DK155837B

DK155837B - Pulvermetallurgisk staallegeme med hoejt vanadiumcarbidindhold

Info

Publication number: DK155837B
Application number: DK391579AA
Authority: DK
Inventors: Walter Thomas Haswell; August Kasak
Original assignee: Crucible Materials Corp
Priority date: 1978-09-20
Filing date: 1979-09-19
Publication date: 1989-05-22
Also published as: BE878892A; DK155837C; US4249945A; CA1113284A; IT1192688B; GB2030175A; FR2436824B1; DE2937724A1; IT7919891A0; KR820002180B1; NL7907018A; MX7004E; ES484223A1; JPS5541980A; FR2436824A1; LU81268A1; DK391579A; AT386226B; SE7900877L; IN152129B

Description

x DK 155837 B

Det er kendt, at værktøjsstål og genstande fremstillet deraf med hensyn til slidbestandigheden nyder godt af tilstedeværelsen af væsentlige mængder af en dispersion af carbider af MC-typen. Imidlertid forringes stålets bear-5 bejdelighed, når carbidindholdet forøges. Derfor sættes der ved konventionelt smeltede og støbte legeringer af denne type en praktisk grænse for det totale indhold af carbid af MC-typen.

Nærmere bestemt kræves, at værktøjsstål og genstan-10 de fremstillet deraf har en kombination af flydegrænse til at modstå deformering under de høje belastninger, der mødes under anvendelsen, slidbestandighed til at modstå slid under kontakten med emnet, f.eks. under valsning, ekstrudering, udhugning, stansning, klipning og lignende, og sejhed for 15 at forhindre brud eller skår i værktøjet under kontakten med emnet. Til dette formål er det kendt at anvende værktøjsstål, der har en matrix af legeret stål med en dispersion af carbidpartikler, hvor carbidpartiklerne er til stede for slidbestandighedens skyld, og matrixen giver den ønskede 20 styrke og sejhed. Følgelig er det i legeringer af denne type accepteret, at slidbestandigheden deraf forøges med stigende carbidindhold og især vanadiumcarbider af MC-typen. Carbider af denne type bidrager særdeles betydeligt til slidbestandigheden på grund af deres relative hårdhed. Af 25 denne grund opnås store mængder vanadiumcarbider af MC-typen ved støkiometrisk afbalancering af det MC-type-carbid-dannende element vanadium med carbon. Det støkiometriske forhold for dannelse af vanadiumcarbid af MC-typen er 1% vanadium og 0,20% carbon.

30 Det har vist sig, at stålets sejhed formindskes med voksende carbidindhold. Imidlertid påvirkes sejheden og bearbejdeligheden desuden uheldigt af den carbidudskillelse, der forekommer under størkningen af barrer eller andre støbeblokke af legeringen. Væksten af carbidpartiklerne til 35 en uheldig stor størrelse er uundgåelig. Derfor er indholdet af vanadiumcarbid af MC-typen i konventionelt værktøjs-stål begrænset til et maksimum på ca. 8,2 vol.-%.

2 DK 155837 B

I US-PS 3.746.518 beskrives cobalt-, jern- og nikkel-baserede legeringer med flere forskellige carbiddan-nende elementer i generelle vendinger, men der skelnes ikke mellem de forskellige matrixmaterialer eller mellem de 5 forskellige carbiddannende elementer eller sættes en øvre grænse med hensyn til nogen af de carbiddannende elementer. Tydeligvis anses disse faktorer ikke at være af betydning. I modsætning hertil omhandler den foreliggende opfindelse udelukkende jernbaserede legeringer med vanadium som 10 det kritiske carbiddannende. element, og der sættes kritiske grænser for indholdet af vanadium og vanadiumcarbid.

Det er således den foreliggende opfindelses primære formål at tilvejebringe et pulvermetallurgisk stållegeme med et højt indhold af i det væsentlige sfæriske og ensartet 15 fordelte vanadiumcarbider af MC-typen, der giver materialet en stærkt forbedret slidbestandighed, idet sejheden og bearbejdeligheden holdes på et acceptabelt niveau.

Opfindelsen beskrives nærmere i det følgende ved hjælp af specifikke eksempler og under henvisning til tegningen.

20 Fig. 1 er et mikrofotografi af en del af et værktøjs stål, der er fremstillet ifølge opfindelsen og viser dannelsen af det karakteristiske vanadiumcarbid af MC-typen i legeringens matrix.

Fig. 2 er et mikrofotografi svarende til fig. 1, 25 dog med et højere indhold af vanadiumcarbid af MC-typen, men også ifølge opfindelsen.

Fig. 3 er et mikrofotografi svarende til fig. 1 og 2, dog med et endnu højere indhold af vanadiumcarbid af MC-typen, der er det maksimalt acceptable ifølge opfindel-30 sen.

Fig. 4 er ligeledes et mikrofotografi svarende til fig. 1, 2 og 3, men indholdet af vanadiumcarbid af MC-typen overskrider den øvre grænse ifølge opfindelsen, og nogle af disse carbider har en størrelse på over 15 μ, er ikke 35 i det væsentlige sfæriske og er ikke ensartet fordelte som ifølge opfindelsen.

3 · DK 155837B

Fig. 5 er et mikrofotograf! af en del af et værktøjsstål med en sammensætning, og specielt et vanadiumindhold, ifølge opfindelsen, men fremstillet af en støbeblok og ikke pulvermetallurgisk.

5 Fig. 6 er et mikrofotografi svarende til fig. 5, men med et højere vanadiumindhold.

Fig. 7 er en graf, der viser sammenhængen mellem slagsejheden og indholdet af vanadiumcarbid af MC-typen.

Fig. 8 er en graf, der viser sammenhængen mellem 10 slidbestandigheden og indholdet af vanadiumcarbid af MC-typen.

Fig. 9 er en graf, der viser virkningen af en auste-nitiserende behandling på hårdheden af et pulvermetallurgisk legeme ifølge opfindelsen, der betegnes CPM 10V 15 (jf. nedenfor).

Fig. 10 er en graf, der viser virkningen af anløb-ningstemperaturen ved en anløbningstid på 2+2 timer på hårdheden af et pulvermetallurgisk legeme ifølge opfindelsen, der betegnes CPM 10V.

20 Betegnelsen "vanadiumcarbid af MC-typen" refererer til det carbid, der er karakteristisk ved en fladecentreret kubisk krystalstruktur, hvor "M" repræsenterer det carbid-dannende element, i det væsentlige vanadium. Betegnelsen omfatter også vanadiumcarbider af M4C3~typen og en delvis er-25 statning af carbon med nitrogen og/eller oxygen, således at de såkaldte carbonitrider og oxycarbonitrider også er inkluderet. Selv om det pulvermetallurgiske legeme ifølge opfindelsen defineres som i det væsentlige kun indeholdende vanadiumcarbider af MC-typen, vil det forstås, at andre typer 30 af carbider, såsom MgC-, M2C- og M23Cg-carbider, også kan være til stede i mindre mængder, men ikke er væsentlige for opfyldelsen af opfindelsens formål.

Betegnelsen "pulvermetallurgisk legeme" refererer til en komprimeret, forud legeret partikelmasse, der 35 ved en kombination af varme og tryk er omdannet til et sammenhængende materiale med en vægtfylde i færdig form på over 99% af den teoretiske værdi. Betegnelsen omfatter mellemprodukter, såsom blokke, barrer, stænger og lignende, og 4

DK 155837 B

færdige produkter, såsom værktøjsstålgenstande, herunder valser, stanser, matricer, slidplader og lignende, hvilke genstande kan fremstilles via mellemproduktformerne ud fra den nævnte, forud legerede partikelmasse.

5 Ifølge opfindelsen fremstilles der generelt en forud legeret pulvermasse, hvori hver partikel har en matrix af legeret stål med en ensartet dispersion af vanadi-umcarbider af MC-typen i området 10-18%, fortrinsvis 15-17% eller 13,3-17,2 vol.-%. Carbiderne har i det væsent-10 lige sfærisk form og er ensartet fordelt. Nærmere bestemt har det forud legerede pulver, hvoraf det pulvermetallur-giske legeme ifølge opfindelsen fremstilles, en metal-lurgisk sammensætning (i vægt-%) og et indhold af vanadium-carbid af MC-typen (i vol.-%) inden for følgende områder: 15

Bredt område Foretrukket område Foretrukket område

Mangan 0,2-1,5 0,4-0,6 0,2-1

Silicium 2 max. 1 max. 2 max.

Chrom 1,5-6 5-5,5 4,5-5,5 20 Molybden 0,50-6 1,15-1,4 0.,80-1,7

Svovl 0,30 max. 0,09 max. 0,14 max.

Vanadium 6-11 9,25-10,25 8-10,5

Carbon 1,6-2,8 2,40-2,50 2,2-2,6

Jern rest rest rest 25 Vanadium- carbider af MC-typen (vol.-%) ca. 10-18 ca. 15-17 ca. 13,3-17,2 30 omfatter tilfældige grundstoffer og urenheder, der er karakteristiske for sædvanlig stålfremstilling .

Legemet ifølge opfindelsen er endvidere ejendommeligt ved, at vanadiumcarbiderne af MC-typen i det væ-35 sentlige er sfæriske og ensartet fordelt. Carbonindholdet afpasses således efter indholdet af vanadium, chrom og molybden, at der er tilstrækkeligt carbon til .stede til, at legemet kan varmebehandles til en hårdhed på mindst

DK 155837 B

O

56 R . c

Med hensyn til den metallurgiske sammensætning af det forud legerede pulver bemærkes endvidere, at hvis man-5 ganindholdet ligger over den ovenfor angivne øvre grænse, vil den fremstillede genstand være vanskelig at udgløde til den lave hårdhed, der er nødvendig for bearbejdningen.

Hvis manganindholdet på den anden side er for lavt, vil der ikke være tilstrækkeligt med mangan til stede til at 10 danne de mangansulfider, der er nødvendige til tilvejebringelse af en passende bearbejdelighed. Hvis mængden af silicium overskrider den maksimale grænse, vil genstandens hårdhed i udglødet tilstand være for høj til bearbejdning.

Chrom er nødvendigt for en passende hærdelighed under var-15 mebehandlingen og forbedrer desuden styrken ved høje temperaturer. Hvis chromindholdet er for højt, fører dette til dannelse af højtemperatur-ferrit eller til bibeholdelse af uheldigt store mængder austenit under varmebehandlingen. Dannelsen af højtemperaturferrit indvirker uheldigt på 20 varmbearbejdeligheden, og bibeholdt austenit forhindrer opnåelse af de ønskede høje hårdhedsværdier under varmebehandlingen. Molybden giver ligesom chrom genstanden styrke ved høj temperatur og hærdelighed. Svovl fremmer bearbejdeligheden ved at muliggøre dannelse af mangansulfider.

25 Mængden af carbon skal afpasses efter indholdet af vanadium således, at der dannes vanadiumcarbider af MC-typen til tilvejebringelse af slidbestandighed. Det er også nødvendigt for en tilstrækkelig matrixhærdning, at carbon er til stede i en sådan mængde, at det kombinerer med alt tilste-30 deværende vanadium og desuden er til stede til forøgelse af matrixens styrke.

En partikelmasse af denne art kan komprimeres ved enhver pulvermetallurgisk metode til den ønskede produktform, så længe denne metode ikke bevirker en overdreven, 35 skadelig vækst og agglomerering af carbiderne. Det foretrækkes at anvende den velkendte metode med varm isostatisk presning af en indkapslet masse af forud legeret, atomise-

DK 155837 B

e ret pulver i en autoklav.

Den foreliggende opfindelse omhandler pulver-metal lurgisk fremstillede stålsorter og pulvermetallur-giske genstande, der i det væsentlige kun indeholder va-nadiumcarbider af MC-typen. Endvidere opnås der ved regulering af vanadiumindholdet og indholdet af vanadium-. carbid af MC-typen til kritiske værdier en hidtil uopnåelig kombination af slidbestandighed og sejhed i forbindelse med en acceptabel slibelighed.

Opfindelsen illustreres ved legeringerne, der er anført i tabel I. Legeringerne CPM 6V, CPM 11V og CPM 14V fremstilles ved 1) fremstilling af forud legeret pulver ved induktionssmeltning og gasatomisering, 2) sigtning af pulveret til -40 mesh (U.S. Standard), 3) anbringelse af pulveret i dåser af blødt stål med en diameter på 14 cm og en højde på 15,2 cm, 4) evakuering og lukning af dåserne, 5) opvarmning af dåserne til 1171°C og bibeholdelse af denne temperatur i 9 timer, 6) konsolidering ved indvirkning af et isostatisk tryk på 928 kg/cm til i det væsentlige . fuld vægtfylde og 7) afkøling til omgivelsestemperatur.

De komprimerede legemer varmsmedes derefter let (smedetemperatur 1093°C) til barrer med kvadratisk tværsnit og en tykkelse på 2,54 cm, hvoraf der fremstilles forskellige prøvestykker.

······ I

7

DK 155837 B

0) i—1 i—i i—I i—1 i—I i—I rH

ft td td cd cd td id td (5 ffl ffl ffl ffl ffl ff)

rH CM UO o O ID CM

0 æ m Η ® O N co J>| ****** *

r*. O O Ή O Ή Ή rH

o\o •P O ^ O O io in h* t?l CO 00 Η Η H 00 σ> G ftl > *··***»* ·.

0) > io O ^ id Η σ in -p ^ j—i i—I rH i—( g O tn ίο ιο co o O m oo to G g m id cm m cm cm oo h -hu ------ - old G i—li—l(Hi—I rH LO H1

+> -P

to fB

to r- oo O h< σ h 0) G -Η σ r- o H co οο σ H d) tf) - k k s » k v

H g rH iH CM CM CM O O

0) g -P id

G to ιο cm σ co in O

(D t) cm cm ·ψ in m g g ****** *

H to OOOOOO O

G -H

Φ g di d) CM O ^ O CO O cr> to ^ lomocDiDH' h< y ζ_) * * * * * * *

d) iH CM CO i—I CM CM CO

MH

id m (tj I mh h tn g (ti — G Ti G 0) 0\° "*

rH -H ri ·Η Ό di I IO h Γ' N CM CM H< X

d) M o fl Ή >1 ' * ***** * to

Λ <1) is (d Λ -P H O r^- cm O oo uo in -H

Cd to t3 β iH I o HrHCMrHrHrH CM tn

B -h G id id U > M

G H > υ g ^ i3 0) Ή

-P I H

Λ! H t n t n <d rd -H i d) G G -p G -P to Ti -ri -ri d)

id to tn O g g g G G g g g X g G -P \ M

JIHd) PM ft ft Φ Φ ft ft Φ tn iH rH g -P -P >

O ft to CO ^ H

CM CO , 3

t n I [* H PM

d d σ H oo io i O

•r| GO) I-· 00 H rH in H II

G 0) 'd ι i i m io t" i _ tu -P o η h in m m £ n io g o d X σ σ rH -3* h ^ w m \

•H h ro io in cm CM ftO PM

m *- *-

•H

P d) d to

(U H

Ti 0) > > * >

H d > H Hl > ID

tji U) Η H CD i—i

<U > H

P g g g > H g g

(U PM ft ft ΙΟ H ft PM

Λ OOUUOU U

rH

old

•P

W

8

DK 155837 B

Til sammenligningsformål induktionssmeltes lignende blandinger med betegnelserne C6V og C11V i portioner på 45 kg og udstøbes i forme med kvadratisk tværsnit og en sidelængde på 12,7 cm, der er foret med ildfaste sten. Dis-5 se støbeblokke underkastes derefter en smedning (opvarmet til 1093°C) efter den samme procedure som de pulvernetal-lurgisk fremstillede blokke CPM 6V og CPM UV. Det i tabel I angivne stål C6V kan under udøvelse af betydelig forsigtighed smedes til barrer med kvadratisk tværsnit og en sidelæng-10 de på 7,6 cm, medens det i tabel I angivne stål C11V udviser en alvorlig revnedannelse ved begyndende formindskelse af tværsnittet ved smedning og derfor i praksis er ubearbejdeligt. Den tydeligt overlegne varmebearbejdelighed af de pulvermetallurgiske produkter CPM 6V og CPM 11V er klart 15 vist ved dette forsøg.

Materialet til CPM 10V fremstilles ved 1) fremstilling af forud legeret pulver ved induktionssmeltning og gasatomisering, 2) sigtning af pulveret til -16 mesh (U.S. Standard), 3) anbringelse af pulveret i beholdere af blødt 20 stål med en diameter på 32,4 cm og en højde på 152 cm, 4) evakuering af beholderen, 5) opvarmning af beholderen til 117°C, 6) konsolidering ved isostatisk presning under 2 843 kg/cm til i det væsentlige fuld vægtfylde, og 7) afkøling til omgivelsestemperatur. Det komprimerede legeme un-25 derkastes derefter 1) opvarmning til 1149°C, 2) varmvalsning til blokke med et værsnit på 26,7 x 7,6 cm, 3) udglødning, 4) konditionering, 5) opvarmning til 1135°C, 6) smedning til et tværsnit på 21,51 x 5,001 cm og bearbejdning til et tværsnit på 20,36 x 4,483 cm.

30 Materialet til CPM 16V fremstilles ved 1) fremstil ling af forud legeret pulver ved induktionssmeltning og gas-atomisering, 2) sigtning af pulveret til -20 mesh (U.S. Standard), 3) anbringelse af pulveret i dåser af blødt stål med en diameter på 2,5 cm og en højde på 10,2 cm, 4) evakue-35 ring af dåsen, 5) opvarmning af dåsen til 1191°C, og 6) konsolidering ved hjælp af en smedepresse til i det væsentlige fuld vægtfylde.

9 DK 155837 B

For at vurdere egenskaberne af legeringerne gennemføres der bestemmelser af de egenskaber, der er relevante for deres anvendelse til koldbearbejdning. Disse egenskaber omfatter 1) mikrostruktur, 2) hårdhed i den 5 varmebehandlede tilstand som et mål for styrken, 3) bøje-brudstyrken samt slagstyrken som mål for sejheden og 4) slidhastigheden ved et kryds-cylinder-slidforsøg som et mål for slidstyrken.

Egenskaberne af vanadiumcarbider af MC-typen i 10 genstande af stål CPM 6V, CPM 10V, CPM 11V, CPM 14V, C6y og CllV er vist i hhv. fig. 1, 2, 3, 4, 5 og 6 på den vedføjede tegning. Ved anvendelse af en særlig, kendt selektiv ætsningsmetode (successiv anvendelse af picral og Murakami1 s reagens (picral består af 5 g picrinsyre i 15 100 ml ethylalkohol, Murakami's reagens består af 10 g ka liumf er ri cyanid og 7 g natriumhydroxid i 100 ml vand)) bringes vanadiumcarbiderne af MC-typen til at fremstå som hvide partikler på en mørk baggrund (indeholdende alle andre mikrobestanddele). Det fremgår klart, at partik-20 lerne af vanadiumcarbid af MC-typen er ensartet fordelt, har ringe størrelse og i det væsentlige har sfærisk form i stålene CPM 6V, CPM 10V og CPM 11V i hhv. fig. 1, 2 og 3.

I disse stål har mindst 90% af vanadiumcarbiderne af MC-typen en størrelse på under 3 μ,og ingen er væsentlig større 25 end 15 i nogen dimension. På den anden side er stålet CPM 14 i fig. 4 og de støbte stål C6V og CllV i fig. 5 og 6 karakteristiske ved tilstedeværelsen af tydeligt større, kantede, dvs. ikke-sfæriske vanadiumcarbider af MC-typen.

Disse store kantede carbidpartikler forekommer i klynger 30 gennem hele genstandens mikrostruktur og medfører en uensartet fordeling af vanadiumcarbid af MC-typen. Med hensyn til vanadiumcarbidernes karakteristika er stålsorterne CPM 6V, CPM 10V og CPM 11V typiske for vanadiumcarbidets fremtræden i de legemer, der er omfattet af den forelig-35 gende opfindelse, medens stålsorterne CPM 14V, C6C og CllV er typiske for legemer, der ikke er omfattet af den foreliggende opfindelse.

DK 155837B

10

Udover størrelsen, formen og fordelingen af vana-diumcarbid af MC-typen er også mængden deraf i de fremstillede genstande af betydning ifølge den foreliggende opfindelse. Mængden af vanadiumcarbider af MC-typen, der 5 er til stede i stålsorterne CPM 6V, CPM 10V, CPM liv, CPM 14V, C6V og CllV, beregnes på grundlag af den almindeligt anerkendte kendsgerning, at vanadiumindholdet i stålet er til stede i form af carbider af MC- eller M^C^--typen, hvor M i det væsentlige udgøres af vanadium og va-10 nadium/carbonforholdet (vægt) er 5:1. Det vil forstås, at der i legeringer af denne type sædvanligvis er wolfram til stede som ledsageelement, selv om det ikke tilsigtet er tilsat til noget formål. Ved de yderligere legemer, der anvendes til sammenligningsformål, beregnes indholdet i 15 vol.-% for AISI A7 og D7 på samme grundlag som for forsøgsstålene under anvendelse af de nominelle vanadiumindhold på hhv. 4,75 og 4,0 vægt-% som stålenes vanadiumindhold.

Por hurtigdrejestålene AISI M2 og M4 er indholdene af vanadiumcarbider af MC-typen taget fra en artikel af Kayser 20 og Cohen i Metal Progress, juni 1952, side 79-85.

Hårdheden er et mål for stålets evne til at modstå deformation under anvendelse ved kold- og varmbearbejdning. Der kræves sædvanligvis en hårdhed på mindst 56 R . Resultaterne, der er anført i tabel II, er opnået

C

25 ved undersøgelse af hårdheden ifølge ASTM E18-67 efter en varmebehandling, der består af austenitisering ved 954°C i 1 time, olieafgysning og anløbning ved 260°C i 2+2 timer.

Tabel II

30 Indhold af vana- ,, ,

Fremstil- diumcarbid af MC- ^ *e S tålbetegnelse lingsmetode -typen (vol.-%) ^ cr CPM 6V P/M 10,5 62 C6V støbning 10,2 56 35 CPM 11V P/M 17,7 63

CllV støbning 18,2 50 11

DK 155837 B

Overlegenheden efter en varmebehandling af produktet fremstillet ifølge opfindelsen (CPM 6V og CPM 11V) i forhold til det støbte produkt (C6V og C11V) fremgår klart.

5 Prøver af CPM 10V er underkastet et bredt ud valg af varmebehandlinger bestående af austenitisering, afkøling og anløbning. Resultaterne af austenitiseringen er anført i fig. 9, hvor sammenhængen mellem temperatur og holdetid er følgende: 10 Temperatur Tid (minutter) 1010°C 60 1066°C 60 1149°C 15 1177°C 10 15 1204°C 4 1260°C 4

Resultaterne af anløbningsbehandlingen er anført i fig. 10. Det fremgår af figurerne, at en hårdhed efter varmebehandling på 56 R kan opnås hos legemerne ifølge op-20 findelsen i austenitiseret og anløbet tilstand i et bredt behandlingsområde.

Bøjebrudstyrken er et mål for sejheden. Bestemmelsen af denne egenskab gennemføres ved omgivelsestemperatur med prøver med dimensionerne 0,64 x 0,64 x 4,76 cm, idet 25 der anvendes en trepunktsbelastning med en afstand mellem understøtningerne på 3,8 cm og en bøjehastighed på 0,25 cm/min. Bøjebrudstyrken er den belastning, der bevirker brud af prøven. Den beregnes under anvendelse af følgende formel 30 S = — 2 bhz hvori S er bøjebrudstyrken, P er belastningen, der bevirker brud, 35 L er afstanden mellem understøtningerne, b er prøvens bredde, og h er prøvens højde.

12

DK 155837 B

Resultaterne, der er anført i tabel III, er opnået ved undersøgelse af prøver, der er varmebehandlet ved austenitisering ved 954°C (1750°C) i 1 time, olieafgysning og anløbning ved 260°C (500°C) i 2+2 timer.

5 Tabel III

Stålbetegnelse Fremstillingsmetode Bøjebrudstyrke (ksi) CPM 6V P/M 700 C6V støbning 420

Overlegenheden af det pulvermetallurgiske produkt 10 fremstillet ifølge opfindelsen fremgår tydeligt.

Der gennemføres slagsejhedsforsøg med Charpy-prø-ver ved stuetemperatur ifølge ASTM E23-72, idet prøverne har en kærvradius på 1,3 cm. Der fås de i tabel IV anførte resultater.

15 Tabel IV

Indhold af vana- _ Slag-

Stål- diumcarbid af Cr ) β sejhed betegnelse Fremstilling MC-typen (vol.-%) ^c' (kgm) CPM 6V P/M 10,5 62 4,84 20 CPM 10V P/M 16,2 63 2,49 CPM 11V P/M 17,7 63 2,21 C6V støbning 10,2 56 1,52 C11V støbning 18,2 50 0,21 AISI A7K støbning 8,0 61 1,52 25 AISI M4X støbning 9,0 63 1,66 x) handelsvare.

Det fremgår af tabel IV, at genstandene ifølge opfindelsen, selv med et væsentligt større carbidindhold, har en overlegen sejhed i forhold til i handelen gængse 30 kold- eller varmbearbejdningsmaterialer i deres optimale varmebehandlede tilstand til anvendelse ved koldbearbejdning.

De i tabel IV anførte sejhedsdata er vist grafisk i fig. 7. Disse data viser, at med indhold af vanadiumcar-35 bider af MC-typen på over ca. 18 vol.-% falder sejheden af produktet ifølge opfindelsen til det niveau, der opnås 13

DK 155837 B

ved konventionelle metoder, hvorved denne fordel ifølge opfindelsen går tabt.

Til bedømmelse af slidbestandigheden anvendes kryds-cylinder-slidtesten. Ved denne test anbringes en cylindrisk prøve (diameter 1,6 cm) af det pågældende kold- eller varmbearbejdningsmateriale og et cylindrisk emne (diameter 1,3 cm) af wolframcarbid (med 6% cobalt som binder) vinkelret på hinanden. Der påføres en belastning på 6,8 kg via en vægt på en vægtstang. Derefter roteres wolframcarbidcylinderen med en hastighed på 667 omdr. pr. min. Der anvendes ikke smøring. I løbet af testen dannes der en slidplet på værktøjsmaterialet. Fra tid til anden bestemmes sliddets omfang ved at måle slidplettens dybde og omregne denne til slidvolumen ved hjælp af en relation, der er udviklet specielt til dette formål. Slidbestandigheden eller den reciprokke værdi af slidhastigheden, beregnes derefter ved hjælp af følgende formel:

Slidbestandighed = -sHahiitIihid = = hvori v = slidvolumen, L = påført belastning, s = glide-længde, d = diameter af wolframcarbidcylinder, og N = antal omdrejninger af wolframcarbidcylinderen.

Denne test har vist udmærket overensstemmelse med slidsituationer, der mødes i praksis.

Ved anvendelse af denne slidtest på prøver af legemer ifølge opfindelsen samt på nogle i øjeblikket meget anvendte, særdeles slidbestandige kold- eller varmbear-bejdnings-værktøjsmaterialer, der er gængse i handelen, opnås de i tabel V anførte resultater.

14 DK 155837 B

Tabel V

Hårdhed Indhold af vana- Slidbestan-Stålbe- Fremstillings- . . diumcarbider. af dighed ^ 5 tegnelse metode c MC-typen (vol.-%) (jplO kg/cm ) CPM liv P/M 63 17,7 4,64 CPM 10V P/M 63 16,2 6,33 CPM 6V P/M 62 10,5 1,41 AISI A7X støbning 61 8,0 1,05 10 AISI D7X støbning 61 6,7 0,49 AISI M4X støbning 63 9,0 0,77 AISI M2 støbning 64 3,1 0,42 ^handelsvare.

15 Overlegenheden af legeringerne ifølge opfindelsen med hensyn til slidbestandighed fremgår klart af disse resultater. Specielt, som det fremgår af tabel V og fig. 8, er slidbestandigheden af CPM 10-prøven betydeligt større end slidbestandigheden af CPM 11-prøven, der har et højere 20 indhold af vanadiumcarbider af MC-typen og derfor skulle forventes at have en større slidbestandighed. Som det fremgår af fig. 8 er et mindsteindhold af vanadiumcarbid af MC-typen på 10 vol.-% nødvendigt for at opnå en væsentlig fordel med hensyn til slidbestandighed i forhold til kon-25 ventionelle materialer. Der fastlægges derfor ved hjælp af disse data et mindsteindhold af vanadiumcarbider af MC-typen for legemer ifølge den foreliggende opfindelse.

Den øvre grænse for indholdet af vanadiumcarbid af MC-typen fastlægges ved, at det har vist sig, at de relativt 30 store partikler af vanadiumcarbid af MC-typen, der er til stede i mikrostrukturen af stål med vanadiumindhold på ca.

11% eller højere eller indhold af vanadiumcarbid af MC-typen på ca. 18 vol.-% eller højere, har en skadelig indflydelse på stålets slibelighed. Slibeligheden er en væsent-35 lig faktor, da slibning ofte anvendes ved fremstilling af værktøjer og andre slidbestandige genstande ud fra stålsorter af denne type. Indflydelsen af partikelstørrelsen af va- 15

DK 155837 B

nadiumcarbiderne af MC-typen på slibeligheden fremgår af følgende forsøg, der gennemføres med stålsorterne CPM 10V og CPM 16V. Disse to stålsorter har i det væsentlige samme sammensætning bortset fra deres indhold 5 af vanadium og carbon og deres indhold af vanadium- carbid af MC-typen. CPM 10V er et stål ifølge opfindelsen, medens CPM 16V ikke er.

Prøver af begge stålsorter grovbearbejdes og varmebehandles ved austenitisering ved 1177°C 10 (2150°C) i 4 minutter, olieafgysning og anløbning ved 538°C (1000°C) i 2+2 timer. Efter denne behandling er hårdheden af CPM lOV-stålet 63,5 R og hårdheden af CPM 16V-stålet 64,5 Rc· Prøverne færdigbearbejdes derefter til slutdimensionerne 3,134 cm (længde ) 15 x 1,011 cm (bredde) x 0,874 cm (tykkelse).

Slibeligheden bestemmes ved hjælp af en overfladeslibemaskine med vandret spindel af mærket Norton, der er udstyret med et frem- og tilbagegående bord og en magnetisk klo. De anvendte slibebetingelser 20 er følgende:

Tværtilspænding 0,20 mm

Tværhastighed 28,0 m/min.

Lodret tilspænding 0,025 mm pr. op spænding

25 Slibehjul 4-A-54-H-10-V-FM

Slibehjulshastighed 2000 omdr./min.

Kølemiddel "CX-30S" 2

Overfladeareal af 3,16 cm prøven, der udsættes for slibning 30 Før hver test måles prøvens tykkelse med et mikrometer. Efter 10 opspændinger (med en lodret tilspænding af slibehjulet på 0,025 mm pr. opspænding) måles tykkelsen igen, og ændringen af prøvens tykkelse 35 beregnes. Forskellen mellem den lodrette tilspænding af slibehjulet ved 10 opspændinger (10 x 0,025 mm = 0,25 mm) og den målte, resulterende ændring af prøvens

DK 155837 B

16 tykkelse viser sliddet på slibehjulet ved formindskelsen af dets radius. Jo mindre sliddet af slibehjulet er, jo bedre er slibeligheden af det undersøgte materiale.

5 Der gennemføres tre tests på hver af prøverne CPM 10V og CPM 16V. Slibehjulet afrettes før hver test.

Ved anvendelse af den ovenfor beskrevne procedure fås følgende resultater: 10 Stålsort Ændring af prøvens Gennemsnitligt slidx _ tykkelse (mm)_af slibehjulet (mm) CPM 10V 0,247 0,244 0,249 ^47 0,007 mm CPM 16V 0,231 0,236 0,231 0,234 0,020 mm x) bestemt som ovenfor anført 15

Det fremgår klart af disse resultater, at prøven CPM 16V, der ligger uden for opfindelsens rammer med hensyn til indholdet af vanadiumcarbid af MC-typen, idet dette ligger over den øvre grænse ifølge opfindelsen, 2Q udviser en utilfredsstillende slibelighed, der ligger betydeligt under slibeligheden af prøven CPM 10V, der ligger inden for opfindelsens rammer.

Stænger (diameter 1,920 cm) af stål CPM 11V forarbejdes til "koldekstrusionsdorne" og underkastes 25 en praktisk anvendelse som dorne ved fremstillingen af tændrørskapper af AISI 1008-stål. Dornenes ydeevne bestemmes ved det antal kapper, der kan fremstilles, før de er så slidte, at de skal udskiftes. Der fås resultaterne, der er anført i tabel VI.

30 35

Tabel VI

Ekstrusions- Indhold af vanadium- Gennemsnitligt antal dornmateriale carbid af MC-typen dele fremstillet pr.

_' (vol.-%), dorn (i 1QQ0 stkj .

17

DK 155837 B

CPM 11V 17,7 42 AISI M4K 9,0 22 x) handelsvare

Den fordelagtige ydeevne af legeringen ifølge opfindelsen, CPM 11V, i forhold til AISI M4-hurtig-drejestålet fremgår klart.

^ Ved et andet anvendelsesforsøg anvendes en dorn fremstillet af CPM lOV-stål til lokning af spalter i jernoxidbelagte mærkeplader. Der fremstilles 40 millioner mærkeplader uden slid eller ophobning på værktøjet. Til sammenligning svigter det samme værktøj 20 fremstillet af AISI D7-stål (indeholdende 4% vanadium eller 6,7 vol.-% vanadiumcarbid) efter fremstilling af 8-12 millioner mærkeplader.

Ved endnu et anvendelsesforsøg fremstilles en dorn af CPM 10V og anvendes til lokning af spalter 25 i en 0,38 mm tyk bane af en kobber-beryllium-legering til fremstilling af elektroniske dele. Medens den samme dorn fremstillet af AISI D2-koldbearbejdnings--værktøjsstål, der er varmebehandlet til en hårdhed på 60-62 R , normalt er opslidt efter fremstilling af

O

30 75.000 dele, og en dorn fremstillet af AISI M4-hur- tigdrejestål, der er varmebehandlet til en hårdhed på 64 Rc, udviser noget slid efter fremstilling af 200.Q00 dele, udviser dornen fremstillet af CPM lOV-stål, der er varmebehandlet til en hårdhed på 60 35 Rc, intet slid efter fremstilling af 200.000r dele.

Legemerne ifølge den foreliggende.opfindelse kan udformes som værktøjskomponenter uden særlige vanskeligheder. De kan udglødes til en hårdhed på 18

DK 155837 B

250-300 Brinell og kan bearbejdes, slibes, bores osv. efter behov til opnåelse af den ønskede form af værktøjet.

5

Claims

1. Legeme fremstillet ved hjælp af pulvermetallurgi og dannet af et komprimeret, forud legeret pulver af en legering, kendetegnet ved, at nævnte legeme består 5 af (i vægt-%) 0,2-1,5% mangan, maksimalt 2% silicium, 1,5-6% chrom, 0,50-6% molybden, maksimalt 0,30% svovl, 6-11% vanadium og 1,6-2,8% carbon., hvor resten udgøres af jern og tilfældige grundstoffer og urenheder, der er karakteristiske for sædvanlig stålfremstilling, og mate-10 rialet indeholder en dispersion af vanadiumcarbider, der i alt væsentligt er af MC-typen, i en mængde på ca. 10-18 vol.-%, hvor carbiderne i alt væsentligt er sfæriske og ensartet fordelt, og mængden af carbon er afpasset således efter mængden af chrom, molybden -15 og vanadium, at der er tilstrækkeligt carbon til stede til, at materialet kan varmebehandles til en hårdhed på mindst 56 R . c

2, Legeme fremstillet ved hjælp af pulvermetallurgi ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det pulver- 20 metallurgiske legeme er dannet af forudlegeret pulver af en legering, der i det væsentlige består af (i vægt-%) 0.,4-0,6% mangan, maksimalt 1% silicium, 5-5,5% chrom, 1,15-1,4% molybden, maksimalt 0,09% svovl, 9,25-10,25% vanadium og 2,40-2,50% carbon, hvor resten udgøres af jern og til-25 fældige grundstoffer og urenheder, der er karakteristiske for sædvanlig stålfremstilling, og materialet indeholder en dispersion af vanadiumcarbider, der i alt væsentligt er af MC-typen, i en mængde på ca. 15-17 vol-%.

3. Legeme fremstillet ved hjælp af pulvermetallurgi ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det pulver-metallurgiske legeme er dannet af forudlegeret pulver af en legering, der i det væsentlige består af (i vægt-%) 0,2-1% mangan, maksimalt 2% silicium, 4,5-5,5% chrom, 35 0,80-1,7% molybden, maksimalt 0,14% svovl, 8-10,5% vanadium 0 DK 155837 B og 2,2-2,6% carbon, hvor resten udgøres af jern og tilfældige grundstoffer og urenheder, der er karakteristiske for sædvanlig stålfremstilling, og materialet indeholder en dispersion af vanadiumcarbider, der i alt væsentligt er 5 af MC-typen, i en mængde på ca. 13,3-17,2 vol.-%. 10 15 25 30 35