NO138783B - Anordning ved spalteventil. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for overflateherding av et metallegeme.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for overflateherding av metallegemer som består av eller inneholder titan eller zirkonium.

De metaller som hører til det period-iske systems titangruppe, spesielt titan, zirkonium, og legeringer som inneholder disse, har liten spesifikk vekt, meget stor strekkfasthet og motstandsevne mot korro-sjon, og har derfor funnet utstrakt anvendelse som materiale for forskjellige gjenstander konstruksjonsdeler, apparater osv., deriblant kjemiske apparater og ut-styr. Men titan og zirkonium har liten hårdhet og liten motstandsevne mot slitasje, og har dessuten den ulempe at de spesielt lett beskadiges når de utsettes for friksjon. Av disse grunner er disse materia-ler ikke helt tilfredsstillende, til tross for deres forskjellige, meget gode egenskaper.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe herdet metalloverflate på legemer eller gjenstander, som inneholder titan eller zirkonium, og som får meget god motstandsevne mot slitasje samt anti-friksjonsevne, på grunn av det herdede overflatelag.

Et annet formål er å skaffe en fremgangsmåte for overflateherding av legemer eller gjenstander, som består av eller inneholder titan eller zirkonium, for å gjøre disse motstandsdyktige mot slitasje og gi dem antifriksjonsegenskaper, hvorved de kan få mere utstrakt nyttig anvendelse.

Det herdede overflatebelegg eller -lag

dannes ved reaksjon mellom basismetallets eller -legeringens overflatelag og oksygen og/eller nitrogen. Det foretrekkes å anvende gassformet oksygen eller nitrogen som

oksyderings-resp nitridiseringsmiddel. I henhold til oppfinnelsen dannes nitridet og/eller oksydet ved å anvende såkalt inertgass-skj ermet sveising, med eller uten bruk av en fyllmetallstav, som består av det samme materiale som basismetallet eller -legeringen. Oksygen- og/eller nitrogengass blandes med den inerte gass, slik at oksydering og/eller nitridisering inntrer når den inerte gass dekker overflaten. Hvis det ikke benyttes fyllmetall reagerer basismetallets overflate med oksygen og/eller nitrogen så det dannes oksyd og/eller nitrid i ett stykke med metallet; hvis det anvendes fyllmetall dannes det av dette selv det ønskede oksyd- og/eller nitridbelegg på basismetallet.

Titan er kjemisk stabilt ved temperaturer under 500° C, men blir meget aktivt ved høyere temperaturer og reagerer ved temperaturer over rødglødhete (500° C) med oksygen under dannelse av titanoksyS, som et lag i form av en fast oppløsning eller dispersjon, som består hovedsakelig av ti-tandioksyd, og med nitrogen reagerer titan ved temperaturer over 800° C under dannelse av fast oppløsning eller dispersjon av titannitrid. I denne forbindelse bør det be-merkes, at oppløseligheten av oksygen og nitrogen i titan er betydelig større enn i andre i praksis anvendte metaller. På liknende måte reagerer zirkonium med oksygen resp. nitrogen ved høyere temperatur

(500° C) Det samme gjelder for legeringer

på titan- resp. zirkoniumbasis. I alle tilfelle danner oksydet og/eller nitridet et meget hårdt overflatelag eller belegg på basismetallet eller basislegeringen.

I henhold til den foreliggende oppfin-neise kan dannelsen av det ønskede oksyd og/eller nitrid bevirkes ved at man dekker overflaten av basismetallegemet eller -gjenstanden med en inert gass, f. eks. argon eller helium, mens metalloverflaten er smeltet eller belagt med ekstra, smeltet metall (når det anvendes en fyllmaterialstav), samtidig som det innføres en forut bestemt mengde av oksygen og/eller nitrogen i den inerte gass.

Atmosfærisk luft inneholder som kjent meget oksygen og nitrogen, og det er klart at luft kan benyttes som reaksjonsgass for dannelse av oksyd og nitrid. Luft ville således ganske enkelt være det enkleste og mest økonomiske reaksjonsmiddel. Men i praksis stemmer ikke dette helt. Innstrøm-ningen av luft i reaksjonssonen er meget ustabil og ujevn og de lysbuefrembringende betingelser, som f. eks. den elektriske Dtrøms styrke, er ikke konstant til enhver tid, men varierer som regel fra det ene øye-blikk til det annet, slik at det dannede oksyd resp. nitrid får ujevn utstrekning og struktur.

I henhold til oppfinnelsen blir det derfor fortrinnsvis ikke anvendt atmosfærisk luft, men det innføres i den inerte gass oksygen og/eller nitrogen som er blitt fremstilt særskilt. På denne måte kan mengden og mengdeforholdene av oksygen og/eller nitrogen lett reguleres etter ønske så det oppnås stabilisert oksydering og/ eller nitridisering og dannelse av den ønskede, jevne, herdede overflate.

Som nevnt foran er det å foretrekke å benytte intertgass-skj ermet lysbuesveising for å utføre fremgangsmåten. Som vanlig anvendes det da en elektrode av et høyt smeltende materiale, f. eks. wolfram. Når det herdede lag som skal dannes er forholdsvis tynt (1/100—10/100 mm eller mindre), benyttes det ikke noen fyllmetallstav, og overflaten som skal herdes smeltes og reagerer med oksygen og/eller nitrogen, mens den er skjermet av den inerte gass, slik at det dannes hårdt oksyd og/eller nitrid. Hvis det herdede lag som skal dannes er forholdsvis tykt (ca. 5 mm eller tykkere) er det å foretrekke å anvende et fyllmetall, på vanlig måte. Fyllmetailet, som er det samme materiale som basismetallet som skal belegges, smelter på liknende måte og reagerer med oksygen og/eller nitrogen, mens det er skjermet av den inerte gass, og danner det hårde oksyd og/eller nitrid, som avsetter seg på overflaten.

Det er klart, at den mengde oksygen og/eller nitrogen som tilføres til den inerte gass i stor grad vil regulere hårdheten av det dannede lag eller belegg. Hvis mengden av reaktiv gass er mindre enn hva som kre-ves, vil det ikke bli oppnådd tilstrekkelig hårdhet; og hvis mengden av reaktv gass er for liten, blir overflatelaget av oksyd og/ eller nitrid for skjørt.

Mengden av reaktiv gass velges i over-ensstemmelse med den spesielle hårdhet som ønskes oppnådd, det spesielle metall resp. metallegering som behandles, samt den ønskede tykkelse av det herdede lag eller belegg. Denne mengde kan lett velges passende, etter forsøk i liten målestokk. Når selve basismetallets overflate smeltes og herdes, uten tilføring av metall fra en fyllmetallsveisestav, har det vist seg at mengden av reaktiv gass fortrinnsvis bør være mindre enn 15 volumprosent av den inerte gass, mens mengden av reaktiv gass fortrinnsvis er under 10 volumprosent av den inerte gass hvis det benyttes avsetning av tilleggsmetall. Når en slik fyllmetallsveisestav anvendes blir nemlig atmosfærisk luft tilblandet selv om det benyttes en skjerm av inertgass, og oksygen og/eller nitrogen som inneholdes i denne luft vil delta i reaksjonen, hvilket det må tas hen-syn tid.

Generelt bør sveisestrømstyrken være på 60-130 amp., men er ikke absolutt be-grenset til dette område. Lysbuelengden er vanlig ca. 2—10 mm. Tilførselen av inert gass, f. eks. argon eller helium, vil i de fles-te tilfelle være ca. 280—840 l/time.

Det på basismetallegemet eller -gjenstanden således dannede lag resp. dispersjon av oksyd og/eller intrid i fast oppløs-ning er meget jevnt og har som regel en Vickers-hårdhet på 250—550 (belastning 30 kg).

Når reaktiv gass (oksygen og/eller nitrogen) innføres i den skjermende inertgass er det lett å regulere reaksjonen slik at det fås et jevnt, hårdt lag eller belegg. Ved å anvende en fyllmetallsveisestav kan det om ønskes fås et tykt belegg, hvis tykkelse kan reguleres etter ønske. Da nøyak-tig beregnede mengder av oksygen, og/eller nitrogen kan innføres og uønsket inntreng-ning av atmosfærisk luft, (som ville gi ujevnt belegg) hindres av inertgass-skjer-men, fås det et belegg som er ensartet og har jevn hårdhet.

Oppfinnelsen skal bli forklart nærmere ved hjelp av de følgende eksempler, som imidlertid ikke på noen måte begrenser oppfinnelsens rekkevidde.

Eksempel 1:

En titanstav av sirkulært tverrsnitt med 17 mm diameter ble overflateherdet ved at det ble påført et titanoksydlag på den. Det ble anvendt et vanlig inertgass-skj ermet lysbuesveiseapparat med wolframelektrode og en fyllelektrode av titan for avsetning av titan. I et første forsøk ble anvendt vanlig argongass (oksygeninn-hold 0%). Deretter ble forsøket gjentatt med argongass av sigmagrad (oksygeninn-hold 5%) og tilslutt med en blanding av like deler argon og sigma-grad-gass, i hvil-ken blanding innholdet av oksygen ifølge analyse var 3,4 %. I alle forsøkene var svei-sebetingelsene ellers like, nemlig: Sveisestrøm 75—95 amp. lysbuespenning 8—9 volt gasstilførsel 425 l/time sveisehastighet 100—130 mm/min. I alle forsøkene ble avsetningsbelegget gitt en tykkelse av 5 mm, og dets hårdhet var langt større enn basismetallets eller titans hårdhet.

Eksempel 2:

I dette eksempel ble overflaten av legemer av titan- og zirkonium overflateherdnet under forskjellige betingelser ved hjelp av lysbuesveising med inert skjerm-gass som var blandet med oksygen og/eller nitrogen, uten bruk av fyllmetall. Resultatene er angitt i den følgende tabell. I alle tilfelle ble hardheten målt ved hjelp av Vickers hårdhetsmåleapparat (belastning 30 kg):

Eksempel 3:

I dette eksempel ble legemer av titan og titanlegeringer overflateherdet ved avsetning av titanoksyd og -intridlag på dem. For avsetningen ble det anvendt et vanlig inertgass-skjermet lysbuesveiseapparat med wolframelektrode sammen med en fyllelektrode. Resultatene var som følger.

Eksempel 4:

I dette eksempel ble forskjellige legemer av titan, zirkonium og legeringer der-av overflateherdnet ved inertgass-skjermet lysbuesveising hvor den inerte gass var blandet med oksygen og/eller nitrogen, med eller uten bruk av fyllmetall, og forøvrig under de nedenfor angitte forhold:

I forsøk 8 i den ovenstående tabell

bestod legeringen av 0,025 % C, 0,065 %

Fe, 0,05 % Si, 1,06 % Mo, 4,53 % Al, 2 % Cr

og resten Ti mens legeringen i forsøk 9 be

stod av 0,2% C, 0,075 % Fe, 0,015% Si,

4,36 % Al, 4,54 % Mn og resten Ti.

Etter sveiseoperasjonen var disse mé-tall-legemers hårdhet som angitt nedenfor, målt med Vickers hårdhetsmåleapparat (belastning 30 kg):

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for overflateherding

av et metallegeme som består av titan, en titanlegering, zirkonium eller en zirkoni-umlegering ved at det frembringes et oksyd og/eller nitridlag på legemets overflate,karakterisert ved at laget frembringes under anvendelse av den teknikk som brukes ved lysbuesveising under inert, skjermende gass, hvor oksygen og/eller nitrogen innføres i den inerte gass, slik at legemets overflate smeltes mens den skjer-mes av inertgassen og oksygen og/eller nitrogen reagerer med legemets overflate eller et til gassen tilført fyllmateriale av samme materiale som legemet under dannelse av et oksyd- og/eller nitridlag på overflaten.

2. Fremgangsmåte følge påstand 1, karakterisert ved at den inerte gass er argon eller helium.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at mengden av nitrogen og/eller oksygen som innføres i den inerte gass utgjør under 15 volumprosent av den inerte gass.

4. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at sveise- eller lysbuestrømstyrken ligger mellom 60 og 130 amp., lysbuelengden mellom 2 og 10 mm og gasstilførselen mellom 280 og 840 l/time.

5. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at sveise- eller lysbuestrømmen har en styrke fra 60 til 130 amp., lysbuelengden er 2—10 mm, og gasstilførselen er 280—840 l/time.