NO130828B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av en smi- og støpbar

slitesterk legering......

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til fremstilling av en smi- og støpbar slitesterk legering fra en grunnmasse av jern-, nikkel- eller koboltlegering som inneholder 3 - 35% av et karbid i form av homogent fordelte, diskrete partikler, samtidig som karbidet består av minst 50% titankarbid og

0 - 30% vanadiumkarbid

0 - J>0% wolframkarbid

0 - 20% zirkoniumkarbid

0 - 10% tantalkarbid

0 - 10% kromkarbid

0 - 10% niobkarbid

hvor primærkarbidene forbindes med grunnmassen i form av partikler hvis størrelse svarer til den endelige kornstørrelse.

Titankarbid har en rekke egenskaper som er av interesse for verktøymaterialer. Således har titankarbid høy hårdhet, lav tetthet, god oksydasjonsfasthet, dårlig oppløselighet ved kontakt med smeltet stål, god treghet mot korntilvekst samt lav friksjonskoeffisient.

Disse utmerkede egenskaper hos titankarbidene utnyttes f.eks. hos de produkter som fremstilles på pulvermetallurgisk vei og markedsføres under varenavnet "Ferro-TiC" i form av verktøymaterialer på titankarbid-basis, hvor bindefasen utgjøres av stållegeringer. Et grunnleggende patent når det gjelder disse materialer, er U.S. patent nr. 2 828 202 (svarende til svensk patent nr. l80 632).

Et annet eksempel på en fremgangsmåte til fremstilling av materiale med høyt karbidinnhold på pulvermetallurgisk vei, dvs. en fremgangsmåte som innbefatter en forsintring av karbidene, er beskrevet i GB-PS 912 341.

Såvel innholdet av titankarbid som sammensetningen av bindefasen

i disse materialer kan variere, noe som selvsagt også innvirker på materialenes egenskaper. Dette innebærer at "Ferro-TiC" legeringer kan sies å danne en slags overgang -mellom hårdmetaller og det. konven-sjonelle verktøystål. Karakteristisk for materialene til forskjell fra hårdmetall er at bindefasens egenskaper kan påvirkes ved varme-behandling. I glødet tilstand kan materialene således i en viss grad bearbeides med skjærende verktøy. Mulighetene i så måte er dog begren-set. Et annet forhold er at materialene ikke kan smies eller støpes. Disse ulemner når det gjelder mulighetene for å bearbeide materialene

i såvel varm som kold tilstand, beror på at materialene var fremstilt på pulvermetallurgisk vei, hvilket blant annet betyr at titankarbidkornene var sammensintret til et hårdt, sammenhengende armerende skje-lett, hvis egenvolum, for at det i det hele tatt skal kunne dannes, utgjør en meget betydelig del av materialets totale volum. Derved blir hårdheten selvsagt meget stor, for mange anvendelsesområder altfor stor, med derav følgende liten bearbeidbarhet. På grunn av forholdene i forbindelse med pulvermetallurgiske metoder er det videre meget vanskelig å lage emner i større dimensjoner, og av samme grunn blir produktene meget dyre i produksjon.

En måte å rydde de ovennevnte ulemper av veien på er å benytte en smeltemetallurgisk teknikk istedenfor en pulverihetallurgisk. Et tidlig forsøk i denne retning er beskrevet f.eks. i DT-PS 641 164 og US-PS

2 033 974. Å utnytte de metoder som beskrives i disse patentskrifter lar seg imidlertid ikke uten videre gjøres. Som påpekt i det ovennevnte

US-PS 2 828 202 blir der således når titan settes til et smeltebad av karbonholdig stål ved vanlige smelteprosesser, dannet sekundært titankarbid i form av store dendrittiske aggregater og utseigringer. Dess-

uten kan der forekomme, sekundære utskillelser i korngrensene. Disse aggregater og utskillelser danner ofte en ikke ønskelig kontinuerlig fase som ikke kan sønderbrytes i små enkeltpartikler ved- bearbeidelse,

og de fører derfor til at legeringen blir meget sprø. Disse forhold har hittil stilt seg til hinder for å anvende smeltemetallurgi for fremstilling av hårde, seige legeringer av den foreliggende art.

Ved hjelp av fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse .

er der imidlertid skaffet en mulighet for å utnytte smeltemetallurgisk teknikk i denne forbindelse, hvorved det blir mulig å fremstille materialer med vesentlig lavere omkostninger, samtidig som de ikke har de

•ulemper som kjennetegner de tidligere nevnte produkter som er fremstilt

på pulvermetallurgisk vei.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at titankarbidpulveret, malt til endelig kornstørrelse, før det forenes med den smeltede grunnmasse, blir forenet med en legering bestående av 30 - 80% molybden, rest jern og fremstillingsbetingede forurensninger til,en for-legering, og denne for—legering findeles.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er dessuten karakterisert

ved at der til fremstillingen av for-legeringen males en blanding av titankarbidpulveret med molybden og jern, og den fremkomne pulver-blanding fortettes, oppvarmes i vakuum til ca. 1600°C, bråkjøles i vann og pulveriseres.

Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen går ut på at en blanding

av titankarbidpulveret med en pulverformet legering av molybden og jern for fremstilling av for-legeringen oppvarmes i vakuum mellom 1500 og 1700°C, avkjøles langsomt gjennom temperaturområdet på ca.

1400°C og deretter findeles. Det er foretrukket at i det minste 95%

av titankarbidet blir malt til en kornstørrelse mindre enn 6 p, fortrinnsvis mindre enn 3 /um, °S blir ifølge oppfinnelsen foreslått at for-legeringen sintres.

Hensiktsmessig blir for-legeringen forenet med grunnmassen ved elektrisk omsmeltning under anvendelse av en avsmeltningselektrode som består av for-legeringen og har en kappe bestående av grunnmassen.

Oppfinnelsen vil nå bli forklart nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser skjematisk og i sterk forstorrelse den prinsipielle struktur av et materiale i henhold til oppfinnelsen inneholdende 10 vektprosent titankarbid. Fig. 2 viser på tilsvarende måte skjematisk strukturen av et stål i henhold til oppfinnelsen inneholdende 20 vektprosent titankarbid. Fig. 3 viser en utrustning som har vært anvendt ved laboratoriemessig utforte forsok. Fig. 4 viser et mikrofotografi i 140 ganger forstorrelse av et materiale i henhold til oppfinnelsen inneholdende 10 vektprosent titankarbid. Fig» 5 gjengir i ^målestokk fotografier av: ut smidde emner av materialer ifolge oppfinnelsen inneholdende henholdsvis 5, 10 og 15 vektprosent titankarbid. Fig. 6 viser et stopt malesegment fremstilt av en legering i henhold, til oppfinnelsen. Fig. 7 viser st opestrukturen i 580 ganger forstorrelse av malesegmentet på fig. 6. Fig. 8 viser strukturen av det samme materiale i herdet tilstand, l6o ganger forstorret. Fig. 9 viser i skjematisk vertikalt snitt en vakuum-induksjonsovn som kan komme til anvendelse ved fremstilling av legeringen ifolge oppfinnelsen. Fig. 10 anskueliggjor en elektrisk slaggomsmeltningsmetode som kan komme til anvendelse ved en alternativ utforelsesform for fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen. Fig. 11 viser et tverrsnitt av et veihovlskjær som er forsynt med innsatser av et materiale ifolge oppfinnelsen. Fig. 12 anskueliggjor skjematisk gangen i en modifisert elektrisk slaggomsmeltningsmetode som kan anvendes ved fremstilling av materialet ifolge oppfinnelsen, og

fig. 13 anskueliggjor enda en modifisert form for én slik metode.

Fig. 1 og 2 anskueliggjor skjematisk den prinsipielle struktur av legeringen ifolge oppfinnelsen med et innhold av titankarbid på henholdsvis 10 og 20 vektprosent, m betegner grunnmassen, som basert på ett eller flere metaller tilhorende gruppen jern-nikkel-kobolt. I grunnmassen, altså matriksen, er titankarbidkornene hovedsakelig jevnt fordelt. Med jevn fordeling menes her dels at det stopte materiale ikke har noen storre forskjell i titankarbidinnhold i topp og bunn. av st op et, og dels at materialet stort sett ikke har karbidfattige skikt eller andre vesentlige inhomogeniteter i fordelingen av karbidet.

Som eksempel på et fritt primært titankarbidkorn er et korn

på fig. 1 betegnet med p. Dette korn p likedan som de øvrige titankarbidkorn er omgitt av et mer eller mindre sammenhengende skikt s (hvis tykkelse er overdrevet på figuren) av sekundært utskilt titankarbid. Dette sekundære titankarbid stammer normalt bare fra en viss oppløsning av primærkarbidene, en oppløsning som er uunngåelig ved de temperaturer som kommer i betraktning. Ved at man imidlertid har "fanget opp" de sekundært utskilte titankarbider på primærkarbidkornene som for sin langt overveiende del stadig er uoppløste, er det lykkes å unngå at der i noen vesentlig grad er utskilt sekundært titankarbid i grunnmassens korngrenser eller dannet store dendrittiske aggregater av titankarbid. Det bør her nevnes at det i tilfelle av at grunnmassen har vesentlige innhold av fritt titan, bør sørges for at karboninn-

holdet samtidig er lavt eller til"og med meget lavt, da det sekundært utskilte titankarbid ellers ikke vil kunne oppfanges av de primære titankarbidkorn i akseptabel grad.

Med "frie" eller"diskontinuerlige " primærkarbidkorn menes

at kornene ikke er direkte sammensintret innbyrdes slik det er tilfelle i materiale fremstilt etter tidligere pulvermetallurgiske metoder. Derimot kan primærkarbidkornene komme til å ligge inntil hverandre

og holdes sammen av broer av sekundært utskilt titankarbid. Denne tendens til sammenhopning til storre enheter via broer er selvsagt storre ved storre innhold av primærkarbid som skjematisk anskuelig-

gjort på fig. 2. Således er det på fig. 2 vist hvorledes et antall enkelte primærkarbidkorn, f.eks. kornene p^, p2, p~°g p. kan danne en enhet u sammenholdt av et mer eller mindre ubrutt hylster av sekundært utskilt .titankarbid som danner broer mellom de enkelte korn i gruppen. Disse broer har ikke samme fasthet som primærkarbidene eller som de sintringsbindinger som foreligger i pulvermetallurgisk fremstilt materiale,men kan brytes opp ved bearbeidelsen av materialet.

Den ifølge oppfinnelsen fremstilte legering kan foruten karbider på titanbasis også inneholde andre karbider med metaller til-hørende gruppene IVa, Va og Via i det periodiske system, f.eks. karbider av zirkonium, vanadium, niob, tantal og wolfram. Ifølge oppfinnelsen består karbidene dog for minst 50%'s vedkommende av titankarbid, regnet på vekten av samlet karbidinnhold. Ønsker man å tilsette legeringen andre karbider enn titankarbid, kan disse karbider anvendes i de følgende maksimale mengder regnet på vekten av samlet karbidinnhold:

samtidig som også andre karbider innen den nevnte gruppe kan forekomme

i mindre mengder. Fortrinnsvis bor primærkarbidet dog i sin helhet bare utgjores av de metaller som tiihorer gruppen jern-nikkel-kobolt.

Fortrinnsvis utgjores den av en stållegering eller eventuelt en legering på nikkelbasis. I tabell 1 er der anfort eksempler dels på et antall hovedtyper og tenkelige matrikslegeringer og dels innen hver hovedtype, en eller flere foretrukne analyser. Mangan- og silisium-innholdene er de normale for de respektive legeringstyper og er derfor bare oppfort i de tilfeller hvor de er verd å nevnes. Matrikslegeringene kan foruten de anforte stoffer også inneholde nitrogen, bor, lantanider, niob , kobber, aluminium m.flere elementer samt forurensninger i normale mengder. Samtlige angitte verdier betegner vektprosent.

I det folgende vil der bli beskrevet metoder til fremstilling av legeringer ifolge oppfinnelsen, og i den forbindelse skal der

forst gjores rede for erfaringer som er vunnet ved utforte forsok i laboratoriemålestokk. Denne redegjorelse er inndelt i to avsnitt,

I og II, som gjelder de to alternative hovedmetoder til fremstilling av legeringen, altså henholdsvis anvendelse av bl.a. vakuum under forbindelsen av karbidene med grunnmassen og anvendelse av forlegering.

Hovedmetode I.

a) Fremstilling av pulver.

Pulverfremstillingen innbefattende bl.a. nedmaling til

pulverform utgjor f.eks. ved konvensjonell fremstilling av hårdmetaller en meget stor andel av hele prosesskjeden og innvirker derfor i vesentlig grad på sluttproduktets pris. Etter gjengs teknikk utfores således våt nedmaling av karbid og metallpulver i kulemolle med sprit som malevæske. Deretter, må malevæsken skilles fra, slammet torkes under vakuum, slamkornene knuses, pulveret siktes og blandes. Det har vist seg at denne produksjonskjede ifolge et aspekt ved oppfinnelsen lar seg forkorte og forenkle drastisk ved at våtmalingen elimineres og hele prosessen erstattes med en eneste operasjon, torrmaling. Foruten titankarbid kan der som nevnt eventuelt også inngå andre karbider. Ved nedmaling av titankarbid i torr tilstand i luftatmosfære skjer der en viss oksydasjon så der fås titanoksyd. I normal pulvermetallurgi anses en slik oksydasjon som uheldig. Imidlertid har det vist seg at en liten tilsetning av titanoksyd i den foreliggende smeltemetallurgiske prosess ikke innvirker negativt på smelteprosessen. Tvertimot synes den overraskende nok å bedre fuktningen mellom titankarbid og matrikssmelte. Man oppnår altså den dobbelte fordel dels å forenkle pulverets fremstilling vesentlig og dels å forbedre fuktningsforholdene.

Nedmalingen utfores til midlere karbidkornstorrelser mindre

enn 6 jam.

b) Beskikning av karbidpulver.

Beskikningen av karbidpulveret foregår rett og slett på den

måte at en passende mengde pulver tilfores bunnen av en ovn, eller en form eller digel plasert i en ovn. Pulveret bor hensiktsmessig pakkes hårdt sammen, f.eks. ved vibrasjon. Fig. 3 viser vertikalt snitt av en smelteovn som ble benyttet ved forsokene. Det skal her nevnes at anordningen bare er vist skjematisk på figuren, og at forskjellige

detaljer er sloyfet-for at det vesentlige skal tre bedre frem.

På fig. 3 betegner 1 et evakueringskammer som begrenses

av en mantel 2, et lokk 3 og en bunn 4* Den nedre del 5 av evakuerings kammeret 1 betegnes som kjolekammer, da denne del kan holdes på en lavere temperatur enn evakueringskammeret forovrig ved hjelp av en kjolekveil 6 med gjennomledet kjolevann. Også mantelen 2, som hensikts? messig utfores med dobbeltvegg, kjoles med vann. Kjolekveilene i mantelen er dog ikke vist på figuren, da de ikke vedkommer utrustning-

ens metallurgiske funksjoner.

Det egentlige ovnsrom er betegnet med 7* Det nar en beskikningsluke 12 oventil og oppvarmes elektrisk av grafittelementer 8 som har stromtilforsel over grafittledere 9 med tilslutninger 10

av kobber. 11 betegner en isolasjon av kullfilt.

I ovnsrommet er der plasert en digel 13 av aluminiumoksyd, hvilende på et bord 14- Bordet 14 og dermed digelen 13 kan senkes og loftes ved hjelp av en stang 15 som kan fikseres med en settskrue l6. 17 betegner en evakueringspumpe, 18 en evakueringsledning og 19

en av- og påkoblingsventil for evakueringskammeret. I utrustningens ovre del sitter et materor 20 som munner ut over beskikningsluken 12. Hoyest oppe sitter en gjennomforing 21 for en rorestang 12 av aluminiumoksyd. Videre sitter der_ her også et inspeksjonsvindu 23. 25 betegner et manometer til måling av hoye trykk. Via manometeret kan der også tilfores evakueringskammeret en edelgass, f.eks. argon.

En gassbeholder til dette formål er antydet stiplet ved 26. I tilslutning til lavtrykksmanometeret er der også fort tilslutnings-

ledninger for termoelementer for kontroll av temperaturen i ovnsrommet 7. Disse ledninger er dog ikke inntegnet på figuren.

Beskikningen av digelen 13 med karbidpulver skjer hensiktsmessig innen den plaseres i ovnsrommet 7« Ovnen kan åpnes ved losning av egnede, ikke viste flensforbindelser. Videre blir karbidpulveret hensiktsmessig vibrasjonsstampet innen digelen anbringes i ovnen. I prinsippet er det mulig å tilsette karbidpulveret blandet med en pulverformet matrikslegering. Denne metode har imidlertid vist

seg å gi dårligere eller i det minste ikke bedre resultater enn den metode som bygger på infiltrering av matrikssmel.ten i en på forhånd fremstilt tettpakket bunn av karbidpulver. Man har også forsokt å beskikke karbidpulveret i en matrikssmelte. Denne metode viste seg imidlertid helt mislykket. Karbidene består av titankarbider nedmalt i samsvar med hva som ble beskrevet under omtale Ia, eventuelt sammen

med andre karbider i mengder som tidligere nevnt.

c) Evakuering av ovnen.

Ovnen evakueres ved at pumpen 17 på fig. 3 startes og

ventilen 19 åpnes. Evakueringen drives fortrinnsvis ned til et trykk lavere enn 0,5 torr, hensiktsmessig lavere enn 0,2 torr. Herved avgasses pulverbunnen. Evakueringen av ovnen skal skje såvel.for som etter beskikningen med matrikslegeringen, noe som vil fremgå av de folgende eksempler.

d) Tilsetning av mat rik sl eg ening ( grunnmasselegering).

Der kan tenkes flere metoder for tilforseler av matrikslegeringen til karbidpulverbunnen. Det er også mulig allerede fra forst av å la matrikspulveret være blandet med karbidpulveret.

Utforte forsok har imidlertid vist at der ikke torde vinnes noen praktisk fordel ved å fordele karbidet jevnt i utgangsmaterialet ved en effektiv blanding av pulveret. For forholdene forandrer seg straks matrikslegeringen er smeltet. Dette beror på titankarbidets lave tetthet og på en tilboyelighet hos titankarbidkornene til å agglomerere til mer karbidrike områder. Den mest hensiktsmessige mulighet har isteden vist seg å være å tilfore matrikslegeringen ved infiltrering i den tettpakkede karbidpulverbunn. Dette kan skje ved at en avpasset mengde av matrikslegeringen i fast form anbringes ovenpå karbidpulveret og deretter smeltes og får renne ned og infiltreres i pulverbunnen. Matrikslegeringen kan f.eks. anvendes i form av en blokk.

I så fall plaseres blokken allerede fra forst av på pulverbunnen. Matrikslegeringen kan også være granulær, og i så fall kan den tilfores gjennom materoret 20 på fig. 3* Man kan i dette tilfelle tenke seg å smelte grunnmasselegeringen utenfor vakuumovnen og lede den i smeltet tilstand til denne. En fordel ved en slik metode kan være at vakuumovnen ikke behover å ha noen storre smeltekapasitet. Uansett hvilken metode man anvender ved tilforselen av grunnmasselegeringen til karbidpulveret, bor imidlertid den smeltede grunnmasse bringes i kontakt med karbidpulveret under vakuum og blandingen omrores. For de utforte forsok har vist at karbider ellers ikke blir fuktet, resp. at karbidfordelingen blir ujevn uansett om den er jevn fra forst av.

e) K. iol ing.

Å oppnå tette stop ved uten ytterligere forholdsregler å

la smeiten stivne i digel eller kokille har vist seg meget vanskelig.

En metode som har vist seg anvendelig i laboratoriemålestokk, er å

senke digelen 13 på fig. 3 ned i avkjolingssonen 5 så kjolingen begynner fra bunnen.

Det skal nå bli gjort rede for et forsok med sikte på

nærmere å belyse de faktorer man må ta hensyn til ved utforelsen av' oppfinnelsen.

Forsok 1.

Titankarbid ble malt tort i en enliters kulemolle i 48

timer. Det nedmalte karbidpulver ble så ved vibrasjon pakket sammen i en digel av aluminiumoksyd. En blokk av stålkvalitet SIS 2242 med sammensetningen 0,37$ C, 1,0% Si, 0,4% Mn, 5,3% Cr, 1,4% Mo, 1,0% V,

rest jern og forurensninger, ble anbragt ovenpå pulverbunnen og digelen innfort i ovnsrommet 7 på fig. 3- Ovnen ble evakuert og chargen opphetet til 1550°C under et trykk mindre enn 0,5 torr (0,2 torr). Temperaturen ble holdt i en tid mellom 5 og 15 minutter. Deretter ble smeiten omrort med stangen i ca. 15 minutter, hvoretter temperaturen i ovnen umiddelbart ble senket noe. I ett tilfelle ble smeiten i ovnen også vibrert med ultralyd 130 s ^. Temperatur-

senkningen ble deretter foretatt suksessivt på en slik måte at stivningsforlopet begynte ved bunnen av digelen. Dette gikk for seg på den måte at hele digelen 13 med innhold hvilende på bordet 14, ved hjelp av stangen 15 etter hånden ble senket ned i kjolekammeret 5, som hadde lavere temperatur enn evakueringskammeret 1 forovrigt.

På denne måte ble der fremstilt stop med tre forskjellige karbidinnhold, henholdsvis 5> 10 og 15 vektprosent titankarbid.

Provene ble tette og hadde jevn fordeling av titankarbid. Strukturen

i en prove med 10% titankarbid er på fig. 4 vist 140 ganger forstorret.

Dette forsok ble gjentatt et antall ganger med titankarbidinnhold mellom 5 °g 15 vektprosent. Stopene ble smidd ut til stenger

med en total reduksjon på 50 - 75%- Smidbarheten var god. Fig. 5

viser de utsmidde emner for de tre forskjellige kvaliteter 5> 10 og 15 vektprosent titankarbid i en grunnmasse bestående av stål SIS 2242.

Forsok 1 har altså vist at det i samsvar med oppfinnelsen

er mulig å fremstille smidbare stållegeringer med mellom 5 °g 15 vektprosent titankarbid ved infiltrasjon i en pulverbunn av en grunnmasselegering inneholdende minst 1% karbon eller "aktivert" ved tilsetning av den tilsvarende mengde molybdenpulver.

Hovedmetode II.

a) Fremstilling av forlegering.

Hensikten er å fremstille en egnet forlegering med hoyt

innhold av titankarbid. Kravet var at denne skulle være lettknust, oksydasjonsfast og i stand til å fukte titankarbidet. Onsket var at man ved en slik forlegering skulle kunne innblande titankarbid i stål-smelten i luftatmosfære.

De folgende forsok ble utfort i fobindelse med frem-skaffelsen av en egnet forlegering.

Forsok 2.

Forsoket gjaldt en fremstilling av titankarbidrike for-legeringer med omtrentlig sammensetning 50 vektprosent TiC, 20 vektprosent Mo, 30 vektprosent Fe. Videre var hensikten å prove forskjellige fremstillingsmetoder. De folgende metoder ble provet: Infiltrasjonsteknikk i vakuum, pulvermetallurgisk metode, formsintring i vakuum.

Det viste seg at man fikk et lett knusbart legeringsgods ved å gå frem som folger;

Titankarbid ble nedmalt i 4^ timer i kulemolle (torrmaling). 50% TiC, 20% Mo, 30% jernsvamppulver ble tilblandet og nedmalt i 4b timer. Denne pulverformede blanding ble vibrasjonsstampet i en aluminiumoksyddigel og "sintret" under vakuum (mindre enn 0,3 torr) ved ca. lb00°C i 3 timer. Sintérgodset ble varmet opp til 1100°C og bråkjolt i vann. Det gods man fikk var lett å knuse.

Forsok

Ved dette forsok blandet man 65 vektprosent titankarbid med 35 vektprosent beskyttende legering, som i sin tur bestod av 40% Mo og 60% Fe. Tilsetningene var pulverformet med en nedmalingsgrad som i det tidligere beskrevne forsok. Blandingen ble sintret i vakuum ved temperatur over 1500°C (mellom 1500°C og 1700°C). Etter langsom oppvarming (samlet tid 2 timer) gjennom temperaturområdet omkring 1400°C fremkom der et materiale som ikke behovde å bråkjoles i vann for å falle fra hverandre til granuler av egnet storrelse. Partiklene eller granuelene hadde i regelen ikke storre diameter enn 5 mm. Forsoket viser at karbidinnholdet i forlegeringen bor være minst 60 vektprosent. Et passende karbidinnhold tor ligge mellom 60 og 90 vektprosent, fortrinnsvis mellom 65 og 85 vektprosent.

b) Sammenforing av forlegering og matrikssmelte.

Ved noen innledende forsok ble forlegeringen innlemmet i

grunnmasselegeringen under vakuum under anvendelse av den laboratorie-utrustning som ble beskrevet i forbindelse med fig. 3* Disse innledende forsok bygget på den antagelse at vakuum er en betingelse for effektivt å kunne innlemme forlegeringen. De materialer som ble fremstilt, fikk varierende kvalitet med hensyn til tetthet og karbid-fordeling. Ved det nedenfor beskrevne forsok 4 var hensikten å under-soke forutsetningene for isteden å kunne gjennomfore prosessen i luftatmosfære og i mellomstor målestokk.

Forsok å ..

Titankarbidet ble ved dette forsok tilsatt i en vanlig smelteovn i form av den forlegering som ble fremstilt ifolge forsok 2. Forlegeringen var granulær. Den grunnmasselegering som forlegeringen

ble bragt sammen med, hadde sammensetningen 17% Cr, 15% Ni, 0,7% Mo, 0,25% C, rest jern. Chargens vekt var 30 kg. Beskikningen foregikk på helt konvensjonell måte, og forlegeringen ble innfort sist i ovnen. Smeiten ble omrort endel ganger. Av chargen ble der fremstilt malesegment ved stopning. Stopbarheten var tilfredsstillende.

Temperaturen for stopning var ca. 1700°C. Et fremstilt malesegment av den art som anvendes i såkalte raffinorer innen cellulose-

industrien, er vist på fig. 6. Segmentets overflate var jevn og feil-fri. Fig. 7 gjengir et mikrofotografi av materialets stopestruktur

560 ganger forstorret. Fig. 8 viser strukturen av malesegmentet etter herdning, austenitisering ved 1050°C i 1 time og kjoling i luft. Hardheten var 650 HV 10.

Metoder til fremstilling i full målestokk.

Fig. 9 viser prinsippene for en utrustning som egner seg

for den ovennevnte metode I. Utrustningen består av en vakuum-induksjonsovn, og på figuren er der bare inntegnet slike detaljer som er egnet til å belyse oppfinnelsen, mens andre detaljer er sloyfet for at det vesentlige skal fremgå bedre.

På figuren betegner 90 generelt et vakuumkammer med en evakueringsledning 91» 92 betegner en digel som omgis av en induk-sjonsvikling 93* Få bunnen av digelen-er der innfort en sats torr-

malt titankarbid med kornstorrelse mindre enn 3 P og) ovenpå denne, grunnmasselegeringen som har form av storre metallstykker eller

granuler.

Prosessen foregår som folger: I digelen 92 innfores en sats titankarbidpulver 94 forbehandlet som omtalt. Pulverbunnen 94 pakkes godt sammen. Ovenpå denne bunn beskikkes stykkformet grunnmasselegering i samsvar med oppfinnelsen, f.eks. en stålkvalitet med omtrentlig sammensetning 0,37% C, 1,0% Si, 0,4% Mn, 5,3% Cr, 1,4% Mo, 1,0% V, rest jern og forurensninger. Vakuumkammeret 90 lukkes og evakueres gjennom ledningen 91, hvorved pulverbunnen 94 avgasses. Deretter ledes hoyfrekvent elektrisk strom gjennom viklingen 93, så metallstykkene 95 smeltes ved induktiv oppvarming og smeiten renner ned i og infiltrerer pulverbunnen 94. • Strommen gjennom induksjons-viklingen 93 blir så fortrinnsvis vedlikeholdt enda en stund for å bevirke effektiv omroring av smeiten og derved sikre at titankarbidet blir jevnt fordelt. Deretter kan vakuumkammeret 90 åpnes, digelen 82 tas opp og innholdet stopes i kokiller eller former, eventuelt etter ytterligere omroring.

Fig. 10 viser prinsippene for elektrisk slaggomsmeltning, en metode som fordelaktig kan anvendes for å sammenfore en forlegering i henhold til oppfinnelsen med en grunnmasse. På figuren betegner 101 en rorformet elektrode hvis mantel 107 består av den fraksjon av matrikslegeringen som skal forbindes med forlegeringen. Forlegeringen er anordnet godt sammenpakket i det sentrale hulrom i rorelektroden 101 og er betegnet med 108. For å sikre at forlegeringen 108

virkelig holder seg i hulrommet under transport og tilrigging for smelt* ing, kan man enten pakke: forlegeringen meget hårdt sammen, forankre den med et eller annet bindemiddel eller inneslutte den mellom lokk 112 i begge ender av rorelektroden.■

På fig. 10 betegner videre 102 en vannkjolt elektrode

som samtidig fungerer som kokille. Motelektroden utgjores av rorelektroden 101, som har en elektrisk tilslutning IO3. Tilslutnings-ledningene er betegnet med 104 og 105, mens 106 betegner en bunnplate.

Det slagg 109 som anvendes ved prosessen, kan være av et slag som er gjengs ved elektrisk slaggomsmeltning. En betingelse man må ta hensyn til ved valget av slagget, er. imidlertid at dets tetthet skal.være lavere enn forlegeringens og fortrinnsvis også lavere enn titankarbidets. 110 betegner blandingen av smeltet matrikslegering og titankarbid og 111.det ferdige stop.

Man arbeider slik det er vanlig ved elektrisk slaggomsmeltning. Dette innebærer i korthet at elektroden 101, når den senkes ned i det smeltede slagg 109. og elektrisk strom sendes gjennom systemet, etterhånden smeltes av. De avsmeltede metalldråper synker ned gjennom slaggskiktet log og samler seg under dette i et rom innen-for elektroden 102, som samtidig virker som kokille. På samme måte passerer forlegeringen 108 slaggskiktet og fordeles intimt i den ovrige me tall smelt e. Etterhvert som smeiten stivner, loftes. elektrodekokillen 102 og rorelektroden 101 langsomt. For å gjore innblandingen av titankarbid i smeiten mer intens kan man eventuelt anordne flere ror-elektroder i samme slaggbad eller anordne elektroden bevegelig i badet.så dette blir bragt i sirkulasjon.

På fig. 12 er der anskueliggjort en modifisert elektrisk slaggomsmeltningsmetode til fremstilling av materiale ifolge oppfinnelsen. Skjemaet anskueliggjor også prepareringen av titankarbid-tilsetningen som tilfores i forbindelse med den elektriske slaggomsmeltning.

På delfigur a) betegner I30 et ror som består av karbon-stål med lavt karboninnhold og er fyllt med en tettpakket pulverbland-ing bestående av 30 - g0 vektprosent TiC og 10 - 4-0 vektprosent av en beskyttende legering som i sin tur likedan som i et tidligere eksempel, vesentlig består av /\ Dfo Mo og 60% Fe. Roret lukkes i sin ene ende ved sammenpressing og sveising. En slik sveis er betegnet med, I32.på delfigur b). Roret blir så evakuert via en tilslutning 133 til evakueringspumpen. Trykket i roret I30 blir på denne måte senket, fortrinnsvis til under 0,5 torr, hvoretter rorets annen ende lukkes med en sveis svarende til sveisen I32. Den resulterende "innpakning" blir nå utsmidd ved ca. 1200°Cså der fås et langstrakt emne med stortsett rektangulært tverrsnitt som vist ved 134 P& delfigur c). Under smidningen ved 1200°C skjer der en "forsintring" mellom pulverkornene

i pakken. Emnet 134 sveises eller festes på annen måte til den stål-elektrode 135 -(delfigur d)- som skal benyttes for den elektriske slaggomsmeltning. I eksempelet er elektroden I32 avflatet på en side så emnet I34 kan festes under bibehold av likevekt i den sammensatte elektrode. Metoden til å forbinde elektroden 135 med det titankarbid-bærende emne I34 kan selvsagt varieres på mange måter.

Delfigur e) viser selve den elektriske slaggomsmeltning. Pulveret som ble forsintrert i forbindelse med smidningen - delfigur

c)- er betegnet med I36, en elektrisk tilslutning forbundet med elektroden ved sveising er betegnet med I38, og slaggbadet, sumpen av

metallsmelte og det ferdige stop er i analogi med fig. 10 betegnet med 10gT, 110' og 111'.

Hva som spesielt utmerker fremgangsmåten ifolge delfigur e) på fig. 12, er at forlegeringen ifolge oppfinnelsen forst blir dannet ferdig i forbindelsen med den elektriske slaggomsmeltning, nemlig i et område 137 av emnet 134 som blir utsatt for så sterk opphetning fra slaggbadet 109' at den beskyttende legering i blandingen 136 blir smeltet i nodvendig grad. Deretter blir emnet I34 etterhånden avsmeltet sammen med elektroden 134, hvorunder titankarbidet med beskyttende legering blander seg med den avsmeltede elektrode og drypper ned gjennom slaggbadet 109' til smeltesumpen 110T. Ved at emnet I34 avsmeltes under overflaten av slaggbadet 109' bibeholdes således under hele prosessen det vakuum i. emnet som ble tilveiebragt i forbindelsen med evakueringen av det opprinnelige ror, jfr. delfigur b).

På fig. 13 er der vist en annen måte til å anvende de

emner I34 som ble beskrevet i forbindelse, med fig. 12 a) til c) ,ved en elektrisk slaggomsmeltningsprosess. Disse emner er her vist heng-ende i boyler 141 over en kokille 142, som i dette tilfelle er stasjonær og selvsagt har vannfylte vegger. I40 betegner elektroden, 109''slaggbadet, 110" smeltesumpen og 111" det ferdige stop. Prosessen forloper forovrig analogt med hva som ble beskrevet i forbindelse med fig. 12 e). I utforelseri på fig. 13 er det imidlertid hensiktsmessig åomrore slaggbadet eller smeltesumpen for at titankarbidet skal fordele seg jevnt i det ferdige stop.

Legeringen fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan finne utstrakt anvendelse som materiale i tilfeller hvor der ønskes stor hårdhet kombinert med god seighet. Spesielt fyller legeringen et behov i tilfeller hvor man ønsker seg et materiale som kan smies og/' eller støpes, kan bearbeides med skjærende verktøy,' kan gjøres korro-sjonsfast og/eller er forholdsvis billig i fremstilling. I forbindelse med fig. 6 ble der allerede hénvist til anvendelsen for såkalte raffi-nerer. På fig. 11 er der vist et tverrsnitt av et veihøvlækjær hvis hovedkropp 120 er laget av stål. Slitebeskyttelsen på for- og baksiden av skjæret er betegnet med henholdsvis 121 og 122. Disse innlegg kan fremstilles av et materiale ifølge oppfinnelsen, hensiktsmessig med en matriks tilsvarende stålet i skjærets hovedkropp. Som eksempel på en egnet matriks kan nevnes et stål SIS-2242 som omtalt f.eks. for forsøk 1. Sliteinnleggene 121, 122 inneholder hensiktsmessig 10 vektprosent titankarbid-. Sliteinnlegget 123 som er innsatt i grunnmaterialet 120 og skal skrape på veibanen, er fremstilt av et materiale som har høyere .innhold av titankarbid (ca. 30 vektprosent),. og med samme matriks som i innleggene 121 og 122. Innleggene 121, 122, 123 er hensiktsmessig forbundet med grunnmaterialet 120 ved slaglodding.

Andre eksempler på anvendelsesområder er varm- og kold-arbeidsstål, slitesterke komponenter for maleverk og blestdyser, valser for kold- og varmvalsing m.v.

Forsåvidt ikke annet er angitt, betegner prosentverdi ene overalt vektprosent.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av en smi- og stopbar slitesterk legering fra en grunnmasse av jern-, nikkel- eller koboltlegering som inneholder 3 - 35% av et karbid i form av homogent fordelte, diskrete partikler, samtidig som karbidet består av minst 50% titankarbid og 0 - 30% vanadiumkarbid 0 - 30% wolframkarbid 0 - 20% zirkoniumkarbid 0 - 10% tantalkarbid 0-10% kromkarbid 0 - 10% niobkarbid

hvor primærkarbidene forbindes med grunnmassen i form av partikler hvis storrelse svarer til den endelige kornstorrelse, karakterisert ved at titankarbidpulveret, malt til endelig kornstorrelse, for det forenes med den smeltede grunnmasse, blir forenet med en legering bestående av 30 - 80% molybden, rest jern og fremstillingsbetingede forurensninger til en for-legering, og denne for-legering findeles.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at der til fremstillingen av for-legeringen males en blanding av titankarbidpulveret med molybden og jern, og den fremkomne pulver-blanding fortettes, oppvarmes i vakuum til ca. 1600°C, bråkjbles i vann og pulveriseres.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at en blanding av titankarbidpulveret med en pulverformet legering av molybden og jern for fremstilling av for-legeringen oppvarmes i vakuum mellom 1500 og 1700°C, avkjoles langsomt gjennom temperaturområdet på ca. 1400°C og deretter findeles.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at i det minste 95% av titankarbidet blir malt til en kornstorrelse mindre enn 6 /un, fortrinnsvis mindre enn 3 /un»

5. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at for-legeringen sintres.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at der for fremstillingen av for-legeringen benyttes en legering inneholdende 35 - 45 vektprosent molybden, rest jern, og at denne'forenes med titankarbidpulveret i slike mengdeforhold at for-legeringen vil inneholde minst 60 - 90, fortrinnsvis 65 — 85 vektprosent titankarbid.

7. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-3, eller krav 6, karakterisert ved at der for fremstillingen av for-legeringen benyttes en molybden- jernlegering som i det minste for 75 vektprosents vedkommende består av Fe^ M02 -fasen,

8. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at for-legeringen blir forenet med grunnmassen ved elektrisk omsmeltning under anvendelse av en avsmeltningselektrode som består av for-legeringen og har en kappe bestående av grunnmassen.