DE4040030A1 - Powder metallurgical cold work steel - useful for processing abrasive and corrosive plastics - Google Patents
Powder metallurgical cold work steel - useful for processing abrasive and corrosive plasticsInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen pulver metallurgischen Kaltarbeitsstahl und seine Herstellung. Dieser pulvermetallurgisch hergestellte Kaltarbeitsstahl zeichnet sich durch eine hohe Verschleiß- und Korro sionsfestigkeit aus.The present invention relates to a powder metallurgical cold work steel and its production. This powder metallurgically produced cold work steel characterized by a high wear and Korro sion strength.
Aus DE-A-23 52 620 und US-A-42 49 945 sind pul vermetallurgisch hergestellte Stähle, die sich durch ihr feines, homogenes Gefüge und den daraus resultierenden Werkstoffeigenschaften auszeichnen, bekannt.From DE-A-23 52 620 and US-A-42 49 945 are pul metallurgically produced steels, which are characterized by their fine, homogeneous texture and the resulting Characterize material properties, known.
Die feinverteilten Metallkarbide verleihen diesem Stahl eine sehr gute Härte und Verschleißfestigkeit.The finely divided metal carbides give this Steel a very good hardness and wear resistance.
In der US-A-42 49 945 ist ein pulvermetallurgi scher Stahl beschrieben, der durch seine feinverteilten Vanadinkarbide besondere Verschleißfestigkeit und Zä higkeit aufweist.In US-A-42 49 945 is a powder metallurgi scher steel described by his finely divided Vanadium carbide special wear resistance and Zä ability.
Die bekannten Legierungen werden jedoch den heu tigen Anforderungen nach guter Verschleißbeständigkeit, gleichzeitiger Wirksamkeit gegen Korrosion bei zusätzli cher, ausreichender Festigkeit nicht mehr gerecht. Eine weitere Grundanforderung ist eine wirtschaftliche Bear beitungsmöglichkeit. Beispielsweise ist aus dem Bereich Kunststoffverarbeitung bekannt, daß zwar die Ver schleißfestigkeit stark verbessert werden konnte, die immer dringender werdenden Korrosionsprobleme jedoch nicht gelöst wurden.However, the known alloys are the hay requirements for good wear resistance, simultaneous effectiveness against corrosion with additional sufficient strength is no longer adequate. A Another basic requirement is an economic bear beitungsmöglichkeit. For example, is out of the field Plastics processing known that although the Ver Abrasion resistance could be greatly improved, the However, more and more urgent corrosion problems were not solved.
Es lag daher dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff vorzuschlagen, der möglichst in idealer Weise allen gestellten Anforderun gen gerecht wird.It was therefore this invention Object of the proposal to propose a material, the ideally in an ideal manner to all requirements is fair.
Diese Aufgabe wird durch den im Patentanspruch 1 definierten, pulvermetallurgischen Kaltarbeitsstahl ge löst. Der erfindungsgemäße pulvermetallurgische Kaltar beitsstahl weist eine Kombination von besonders guter Verschleißfestigkeit und ausgezeichneter Korrosionsbe ständigkeit auf. Die Erfindung stellt somit einen Werk stoff zur Verfügung der beispielsweise für die Kunst stoffverarbeitung, insbesondere für den Bereich gefüll te, stark verschleißende und korrosionswirksame Kunst stoffe geeignet ist.This object is achieved by the in the patent claim 1 defined, powder metallurgical cold work steel ge solves. The inventive powder metallurgical Kaltar Beitsstahl has a combination of very good Wear resistance and excellent corrosion resistance permanence. The invention thus provides a work fabric available for example for the art fabric processing, in particular for the area filled te, highly abrasive and corrosive art substances is suitable.
Für die günstigen Verschleiß- und Korrosions eigenschaften sind mehrere Einflußgrößen verantwort lich. Die der Erfindung zugrundegelegten Analysen sind aus folgenden Überlegungen festgelegt worden.For the favorable wear and corrosion properties are responsible for several factors Lich. The underlying the analysis of the invention has been determined from the following considerations.
Das richtige Verhältnis von Kohlenstoff zu den karbidbildenden Stoffen wie V, Ta, Nb, Cr ergibt einen wirksamen Verschleißschutz.The right ratio of carbon to the Carbide-forming substances such as V, Ta, Nb, Cr gives a effective wear protection.
Bei schmelzmetallurgisch hergestellten Stählen ist ein Anteil von <1,8% C nicht möglich, da es zu grobem und unregelmäßigem Gefüge führt.For steels produced by fusion metallurgy a share of <1.8% C is not possible because it is too coarse and irregular texture leads.
Pulvermetallurgisch läßt sich dies aber her stellen, da während des Verdüsens eine schnelle Er starrung auf kleinstem Volumen stattfindet und dadurch grobe Ausscheidungen verhindert werden.However, powder metallurgy can do this because there is a fast er during the atomization Steadiness on the smallest volume takes place and thereby rough excretions are prevented.
Um einen hohen Anteil an Karbiden zu erhalten, wurde deshalb der Kohlenstoffgehalt auf 2,2-2,5 Gew.-% festgelegt.To get a high amount of carbides, Therefore, the carbon content was 2.2-2.5 wt .-% established.
Der Chromgehalt von 19,5-24,0 Gew.-% wurde ge wählt, um eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu erhalten, und zusätzlich über die Bildung von Chromkarbiden eine hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen.The chromium content of 19.5-24.0 wt .-% was ge chooses to get high corrosion resistance, and additionally on the formation of chromium carbides one to achieve high wear resistance.
Molybdän wurde zugegeben, um die Zugfestigkeit und die Zähigkeitswerte zu verbessern. Gleichzeitig ent stehen Molybdänkarbide, die wiederum die Verschleißfe stigkeit erhöhen. Die Anlaßprödigkeit wird als Neben effekt auch noch vermindert. Molybdenum was added to the tensile strength and toughen the toughness values. Simultaneously ent stand molybdenum carbides, which in turn the Verschleißfe increase their strength. The temper brittleness is called Neben Effect also diminished.
Vanadin ist ein starker Karbidbildner und erhöht wesentlich die Verschleiß- und Zugfestigkeit. Da es aber sehr teuer ist, wurde die der Erfindung zugrunde liegende Legierung mit Ta und Nb (Cb) im Rahmen von 1,6-3,0 Gew.-% ergänzt, um wiederum sehr hohe Verschleiß festigkeit bei hoher Zähigkeit und Korrosionsbeständig keit durch deren Karbide zu erhalten.Vanadin is a strong carbide former and enhances essentially the wear and tear resistance. Because it But very expensive, it was based on the invention lying alloy with Ta and Nb (Cb) in the context of 1.6-3.0 wt .-% complements, in turn, very high levels of wear strength with high toughness and corrosion resistance obtained by their carbides.
Der geringe Anteil an Bor verbessert über Aus scheidungshärtung die Streckgrenze und Festigkeit. Die Verminderung der Korrosionsbeständigkeit wird dabei in Kauf genommen, da der hohe Cr- und V-Anteil dies auf hebt. Zusätzlich wird durch den Boranteil die Durch härtung verbessert, was bei dickwandigen Bauteilen zu geringeren Spannungen führt.The low proportion of boron improves over Aus Hardening the yield strength and strength. The Reduction of corrosion resistance is in Purchase, since the high Cr and V share this on lifts. In addition, by the boron content, the through hardening improves what with thick-walled components too lower voltages leads.
Die Vorteile dieser Legierungszusammensetzung liegen also in der ausgewogenen Zusammenstellung der Elemente, um ein Optimum an Festigkeit und Zähigkeit bei höchster Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit zu er halten.The advantages of this alloy composition lie in the balanced composition of the Elements to provide optimum strength and toughness highest wear and corrosion resistance to it hold.
Ein weiterer Vorteil dieses pulvermetallurgischen Stahles ist die Bearbeitungsmöglichkeit im weichen Zu stand, so daß eine vergleichsweise wirtschaftliche Be arbeitung ermöglicht wird. Die Zerspanung erfolgt übli cherweise bei Brinellhärte <290. Je nach Austenitisie rungsstufe bzw. Anlaßstufe kann die optimale Kombina tion Verschleißfestigkeit/Zähigkeit für den individuel len Einsatz gewählt werden.Another advantage of this powder metallurgical Steel is the machining option in Soft To stood so that a comparatively economical Be work becomes possible. The cutting is done übli probably at Brinell hardness <290. Depending on austenitis level or starting level can be the optimal Kombina Wear resistance / toughness for the individual len use be selected.
Die Herstellung des Stahles erfolgt unter Verwen dung von globularem stickstoffverdüstem Pulver in Korn größenbereichen von 5-1000 µm. Durch die Verdüsung erhält jedes Pulverkorn bereits seine feinverteilte, ho mogene Gefügestruktur. Das Pulver wird in Stahlkapseln gefüllt und gasdicht verschlossen. In der heißisosta tischen Presse (HIP-Anlage) sintern die Pulverkörner in der Kapsel unter hohem Gasdruck und hoher Temperatur zu einem kompakten, homogenen Körper zusammen.The production of the steel is done using formation of globular nitrogen atomized powder in grain size ranges of 5-1000 microns. Through the atomization each powder grain already receives its finely divided, ho mogeneous microstructure. The powder is in steel capsules filled and sealed gas-tight. In the hot isosta Presses (HIP plant) sinter the powder grains in the capsule under high gas pressure and high temperature a compact, homogeneous body together.
Der derartig hergestellte Stahl zeichnet sich durch sein homogenes, seigerungsfreies, porenfreies und sehr feinkörniges Gefüge aus. Als Folge dieser Gefüge struktur besitzt dieser Werkstoff quasi isotrope Eigen schaften.The steel produced in this way stands out by its homogeneous, segregation-free, pore-free and very fine-grained texture. As a result of this structure structure, this material has quasi-isotropic properties companies.
Eine Schmelze von 4 Tonnen wurde verdüst. Danach wurde folgende Kornverteilung ermittelt:A melt of 4 tons was atomized. After that was determined the following particle size distribution:
97,1% <710 µm
80,0% <355 µm
64,0% <212 µm
28,3% <106 µm
0,6% < 45 µm97.1% <710 μm
80.0% <355 μm
64.0% <212 μm
28.3% <106 μm
0.6% <45 μm
Die Analyse des Pulvers betrugThe analysis of the powder was
Derartig hergestelltes Pulver wurde in eine Stahlkapsel mit den Maßen 100/96×1200 mm gefüllt und gerüttelt, bis eine Fülldichte von ca. 69% erreicht wurde. Anschließend wurde die Kapsel durch das Einfüll rohr evakuiert und während des Evakuierens der Einfüll stutzen erhitzt und gasdicht verschlossen. Diese mit dem Pulver gefüllte Stahlkapsel wurde in eine heißisostati sche Presse eingebracht und bei 1140°C während 3 h bei 1000 bar dicht gesintert.Such produced powder was in a Steel capsule with the dimensions 100/96 × 1200 mm filled and shaken until a filling density of about 69% is reached has been. Subsequently, the capsule was replaced by the filling evacuated tube and during evacuation of the filling heated and sealed gas-tight. This with the Powder filled steel capsule was placed in a hot isostati cal press and at 1140 ° C for 3 h at Sintered 1000 bar dense.
Anschließend wurde der Körper bei 900°C während 2 h weichgeglüht und mit max. 15°C/h auf eine Temperatur von 600°C gebracht. Danach erfolgte eine Abkühlung an ruhiger Luft. Hernach erfolgte die Bearbeitung des Roh lings zu einer Schnecke für einen Kunststoffextruder mit anschließendem Härten bei 1100°C und nachfolgendem An lassen bei 190°C. Der praktische Einsatz dieser Schnecke ergab eine wesentliche Standzeitverbesserung im abrasi ven und korrisiven Einsatz gegenüber einem normal ge bräuchlichen Stahl.Subsequently, the body was at 900 ° C during Annealed for 2 h and with max. 15 ° C / h to a temperature brought from 600 ° C. Thereafter, a cooling took place calm air. Afterwards the processing of the raw took place lings to a screw for a plastic extruder with subsequent curing at 1100 ° C and subsequent on leave at 190 ° C. The practical use of this snail resulted in a substantial service life improvement in abrasi ven and corrosive use compared to a normal ge common steel.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH461989A CH680137A5 (en) | 1989-12-22 | 1989-12-22 |
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