DK156226B

DK156226B - Sintret haardmetallegering med nikkelbaseret bindefase og wolframkarbid

Info

Publication number: DK156226B
Application number: DK215280AA
Authority: DK
Inventors: Leif Lindholm
Original assignee: Sandvik Ab
Priority date: 1979-05-17
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1989-07-10
Also published as: WO1980002569A1; DE3069055D1; JPS56500748A; ATE9169T1; DK215280A; SE420844B; EP0028620A1; DK156226C; EP0028620B1; US4497660A; EP0028620B2; JPH0127143B2; SE7904331L

Description

DK 156226 B

Opfindelsen angâr en hidtil ukendt type hârdmetal med usædvanligt gode egenskaber ved anvendelsen, specielt som konstruktionsdele og slidelementer, raen ogsâ som skærende værkt0j og til anvendelse ved bjergværkdrift.

5 Nærmere betegnet angâr opfindelsen en sintret hârdmetal-legering, hvor hardelementet f0rst og fremmest udg0res af wolframkarbid (WC), medens bindefasen er baseret pâ Ni med optimerede tilsætninger af specielt grundstoffer-ne Cr og Mo.

10

Til anvendelsen til nævnte formâl har allerede i lang tid domineret hârdmetal, hvor hârdelementet i hovedsagen udg0res af WC og bindefasen af Co. F0rst og fremmest til h0jtemperaturanvendelser har det været bekvemt at ud-15 skifte WC delvist med en eller flere af de karbider, hvor Ti, V, Cr, Zr, Nb, Hf, Mo og Ta udg0r metalbestand-delene. Ved krav om h0j oxidationsmodstandsdygtighed eller h0j korrosionsmodstandsdygtighed har i enkelte til-fælde hârdmetal med TiC eller Cr3C2 som hovedkomponenter 20 i hârdemnet og med en bindefase, hvor Ni er hovedkompo-nent, fundet kommerciel anvendelse. Ikke desto mindre har disse typer af hârdmetal generelt ufordelagtige sej-. hedsegenskaber.

25 Hârdmetal af den type hvor WC er hârdelementet, men hvor bindefasen udg0res af Ni, har hidtil kun haft begrænset anvendelse. F0rst og fremmest anvendes det til visse formâl indenfor kernekraftindustrien, hvor WC-Co hârdmetal ikke kan anvendes, fordi Co har isotoper med lang 30 halveringstid.

Metallisk Ni har imidlertid flere fordelagtige egenskaber i forhold til metallisk Co. Sâledes er bâde oxidati-onsmodstandsdygtigheden og korrosionsmodstandsdygtighe-35 2

DK 156226 B

den bedre pâ grund af, at Ni har h0jere elektropotentia-le i de fleste midler end Co. Yderligere er Co ca. 10 gange mere kostbart end Ni (november 78), og den gennem-snitlige forekomst i jordskorpen af Ni er oratrent 4 gan-5 ge st0rre end forekomsten af C'o.

Ni anvendes som legeringselement til Co i metallegerin-ger pâ grund af, at Ni har h0jere korrosions- og oxida-tionsmodstandsdygtighed. Dette giver specielt fordelag-10 tige egenskaber hos Ni-bundet. hârdmetal. Specielt gælder dette anvendelser i krævende arbejdsmilj0er under redu-cerende eller oxiderende forhold. Desuden gælder gene-relt, at en lang levetid, ofte âr, ofte er et absolut krav for at en hârdmetaldel med h0je anskaffelsesomkost-15 ninger, jævnf0r f.eks. en del af stal, kan være 0kono-misk fordelagtig.

For hârdmetal, hvor WC er hovedkomponenten blandt hârd-elementerne, karakteriseres dettes fysiske og mekaniske 20 egenskaber specielt af middelkornst0rrelsen af WC - bin-defaseindhold - og bindefasens sammensætning. For hârdmetal har det hidtil været sâledes, at h0jeste E-modul, laveste temperaturudvidelseskoefficient og h0jeste var-meledningsevne har kunnet oprtâs, dersom WC er hârdele-25 mentet. Desuden er den h0jeste sejhed og en særdeles fordelagtig styrke blevet opnâet for rent WC-Co hârdmetal. Aiment gælder det for hârdmetal, at elasticitetsmo-dulen i hovedsagen bestemmes af hârdelementets sammensætning og mængde, samt at ved sammenlignelige elastici-30 tetsmodulværdier er b0jningsstyrken et udmærket mâl for hârdmetallets almene sejhedsegenskaber. Hârdheden, mate-rialets modstand mod plastisk deformation, er et mâl for styrke.

35

DK 156226B

3

Det er velkendt, at man ved tilsætninger af Cr eller Ni til bindefasen i WC-Co-hârdmetal, der giver forbedret oxidations- og korrosionsmodstandsdygtighed, for Cr-til-sætninger fâr en sænkning af specielt sejheden, medens 5 tilsætning af Ni resulterer i en sænkning af sâvel sej-heden soin styrken. Tilsætninger af Cr i st0rre mængder kan desuden give problemer med hensyn til at styre car-bon-balancen i sintret hârdmetal samt til dannelsen af spr0de dobbeltkarbider, hvori bindefasemetallerne ind-10 gâr, hvilket resulterer i en dramatisk sænkning af sej-heden. Tilsætninger af Fe f0rer til endnu lavere sejhed end tilfældet er med tilsætninger af Ni.

Det er sâledes velkendt, at hos hârdmetal med WC som ho-15 vedkomponent i hârdelementet er alternativet med Co i bindefasen f0rst og fremmest fordelagtigt set fra et sejheds-synspunkt. Specielt til konstruktionsdele og slidelementer er WC-Co-hârdmetallers sejhedsegenskaber ogsâ den fundamentale egenskab, som udover en god slid-20 styrke, har bevirket, at hârdmetal i udstrakt grad har kunnet konkurrere med ligesâ hârde og i visse tilfælde betydeligt billigere materialer, som f.eks. keramik.

Den angivne type hârdmetal har dog forholdsvis begrænset 25 korrosionsmodstandsdygtighed. Den almindeligste type korrosionsskader pâ WC-Co-hârdmetaller indebærer en al-men korrosion af den seje bindefase, som opl0ses, og sâledes at der kun bliver et spr0dt WC-skelet tilbage i det angrebne omrâde. Denne type skade betyder, at et 30 farligt begyndelsespunkt for brud er blevet skabt, hvilket indebærer at delens egentlige sejhed er blevet mind-sket pâ katastrofal mâde. Ved krav til for0get korrosi-ons- eller oxidationsmodstandsdygtighed udnyttes derfor i visse tilfælde hârdmetaller af en anden type end WC-35 4

DK 156226 B

Cor men pâ grund af disse typers dârligere sejhedsegen-skaber og modstandsdygtighed over for slitage mindskes fordelen ved at anvende hârdmetaller i forhold til bil-ligere materialer. En hârdmetaltype med for0get korrosi-5 ons- og oxidationsmodstandsdygtighed, og som samtidig har en god sejhed, har man hidtil ikke haft.

Hvor der stilles krav om en h0j sejhed hos hardmetallet samtidigt med en h0j korrosionsmodstandsdygtighed til 10 visse formâl, udnyttes i enkelte tilfælde konstruktio-ner, hvor spærrevand, der ledes forbi delen, beskytter denne mod det agressive medium. I andre tilfælde har man anbragt offeranoder nær hârdmetaldelen, der beskytter denne mod at korrodere, ved at den selv forbruges. Ano-15 dematerialet vælges saledes, at det har lavere elektro-potential end hârdmetallet i det aktuelle milj0. I luk-kede systemer kan man i visse tilfælde tilsætte korro-sionsinhibitorer til systemet, og derved modvirke korro-sion. Aile disse hidtil anvendte metoder til at im0degâ 20 det hpje krav til sejhed og korrosionsmodstandsdygtighed hos hârdmetaller kræver tilpasning af konstruktionen til hvert enkelt arbejdsmilj0, og det bliver derfor kost-bart. Ligeledes bliver konstruktionerne komplicerede, da man f.eks. mâ tilfpre rent spærrevand gennem et specielt 25 pumpesystem, og der kræves overvâgningssystemer. Smâ ændringer i arbejdsmilj0et, hvilket ofte sker under praktisk drift, som f.eks. at procesmedierne bliver sure, kan medfpre risiko for konstruktionernes funktions-dygtighed. Dette bevirker, at hastigheden, hvormed ano-30 dematerialet forbruges, for0ges drastisk, og at de til-satte inhibitorer bliver virkningsl0se.

Ved opfindelsen tilvejebringes nu en type hârdmetal, der udover en h0j slidstyrke udviser i det mindste WC-Co-35 5

DK 156226 B

hârdmetalarternes gode sejheds- og holdbarhedsegenskaber og styrke samt derudover en særdeles god korrosions- og oxidationsmodstandsdygtighed. Den omhandlede type hârd-metal har sâdanne egenskaber, at den kan udfylde det 5 "hul", der hidtil har eksisteret, nâr man har stillet krav til bâde h0j sejhed og h0j korrosions- og oxidationsmodstandsdygtighed. Dette er ogsâ muligtf uden at specielle konstruktioner skal udvikles for at beskytte konstruktionsdetaljen eller sliddelen. Den omhandlede 10 type hârdmetal, der i og for sig med hensyn til sit ind-hold af legeringselementer og strukturbestanddele ligger nær velkendte omrâder, fâr sine overraskende gode egenskaber ved udmâlte forhold af de deltagende legeringselementer og, via kraftigt styret fremstilling, optime-15 rede strukturbestanddele.

Legeringen bestar af 55-95 rumfangs-% hârdelement, soin væsentligt bestâr af WC, mere end 90 rumfangs-% og for- H- ’’ trinsvis mere end 95 rumfangs-%, men selv karbider, hvor 20 metalindholdet bestâr af Ti, Zr, Hf, V, Nb og Ta kan indgâ i en mængde pâ h0jst 10 rumfangs-%. Fortrinsvis udg0r hârdelementet indtil minimum 98 rumfangs-% WC.

Bindefasen, der udg0r de 0vrige. strukturbestanddele, indgâr sâledes indtil 5-45 rumfangs-% i hârdmetallerne.

25 Bindefasen udg0r imidlertid fortrinsvis mellem 8-40 rum fangs-% af hârdmetallet. Hovedbestanddelen i bindefasen er Ni, der indgâr i minimum 50 rumfangs-%, fortrinsvis indtil over 60 rumfangs-%. Bindefasen indeholder for-skellige legeringselementer i opl0sning og udover Ni, 30 bestâr den af 6-25% Cr, 2-15% Mo, max 10% Mn, max 5% Al, max 5% Si, max 10% Cu, max 30% Co, max 20% Fe og max 13% W. (Aile angivelser er rumfangs-% af bindefasen). Co og Fe erstatter Ni i bindefasen, medens W fâs fra hârdelementet under sintring, og indholdet styres ved at regu-35 6

DK 156226 B

lere det totale carbonindhold hos hârdmetallerne ved formalingen. Fortrinsvis b0r indholdet af W i bindefasen ikke overstige 8 rumfangs-% i det sintrede hârdmetal. Legeringselementer, der opl0ses i bindefasen, kan indde-5 les i grupper med hensyn til deres indvirkning pâ hârd-metallets egenskaber. Co eller Fe kan i visse tilfælde indgâ med indtil 20 eller 10 rumfangs-% i bindefasen og erstatter da Ni, uden at de overraskende gode egenskaber bliver dârligere.

10

Tilsatte Cr-indhold pâ 6-20 rumfangs-% og Mo-indhold pâ 2-6 rumfangs-% af den totale tilsatte bindefasemængde er n0dvendig, for at de fordelagtige egenskaber kan nâs.

Ved tilsatte Cr-indhold pâ 10-25 rumfangs-% og Mo-ind-15 hold pâ 3-15 rumfangs-%, hvor Cr + Mo tilsammen udg0r mindst 20 rumfangs-% af bindefasen, eller hvor Mo udg0r mere end 6 rumfangs-% af bindefasen, ma dog udover Al i indhold pâ 0,5-5,0 rumfangs-%, Si i indhold pâ 0,5-5,0 rumfangs-% eller Cu i indhold pâ 0,5-10 rumfangs-% til-20 sættes bindefasen. Det har overraskende vist sig, at Al,

Si eller Cu i disse mængder har en bindefasestabilise-rende indvirkning pâ denne type hârdmetal. Dersom Al, Si eller Cu ikke tilsættes ved de ovenfor angivne mængder af chrom og molybdæn, dannes der spr0de steder i hârdme-25 tallet under sintringen.

Indholdet af tilsat Cr + Mo til bindefasen b0r imidler-tid ikke overstige 30 rumfangs-% af denne, for at man kan bibeholde de fordelagtige egenskaber. I visse til-30 fælde, forst og fremmest hvor det f.eks. drejer sig om opl0sningshærdning af bindefasen, kan det være fordelag-tigt delvist at erstatte Ni og Cr med Mn, fortrinsvis i indhold indtil 8 rumfangs-% af tilsat bindefasemængde.

Indholdet af tilsat chrom b0r imidlertid ikke være 35

DK 156226 B

7 mindre end 6 rumfangs-% af tilsat bindefasemængde for at de fordelagtige egenskaber kan bibeholdes.

Helt afg0rende for at de gode sejhedsegenskaber kan nâs, 5 er udover det angivne interval for Cr + Mo indholdet, at det totale carbonindhold hos det sintrede hârdmetal hoiries inden for et snævert interval. Dette er for at en enfaset og sej bindefase skal opnâs, samt for at der ik-ke dannes nogen sprpde karbider. Carbonindholdet pâvir-10 kes sâvel af karbidindholdet og -typen som af indholdet af tilsat Cr + Mo. F0lgende interval har været optimalt, hvor hârdelementet udelukkende bestâr af WC: vægt-% = Ai - Bj_ (100- vægt-% hârdelement) 15 for rent WC er Ai = 6,13 For Cr + Mo mellem 8-15 rumfangs-% er Bi = 0,061 ± 0,008 20 (vægt-% C = totalt car- For Cr + Mo mellem 16-35 bonindhold i sintret rumfangs-% er Bi = 0,058 hârdmetal) + 0,007

For rent WC-Ni hârdmetal kan fâs en tofaset struktur i 25 fplgende interval: Ai = 6,13, Bi = 0,069 + 0,010. Dersom der udover WC ogsâ indgâr andre karbider som hârdelement, skal værdien for Ai korrigeres if0lge nedenstâende eksempel, hvor Ai er det pâgældende karbids st0kiome-triske carbonindhold i vægt-%.

30 35 8

DK 156226 B

Hârd- ele- ment WC 6,13 Ai - 1/100 (vægt-% WC i hârdelement x 6,13 5 TaC 6,22 + vægt-% TaC i hârdelement x 6,22 VC 19,08 + vægt-% VC i hârdelement x 19,08) 10 Til de omhandlede hârdelementanalyser d.v.s. mindst 90 rumfangs-% WC, kan B-værdier i overensstemmelse med til-fældet med udelukkende WC som hârdelement med fordel an-vendes. Ovenfor angivne interval for det totale carbon-indhold i det sintrede hârdmetal medf0rer sammenlignet 15 med rent WC-Ni hârdmetal til fremstilling af en enfaset bindefase, at det tilgængelige interval er skrumpet ind og er forskudt mod h0jere carbonindhold med andre ord tilsat WC-indhold, for at man kan opnâ de fordelagtige egenskaber.

20

Det er velkendt fra udviklingen af WC-Co hârdmetal, at sejheden kun pâvirkes ved at styrken forskydes i modsat retning. 0get bindefaseindhold* alternativt grovere mid-delkornst0rrelse hos WC for0ger sejheden, men f0rer til 25 dârligere styrke. Disse er de hidtil eneste kendte meto-der til at forbedre sejheden, forudsat at hârdmetal-strukturen generelt er lydefri. Det er desuden kendt, at indlegering af elementer i Co-bindefasen uden undtagelse f0rer til dârligere sejhed, men endog ofte til dârligere 30 styrke.

Det er derfor bemærkelsesværdigt, at tilsætning af Cr og Mo til det omhandlede WC-Ni hârdmetal bâde f0rer til for0get sejhed og for0get styrke. Dette specielt, da bâ- 35 9

DK 156226 B

de Cr og Mo set ud fra et termodynamisk synspunkt er kendte soin omtrent lige sa stærke karbiddannere som W, og at de derfor kunne antages at stabilisere dannelsen af dobbeltkarbider. Disse er meget spr0de, og de burde 5 derfor medf0re, at raan fik et spr0dt hârdmetal. I de en-kelte tilfælde, hvor chrom- og/eller molybdæntilsætnin-ger tidligere er anvendt til hârdmetal med nikkel-binde-fase, er denne tilsætning kun gjort med den hensigt at for0ge hârdmetallets korrosions- og oxidationsbestandig-10 hed. Sâdanne legeringer er angivet bl.a. i de japanske offentligg0relsesskrifter (Kokai) 50-45708, 50-120410 og 50-27707. Tilsætningerne har imidlertid været store, ait for store til at disse legeringselementers fordelagtige indvirkning pâ sejheden og styrken kunne erkendes. Ind-15 legeringsindholdet har ofte været lige sa stort som nik-kel-indholdet eller til og med st0rre, hvilket har med-f0rt, at der er blevet dannet en flerfaset og spr0d bin-defase. De dârlige generelle egenskaber, f0rst og frem-mest dârlig sejhed, som hârdmetallet har fâet ved normal 20 bearbejdning og som desuden beror pâ dârlig sammenkit- ning mellem karbidfasen og den flerfasede bindefase, sy-nes at være blevet accepteret, da dette var i overens-stemmelse med de hidtidige erkendelser i forbindelse med udviklingen af WC-Co hârdmetal.

25

Man kan undre sig over, at ikke lavere indhold tidligere er blevet udnyttet ved indlegering af chrom og molybdæn.

Det er imidlertid velkendt fra udviklingen af rustfrit stâl, at tilsætning af f.eks. chrom under en tærskelvær-10 di, der i praksis ligger 13 vægt-% chrom, for0ger korro-sionsangrebene pâ stâlet. Nâr desuden carbon er tilste-de, hvilket er tilfældet i hârdmetal, forh0jes denne tærskelværdi yderligere. Sâledes som det fremgàr af pr0-ver med det omhandlede hârdmetal (se eks. 2) gælder 35 10

DK 156226 B

imidlertid denne regel ikke for oplegering af bindefasen i det aktuelle tilfælde.

Det er tidligere kendt, at dersom chrom og molybdæn til-5 sættes hver for sig til WC-Ni hârdmetal, sâ resulterer dette selv ved lavere indlegeringsindhold i dârligere sejhed. Derudover gælder generelt, at carbonindholdets betydning for specielt de fordelagtige sejhedsegenskaber ikke tidligere har pâkaldt sig interesse for de aktuelle 10 legeringstyper.

For det i-forhold til WC-Co hârdmetal meget spr0de og slidtagesvage TiC-Ni hârdmetal er det imidlertid vel-kendt, at kun molybdæn, og da som oftest tilsat i .form 15 af molybdænkarbider M02C, har en vis positiv indvirkning pâ sejhedsegenskaberne. De Mo-indhold, der er aktuelle til de omhandlede legeringer, er imidlertid kun omkring en tiendedel af optimalt indhold i TiC-Ni hârdmetal, og desuden foreligger andre væsentlige forskelle mellem 20 TiC-Ni og WC-Ni hârdmetal.

Forklaringen pâ de udmærkede sejheds- og styrkeegenska-ber hos den omhandlede legering beror pâ en vekselvirk-ning mellem chrom og molybdæns indvirkning pâ karbidfa-25 sen og bindefasen. Analyse af hârdmetallets bestanddele viser, at Mo indlegeres bâde i karbid- og bindefasen, medens Cr hovedsageligt indlegeres i bindefasen. Det re-lativt h0je carbonindhold i sintret hârdmetal er n0dven-digt for at bibeholde wolframindlegeringen i bindefasen 30 lav, sâledes at der ikke dannes spr0de dobbeltkarbider.

Mekaniske data fra unders0gt hârdmetal viser, at den gode styrke hovedsageligt beror pâ en kraftig legerings-hærdning via chromtilsætningen. En lav molybdænindlege-ring i karbidfasen sammen med molybdæn- og chromlegering 35

DK 156226 B

11 af bindefasen resulterer i en meget god sammenkitning mellem karbid- og bindefasen, og herigennem en meget fordelagtig sejhed.

5 Forskellen i hârdhed, der generelt eksisterer mellem "ulegeret" WC-Co- og WC-Ni-hârdmetal, styrker wolframs svage opl0sningshærdende evne i nikkelbundet hârdmetal.

Derfor holdes i den foreliggende opfindelse wolfram-ind-holdet lavt i bindefasen gennem nu aktuelle carbonbalan-10 ceforhoJd samt ved tilsætninger af aluminium, kisel el-ler kobber.

Blandt de omhandlede bindefasesammensætninger, der viser sig særlig velegnede til at opnâ de fordelagtige sej-15 hedsegenskaber, og som desuden har særdeles gode oxida-tions- og korrosionsmodstandsdygtigheder, skal f0lgende analyser bemærkes: 1) 6-15 rumfangs-% Cr, 2-6 rumfangs-% Mo, hvor Cr + Mo 20 ikke overstiger 20 rumfangs-%, Co indtil 5, Fe indtil 3 og W indtil 8 rumfangs-% og resten Ni, hvor der i Ni endog indgâr almindeligt forekonunende lave indhold af forureninger.

25 2) 15-25 rumfangs-% Cr, 3-10 rumfangs-% Mo, hvor Cr + Mo ligger i intervallet 20-30 rumfangs-%. Al i indhold pâ 0,5-5 rumfangs-% eller Cu i indhold pâ 0,5-8 rumfangs-%, Co indtil 10, Fe indtil 5 rumfangs-%, W indtil 7 rumfangs-% og resten Ni, hvor der i Ni endog 30 indgâr de 0vrige normalt forekommende lave indhold af forureninger.

Forudsat at det totale carbonindhold hos det sintrede hârdmetal faider indenfor det interval, der gælder for 35

DK 156226 B

12 opfindelsen, fâs for bindefasen 1 specielt fordelagtig sejhed, medens der for bindefasen 2 fâs specielt fordelagtig styrke samt specielt fordelagtige oxidations- og korrosionsmodstandsdygtigheder.

Det orahandlede hârdmetal fremstilles ved hjælp af pul-vermetallurgiske metoder. Bestanddelene som sâdan, hârd-eleraenterne samt forlegeringen af delene eller af hele bindefasen ait i pulverform udg0r râvaren. De anvendte 10 pulverrâvarer formales sædvanligvis i et til hârdmetal-industrien passende kværnapparatur. Syrefri formalings-væsker som benzen eller xylen, anvendes fordelagtigt for at formindske indmalingen af syre i pulveret. Syre i st0rre indhold besværligg0r den krævede styring af to-15 talcarbonindhold i sintret hârdmetal. I visse tilfælde kan imidlertid alkohol eller acetone anvendes som forma-lingsvæske. Pulveret t0rres ved, at formalingsvæsken fjernes ved forh0jet temperatur i en passende inert at-mosfære og afk0les til stuetemperatur i denne inerte at-20 mosfære for at undgâ oxidering af pulveret. Sintring af hârdmetalpulveret til et tæt materiale og til den rette opbygning af strukturbestanddelene sker fortrinsvis ved hjælp af sàkaldt direkte sintring af en koldpresset pul-vermængde. Forsintring, hvor eventuelt ved formalingen 25 tilsat pressehjælpemiddel fjernes, og færdigsintringen, hvor pulvermaterialet krymper til et tæt materiale, ud-fores pâ denne mâde i ét trin. Ved denne sintringsmetode kan det totale carbonindhold i det sintrede materiale styres pâ en tilfredsstillende mâde, sâ blandt andet 30 genoxidering af pulvermaterialet efter separat forsintring undgàs.

35

DK 156226 B

13 EKSEMPEL 1

Et antal hârdmetalvarianter omfattende legeringer lig-gende sâvel indenfor som udenfor opfindelsens sammensæt-5 ninger fremstilledes for at foretage sammenlignende un-ders0gelser. Legeringselementerne som sâdan, hovedkompo-nenterne i bindefasen, eventuelt tilsat grafit og hârd-element if0lge tabel 1 ait i pulverform formaledes i en kugleni0lle. Formalingsvæsken var benzen, og hârdmetal-10 kugler valgtes som formalingselementer. For at formind-ske indmalingen af syre i pulpen udf0rtes formalingen under et nitrogengasovertryk. En formalingstid pâ ca.

200 timer til en pulvermasse pâ 5 kg resulterede i et grundigt blandet pulver med passende kornst0rrelse.

15

Pulveret torredes ved at formalingsvæsken fjernedes ved forh0jet temparatur i en inert atmosfære som nitrogen-gas. Pulveret afk0ledes til stuetemperatur i den inerte atmosfære for at formindske oxideringen af pulveret.

20

Sintringen af hârdmetalpulveret til et tæt materiale og til den rette opbygning af strukturbestanddelene skete ved sâkaldt direkte sintring af en koldpresset pulvermasse. Forsintringen, hvor eventuelt ved formalingen 25 tilsat pressehjælpemiddel var fjernet, og færdigsintrin-gen, hvor pulvermassen krymper til et tæt materiale, ud-f0rtes pâ denne mâde i ét trin. Sintringstemperaturen og holdetiden tilpassedes til bindefasemængden i hârdmetal-let og til den 0nskede kornst0rrelse af wolframkarbidet.

30 En holdetid pâ 1 til 2 timer samt en sintringstemperatur pâ mellem 1410 °C og 1550 °C viste sig passende til den omhandlede legering. Eventuel forsintring ved en tempe-ratur pâ indtil ca. 500 °C foregik med fordel i hydro-gen, medens færdigsintringen foregik i vakuum.

35

DK 156226 B

14 TABEL 1

Va- Hârdele- Bindefase Garbonindhold Sintrings- ri- ment vol-% data 5 ant vol-% mængde i ind- sin- mængde i delhârd- vejet tret delhârd- métal vægt-% vægt-% temp/tid métal analyse analyse 10-- 1 92 100 WC 8 82Ni, 6,04 5,86 1550 °C/lh 6Cr,2Mo 2 92 " 8 85Ni, 6,04 5,85 HCr, 4Mo 15 3 92 " 8 70Ni, 6,04 5,86 1550 °C/lh 15Co, HCr, 4Mo 4 92 " 8 100NÎ 5,9,7 5,84 1550 °C/lh 5 92 " 8 100CO 5,97 5,84 1500 °C/lh 20 - 6 85 " 15 82Ni, 5,73 5,60 1500 °C/lh 6Cr,2Mo 7 " " 15 85Ni, 5,73 5,60 " HCr, 4Mo 25 8 " " 15 73Ni, 5,73 5,62 " 15Cr·, 12Mo 9 " " 15 73Ni, 5,76 5,63 19Cr,6Mo, 2A1 30 10 " " 15 63Ni, 5,76 5,63 21Cr,9Mo, 7 Cu 11 " " 15 85Ni, 5,76 5,61 15Cr 35

DK 156226 B

15 12 " " 15 85Ni, 5,76 5,59 "

15MO

13 " " 15 lOONi 5,65 5,57 " 14 " " 15 lOOCo 5,65 5,58 1450 °C/lh 5 - 15 70 " 30 85Ni, 5,10 5,02 1400 °C/lh HCr ,4Mo 16 " " 30 73Ni, 5,10 5,03 " 19Cr,6Mo, 1U 2A1 17 " " 30 55Ni, 5,15 5,07 " 30Cr,9Mo, 6A1

18 " " 30 lOONi 5,03 4,95 H

15 19 " " 30 lOOCo 5,03 4,95 1350 °C/lh

Syreindholdet efter formalingen og t0rringen kunne hos samtlige varianter, bortset fra variant 17, holdes lave-re end 0,7 vægt-%, medens variant 17 havde et syreind-20 hold pâ 0,91 vægt-% (Som det er velkendt, kræver Ni-bin-defase, sammenlignet med samme raængde Co-bindefase, om-trent 50 °C h0jere sintringstemperatur for at man kan opnâ et lydefrit hârdmetal).

25 Metallografiske og fysiske data samt resultater fra rae-kanisk pr0vning er angivet i tabel 2 nedenfor: 30 35

DK 156226 B

16 ui

i G

0/ ω >

O' P -H O

(TJ (fl 4-1 -H O

-P -H (5Ό · H O O O O O OOOOOOOOO O O O O O

•h ai h n n il ο o ld ο ο οοοίηοιπΓ'Γ^ΓΝ n^cnt^o

iHQ)0)ft)flJCn OÎNH(ÛO> lO'Û'JMXl^noOlfl HH H

en >-1 (¾ > > H H H H

(N

T3 \ i 0) m o x; g οοιηοο ο o ifl ifl ifl mm in in omooo 3 -Γ1 CJ\ **·*·*» vv».».».».v».». »«.»*·» i-i ai Hg h h o oo o LfiLncnN'mcncTïom n cn ^ r-- cn

p4 Cfl en H H H H HH HH HH CN CN H H CN

T3 .....

-i 3 Ό cji μ ai w xi f-j xx ai

Tl CH ifliû m ΓΉ (NfflCOtNiNOICOHH CN H CN LD 00 Φ (2J *«»*.*» ^ *» ^ fc. ^ en —* -jj HrHHOH γορογΗγπγοηηγμγπ tntneonsi1

CM

r~i g

ο B

Ό \ o o o i OZ n< = = = = o = = = = = = = = o = = = = W Sü vo <jd in (fl σ> c ω

•μ Ji (N

CN C μ Ë OOOOO OOOOOOOOO ooooo t-iP^E oinooo ooooooooo ooooo J & ü\ koiflinci'i încnhhocnh^o omorooo

H CQ (fl Z CM CM CN H (N COmCNCOmCNCNCNCO P") CN CN CN CN

m < fi ro ooooo ooooooooo οοιηοο c'On en cn o en iDCOHiruomoicoin incNNon >caai> tn cû in m ηγο^'Τ^πηηγο o h h en o

K .C (X| HHHHH Hi—I I—I i—I <—ii—! i—I —li—l HHH H

Φ I (fl

GH 00 O O

μ Φ h - -

Ο μ (D- H CN CM

ϋ μ Ό S I = = = = 1 = = = = = = = = 1 = = = = l το,τΐ Λ m i> r^

U 4J ·Η '— » V

3» 01 Ë H H H

4->

C

aj

•H

Jm ns «HCNco^m ο Μΰ o h oj ro M1 in vû oo σ\

i> H r—(HiHr-fHri rI H H

DK 156226 B

17 HV3 er udf0rt sâledes som beskrevet i ISO 3878/ b0j-ningsstyrken som beskrevet i ISO 3327, mâling af elasti-citetsmodulen i ISO 3312 og mâling af slitageresistensen som beskrevet i CCPA (Cemented Carbide Producers Association) P-112.

5

Som det fremgâr af ovenstâende oplysninger om hârdheden, indebærer en indlegering if0lge opfindelsen, at hârdheden generelt 0ges i forhold til hârdmetal med ulegeret Ni-bindefase. For0gelsen kan være sâ stor som 25% ved 10 hoj indlegering i bindefasen, hvilket indicerer en kraf-tig legeringshærdning af bindefasen. At de omhandlede legeringer selv i sammenligning med tilsvarende WC-Co-arter fremviser 2-9% bedre hârdhed kan forklares med et h0jere legeringsindhold i bindefaserne.

15 B0jningsstyrken er et udmærket mâl for sejheden, men kun ved sammenligninger med hârdmetal med samme E-modul (samme hârdelementanalyse og -mængde), sâledes som det fremgâr af ovenstâende data (jævnf0r b0jningsstyrken med 20 sejhed (mâlt som energi indtil brud) og brudsejhedspara-meteren Kjc). Den for de omhandlede legeringer i forhold til "ulegeret" WC-Ni opnâede meget st0rre for0gelse af b0jningsstyrken, 31-37% for0gelse, viser, at en kraftig forbedring af sammenkitningen mellem bindefase og hârd-25 elementfase er sket ved indlegeringen. Forskellen i b0j-ningsstyrke mellem hârdmetal med "ulegeret" Ni- hen-holdsvis Co-bindefase var af samme st0rrelsesorden, sâledes som det er kendt tidligere. Med et tilsat indhold pâ 8-15 rumfangs-% Cr + Mo (variant 2, 3, 6, 7 og 15) 30 fik man yderligere en b0jningsstyrkefor0gelse pâ 6-8%, nâr man sammenligner med WC-Co hârdmetal.

35

DK 156226 B

18

Variant 8, 12 og 17, ved hvilke man fik forskellige ikke identificerede faser, gav en ufordelagtig sejhed og des-uden en dârlig modstandsdygtighed overfor slitage. Dette pâ trods af at man i visse tilfælde fik en fordelagtig 5 hârdhed. Disse resultater bekræfter wolframkarbidets (WC) særdeles gode slitagemodstandsdygtighed i forhold til andre karbider.

EKSEMPEL 2 10

Pr0vestænger, der fremstilles som beskrevet i eks. 1 og med en bindefasemængde og -analyse soin i varianterne 6, 7, 9, 13, 14, 15, 18 og 19 i eks. 1, efterpr0vedes for korrosion. For at fâ et almindeligt overblik over hârd-15 metal-arternes korrosionsbestandighed udf0rtes afpr0v- ningerne i en række bufferopl0sninger mellem pH 1 og 11. Bufferopl0sningerne havde den i tabel 3 angivne samraen-sætning: 20 TABEL 3 pH oplpsning 1 0,1 M HCl 2 350 ml 0,1 M HCl + 150 ml 0,1 M di-natriumhydro- 25 gencitrat 3 300 ml 0,1 M HCl + 200 ml 0,1 M " 4 225 ml 0,1 M HCl + 275. ml Q,1 M " 5 500 ml 0,1 M " 6 200 mL 0,1 M NaOH + 300 ml 0,1 M " 30 7 275 ml 0,1 M KH2P04 + 175 ml 0,05 M Na2B4C>7 10 H20 8 200 ml 0,1 M " + 250· ml 0-,0-5 M " 9 60 ml 0,1 M " + 390 ml 0,05 M " 10 340 ml 0,1 M Na2C03 + 110 ml 0,05 M " 11 440 ml 0,1 M " + 12 ml 0,05 M " 35 19

DK 156226 B

Korrosionsafprpvningerne udf0rtes som nedsænkningsaf-pr0vning i ovenfor anf0rte opl0sninger med en efterf0l-gende afslibning med Sic i sprit i en porcelænskværn.

Den efterf0lgende afslibning var n0dvendig, for at kunne 5 bestemme de totale korrosionsskader pâ pr0vestavene (d.v.s. for at bortslibe omrâder pâ prpvestavene, hvor bindefasen var korroderet bort, men hvor WC-skelettet var intakt efter neddypningen). Data for nedsænkningsaf-pr0vningen: i u

Temperatur: 26+1 °C

Tid: 10 d0gn

Antal pr0vestænger: 3 stk/variant Pr0vestang: glatslebet 0 9 x 15 (mm) 15

Resultaterne fra korrosionsafprpvningen er sammenfattet i diagrammet i fig. 1. Som det fremgâr af resultaterne, har mængden af bindefase i hârdmetallet for samme bin-defaseanalyse ikke pâvirket korrosionstabet (A) mere end 20 mellem forskellige pr0ver indenfor samme analysevariant (mindre end 15% af middelværdien). En korrosionsfordyb-ning pâ 0,1 mm/âr (D) angives ofte som en 0vre grænse for at et materiale kan anses som korrosionsbestandigt i et vist milj0. En korrosionsdybde pâ 0,1 mm/âr (D) sva-25 rer til 36-42 mdd (= mg/24t x dm2) afhængig af hârdme-talvariantens densitet.

Som det fremgâr af resultaterne fra afpr0vningen, kan en WC-Co-prpve ikke anses for korrosionsbestandig i milj0-30 er, der har lavere pH end 7. Ombytning af bindefasen til "ulegeret" Ni-bindefase medf0rer en vis sænkning af kor-rosionstabene. Sænkningen kan dog ganske vist ikke ud-nyttes praktisk, ud over i meget specielle tilfælde (hvilket delvis forklarer WC-Ni-arternes begrænsede kom-35

DK 156226 B

20 mercielle anvendelse). En tilsætning pâ kun 6 rumfangs-%

Cr og 2 rumfangs-% Mo til bindefasen i WC-Ni hârdmetal-ler medf0rer en dramatisk sænkning af korrosionstabene. Hârdmetallet viste sig korrosionsbestandigt ned til pH 5 3. Yderligere tilsætning af Cr + Mo til bindefasen inde- bar, at hârdmetaller, der var korrosionsbestandige selv ved pH 1, kunne opnâs.

Ved opfindelsen kan man sâledes fâ hârdmetalarter med 10 mekaniske egenskaber, der er lige sâ gode som WC-Co- sorterne, og som herudover er korrosionsbestandige ned til pH 1. Dette skal sammenlignes med WC-Co-sorterne, der kun er korrosionsbestandige ned til pH 7.

15 EKSEMPEL 3

Man analyserede bindefasen i sintret if0lge opfindelsen hârdmetal. Analyserne udf0rtes dels i en h0jtopl0sende, h0jf0lsom mikrosonde af mærket "Camebax" fremstillet af 20 Cameca, Frankrig dels ved sâkaldt faseseparering og al-mindelig kemisk analyse.

Hârdmetal fremstillet som i eks. 1 og med analyser i overensstemmelse med varlanterne 7, 8, 10, 11 og 13 i 25 eks. 1 analyseredes som ovenfor beskrevet. Resultaterne fremgar af tabellerne 4-6.

30 35

DK 156226 B

21 TABEL 4

Indvejningsanalyse for hârdmetaller (85 rumfangs-| WC-15 rumfangs-% bindefase) 5 ---

Var. WC Ni Cr Mo Cu Optimaltx) C^ot- vægt-% vægt-% vægt-% vægt-% vægt-% interval vægt-% 10 7 91,00 7,77 0,81 0,42 - 5,51-5,65 8 91,00 6,64 1,11 1,25 - 5,55-5,67 10 91,10 5,59 1,55 0,94 0,64 5,56-5,68 11 91,20 7,70 1,10 - - 5,52-5,66 13 90,90 9,10 - 5,41-5,59 15 x) Totalt carbonindhold i sintret hârdmetal analyseret ved hjælp af gravimetriske metoder. Intervallet beregne-des med den tidligere angivne formel.

20 TABEL 5

Indvejningsanalyse for bindefasen

Var. Ni Cr Mo Cu 25 vægt-% vægt-% vægt-% vægt-% 7 86,3 9,0 4,7 8 73,8 12,3 13,9 10 64,8 17,4 10,6 7,2 30 11 87,5 12,5 13 100 35 < 22

DK 156226 B

i—l 0 ud r*- r- Γ- £> o\° v ^

Φ I O O O O O

ϋι -P

CP U1 « lû ΰ Iû (H ». ·» »· * ·»

> àP O O O O O

i—i ίο in h ιλ « 0 ». »»·» *·

£> d\° i—! i—ii—li—I H

O I

CJ jj in en co si in CP » »» ·» »· *»

A3 ri i—I ri ri i—I

> CAP

1 oo oo oo (N en ri »» ». »» »· » Ο ·5Γ o io si

\£ > o\° H

S I

rj JJ ri ri CM en CO

W CP ~ ^ ~ - pq φ σ\ i—I o en co

ce > o\o CN rH H

f-l h m 0 > *° I VO | |

P I O JJ

CP sji (ti *·

> àP 1 I VO 1 I

rH r» to in

0 »»*» I I

> o\P CM Si in

O I

S JJ CP O H

CP » » » ft) cm tn co i i > cA° 1 cp sr en ri

rH

O cp en cp oo C > àP rH rH rH |

Q) U I

en a jj t'- oo cn ri (0 CP ·.·.».» un fü r» ai in o

(1) > oV ri ri I

TD

c l cp co m en -N* -ri ri .“.>.».»· X! o O 00 ri 00 cn

> CAO oo 10 co P» CP

UH -H I

ra 2 jj cn cm cp o ri CP ·.*.». . ·.

aj rj oo cn cp m co cn > a» r» φ m o- co rH · flj J-4 c m co o h on

ci] î> rH rH rH

23

DK 156226 B

De ovenfor angivne analyser er middelvaerdier af de for-skellige stofanalyser efter de to forskellige metoder. Ni-indholdet er ikke analyseret, men i Ni-indholdet for-oven indgâr ogsâ normalt forekommende forureningsmængder 5 i hârdmetallet.

Af ovenstâende analyser fremgâr det, at tilsat mængde Ni, Cr og Cu er indarbejdet næsten fuldstændigt i bin-defasen i de sintrede hârdmetaller. Den forskel, der ek-io sisterer mellem indvejet analyse tabel 5 og analyseret tabel 6 skyldes en fortynding af bindefasen f0rst og fremmest med W fra hârdelementet, men ogsâ af Co og Fe fra râvarerne og tilvirkningsprocessen. Eventuelt kan analyserne for Cr indicere en ubetydelig indarbejdning i 15 karbidfasen.

For Mo eksisterer imidlertid en signifikant forskel mellem analyseret og indvejet analyse, der ikke kan forkla-res ved fortynding af bindefasen. Mikrosondeanalyse af 20 karbidfasen pâviser en indarbejdning af Mo i karbidfasen. For varianterne 7 og 10 kunne ikke ses nogen nye faser (detekteringsgrænse: 0,1 μπι). For variant 8 kunne dog registreres en ny fase, der f0rst og fremmest inde-holdt W og Mo, men ogsâ Cr. Kornst0rrelsen pâ denne fase 25 var indtil 5 μπι.

Af wolframanalyserne i tabel 6 fremgâr det, at f0rst og fremmest Mo men ogsâ i en vis udstrækning Cr for0ger W-indarbejdningen i bindefasen. w-indarbejdningen kan for-30 mindskes med stigende carbonindhold i hârdmetallerne, men de forholdsvis h0je indlegeringsindhold som f.eks. for variant 10 (sammenlign variant 8) mâ herudover til-sættes Cu (eller Al eller Si) for at holde W-indholdet nede i bindefasen og undgâ dannelsen af spr0de ikke 0n-35 24

DK 156226 B

skede faser.

Ingen spr0de faser kunne afsl0res i variant 11 (varian-ten som manglede Mo). Af ufordelagtige sejhedsdata fra 5 eks. 1 for denne variant fremgâr det, at den naturlige forklaring pâ dette er, at en Mo-indlegering i karbid-fasen og bindefasen er n0dvendig, for at de gode sej-hedsegenskaber kan nâs. Da denne variant har god styrke (HV 3 i eks. lf jævnf0r yderligere variant 12), antages 10 det, at legeringshærdningen i bindefasen f0rst og frem-raest beror pâ Cr-indlegering.

EKSEMPEL 4 15 Moderne slamsugere med skærehoved (cutter suction dred-gers), der kan opmudre pâ store dybder og med store ka-paciteter, er udviklet. De store kræfter, der absorberes i mudderpumperne i disse opmudringsværker, skaber store tekniske problemer. Almindelige h0jtrykspumper kan ikke 20 anvendes pâ grund af de store fordringer, der stilles, der f.eks. skyldes den meget slidende, ridsende mudder-masse, og korrosionskravene, da pumperne ofte arbejder i havvand og h0je ydertryk, indtil op imod 2,5 MPA pâ en tætningsoverflade med mâlene 0i = 440, 0y = 460 (mm) og 25 en relativ hastighed pâ 7-7,5 m/s. Ombytning og reparationer af almindelige pumper mâ udf0res med korte mellemrum, som f.eks. en gang om ugen.

Udvikling af en ny type akseltætning i disse pumper, der 30 er udf0rt som plan taetning med hârdmetalringe som tæt-ningselementer, er blevet beskrevet i 8. internationale konference om Fluid sealing, üniversity of Durham, Eng-land, 1978, Mechanical face seal for big pressure dredge pump. E. Muddle og I. Wisser, side H 3-19 til 34. Labo-35 25

DK 156226 B

ratorieunders0gelser udf0rtes som konventionel pinde-mod-ring pr0ve, samt pr0ve udf0rt i et specielt fors0gs-udstyr i fuld skala, der viste, at en hârdmetal-art med 30 rumfangs-% koboltbindefase (variant 19 i eks. 1) med 5 en hârdhed pâ ca. HV 1000 synes optimal, sâledes som det er beskrevet i ovenfor nævnte litteraturhenvisning. Ty-perne var optimale hvad angâr: styrke (hârdhed) ved at kunne modstâ den slitage, som de blev udsat for; sejhed, d.v.s. i dette tilfælde modstand mod opstâen og tilvaeks-10 ten af termiske udmattelsesrevner pâ grund af h0j ter-misk pâvirkning.

I fors0gsudstyret kunne korrosionskravet sammen med kra-vet til styrke og sejhed ikke simuleres pâ tilfredsstil-15 lende mâde. Dette resulterede i meget kraftig slitage pâ hârdmetalringene ved den praktiske afpr0vning, d.v.s. ca. 5 mm niveaunedslidning pâ stator og rotor tilsammen efter 3000 timers- afpr0vningstid. Unders0gelse af de af-prpvede ringe pâviste forholdsvis kraftige korrosions-20 skader, nâr opmudringen var udf0rt i havvand.

For at impdegâ kravet om forh0jet korrosionsbestandig-hed, samtidig med at kravene om optimal styrke og sejhed til denne anvendelse kunne tilgodeses, anvendtes hârdme-25 tal, nemlig variant 15 i eks. 1. Ved at denne variant havde samme karbidfase som forud anvendt hârdmetal, og at kobolt og nikkel har nært liggende værdier for varme-udvidelseskoefficienten, kunne de i litteraturhenvisnin-gen beskrevne afprpvningsteknikker anvendes for hârdme-30 talringe af de nye arter. Funktionsprpven i prpveudsty-ret udfprtes og viste, at det ikke var n0dvendigt at foretage konstruktionsforandringer pâ grund af ombytning af arten. WC-NiCrMo-tætningsringene afpr0vedes herefter i praksis i et opmudringsværk. Efter 5000 timers afpr0v-35

DK 156226B

26 ningstid afmonteredes pumpen for eftersyn. Niveauned-slidningen var mindre end 0,5 mm pâ statoren og rotoren tilsammen. Lækagen havde under hele afpr0vningstiden væ-ret fuldt tilfredsstillende, d.v.s. mindre en 100 cm3/-5 time. Efter eftersynet er tætningen yderligere blevet afpr0vet i 1500 timer uden bemærkninger.

EKSEMPEL5 10 I procesindustrien, som f.eks. indenfor papirmassefabri-kationen, stilles der som regel store krav til korrosi-onsbestandigheden af de enkelte konstruktionsdetaljer.

Syrefaste konstruktioner anvendes i vid udstrækning.

Massen er desuden kraftigt nedslidende. Til akseltætnin-15 ger, til lejer og lignende anvendelser er derfor anvendt hârdmetaller. Pâ grund af store krav overfor nedslidning og sejhed har kun hârdmetaller af typen WC-Co været ak-tuelle. Kravet til korrosionsbestandighed er i disse tilfælde l0st med varierende held, ved at man har an-20 bragt offeranoder nær hârdmetaldetaljen eller med konstruktioner, hvor afskærmningsvand beskytter hârdmetal-lerne mod det aggresive medium.

I en akseltætning i et trykfilter til filtrering af sul-25 fitlud er tidligere anvendt plantætninger i en WC-8 rum-fangs-%-Co-art (en art med fysiske og mekaniske data, der svarer til variant 5 i eks. 1). pH pâ sulfitluden varierede mellem 3,5 og 3,9 og temperaturen for luden var 70-90 °C, hvorfor man anvendte offeranoder af zink 30 for at beskytte plantætningen. Levetiden for tætningerne var utilfredsstillende blandt andet pâ grund af at kon-struktionen skulle overvâges intensivt, da forbruget af zinkanoder var h0jt og varierede kraftigt. En levetid pâ 1-3 mâneder var normal for planpakninger og levetidskri-35 27

DK 156226 B

teriet var kraftig lækage.

F0rst og fremmest for at formindske vedligeholdelsesbe-hovet pâ trykfiltret, der bortset fra akselpakninger var 5 frerastillet i syrefast konstruktion, afpr0vedes en ak-selpakning, hvor pakningsringene var fremstillet i en WC-NiCrMo-hârdmetalart med 8 rumfangs-% bindefase (frera-stilling, analyse, fysiske og mekaniske data i overens-stemmelse med variant 2 i eks. 1), d.v.s. bindefaseana-10 lyse: 85 Ni, 11 Cr, 4 Mo (tilsat rumfangs-%). Der an-bragtes ingen offeranoder i trykfiltret.

Akselpakningerne klarede 8 mâneders kontinuert drift. Levetidskriteriet var lækage, soin forârsagedes af ned-15 slidning fra faste partikler i luden. Ved ombytning af hârdmetalarten i planpakningen l0stes hele trykfiltrets korrosionskrav, og vedligeholdelsesbehovet sænkedes drastisk. Herudover fik man en levetidsforlængelse pâ 3 gange for planpakningen.

20 EKSEMPEL 6

Til fremstilling af polyethylen, der anvender h0jtryks-processer ved forarbejdningen, anvendes simpel alterna-25 tiv cylinderbeklædning i h0jtrykskompressorer, som er fremstillet i hârdmetal. Anvendelsen af hârdmetaller til disse detaljer har medf0rt en for0gelse af levetiden pâ 15-30 gange, men den st0rste gevinst ligger i de kraf-tigt formindskede omkostninger ved produktionsstop og 30 reparationer. Til detaljer til h0jtrykskompressorer, der har arbejdstryk indtil op mod 3500 Bar (350 MPa) stilles h0je krav til hârdmetallets sejhed- og styrke. For at kunne opnâ disse h0je tryk i kompressorerne og desuden formindske eftersynstiden og -omkostningerne stilles 35 28

DK 156226 B

desuden h0je krav til ensartet overflade (Ra = 0,04) og mâltolerancer af detaljerne, samt at den ydre overflade og mâlet ikke dramatisk mâ forandres pâ grund af ned-slidning (sammen med andre 0delæggende pâvirkninger).

5

Stempler, der har en sammensætning med fysiske og meka-niske data som variant 14 i eks. 1, d.v.s. WC-15 rum-fangs-% Co med WC-middelkornst0rrelse pâ 1,7-2,0 μιη an-vendtes med for det meste særdeles gode resultater i 10 h0jtrykskompressorer. Levetider pâ 5000-15000 timer mel- lem hver omslibning sâs ofte. At stemplerne skal kunne slibes om er ofte et uundgâeligt krav pâ grund af stem-plernes h0je anskaffelsesomkostninger, da de er frem-stillet i hârdmetal.

15

Ved visse typer af processer ved polyethylenfremstillin-gen har ovennævnte WC-Co-art imidlertid ikke givet til-fredsstillende levetid, nâr den anvendtes som stempel i hpjtrykskompressoren. Efter omslibning af stemplet har 20 man set korrosionsskader, trods en omslibningsdybde pâ 0,1 mm. Ârsagen til disse kraftige korrosionsangreb har man ikke fuldstændigt kunne g0re rede for, men organiske syrer dannes sandsynligvis allerede i h0jtrykskompressoren pâ grund af ikke styrbare bireaktioner.

25

Et stempel med mâlene 0 87 x 1203 mm fremstilledes af hârdmetal med sammensætning, fysiske og metallografiske data som i eks. 1, variant 10, WC-15 rumfangs-% (NiCr-MoCu) med WC-middelkornst0rrelse pâ 1,7-2,0 μπι. Udglat-30 ningen pâ stemplet var Ra 0,04 efter afsluttende pole-ringsbearbejdning. Efter en pr0vetid pâ 8500 timer af-monteredes stemplet for inspektion. Der sâs ingen defek-ter, og stemplet monteredes atter i h0jtrykskompressoren. Stemplet er nu yderligere afpr0vet i 1000 timer 35 29

DK 156226 B

uden anmærkning.

EKSEMPEL 7 5 Anvendelsen af hârdmetal til f.eks. h0vlstâl til træbe-arbejdning sammenlignet med anvendelsen af h0vlstâl af almindelige materialetyper, hurtigstâl, har medf0rt en reduktion af værkt0jsomkostningerne med indtil 75% 10 Ved bearbejdningen af fugtigt træ, ved fugtighedsindhold pâ mere end 20% og pH max 5, kan dog almindelige WC-Co-arter ikke anvendes pâ grund af utilstrækkelig korrosi-onsbestandighed. St0rste korrosionsproblemer opstâr ved bearbejdningen af eg, ceder og kastanje, der i fugtig 15 tilstand afdamper i hovedsagen eddikesyre men yderligere myresyre, oxalsyre og citronsyre.

For at afpr0ve en hârdmetalart til bearbejdning af fugtigt træ udf0rtes teknologisk afpr0vning. Bearbejdnings-20 pr0ven foretoges i fugtig eg, der lagredes 15 d0gn i en relativ fugtighed pâ 80% og med et analyseret eddikesy-reindhold pâ 0,90%. Bearbejdningsoperationen udf0rtes som en fræsning. Fræseren udstyredes med plane vendeskaer med dimensionerne 50 x 12 x 1,5 mm med 45 0 slibnings-25 vinkel, 3 vendeskaer, 2 skæreæg pr. skær, der afpr0vedes pr. analysevariant i 1000 l0bende meter. For at fastslâ skæræggenes kvalitet udfræsedes overfladepr0ver i t0r birk efter 200 og 1000 meter. Pâ hvert afh0vlede træ-stykke foretoges en mâling af ujævnheder. Hârdmetalskae-30 ret vejedes f0r og efter pr0ven for at bestemme vægtta-bet pâ grund af nedslidning sammen med korrosion. Neden-for angivne resultater er middelværdien af seks afpr0ve-de ægge: 35 30

DK 156226 B

Overfladeafvigelsens maksimalværdi Analyse R max (μπι)

Variant bindefase Bearbejdede l0bende Vægttab efter 5 (indvejet) meter 1000 m vol-% 200 m 1000 m (mg) 7 85Ni HCr 35 30 1,5 4Mo 10 8 73Ni 15Cr 85 95 9,0 12Mo 9 73Ni 19Cr 30 30 1,3 6MO 2A1 14 100CO 50 75 12,4 15

Det store vægttab, man fik med variant 8 med h0jt molyb-dænindhold for forholdsvis dârlig sejhed (se eks. 1) skyldtes opridsning af skæreæggen. Denne opridsning re-sulterede i store overfladeafvigelser i overflade-jævn-20 hedsprpven, hvilken fremgâr af ovenstâende tabel. Korro-sionen pâ WC-Co-arterne resulterede i de st0rste vægttab af afpr0vede arter samt desuden i ufordelagtige overfladeafvigelser i den bearbejdede overflade.

25 Yderligere praktisk afpr0vning har bekræftet, at varlanterne 7 og 9 giver særdeles gode resultater ved bear-bejdning af fugtigt træ. Pa grund af disse arters særdeles gode korrosionsmodstandsdygtighed sammen med de gode sejheds- og styrkeegenskaber kan hârdmetal generelt an-30 vendes inden for træbearbejdningesomrâdet med dramatisk sænkning af værkt0jsomkostningerne som résultat.

35 31

DK 156226 B

EKSEMPEL 8

Konventionelt WC-Co hârdmetal kan ikke anvendes ved varmtvalsning af kobber pâ grund af kraftig galvanisk 5 korrosion af bindefasen. Praktisk afpr0vning f.eks. i et Propertziværk, hvor hurtigstâlvalser tidligere er blevet anvendt, er blevet udf0rt med konventionelle hârdmetal-arter, uden at man har opnâet forbedrede produktionsre-sultater mellem omslibningerne. Omslibningskriteriet var 1.0 dârlig overflade pâ kobbertrâden.

Ved hjælp af laboratorieafpr0vning, der simulerede de h0je termiske pâvirkninger samt de h0je krav til korro-sionsbestandighed, der râder ved varmtvalsning af kob-15 bertrâd, fremstillede man en ny hârdmetalart. Analyse WC-25 rumfangs-% bindefase, middelkornst0rrelse hos kar-bidfasen var 3,5 pm indvejet bindefaseanalyse: 65Ni, 20Cr, 6Mo, 5Cu, 4Mn, rumfangs-%, carbonindhold i sintret hârdmetal: 5,23 vægt-% C (i pulver tilsat indhold: 5,35 20 vægt-% C). B0jningsstyrken mâltes til 3000 N/mrn^ og hârdheden i overensstemmelse med HV 3 til 1050. Opar-bejdningen af dette hârdmetal udf0rtes analogt med vari-anterne i eks. 1 med en formalingstid pâ 160 timer og en sintringstemperatur pâ 1450 °C, idet holdetiden ved 1450 25 °C var 1 time.

Udviklede hârdmetalarter afpr0vedes i valser i ovennævn-te Propertzi-værk. Til valsning af kobbertrâde med slut-dimesion 0 6,35 mm anvendtes 19 reduktionstrin i valse-30 værket. I hvert reduktionstrin indgik tre valser. I de to sidste reduktionstrin anvendtes valser fremstillet i en omhandlet hârdmetallegering.

35

DK 156226B

32 I de 0vrige reduktionstrin var valserne fremstillet i tidligere anvendt hurtigstâlsarter. Antal ton, der frem-stilledes mellem omslibning af valserne i slutparret var 300 tons for hurtigstâlsvalser i sidste reduktionstrin, 5 Dette svarer til produktionen under tre arbejdsskift.

Hârdmetalvalserne klarede 2200 tons inden overfladen af den producerede kobbertràd n0dvendiggjorde omslibning af valserne. Unders0gelse af de afpr0vede valser viste, at 10 overfladen i valsesporet indeholdt termiske udmattelses-revner som for valser i tidligere afpr0vet konventionelt hârdmetal af WC-Co-typen. Derimod indeholdt overfladen i valsesporet ingen korrosionsskader, ofte i form af gru-ber i tilslutning til de termiske udmattelsesrevner, som 15 tidligere konstateredes pâ afpr0vede WC-Co hârdmetalval-ser.

For at modvirke de h0je anskaffelsesomkostninger ved hârdmetalvalser i forhold til tidligere anvendte hurtig-20 stalsvalser ma hârdmetalvalserne producere mellem 900-1200 tons trâd mellem hver omslibning, hvilket if0lge det ovenstâende klart opfyldtes af valser, der var fremstillet af de omhandlede legeringer.

25 30 35

Claims

1. Sintret hârdmetallegering med stor slidstyrke sammen 5 med gode sejheds- og holdbarhedsegenskaber og udmærket korrosions- og oxidationsresistens, idet legeringen in-deholder harde elementer i det væsentlige bestâende af wolframkarbid samt bindefase bestâende af mindst 50 rum-fangs-% nikkel, kendetegnet ved, at legeringen 10 i rumfangs-% bestâr af 55-95% hârdelement, der udg0res af mindst 90% WC og h0jst 10% af en eller flere karbider af metallerne Ti, Zr, Hf, Vf Nb, eller Ta samt 5-45% bindefase, der udover Ni bestâr af 6-25% Cr, 2-15% Mo, max 10% Mn, max 5% Al, max 5% Si, max 10% Cu, max 30%

15 Co, max 20% Fe og max 13% W, samt at det totale carbon-indhold i vægt-%, nâr det hârde element udelukkende bestâr af wolframkarbid, er 6,13 - (0,061 + 0,008) (100 -vægt-% hârdelement) for indhold af Cr + Mo mellem 8-15 rumfangs-% henholdsvis 6,13 - (0,058 + 0,007) (100 -20 vægt-% hârdelement) for indhold af Cr + Mo mellem 16-35 rumfangs-%.

2. Sintret hârdmetallegering if0lge krav 1, kendetegnet ved, at bindefasen udover Ni bestâr af 6-20%

25 Cr og 2-6% Mo.

3. Sintret hârdmetallegering if0lge krav 1, kendetegnet ved, at bindefasen udover Ni bestâr af 10-25% Cr og 3-15% Mo samt 0,5-5% Al, 0,5-51 Si eller 0,5- 30 10% Cu.

4. Sintret hârdmetallegering if0lge et vilkârligt af de foregâende krav, kendetegnet ved, at det hârde element bestâr af mindst 95% og fortrinsvis mindst 98% WC. 35