Die Erfindung betrifft die Herstellung verschleißbeständiger Werkstoffe, die durch Sintern
und/oder Heißpressen eines vorlegierten Pulvers entstehen. Die Verschleißbeständigkeit
dieser PM-Hartlegierungen beruht auf der Bildung von Hartphasen wie Karbiden und
Boriden in einer hochfesten metallischen Grundmasse. Die Grundmasse besteht aus
einer Nickel-, Kobalt- oder Eisenbasislegierung
und wird durch Mischkristall- und Ausscheidungshärtung oder im Falle der Eisen
basislegierung auch durch eine martensitische Umwandlung verfestigt.The invention relates to the production of wear-resistant materials by sintering
and / or hot pressing a pre-alloyed powder. The wear resistance
This PM hard alloy is based on the formation of hard phases such as carbides and
Borides in a high-strength metallic base. The basic mass consists of
a nickel, cobalt or iron-based alloy
and is by mixed crystal and precipitation hardening or in the case of iron
base alloy also solidified by a martensitic transformation.
PM-Hartlegierungen werden u. a. für die Herstellung hochbelasteter Kaltarbeitswerkzeuge
zum Schneiden und Umformen verwendet, wie auch für hochverschleißbeständige Bauteile
in der Aufbereitungstechnik. Die DE-OS 38 15 833 nennt zum Stand der Technik
PM-Werkzeugstähle mit Gewichtsanteilen von 2,2 bis 3,5% C, 13 bis 27% Cr, 3 bis 6% V und 0,5 bis 2,5% Mo.
Sie werden durch Verdüsen einer homogenen Schmelze und anschließendes Heiß
kompaktieren hergestellt. Damit wird eine feine Dispersion von Karbiden erreicht, wodurch
sich die mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu gegossenen Hartlegierungen verbessern
lassen.PM hard alloys are u. a. for the production of highly stressed cold work tools
used for cutting and forming, as well as for highly wear-resistant components
in processing technology. DE-OS 38 15 833 refers to the prior art
PM tool steels with proportions by weight of 2.2 to 3.5% C, 13 to 27% Cr, 3 to 6% V and 0.5 to 2.5% Mo.
They are made by atomizing a homogeneous melt and then hot
compact manufactured. This results in a fine dispersion of carbides, whereby
the mechanical properties improve compared to cast hard alloys
to let.
Der Verschleißwiderstand von PM-Hartlegierungen steigt mit dem Volumenanteil der
Hartphasen, der mit dem Gehalt an Kohlenstoff und/oder Bor wächst (Fig. 1). Bei
Überschreitung der eutektischen Zusammensetzung entsteht jedoch mit weiter steigendem
C,B-Gehalt die Neigung zur Ausscheidung grober primärer Hartphasen aus der Schmelze vor
der Verdüsung. Sie können seigern, zur Verstopfung des Gießkanals führen oder die
mechanischen Eigenschaften im Gebrauch beeinträchtigen. Am Beispiel des Systems Fe-NbC
ist das Auftreten einer inhomogenen Schmelze mit primärem NbC in Fig. 2 dargestellt.
Einer Homogenisierung der Schmelze durch Überhitzen sind seitens des Tiegelmaterials
Grenzen gesetzt.The wear resistance of PM hard alloys increases with the volume fraction of the hard phases, which increases with the content of carbon and / or boron ( FIG. 1). If the eutectic composition is exceeded, however, the C, B content increases, with the tendency to remove coarse primary hard phases from the melt before atomization. They can segregate, clog the pouring channel or impair the mechanical properties during use. The occurrence of an inhomogeneous melt with primary NbC is shown in FIG. 2 using the example of the Fe-NbC system. The crucible material places limits on homogenization of the melt by overheating.
In der Reihenfolge der metallischen Hartphasenbildner Cr, Mo, V, Nb, Ti wird das
Eutektikum zu geringerem Hartphasengehalt verschoben, so daß die Neigung zu
inhomogener Schmelze wächst. Aus diesem Grunde enthalten die bekannten
PM-Hartlegierungen zwar hohe Anteile an Cr, Mo und V, aber nur geringe an Nb und Ti. In
der genannten Reihenfolge nimmt jedoch die Reinheit der Hartphasen und ihre Härte zu, so
daß die Erzeugung von PM-Hartlegierungen mit hohem Gehalt an Hartphasen des Niobs und
Titans für den Verschleiß wie auch für den Korrosionswiderstand von Interesse ist. Auch
eine Erhöhung des Gehaltes an Cr, Mo, V-Hartphasen über den bekannten hinaus, eröffnet
Möglichkeiten zu weiterer Steigerung des Verschleißwiderstandes.In the order of the metallic hard phase formers Cr, Mo, V, Nb, Ti that becomes
Eutectic shifted to lower hard phase content, so the tendency to
inhomogeneous melt grows. For this reason, the known ones
PM hard alloys have high proportions of Cr, Mo and V, but only small amounts of Nb and Ti. In
however, the order mentioned increases the purity of the hard phases and their hardness
that the production of PM hard alloys with a high content of hard phases of niobium and
Titanium is of interest for wear as well as for corrosion resistance. Also
an increase in the content of Cr, Mo, V hard phases beyond the known opens
Opportunities to further increase wear resistance.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von PM-
Hartlegierungen mit hohem Gehalt an Hartphasen zu schaffen, bei dem die nachteiligen Folgen einer
inhomogenen Schmelze vermieden werden.The present invention has for its object to provide a process for the production of PM
To create hard alloys with a high content of hard phases, in which the disadvantageous consequences of
inhomogeneous melt can be avoided.
Dazu werden Schmelzen auf Fe-, Ni- oder Co-
Basis mit metallischen Hartphasenbildnern ohne oder mit wenig C und B legiert und verdüst.
Die fehlende Menge an nichtmetallischen Hartphasenbildnern C und B wird anschließend
durch Aufkohlen in kohlenstoffhaltigem Gas oder Borieren in flüssigem oder festem Boriermittel bei erhöhter Temperatur in das Pulver eingebracht oder in
fester Form dem Legierungspulver zugemischt. Beim Sintern und/oder Heißpressen, vorzugsweise im Vakuum, wird
durch Diffusion eine gleichmäßige Verteilung von C und B im Werkstoff erreicht und damit
eine feine Dispersion von Hartphasen.For this purpose, melts on Fe, Ni or Co
Alloyed and atomized with metallic hard phase formers with little or no C and B.
The missing amount of non-metallic hard phase formers C and B then becomes
introduced into the powder by carburizing in carbon-containing gas or boronizing in liquid or solid borating agent at elevated temperature or in
solid form mixed with the alloy powder. During sintering and / or hot pressing, preferably in a vacuum
achieved a uniform distribution of C and B in the material by diffusion and thus
a fine dispersion of hard phases.
Dieses Gefüge ist am Beispiel einer
Eisenbasislegierung mit 18 Gew.-% Nb nach dem Aufkohlen und heißistostatischem Pressen in evakuierter Kapsel des
legierten Pulvers in Fig. 3 wiedergegeben.This structure is shown in FIG. 3 using the example of an iron-based alloy with 18% by weight of Nb after carburizing and hot isostatic pressing in an evacuated capsule of the alloy powder.