. Chromborid wie CrB bzw. CrB und Cr₂B zugesetzt
und anschließend auf eine geeignete Temperatur erhitzt.
Dabei werden die Cr-, B- und/oder CrB-Teilchen an der Oberfläche
des Pulvers der Ausgangslegierung zersetzt, während
gleichzeitig der Sintervorgang durchgeführt wird, wobei
Cr und B in das Pulver der Ausgangslegierung eindiffundiert
werden, so daß auf diese Weise eine feine Borid
gleichgewichtsphase M₃B₂ zustande kommt und die gesinterte
Legierung die gewünschte Feinstruktur erhält. Die
auf diese Weise hergestellte Legierung kann dabei als
Zylindermaterial für Injektionsspritzmaschinen und Ex
trusionsformmaschinen für Plastik- und Keramikmaterialien
verwendet werden.
Zur Erzielung der gesinterten pulverförmigen Legierung
muß die Zusammensetzung der Ausgangslegierung genau ein
gestellt werden. Die Temperatur der Sinterreaktion muß
auf einen derartig hohen Wert gelegt werden, daß Cr und
Bor in ausreichendem Maße in die Ausgangslegierung ein
diffundiert werden. Das Verfahren des Zusatzes von CrB
zu einer Ausgangslegierung mit hohem Mo-Gehalt kann nicht
nur bei Nickellegierungen, sondern auch bei Legierungen
zur Bildung von M₃B₂-Phasen mit Eisen- oder Cobalt-Basis
verwendet werden, wobei M den Stoffen Ni, Co, Fe, Cr, Mo
oder W entspricht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels
näher erläutert.
Tabelle: "Bal" heißt Balance, also Rest.
Es wurden Legierungen mit chemischen Zusammensetzungen
entsprechend der folgenden Tabelle 1 hergestellt, wobei
CrB einer pulverisierten Legierung aus Ni-Mo-Si-Cu
zugefügt wurde; im HIP-Verfahren folgte dann ein Reaktions
sintervorgang in bekannter Art; Ergebnis: vgl. die Zusammen
setzungen gemäß Tabelle 1.
Bei diesen Proben wurde die Härte gemessen und ein Korro
sionswiderstandstest in bekannter Art durchgeführt. Es
wurden fernerhin die Werte des thermischen Ausdehnungs
koeffizienten ermittelt; Resultate: vgl. Tabelle 2.
Anhand von Tabelle 2 ergibt sich, daß die Legierungen 2
und 3 gemäß der Erfindung einen großen thermischen Aus
dehnungskoeffizienten aufweisen, wobei die Werte im Bereich
zwischen 12,0 und 14,5×10-6 K-1 liegen. Der
Korrosionswiderstand ist zufriedenstellen. Der thermische
Ausdehnungskoeffizient ist bei der Vergleichslegierung 5
sehr stark erhöht. Mit zunehmenden Mengen von Cu nimmt
tendenziell die Härte ab.
In der praktischen Anwendung wurde ein Zweischaftzylinder
für eine Injektionsspritzmaschine entsprechend Fig. 2
hergestellt, wobei eine Legierung gemäß der Erfindung als
Innenbeschichtung aufgebracht war. Selbst bei einem
thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 12×10-6 K-1
konnte dabei ein Innendurchmesser bis zu 60 mm erfaßt
werden. Der betreffende Zylinder besteht dabei aus
mechanischem Strukturstahl SCM 440; er ist mit einer
Innenbeschichtung 2 aus einer Legierung gemäß der Erfindung
versehen. Der Zylinder 1 weist fernerhin einen Flansch 3
sowie Bohrungen 4a, 4b zur Wasserkühlung und Bohrungen 5a,
5b für das Hindurchführen von Befestigungsbolzen auf. Bei einer
Injektionsspritzmaschine werden etwa 6 bis 10 derartige
Zylinder zusammengesetzt, um auf diese Weise einen langen
Schaftzylinder zu bilden.
Bei einem größeren Zylinder mit Innendurchmesser von mehr
als 60 mm und bei einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der Beschichtungslegierung von weniger als 12×10-6 K-1
sind bisher Probleme aufgetreten, weil nämlich während des
Abkühlvorgangs bei der Herstellung aufgrund auftretender
elektrischer Spannungen an der Innenoberfläche wegen unter
schiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten zwischen
Zylinder und Innenbeschichtung Risse auftreten. Selbst bei
einer Auslegung des Zylinders derart, daß das Auftreten von
Rissen bis zum Sintervorgang unterdrückt werden kann,
ergeben sich Risse bei der Herstellung einer Trichteröffnung
im Bereich der Einführöffnung durch den
Fräser.
Erfindungsgemäß hat sich dagegen bei der Herstellung
eines Zylinders großer Abmessungen mit einem Innendurchmesser
von mehr als 60 mm gezeigt, daß bei Verwendung
dieser Legierung mit einem thermischen Ausdehnungs
koeffizienten zwischen 12,0 und 14,5×10-6 K-1 als
Innenbeschichtung derartige Schwierigkeiten überwunden
sind.
Claims (3)
1. Pulvergesinterte Hartlegierung mit einem thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zwischen 12 und 14,5×10-6 K-1
mit 15 bis 95% einer harten Phase, bestehend aus einer
M₃B₂-Phasenstruktur, wobei M Ni ist, welches teilweise
durch Co ersetzt sein kann, und dazu Cr und Mo oder W,
in der Matrix, und wobei die Hartlegierung (aufs Gewicht
bezogen) besteht aus:
0,5 bis 9,0% B,
14,0 bis 35,0% Cr,
14,0 bis 50,0% Mo und/oder W,
bis zu 3,5% Si,
bis zu 5,0% Fe,
<4,0 bis 20% Cu und/oder Ag und/oder Au und/oder Pt, Rest Ni und/oder Co einschließlich unvermeidbare Verunreinigungen.
0,5 bis 9,0% B,
14,0 bis 35,0% Cr,
14,0 bis 50,0% Mo und/oder W,
bis zu 3,5% Si,
bis zu 5,0% Fe,
<4,0 bis 20% Cu und/oder Ag und/oder Au und/oder Pt, Rest Ni und/oder Co einschließlich unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Verwendung der Legierung nach Anspruch 1 als Beschichtung
auf Stahloberflächen, mit der Maßgabe, daß
die Hartphase weniger als 5 µm Korngröße hat und die
Legierung (auf Gewichtsbasis) besteht aus:
0,5 bis 6,0% B,
14,0 bis 30,0% Cr,
14,0 bis 35,0% Mo allein oder in Kombination mit W,
bis zu 3,5% Si,
bis zu 5,0% Fe,
<4,0 bis 20% Cu und/oder Ag und/oder Au und/oder Pt, Rest Ni und/oder Co einschließlich unvermeidbare Verunreinigungen.
0,5 bis 6,0% B,
14,0 bis 30,0% Cr,
14,0 bis 35,0% Mo allein oder in Kombination mit W,
bis zu 3,5% Si,
bis zu 5,0% Fe,
<4,0 bis 20% Cu und/oder Ag und/oder Au und/oder Pt, Rest Ni und/oder Co einschließlich unvermeidbare Verunreinigungen.
3. Verwendung nach Anspruch 2 als Beschichtung für Zylinder,
Schrauben, Werkzeugmaterialien aus Stahl bei Spritz- und
Extrusionsformmaschinen für Plastik- oder Keramikmaterialien.
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JP62302498A JPH0772316B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | So▲下2▼ガスに対する耐食性に優れた耐摩耗合金とその製造方法 |
JP32821287A JPH01168835A (ja) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | 特にノックスガスに対する耐食性に優れた耐摩耗合金 |
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DE3238555A1 (de) * | 1981-10-19 | 1983-05-11 | Toyo Kohan Co., Ltd., Tokyo | Sinterhartlegierung |
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-
1988
- 1988-09-29 DE DE3844941A patent/DE3844941C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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