NL8220290A - Wit gietijzer bestand tegen schurende inwerking. - Google Patents

Description

, NL 31.999 WO-Pf/JL

8220290

Wit gietijzer bestand tegen schurende inwerking.

De uitvinding heeft betrekking op gietijzer en in het bijzonder op de verbetering van de taaiheid en de weerstand tegen schurende inwerking van wit gietijzer in samenhang met een aanmerkelijke verhoging van de treksterkte.

5 Meer in het bijzonder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een nieuwe samenstelling, voor wit gietijzer en op een werkwijze voor de bereiding van dit gietijzer met verbeterde taaiheid, rekbaarheid en treksterkte onder behoud van een gunstige weerstand tegen schurende inwerking 10 door verandering van de carbidemorfologie.

Het is bekend dat gelegeerd wit gietijzer een sterk tegen slijtage bestand materiaal is dat in het algemeen met een koolstofgehalte boven 1,5% wordt gevormd en dat bovendien gelegeerd kan zijn met andere metalen, doorgaans 15 chroom, dat samen met de koolstof de vorming mogelijk maakt van een verbinding van ijzer-chroomcarbide, zoals ΜχΟ . In veel gevallen is de eigen weerstand tegen schurende inwerking van niet-gelegeerd gietijzer voldoende voor beantwoording aan zijn normale gebruik en bestaat er in die gevallen 20 geen probleem voor de gebruiker.Wanneer echter het voor een industriële inrichting gebruikte gietijzer aan bijzondere slijtage wordt onderworpen, laten de mechanische eigenschappen van gietijzer zelf veel te wensen over.

Algemeen onderkent men verschillende klassen van 25 slijtage, waaraan het gietijzeren materiaal onderhevig kan zijn. Bij de eerste, een gutsen of groeven vormende slijtage, dringen grove schurende deeltjes door tot op het werk-oppervlak van het gietijzer, en induceren daar een hoge snelheid van metaalverwijdering. Bij de industriële uitrusting, 30 waarbij deze vorm van slijtage zich in het bijzonder voordoet, zoals bij uitrusting voor grondverplaatsing, hamermolen operaties en kaakbrekers, gaat met de verwijdering van metaal een zware schokbelasting gepaard, die een schadelijk effect op het gietijzer bleek te hebben.

35 Bij een andere vorm van slijtage, die doorgaans aangeduid wordt als schuring onder hoge belasting, worden 8220290 - 2 - schurende deeltjes, zoals deze in de mijnbouw worden tegengekomen, vergruisd onder de malende werking van bewegende metaaloppervlakken. De belastingsniveau's, die worden tegengekomen bij op deze wijze optredende slijtage, zoals in het 5 bijzonder bij voor malen, breekwalsen of molenbekleding gebruikte gietsels, overschrijden dikwijls de maximale belasting van het gebruikelijke gietijzer, hetgeen leidt tot schade aan de uitrusting.

Bij de derde categorie slijtage, schuring of erosie 10 onder lage belasting, is de schurende werking, waaraan het gietijzeroppérvlak van de uitrusting wordt onderworpen, niet een zware belasting, maar is desalniettemin een hoge weerstand tegen schurende inwerking vereist.

De gutsende of groevende slijtage, die samenhangt 15 met een zware schokbelasting, vereist een taaiheid die gietijzer niet als typische eigenschap heeft bezeten in het verleden. Mangaanstaal met hoge vervormbaarheid en taaiheid bleek aan de vereiste weerstand tegen zware schok voor materiaal dat aan dit soort slijtage wordt onderworpen te voldoen.

20 De hardheid en weerstand tegen schurende inwerking bleek echter doorgaans onvoldoende te zijn om een extreem hoge snelheid van slijtage bij schurende inwerking onder hoge belasting te voorkomen, zoals deze met name bij talloze ver-gruizingswerkwijzen, zoals een roterende kogelmolen, zich 25 voordoen. Bij dit soort bedrijf met hoge belasting kunnen zowel chroommolybdeenstaal als gelegeerd wit gietijzer in verschillende soorten inrichtingen worden gebruikt, afhankelijk van de vereiste taaiheid en de vereiste combinatie met de weerstand tegen schuring. Bij de laatste categorie van slij-30 tage met zich meebrengende werkzaamhedén onder lage belasting kunnen met chroom gelegeerde staalsoorten met of zonder toevoegingen van molybdeen of nikkel worden gebruikt, die een gunstige hoog martensitische matrix met daarin ingebed carbide hebben.

35 Beschouwing van de categorieën slijtage en de in dustriële kennis betreffende de beschikbare metaalsoorten om te beantwoorden aan de vereisten in deze categorieën van slijtage heeft voor de betrokken deskundigen geleid tot een dilemma. Bij gebruik van apparatuur die onderhevig is aan 40 82 2 0 2 9 0 - 3 - ten minste de eerste twee categorieën van slijtage, is er een duidelijke vereiste van combinatie van optimale stijtweer-stand en voldoende taaiheid om de zware stoot- en belast ingomstandigheden, die kenmerkend zijn voor deze vormen 5 van slijtage, te weerstaan. Algemeen erkent men dat hardheid en taaiheid juist aan de tegenover elkaar gelegen uiteinden van het spectrum staan, zodat samenstellingen die één eigenschap meer bezitten, in min of meerdere mate wat van de andere verliezen, terwijl toch zowel hardheid als taaiheid vereist 10 zijn.

De industrie die tegen schuring bestande gietsels toelevert, heeft lang gezocht naar verbetering van de levensduur van apparatuur, waarbij het gietsel onder de beschreven omstandigheddn van slijtage wordt gebruikt.

15 Talloze al dan niet gelegeerde ijzerkoolstofsamen stellingen hebben al vanaf een laag koolstofgehalte van 0,04% in de martensitische toestand een hoge taaiheid. Hypereutec-toïde staalsoorten en gietijzersoorten vertonen een onvoldoende taaiheid vanwege de morfologie van het cementiet 20 (Fe^C). Legering van de ijzer-koolstofsamenstelling levert carbides (MC ) met een verhoogde hardheid op, waardoor zo x y aan enige vereisten betreffende een grotere weerstand tegen schurende inwerking wordt voldaan. Terwijl de schuurweerstand toeneemt neemt echter de taaiheid of de weerstand tegen 25 breuk af naarmate het carbidevolume toeneemt, tenzij bij een bepaald carbidevolume de grootte van het carbide wordt verlaagd. Metaallurgen hebben reeds lang geleden de complexiteit van wit gietijzer onderkent, omdat de twee belangrijke micro-bestanddelen, het carbide en de matrix, in wezen onaf-30 hankelijk van elkaar werken. Desalniettemin hangen de uiteindelijke eigenschappen van het materiaal af van de onderlinge wisselwerking tussen de twee bestanddelen, indien het witte gietijzer wordt onderworpen aan schurende en stotende omstandigheden. Wanneer stoten tegen een dergèlijk materiaal 35 plaatsvindt verbrijzelen de carbides en indien de carbides continu zijn en van relatief grote afmeting zullen de scheuren zich door het gehele structuur voortzetten?hetgeen dikwijls leidt tot breuk of ten minste tot versnelde slijtage van het materiaal.

40 Tot op heden is er zo geen ijzer- koolstoflegering 8220290 - 4 - waarvan het koolstofgehalte groter is dan 1,7%, die aan het vereiste van een hoge schuurweerstand en goede schokbelas-ting absorptie kan voldoen.

Doel van de uitvinding is wit gietijzer te verschaf-5 fen met zowel een hoge hardheid of slijtweerstand als een verbeterde taaiheid.

Verder beoogt de onderhavige uitvinding wit gietijzer te verschaffen, dat niet alleen een gunstige slijt-weerstand en een goede taaiheid heeft, maar tevens een ver-10 beterde treksterkte.

Voorts heeft de uitvinding tot doel gietijzer te verschaffen met hoge schuurweerstand en taaiheid, waarin de carbides de vorm hebben van druppels die de sferische vorm benaderen.

15 Voorts wil de uitvinding gietijzer verschaffen, dat taai en slijtvast is, waarin de carbides kleiner zijn dan de gebruikelijke gemiddelde grootte en grotendeels gelijkmatig door de matrix verdeeld zijn.

Daarnaast is een doel van de onderhavige uitvinding 20 te zorgen voor de vorming van een hogere entropie in een gelegeerde gietijzersamenstelling door borium toe te voegen, waardoor niet alleen druppelvormige deeltjes worden gevormd, maar tevens deeltjes met geringere grootte worden verkregen welke bovendien regelmatiger zijn verspreid.

25 Ten slotte beoogt de onderhavige uitvinding een werkwijze te verschaffen voor de bereiding van taai, slijtvast gietijzer, waarbij een gesmolten gietijzermengsel wordt gekoeld tot onder de evenwichtsstollingstemperatuur tot een onderkoelde temperatuur, waarna stolling plaatsvindt onder 30 oplevering van de druppelvormige carbides met een gemiddelde gróótte die kleiner is dan de gemiddelde gebruikelijke grootte van carbidedeeltjes in gietijzer.

De onderhavige uitvinding betreft de unieke ontdekking van een gelegeerde gietijzersamenstelling die als basis 35 het element ijzer omvat, al dan niet met 0,001 - 30 gew.% apart of cumulatief vanadium, titanium, niobium, molybdeen, nikkel, koper, tantalium of chroom of mengsels daarvan, 2,0 - 4,5 gew.% koolstof, en waaraan 0,001 - 4,0 gew. % borium is toegevoegd ter verbetering van de slijtweerstand, taaiheid 40 8220290 - 5 - en treksterkte. De legering heeft een stollingspunt tussen 1200 en 1320°C en meer in het bijzonder in het gebied van 1238 - 1260°C. Dit stollingspunt ligt binnen 9° van de eutectische temperatuur van het gietijzer met de gekozen le-5 geringselementen. De in de vorm van een sferische vorm benaderende druppels aanwezige carbides hebben een gemiddelde grootte van minder dan 4 iim, hetgeen aanzienlijk lager is dan de gemiddelde deeltjesgrootte van carbides in gebruikelijk gietijzer.

10 Bij de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt gelegeerd gietijzer, dat 0,001 - 30 gew. vanadium, titanium, niobium, molybdeen, nikkel, koper, tantalium of chroom of mengsels daarvan en 2,0 - 4,5 % koolstof bevat, onder vorming van een gesmolten gietijzersamenstelling verschaft 15 met een de entropy verhogend additief, zoals 0,001 - 4,0% borium waarna de gesmolten gietijzersamenstelling tot ten minste 3° beneden de evenwichtsstollingstemperatuur van 1200 - 1320°C wordt gekoeld tot op een onderkoelde temperatuur onder oplevering van druppelvormige carbides met een ge-20 middelde grootte die minder is dan de gemiddelde grootte van gebruikelijke carbidedeeltjes in gietijzer, en welke gemiddeld minder dan 4 ym bedraagt.

Reeds lang werd onderkent dat wit gietijzer van zichzelf :de slijtvastheid bezit,die nodig is om de verschil-25 lende slijtage-omstandigheden, waaraan de uit gietijzer vervaardigde installaties worden onderworpen, te kunnen beantwoorden. Thans werd ontdekt dat de morfologie van het carbide van het gelegeerde gietijzer kan worden veranderd onder behoud van de kenmerkende slijtvastheid en niet alleen de trek-30 sterkte doet toenemen maar, hetgeen belangrijker is, een meetbare plastische vervorming en een significante verbetering van de taaiheid verschaft. Het is bekend, dat in het vroegere gietijzer de vrije (bovenop die welke werd gevonden in de matrix van aüsteniet, perliet of martensiet) 35 koolstof in de vorm was van hetzij grafiet,die een driedimensionale vorm enigszins gelijkend op een maisvlok aanneemt, hetzij de vorm van een carbide in een plaat- of staaf-achtige vorm. In beide vormen zijn de deeltjes microscopisch van grootte, maar doorgaans toch groter dan 10 ym voor een 40 8 2 2, 0 l 9 0 - 6 - gemiddelde deeltjesgrootte onder aanname van een normale hitte-onttrekking aan een zandvorm en een doorsnedegrootte van het metaal boven 10 mm.

Het is bekend dat deze grafietvlokken de oorsprong 5 zijn van de breuken, die zich voordoen langs de vlakken van de vlokken. Doorgaans zal een goede kwaliteit gietijzer een treksterkte van circa 35 kg/mm met een rek van 0%, zodat een zeer bros en niet-taai materiaal wordt verkregen met geen enkele mogelijkheid tot vervorming. Indien op de juiste 10 wijze gelegeerd,komt de vrije koolstof in een intermetallisch metaalcarbide, gewoonlijk chroomcarbide, terecht,dat in het algemeen de vorm heeft van plaatjes of staafjes en continu of discontinu binnen de matrix kan zijn, maar wederom een gemiddelde deeltjesgrootte groter dan 10 μπι heeft. De carbidedeel-15 tjes kunnen ook de vorm van naaldjes aannemen, maar wat voor microscopisch voorkomen zij ook mogen hebben, hun lange dimensie is gemiddeld nog altijd 10 ym, hetgeen de neiging voor het beginnen van scheuren onder belasting doet toenemen, hetgeen dikwijls uiteindelijk leidt tot een storing aan de be-20 trokken inrichting.

Volgens de onderhavige uitvinding werd thans gevonden dat deze normale staaf- of plaatvormige geometrie van de carbides veranderd kan worden tot een druppelvormige vorm, die een ware sferische vorm benadert, waardoor niet alleen 25 de gewenste taaiheid wordt verkregen, maar tevens een significante toename van de treksterkte. Deze verandering van de morfologie van de carbides van gietijzer heeft het niet-rek-bare, brosse, niet-vervormbare gietijzer uit het verleden veranderd in een,dat het vermogen van plastische vervorming, 30 hogere treksterkte onder behoud van de zeer gunstige slijtvaste eigenschappen in zich verenigt.

Gevonden is bijvoorbeeld dat het gietijzer volgens de uitvinding zal buigen voordat het breekt en dat het be-lastingsniveau, waaraan het zonder breuk kan worden onder-35 worpen, aanzienlijk hoger is dan dat van bekend gietijzer.

Het giétijzer volgens de onderhavige uitvinding wordt bij voorkeur gelegeerd met chroom, maar afhankelijk van verschillende toevoegingen van vanadium, titanium, niobium, tantalium, nikkel, molybdeen of koper in hoeveelheden van 0,001 - 30% 40 8220290 - 7 - ter vervanging van het chroom, kunnen de eigenschappen van hèt verkregen gietijzer variëren.

In het algemeen bleek het gietijzer volgens de onderhavige uitvinding een treksterkte van 84 kg/mm te heb- 5 ben, in vergelijking met de gebruikelijke treksterkte van 2 35 - 42 kg/mm van bekend gietijzer. Bekend gietijzer had een rek van 0%, terwijl het onderhavige gietijzer tot 3% gerekt kan worden. Deskundigen zullen onmiddelijk de belangrijke voordelen van een toename van de rek of van plas-10 tische deformatie onderkennen, aangezien dit een taaiheid verschaft die zo belangrijk is in de apparatuur die onderworpen wordt aan grote slijtage en schokbelasting zoals bijv. vergruizers en krakers voor de mijnindustrie en ook in pompen voor hët transport van schurende stoffen bevattende vloei-15 stoffen. Het bereiken van de verandering van de vorm van de carbides in het gietijzer zou op zich gewenst zijn, maar toch lang niet zo doelmatig indien niet tevens met de verandering van de vorm van de carbides tot druppels de deeltjesgrootte zou zijn verlaagd in aanzienlijke mate onder de ge-20 bruikelijke gemiddelde waarden van 10 -14 ym van de deeltjes van bekend gietijzer, tot aan een waarde beneden 4 ym. Door een verlaging van deze orde van grootte van het formaat van de deeltjes van het carbide is het mogelijk de gemiddelde vrije baan tussen de kleinere discrete druppelvormige deel-25 tjes te minimaliseren ten einde bij te dragen tot een hoger niveau van sterkte, een betere slijtvastheid en een groter vermogen tot vervorming. Zo worden volgens de onderhavige uitvinding niet alleen de carbides qua vorm veranderd in sferische of vrijwel sferische druppels, maar zijn de drup-30 pelvormige deeltjes in gemiddelde grootte verlaagd tot onder 4 ym.

Algemeen beschouwd men gietijzer als een ijzer-koolstofsamenstelling die gelegeerd kan worden. Algemeen nemen deskundigen aan dat de scheidslijn tussen gietijzer en 35 staal wordt gevormd door de oplosbaarheid van koolstof in ijzer in de vaste toestand. Bij hogere gehalten aan koolstof zou de koolstof in de vorm van vrij grafiet zijn^tenzij leger ingselementen waren toegevoegd. Met name chroom is een legeringselement dat gebruikt wordt voor de vorming van 40 carbides in gietijzer en ter verbetering van verschillende 8 9 ?. 0 ?. 9 0 - 8 - eigenschappen. Molybdeen, vanadium, titanium, koper, nikkel, niobium en tantalium,in iédere combinatierkunnen worden toegevoegd aan het chroom of zelfs het chroom vervangen. Wanneer zij samen met chroom worden gebruikt zijn deze metaal-5 elementen doorgaans aanwezig in een hoeveelheid tot aan circa 7%, waarbij bij voorkeur vanadium en niobium aanwezig kunnen zijn in hoeveelheden van 0,001 - 5%, molybdeen en koper 0,001 - 4%, nikkel 0,001 - 7% en titanium en tantalium in hoeveelheden van 0,001 - 4%, terwijl het totaal in com-10 binatie met chroom of in het geval van chroom alleen moet liggen in het gebied van 0,001 - 30%. Bij voorkeur ligt de hoeveelheid chroom in het gebied van 7 - 29% met grotere voorkeur voor de gebieden van 25 - 28% of 14 - 22% of 7 - 12%, welke gebieden van chroomconcentraties staan voor de drie 15 belangrijkste groepen commerciëel gelegeerd gietijzer. Het koolstofgehalte is bij voorkeur niet lager dan 2,0% en niet hoger dan circa 4,5% en ligt bij voorkeur in het gebied van 2,0 - 3% voor gietijzer met een gehalte van 25 - 28% chroom en 14 - 22% chroom of 2 - 3,5% voor 7 — 12% chroom.

20 De boven uiteen gezette gebruikelijke gietijzer- samenstellingen kunnen een gewijzigde carbidemorfologie verkrijgen door toevoeging van borium en wel in het algemeen in een hoeveelheid van 0,001 - 4%, toch bij voorkeur in een hoeveelheid van 0,01 - 1% of 0,01 - 4%. Deze toevoeging van 25 borium bleek druppelvormige carbidedeeltjes op te leveren, maar hééft een nog grotere invloed wanneer de betrokken gelegeerde ijzerkoolstofsamenstelling in verband wordt gebracht met de eutectische temperatuur.

Het stollingspunt van zuiver ijzer bedraagt circa 30 1540°C en naarmate koolstof wordt toegevoegd wordt het stol lingspunt lager. Bij legering met of zonder de bijvoeging van borium varieert de stollingstemperatuur tussen 1200 en 1320°C, welke variatie in de eerste plaats afhankelijk is van de aanwezige hoeveelheid chroom, maar verder nog van de keuze 35 van de betrokken legeringselementen. Meer gewenst is het gebleken dat de stollingstemperatuur van het gelegeerde ijzer- koolstofsysteem in het gebied van 1238 - 1260°C of ongeveer 1250°C +5-11° moet liggen. Iedere specifieke gietijzersamenstelling met de uitgekozen legeringselementen 40 in hoeveelheden overeenkomstig de onderhavige uitvinding 8220290 - 9 - aanwezig zal binnen 9 ° van de eutectische temperatuur voor dat systeem van met die bepaalde legeringselementen gevormd gietijzer stollen.

Met deze gelegeerde gietijzersamenstelling en de 5 toevoeging van borium bleek het mogelijk te zijn de car- bidemorfologie te veranderen onder vorming van druppelvormige carbidedeeltjes die een vrijwel sferische vorm hadden.

Voor het bereiken van deze belangrijke verandering van de deeltjesgrootte en voor het verkrijgen van een vrij-10 wel gelijkmatige verspreiding van de druppelvormige carbidedeelt jes, is gebleken dat indien de gietijzersamenstelling werd gekoeld beneden de evenwichtsstollingstemperatuur met ten minste 5° en waarschijnlijk bij voorkeur met 4 — 6° of meer, voorafgaande stolling, dat de deeltjesgrootte 15 van de carbidedeeltjes dramatisch werd verlaagd van hun gebruikelijke gemiddelde waarde van 10 ym of meer tot een gemiddelde grootte van minder dan 4 ym. Deze onderkoeling bleek moeilijk te bereiken te zijn en slechts na een thermo-dynamische benadering van dit probleem werd ontdekt dat 20 door verhoging van de entropie van de gietijzersmelt de wanorde van het systeem wordt verhoogd om onderkoeling van de smelt toe te laten. Een hogere entropiewaarde verlaagt de waarde van de vrije energie volgens Gibbs van een vloeistof / vaste- stofsysteem, en de fase met de laagste vrije 25 energie zal het meest stabiel zijn. De betrekking is + - S, waarin G de vrije energie van Gibbs is, T de absolute temperatuur is en S de entropie is. Bovendien wordt de thermo-dynamische betrekking H = T S + V P vereenvoudigd tot H = T S, omdat V P = 0 voor vaste stoffen, hetgeen inhoudt dat 30 S = , waarin S de entropie is en H de smeltwarmte en T het stollingspunt in absolute graden is. Een toename van de entropie veroorzaakt een afname van het stollingspunt bij een constante smeltwarmte voor het systeem.

Ontdekt werd dat borium bij toevoeging aan de giet-35 ijzersamenstelling, de entropie zal verhogen die de hogere willekeurigheid binnen het systeem teweeg bracht en de gewenste onderkoeling toeliet. De exact optredende veranderingen worden nog niet volledig begrepen en de boven gegeven uitleg moet als puur theoretisch worden opgevat.

8220290 - 10 -

Wanneer de gelegeerde gietijzersamenstelling volgens de onderhavige uitvinding wordt afgekoeld tot onder de evenwichtsstollingstemperatuur in het onderkoelde gebied van ten minste 3° beneden de evenwichtsstollingstemperatuur, 5 dan zal de stolling wanneer deze optreedt meer instantaan zijn dan wanneer geen onderkoeling plaatsvindt. Zo wordt met onderkoeling de gebruikelijke langdurige periode van kristal-of deeltjesgroei, die gewoonlijk optreedt, vermeden. Daarentegen is de stolling sneller, voordat de groei van de deel-10 tjes kan optreden. Zo hebben de zeer kleine carbidedeeltjes in plaats van de mogelijkheid tot staafjes of plaatjes te agglomereren zoals bij gebruikelijk gietijzer optreedt, geen kans te agglomereren bij de snelle stolling van de gelegeerde gietijzersamenstelling volgens de onderhavige uitvinding, 15 terwijl er evenmin migratie van die deeltjes optreedt onder agglomeratie en vorming van een plaatje of staafje,waardoor niet-gelijkmatigheid van de verspreiding van de carbide zou zijn bereikt. Daarentegen is de gelijkmatigheid van de

carbideverspreiding een eigenschap van de smeltfase en zelfs 20 gedurende de onderkoelde fase van de gelegeerde gietijzersamenstelling, zodat de gelijkmatigheid van de carbideverspreiding gedurende de stolling wordt behouden. Het resultaat van de stolling van de tot beneden de evenwichtsstollingstemperatuur onderkoelde smelt is een aanzienlijke verlaging van de 25 deeltjesgrootte en een gelijkmatigere verspreiding van de carbides door matrix van het gietijzer, hetgeen de basis vormt voor de sterkte, taaiheid en slijtweerstand van de gietijzersamenstelling volgens de onderhavige uitvinding. VOORBEELD

30 Een gebruikelijke gietijzersamenstelling met 27,2% chroom, 2,04% koolstof is een gelegeerde samenstelling met een stolling in de buurt van 1250°C,hetgeen boven de eutectische temperatuur van circa 1239°C is. Door de toevoegingvan 0,17% borium kan de legering onderkoeld worden tot êen temperatuur 35 van 3° onder deze evenwichtsstollingstemperatuur en tot juist boven 1246°C. Tussen dit temperatuurspunt en onder de evenwichtsstollingstemperatuur is de smelt onderkoeld en blijft deze vloeibaar. Verdere koeling levert carbides op met een druppelvormige vorm, die vrijwel sferisch is^en met 40 een gemiddelde deeltjesgrootte van minder dan 4 μΐη. De trek- 8220200 - 11 - sterkte van het verkregen gietijzer ligt in de buurt van de 2 84 kg/mm met ongeveer 3% toegestane rek. Een dergelijk wit gietijzer is behoorlijk slijtvast en heeft daarbij een verbeterde treksterkte en taaiheid, welke eigenschappen het bij-5 zonder geschikt maken voor toepassing onder hoge slijtage en hoge belasting Eën der resultaten werden verkregen met een samenstelling met 3,32% koolstof, 9,12% chroom, 5,18% nikkel en 0,17% borium met een evenwichtsstollingstemperatuur bij 10 circa de eutectische temperatuur van 1253°C. Onderkoeling vindt dan plaats tot aan 1250°C voordat stolling optreedt.

Aangenomen wordt dat de'doelstellingen van de onderhavige uitvinding zijn bereikt, als boven beschreven, en dat de uitvinding zich uitstrekt over het gehele met de thans 15 volgende conclusies weergegeven gebied.

8220290

Claims (31)

1. Gelegeerd gietijzer omvattende een basis van het element ijzer en één of meer van de volgende legeringselemen-ten: 0,001 - 30% vanadium, titanium, niobium, tantalium, molybdeen, nikkel, koper of chroom of mengsels daarvan als- 5 mede 2,0 - 4,5% koolstof, met het kenmerk, dat de legering een stollingspunt binnen 9° van de eutec-tische temperatuur van het met de uitgekozen legeringselemen-ten gevormde gietijzer heeft en dat deze verder 0,001 -4,0% borium bevat, waardoor het gietijzer gunstige slijtvast- 10 heid, taaiheid en streksterkte bezit.

2. Legering volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de legering een stollingspunt tussen 1200 en 1320°C heeft.

3. Legering volgens conclusie 1,of 2, m e t het 15 kenmerk, dat deze vanadium, titanium, niobium of tantalium in een hoeveelheid tot aan de 7% bevat.

4. Legering volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat deze chroom in hoeveelheid van 0,1 - 30% bevat.

5. Legering volgens conlusie 1 of 2,met het kenmerk, dat deze tot aan 7% nikkel, tot aan 4% molybdeen of tot aan 4% koper of combinaties daarvan bevat.

6. Legering volgens conclusies 1-5,met het kenmerk, dat de koolstof ten minste gedeeltelijk in de 25 vorm van druppelvormige carbides aanwezig is.

7. Legering volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat het stollingspunt ligt tussen 1238 - 1260°C.

8. Legering volgens conclusie 7, m e t het kenmerk, dat het stollingspunt van de legering 1250°C 30 bedraagt.

9. Legering volgens de conclusies 1 - 8, m e t het kenmerk, dat de koolstof ten minste gedeeltelijk . in de vorm van druppelvormige carbides aanwezig is, het vanadium, titanium, niobium, nikkel, koper, molybdeen of tantalium 35 aanwezig is in een hoeveelheid tot aan 7% en het stollingspunt van de legering tussen 1238 en 1260°C ligt.

10. Legering volgens conclusies 1-9,met het kenmerk, dat de koolstof ten minste gedeeltelijk aan- 8220290 - 13 - wezig is in de vorm van druppelvormige carbides, de legering een stollingspunt tussen 1200 en 1320°C heeft en het vanadium, titanium, niobium, nikkel, koper, molybdeen of tantalium aanwezig is in een hoeveelheid van tot aan 7%.

11. Legering volgens conclusies 1-10,met het kenmerk, dat de koolstof ten minste gedeeltelijk aanwezig is in de vorm van druppelvormige carbides, het chroom aanwezig is in een hoeveelheid van 0,1 - 30% en het stollingspunt van de legering ligt tussen 1238 en 1260°C.

12. Legering volgens conclusies 1-11,met het kenmerk, dat het chroom aanwezig is in hoeveelhedén van 20 - 29% of 14 - 22% of 7 - 12%, de koolstof aanwezig is in een hoeveelheid van 2 - 3,5% en het borium aanwezig is in een hoeveelheid van 0,01 - 1,0%.

13. Legering volgens conclusies 1-11,met het kenmerk, dat het chroom aanwezig is in een hoeveelheid van 25 - 28%, de koolstof aanwezig is in een hoeveelheid van 2,0 -3,0% en het borium aanwezig is in een hoeveelheid van 0,1 -0,4%.

14. Legering volgens conclusies 1-13,met het kenmerk, dat de koolstof ten minste gedeeltelijk aanwezig is in een vorm van druppelvormige carbides met een gemiddelde deeltjesgrootte van minder dan 4 ym.

15. Werkwijze voor de vorming van gietijzer, met 25 het kenmerk, dat 0,001 - 4,0% borium wordt toegevoegd aan een gelegeerd gietijzer dat 0,001 - 30% vanadium, titanium, niobium, molybdeen, nikkel, koper, tantalium of chroom of mengsels daarvantalsmede 2,0 - 4,5% koolstof bevat onder vorming van een gietijzersmelt en dat de gelegeerde giet-30 ijzersmelt wordt afgekoeld beneden de evenwichtsstollings-temperatuur tot op een onderkoelde temperatuur, waardoor de gietijzersmelt tot stollen wordt gebracht onder oplevering van druppelvormige carbides met een gemiddelde deeltjesgrootte die geringer is dan de gemiddelde grootte van car-35 bidedeeltjes in gebruikelijk gietijzer.

16. Werkwijze volgens condlusie 15, met het kenmerk, dat de legering een stollingspunt tussen 1200 en 1320°C heeft.

17 Werkwijze volgens conclusie 15, met het 40 kenmerk, dat vanadium, titanium, niobium, tantalium, S ’ ? 0 2 9 0 - 14 - molybdeen, koper of nikkel aanwezig is in hoeveelheid tot aan 7%.

18. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat het chroom aanwezig in een hoeveelheid 5 van 0,1 - 30%.

19. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat tot aan 7% nikkel, tot aan 4% molybdeen of tot aan 4% koper of een combinatie ervan wordt toegevoegd.

20. Werkwijze volgens conclusie 15, met het 10 kenmerk, dat het gesmolten gietijzer wordt gekoeld tot een onderkoelde temperatuur die ten minste 3° beneden de evenwichtsstollingstemperatuur ligt.

21. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de gietijzer smelt tot stollen wordt ge- 15 bracht door voortzetting van de koeling van de gietijzer smelt tot een onderkoelde temperatuur onder vorming yan druppelvormige carbides met een gemiddelde grootte van minder dan circa 4 ym.

22. Werkwijze volgens conclusie 15, m e t het 20 kenmerk, dat de gietijzersmelt wordt onderkoeld tot een temperatuur ten minste 3° onder de evenwichtsstollingstemperatuur en dat de gietijzersmelt tot stollen wordt gebracht door voortzetting van de koeling van de gietijzersmelt tot een onderkoelde temperatuur onder vorming van druppel-25 vormige carbides met een gemiddelde grootte van minder dan :ca. 4 ym.

23. Werkwijze volgens conclusies 20, 21 en 22, met het kenmerk, dat het evenwichtsstollingspunt tussen 1200 en 1320°C ligt.

24. Werkwijze vólgens conclusie 20, 21 en 22, met het kenmerk, dat het evenwichtsstollingspunt tussen 1238 en 1260°C ligt.

25. Werkwijze voor onderkoeling van een gietijzersmelt ter verbetering van de taaiheid en slijtweerstand en 35 treksterkte van gietijzer, met het kenmerk, dat de entropie van een gesmolten gieti jzermengsel van koolstof, ijzer en vanadium, titanium, molybdeen, nikkel, koper, tanta-lium of chroom of mengsels ervan wordt verhoogd tot vorming van een gietijzersmelt , de gietijzersmelt wordt gekoeld 40 8220290 - 15 - tot een temperatuur beneden de evenwichtsstollingstemperatuur van de gietijzersmelt , en de gietijzersmelt tot stolling wordt gebracht onder vorming van druppelvormige carbides met een gemiddelde deeltjesgrootte beneden de gemiddelde grootte 5 van het carbide in gebruikelijk gietijzer.

26. Werkwijze volgens conclusie 25, m e t het kenmerk, dat de gietijzersmelt wordt afgekoeld tot een onderkoelde temperatuur die ten minste 3° beneden de evenwichtsstollingstemperatuur ligt.

27. Werkwijze volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat de gietijzersmelt tót stollen wordt gebracht door voortzetting van de koeling van de gietijzer·** smelt tot een onderkoelde temperatuur tot vorming van druppelvormige carbidés met een gemiddelde deeltjesgrootte van 15 minder dan circa 4 μπι.

28. Werkwijze volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat de gietijzersmelt wordt gekoeld tot een onderkoelde temperatuur die tenminste 3° beneden de evenwichtsstollingstemperatuur ligt, en dat de gietijzersmelt 20 tot stolling wordt gebracht door voortzetting van de koeling van de gietijzersmelt tot een onderkoelde temperatuur onder vorming van druppelvormi§e carbides met een gemiddelde grootte van minder dan circa 4 ym.

29. Werkwijze volgens conclusie 25, 26, 27 of 28, 25 met het kenmerk, dat de entropie van het gietijzer-mengsel wordt verhoogd door toevoeging van 0,001 - 4,0% borium.

30. Werkwijze volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat het borium aanwezig is in een hoeveelheid van 0,1 - 0,4%.

31. Werkwijze volgens de conclusie 1 of 15, m e t het kenmerk, dat het borium aanwezig is in een hoeveelheid van 0,1 - 0,4%. 8220290