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Die Erfindung bezieht sich auf die
Aufdampfungsbeschichtung von Stahl mit hohem Kohlenstoff- und
Chromgehalt mit Titancarbid oder -nitrid.
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Als Mittel zur Verbesserung der Verschleiß-,
Korrosions- und Hitzebeständigkeit eines metallischen
Materials gibt es ein Verfahren zur Aufdampfung von
Titancarbid oder -nitrid. Ein Überzug aus Titancarbid
oder -nitrid hat eine extrem große Härte (TiC: Hv
3300 -4000, TiN: Hv 1900 - 2000), ebenso wie Korrosions- und
Hitzebeständigkeit und wird deshalb insbesonders für
verstärkte Kunststoff-Extruderschrauben, korrosions-,
hitze- und verschleissbeständige Werkzeuge (z.B. Form-
und Führungswalzen, Pulververdichtungsstempel, Werkzeuge
zur Bearbeitung von Kunststoffen), u.ä. verwendet.
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Als Ausgangsmaterial zur Beschichtung mit Titancarbid
oder -nitrid wird ein Material mit einer Festigkeit
ausgewählt, die die Härte der Beschichtung am besten
ausnützen kann. Zur korrosions- und
verschleissbeständigen Verwendung wird insbesonders Stahl mit hohem
Kohlenstoff- und Chromgehalt wie JIS SUS440C verwendet.
Stahl mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt hat eine
ausreichende Festigkeit und Härte, um die vorstehend
erwähnte Beschichtung durchzuführen. Wenn der mit
Titancarbid oder -nitrid beschichtete Stahl mit hohem
Kohlenstoff- und Chromgehalt zur korrosionsbeständigen
Verwendung eingesetzt wird, kann verhindert werden, daß
das beschichtete Werkstück durch Bruch der Beschichtung
als Ergebnis rasch fortschreitender Korrosion einer
gebrochenen Stelle der Beschichtung unbrauchbar wird, da
der Stahl der Beschichtung bezüglich
Korrosionsbeständigkeit nicht sehr unterlegen ist.
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Herkömmliche Materialien, die mit TiC und/oder TiN
beschichtet werden, bereiten jedoch Schwierigkeiten, da
die Beschichtung relativ schnell abblättert oder bricht
und diese sind daher nicht zufriedenstellend.
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Die Erfindung liefert ein Stahlwerkstück, das mit
einer TiC- und/oder TiN-Beschichtung darauf ausgestattet
ist und eine lange Lebensdauer besitzt, selbst bei Stahl
mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt als
Ausgangsmaterial, und eine Vorrichtung zur Herstellung eines
derartigen Stahlwerkstückes, wie in den unabhängigen
Ansprüchen 1 und 3 definiert.
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Diese und andere Ziele, Vorteile, Eigenschaften und
Verwendungen werden durch die Beschreibung mit Bezug auf
die begleitenden Zeichnungen klarer.
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Fig. 1 ist eine 3000fache Vergrößerung einer
Mikrofotografie, die die metallische Struktur des
Querschnittes einer Stelle der Beschichtung eines
korrosions- und verschleissbeständigen Werkstückes gemäß
der Erfindung zeigt; und
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Fig. 2 ist eine ähnliche 1000fache Vergrößerung einer
Mikrofotografie eines Werkstückes, bei dem das
Ausgangsmaterial durch Schmelzen hergestellt wurde
(Vergleichswerkstück)
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Es wird angenommen, daß der Grund für die kurze
Lebensdauer der herkömmlichen Beschichtung die Korngröße
oder die Absonderung von Carbiden im Ausgangsmaterial
ist. Stahl mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt wird
nämlich wie herkömmlicher Stahl im allgemeinen durch ein
Verfahren hergestellt, umfassend: Schmelzen T Gießen T
Walzen (oder Schmieden) und der so hergestellte Stahl
enthält viele sogenannte riesige, eutektische
Carbidkörner, die sich mit derartiger Größe absondern wie man
sie in anderen Stahlsorten nicht findet und die riesigen
Carbidkörner sind eine Eigentümlichkeit in Systemen mit
hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt. Da die riesigen,
eutektischen Carbidkörner härter als die Matrix sind,
wird angenommen, daß bei Polieren des Stahlwerkstückes
die Carbidkörner über die polierte Oberfläche hinausragen
oder daß sich die überstehenden Carbidkörner lösen, wobei
sich Aussparungen in der polierten Oberfläche bilden und
die darauf aufgedampfte Beschichtung besitzt ebenfalls
ausgesparte und hervorstehende Stellen, sodaß
insbesonders die hervorstehenden Stellen Stöße vom
gegenüberliegenden Werkstück empfangen, das mit dem
Stahlwerkstück in Kontakt gebracht wird, wodurch Brüche
entstehen.
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Fig. 2 zeigt ein Beispiel dieses Falles. Fig. 2 ist
eine 1000fache Vergrößerung einer Mikrofotografie eines
Querschnittes einer Stelle der Beschichtung eines
Vergleichswerkstückes mit einer TiC +
TiN-Doppelbeschichtung auf einem 440C-Ausgangsmaterial, hergestellt
durch Schmelzen, wobei das Carbid in dem Ausgangsmaterial
weiß erscheint. Wie aus der Figur zu ersehen ist, ragen
riesige Carbidkörner (ungefähr 10 bis 15 um Durchmesser)
über die Oberfläche hinaus, wodurch die Beschichtung
hochgewölbt wird. Es ist sehr gut möglich, daß die
riesigen Carbidkörner durch den Aufschlag aufgrund des
Zusammenstoßes mit dem gegenüberliegenden Werkstück
zerstört werden. Es ist auch möglich, daß Spannung
aufgrund des Unterschiedes der thermischen
Expansionskoeffizienten zwischen dem Carbid und der Beschichtung an
der hervorstehenden Stelle auf die Beschichtung einwirkt
und Brüche beschleunigt.
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Zur Untersuchung der vorstehend erwähnten Überlegung
wurden verschiedene Prüfungen mit Ausgangsmaterialien
ausgeführt, die durch die folgenden drei Verfahren unter
Verwendung von wasseratomisiertem und gasatomisiertem
Pulver aus Stahl mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt
gewonnen wurden. Das atomisierte Pulver, das durch
schnelle Kühlung verfestigt wurde, enthielt kleine
Carbidkörner mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr
1 bis 2 um und selbst maximal kaum mehr als 3 um. In den
Materialien, die durch Schmelzen Gießen hergestellt
wurden, sind andererseits viele, riesige Carbidkörner mit
einem Durchmesser von 10 bis 30 um vorhanden.
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Die Ausgangsmaterialien für die Prüfungen wurden durch
die vier Verfahren hergestellt: (1) geschmolzenes und
gegossenes Material T Walzen, (2) Pulver T
Pressverdichtung T Sintern T HIP, (3) Pulver T
Kapselverpackung T HIP T Ausziehen (eine Art Schmieden), und
(4) Pulver T Kapselverpackung T glasgeschmierte
Heißextrusion. Die zu prüfenden Ausgangsmaterialien, die
sich durch ihre Carbidkorngröße unterscheiden, wurden
durch die entsprechenden Verfahren hergestellt und mit
Carbid oder Nitrid beschichtet, wodurch Prüfwerkstücke
gewonnen wurden, die untersucht wurden.
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Tabelle 1 zeigt die chemische Zusammensetzung der zu
prüfenden Materialien, alle aus JIS SUS440C.
Tabelle 1
Chemische Zusammensetzung der zu prüfenden Materialien
Verfahren
geschmolzenes und gegossenes Material
Pulver - Sintern - HIP
Pulver - HIP - Walzen
Pulver - Extrusion
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Das Material des Verfahren Nr. 1, nämlich das zu
prüfende Ausgangsmaterial, hergestellt aus einem
geschmolzenen Material, wurde gewonnen durch Walzen eines
Blockes zu einer Rundstange aus Stahl mit 35 mm
Durchmesser, Endbearbeitung der Stahlstange zu 30 mm
Durchmesser und Hitzebehandlung der endbearbeiteten
Stahlstange (1050ºC x 20 min., Ölkühlung T 200ºC x 1 h,
Luftkühlung) und Nachschleifen.
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Das zu prüfende Ausgangsmaterial des Verfahren Nr. 2
wurde gewonnen durch Verdichtung eines wasseratomisierten
Pulvers zu einer Form mit 35 mm Durchmesser und 300 mm
Länge in einer Gummipresse, Sintern des Preßlings 1 h
lang bei 1190ºC, HIP-Behandlung des gesinterten Produktes
1 h lang bei 1150ºC und 1500 atm in Ar und
Hitzebehandlung des so behandelten Materials und Nachschleifen
in gleicher Weise wie in Nr. 1.
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Das zu prüfende Ausgangsmaterial des Verfahren Nr. 3
wurde gewonnen durch Verpacken eines mit Stickstoffgas
atomisierten Pulvers in eine aus dünnem Blech
hergestellte Weicheisenkapsel von 150 mm Durchmesser und
500 mm Länge, die gleiche HIP-Behandlung des verpackten
Pulvers wie in Nr. 2 und Ausziehen (eine Art Schmieden)
des so behandelten Produktes unter Gewinnung einer
Rundstange von 35 mm Durchmesser und gleiche
anschließende Behandlung wie in Nr. 1.
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Das Ausgangsmaterial des Verfahren Nr. 4 wurde
gewonnen durch Verpacken eines mit Stickstoffgas
atomisierten Pulvers in eine aus dünnem Blech
hergestellte Weicheisenkapsel von 150 mm Durchmesser und
600 mm Höhe, Erhitzen des verpackten Pulvers auf 1030ºC,
dann unmittelbare Extrusion der mit dem Pulver gefüllten
Kapsel mit einer 2000 t- Horizontal-Extrusionspresse
unter Gewinnung einer Rundstange mit 35 mm Durchmesser
und gleiche anschließende Behandlung des Extrudats wie in
Nr. 1.
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Jedes der Ausgangsmaterialien wurde gemäß den
vorstehenden Verfahren in großer Anzahl zur Prüfung
hergestellt, wobei ein Teil davon zur Materialprüfung der
Ausgangsmaterialien diente, ein anderer Teil mit einer
ungefähr 3,5 um dicken Beschichtung aus TiC mit dem CVD-
Verfahren zur Verfügung gestellt wurde und der Rest mit
einer Doppelbeschichtung aus TiC + TiN (ungefähr 2,0 +
1,5 um dick) mit dem CVD-Verfahren zur Verfügung gestellt
wurde. Dann wurde die gleiche Hitzeendbehandlung wie für
die zu prüfenden Ausgangsmaterialien ausgeführt, wodurch
Prüfwerkstücke gewonnen wurden.
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Mit jedem wie vorstehend hergestellten Prüfwerkstück
wurden Lebensdauerprüfungen der Beschichtung mit einem
Walzenabnutzungsverfahren unter Verwendung von mindestens
jeweils 10 Werkstücken ausgeführt. Die Prüfergebnisse
werden in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Biegefestigkeit vor der Beschichtung (kgf/mm²)
Herstellungsverfahren für das Ausgangsmaterial
Max. Carbitkorngröße nach Abschrekkung u. Härtung (um)
Art der Beschichtung CVD-Verfahren
Filmdicke der Beschichtung (um)
Walzenabnutzungslebensdauer B&sub1;&sub0;-Lebensdauer
Radialrichtung
Axialrichtung
Schmelzen T Gießen T Walzen (Verfahren nach dem Stand d. Technik)
Pulver (Wasser) T Pressverdichtung T sintern T HIP (Vergleichsverfahren)
Pulver (Gas)
T Kapselverpackung T HIP T Walzen (Vergleichsverfahren)
Pulver (Gas) T Kapselverpackung T Heißextrusion (Verfahren der Erfindung)
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Wie in Tabelle 2 gezeigt, ist der maximale
Carbidkorndurchmesser der zu prüfenden Ausgangsmaterialien 24 um
für Verfahren Nr. 1, wobei das Ausgangsmaterial durch
Schmelzen hergestellt wurde, wogegen der maximale
Carbidkorndurchmesser für Nr. 2 bis 4 mit 6 bis 2 um
extrem klein ist, wobei die Ausgangsmaterialien aus
Pulver hergestellt wurden. Insbesonders wurden im
Ausgangsmaterial von Nr. 4 gemäß des Verfahrens der
Erfindung keine Carbidkörner größer als 3 um beobachtet.
In den Ausgangsmaterialien Nr. 2 und 3 wurden einige
Carbidkörner von 5 bis 6 um Größe beobachtet, die sich
infolge von Wachstum während der HIP-Behandlung bildeten.
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In Bezug auf die Biegefestigkeit der zu prüfenden
Ausgangsmaterialien besitzt das Ausgangsmaterial von
Nr. 4 die höchste, sowohl in Radial- als auch
Axialrichtung, das Ausgangsmaterial von Nr. 3 besitzt die
zweit höchste und die Ausgangsmaterialien von Nr. 1 und
2 besitzen geringe Biegefestigkeit. Man nimmt an, daß die
geringe Biegefestigkeit des Ausgangsmaterials von Nr. 1
(besonders in Radialrichtung) zurückzuführen ist auf die
extrem groben Carbide, verglichen mit den Carbiden der
anderen Ausgangsmaterialien. Da Verfahren Nr. 2 nur
Sintern HIP-Behandlung und nicht Walzen oder Schmieden
umfasst, nimmt man an, daß der Grund für die geringe
Biegefestigkeit des Ausgangsmaterials von Nr. 2 die
geringe Dichte des Ausgangsmaterials von weniger als 100%
ist, aufgrund von Poren (Hohlräumen), die allgemein in
Materialien beobachtet werden, die durch dieses Verfahren
hergestellt werden. Im Fall von Nr. 4 ist die Abwesenheit
der Poren, die in Pulverprodukten leicht gebildet werden,
ebenfalls eine gute Eigenschaft.
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In Bezug auf die Ergebnisse des
Walzenabnutzungsverfahrens der zu prüfenden, beschichteten Werkstücke der
Erfindung zeigte das Werkstück des Verfahren Nr. 4 eine
lange Lebensdauer, ungefähr 3- bis 8mal so hoch wie die
der Werkstücke der anderen Verfahren. Das Werkstück von
Nr. 3 mit maximalem Carbiddurchmesser von 5 um und mit
einer Dichte von ungefähr 100% aufgrund des Walzens nach
der HIP-Behandlung, zeigte eine Lebensdauer von ungefähr
1/3 der Lebensdauer des Werkstückes von Nr. 4. Dies
zeigt, daß der kritische Wert der maximalen
Carbidkorngröße, der zum unterschiedlicher Lebensdauer führt, im
Bereich von 3 bis 5 um liegt.
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Wie vorstehend beschrieben, ergaben die zu prüfenden
Werkstücke mit Carbidkörnern einer Größe über 3 um,
nämlich die Werkstücke der Verfahren Nr. 1 bis 3 keine
zufriedenstellenden Ergebnisse und nur die Werkstücke mit
einem maximalen Carbidkorndurchmesser von nicht mehr als
3 um gemäß des Verfahrens Nr. 4 ergaben
zufriedenstellende Ergebnisse. Es wurde auch bestätigt, daß nur
Verfahren Nr. 4, umfassend die Verpackung des Pulvers in
eine Kapsel, gefolgt von Heißextrusion die
Aufrechterhaltung des Carbidkorndurchmessers ermöglicht. Wenn
nämlich ein Pulver und ein anderes Verfahren außer Nr. 4
zur Aufrechterhaltung eines kleinen
Carbidkorndurchmessers durch Hemmung der Aggregation oder des
Wachstums der Carbidkörner verwendet wird, ist die
Verringerung einer thermischen Anwendungseigenschaft
unvermeidlich. In diesem Fall ist es unmöglich, 100%
Dichte zu erhalten und die Materialfestigkeit wird
gering, wodurch das gewonnene Material zur Verwendung als
Ausgangsmaterial ungeeignet ist.
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Fig. 1 zeigt eine 3000fache Vergrößerung eines
Querschnittes der Beschichtung des doppelbeschichteten
Werkstückes, gewonnen nach Verfahren Nr. 4 gemäß des
Verfahrens der Erfindung. In dem Teil des
Ausgangsmaterial wurden keine Carbidkörner über 3 um Größe
beobachtet und die Beschichtung ist extrem glatt. Die
Oberfläche des doppelbeschichteten Werkstückes besitzt
keine ausgesparten oder hervorstehenden Stellen, aufgrund
von riesigen Carbidkörnern, die man in der Beschichtung
der Ausgangsmaterialien aus herkömmlichen Materialien der
vorstehenden Fig. 2 sehen kann.
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Wie vorstehend beschrieben, wurde zur Ablagerung eines
zufriedenstellenden Titancarbid- oder Titannitridfilmes
auf Stahl mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt durch
Aufdampfung festgestellt, daß der maximale Durchmesser
von Chromcarbidkörnern im Ausgangsmaterial nicht größer
als 3 um sein sollte. Es wurde auch festgestellt, daß zur
Gewinnung eines derartigen Ausgangsmaterials die
Verpackung eines atomisierten Pulvers in einer Kapsel und
die glasgeschmierte Heißextrusion der pulvergefüllten
Kapsel äußerst geeignet ist. Die Erfindung wurde aufgrund
dieser Feststellungen ausgeführt.
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Tabelle 3 zeigt Beispiele von chemischen
Zusammensetzungen.
Tabelle 3 Beispiele von chemischen Zusammensetzungen
Beispiel 1
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Ein -35 mesh-Anteil (ungefähr 500 um oder weniger)
eines gasatomisierten Pulvers von Zusammensetzung Nr. 3
(entsprechend SUS440C) aus Tabelle 3 wurde in einer aus
dünnem Blech hergestellten Weichstahlkapsel verpackt, um
einen Barren mit 205 mm Durchmesser und 600 mm Länge
herzustellen. Der Barren wurde auf 1030ºC erhitzt und
dann mit einer 2000 t-Extrusionspresse bei einem
Extrusionsdruck von 150 kgf/mm² unter Herstellung eines
Stangenwerkstückes mit 65 mm Durchmesser extrudiert. Das
Stangenwerkstück wurde bearbeitet, von 1050ºC
abgeschreckt und bei 200ºC gehärtet. Das so behandelte
Stangenwerkstück wurde poliert, mit TiC durch CVD
beschichtet und unter Herstellung einer Walze einer
weiteren, ähnlichen Hitzebehandlung unterworfen. Bei
Verwendung der so gewonnenen Walze als Führungsrolle für
einen Walzdraht, besaß die Walze eine Lebensdauer von
ungefähr 2000 h. Andererseits zeigte eine Walze, die
ähnlich aus einem herkömmlichen Material, gewonnen durch
Schmelzen, hergestellt wurde, Abblätterung der
Beschichtung nach ungefähr 1000 h bei Verwendung als
Führungswalze. So zeigte das gemäß der Erfindung
gewonnene Werkstück eine ungefähr zweifach verbesserte
Lebensdauer, verglichen mit der Lebensdauer des
entsprechenden Werkstückes nach dem Stand der Technik.
Beispiel 2
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Ein gasatomisiertes Pulver der Zusammensetzung Nr. 4
aus Tabelle 3 wurde verwendet, um den gleichen Typ eines
Walzenwerkstückes wie in Beispiel 1 in gleicher Weise wie
in Beispiel 1 herzustellen. Bei Einsatz des
Walzenwerkstückes zur praktischen Betriebsprüfung besaß
das Walzenwerkstück eine Lebensdauer von 2500 h, ungefähr
die 2,5fache Lebensdauer des herkömmlichen
Walzenwerkstückes, hergestellt aus einem geschmolzenen
Material. Man nimmt an, daß diese Verbesserung der
Lebensdauer an der verbesserten Haftung zwischen der
Beschichtung und dem Ausgangsmaterial liegt, aufgrund der
extrem großen Härte des Ausgangsmaterials, HRC 63, (im
Fall von Beispiel 1, HRC 59) als Ergebnis des höheren C-,
Cr- und Mo-Gehaltes der Zusammensetzung, verglichen mit
SUS440C.
Beispiel 3
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Ein gasatomisiertes Pulver der Zusammensetzung Nr. 10
aus Tabelle 3 wurde verwendet, um ein Stangenwerkstück
mit 80 mm Durchmesser in gleicher Weise wie in Beispiel 1
herzustellen. Das Stangenwerkstück wurde bearbeitet, um
eine Extruderschraube für verstärkten Kunststoff mit
hohem Kieselsäuregehalt herzustellen. Die Schraube wurde
mit TiC mit einer Dicke von 3,5 bis 4,0 um beschichtet,
von 1070ºC abgeschreckt und bei 250ºC gehärtet und
endpoliert, wodurch ein Produkt für die praktische
Betriebsprüfung gewonnen wurde. Die Lebensdauer der
Schraube nach Prüfung war 1,8fach so hoch wie die
Lebensdauer einer Schraube, hergestellt aus einem
geschmolzenen SUS440C-Material durch vorbestimmte
Hitzebehandlung und die vorstehend erwähnte TiC-
Beschichtungsbehandlung und war 1,5fach so hoch wie die
Lebensdauer einer Schraube, gebildet aus Ferrotic, das
häufig für derartige Schrauben verwendet wird. Bei allen
drei Extruderschrauben bestand das Ende der Lebensdauer
darin, daß sich der Extrusionsdruck verringerte als
Ergebnis des Verschleißes der Schraube. Man nimmt an, daß
die erhöhte Lebensdauer der Schraube dieses Beispiels,
verglichen mit der Lebensdauer der Schraube, hergestellt
aus dem geschmolzenen SUS440C-Material daran liegt, daß
die Haftung der Beschichtung und die Unebenheit der
Oberfläche verbessert wurde.
Beispiel 4
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Ein gasatomisiertes Pulver der Zusammensetzung Nr. 7
aus Tabelle 3 wurde verwendet, um ein Gießteil (Gußform)
einer Formvorrichtung für verstärkten Kunststoff mit
hohem Kieselsäureanteil herzustellen. Die
Herstellungsbedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 3. Nach
der praktischen Betriebsprüfung zeigte das Gießteil eine
ungefähr 2,1fache Lebensdauer der eines Gießteiles,
hergestellt aus einem geschmolzenen SUS440C-Material.
Während die Lebensdauer des aus dem geschmolzenen
Material hergestellten Gießteils durch lokalen,
ungleichmäßigen Verschleiß beendet wurde, wurde die
Lebensdauer des gemäß der Erfindung gewonnenen Gießteils
durch einheitlichen Verschleiß beendet. Man nimmt an, daß
der Unterschied der Lebensdauer zwischen den beiden Arten
von Gießteilen durch verringerte Haftung der Beschichtung
des herkömmlichen Gießteiles entsteht, teilweise aufgrund
der Uneinheitlichkeit der Struktur des Ausgangsmaterials,
hergestellt durch Schmelzen und aufgrund der Verringerung
der Filmdicke an hervorstehenden Stellen der Beschichtung
und durch entstehende Abblätterung während der Verwendung
des herkömmlichen Gießteiles.
Beispiel 5
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Ein gasatomisiertes Pulver der Zusammensetzung Nr. 5
aus Tabelle 3 wurde verwendet, um ein Stangenwerkstück
bei den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1
herzustellen. Das Stangenwerkstück wurde bearbeitet, von
1050ºC abgeschreckt, bei 200ºC gehärtet, dann poliert, mit
TiC + TiN beschichtet und wieder hitzebehandelt und bei
den gleichen vorstehenden Bedingungen poliert, um einen
Hals für eine Bierflaschenverschlußvorrichtung
herzustellen. Bei Einsatz zur praktischen Betriebsprüfung
zeigte der Hals eine längere Lebensdauer von ungefähr 7
Monaten, verglichen mit der Lebensdauer von ungefähr 3
Monaten eines Halses, hergestellt aus geschmolzenem
SUS440C-Material. Die Beschichtung des aus dem
geschmolzenen Material hergestellten Halses blätterte an
vielen Stellen ab, wobei auch Längsrisse an der
Eintrittsstelle (Zugang) des Halses auftraten.
Andererseits zeigte der gemäß der Erfindung hergestellte
Hals einheitlichen Verschleiß, wahrscheinlich weil keine
ausgesparten und hervorstehenden Stellen vorkommen, die
bei Entstehen die Spannung erhöhen würden.
Beispiel 6
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Ein gasatomisiertes Pulver der Zusammensetzung Nr. 2
aus Tabelle 3 wurde verwendet, um ein Stangenwerkstück
bei den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1
herzustellen. Das Stangenwerkstück wurde bearbeitet, von
1130ºC abgeschreckt, bei 200ºC gehärtet, dann poliert, mit
TiC + TiN beschichtet und wieder hitzebehandelt und bei
den gleichen vorstehenden Bedingungen poliert, um eine
Verschlußwalze zur Dosenfertigung herzustellen. Unter
Berücksichtigung der harten Verwendungsbedingungen der
Verschlußwalze und zur Klärung des Unterschiedes zwischen
dem gemäß der Erfindung hergestellten Werkstück und einem
aus einem geschmolzenen Material hergestellten Werkstück
wurden jeweils 12 Walzen aus den beiden Materialien
hergestellt und als Deckelverschlußwalzen für
Getränkedosen verwendet, um eine praktische Betriebsprüfung
durchzuführen. Es wurde festgestellt, daß die gemäß der
Erfindung hergestellten Walzen den Verschluß von ungefähr
1500000 Dosen ermöglichten, wogegen die aus dem
geschmolzenen Material hergestellten Walzen den Verschluß
von ungefähr 800000 Dosen ermöglichten. Von den 12 aus
dem geschmolzenen Material hergestellten Walzen brachen
3 nach Verschluß von jeweils 350000, 480000 und 690000
Dosen. Andererseits brach keine der gemäß der Erfindung
hergestellten Walzen und jede Walze hatte eine
Lebensdauer von mindestens 1200000 Dosen. Eine
Untersuchung der Bruchoberflächen der gebrochenen, aus
dem geschmolzenen Material hergestellten Walzen ergab,
daß der Bruch bei allen 3 gebrochenen Walzen durch grobe
Carbidkörner mit einer Größe von 20 bis 30 um verursacht
wurde. Daneben zeigten 8 der 12 aus dem geschmolzenen
Material hergestellten Walzen teilweise Abblätterung der
Beschichtung und als Ergebnis ergab teilweise Korrosion
des Ausgangsmaterials das Ende der Lebensdauer.
Andererseits zeigten 11 der 12 gemäß der Erfindung
hergestellten Walzen einheitlichen Verschleiß und nur
eine Walze zeigte lokale, narbenartige Abblätterung.
Diese Ergebnisse zeigen die herausragende Festigkeit des
Ausgangsmaterials der gemäß der Erfindung hergestellten
Walzen, ebenso wie überlegene Haftung zwischen dem
Ausgangsmaterial und der Beschichtung.
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Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Erfindung
die Abscheidung eines zufriedenstellenden Films aus TiC
und/oder TiN auf Stahl mit hohem Kohlenstoff- und
Chromgehalt durch Aufdampfung, was bisher nicht erreicht
wurde. Die Erfindung wurde beispielhaft auf Werkstücke
angewendet, die bei extrem harten Bedingungen verwendet
werden, wie verschiedene Werkzeuge zur Dosenfertigung,
Formwerkzeuge für verstärkten Kunststoff, u.ä., wobei es
möglich war, die Verläßlichkeit und die brauchbare
Lebensdauer der Anlage unter Verwendung von Werkstücken
zu erhöhen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung eines korrosions-, hitze- und
verschleißbeständigen Werkstückes, umfassend die Verpackung eines
atomisierten Pulvers aus Stahl mit hohem Kohlenstoff- und
Chromgehalt, enthaltend 0,8 bis 2 Gew.-% C, 0,05 bis 1,00
Gew.-% Si, 0,05 bis 1,00 Gew.-% Mn, 15 bis 25 Gew.-% Cr,
gegebenenfalls 0,05 bis 4,0 Gew.-% mindestens einer der
Atomarten, ausgewählt aus Mo, V, Nb, W und Co und andere
unvermeidliche Verunreinigungen und den Rest aus Eisen,
in eine Kapsel, Erhitzen der mit dem Pulver gefüllten
Kapsel, dann unmittelbare Extrusion der mit dem Pulver
gefüllten Kapsel durch Heißextrusion unter Gewinnung
eines Werkstückes, das keine Carbidkörner größer als 3 um
enthielt, Bearbeitung des Werkstückes, Polieren einer
Oberfläche des Werkstückes und Aufdampfung eines Filmes
aus TiC und/oder TiN auf die polierte Oberfläche und
ferner bezieht sich die Erfindung auf ein korrosions-,
hitze- und verschleißbeständiges Werkstück, hergestellt
durch das Verfahren. Das korrosions-, hitze- und
verschleißbeständige Werkstück gemäß der Erfindung ist
geeignet als Werkstück für Werkzeuge, die bei extrem
harten Bedingungen verwendet werden, wie verschiedene
Werkzeuge zur Dosenfertigung, Formwerkzeuge für
verstärkten Kunststoff, u.ä.