FI60241B - Vaermebehandlade gjutjaernslegeringar - Google Patents

Description

RSF^I [ft] (11)KUULUTUSjULKAISU ^Q241

Ma lJ U ' UTLÄGGN INGSSKRIFT U

Patent ^eldolat ^ T ^ (51) Kv.ik.3/int.a.3 C 22 C 38/36 SUOM I — FI N LAN D (21) P»t*f,ttlh«k«mu«-P«t.ntinrfknlnj 1835/72 (22) Hiktmliptivi — Aiweknlnfsdas 28.06.72 (23) AlkupUvi—Glltlfhettdag 28.06.72 (41) Tulkit lulklMlul — BIMt off«ntll| 30.12.72 j« rekisterihallitus |. kuuLjulkstauo pvn, - „ .

Patent-och registerstyrelsen Aniökan utl*gd och uti.*krift»n pubikerad 31.0Ö.Ö1 (32)(33)(31) Pyy4«ty atuoUcMS — Btglrd priorlttt 29 · 06.71

Luxemburg(LU) 63^31 (71)(72) Michel Feltz, l4e, rue Hotteux, Ayeneux, Belgia-Belgien(BE) (74) Oy Kolster Ab (54) Lämpökäsitellyt valurautalejeeringit - Värmebehandlade gjutjäms- legeringar

Keksinnön kohteena on rautalejeeringit, ja keksintö koskee erikoisesti sellaisia lejeerinkejä, jotka sisältävät sangen runsaasti kromia ja hiiltä. Keksinnön mukaisia rautalejeerinkejä lämpökäsitellään erikoisella tavalla siten, että ne saavat erinomaisia lujuusominaisuuksia samalla kertaa sekä kulumiseen, korroosioon, kuumassa tapahtuvaan hapettumiseen että toistuviin iskuihin nähden.

Tämän ansiosta keksinnön mukaiset lejeeringit soveltuvat erikoisen hyvin sellaisten kappaleiden kuten jauhinkoneiden (kuulamyllyjen, iskumyllyjen, jne.), jauhinlevyjen, erilaisten kulumista kestävien kappaleiden, kulxitusker-rosten, turbiinikomponenttien, venttiilien, pumppujen, seulontalaitteiden, pasutusritilän, tankojen, jne. valmistamiseksi.

On ennestään tunnettua, että kuiva- tai märkäjauhatusta suoritettaessa kohdistuu niihin komponentteihin, jotka toimivat vuorauslevyinä tai erikoisesti kuulina, erittäin ankarien rasitusten yhdistelmä. Keksintö selitetään seuraavassa lähemmin jauhinkoneiden yhteydessä, joissa koneissa keksinnön mukaiset lejeeringit ovat osoittautuneet erikoisen käyttökelpoisiksi, mutta on kuitenkin selvää, että keksinnön mukaiset lejeeringit eivät rajoitu pelkästään tähän käyttöön, vaan että niillä päinvastoin on sangen laajaa käyttöä aloilla, joista eräät jo mainittiin edellä.

2 60241

Lukuisia teollisuustuotteita, kuten mineraaleja, hiiliä, kokseja, suoloja, fosfaatteja, jne· jauhetaan kuulamyllyissä. Ennestään tunnetuista valu-teräksistä valmistettuja kuulia käytettäessä on näille myllyille kuitenkin tunnusomaista näiden kuulien sangen suuri kulutus, kulumisen takia, joka voi olla muutamasta grammasta useihin kiloihin kuulia jauhettua materiaalitonnia kohden.

Seuraavassa selityksessä ja patenttivaatimuksissa mainitut prosenttimäärät tarkoittavat painoprosentteja.

Lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että erinomaisen kulumislujuuden omaavien jauhinkoneiden saamiseksi on turvauduttava runsaehiilisiin lejeerin-keihin, joissa lisäksi on mahdollisimman paljon karbideja. Tähän asti ei kuitenkaan ole ollut mahdollista suurentaa niiden lejeerinkien karbidipitoisuut-ta, joita nykyään käytetään kuulamyllyjen valmistamiseksi, syystä että Pe-C tai Fe-C-Cr-tasapainodiagrammeissa on olemassa määrätyt eutektiset alueet. Niinpä voidaan 0-10 $ kromia sisältäviin valkoisiin valuteräksiin seostaa enintään hiukan yli 50 $ karbideja Fe^C. Haluttaessa ylittää tämä karbidipitoi-suus valamalla hypereutektinen lejeerinki, saadaan siinä määrin hauraita jauhinelementtejä, että ne käytössä rikkoutuvat, koska niiden mekaaniset ominaisuudet ja iskulujuus eivät ole riittävät kestämään niistä toistuvia iskuja, joille jauhinkoneet joutuvat alttiiksi. Kromilla enemmän seostetut valuteräk-set, jotka toisin sanoen sisältävät 10-30 °fo kromia, ja joita yhä yleisemmin käytetään martensiittiteräksinä niiden suuren kovuuden ansiosta, on kuitenkin rajansa tyyppiä (Fe,Cr)yCj olevien karbidien suhteen, joka raja on noin 35 $« Näiden viimeksi mainittujen valuterästen karbidit ovat kovempia kuin vähemmän seostettujen terästen sementiitti (Pe^C), mutta karbidin sallittu maksimimäärä on huomattavasti pienempi, jotta lejeerinki ei tulisi liian hauraaksi. Haluttaessa suurentaa näiden runsaasti seostettujen valuterästen karbidipi-toisuutta valamalla hypereutektista lejeerinkiä saadaan samoin jauhinkoneita, joiden hauraus on niin suuri, että ne käytössä rikkoutuvat samoista syistä kuin edellä jo lueteltiin.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada runsaasti kromia ja hiiltä sisältävä rautalejeerinkiseos, jossa voidaan saavuttaa erittäin suuria primääristen kovien kromikarbidien pitoisuuksia martensiittimatriisissa, niin että tällä seoksella on suuresti parantunut kulumislujuus ennestään tunnettuihin lejeerinkeihin verrattuna, jolloin samalla pysytetään sellaiset mekaaniset ominaisuudet, mukaanluettuna riittävän suuri joustavuus, että ne kestävät sellaisia toistuvia iskuja, joita esiintyy jauhinkoneissa ja erikoisesti kuulamyllyissä.

Keksinnön mukaan tämä tulos saavutetaan valitsemalla rautalejeerinkejä, joiden koostumus analyysin mukaan on seuraava: 3 60241 hiiltä 2,3 - 5 % kromia 33 - 51 % mangaania 0,15 - 1,5 ί piitä 0,15 - 1,5 % molyMeeniä 0 - 2,5 % niobia 0 - 2,5 % lopun ollessa pääasiallisesti rautaa ja tavanomaisin pitoisuuksin epäpuhtauksia, jotka pääasiallisesti ovat rikkiä ja fosforia. Tässä lejeerinkiseoksessa ovat lisäksi hiilen ja kromin pitoisuudet seuraavassa riippuvuussuhteessa toisiinsa: £ 11 % Cr-8 x % Ci 16.

On todettu, että tällä analyysialueella sijaitsevat lejeeringit sisältävät pääasiallisesti tyyppiä {Fe,Cr)^C^ olevia kromikarbideja suhteellisen pienikokoisina kiteinä, joten niillä on ahdas sidonta matriisiin. Keksinnön ansiosta voidaan aikaansaada valamalla kromiteräksiä, joiden kromikarbidipitoisuudet ovat rajoissa 35-85 %, ja joilla on hypereutektinen rakenne, joka erinomaisesti s^-vittuu matriisiin ja soveltuu erinomaisesti jauhinkoneiden valmistamiseksi ilman mitään vaaraa niiden rikkoutumisesta.

Epäpuhtauksien tavanomaisilla pitoisuuksilla tarkoitetaan suuruusluokkaa 0,01-0,15 % olevaa rikkipitoisuutta, ja suuruusluokkaa 0,01-0,15 % olevaa fosfori-pitoisuutta.

Raakavaloksena näiden lejeerinkien matriisi on laajalti ferriittinen, ja niiden kovuus voi vaihdella rajoissa 30-U5 Rc Rockwell'in "C"-asteikon mukaan, riippuen primääristen karbodien pitoisuudesta. Tämän rakenteensa ansiosta nämä lejeeringit ovat helposti työstettävissä. Keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan huomataan, että huolimatta raakavalosten ferriittirakenteesta voidaan näitä lejeerinkejä erinomaisesti karkaista lämpökäsittelyn avulla tämän ferriitin muuttamiseksi kovaksi martensiitiksi austenoitumisen tapahtuessa lämpötilarajoissa 1,025-1,150°C. Austenoimisen pituus on sopivasti 1-5 tuntia, riippuen käsiteltävien kappaleiden koosta, ja jäähtyminen voi tapahtua virtaavassa tai tyynessä ilmassa. Karkaisun jälkeen näiden lejeerinkien kovuus on yhtä suuri tai yleensä suurempi kuin 60 Rc Rockwell'in "C"-asteikon mukaan, saavuttaen edullisimmissa tapauksissa arvon 63-66 Rc.

Austenoitumisen aikana tapahtuu hiilen ja kromin vaihtoa primääristen karbodien ja matriisin kesken siten, että hiiltä siirtyy karbideista matriisin ja kromia siirtyy matriisista karbideihin. Havaitaan, että tämän vaihdon aikana lejeeringeissä olevien hypereutektisten karbodien rakenne muuttuu ainakin pinnassa, mikä voisi selittää niiden hyvän kiinnitarttumisen matriisiin.

Kuvio 1 esittää tällaisen lejeeringin mikrorakennetta karkaisun jälkeen 200-kertaisena suurennuksena, ja kuvio 2 esittää sitä 500-kertaisena suurennuksena.

Tässä mikrorakenteessa nähdään hypereutektisia ja eutektisia primäärisiä karbideja, samoin kuin martensiitin matriisi eli kiinteä liuos, joka myös sisäl- 11 60241 tää tietyn määrän jäännösausteniittia, mutta jossa ei ole mitään ferriittiä.

On syytä huomauttaa, että nämä lejeeringit eivät sisällä sekundäärisiä karbideja, mikä antaa niille paremman korroosiokestoisuuden, esim. jauhettaessa märkäinenetelmää soveltaen. Tässä yhteydessä on huomattava, että mikään tähän asti tunnettu martensiittiteräs ei ole ilman tällaisia sekundäärisiä karbideja. Keksinnön eräs erikoisuus on täten se, että on voitu aikaansaada martensiittisen metallograafisen rakenteen omaava runsaasti kromia ja hiiltä sisältävä lejeerinki, joka sisältää eutektisia ja hypereutektisia primäärisiä karbideja mutta ei sisällä mitään sekundäärisiä karbideja.

Virtaavassa tai tyynessä ilmassa tapahtuvan karkaisun jälkeen voidaan lejeeringeillä suorittaa päästökäsittely lämpötilarajoissa 100-300°C jäännösjännitysten poistamiseksi. Jäännösausteniittipitoisuuden pienentämiseksi on joskus syytä suorittaa karkaisun jälkeen päästökäsittely lämpötilarajoissa 1*50-550°C tai kylmäkäsittely, joka voi tapahtua jopa -200°C:ssa.

Siinä tapauksessa, että suoritetaan kylmäkäsittely, voidaan jäännösjännitykset tietenkin myös poistaa päästökäsittelyllä edellä mainitulla lämpötila-alueella.

Keksinnön eräs erikoisen suosittu seos tunnetaan siitä, että se analyysin mukaan sisältää: C = 3 %

Cr = 37 %

Mn = 0,5 %

Si = 0,1* % MO = 0-2,5 %

Nb = 0-2,5 % lopun ollessa pääasiallisesti rautaa ja pienet määrät epäpuhtauksia, kuten fosforia ja rikkiä.

Tällä lejeeringillä on periiittivaluteräksiin verrattuna ylivoimaisesti paremmat mekaaniset ominaisuudet, erikoisesti suurempi iskulujuus, ja ainakin yhtä hyvät tai jopa hiukan paremmat ominaisuudet kuin nimellä "Ni-Hard*' tunnettujen martensiittisten nikkeli-kromiterästen ominaisuudet. Tämän lejeeringin ku-lumislujuus on sensijaan huomattavasti suurempi kuin kaikkien tähän asti tunnettujen lejeerinkien. Kokeet, jotka on suoritettu tästä suositusta lejeeringistä valmistetuilla kuulilla, jotka pyörivät laboratoriomyllyssä tyhjiltään (ilman jauhettavaa ainetta), ovat osoittaneet, että mitään turmeltumista kuulien rikkoutumisen tai lohkeilemisen muodossa ei ole tapahtunut edes useiden tuhansien koe-tuntien jälkeen.

Toisilla keksinnön mukaisilla rautalejeeringeillä on vieläkin paremmat kulumislujuudet, vaikka niiden mekaaniset ominaisuudet ja iskulujuus ovat hiukan pienemmät kuin edellä mainitun suositun lejeeringin. Nämä muut lejeeringit sisältävät analyysin mukaan: 5 60241 1) C - 5,5 * 2) C - 4 *

Cr = 41 i> Cr = 45 $>

Mn = 0,5 # Mn = 0,5 #

Si = 0,4 i> Si = 0,4 $> lopun ollessa näissä molemmissa lejeeringeissä pääasiallisesti rautaa ja pienet määrät epäpuhtauksia, kuten fosforia ja nikkeliä.

Keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan on havaittu, että kulumis-lujuuksia voidaan vieläkin parantaa valitsemalla edellä määrättyjen analyysi-arvojen alueella lejeerinkejä, jotka sisältävät joko molybdeeniä 0-2,5 S& pitoisuuksin, tai niobia samoin 0-2,5 pitoisuuksin, tai vielä näitä molempia seoste-elementtejä samanaikaisesti, jolloin niiden kokonaispitoisuus on 0-5 Si» eikä kumpaakaan seoselementtiä käytetä enempää kuin 2,5 $·

Seuraavilla lejeeringeillä on saavutettu erinomaisia tuloksia: 1) C = 3 #

Cr = 36 96

Mn = 0,5 $>

Si = 0,4 i>

Mo = 1,5 £ ja C = 3 $

Cr = 35 $>

Mn - 0,5 $

Si = 0,4

Nb - 1 £ lopun ollessa näissä molemmissa lejeeringeissä pääasiallisesti rautaa ja pienet määrät epäpuhtauksia kuten fosforia ja nikkeliä.

Seuraavassa taulukossa I on esitetty kulumiskokeiden tulokset, jotka kokeet on suoritettu käyttämällä jauhinkuulia, jotka on valmistettu edellä selitetyistä lejeeringeistä, kvartsihiekkamyllyssä.

Taulukko I

Lejeerinki Kulumislujuuskerroin

Perliittinen valkoinen valuteräs, 3 Si C 100

Martensiittinen valkoinen valuteräs Ni-Cr 125

Lejeerinki 3 £ C, 37 Cr, 0,5 Si Mn, 0,4 Si Si 250 " 5,5 ^ C, 41 Si Cr, 0,5 Si Mn, 0,4 ji Si 275 " 4 $> c, 45 si Cr, 0,5 Si Mn, 0,4 # Si 300 " 3 96 C, 36 £ Cr, 0,5 Si Mn, 0,4 5* Si, 1,5 Si Mo 280 " 3 Si, C, 35 Si Cr, 0,5 0i Mn, 0,4 * Si, 1 Si Nb 280 60241

Kuten tässä taulukossa I on näytetty, on keksinnön mukaisilla rauta-lejeeringeillä, joihin mahdollisesti on lisätty molybdeeniä ja niobia, huomattavasti suurempi kulumislujuus kuin nykyään tunnetuilla lekeeringeillä. Niillä on myös erinomainen kulumislujuus korrosionvaaran esiintyessä, esim. mineraaleja jauhettaessa märkämenetelmää soveltaen, ja myös kuumassa tapahtuvan hapettumisen esiintyessä, kuten eräitä kuonatuotteita jauhettaessa.

Keksinnön mukaiset lejeeringit ovat selvästi edullisia verrattaessa kaivosteollisuudessa nykyään käytettyihin lejeeringeihin jauhin kuulia valmistettaessa, joten keksintö edustaa huomattavaa edistysaskelta.

Claims (2)

7 60241

1- Lämpökäsitellyt valurauta!ejeeringit, joiden kulumisenkestävyys on suuri ja jotka sisältävät pääkomponentteina hiiltä ja kromia suhteessa 11* #Cr-8x#C*l6, tunnetut siitä, että niiden koostumus on seuraava: hiiltä 2,3-5 paino-# kromia 33-51 paino-# mangaania 0,15-1,5 paino-# piitä 0,15-1,5 paino-# molybdeeniä 0-2,5 paino-# niobia 0-2,5 paino-# lopun ollessa rautaa tavanomaisin pitoisuuksin epäpuhtauksia, jotka ovat pääasiallisesti rikkiä ja fosforia aina 0,15 paino-#:iin saakka, että lejeeringit on karkaistu lämpötilassa 1025-1150°C siten, että ne ovat saaneet sellaisen metallografisen struktuurin, joka sisältää eutektisiä ja ylieutektisiä kromi-karbideja ja matriisin, joka on vapaata sekundäärisistä karbideista ja on pääasiassa martensiittinen kiinteä liuos ilman ferriittiä, ja että lämpökäsiteltyjen lejeerinkien kovuus on vähintään 60 Rc Rockwell "C"-asteikon mukaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukaiset lejeeringit, tunn etut siitä, että niiden koostumus on pääasiassa seuraava: C = 3 paino-# Cr = 37 paino-# Mn = 0,5 paino-# Si = 0,U paino-# Mo = 0-2,5 paino-# Nb = 0-2,5 paino-# lopun ollessa rautaa tavanomaisin pitoisuuksin epäpuhtauksia.