NO168873B

NO168873B - Fremgangsmaate ved fremstilling av en slitebestandig del for et jordbearbeidningsredskap.

Info

Publication number: NO168873B
Application number: NO862879A
Authority: NO
Inventors: Ole Kraemer
Original assignee: Teknologisk Inst
Priority date: 1985-07-18
Filing date: 1986-07-17
Publication date: 1992-01-06
Also published as: NO168873C; DK165775B; EP0209132B2; US4704251A; EP0209132B1; DE3662110D1; NO862879D0; DK328185D0; NO862879L; DK165775C; EP0209132A1; CA1270374A; DK328185A; ATE40838T1

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fremstilling av

en slitebestandig del av et jordbearbeidningsredskap idet den slitebestandige del i det vesentlige består av en grunnmasse av jern med harde partikler innleiret i denne.

Betegnelsen slitebestandig del skal her angi en del av

et jordbearbeidningsredskap som befinner seg i kontakt med den jord som skal bearbeides og som derfor er utsatt for slitasje. Typiske slitebestandige deler er plogskjær, harvetannspisser, skiver for skiveharver, blader for roterende kultivatorer og frøtuter for såmaskiner.

Det er velkjent å fremstille slitebestandige deler ved smelting og påfølgende støping av carbonholdig jern under slike betingelser at carbonet blir utskilt i form av frie jerncarbidpartikler. Det således fremstilte materiale, dvs. hvitt støpejern, har meget høy hardhet og bestandighet mot slitasje.

Det er likeledes velkjent å fremstille slitebestandige deler ved smelting og påfølgende valsing av en jernlegering.

I europeisk patentsøknad nr. 0046209A1 er slitebestandige deler beskrevet som omfatter 30-80 vekt% av et carbid-materiale og 20-70 vekt% av et grunnmassemateriale valgt fra gruppen bestående av stål, stål og jern, stål og kobber, og stål og nikkel, idet carbidmaterialet er innleiret i og bundet til grunnmassen. De slitebestandige deler fremstilles ved å utsette en blanding av hårde carbidpartikler og metall-pulver for kald isostatisk sammenpressing for å danne en sammenpresset preform. Den sammenpressede preform blir derefter sintret ved en temperatur av ca. 1050°C i ca. 1 time,

og derpå blir det sintrede legeme presset isostatisk ved en temperatur av ca.l230°C i ca. 1 time ved et trykk over 700 kg/cm 2 , fortrinnsvis ca. 1050 kg/cm 2, under en beskytt-ende atmosfære. Disse operasjoner er tidkrevende, og an-vendelsen av høy temperatur ved høyt trykk og under en be-skyttende atmosfære krever komplisert utstyr.

Det er dessuten velkjent, se R.CD. Richardson:

The Wear of Metallic Materials by Soil - Practical Phenomena, J. agric. Engng Res. (1967) 12 (1), 22-39, at partikkel-størrelsesfordelingen for de harde partikler i en grunnmasse av den ovenfor beskrevne type er en viktig parameter for slitebestandigheten for slitebestandige deler for jordbe-arbeidende redskap og at optimal slitebestandighet fås ved å tilpasse partikkelstørrelsesfordelingen for de harde partikler til den jordtype som skal bearbeides.

Med de kjente metoder for fremstilling av slitebestandige deler er det i praksis umulig å oppnå en på forhånd bestemt partikkelstørrelsesfordeling i den ferdige slitebestandige del.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en enkel fremgangsmåte av den ovenfor beskrevne type og som ikke er beheftet med denne ulempe.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for fremstilling av en slitebestandig del for et jordbearbeidningsredskap, idet den slitebestandige del i det vesentlige består av en jerngrunnmasse som inneholder innleirede harde partikler, og fremgangsmåten er særpreget ved at det dannes en blanding av 67-90 volum% jernpartikler som består av minst 97% Fe, og 10-33 volum% harde partikler som har en ønsket partikkelstørrelsesfordeling, blandingen presses under et trykk av minst 3500 kp/cm 2for å danne et sammenpresset legeme, det sammenpressede legeme sintres ved en temperatur av 900-1200°'C, og den sintrede sammenpressede legeme blir eventuelt sintringssmidd for å oppnå den ønskede form.

Sammenlignbare laboratorieundersøkelser angående slitebestandigheten for harvetannspisser fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og vanlige harvetannspisser fremstilt ved smiing og valsing har vist at de førstnevnte har en slitebestandighet som er tre ganger de sistnevntes. Da ca. 3000 tonn materiale årlig slites bort i forbindelse med jordbearbeiding i Danmark alene (pløying, harving, såing etc), vil det forstås at den nevnte økede slitebestandighet vil føre til betydelige besparelser av resurser og penger.

En annen fordel som slitebestandige deler fremstilt ved den foreliggende fremgangsmåte byr på, er at harde partikler oppnådd fra lett tilgjengelige og rimelige utgangsmaterialer kan være innbefattet i disse. Eksempler på slike harde partikler er partikler av Fe3C A1203, Si02, SiC, Si3N4, BC,

BN, FeB, WC og TiC.

Spesielt egnede harde partikler er partikler av A^O^ fremstilt ved å blande støkiometriske mengder av jernoxyd-partikler og aluminiumpulver og ved å antenne denne blanding, for derefter å dele det på denne måte dannede materiale i findelte partikler. Denne metode fører til partikler som består av en aluminiumoxydkjerne som er omgitt av jern. Disse partikler kan lett sintres sammen med jern, og ved hjelp av denne metode fås et materiale som har en betraktelig høyere densitet enn et materiale oppnådd ved anvendelse av et utgangsmateriale som består av en enkel blanding av jernpartikler og aluminiumoxydpartikler.

Grunnen til dette er at utgangsmaterialene ikke behøver

å være oppløselige i det smeltede grunnmassemateriale, hvilket er tilfellet i forbindelse med den kjente metode.

Hardheten til de anvendte harde partikler er avhengig av den jordtype som skal bearbeides, men hardheten må i ethvert tilfelle være over 10000 N/mm 2 bestemt ved hjelp av et mikro-Vicker-måleapparat (se DS/ISO 4516).

Som nevnt ovenfor er det også ønskelig å tilpasse de harde partiklers partikkelstørrelsesfordeling til den jordtype som skal bearbeides. I praksis blir harde partikler med en partikkelstørrelse innen området 50-400^um fortrinnsvis anvendt.

Jernpulveret som anvendes i forbindelse med den foreliggende fremgangsmåte, inneholder normalt små mengder carbon i form av grafitt og eventuelt ett eller flere ytter-ligere elementer. Jernpartiklene inneholder således typisk carbon i en mengde av under 0,1%, f.eks. 0,08%.

De andre elementer, om noen, kan være for eksempel nikkel, krom eller silicium.

Som nevnt ovenfor består blandingen av 67-90 volum% jernpartikler og 10-33 volum! harde partikler. Det fore-trekkes i praksis å anvende 70-85 volum% jernpartikler og 15-30 volum% harde partikler i form av SiC.

Blandingen av jernpartiklene og de harde partikler utføres så omhyggelig at de forholdsvis færre harde partikler vil bli jevnt dispergert i massen av jernpartikler.

Blandingen kan gunstig utføres i en V-blander.

Som nevnt utføres pressingen av blandingen av jernpartikler og harde partikler ved et trykk av minst 3500

kg/cm 2 , og et trykk av ca. 5000 kp/cm 2 blir fortrinnsvis anvendt. Den påfølgende sintring utføres innen et temperatur-område av 900-1200°C, fortrinnsvis ved en temperatur av 980-1150°C, og spesielt ved ca. 1080°C.

Den påfølgende sintersmiing, dersom en slik utføres,

kan bekvemt utføres i et sintersmiingsverktøy.

Det bør bemerkes at det er velkjent å fremstille gjen-stander som inneholder en hovedmengde med jern og ett eller flere carbider, ved hjelp av en pulvermetallurgimetode. Disse velkjente metoder krever normalt at det anvendes betraktelige mengder tilsetninger i form av rene elementer, som wolfram, krom, nikkel, molybden eller vanadium. På grunn av at slike elementer er meget kostbare, kan de imidlertid ikke på økonomisk måte anvendes i slitebestandige deler for jordbearbeidings-verktøy. Dessuten er hovedformålet med de velkjente metoder å fremstille skjæreverktøy for metallbearbeiding.

Oppfinnelsen vil nu bli detaljert beskrevet ved hjelp av det nedenstående eksempel.

Eksempel

De følgende utgangsmaterialer ble anvendt:

De nevnte utgangsmaterialer ble blandet i en V-blander i 15 minutter. Den dannede pulverblanding ble derefter overført til et sylindrisk trykkammer som var forsynt med to overfor hverandre anordnede stempler. Overføringen ble utført med stor forsiktighet for så langt som mulig å unn-gå segregering.

Pulverblandingen ble presset under et trykk av 5000 kp/cm 2slik at det ble oppnådd en sammenpresset masse med et sluttvolum av ca. 20% av blandingens opprinnelige volum.

Den sammenpressede masse ble derefter oppvarmet i

en ovn til 60 0°C hvorved smøremidlet fordampet, og derefter til en sintringstemperatur av 1080°C i 17-20 minutter under rent hydrogen.

Efter at det sintrede legeme var blitt fjernet fra ovnen, ble det anbragt i en smiingspresse. En temperatur av ca. 950°C ble opprettholdt under smiingsoperasjonen.

Efter at legemet var blitt fjernet fra smiingsverktøyet, hadde det en temperatur av ca. 600°C, og det ble avkjølt i olje.

En prøve fremstilt som beskrevet ovenfor ble utsatt for en prøvning for å bestemme dens relative slitebestandighet. Ved denne sliteprøvning ble et område med dimensjonene 9,60 x 2,5 cm bragt i kontakt med slipepapir under et trykk av 1 kg. Det anvendte slipepapir hadde et belegg av SiC-partikler med forskjellige partikkelstørrelser. Prøven besto av en grunnmasse erholdt fra jernpartikler med et innhold av 2,5 volum% C inneholdende 20 volum% SiC med en partikkelstørrelse av ca. 290,um. En sammenlignin2g ble fore-tatt med stål 37 (med en HV3Q-hardhet = 1180 N/mm ).

De følgende resultater ble oppnådd:

Claims

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en slitebestandig del for et jordbearbeidningsredskap, idet den slitebestandige del i det vesentlige består av en jerngrunnmasse med harde partikler innleiret i denne, karakterisert ved at det dannes en blanding av 67-90 volum% jernpartikler som består av minst 97% Fe, og 10-33 volum% harde partikler som har en ønsket par-tikkelstørrelsesfordeling, blandingen presses ved et trykk av minst 35 00 kp/cm 2 for å danne et sammenpresset legeme, defc sammenpressede legeme sintres ved en temperatur av 900-1200°C, og det sintrede sammenpressede legeme blir eventuelt sintersmidd for å oppnå den ønskede form.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en blanding av 70-85 volum% jernpartikler og 15-30 volum% harde partikler.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes harde partikler med en hardhet av over 10000 N/mm 2 bestemt ved hjelp av et mikro-Vickers-måleapparat.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at det anvendes harde partikler som består av SiC.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at det anvendes harde partikler med en partikkelstørrelse innen området 50-400^um.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5, karakterisert ved at det anvendes jernpartikler med et carboninnhold av under 0,1%.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6, karakterisert ved at blandingen presses ved et trykk av ca. 5000 kp/cm 2 og sintres ved en temperatur av ca. 1080°C.