KR870001312B1 - Casting having wear resistant compacts & method of manufacture - Google Patents

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KR870001312B1
KR870001312B1 KR8201794A KR820001794A KR870001312B1 KR 870001312 B1 KR870001312 B1 KR 870001312B1 KR 8201794 A KR8201794 A KR 8201794A KR 820001794 A KR820001794 A KR 820001794A KR 870001312 B1 KR870001312 B1 KR 870001312B1
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맥라이드즈 니콜라스
윌리암 스티븐슨 얼
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디. 비. 아놀드
케나메탈 인코포레이티드
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Abstract

A hard insert which is very difficult to drill is made using carbide particles with a size above 400 mesh, boned in a metal matrix(I); and one or more inserts (I) are located in a second metal matrix(II), which is pref. a casting. A pref. insert is made using sintered tungsten carbide particles located in a matrix(I) of austenitic stainless steel, possibly together with Co and/or Ni used as a binder. One or more inserts are then located in a mould, and are surrounded by a steel casting(II). The sintered carbide particles pref. have a particle size above 40mesh and form 30-80% of the insert, which is pref. made by isostatic pressing.

Description

내마모성 압분체 를 가지는 주물과 그의 제법Castings with wear-resistant green compacts and their preparation

제1도는 본 발명에 따른 주조된 자물쇠통이 사시도.1 is a perspective view of a cast lock barrel according to the present invention.

제2도는 제1도를 선 II-II를 통해서 본 횡단면도.2 is a cross-sectional view of FIG. 1 as seen through line II-II.

제3도는 본 발명의 제1도의 실시예를 생산하기 위해 사용된 주형의 통한 횡단면도.3 is a cross sectional view through a mold used to produce the embodiment of FIG. 1 of the present invention.

제4도는 본 발명에 따르는 흙파는 장치의 치(digger tooth)의 실시예를 나타내는 단면도.4 is a cross-sectional view showing an embodiment of a tooth of the digger according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 흙파는 장치의 치(齒) 3 : 압분체DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: The tooth of a digger, 3: The green compact

5 : 4340 강 10 : 자물쇠통5: 4340 River 10: Padlock

12 : 소결된 판 30 : 모래 주형12: sintered plate 30: sand mold

42 : 초경합금 입자42: cemented carbide particles

본 발명은 내마모주물과 이들의 제조에 관한 것이다. 좀 더 상세히 말하면 본 발명은 내마모성의 토목공사용주조물과, 내천공성, 즉, 천공기로 구멍이 뚫리지 않는 안전관리용장치의 분야에 관한 것이다.The present invention relates to wear resistant castings and their preparation. More specifically, the present invention relates to the field of wear-resistant civil engineering castings and safety management devices that are puncture-resistant, that is, not punctured by a perforator.

토목공사용 장비의 분야에 있어서, 작업을 할 지층과 접촉하는 치(齒) (tooth)의 양호한 수명은 수행될 작업의 경제적인 성공의 면에서 볼 때 중요하다.In the field of civil engineering equipment, the good life of the teeth in contact with the strata to work is important in terms of the economic success of the work to be performed.

이들 치의 수명은 작업 환경에 의해 영향을 받는다. 통상 접하게되는 환경들은 치의 표면의 마모, 충격하중, 온도변화, 진동, 부식등의 조건을 유발시키며, 이들 인자들은 치나 공구의 수명을 감소시키는 경향이 있다. 마모되고 파손된 공구의 대체를 위한 비용과 작업정지 때문에 생기는 높은 비용을 고려할때 이들 공구의 사용수명의 개선이 필요하게 되었다.The lifetime of these teeth is influenced by the working environment. Environments encountered usually cause conditions such as wear, impact loads, temperature changes, vibrations, and corrosion of the tooth surface, and these factors tend to reduce the life of the teeth or tools. Considering the cost of replacing worn and broken tools and the high cost of downtime, the service life of these tools needs to be improved.

어떤 경우에서는 이와같이 공구를 설계하기위하여 주조 공정을 통해, 공구작업 표면에 탄화물을 매립시켰다. (예, 미합중국 특허공보 제4024902허 및 제4140170호).In some cases, carbides were embedded in the tooling surface through the casting process to design the tool. (E.g., U.S. Patent Publication Nos. 4040292 and 4140170).

이들 주조기술은, 대체적으로 얇은 횡단면을 가지는 주물을 생산하는 것이필요하거나 또는 주물의 수직 및 수평으로 뻗은 부분의 표면에 탄화물 입자를 배치시키는 것이 필요할때 문제점을 나타낸다.These casting techniques present problems when it is necessary to produce castings having generally thin cross sections or to place carbide particles on the surface of the vertical and horizontally extending portions of the casting.

주조시 탄화물입자의 분해를 극소화시키고, 탄화물-강의 경계면에서 생기는 취성의 η상(M6C 또 M12C, 텅스텐과 철을 함유하는 탄화물)을 극소화 시키기 위해, 전형적으로 사용되는 초경합금 입자는 적어도 1/8인티의 크기를 가져야 할 것이다. 입자크기의 증가는 탄화물-강의 계면 구역을 감소시킨다. 그러나, 탄화물 크기보다 단지 약간 큰 두께를 가지는 얇은 단면의 주물에서는 탄화물은 주형과 함께 작용하여 탄화물들 사이를 흐르는 용융 금속을 급격하고 과도하게 냉각시켜서, 주물의 얇은 단면에 용융금속이 완전히 충전되지 못하도록 한다.Cemented carbide particles are typically used to minimize the decomposition of carbide particles during casting and to minimize the brittle η phase (M 6 C or M 12 C, carbides containing tungsten and iron) at the carbide-steel interface. It should have a size of 1/8 inch. Increasing the particle size reduces the interfacial zone of the carbide-steel. However, in thin cross-section castings that are only slightly larger than the carbide size, the carbides work with the mold to rapidly and excessively cool the molten metal flowing between the carbides so that the molten metal is not completely filled in the thin cross-section of the casting. do.

주조시, 바닥으로부터 수직으로 뻗어 올라간 주물의 수직부재를 따라 균일하게 분산된 커다란 초경합금입자를 흐트리지 않고 그들의 원래의 위치를 유지시키는 것 또한 지극히 힘든일이다. 이러한 이유로, 전술된 공극(void)이나 용융체의 과도한 냉각에 따른 용융금속의 불완전한 충진을 유발할 수 있다.In casting, it is also extremely difficult to maintain their original position without disturbing the large cemented carbide particles uniformly distributed along the vertical member of the casting which extends vertically from the bottom. For this reason, incomplete filling of the molten metal may be caused by the above-mentioned void or excessive cooling of the melt.

오스트레일리아 특허공보 제 AU-BI-31362호는 열처리 가능한 저합금강 분말과 함께 텅스텐 탄화물 분말이나 텅스텐 몰리브덴 고용체 탄화물 분말을 분쇄한다음, 압축하고, 결과적인 혼합물의 압분체를 충분한 밀도로 소결시킴에 의해 이와같은 주조상의 문제점을 피해보려고 시도하였다. 다음에 저합금강을 위에서와 같이 소결된 강-탄화물 압분체 주위에 주조 시켜서 완성된 제품을 생산하였다. 그러나, 이 오스트레일리아 특허에서는 저 크롬 함유강이외의 다른 강의 분말은 사용할 수가 없었다.Australian Patent Publication No. AU-BI-31362 discloses this by grinding a tungsten carbide powder or a tungsten molybdenum solid carbide powder together with a heat-treated low alloy steel powder, and then compacting and sintering the green compact of the resulting mixture to a sufficient density. Attempts were made to avoid the same casting problems. The low alloy steel was then cast around the sintered steel-carbide green compact as above to produce the finished product. However, in this Australian patent no powders of steel other than low chromium-containing steels were available.

본 발명에 의한 제1금속 매트릭스내에 삽입된 400매쉬이상 크기의 탄화물 입자를 가지는 강일한 내마모체를 설명하면 다음과 같다.A strong wear resistant body having carbide particles having a size of 400 mesh or more inserted into the first metal matrix according to the present invention will be described as follows.

탄화물 입자와 제1금속 매트릭스의 조성물은 제2금속 매트릭스에 결합된다. 바람직한 탄화물 입자는 초경합금입자이며 가장 바람직한 것은 텅스텐 탄화물을 함유하는 것이다. 바람직한 탄화물 입자는 혼합물의 30~80중량%로 구성되며, 40매쉬이상의 크기를 가지는 것이다.The composition of carbide particles and the first metal matrix is bonded to the second metal matrix. Preferred carbide particles are cemented carbide particles and most preferred are those containing tungsten carbide. Preferred carbide particles consist of 30-80% by weight of the mixture and have a size of at least 40 mesh.

제2금속 매트릭스는 탄화물 입자와 제1금속 매트릭스의 조성물을 둘러쌓는 것이 바람직하다.The second metal matrix preferably surrounds the composition of carbide particles and the first metal matrix.

제1금속 매트릭스는 강 또는 스테인레스강으로 구성되는 것이 바람직하며, 좀더 바람직하게는 오스테나이트 스테인레스강이 좋다.The first metal matrix is preferably composed of steel or stainless steel, more preferably austenitic stainless steel.

제2금속 메트릭스는 강 또는 저합금강 또는 오스테나이트 강으로 구성되는 것이 바람직하며, 좀더 바람직하게는 오스테나이트 스테인레스강이 좋다.The second metal matrix is preferably composed of steel or low alloy steel or austenitic steel, more preferably austenitic stainless steel.

또한, 사용된 초경합금 입자는 주로 코발트, 니켈, 또는 이들의 합금 혹은 이들과 다른 금속의 합금으로부터 선택된 결합제와 텅스텐 탄화물을 함유하는 것이 바람직하다.In addition, the cemented carbide particles used preferably contain tungsten carbide and a binder selected mainly from cobalt, nickel, or alloys thereof or alloys of these and other metals.

또한, 제1금속 매트릭스가 오스테나이 스테인레스강인 경우, 제1매트릭스가 밀집도가 90%이하 또는 75~85% 정도로 낮을 수 있다는 것이 발견되었다.It has also been found that when the first metal matrix is austenitic stainless steel, the first matrix can have a low density of 90% or less or as low as 75-85%.

또한 본 발명은 탄화물 입자를 제1매트릭스 분말과 혼합하고, 혼합물을 등압압분시키고 소결시키는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of mixing carbide particles with a first matrix powder and isostatically pressing and sintering the mixture.

제2금속 매트릭스나 용융 금속을 상기 압분체에 결합시킨다. 용융금속은 압분체를 완전히 포위하도록 주입하거나 또는, 용도에 따라서는, 예컨데, 마모면을 제공하는 경우에는 용융 금속을 압분체를 완전히 들러쌓지 않도록 할수도 있다.A second metal matrix or molten metal is bonded to the green compact. The molten metal may be injected to completely enclose the green compact or, depending on the application, for example, when the wear surface is provided, the molten metal may not be completely enclosed in the green compact.

그러므로 본 발명의 목적은 탄화물 주위에 용융금속을 주로할대 생기는 취성의 상(相)을 극소화시키고자 하는데 있다.Therefore, it is an object of the present invention to minimize the brittle phase which occurs mainly in molten metal around carbides.

본 발명의 다른 목적은 우수한 내마모성, 내식성과 내천공성 및 양호한 인성을 가지는 제품을 제공하고자 하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a product having excellent wear resistance, corrosion resistance and puncture resistance and good toughness.

본 발명의 또 다른 목적은 토목공사용 공구나 내천공성 안전장치를 만드는 방법을 제공하고자 하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of making a civil engineering tool or a puncture resistance device.

본 발명의 내용은 첨부된 도면을 참조로한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해 질 것이다.The contents of the present invention will become more apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따라 탄화물 입자 30~80중량%를 강분말 70~20중량%와 혼합하여 탄화물과 강의 균일한 혼합물을 만든다. 탄화물입자들이 30중량% 이하이면 필요한 내마모성 및 내천공성을 얻을 수 없으며 80중량% 이상이면 강 매트릭스가 불충분하여 탄화물입자가 쉽게 떨어지게 된다. 사용된 탄화물 입자는 400메쉬 이상 또는 좀더 바람직하게는 40매쉬 이상의 크기를 가지는 침탄 텅스텐 탄화물이 바람직하다. 가장 바람직하게는 이들 초경합금입자는 -6+12메쉬(미합중국 체 시리즈)의 크리글 가져야하며 이는 0.13~0.066인치이다.According to the present invention, 30 to 80% by weight of carbide particles are mixed with 70 to 20% by weight of the steel powder to make a uniform mixture of carbide and steel. If the carbide particles are 30% by weight or less, the required wear resistance and puncture resistance may not be obtained. If the carbide particles are 80% by weight or more, the steel matrix is insufficient to easily drop the carbide particles. The carbide particles used are preferably carburized tungsten carbides having a size of at least 400 mesh or more preferably at least 40 mesh. Most preferably, these cemented carbide particles should have a Krigle of -6 + 12 mesh (US series), which is 0.13-0.066 inches.

가장 양호한 크기 범위내의 초경합금입자를 함유하는 소결된 조성물은 드릴에 대한 내천공성을 가짐을 알았다.It has been found that sintered compositions containing cemented carbide particles in the best size range have puncture resistance to drills.

내마모와 내천공성에 있어서 더 큰 개선은 2중 크기 분포를 가지는 탄화물 입자를 사용함에 의해 얻어질 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 보다 자은 크기의 탄화물 입자가 커다란 탄화물 입자 사이에 형성된 틈에 맞도록 선택되며, 이로써 더욱 내마모성이 증진된다.Greater improvements in wear and puncture resistance can be obtained by using carbide particles having a double size distribution. In embodiments of the present invention, carbide particles of smaller size are selected to fit the gaps formed between the larger carbide particles, thereby further improving wear resistance.

초경합금은 코발트, 니켈 또는 코발트-니켈 합금으로부터 선택된 금속 결합재를 가질 수 있다. 텅스텐 탄화물에 더하여 초경합금은 탄탈탄화물, 니오비움 탄화물, 하프늄 탄화물, 지르콘 탄화물과 바나듐 탄화물질은 다른 탄화물을 소량함유한다. 분쇄되고 체로 선별한 부스러기 초경합금은 본 공정에 사용하기에 적당하다는 것이 발견되었다.The cemented carbide may have a metal binder selected from cobalt, nickel or cobalt-nickel alloys. In addition to tungsten carbide, cemented carbides contain small amounts of tantalum carbide, niobium carbide, hafnium carbide, zircon carbide and vanadium carbide. Crushed cemented carbide was found to be suitable for use in this process.

-400메쉬 이상의 텅스텐 탄화물 입자가 조성물중의 초경합금입자 전부 또는 일부와 대체될 수 있지만 텅스텐 탄화물 분말은 강에 용이하게 접합되지 않고, 쉽게 떨어지려는 경향이 있으며, 일반적으로 같은 입자 크기의 초경 텅그스텐(cemented tunsten carbide)합금보다 내마모성과 내충격성이 약하기 때문에 바람직하지 못하다.Tungsten carbide particles of -400 mesh or more may be replaced with all or part of the cemented carbide particles in the composition, but the tungsten carbide powder is not easily bonded to steel and tends to fall easily, generally cemented carbide tungsten (same size) Cemented tunsten carbide is undesirable because of its lower wear and impact resistance than alloys.

본 발명에 사용된 강분말은 합금강이나, 스테인레스강이 부식에 대해 내성이 더크므로 바람직하다. 그러나, 스테인레스강 중에서 가장 바람직한 것은 상온에서 부터 저온까지 내마모성과 내충격성을 가지는 오스테나이트 스테인레스강이다. AISI 형식 301, 3023, 304 및 304 등급의 오스테나이트 스테인레스 스틸은 높은 가공경화율을 가지기 때문에 바람직하다.The steel powder used in the present invention is preferable because alloy steel or stainless steel is more resistant to corrosion. However, the most preferred among the stainless steels are austenitic stainless steels having abrasion resistance and impact resistance from room temperature to low temperature. Austenitic stainless steels of AISI type 301, 3023, 304 and 304 are preferred because they have a high work hardening rate.

정입물에 탄화물과 강분망에 더하여, 혼합하는 동안 편석을 방지하고 탄화물을 균일하게 분포되게 하고 혼합후에 균일한 혼합물의 보유를 위해 유기 결합재가 첨가된다.In addition to the carbide and steel nets in the standings, organic binders are added to prevent segregation during mixing, to evenly distribute the carbides and to retain the homogeneous mixture after mixing.

혼합후, 분말의 혼합물을 약 35,000 psi 로 다이에서 단일축 방향으로 압축하거나 미리 형성된 주형에서 등압압축시킴에 의해 압분하여 이때 압력은 10,000 psi 이하로 되지 않도록 한다.After mixing, the mixture of powder is compacted by about 35,000 psi in a single axis direction on the die or by isocompression in a preformed mold so that the pressure is not below 10,000 psi.

압분후, 압분체를 바람직하게는 강의 융점이하온도,좀 더 바람직하게는 1138~1232℃에서 20~90분간 소결시킴으로써, 초경합금-강 계면에 η(에타)상의 형성을 피하고, 초경합금과 강 사이에 강한 야금학적 결합을 제공한다.After the compaction, the green compact is preferably sintered for 20 to 90 minutes at the melting point temperature of the steel, more preferably at 1138 to 1232 ° C., thereby avoiding the formation of the eta (eta) phase at the cemented carbide-steel interface, between the cemented carbide and the steel. Provide a strong metallurgical bond.

대부분의 경우에, 강과 초경합금 사이의 결합은 초경합금-강계면에 합금층을 형성시킨다. 이 층은 주로 코발트와 철로 구성되고, 두께는 40미크론이하이다. 이와같은 결합은 강 매트릭스내에 굵은 초경합금 입자의 확고한 결합에 중요하다.In most cases, the bond between the steel and the cemented carbide forms an alloy layer on the cemented carbide-steel interface. This layer consists mainly of cobalt and iron and is less than 40 microns thick. Such bonding is important for the firm bonding of coarse cemented carbide particles in the steel matrix.

오스테나이트 스테인레스 강 분말을 사용하여 소결한 압분체는 일반적으로 상호 연결된 미세 기공을 가지며, 이론치의 90%이하의 강결합제 밀도, 좀더 전형적으로 이론치의 75~80%의 밀도를 가짐이 발견되었다. 압분체의 고온등압압축 밀도의 증가를 위해, 침투성 또는 더 높은 압분압력을 사용할 수 있다. 이들 공정은 조성물에서의 탄화물 결합의 개선을 가져온다. 사용된 침투제는 스테인레스강과 탄화물 양자에 스며드는 동지금 또는 은지금 납땜용 합금으로부터 선택한다.Green compacts sintered using austenitic stainless steel powders were generally found to have interconnected micropores, with a strong binder density of less than 90% of theory, and more typically between 75 and 80% of theory. In order to increase the high temperature isocompression density of the green compact, a permeable or higher green compact pressure can be used. These processes result in improved carbide bonding in the composition. The penetrant used is selected from copper or silver alloy solders that soak into both stainless steel and carbide.

소결된 압분체를 주형내에 넣고, 용융금속을 주위에 주입시켜 주물을 만들어낸다. 사용된 주조방법은 공지된 방법중의 하나이다. 그러나, 주조 방식은 미합중국 특허 제4024902호에 기재된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 압분체의 예열은 주형에 용융금속을 주입하기 전에 행한다.The sintered green compact is placed in a mold and molten metal is injected into the casting to form a casting. The casting method used is one of the known methods. However, it is preferable to use the casting system described in US Pat. Preheating of the green compact is performed before injecting molten metal into the mold.

용융금속은 철 또는 비철 합금이고, 바람직한 것은 강이다. 사용하는 강의 종류는 압분체에 함유된 것과 동일한 필요는 없다. 충격, 강도와 부식 성질이 중요한 경우, 주강은 오스테나이트 스테인레스강이 바람직하다. 저합금과 오스테나이트 망간강 또한 사용된다.The molten metal is an iron or nonferrous alloy, with steel being preferred. The kind of steel used does not need to be the same as contained in the green compact. Where impact, strength and corrosion properties are important, cast steels are preferably austenitic stainless steels. Low alloy and austenitic manganese steels are also used.

주조용 강은 초경합금과 최소한의 반응을 을으키며 압분체의 강결합재와 야금학적인 결합을 형성한다. 이로써 η상의 형성은 주조용 강과 접촉하게되는 탄화물의 표면적이 감소됨에 따라 감소된다.Casting steels have minimal reactions with cemented carbide and form metallurgical bonds with the steel binder of the green compact. This reduces the formation of the η phase as the surface area of the carbide which comes into contact with the casting steel is reduced.

또한, 초경합금-강 압분체의 사용은 탄화물이 주물 표면의 위에서는 물론 아래에서도, 여러가지 농도, 위치, 방향으로 결합되는 것을 가능하게 한다.In addition, the use of cemented carbide-steel compacts allows carbides to be bonded at various concentrations, positions and orientations, both above and below the casting surface.

본 발명에 따른 방법과 제품은 다음에 상술되는 실시예로 더욱 명백해질 것이다.The method and the product according to the invention will become more apparent in the following detailed examples.

[실시예 1]Example 1

압분체(3)을 가지는 다수의 내마모와 내충격성의 흙 굴착장치의 치(1)(제4도 참조)을 만든다. 1/8~3/16인치 크기의 코발트 초경 텅수텐 초경 텅스텐 탄화물 입자 60중량%와 -100메쉬로 분쇄된 304L 오스테나이트 스테인레스강 분말(뉴저어지주의 희가나스 코오포레이숀사 제품)로 구성된 균일하게 섞인 혼합물을 1.25 중량%파라핀과-0.75중량%에틸 셀룰로스와 같이 건조혼합시켰다. 혼합물을 냉간 등압 압분에 더하여 1%소결 수축을 허락하는 크기인 바람직한 압분체 형태(길이 2인치×폭 3/4인치×두께 1/4인치)탄성 중합 폴리우레탄 주형 공간에 손으로 압분하였다. 다음에 35,000 psi에서 냉간 등압 압분하고, 이와같은 예비압분체형으로부터 제거하고, 1149℃에서 60분간 진공소결시켰다. 다음에 소결체를 필요한 흙 굴착 장치의 치의 형상 위에 형성된 8개의 오목부를 가지는 모래주형에 넣었다. AISI 4340 저합금강을 만들기 위해 재료들을 유도로에서 용융시키고, 압분체를 예비가열하고, 제4도에 보인바와같이 4340 강(5)이 압분체(3)의 두개의 각이 진 면에 결합되어 흙 굴착 장치의 치를 형성하도록 하기 위해 1704~1732℃에서 용융강을 주형에 주입하였다.A number of wear and impact resistant earth rigs 1 having a green compact 3 are made (see FIG. 4). Uniformity consisting of 60% by weight of 1/8 to 3/16 inch cobalt cemented carbide tungsten carbide tungsten carbide particles and 304L austenitic stainless steel powder (manufactured by Heganas Co., Ltd., New Jersey) The mixed mixture was dry mixed with 1.25 wt% paraffin and -0.75 wt% ethyl cellulose. The mixture was hand compacted into a preferred green compact form (2 inches long x 3/4 inches wide x 1/4 inches thick) in an elastic polymeric polyurethane mold space that was sized to allow 1% sinter shrinkage in addition to cold isostatic compaction. It was then cold isostatic pressed at 35,000 psi, removed from this preliminary compact, and vacuum sintered at 1149 ° C. for 60 minutes. Next, the sintered body was put into a sand mold having eight recesses formed on the shape of the teeth of the required earth excavation device. Melting materials in an induction furnace to make AISI 4340 low alloy steel, preheating the green compact, and the 4340 steel (5) is bonded to the two angled faces of the green compact (3) as shown in FIG. Molten steel was poured into the mold at 1704 ~ 1732 ° C to form the teeth of the earth excavation device.

금속 현미경 검사결과 센시티제이션(sensitization)으로 불려지는 약간의 입자간 크롬탄화물을 지닌 오스테나이트 구조를 포함하는 스테인레스강이 나타났으며, 이것은 소결후에 서냉된 오스테나이트 스테인레스강의 전형적인 형태이다. 센시티제이션은 후속적인 용체화 열처리로 제거될 수 있다. 초경합금-스테인레스강 매트릭스의 계면은 주로 철과 코발트로 구성된 약 15미크론 두께의 합금의 연속 결합 대역을 함유한다. 분산된 초경합금 입자는 공유면 경계 근처에서, 분산된 탄화물상(相)의 최소량의 분해, 용융, 또는 감성 때문에 열적 균열을 보이지 않았다. 압분체의 표면에서 용융금속이 탄화물과 접촉하는 곳에서, 약간의 스테인레스강의 용융이나 혼합 그리고 탄화물의 약간의 분해가 일어났다. 그러나, 압분체의 표면 하부에서는 상술된 철-코발트 합금 확산구역을 제외하고는 일반적으로 탄화물간의 경계면이 뚜렷하였다. 잠재적으로 보아 유해할 정도로 높은 η(에타) 상의 농도는 관측되지 않았다.Metal microscopy revealed stainless steels containing austenitic structures with some intergranular chromium carbide called sensitization, which is typical of slow-cooled austenitic stainless steels after sintering. Sensitization can be removed by subsequent solution heat treatment. The cemented carbide-stainless steel matrix interface contains a continuous bond zone of approximately 15 micron thick alloy consisting primarily of iron and cobalt. The dispersed cemented carbide particles showed no thermal cracking due to the decomposition, melting, or sensitization of the minimum amount of dispersed carbide phase near the coplanar interface. Where molten metal is in contact with the carbide on the surface of the green compact, some melting or mixing of stainless steel and some decomposition of the carbide occurred. However, below the surface of the green compact, the interface between carbides was generally clear except for the iron-cobalt alloy diffusion zone described above. Potentially harmful concentrations of the eta (eta) phase were not observed.

시험용 샘플을 상온과 액화 질소온도(-196℃)에서 볼핀(ball peen) 해더로 반복하여(6~5회) 타격을 가한결과, 취성파괴의 증거가 거의 없으며 좋은 내충격성을 가지고 있음이 발견되었다. 그러나, 조성물중의 초경합금의 중량%가 높아지면 내충격성이 약간 감소하나, 내마모성과 내천공성은 증가한다는 것을 주목해야 한다.The test sample was repeatedly hit (6 to 5 times) with a ball peen header at room temperature and liquefied nitrogen temperature (-196 ° C), and it was found that there was little evidence of brittle fracture and good impact resistance. . However, it should be noted that as the weight percent of the cemented carbide in the composition increases, the impact resistance slightly decreases, but the wear resistance and puncture resistance increase.

주조된 상태에서의 굴착장치의 단면의 미세 경도 측정은 초경합금, 304L 스테인레스강, 4340 강(스테인레스강 계면으로부터 0.125인치)에서 각각, 약 75R "C", 29R "C", 38"C"의 평균 인덴테이숀(Indentation) 경도를 나타냈다.Fine hardness measurements of the cross section of the excavator in the cast state averaged about 75R "C", 29R "C", 38 "C" in cemented carbide, 304L stainless steel, and 4340 steel (0.125 inch from the stainless steel interface), respectively. Indentation hardness was shown.

[실시예 2]Example 2

제1도에 도시된 내천공성 자물쇠통(10)은 용융된 4340 품위 저합금강을 소결된 304L 스테인레스강-탄화물 판(길이 4인치×폭 21/2인치× 1/8~3/16인치)과 판(길이 31/4×폭 21/2인치×두께 1/8~3/16인치)주위에 주입시켜 만들었다. 소결된 판들(12)중의 하나의 위치가 점선으로 나타나 있다. 판들은 -8+12메쉬의 코발트 침투처리된 텅스텐 탄화물 조각 50중량%, -100 메쉬의 AISI 304L 스테인레스 강 분말 50중량%와 결합재(클로루텐 NU와 0.75에틸 셀룰로오스) 10중량%의 혼합물을 균일하게 섞어서 제조하였다.Claim the puncture lock cylinder shown in Figure 1 Figure 10 is a molten 4340 refined sintered low-alloy steel, 304L stainless steel-carbide plate (length of 4 inches × width 2 1/2 inch × 1/8 ~ 3/16-inch) and a plate (L 3 1/4 × width 2/2 inches × thickness of 1/8 ~ 3/16-inch) made by injection around. The position of one of the sintered plates 12 is shown in dashed lines. The plates were uniformly mixed with a mixture of 50% by weight of cobalt-infiltrated tungsten carbide pieces of -8 + 12 mesh, 50% by weight of AISI 304L stainless steel powder of -100 mesh and 10% by weight of binder (chlorutene NU and 0.75 ethyl cellulose). It was prepared by mixing.

분산된 경질 탄화물상을 함유하는 매트릭스 스테인레스 강 분말을 판 크기로 형성된 플리우레탄 주형에 채워넣었다. 다음에 주형을 밀폐시킨다음, 진공의 밀폐된 고무백에 넣고 35,000 psi에서 등압압축시켰다. 고무백과 주형으로 부터 제거된 압분체판을 1149℃의 진공로에서 60분간 소결시켰다.Matrix stainless steel powder containing the dispersed hard carbide phase was charged into a plate-shaped polyurethane mold. The mold was then sealed and placed in a vacuum sealed rubber bag and isostatically compressed at 35,000 psi. The green compact plate removed from the rubber bag and the mold was sintered for 60 minutes in a vacuum furnace at 1149 ° C.

다음에 내천공성 판들을 자물쇠통 모형의 전, 후, 측면에 놓았다. 제3도는 덮개부(32)와 견인부(34)사이에 형성된 구멍을 가지는 모래주형(30)의 단면을 나타낸다. 소결된 판(12)는 주형(30)의 견인부(34)에 매립된 못(36과 40)에 의해 측벽용 공동에 놓여진다. 초경합금 입자(42)는 공동의 바닥 표면에 놓여있다. 견인부(34)위에 덮개부(32)를 놓기 전에 초경합금입자(42)와 판(12)를 예열시켰다. 다음에 덮개부(32)를 견입부 34에 놓고 용융된 4340 저합금강을 주형공동으로 주입시킨다.The perforated plates were then placed before, after, and on the side of the lock model. 3 shows a cross section of the sand mold 30 having a hole formed between the lid portion 32 and the pull portion 34. The sintered plate 12 is placed in the cavity for the side wall by nails 36 and 40 embedded in the pull 34 of the mold 30. The cemented carbide particles 42 lie on the bottom surface of the cavity. The cemented carbide particles 42 and the plate 12 were preheated before placing the cover part 32 on the traction part 34. Next, the lid 32 is placed on the shoulder 34 and the molten 4340 low alloy steel is injected into the mold cavity.

상기의 용도에서 본 발명의 목적은 천공기로 구멍을 뚫을 수 없도록 하기위해 강으로 둘러싸인 1/8인치 두께의 소결된 스테인레스강-초경 합금판을 가진 자물쇠통을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention in the above uses to provide a lock pail having a sintered stainless steel-carbide alloy plate of 1/8 inch thick enclosed in steel so as not to be perforated by a perforator.

본 발명의 다른 목적 및 신규한 점은 자물쇠통을 만들때, 판의 형상을 그대로 유지한채로, 용강을 이들 주위에 주입시켜 자물쇠통 벽용 공동을 채우기 때문에 탄화물 입자가 판내에서 균일하게 분산된 채로 유지시킨다는 것이다. 1/8인치 직경의 두개의 석공을 드릴 비트로 관통시키려 시도했으나, 제1도에 도시된 자물쇠통(10)의 전면(14)은 천공되지 않았다.Another object and novel aspect of the present invention is that when making the lock barrel, while keeping the shape of the plate as it is, the molten steel is injected around them to fill the cavity for the lock wall, thereby keeping the carbide particles uniformly dispersed in the plate. will be. An attempt was made to penetrate two 1/8 inch diameter masonry with a drill bit, but the front face 14 of the lock pail 10 shown in FIG. 1 was not perforated.

제2도에는 탄화물-스테인레스 강 판을 함유하는 자물쇠통의 단면이 도시되어 있다. 용융 합금강을 소결된 스테인레스강 탄화물 판 주위에 주입할 때 스테인레스강의 용융이 거의 일어나지 않았으며 탄화물은 판(12)에 균일하게 분산된 채로 남아 있었다. 여기에는 국소량의 탄화물 -4340 강 계면에서 최소한의 취성 상이 존재하였다. 스테인레스강의 오스테나이트 구조와 4340 주강 구조 사이에 금속학적인 결합이 생겼다. 자물쇠통의 바닥면(20)의 탄화물 입자(42)는 측벽부재(22)에 나타난 것들과 동등하거나 유사한 판으로 대체될 수 있다.2 shows a cross section of a padlock containing carbide-stainless steel plates. When molten alloy steel was injected around the sintered stainless steel carbide plate, little melting of the stainless steel occurred and the carbide remained uniformly dispersed in the plate 12. There was a minimal brittle phase at the local amount of carbide -4340 steel interface. There is a metallic bond between the austenitic structure of stainless steel and the 4340 cast steel structure. The carbide particles 42 of the bottom surface 20 of the lock pail may be replaced with plates equivalent or similar to those shown in the side wall member 22.

[실시예 3]Example 3

내천공성과 내충격성의 두께 5/32인치 판이 제조되었다. 15개의 판은 3/32-1/8인치 코발트 침투처리된 텅수텐 탄화물 조각(-8+12메쉬) 60중량%, -100 메쉬 304L 스테인레스강 분말 40중량%, 클로로텐 Nu 2중량%, 에틸 셀룰로스 1중량%, 아미도 왁스 1/4중량%가 균일하게 섞인 혼합물로 구성된다. 15개의 판의 제2그룹은 -8+12메쉬 조경합금 조가 70중량%와 -100메쉬 304L 스테인레스 강 분말 30중량%를 균일하게 혼합하여 만들었다. 혼합과 주형내로의 충진중에 탄화물 입자의 편석을 방지하기 위한 압축용 윤활제로서 아미도 왁스와 에틸셀룰로스 분말을 혼합물에 첨가시켰다. 다음에, 분산된 경질 상을 함유하는 매트릭스 분말을 폴리우레탄으로 만들어진 예비형태의 주형에 충진시킨다. 충진된 주형을 알맞는 덮개로 밀봉하고, 진공 밀봉된 고무백이나 시험기구에 넣고, 약 35.000 psi로 등압압축시킨다. 다음에 압분체 판을 1149℃의 진공로에서 60분간 소결시킨다.Perforation and impact resistance 5/32 inch plates were made. Fifteen plates were 60% by weight 3 / 32-1 / 8 inch cobalt penetrated tungsten carbide pieces (-8 + 12 mesh), 40% by weight of -100 mesh 304L stainless steel powder, 2% by weight chlorotene Nu, ethyl 1% by weight of cellulose and 1/4% by weight of amido wax consist of a homogeneously mixed mixture. The second group of fifteen plates was made by uniformly mixing 70 wt% of -8 + 12 mesh landscape alloy bath and 30 wt% of -100 mesh 304L stainless steel powder. Amido wax and ethylcellulose powder were added to the mixture as a compression lubricant to prevent segregation of carbide particles during mixing and filling into the mold. Next, the matrix powder containing the dispersed hard phase is filled into a preform mold made of polyurethane. The filled mold is sealed with a suitable lid, placed in a vacuum-sealed rubber bag or test apparatus and isostatically compressed to about 35.000 psi. Next, the green plate is sintered for 60 minutes in a vacuum furnace at 1149 ° C.

이 판들은 전술된 주조 기술이나 다른 공지된 주조방법을 사용하여 주물과 결합시킬 수 있다.These plates can be combined with the casting using the casting techniques described above or other known casting methods.

첨부된 청구범위내에서 변경이 가능하다.Modifications are possible within the scope of the appended claims.

Claims (16)

탄화물입자와 이들 탄화물입자가 그 내부에 결합되어 있고 제1금속 매트릭스로 형성된 내천공성 부재와, 상기한 내천공성 부재와 결합되어 있는 제2의 금속 매트릭스로 구성된 강인한 내마모체.A tough wear-resistant body composed of carbide particles, a puncture resistant member bonded to the inside thereof and formed of a first metal matrix, and a second metal matrix bonded to the puncture resistant member. 청구범위 제1항에 있어서, 상기의 입자가 400메쉬 이상인 초경합금 입자임을 특징으로 하는 강인한 내마모체.The tough wear-resistant body according to claim 1, wherein the particles are cemented carbide particles of 400 mesh or more. 청구범위 제1항에 있어서, 상기의 제2금속 매트릭스가 대체적으로 상기의 천공성 부재를 둘러쌈을 특징으로 하는 강인한 내마모체.10. The wear resistant body according to claim 1 wherein said second metal matrix generally surrounds said perforated member. 청구범위 제1항 또는 2항에 있어서, 상기의 제1금속매트릭스가 오스테나이트 스테인레스 강으로 구성됨을 특징으로 하는강인한 내마모체.The tough wear-resistant body according to claim 1, wherein the first metal matrix is composed of austenitic stainless steel. 청구범위 제4항에 있어서, 상기의 제2금속 매트릭스가 강으로 구성됨을 특징으로 하는 강인한 내마모체.The wear resistant body according to claim 4, wherein said second metal matrix is composed of steel. 청구범위 제2항에 있어서, 상기의 초경합금 입자의 크기가 40메쉬 이상임을 특징으로 하는 강인한 내마모체.The tough wear-resistant body according to claim 2, wherein the cemented carbide particles have a size of 40 mesh or more. 청구범위 제1항 또는 2항에 있어서, 상기의 초경합금 입자가 텅스텐 탄화물로 구성됨을 특징으로 하는 강인한 내마모체.The tough wear-resistant body according to claim 1 or 2, wherein the cemented carbide particles are composed of tungsten carbide. 청구범위 제6항에 있어서, 상기의 초경합금 입자가 코발트, 니켈, 또는 이들 상호간의 합금의 그룹에서 선택된 결합재로 구성됨을 특징으로 하는 강인한 내마모체.8. The tough wear-resistant body according to claim 6, wherein the cemented carbide particles are composed of a binder selected from the group of cobalt, nickel, or alloys thereof. 청구범위 제4항에 있어서, 상기의 오스테나이트 스테인레스 강의 밀집도가 90% 이하임을 특징으로 하는 강인한 내마모체.The tough wear-resistant body according to claim 4, wherein the austenitic stainless steel has a density of 90% or less. 청구범위 제9항에 있어서, 상기 매트릭스의 밀집도가 75~85%임을 특징으로 하는 강인한 내마모체.10. The wear resistant body according to claim 9, wherein the matrix has a density of 75 to 85%. 청구범위 제2항에 있어서, 상기의 초경합금 입자가 불규칙한 형상을 가짐을 특징으로 하는 강인한 내마모체.The tough wear-resistant body according to claim 2, wherein the cemented carbide particles have an irregular shape. 압분체 형상을 위해 초경합금 입자와 금속분말의 혼합물을 압분시키고, 용융금속을 상기 압분체가 용융 금속에 결합되도록 압분체 주위에 주조시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.Compacting the mixture of cemented carbide particles and metal powder to form a green compact, and casting molten metal around the green compact to bond the green compact to the molten metal. 청구범위 12항에 있어서, 상기 용융 금속이 사실상 상기 압분체를 둘러쌈을 특징으로 하는 방법.The method of claim 12 wherein the molten metal substantially surrounds the green compact. 청구범위 제12항이나 13항에 있어서, 혼합물에 사용될 초경합금의 메쉬크기가 40메쉬 이상인 입자를 선택하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.14. A method according to claim 12 or 13, comprising the step of selecting particles having a mesh size of at least 40 mesh of cemented carbide to be used in the mixture. 청구범위 제12항에 있어서, 상기 압분체를 주조이전에, 상기 금속 분말의 융점이하에서 소결시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.13. A method according to claim 12, characterized by sintering the green compact below the melting point of the metal powder prior to casting. 청구범위 제1 또는 2항에 있어서, 상기 탄화물 입자가 6메쉬보다 작은 크기와 400메쉬보다 큰 크기의 2중 크기 분포를 가짐을 특징으로 하는 강인한 내마모체.The tough wear-resistant body according to claim 1 or 2, wherein the carbide particles have a double size distribution of sizes smaller than 6 mesh and larger than 400 mesh.
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