SE1351430A1 - Stållegering och komponent innefattande en sådan stållegering - Google Patents

Abstract

Sammandraq En uppkolningsbar stallegering lamplig for lagerkomponenter innefattande, i viktprocent: C0,05-0,5 vikt%, Cr2,5-5,0 vikt%, Mo4-6 vikt%, W2-4,5 vikt%, V1-3 vikt%, Ni2-4 vikt%, Co2-8 vikt%, valbart ett eller flera av foljande amnen: Nb0-2 vikt% N0-0,5 vikt% Si0-0,7 vikt%, Mn0-0,7 vikt%, Al0-0,15 vikt%, varvid den kombinerade mangden av Nb+V är i intervallet 1-3,5 vikt%, den kombinerade mangden av C+N är i intervallet 0,05-0,5 20 vikt%, och den resterande delen utgors av Fe och oundvikliga färoreningar.

Description

UPPFINNINGENS TEKNISKA OMRADE OCH KAND TEKNIK Den foreliggande uppfinningen avser en uppkolningsbar stallegering och en mekanisk komponent innefattande namnda stallegering.

Lager är anordningar utformade att tillata begransad relativ ro- relse mellan tva delar. Rullningslager är lager innefattande inre och yttre ringar innefattande rullbanor, och ett flertal rullningselement (kulor eller rullar) anordnade mellan ringarna. NormaIt sett är lagrens komponenter tillverkade av stallegeringar, vilket resulterar i komponenter med hog brottseghet och rullningskon- taktutmattnings- och forslitningsbestandighet. Rullningslager anvands till exempel i tillampningar i flygindustrin, sasom i flygplansmotorer, dar lager med exceptionell hallbarhet kravs for att sakerstalla en jamn prestanda oberoende av forandringar i tern- peratur och lufttryck.

Den senaste tidens utvecklingsarbete i flygindustrin siktar mot att minska 002- och NOx-utslappen, vilket dock leder till ett storre antal lager per motor, alternativt till att lagrens storlek akar. For att halla vikten och storleken hos motorn nere samtidigt som dess effektivitet okas är det nadvandigt att aven halla vikten och storleken hos lagren nere, utan att kompromissa med deras mekaniska egenskaper. Den senaste tidens forskningsinsatser siktar mot att uppna detta genom att byta ut rullningselementen av stal mot keramiska rullningselement med lagre densitet och hog hardhet jamfort med stalkomponenter. Tack vare den hoga hardheten kan rullningselementen goras mindre. Dock behover aven ringarnas storlek minskas. Ringarna maste uppvisa a ena sidan en mycket hard yttre yta vilken ger notningsbestandighet och lag friktion, och a andra sidan en karna med hag brottseghet och styrka for att kunna motsta sprickspridning och deformation. Med konventionella lagerlegeringar är det inte mojligt att uppna denna 2 kombination av egenskaper. Ett exempel pa en sadan konventionell lagerlegering är 50NiL, innefattande 0,13 vikt% C, 0,25 vikt% Mn, 0,20 vikt% Si, 4,2 vikt% Cr, 3,4 vikt% Ni, 1,2 vikt% V och 4,25 vikt% Mo, varvid den resterande delen utgors av Fe och fororeningar.

En annan stallegeringssammansattning lamplig for lager anges i US5424028. Denna är en korrosionsbestandig legering innefattande Cr i mangder av 13-19 vikt%. Den stora andelen legerings- amnen gar dock att legeringen blir kostsam och det är darfor onskvart att hitta ett mindre kostsamt alternativ.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Det är ett syfte med foreliggande uppfinning att tillhandahalla en stallegering vilken, da den uppkolats och varmebehandlats, kan anvandas i kravande tillampningar sasom i hybridrullningslager och vilken har, i atminstone nagon aspekt, forbattrade egenskap- er i jamforelse med konventionella stallegeringar som anvands far rullningslager. Ett annat syfte är att tillhandahalla en mekanisk komponent med egenskaper passande for kravande tillampningar, sasom flyg- och rymdindustritillampningar.

Det forsta syftet uppnas av en uppkolningsbar stallegering enligt krav 1. Legeringen innefattar, i viktprocent: C0,05-0,5 vikt% Cr2,5-5,0 vikt%, Mo4-6 vikt%, W2-4,5 vikt%, V1-3 vikt%, Ni2-4 vikt%, Co2-8 vikt%, valbart ett eller flera av foljande amnen: Nb0-2 vikt% N0-0,5 vikt% 3 Si0-0,7 vikt%, Mn0-0,7 vikt%, Al0-0,15 vikt%, varvid den kombinerade mangden av Nb+V är i intervallet 1-3,5 5 vikt%, varvid den kombinerade mangden av C+N är i intervallet 0,05-0,5 vikt%, varvid den resterande delen utgors av Fe och oundvikliga faroreningar.

Karbidbildande amnen, vilka aven har ferritstabiliserande effekter, är oumbarliga for stallegeringen enligt uppfinningen for att ge legeringen tillracklig hardhet, varmebestandighet och notningsbestandighet. De austenitbildande amnena är darfor avgarande far att balansera denna legering. En korrekt kombination av de austenitstabiliserande amnena (kol, nickel, kobolt och mangan) och de ferritstabiliserande amnena (molybden, volfram, krom, vanadin och kisel) resulterar i overlagsna egenskaper i den uppkolningsbara stallegeringen enligt uppfinningen.

Med stallegeringen enligt uppfinningen är det mojligt att kombinera en mycket hard och notningsbestandig yta med en [Kama med hog styrka och brottseghet. Stallegeringen är darfor mycket lamplig for kravande tillampningar sasom for lagerkomponenter med reducerad storlek for flyg- och rymdindustrin.

Enligt en foredragen utforingsform av uppfinningen innefattar stallegeringen mindre an 1 vikt% oundvikliga fororeningar, foretradesvis mindre an 0,5 vikt%. Foretradesvis halls oundvikliga fororeningar till ett minimum. Pa detta satt far fororeningar en minimal inverkan pa de slutliga egenskaperna hos stallegeringen.

Enligt en utforingsform är den kombinerade mangden av C + N i intervallet 0,05-0,3 vikt%.

Enligt en utforingsform innefattar stallegeringen 0,1-0,3 vikt% C. Genom att halla kolhalten inom detta intervall sakerstalls att en 4 optimal mangd karbider kan bildas i den icke-uppkolade stallegeringskarnan vid hardning och anlopning. Det minimerar aven risken att sproda intermetalliska faser i legeringen bildas.

Enligt en utforingsform innefattar stallegeringen 3-4,5 vikt% Cr. I detta intervall är den maximala hardningstemperaturen hos legeringen optimerad sa att hardning kan utforas vid tillrackligt hog temperatur, vilket akar hardheten hos materialet efter hardning. Foretradesvis innefattar stallegeringen 3-4 vikt% Cr.

Enligt en utforingsform innefattar stallegeringen 3-7 vikt% Co. Detta intervall sakerstaller en balans av seghet och hardhet hos materialet. Foretradesvis innefattar stallegeringen 4-6 vikt% Co.

Enligt en utforingsform innefattar stallegeringen 1,5-2,5 vikt% V. !nom detta intervall är hardheten och notningsbestandigheten hos stallegeringen efter hardning optimerad.

Enligt en utforingsform är uttrycket 11 vikt%Wegvikt% uppfyllt, dar Weq = W+2*Mo. Bade W och Mo bildar huvudsakligen M6C-karbider vilka upploses latt under hardning och bidrar till hardning av matrisen. Genom att halla den kombinerade mangden inom detta intervall uppnas en tillracklig mangd karbider i ytskiktet hos stallegeringen vid uppkolning.

Enligt en utforingsform har stallegeringen efter hardning och anlopning en mikrostruktur innefattande anlopt martensit och utskilda karbider, vilken mikrostruktur är fri eller huvudsakligen fri fran ferrit. Detta ger en [Kama med hog styrka.

Enligt en utforingsform är stallegeringen framstalld genom vakuuminduktionssmaltning och vakuumljusbagsomsmaltning (VIM-VAR). Stallegeringen framstalld genom anvandning av VIM-VAR har en hog renhet och en lag halt av inneslutningar.

Enligt en annan utforingsform är stallegeringen i form av en pulvermetallurgisk stallegering framstalld genom gasatomisering.

Genom anvandning av gasatomisering är det mojligt att erhalla en pulvermetallurgisk stallegering med hag renhet, lag halt av inneslutningar och mycket fina, utspridda karbider. Gasatomiserat pulver är sfariskt och kan fortatas till ett homogent material under anvandning av t.ex. het isostatisk pressning (HIP).

Enligt en annan aspekt av uppfinningen uppnas det andra syftet genom en mekanisk komponent innefattande en stallegering enligt nagot av foregaende krav.

Enligt en foredragen utforingsform har den mekaniska komponenten ett ytskikt med en okad hardhet som ett resultat av uppkolning eller nitrering eller en kombination darav. Foretradesvis har den mekaniska komponenten en okad kolhalt i sitt ytskikt som ett resultat av uppkolning. Detta resulterar i ett mycket hart ytskikt efter hardning, eftersom karbider vilka introducerats under uppkolning loses upp i matrisen under foljande hardning och darmed akar hardheten hos ytan enbart. Karnan är fortsatt mjukare an ytskiktet, vilket minskar risken far sprickutbredning fran ytan och till komponentens karna.

Enligt en utforingsform är kolhalten i ytskiktet atminstone 1,0 vikr/o, foretradesvis atminstone 1,1 vikt%. Komponenten enligt denna utforingsform har ett ytskikt med en mycket hag hardhet.

Foretradesvis bar kolhalten i ytskiktet inte overtrada 1,7 vikt°/0.

Detta minskar risken far lokal smaltning under varmebehandling och cementitbildning, vilket resulterar i skorhet hos ytskiktet.

Enligt en utforingsform är den mekaniska komponenten formad av isostatiskt varmepressad pulvermetallurgisk stallegering. En sadan komponent är fri frail porositet och har en lag halt av fororeningar och inneslutningar.

Enligt en utforingsform är den mekaniska komponenten en lager-35 komponent. En sadan lagerkomponent kan goras mindre an en lagerkomponent formad av standardmassiga lagerstallegeringar sasom 50NiL och sparar darfor vikt och utrymme. Lagerkompo- 6 nenten är i synnerhet lamplig for hybridlager och for anvandning i lagertillampningar med langa livslangder och vilka maste motst6 hog belastning. Foretradesvis är lagerkomponenten en innerring eller en ytterring av ett rullningslager.

Ytterligare fordelar och fordelaktiga sardrag hos uppfinningen kommer att framga av den foljande beskrivningen av uppfinningen och utforingsformer darav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Den foreliggande uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj med hanvisning till de bifogade ritningarna, dar: Fig. lavisar hardhetsprofiler erhallna fran prover vilka uppko- lats vid 980°C och darefter austenitiserats vid 1050°C, Fig. lbvisar hardhetsprofiler erhallna for prover vilka uppko- lats vid 955°C och darefter austenitiserats vid 1050°C, Fig. 2avisar hardhetsprofiler erhallna for prover vilka uppko- lats vid 980°C och darefter austenitiserats vid 1150°C, Fig. 2bvisar hardhetsprofiler erhallna for prover vilka uppko- lats vid 955°C och darefter austenitiserats vid 1150°C, Fig. 3avisar kolhalt som en funktion av avstand fran ytan for prover vilka uppkolats vid 980°C och darefter aus- tenitiserats vid 1050°C, Fig. 3bvisar kolhalt som en funktion av avstand fran ytan for prover vilka uppkolats vid 955°C och darefter austenitiserats vid 1050°C, 7 Fig. 4avisar kolhalt som en funktion av avstand fran ytan for prover vilka uppkolats vid 980°C och darefter austenitiserats vid 1150°C, Fig. 4bvisar kolhalt som en funktion av avstand fran ytan for prover vilka uppkolats vid 955°C och darefter austenitiserats vid 1150°C, och Fig. visar hardhetsprofiler erhallna for tva prover vilka uppkolats vid 980°C och darefter austenitiserats vid 1150°C.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFORINGSFORMER AV 15 UPPFINNINGEN Den uppkolningsbara stallegeringen enligt uppfinningen, i syn- nerhet lamplig for lagerkomponenter, innefattar i viktprocent: C0,05-0,5 vikt%, Cr2,5-5,0 vikt%, Mo4-6 vikt%, W2-4,5 vikt%, V1-3 vikt%, Ni2-4 vikt%, Co2-8 vikt%, valbart ett eller flera av foljande amnen: Nb0-2 vikt% N0-0,5 vikt% Si0-0,7 vikt%, Mn0-0,7 vikt%, Al0-0,15 vikt%, varvid den kombinerade mangden av Nb+V är i intervallet 1-3,5 vikt%, den kombinerade mangden av C+N är i intervallet 0,05-0,5 vikt%, och den resterande delen utgors av Fe och oundvikliga 35 fororeningar. 8 Kol (C) stabiliserar den austenitiska fasen hos stallegeringen vid varmebehandlingstemperaturer och är nadvandig far bildande av karbider vilka ger styrka, hog hardhet, varmebestandighet och notningsbestandighet. En liten mangd kol i stallegeringen ar fordelaktig for att undvika bildande av icke onskvarda och skora intermetalliska partiklar och for att bilda sma mangder karbider for att undvika overdriven korntillvaxt under hardning. Det initiala kolhalten bar dock inte vara for hog, eftersom det bar vara mojligt att Oka ythardheten hos komponenter bildade av stallegeringen genom uppkolning. Under uppkolning tas kol upp i ytskikten hos komponenten sa att en hardhetsgradient uppnas. Kol är det amne som huvudsakligen styr hardheten hos martensiten bildad efter uppkolning och varmebehandling. I en uppkolningsbar legering är det vasentligt att ha en seg [Kama med lag kolhalt medan det är onskvart att uppna en hard yta med hog kolhalt efter varmebehandling genom uppkolning. Mangden kol är darfor begransad till 0,05-0,5 vikt%, foretradesvis 0,1-0,3 vikt%.

Kvave (N) gynnar bildandet av austenit och undertrycker 20 ombildning av austenit till martensit. Kvave kan till viss del ersatta kol i stallegeringen och forekommer valbart i en mangd av 0-0,5 vikt%, foretradesvis 0-0,2 vikt%.

Krom (Cr) bidrar till bildandet av karbider i stallegeringen och är efter kol det amne som huvudsakligen styr hardbarheten hos stallegeringen. Krom kan dock aven gynna ferrit och kvarvarande austenit. Okning av mangden Cr minskar dessutom den maximala hardningstemperaturen. Cr maste darfor styras till en mangd av 2,5-5,0 vikt%, foretradesvis 3-4,5 vikt%, och mer foretradesvis 3- 4 vikt% Cr.

Molybden (Mo) forbattrar anlopningsbestandigheten, notningsbestandigheten och hardheten hos stallegeringen. Molybden har dock en starkt stabiliserande effekt pa ferritfasen. Molybden begransas darfOr till 4-6 %. 9 Volfram (W) ar en ferritstabiliserare och ett starkt karbidbildande amne. Volfram forbattrar varmebestandigheten, notningsbestandigheten och hardheten genom bildande av karbider. Volfram och molybden ar i vissa fall utbytbara och volframekvivalenten Weq=W+2*Mo kan anvandas som en tumregel. Wee, representerar har mangden W som behovs for att ersatta effekten av bade W och Mo i legeringen. Volfram bar begransas till 2-4,5 vikt%, foretradesvis 2-4 vikt%, medan Weg bar vara i intervallet 11-15 vikt%.

Vanadin (V) stabiliserar ferritfasen och har en hag affinitet till kol och kvave. Vanadin ger notningsbestandighet och anlopningsbestandighet genom bildandet av harda vanadinkarbider. Vanadin kan delvis bytas ut mot niob (Nb), som har liknande egenskaper.

Vanadin bar begransas till 1-3 vikt%, foretradesvis 1,5-2,5 vikt%.

Kisel (Si) upptrader som en stark ferritstabiliserare, men forekommer ofta i staltillverkningsprocessen for deoxidering av det flytande stalet. Lag syrehalt är i sin tur viktig for laga nivaer av ickemetalliska inneslutningar och goda mekaniska egenskaper sasom styrka och utmattningsbestandighet. Kisel är valbart forekommande i en mangd av 0-0,7 vikt%, foretradesvis 0,05-0,5 vikt%.

Nickel (Ni) gynnar bildandet av austenit och hindrar darmed bildandet av ferrit. Nickel har aven effekten att det minskar Mstemperaturen, dvs. temperaturen vid vilken omvandlingen fran austenit till martensit borjar vid kylning. Detta kan hindra bildandet av martensit. Mangden nickel bar styras i syfte att undvika kvarvarande austenit i uppkolade komponenter. Mangden nickel bar vara 2-4 vikt%.

Kobolt (Co) är ett starkt austenitstabiliserande amne som hindrar bildande av oanskad ferrit. I motsats till nickel hojer kobolt Ms- temperaturen, vilket i sin tur minskar mangden kvarvarande austenit. Tillsammans med nickel mojliggor kobolt forekomst av ferritstabiliserande amnen sasom de karbidbildande arnnena Mo, W, Cr och V. De karbidbildande amnena är nadvandiga for legeringen enligt uppfinningen genom deras effekt pa hardheten, varmebestandigheten och notningsbestandigheten. Kobolt har ocksa en latt hardhetsokande effekt pa stallegeringen. Da hardheten Okar kommer dock brottsegheten hos legeringen att minska. Kobolt begransas darfor till 2-8 vikt%, foretradesvis 3-7 vikt% och mer foretradesvis 4-6 vikt%.

Mangan (Mn) stabiliserar austentitfasen och minskar Ms- temperaturen i stallegeringen. Mangan adderas vanligtvis till stal i syfte att binda upp svavel genom bildande av mangansulfider under solidifiering. Detta tar bort risken att bilda jarnsulfider, vilka har skadliga effekter pa varmebearbetbarheten hos stalet. Mn är aven en del i deoxideringsprocessen tillsammans med Si.

Kombinationen av Si och Mn ger en mer effektiv deoxidering an enbart Mn eller Si. Mn är valbart forekommande i en mangd av 00,7 vikt%, foretradesvis 0,05-0,5 vikt%.

Aluminium (Al) är valbart forekommande i staltillverkningsproces- sen for deoxidering av det flytande stalet. Detta är sarskilt relevant for konventionella smaltprocesser sasom VIM-VAR, och Al finns darfor i hogre mangder i stallegeringar framstallda genom VIM-VAR an i motsvarande pulvermetallurgiska stallegeringar. Lag syrehalt är viktig for att uppna en god mikrorenhet och aven goda mekaniska egenskaper sasom styrka ochutmattningsbestandighet.Aluminiumärvalbart forekommande i en mangd av 0-0,15 vikt%, foretradesvis 0-0,10 vikt%.

Fororeningar, sasom fororenande amnen, kan forekomma i legeringen i en mangd av maximalt 1 vikt%, fOretradesvis maximalt 0,75 vikt% och mer foretradesvis maximalt 0,5 vikt%. Exempel pa fororeningar som kan forekomma ar titan (Ti), svavel (S), fosfor (P), koppar (Cu), tenn (Sn), bly (Pb) osv. Syre (0) !Dor hallas till ett minimum. Fororeningarna kan vara naturligt forekommande i ramaterialet som anvands for att framstalla stallegeringen eller resultera fran framstallningsprocessen. 11 Stallegeringen enligt uppfinningen kan framstallas genom en pulvermetallurgisk process i vilken ett metallpulver av hog renhet framstalls genom atomisering, foretradesvis gasatomisering eftersom detta ger ett pulver med laga mangder syre. Pulvret sammanpressas darefter genom anvandning av t.ex. het isostatisk pressning (HIP). Typiskt sett formas en kapsel genom att konsolidera stallegeringspulver under hogt tryck och temperatur. Kapseln smids och valsas till en stalstang och komponenter med slutgiltig form framstalls darefter genom smidning. Komponenter kan aven framstallas av stallegeringspulver genom anvandning av en "nara fardig form"-teknik (near net shape), genom vilken stallegeringspulver fylls i metallkapslar och under hogt tryck och temperatur konsolideras till komponenter med den onskade formen.

Stallegeringen kan i stallet raffineras genom anvandning av en dubbel smaltprocess. I en sadan process kan en stallegeringstacka framstallas genom anvandning av vakuuminduktions- smaltning foljd av vakuumljusbagsomsmaltning (VIM-VAR). Omsmaltningsprocessen renar stallegeringen och forbattrar homogeniteten hos stallegeringstackan. Ett exempel pa ett alternativ till vakuumljusbagsomsmaltning är omsmaltning av elektroslagg (ESR).

Komponenter formade av stallegeringen enligt uppfinningen, framstallda antingen genom en pulvermetallurgisk process eller genom en dubbel smaltprocess, kan utsattas for en satthardning i form av nitrering, uppkolning eller en kombination darav i syfte att aka ythardheten. Om uppkolning anvands okas kolhalten i ytskiktet och darmed aven hardheten. Uppkolningsprocessen !Dor anpassas sa att kolhalten i ytskiktet efter uppkolning är i intervallet 1,0-1,7 vikt°/0, foretradesvis atminstone 1,1 vikt°/0. Efter satthardning utsatts komponenterna for en autenitiserande hardningsprocess vid forhojd temperatur, foljd av avkylning och darpa foljande anlopning. 12 Stallegeringen enligt uppfinningen är sarskilt lamplig for att forma mekaniska komponenter i form av lagerkomponenter. Foretradesvis är lagerkomponenten en innerring eller en ytterring av ett rullningslager, t.ex. av ett hybridrullningslager i vilket ett keramiskt rullningselement anvands, men det kan aven vara rullningselementet hos ett rullningslager. Stallegeringen enligt uppfinningen är aven lamplig for andra tillampningar vilka kraver ett hart ytskikt kombinerat med en hog seghet i karnan, sasom far vaxelkomponenter, integrerade lager- och vaxelkomponenter, insprutningssystem etc.

EXEMPEL Ett antal stallegeringstestprover, med legeringssammansattningar sasom anges i tabell I, har framstallts och testats. Den resterande delen i de listade sammansattningarna var Fe och oundvikliga fororeningar inkluderande S, P, As, Sb, Sn, Pb och Cu i totala mangder av mindre an 0,5 vikr/o. Stallegeringarna innefattade aven N i mangder av omkring 300 ppm. Mix10 och Mix 12 faller utanfor ramen for foreliggande uppfinning och är inkluderade som jamforande exempel.

C Cr Mo W V Si Ni Co Mn Mix2 0,137 2,99 4,94 2,81 2,06 0,18 2,08 5,0 0,26 Mix0,18 3,4,93 3,02,09 0,2,89 5,14 0,27 Mix8 0,3,60 5,91 4,19 2,90 0,3,29 6,53 0,47 Mix0,16 2,51 5,03,58 1,94 0,39 2,28 0,56 0,34 Mix12 0,17 3,31 10,4 6,53 2,06 0,46 6,00,53 0,28 Tabell I De listade stallegeringsproven framstalldes genom pulvermetallurgi. Forst framstalldes stallegeringspulver genom anvandning av gasatomisering och darefter formades kapslar av pulvren ge- nom het isostatisk pressning (HIP). Proven delades in i grupper och uppkolades och/eller varmebehandlades sasom summeras i 13 tabell II. Proven vilka bade uppkolades och varmebehandlades uppkolades fare varmebehandling.

Stal- lege- ring Prov Varme- behand- ling Uppkol- ningscykel Hardhet hos karnan (HV10) Ferrit i karnan (volym%) Mix2 Mix2-la HT1 - 37 Mix2-1 b HT1b Cl Mix2-3a HT3a - 4 MixMix5-la HT1 480 Mix5-1 b HT1 Cl Mix5-1c HT1 02 Mix5-2 HT2 - 50 Mix5-3a HT3 - 5 M1x5-3b HT3 Cl M1x5-3c HT3 02 Mix8 Mix8-la HT1 - 5 Mix8-1b HT1 Cl Mix8-1c HT1 02 Mix8-2 HT2 - 59,5±1.

Mix8-3a HT3 - 5 Mix8-3b HT3 Cl Mix8-3c HT3 02 MixMix10-la HT1 - 270 Mix10-1 b HT1 Cl Mix10-1c HT1 02 Mix10-2 HT2 - 300 38,5±2,3 Mix10-3a HT3 - 3 Mix10-3b HT3 Cl Mix10-3c HT3 02 M1x12 M1x12-la HT1 - 5 M1x12-1 b HT1 Cl Mix12-1c HT1 02 Mix12-2 HT2 - 5612,5±4,6 Mix12-3a HT3 - 5 Mix12-3b HT3 Cl Mix12-3c HT3 02 Tabell II 14 Varmebehandling 1 (HT1) innefattade foljande steg: Hardning vid 1050°C med 90 minuter halltid vid temperaturen, Djupfrysning till -75°C (±5°C) under 2 timmar, c) Anlopning 3 ganger vid 560°C under 1 timme vardera och kylning till rumstemperatur daremellan.

Varmebehandling lb (HT1b) innefattade foljande steg: Hardning vid 1040°C med 1 timme 40 minuter halltid vid temperaturen, Djupfrysning till -75°C (±5°C) under 2 timmar, Anlopning 2 ganger vid 230°C under 5 timmar vardera och kylning till rumstemperatur daremellan.

Anlopning 2 ganger vid 560°C under 2 timmar vardera och kylning till rumstemperatur daremellan.

Varmebehandling 2 (HT2) innefattade foljande steg: a) Hardning vid 1100°C med ca 6 minuter halltid vid temperaturen, b) Anlopning 3 ganger vid 560°C under 1 timme vardera och kylning till rumstemperatur daremellan.

Varmebehandling 3 (HT3) innefattade foljande steg: Hardning vid 1150°C med 30 minuter halltid vid temperatu- ren, Djupfrysning till -75°C (±5°C) under 2 timmar, Anlopning 3 ganger vid 560°C under 1 timme vardera och kylning till rumstemperatur daremellan.

Varmebehandling 3a (HT3a) innefattade foljande steg: Hardning vid 1180°C med ca 6 minuter halltid vid temperaturen, Djupfrysning till -75°C (±5°C) under 2 timmar, C) Anlopning 3 ganger vid 560°C under 1 timme vardera och kylning till rumstemperatur daremellan.

Uppkolningscykel 1 (Cl), utfordes vid 980°C och uppkolningscykel 2 (02) utfordes vid 955°C.

Hardheten hos karnan i de varmebehandlade icke uppkolade proven, se tabell II, bestamdes genom anvandning av Vickers hardhetstest med 10 kg belastning, dvs. en kraft av 98,1 N. Resultaten av testerna visas i tabell II. Som synes har proven baserade pa Mix10 och Mix2 en lagre hardhet hos karnan for motsvarande hardningstemperaturer an proven baserade pa Mix5, Mix8 och Mix12. Detta kan formodligen harledas till forekomsten av ferrit i [Kaman sasom vidare diskuteras har under. Det kan aven slutledas att hardning vid 1150°C akar hardheten relativt hardning vid 1050°C.

For de uppkolade och darefter varmebehandlade proven togs hardhetsprofiler fram under anvandning av Vickers hardhetstest med 0,5 kg belastning. Hardhetsprofiler for prov vilka varmebehandlats enligt HT1 (1050°C, prov Mix5-1b, Mix5-1c, Mix8-1b, Mix8-1c, Mix10-1b, Mix10-1c, Mix12-1b, Mix12-1c) visas i Fig. la (uppkolningscykel Cl) och b (uppkolningscykel 02) och hard- hetsprofiler for prov vilka varmebehandlats enligt HT3 (1150°C, prov Mix5-3b, Mix5-3c, Mix8-3b, Mix8-3c, Mix10-3b, Mix10-3c, Mix12-3b, Mix12-3c) visas i Fig. 2a (uppkolningscykel Cl) och b (uppkolningscykel C2). I figurerna plottas hardheten hos proven som en funktion av avstandet fran ytan. Det är tydligt frail figu- rerna att proven som hardats vid den hogre temperaturen uppvisar okad hardhet jamfort med proven som hardats vid den lagre temperaturen. Fig. 3a och b och Fig. 4a och b visar kolhalt som en funktion av avstand fran ytan for prov varmebehandlade enligt HT1 (1050°C, prov Mix5-1b, Mix5-1c, Mix8-1b, Mix8-1c, Mix10- lb, Mix10-1c, Mix12-1b, Mix12-1c) respektive enligt HT3 (1150°C, prov Mix5-3b, Mix5-3c, Mix8-3b, Mix8-3c, Mix10-3b, Mix10-3c, Mix12-3b, Mix12-3c). Som synes fran figurerna ger uppkolning vid 980°C (Cl) vasentligt hbgre nivaer av kol an upp- kolning vid 955°C (C2) och darmed hogre hardhet. 16 De uppkolade proven baserade pa Mix2 (visas ej grafiskt) har en ythardhet pa ungefar 720 HV, vilket vid 1,5 mm djup fran ytan har minskat till 620 HV. Hardheten av karnan hos de uppkolade proven baserade pa Mix2 är 360 HV. Det kan antas att hardning vid 1150°C under anvandning av en process enligt HT3 skulle aka hardheten has materialet. Resultat fran de icke uppkolade proven indikerar att hardheten hos karnan formodligen inte skulle na samma nivaer som proven baserade pa Mix5 och Mix8.

Den basta kompromissen i termer av yt- och karnhardhet uppnas med proven Mix5-3b och Mix8-3b, vilka !pada visar en ythardhet runt 800 HV och en karnhardhet runt 550 HV. Hardhetsprofilerna for dessa tva prover jamfors i Fig. 5. Som kan ses fran profilerna uppvisar prov Mix5-3b ett tjockare ytskikt med hog hardhet an prov Mix8-3b. Mer specifikt bevaras for Mix5-3b hardheten av ungefar 800 HV ner till ett avstand av ungefar 0,8 mm fran ytan, medan hardheten for Mix8-3b vid ett avstand av ungefar 0,8 mm fran ytan har minskat till runt 700 HV.

Mikrostrukturerna has proven Mix5-2, Mix8-2, Mix10-2 och Mix12-2 har jamforts. Volymandelarna deltaferrit som identifierats i karnorna under anvandning av ljusoptisk mikroskopi visas i tabell II. Mix5-2 har en anlopt martensitkarna med fina karbider och är fri fran ferrit. Mix8-2 har duplex struktur, dvs. innehaller bade tempererad martensit och deltaferrit med fina karbider. Mix10-2 har ocksa duplex struktur men med en vasentligt storre andel deltaferrit. Aven Mix12-2 har duplex struktur, med en andel deltaferrit storre an Mix5-2 och Mix8-2.

Proven Mix5-1b, Mix5-1c, Mix5-3b och Mix5-3c uppvisar en karna fri fran ferrit, vilket verifierats genom rontgendiffraktion utford vid temperaturer mellan 1050°C och 1150°C.

Proven baserade pa stallegering Mix12, vilka ligger utanfor ra- men for foreliggande uppfinning, uppvisar en otillracklig ythard- het efter uppkolning. Dessutom innefattar dessa prover en relativt stor mangd deltaferrit i karnan efter anlopning. Egenskaperna 17 efter hardning av en icke homogen [Kama innefattande ferrit ar svarare att forutsaga och en homogen 'Kama är darfor att foredra. Proven baserade pa Mix10, aven dessa utanfor ramen for foreliggande uppfinning, innefattar en stor andel deltaferrit i karnan efter anlopning och uppvisar aven en relativt mjuk [Kama.

De icke-uppkolade proven baserade pa Mix2, dvs. Mix2-1 a och Mix2-3a, uppvisar aven dessa en 'Kama bestaende av bade martensit och ferrit sasom verifierats genom rontgendiffraktion. De relativa andelarna av faserna har emellertid inte bestamts.

Uppfinningen är inte begransad till de angivna utforingsformerna, utan kan varieras och modifieras inom ramen for foljande patentkrav.

Claims (17)

18 PATE NTKRAV

1. Uppkolningsbar stallegering innefattande, i viktprocent: 0,05-0,5 vikt%, Cr2,5-5,0 vikt%, Mo4-6 vikt%, 2-4,5 vikt%, V1-3 vikt%, Ni2-4 vikt%, Co2-8 vikt%, valbart ett eller flera av foljande amnen: Nb0-2 vikt% 0-0,5 vikt% Si0-0,7 vikt%, Mn0-0,7 vikt%, Al0-0,15 vikt%, varvid den kombinerade mangden av Nb+V är i intervallet 13,5 vikt%, varvid den kombinerade mangden av C+N är i intervallet 0,05-0,5 vikt%, varvid den resterande delen utgors av Fe och oundvikliga fororeningar.

2. Stallegering enligt krav 1, varvid stallegeringen innefattar mindre an 1 vikt% oundvikliga fororeningar, foretradesvis mindre an 0,5 vikt%.

3. Stallegering enligt krav 1 eller 2, varvid den kombinerade mangden av C+N är i intervallet 0,05 till 0,3 vikt%.

4. Stallegering enligt nagot av foregbende krav, varvid stallegeringen innefattar 0,1 till 0,3 vikt% C.

5. Stallegering enligt nagot av foregaende krav, varvid stallegeringen innefattar 3-4,5 vikt% Cr, foretradesvis 3-4 vikt% Cr. 19

6. Stallegering enligt nagot av foregaende krav, varvid stallegeringen innefattar 3-7 vikt% Co, foretradesvis 4-6 vikt% Co.

7. Stallegering enligt nagot av foregaende krav, varvid stallegeringen innefattar 1,5-2,5 vikt% V.

8. Stallegering enligt nagot av foregaende krav, varvid uttrycket 11 vikt% Wegvikt% är uppfyllt, dar Weg = W+2*Mo.

9. Stallegering enligt nagot av foregaende krav, varvid stallegeringen efter hardning och anlopning har en mikrostruktur innefattande anlopt martensit och utskilda karbider, vilken mikrostruktur är fri eller huvudsakligen fri fran ferrit.

10. Stallegering enligt nagot av foregaende krav, varvid stallegeringenärframstalldgenom vakuuminduktionssmaltning och vakuumljusbagsomsmaltning (VIM-VAR).

11. Stallegering enligt nagot av krav 1-9, varvid stallegeringen ar i form av en pulvermetallurgisk stallegering framstalld genom gasatomisering.

12. Mekanisk komponent innefattande en stallegering enligt nagot av foregaende krav.

13. Mekanisk komponent enligt krav 12, varvid den mekaniska komponenten har ett ytskikt med en okad hardhet som ett resultat av uppkolning eller nitrering eller en kombination darav.

14. Mekanisk komponent enligt krav 13, varvid den mekaniska komponenten har en okad kolhalt i sitt ytskikt som ett resultat av uppkolning.

15. Mekanisk komponent enligt krav 14, varvid kolhalten i ytskiktet är atminstone 1,0 vikt°/0, foretradesvis atminstone 1,1 vikt°/0.

16. Mekanisk komponent enligt nagot av krav 12-15 i kombination med krav 11, varvid den mekaniska komponenten är formad av isostatiskt varmepressad pulvermetallurgisk stallegering.

17. Mekanisk komponent enligt nagot av krav 12-16, varvid den mekaniska komponenten är en lagerkomponent. 1 800 700 rrT 600 500 a) al 400 300 Cl, 1050°C 0— Mix 5 --Dr-- Mix 8 — Mix 10 Mix12 200 00,11,22,33,4 Depth from the surface (mm) 00,11,22,33,4 Depth from the surface (mm)