DE68919635T2 - Verfahren zur Herstellung einer mittels Nitriddispersion verstärkten Legierung. - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer mittels Nitriddispersion verstärkten Legierung.Info
- Publication number
- DE68919635T2 DE68919635T2 DE68919635T DE68919635T DE68919635T2 DE 68919635 T2 DE68919635 T2 DE 68919635T2 DE 68919635 T DE68919635 T DE 68919635T DE 68919635 T DE68919635 T DE 68919635T DE 68919635 T2 DE68919635 T2 DE 68919635T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- nitrogen
- nitride
- alloy
- donor
- dispersant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims description 25
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 22
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 22
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 81
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 34
- CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynechromium Chemical group [Cr]#N CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 13
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 11
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 11
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 8
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 7
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000566150 Pandion haliaetus Species 0.000 description 5
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005551 mechanical alloying Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001337 iron nitride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910001175 oxide dispersion-strengthened alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- -1 titanium nitride Chemical class 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/40—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
- C23C8/42—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions only one element being applied
- C23C8/48—Nitriding
- C23C8/50—Nitriding of ferrous surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1084—Alloys containing non-metals by mechanical alloying (blending, milling)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/14—Treatment of metallic powder
- B22F1/145—Chemical treatment, e.g. passivation or decarburisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
- C22C1/1042—Alloys containing non-metals starting from a melt by atomising
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
- C22C32/0068—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/123—Spraying molten metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
- C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/60—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
- C23C8/62—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft durch Stickstoff verstärkte Legierungen und deren Herstellung. Die Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung Stickstoff verstärkter Legierungen, wie es in Anspruch 1 beschrieben ist, gerichtet. Darüber hinaus betrifft sie Stahllegierungen nach Anspruch 11. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 bzw. 12 bis 15 dargestellt.
- Vorzugsweise ist der Donor an der Oberfläche der Teilchen oder in diesen Teilchen oder auf der Porenoberfläche in dem Agglomerat verteilt.
- Die Teilchen können einen Nitridbildner wie Titan enthalten, wobei das Erhitzen einen Teil des verfügbaren Stickstoffes dazu veranlassen kann, mit dem Nitridbildner zu reagieren, um eine feine Dispersion des so nitrierten Bildners zu ergeben, beispielsweise Titannitrid.
- Die Teilchen können außerdem ein Dispergiermittel zum Verfestigen der Teilchen enthalten, wobei das Dispergiermittel zum Beispiel ein Nitrid wie Titannitrid oder ein Oxid wie Yttriumoxid sein kann.
- Die Kombination kann durch Bildung des Donors außen um die Teilchen herum oder durch mechanlsches Legieren des Donors in die Teilchen erfolgen. Alternativ dazu können die Metallteilchen in Form eines permeablen Körpers vorliegen, der durch Agglomeration der Teilchen gebildet wird, wobei der Donor im Innern des Körpers an der Oberfläche seiner Poren gebildet werden kann.
- Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Erhitzen während der Heißverfestigung der Teilchen ausgeführt.
- Die Erfindung hat Vorteile bei der Herstellung rostfreier Stähle, beispielsweise austenitischer rostfreier Stähle.
- Der Stickstoffdonor kann ein Metallnitrid, das innerhalb eines Temperaturbereiches von 500 ºC bis 1300 ºC dissoziiert, umfassen. Der bevorzugte Stickstoffdonor ist ein Chromnitrid wie z.B. CrN und/oder Cr&sub2;N, obwohl andere Nitride wie z.B. Eisennitride ebenfalls geeignet sein können.
- Typischerweise kann die Mischung auf eine Temperatur oberhalb von 1000 ºC erhitzt werden, um die Dissoziation des Stickstoffdonors wie z.B. Chromnitrid zu bewirken. Das Erhitzen kann unter Druck ausgeführt werden.
- Da die Menge und die Natur des Stickstoffdonors (und dort, wo eine Nitriddispersion gebildet werden soll, des Nitridbildners) in dem Ausgangsgemisch der Legierung exakt bestimmt werden kann, stellt das Verfaliren ein Hilfmittel zur strikten Kontrolle der Stickstoffmenge dar, die zum Verbleiben in gelöster Form in den Teilchen und dadurch zum Bilden einer Legierung mit diesen zur Verfügung steht. Infolgedessen ermöglicht das Verfahren eine gesteigerte Flexibilität beim Design von Legierungen. Der Stickstoffgehalt in der Legierung liegt im Bereich von 0,01 % bis 0,3 Gew.-%. Bevorzugterweise übersteigt jeglicher Kohienstoffgehalt in eisenhaltigen Legierungen 0,03 % nicht und beträgt wünschenswerterweise weniger als 0,01 %, um die Bildung von sprödemachenden Niederschlägen während der Hochtemperaturbehandlungen zu verhindern.
- Die Erwärmung zur Erzeugung der Dissoziation der Stickstoffdonors kann am besten im Verlauf der Heißverfestigung der Teilchen ausgeführt werden, beispielsweise beim heißen, isostatischen Pressen oder bei der Heißextrusion.
- Die Erfindung stellt ein bequemes Verfahren zur Herstellung einer Anzahl Stahllegierungen zur Verfügung, die insbesondere über einen breiten Temperaturbereich eingesetzt werden können, was die Verwendung bei sehr tiefen Temperaturen einschließt; dabei profitieren die Legierungen aufgrund der Anwesenheit von Stickstoff in fester Lösung in der Legiernng im Hinblick auf Festigung und andere verbesserte Eigenschaften wie Härtung. Wenn dabei der Einsatz eines Nitridbildners im Ausgangsmetallpartikel und/oder die Zugabe von verfestigenden Dispergiermitteln wie Nitriden, insbesondere Titannitrid oder Oxiden, insbesondere Yttriumoxid mit dem Verfahren kombiniert werden, stellt das Verfahren außerdem einen einfachen und bequemen Weg zur Vereinigung der vorteilhaften Effekte der Dispersionsverfestigung, speziell im Fall von Titannitrid, mit der Festigungs- und Härtungswirkung des gelösten Stickstoffs, der in kontrollierten und vorbestimmten Mengen eingearbeitet wird, zur Verfügung.
- Die Erfindung sorgt für Stahllegierungen, z.B. austenitische rostfreie Stähle, die Stickstoff in fester Lösung enthalten und in denen die Legierung zusätzlich ein festigendes Dispergiermittel enthält. Ein solches festigendes Dispergiermittel kann ein Nitrid, z.B. Titannitrid, und/oder ein Oxid, z.B. Yttriumoxid, umfassen. Solche Stahllegierungen enthalten 0,01-0,3 Gew.-% Stickstoff in fester Lösung und vorzugsweise weniger als 0,03 Gew.-%, stärker bevorzugt weniger als 0,01 Gew.-% Kohienstoff.
- Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stähle können für Verbindungselemente, Ventilteile, Getriebe, Stellglieder usw. sowie andere Komponenten mit verbesserten Abrieb- und Verschleißeigenschaften, die auf erhöhter Festigkeit und Härte beruhen, eingesetzt werden. Erhöhte Widerstandfahigkeit gegen Lochfraß und gegen Rosten in bezug auf wäßrige, alkalische und schwach saure Lösungen ermöglicht den Einsatz solcher Stähle in der Nahrungsmittelindustrie. Sie können auch im Nuklearbereich für Reaktorteile wie Ummantelungen, Gitter und Streben sowie für Teile von Wiederaufbereitungsanlagen verwendet werden.
- Die Erfindung soll im folgenden mittels eines Beispiels und in Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen weiter beschrieben werden, in denen
- Fig. 1 bis 3 Querschnitte im vergrößerten Maßstab von Metallteilchen zeigen.
- In Abbildung 1 ist ein Teilchen 10 (z.B. 50 Mikrometer) aus rostfreiem Stahl (z.B. 20/25) dargestellt. Das Teilchen 10 umfaßt einen Stickstoffdonor 12, wie z.B. Chromnitrid(e), die in das Teilchen 10 durch mechanlsches Legieren in einer Stickstoffumgebung eingeführt werden, beispielsweise mit dem in GB-A-2 183 676A (US-A-4 708 742) und in Metals Handbook, 9.Aufl., Band 7: Powder Metallurgy (siehe Seiten 722-726) beschriebenen Verfahren.
- In Abbildung 2 ist ein Teilchen 20 aus rostfreiem Stahl mit einer Schicht 22 aus einem Stickstoffdonor wie Chromnitrid(en) außen auf dem Teilchen 20 gezeigt. Die Schicht 22 kann mittels des in GB-A2 156 863A (US-A-4 582 679) beschriebenen Verfahrens gebildet werden. In diesem Verfahren wird ein Donor, wie z.B. Chromnitrid(e), hergestellt, indem das in dem rostfreien Stähl vorhandene Chrom mit einem Stickstoff und Wasserstoff enthaltenden Gas, z.B. Ammoniak, zur Bildung von Chromnitrid(en) umgesetzt wird, wobei die Umsetzung bei ungefähr 700 ºC erfolgt.
- Abbildung 3 zeigt ein Teilchen 30 aus rostfreiem Stahl, der elementares Titan gelöst zur Bildung eines Nitridbildners und einen Stickstoffdonor wie Chromnitrid(e), der über die oben beschriebenen Verfahren eingearbeitet wurde, enthält.
- Wenn die Teilchen 10, 20 und 30 der Abbildungen 1, 2 und 3 auf Temperaturen typischerweise oberhalb von 1000 ºC erhitzt werden, dissoziiert der Donor 12, 22 und 32 und Stickstoff wird in das jeweilige Teilchen hinein freigesetzt. In Abbildung 1 tritt der freigesetzte Stickstoff in die feste Lösung in dem Teilchen 10 ein. In Abbildung 2 diffundiert der freigesetzte Stickstoff in das Teilchen 20, um darin eine feste Lösung zu bilden. In Abbildung 3 reagiert der freigesetzte Stickstoff mit dem Nitridbildner Titan zur Bildung eines dispergierten Nitrids 34 (z.B. Titannitrid) und tritt ebenso in eine feste Lösung in dem Teilchen 30 ein. Somit tritt für jedes der Teilchen 10, 20 und 30 aufgrund des Stickstoffs in fester Lösung ein festigender und härtender Effekt auf; in Teilchen 30 tritt ein kumulativer Effekt des Stickstoffs in fester Lösung und des dispergierten Nitridbildners 34 auf.
- Dies ist so zu verstehen, daß die Teilchen 10, 20 und 30 ein dispergiertes Nitrid wie Titannitrid und/oder ein anderes Dispergiermittel, das ein Oxid wie Yttriumoxid sein kann, enthalten, die in die Teilchen über bekannte Verfahren wie das oben erwälinte mechanische Legieren eingearbeitet werden können. Das Teilchen 30 kann den Stickstoffdonor in Form einer Schicht 22 aus Abbildung 2 tragen.
- Beispiele für Ausgangsmaterialien aus rostfreiem Stahl und für den Stickstoffdonor sind der Übersichflichkeit halber in Tabelle 1 dargestellt.
- Alternativ zu den Teilchen der Abbildungen 1 bis 3 kann ein permeables Agglomerat aus Metallteilchen eingesetzt werden, wie das über das sogenannte "Osprey"-Verfahren hergestellte.
- Das Osprey-Verfahren involviert, daß ein geschmolzener Legierungsstrom mittels Gasdüsen atomisiert wird und daß die halbflüssigen Teilchen zum Aufprallen auf einen Kollektor, wie einer Platte oder einen rotierenden Wickelkörper, gebracht werden, der zum Erhalt einer permeablen Vorform angeordnet werden kann. Diese Vorform aus rostfreiem Stähl kann mit einem Gas wie Ammoniak zur Bildung von Chromnitrid(en) auf den Porenoberflächen darin inflltriert und anschließend auf dieselbe Weise wie in Verbindung mit Abbildung 2 beschrieben heißverfestigt werden.
- Gemäß einer Ausfiihuungsform des Osprey-Verfahrens wird Chromnitridpulver in das Atomisierungsgas injiziert, um in der Vorform dispergiert zu werden.
- Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Osprey-Verfahrens kann das Atomisierungsgas ein Stickstoffgas umfassen und die Sammelplatte oder der rotierende Wickelkörper in einer Stickstoffatmosphäre gehalten werden, so daß Chromnitrid in der Vorform entsteht. Ammoniak ist ein Beispiel für ein geeignetes Stickstoff lieferndes Gas.
- Erhitzen der Vorform auf über etwa 1100 ºC (in Abhängigkeit von Stickstoffpartialdruck) bringt das Chromnitrid zum Dissoziieren mit dem Ergebnis, daß Stickstoff freigesetzt wird, der in die feste Lösung der Teilchen der Vorform eintreten kann. Dieses Erhitzen kann während der weiteren Verarbeitung durch Heißextrusion oder Schmieden erfolgen.
- Diese Abwandlungen des Osprey-Verfahrens zeigen beachtliche Flexibilität, so daß Schichten verschiedener Zusammensetzungen aufgebracht werden können, und damit die Eigenschaften einer Komponente wie einer Röhre den Anforderungen der inneren und äußeren Umgebung angepaßt werden können.
- Ein Beispiel für einen so hergestellten rostfreien Stahl ist ein austenitischer rostfreier Stahl, der 20 Cr, 25 Ni, TiN und N enthält.
- Die Nitrierungsreaktion
- Cr&sub2;N + Ti -> TiN + 2Cr
- dürfte während der Atomisierung beginnen, wird sich aber mit dem Abküülen der heißen Vorform verlangsamen.
- Eine geeignete Vorform kann auch durch leichtes Sintern von Metallteilchen oder durch deren Kompaktieren mit einem Bindemittel hergestellt werden; die Vorform kann nahezu in der für das Produkt oder die weitere Verarbeitung benötigten endgültigen Form vorliegen.
- Die Erfindung dürfte auch für andere Legierungen wie Nickellegierungen einsetzbar sein, um eine spezifische kontrollierte Freisetzung von Stickstoff in die Legierung zu ergeben. Ausgangsmaterial N-Donor Donor-Einarbeitung Lokalisation des Donors TiN-Bildung N-Legieren festigendes Dispergens Bestandteile perm. Agglomerat Legierungsbestandteile mechanisches Legieren in jedem Pulverteilchen Oberflächenbeschichtung auf jedem Pulverteilchen auf offenen Porenoberflächen siehe oben während des Heißverfestigens Oxid z.B. Yttriumoxid * Für das Legieren von N, ohne Festigen der Dispersion durch Weglassen des Nitridbildners (Ti) + ODS = Oxid Dispersion Strengthened (Oxid-verstärkte Dispersion, z.B. Yttriumoxid)
Claims (15)
1. Verfahren zur Herstellung durch Stickstoff verfestigter Legierungen, welches die
Formung einer Mischung aus Teilchen, welche die Legierungsbestandteile
einschließlich eines Stickstoffdonors enthält, und das Erhitzen umfaßt, um ein
Legierungsprodukt herzustellen und die Dissoziation des Stickstoffdonors zu
bewirken, wodurch eine kontrollierte Menge Stickstoff in diesem Produkt
verfügbar gemacht wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die
Menge an Stickstoffdonor im Hinblick auf die Legierungsbestandteile gewählt
wird, wobei die Aufnahme von freigesetztem Stickstoff durch einen beliebigen
in der Legierung vorliegenden Nitridbildner berücksichtigt wird, um sicher zu
gehen, daß die erhitzte Legierung zwischen 0,01 und 0,3 Gew.% Stickstoff in
fester Lösung zusätzlich zu dem durch einen beliebigen, gegebenenfalls
vorhandenen Nitridbildner aufgenommenen Stickstoff enthält.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Legierungsbestandteile einen
Nitridbildner einschließen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem der Nitridbildner Titan umfaßt.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die
Legierungsbestandteile ein verfestigendes Dispergiermittel umfassen.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4 bei dem das Dispergiermittel ein Nitrid,
beispieisweise Titannitrid, oder ein Oxid, beispielsweise Yttriumoxid, ist.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Stickstoffdonor ein
Metallnitrid darstellt, welches innerhalb eines Temperaturbereiches von 500 ºC
bis 1300 ºC dissoziiert.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Stickstoffdonor ein Chromnitrid ist.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, welches weiterhin dadurch
gekennzeichnet ist, daß Formen und Erhitzen so gesteuert werden, daß sowohl
das Donormaterial als auch der freigesetzte Stickstoff über das gesamte
Legierungsprodukt fein verteilt sind.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem Formen und Erhitzen ausgeführt werden,
indem man einen geschmolzenen Strom der Legierungsbestandteile durch
Einsatz von Gasdüsen atomisiert und die so gebildeten halbflüssigen Teilchen dazu
veranlaßt, auf einem Kollektor zum Erhalt einer Vorform autzuprallen.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem in das Atomisierungsgas ein
Chromnitridpulver injiziert wird, um dieses in der Vorform zu dispergieren.
11. Stahllegierung als gebrauchsfertiges Endprodukt, die 0,01 % bis 0,3 Gew.-%
Stickstoff in fester Lösung enthält, wobei die Legierung darüber hinaus noch
ein verfestigendes Dispergiermittel enthält.
12. Stahllegierung nach Anspruch 11, in der das verfestigende Dispergiermittel ein
Nitrid und/oder ein Oxid umfaßt.
13. Stahllegierung gemäß Anspruch 12, in der das Nitrid Titannitrid ist.
14. Stahllegierung gemäß Anspruch 12, in der das Oxid Yttriumoxid ist.
15. Stalillegierung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, in der der
Kohlenstoffgehalt 0,03 Gew.-% nicht übersteigt und vorzugsweise unter 0,01 Gew.-% liegt.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB888823430A GB8823430D0 (en) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | Method of producing nitrogen-strengthened alloys |
| GB898901031A GB8901031D0 (en) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | A method of producing nitrogen-strengthened steels |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE68919635D1 DE68919635D1 (de) | 1995-01-12 |
| DE68919635T2 true DE68919635T2 (de) | 1995-04-20 |
Family
ID=26294484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE68919635T Expired - Fee Related DE68919635T2 (de) | 1988-10-05 | 1989-09-21 | Verfahren zur Herstellung einer mittels Nitriddispersion verstärkten Legierung. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4999052A (de) |
| EP (1) | EP0363047B1 (de) |
| JP (1) | JP2777227B2 (de) |
| KR (1) | KR900006554A (de) |
| DE (1) | DE68919635T2 (de) |
| ES (1) | ES2064453T3 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19738351B4 (de) * | 1996-09-02 | 2013-10-24 | Denso Corporation | Speicherkraftstoffeinspritzsystem |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3816310A1 (de) * | 1987-06-26 | 1989-01-12 | Bbc Brown Boveri & Cie | Verfahren zur anreicherung von titan in der unmittelbaren oberflaechenzone eines bauteils aus einer mindestens 2,0 gew.-% titan enthaltenden nickelbasis-superlegierung und verwendung der nach dem verfahren angereicherten oberflaeche |
| GB9127416D0 (en) * | 1991-12-27 | 1992-02-19 | Atomic Energy Authority Uk | A nitrogen-strengthened alloy |
| GB9200880D0 (en) * | 1992-01-16 | 1992-03-11 | Atomic Energy Authority Uk | A method of producing a surface coating upon a substrate |
| US5256368A (en) * | 1992-07-31 | 1993-10-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Pressure-reaction synthesis of titanium composite materials |
| US5368657A (en) * | 1993-04-13 | 1994-11-29 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Gas atomization synthesis of refractory or intermetallic compounds and supersaturated solid solutions |
| SE520561C2 (sv) | 1998-02-04 | 2003-07-22 | Sandvik Ab | Förfarande för framställning av en dispersionshärdande legering |
| BR0010976A (pt) | 1999-05-27 | 2002-03-26 | Sandvik Ab | Modificação da superfìcie de ligas de alta temperatura |
| CN1685070A (zh) * | 2002-09-27 | 2005-10-19 | 株式会社那诺技术研究所 | 超硬度、韧性并具有优良耐蚀性的纳米晶体奥氏体钢基体材料及其制造方法 |
| US20060048862A1 (en) * | 2004-06-03 | 2006-03-09 | Frank Ernst | Surface hardening of Ti alloys by gas-phase nitridation: kinetic control of the nitrogen activity |
| US8603213B1 (en) | 2006-05-08 | 2013-12-10 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Dispersoid reinforced alloy powder and method of making |
| US7699905B1 (en) | 2006-05-08 | 2010-04-20 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Dispersoid reinforced alloy powder and method of making |
| DE102013201103A1 (de) * | 2013-01-24 | 2014-07-24 | H.C. Starck Gmbh | Thermisches Spritzpulver für stark beanspruchte Gleitsysteme |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE790453A (fr) * | 1971-10-26 | 1973-02-15 | Brooks Reginald G | Fabrication d'articles en metal |
| US4119444A (en) * | 1976-06-07 | 1978-10-10 | Ford Motor Company | Pack nitriding process for low alloy steel |
| JPS5644148A (en) * | 1979-09-18 | 1981-04-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Magnetic recording and reproducing device |
| GB8408901D0 (en) * | 1984-04-06 | 1984-05-16 | Atomic Energy Authority Uk | Titanium nitride dispersion strengthened alloys |
| GB2183676B (en) * | 1985-11-28 | 1989-11-22 | Atomic Energy Authority Uk | Production of nitride dispersion strengthened alloys |
| JPS62139802A (ja) * | 1985-12-16 | 1987-06-23 | Hitachi Metals Ltd | 金属粉末の製造方法 |
-
1989
- 1989-09-20 US US07/409,736 patent/US4999052A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-09-21 DE DE68919635T patent/DE68919635T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-09-21 ES ES89309627T patent/ES2064453T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1989-09-21 EP EP89309627A patent/EP0363047B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-10-04 KR KR1019890014191A patent/KR900006554A/ko not_active Application Discontinuation
- 1989-10-05 JP JP1261244A patent/JP2777227B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19738351B4 (de) * | 1996-09-02 | 2013-10-24 | Denso Corporation | Speicherkraftstoffeinspritzsystem |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0363047B1 (de) | 1994-11-30 |
| JPH02153063A (ja) | 1990-06-12 |
| JP2777227B2 (ja) | 1998-07-16 |
| KR900006554A (ko) | 1990-05-08 |
| EP0363047A1 (de) | 1990-04-11 |
| US4999052A (en) | 1991-03-12 |
| DE68919635D1 (de) | 1995-01-12 |
| ES2064453T3 (es) | 1995-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69604902T2 (de) | Rostfreier stahlpuder und ihre verwendung zur herstellung formkörper durch pulvermetallurgie | |
| DE2625212C2 (de) | Pulvermischung zur Herstellung von Sinterkörpern | |
| DE69809909T2 (de) | Rostfreies stahlpulver | |
| DE68919635T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer mittels Nitriddispersion verstärkten Legierung. | |
| DE69908083T2 (de) | Dispersionshärtende legierung und verfahren zur herstellung der legierung | |
| DE4031408A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines gesinterten maschinenteils | |
| AT507707B1 (de) | Eisen-kohlenstoff masteralloy | |
| DE2414909A1 (de) | Stahlpulver | |
| DE3744550C2 (de) | ||
| DE19715708B4 (de) | Bei hoher Temperatur verschleißfeste Sinterlegierung | |
| DE2415035C3 (de) | Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen eines Gleitstücks hoher Festigkeit, insbesondere einer Scheiteldichtung für Drehkolbenmaschinen | |
| DE1962495C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von gesintertem Chromstahl hoher Dichte | |
| DE69024582T2 (de) | Stahllegierung zum Anwenden in spritzgegossenen pulvermetallurgisch hergestellten gesinterten Formkörpern | |
| DE69514935T2 (de) | Manganhaltige materialien mit hoher zugfestigkeit | |
| DE69804220T2 (de) | Vorlegiertes kupferenthaltendes pulver und seine verwendung in der herstellung von diamantwerkzeugen | |
| DE69521516T2 (de) | Eisen-basispulver mit chrom, molybden und mangan | |
| DE3730082A1 (de) | Verfahren zur herstellung eisenhaltiger sinterlegierungen mit erhoehter abriebfestigkeit | |
| DE2001341A1 (de) | Legierung bzw. Mischmetall auf der Basis von Molybdaen | |
| DE102008009133B4 (de) | Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern und so hergestelltes Metallpulver | |
| DE19708197B4 (de) | Gesintertes Gleitelement und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| DE69737265T2 (de) | Herstellung nickelenthaltenden, gesinterten, verfestigten, feritischen rostfreien stahls | |
| DE1558719A1 (de) | Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen chromhaltiger Legierungen | |
| DE2304731A1 (de) | Verfahren zur herstellung von sinterkarbiden und die dabei erhaltenen produkte | |
| EP0719349B1 (de) | Verfahren zur herstellung von sinterteilen | |
| DE2909290A1 (de) | Verfahren zur pulvermetallurgischen herstellung eines verbundmaterials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: AEA TECHNOLOGY PLC, DIDCOT, OXFORDSHIRE, GB |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |