SE431232B - Hard legering samt sett att framstella densamma - Google Patents

Description

7809816-7 tur avsevärt komplicerad. Värmeutmattningshållfastheten ökas med ökning av mängden kobolt, men om mängden kobolt är alltför stor äger företrädesvis en plastisk deformation rum och denna resul- terar i en sänkning av värmeutmattningshållfastheten. Följaktli- gen föreligger en begränsning i förbättringen av värmeutmattnings- hållfastheten genom ökning av mängden kobolt.

Skärstål bör ha en hög värmeutmattningshâllfasthet för att klara av en kraftig skärning med ett stort skärdjup och en stor matning i syfte att öka dess effektivitet och på marknaden för nöthållfasta stål har det även krävts utvecklandet av ett stål i stånd att klara av en hård värmningsperiod för varm plas- tisk behandling, typiskt representerad av trâdvarmvalsverk.

Tidigare tekniks hârdmetallegeringar har emellertid natur- liga begränsningar och kan ej uppfylla dessa fordringar. 7 Vid tidigare tekniks hårdmetallegeringar med kobolt som en bindemetall är det plastiska deformationsmotståndet vid en hög temperatur ett problem även under normalt skärtillstånd bero- ende på den låga smältpunkten hos koboltfasen och värmeutmatt- ningshållfasthetens seghet är även lägre än den för material som beskrives nedan.

Baserat på tanken att detta problem kan lösas genom an- vändning av en metall med hög smältpunkt, t.ex. volfram, i stället för kobolt, har flera legeringar föreslagits. I exempelvis US-PS 3 703 368 beskrives ett sätt att framställa en (Ti, W)C1_X-W- legering genom värmning, smältning, och gjutning vid en tempera- tur kring ca 2500oC, under utnyttjande av den eutektiska punkten för Ti - W - C. Denna legering kommer i det efterföljande att be- nämnas som "gjutlegering" och är markant överlägsen hårdmetall- legeringarna såväl i avseende på nöthållfasthet som plastiskt deformationsmotstând vid en hög temperatur, men har ej kommit till praktisk användning på grund av efterföljande problem.

Det första problemet är att gjutlegeringen har en mycket låg seghet och speciellt en låg mekanisk hållfasthet. Det andra problemet är att ett alster av en komplicerad form såsom den hos en hârdmetallegering ej kan framställas prisbilligt, efter- som alstret erhålles genom gjutning trots dess höga hårdhet.

Det tredje problemet är att legeringar begränsade till nära eutektiska punkten endast kan erhållas i relation med gjut- 7809816-'7 temperaturen.

I Det fjärde problemet är att den eutektiska strukturen genom kylning snabbt stabiliseras, men när man framställer ett alster av stor dimension kan den önskade strukturen ej erhållas därigenom.

Vidare har gjutlegeringar av typ (Ti, W)(C, N)-W föresla- gits, men av samma skäl har dessa legeringar ej kommit till prak- tisk användning.

Fackmannen på området kunde tänka sig att om gjutlegerin- gen med ovan beskrivna komposition kunde framställas genom pul- vermetallurgi, kunde ovan beskrivna andra och tredje problem lö- sas och följaktligen har många försök gjorts baserat på detta an- tagande. Några utmärkta legeringar har emellertid ej erhållits därigenom på grund av att kompositionen innefattar karbider och metaller med hög smältpunkt såsom volfram och molybden, vilka har mycket dåliga sintringsegenskaper och därför kan en tillräcklig hâllfasthet ej uppnås.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en hård legering bestående av en metallisk fas och en hård fas som har en kristallstruktur av B1 typ.

Detta syfte kan uppnås medelst en hård legering beståen- de av en metallisk fas och en hård fas som har en kristallstruk- tur av B1 typ och som representeras av följande generella formel: (M1a' Mzb' Mßc) (C1-x-y' Ny' ox)z där M1 betecknar ett eller flera av Ti, Zr eller Hf, M2 beteck- nar ett eller flera av Me, W och Cr, M3 betecknar ett eller fle- ra av V, Nb och Ta, C är kol, N är kväve, O är syre, a, b, c, x resp. y är atomförhållanden, som uppfyller sambanden a ¥ b + c = 1, 0,1 å a + c/(a + b + a) íon, c/(a + c) É 0,3, o,os 0,5, 0 É y É 0,5 och 0,05 < x + y < 0,6, och z är ett atomförhål- lande av (C + C + N)/(M1 + M2 + M3), som uppfyller sambanden 0,1 É z É 0,5. Dessutom kan legeringen innehålla rhenium i en pro- portion av högst 2%, beräknat på totala antalet atomer, och/eller åtminstone en av kalium, kalcium, natrium, kisel och aluminium i en proportion av högst 2%, beräknat på totala antalet atomer, och/eller åtminstone en av järngruppens metaller, koppar, silver och palladium såsom sintringsbefrämjare. '7809816-7 Bifogade ritning illustrerar principen och fördelarna enligt föreliggande uppfinning och visar ett röntgenstråle- diffraktionsmönster för en legering enligt föreliggande uppfin- ning som här en komposition av (Ti0'33W0,67)(C0I800'2)0,33, var- vid 1 betecknar toppar för W- och 2 betecknar toppar för TiC-p -fas. Ä Man har gjort ingående studier på legeringar av denna typ, i synnerhet beträffande element för bildande av den hårda fasen, och har överraskande funnit att sintringsegenskapen hos en hård legering markant förbättras och att dessutom segheten hos densamma även förbättras då man i den hårda fasen inför syre, som hittills har betraktats såsom skadligt för sintring av en hård legering. Baserat på denna upptäckt kan man med användning av föreliggande hårda legering med en bindemetall med hög smält- punkt, som är utmärkt i seghet, framställa ett verktyg eller skärstål med hög effektivitet.

Det viktigaste kännetecknet enligt föreliggande uppfin- ning består i avsiktligt införande av syre i den hårda fasen hos en hård legering.

I denna legering införes ej syre i den andra delen, dvs enbart i den hårda fasen och den hårda fasen blir sålunda en med en komposition av (M1, M2) (C, 0)Z eller (M1, M2) (C,O,N)z, där M1 betecknar en eller flera av metallerna Ti, Zr och Hf, där M2 betecknar en eller flera av metallerna Cr, Mo och W. Detta framgår av bifogade ritning, som visar ett röntgendiffraktions- mönster av en legering enligt föreliggande uppfinning, som har: en komposition av (TiOI33W0,67) (Co'8O0'2)0'33, i vilken åter- finnes endast W- och TiC-fas. 1 är toppar för W- och 2 är toppar för TiC-fas. Detta är detsamma i en legering innehållande N.

Syre är sålunda närvarande i den hårda fasen som ett fasta lösningens element utan bildande av någon oxid. Verkning- arna eller fördelarna med fallet att införliva syre kommer att framgå av efterföljande exempel och generellt gäller att lege- ringshâllfastheten ökas och att segheten när den användes som ett skärstâl kraftigt förbättras. Legeringen enligt föreliggan- de uppfinning representeras generellt av formeln (1) ) (1) (M1a' M2b' M3c)|(C1-x-yNyox z 7809816-7 5 M1 : ett eller flera av gruppens IVa element, dvs Ti, Zr, Hf ' M2 : ett eller flera av gruppens VIa element, dvs Mo, W, Cr M3 : ett eller flera av gruppens Va element, dvs V, Nb, Ta C : kol N : kväve O : syre.

I denna formel betecknar a, b, c, x resp. y atomförhâllan- den som uppfyller följande samband: För det första ingår a, b och c i sambandet a + b + c = 1 där c kan vara noll.

För det andra uppfyller syrehalten x sambandet 0,05 š x š 0,5 eftersom verkan av syre ej erhålles om x är alltför liten och sintringsegenskapen försämras om x är alltför stor.

När detta samband uppfylles kan en höghållfast legering erhållas utan försämring av den extra verkan av syre. I ett före- draget omrâde av 0,08 É x É 0,2 erhålles en hâllfasthet lämplig för ett skärstâl. För det tredje uppfyller kvävehalten y samban- det á å 0 y 0,5 erhålles då en legering, som har försämrad sintringsegenskap och låg hâllfasthet om y är alltför stor. Kväve införlivas i beroende av den avsedda användningen och ett införlivande av kväve erford- ras ej alltid.

Samtidigt uppfyller summan syre och kväve x + y sambandet < < 0,05 = x + y = 0,6.

Om summan är alltför stor pâverkas nämligen sintringsegen- skapen ogynnsamt och det är nödvändigt att införliva syre i en proportion av 0,05 eller mer. Kol, kväve och syre bör införlivas för att uppfylla ovan beskrivna samband.

Metallelementen i legeringen enligt föreliggande uppfin- ning är ett hårdämne valt från gruppens IVa element och en metall- fas vald från gruppens VIa element. Gruppens Va element är effek- tiva för att öka hâllfastheten hos legeringen, men är ej alltid nödvändiga. 1 7809816-7 I det fallet att det ej ingår något av gruppens Va ele- ment uppfyller a + b sambandet 0,1 š a/(a + b) š 0,7, företrädesvis o,1s 3 a/(a + by å 0,5. i Om detta är mindre än 0,1 är proportionen av den hårda fasen alltför liten för att tjäna som en hård legering medan om det är mer än 0,7 proportionen av metallfasen är alltför liten för att ge en önskad hållfasthet.

Förhållandet mellan de icke metalliska elementen och me- tallelementen (z = (C + N + O)/(M1 + M2 + M3)) bör uppfylla sam- bandet o,1 É z É 0,5, företrädesvis 0,15 § z É 0,4.

Om förhållandet är mindre än 0,1 är proportionen eller an- delen av den hårda fasen alltför liten, medan om det är mer än 0,5, fritt kol tenderar att utskiljas.

Som ovan angivits är tillsatsen av gruppens Va element effektiv för att öka hållfastheten hos en legering, men en allt- för stor tillsats tenderar att utskilja en MZC fas och att sänka hållfastheten hos legeringen som en helhet. Därför är det önskvärt att sambandet c/(a + b) É 0,3 uppfylles. Av gruppens IVa element föredrages Ti i kommersiell skala på grund av att det är billi- gast och att olika pulveriserade råmaterial tillhandahå1les.'Av gruppens VIa element föredrages Mo och W på grund av deras höga smältpunkter och höga hållfastheter. Cr, som har en smältpunkt av mindre än 2000°C, är ej lämpligt för den hårda fasen enligt föreliggande uppfinning, men tillsatsen därav inom ett begränsat område tjänar till att förbättra korrosionshärdigheten.

I ett fall där gruppens VIa element M2 är volfram, repre- senteras kompositionen hos den hårda legeringen av följande gene- rella formel: '(M1a' wb' Mšc) (Cl-x-yNyOx)z M : ett eller flera av gruppens IVa element volfram ett eller flera av gruppens Va element kol kväve \)~l u. 02032 syre 7809816-7 7 a, b, c, x och Y : atomförhâllande för elementen a + b + c = 1 0,15 S (a + c)/(a + b + c) S 0,6 c/(a c) S 0,3 MÅ 0,5 0,05 S X + y S 0,5 + 0,05 S X 5 0,0 O 2 y + W + M3) z : (C + N + O)/(M1 0,1 s z s o,M I denna komposition kan 20 atom% av volframatomen ersättas av molybden.

I ett fall där gruppens VIa element M2 är molybden repre- senteras kompositionen för hårdlegeringen av följande generella formel: (M Mob, M3c)(c1 N o ) la” -x-y y x z : ett eller flera av gruppens IVa element Mo : molybden M3 : ett eller flera av gruppens Va element C : kol N : kväve -O : syre a, b, c, x och y: atomförhållanden för elementen a + b + c = 1 0,2 5 (a + c)/(a + b + c) S 0,7 c/(a + c) S 0,3 0,05 S x S 0,Ä O S y S 0,5 0,05 S x + y S 0,5 z:ammwflfinæmefiw(C+N-+®/W1+Mo+M9 0,1 5 z S 0,5.

I denna komposition kan 25 atom-% eller mindre av mo- lybdenatomen ersättas av volfram.

Som är väl känt är järngruppens metaller, dvs Fe, Co och Ni, samt Cu, Ag och Pd, mycket effektiva som en sintringsbefräm- jare för metaller med hög smältpunkt och i föreliggande uppfinning kan de även uppvisa en liknande verkan. En alltför stor tillsats av dessa element är emellertid skadlig för värmehärdigheten på grund av deras låga smältpunkter. Sålunda är det önskvärt att hålla summan av dessa element till 2% eller mindre av det totala antalet atomer.

Det är känt att vid sintring av W tillsättning av Re, Na, K, Ca, Al och Si tjänar till att öka hâllfastheten och att regle- 7809816-'7 ra kristallpartiklarna och när legeringen enligt föreliggande upp- finning innehâller en stor mängd av W gives denna verkan likaså genom sâdan tillsättning. Re är effektivt för att öka hållfast- heten hos legeringen, men det är ej önskvärt att sätta till en stor mängd av Re eftersom det är dyrt.

Tillsättning av Na, K, Ca, Al och Si tjänar till-att reg- lera partikelstorleken, men en alltför stor tillsättning därav resulterar i sprödhet. Sålunda bör Re, Th, Na, K, Ca, Si och Al tillsättes i en proportiin av 2% eller mindre av det totala an- talet atomer.

För framställning av legeringen enligt föreliggande upp- finning är det i synnerhet nödvändigt att reglera atmosfären un- der sintringen. Man har gjort olika studier beträffande ett sätt att upplösa syre i TiC och har funnit att en atmosfär av kolmon- oxid är den mest lämpliga. Om trycket hos kolmonoxiden är mindre än 0,1 torr, kan regleringen ej effektivt genomföras. Ett före- draget tryck för kolmonoxid är 0,5 torr eller mer. När trycket hos kolmonoxid är högt äger följande reaktion rum vid en låg temperatur: 2CO -f C + C02 Vidare är reglering av syre som skall införlivas effektiv vid en hög temperatur. Därför är temperaturen hos kolmonoxidatmosfä- ren företrädesvis 600°C eller högre.

När en produkt med en liten kristallpartikelstorlek erford- ras, är det önskvärt att använda utgângsmaterial som är med lätt- het pulveriserbara under blandning och enligt föreliggande upp- finning kan en önskad legering framställas genom användning av lämpliga karbider, oxider, nitrider eller fasta lösningar därav, . i kombination. Olika metoder för att framställa de hårda lege- ringarna enligt föreliggande uppfinning kommer att visas i detalj i efterföljande exempel.

Kännetecknen för legeringen enligt föreliggande uppfinning sammanfattas som följer: |(i) Segheten är högre än den hos hårdmetaller som har en liknande nöthållfasthet. (ii) Varmsprickhärdheten är utmärkt. (iii) Smältvidhäftning till stål, koppar, etc. vid en hög temperatur är liten. I š 7809816-7 Pâ grund av dessa kännetecken är legeringen enligt före- liggande uppfinning lämplig för olika användningar.

. När den användes som ett skärstâl kan skärning genomfö- ras med en hög effektivitet pâ grund av dess höga seghet än i fal- let med användning av hàrdmetaller. För nöthållfast användning uppträder legeringen enligt uppfinningen väl, i synnerhet vid varm- bearbetning dvs att en varmbearbetning kan genomföras vid en hög temperatur med en minskad vidhäftning till ett arbetsstycke och med uthärdande av en härd värmecykel. Eftersom det på senare tid har fordrats att öka effektiviteten, framför allt vid varmvalsning av tråd, varvid trådhastigheten ökas och livslängden hos ett verk- tyg sålunda avkortas, kan legeringen enligt föreliggande uppfinning väl användas för detta ändamål utan ytförgrovning hos tråden på grund av den utmärkta varmsprickhärdigheten.

Vid varmbearbetning av koppar är det välkänt att det är närmast omöjligt att använda hårdmetaller, eftersom det antages att bindefasen hos hàrdmetallerna diffunderar in i kopparn. I motsats till detta är legeringen enligt föreliggande uppfinning fri från denna nackdel och har en mycket bättre nöthållfasthet än verktygsstål. Därför är legeringen enligt föreliggande uppfin- ning lämplig att användas i ett trädvalsverk och detta inte endast vid ren koppar utan även vid kopparlegeringar såsom mässing.

Vidare kan hârdmetaller knappast användas för roterande verktyg såsom borrar, brotschar, etc. medan legeringen enligt föreliggande uppfinning med fördel kan användas på grund av dess höga seghet.

Dessutom användes legeringen enligt föreliggande uppfinning som en del av ett sammansatt eller blandat material med markanta fördelar. Pâ senare tid har i avseende på skärverktyg de s.k. yt- belagda hârdmetallegeringarna blivit dominerande, varvid ytan hos en hârdmetallegering belägges med ett nöthållfast material i en tjocklek av flera mikron och för legeringen enligt föreliggande uppfinning är det även värdefullt att belägga ytan hos densamma med en eller flera av karbider, nitrider, borider och oxider och fasta lösningar därav i syfte att öka nöthâllfastheten. Dessa be- läggningar kan åstadkommas medelst vanliga metoder såsom kemisk ångavsättning, förstoftning, plasmabeläggning, jonisk plätering etc. I detta fall kan beläggningsverkan ges utan försämring av segheten, eftersom det knappast uppträder en spröd n-fas mellan underlaget och beläggningsskiktet, som ofta uppträder i de ytbelag- då hårdmetallegeringarna. 73099164? 10 I nöthållfasta delar med stora dimensioner är det speci- ellt önskvärt att belägga endast en del som erfordrar en nöt- hållfasthet med ett material som har en hög nöthållfasthet, men i fallet med användning av hàrdmetallegeringar för ett allmänt konstrxzlcüonsmaterial såsom stål eller gjutjärn kan en tillräcklig hållfasthet ej erhållas på grund av en reaktion I dem emellan. Å andra sidan kan legeringen enligt föreliggande uppfinning som har en hög smältpunkt och låg reaktivitet med stål eller gjutjärn användas i kombination därmed och kan åstad- komma en stor nöthållfasthet till en låg kostnad. l Efterföljande exempel belyser uppfinningen mera/detalj utan att därför begränsa densamma.

Exempel l 86 viklf/ó av volfram med en genomsnittlig partikelstor- lek av 1,5 u-m och 14 vikt% av titankarbid med en genomsnitt- lig partikelstorlek av l u-m blandades medelst våtmetod i en rivkvarn i 4 timmar och torkades för att bereda ett utgångs- pulver med en komposition av (Ti , 'vi )G . Det resul- terande pulvret pressades till egalššoppoåâtyx göšx lO mm under ett tryck av 1,5 ton/cm2 och sintrades Lnder följande två till- stånd: A) Föreliggande uppfinning Ruinstemperatur -lOOO°G vakuum 104' torr eller mindre 1ooo°c - 1soo°0 G0 1oo torr 1soo°c x 1 timme vaimum 5 x 1o“2 torr eller ~ mindre B) Tidigare teknik l800°C x l timme velmum 5 :c lO"2 torr I båda fallen var temperaturstegringen lO°C/min och kylningen genomfördes i ett vakuum av lO"2 torr eller mindre.

Det så erhållna proverna underkastades mätning av halterna av kol och syre och resultaten visade i tabell l erhölls: Tabell l Sintringsmetod Kol (viktâá) Syre (vikt%) A 2,65 0,42 B 2,70 0,01 Kompositionerna hos de sintrade kropparna var som följer: 11 * 7809816-7 A) (Tioßy "o,67)(°0,a9°0,11)o,5e B) (Tio,5a* Wo,ß7)(°0.997°o,o0§>0,§z Brotthàllfastheterna i tvärled hos dessa legeringar mättes och gav som resultat: A) 120 kg/mma och B) 25 kg/mmg.

Proverna A) och B), en i handeln såld hàrdmetallegering ur Iso P50 och en i handeln Sala gjutbar karbia [wichöozrmoa W )C ] underkastades skärprovningar under tillstànd visad 0,68 s 0,55 i tabell 2: Tabell 2 Test l Test 2 Skär-system svarvning Fräsning Arbetsstycke SOM 5 SOM 5 Hastighet (m/min) lOO 140 Skärdjup 6 LI» Matning (mm/varv) 0,80 0,42 skäl-tia (min) 15 20 Resultaten av dessa tester visas i tabell 5: Tabell å Egg Test l Test 2 A) Nosstukníng 0,01 mm God, djup hos krater 0,005 mm B) " 0,21 mm Splittring, livslängd 5 min P 50 " 0,19 mm* God, djup nos kranar 0,06 mm Gjutbar " 0,01 mm Splittring, livslängd 2 min karbid Anm.: x Skärtid 7 minuter Som framgår av dessa resultat visar hàrdmetallegeringen ISO P50 ett gott beteende i ett skäl-prov med användning av en fräs, men visar en kraftig plastisk deformation hos kanten i en skärningsoperation med en hög effektivitet som i test l.

Den gjutbara karbiden ger ett gott resultat i test l, men ut- sätts för splittring när man använder en fräs och kan ej an- vändas praktiskt. Prov B) klarar knappast av skärning. Prov A) enligt föreliggande uppfinning kan ge goda resultat i båda testerna.

Exemgel 2 TiO med en genomsnittlig partikelstorlek av 2 v-m och .J 'kanalens-v 122 TiC med en genomsnittlig partikelstorlek av 2 v-m blandades och värmdes vid. l800°G för att bereda en Bl typ av fast lös- ning av Ti(CO,6,0O,¿¿_)o,98. i 18,1 viktïá av den resulterande fasta lösningen, 54 viktšâ-av volfram med en genomsnittlig partikelstorlek av 2 v-m och 28,1 viktïá av molybden med en genomsnittlig partikelstorlek av '2 v-m blandades på. ett analogt sätt som i exempel l för att bereda ett utgångspulver med en komposition av 25 atom% Mo - 25 atomâá W - 25 atomßá Ti - 15 atom% C - 10 atom% O, pressades och sintrades i vakuum vid l800°C, men därvid erhölls endast en legering med kvarvarande porer och en brottgräns i tvärled av ca 20 kg/mma.

I fallet med sintring enligt föreliggande uppfinning som beskrives nedan erhölls emellertid en porfri och god le- gering med en brottgräns i tvärled av 105 lag/mm” och en kompo- siton av (miø,ššnooa55w¿,55)(cO,63oO,¿7)o,54.

Rumstemperatur - 100000 vakuum (l x l0"l torr eller mindre) iooo - 17oo°c co (500 torr) l700°C x l timme vakuum (5 x l0"2 torr eller mindre) Exempel å Legeringar med kompositioner-na visade i tabell 4 .fram- ställdes på ett analogt sätt med exempel l, färdigställdes i en form av SPU 854 och underkastades sedan skärtester med en toppvinkel av O° och en ställvinkel av 60 under följande till- stånd för att jämföra deras egenskaper: Arbetsstycke S450 (HB 240) Hastighet 80 m/min Matning 1,2 mm/varv Skär-djup 5 - 15 mm Detta arbetsstycke var ett smitt föremål med grov yta och därför varierade skärdjupet inom ett område 5 - 15 mm.

I betraktande av spridningen hos arbetsstycket upprepa- des testet 2 till 4 gånger för att erhålla genomsnittliga livs- längder visade i tabell 4. _ Som framgår av dessa resultat hade legeringarna "enligt föreliggande uppfinning utmärkta egenskaper och 5 till 5 gånger så mycket som tidigare tekniks hárdmetaller. Vidare är många av dessa legeringar mycket bättre än i handeln såld gjuten lege-_] 15 7809816-7 ring och den bästa Iégeringen visade en 60 % förbättraâ egen- skap. -» H mabeli 4 Komposition Genomsnitt- Antal Anledning lig livs- upprep-ti11dl1vs- längd ningar läng ens (min) uppäörande Föreliggande uppfinning _ (TiO,55,VO,67)(C0,8OO,2)o,55 150 : 1 splittring (Tfo,55'”o,e7)<°o,eNb,2°o,2)o,55 150 2 b tt §T}o,§5N°ø,e )<°o,eNb,2°ø,2 o,53 lál ä SP f trlng (T1o,1sWo,s2 00,8 0,2 0,18 115 “tn?t _ °o,sNb,2 o,2)o,55165 4 SP11ttr1ns ~ r ' II (T1o,27¿fo,o7"o,e6 o,a°o,2 0,5 145 5 (Tio,27Hfo,o7Wo,ee °o,6No,2°o,2 o,551l° 4 " (Ti0,24Vo,O9MoO,55w0,53 _ 109 4 brott (°o,s°o,2>o,55 ÉTio,27Nbo,o7M°o,55wo,š5)- 127 4 tt C 0 -spli ring o,s ø,2 0,55 <°0.6' _ No,20O,2)O,55 175 4 splittring (Tio,55Wo,e7)(°0,8°0,2)0,35'1 at % Ni 128 2 splittring (Tio¿55§°%,e7)(°o,esNo,12°o,2)o,34 118 2 splittring -la 70 i (Tio,aåßo,55%,a4><°<>,68N0.1-2°0,2>o,ss -0,5 at % Pd 150 2 splittring (Tío,1oZro,2 No,65>(Co eNó,2 o,2)o,32 125 4 Splittring (TiO,55wO,67 (C0,8O0,2 0,55 - 1 aumr% Go 121 2 splittring (TiO,5šHo,6? CO,8OO,2)O,55-0,? aumv% Fe 11? 2 splittring (*1o,55“o,e7 °o,a°o,2 o,55'°'” a“m*% Cu 10” 2 åååâšàâëion av kant T' w c o - -0 " 1A 11 ° 1 r' k ,w><<>,fi><>ø WW* g 5 ° ååänäätion av kant 780981647 i ut Jämförelse C 42 (Ti0,5a”o,67> 0,55 ' )ø 54 (Tí0,55É°o,§§"b,§5 0,55 p(Ti0,s7“o,ßa 0,?5°o,25)0,097 5*5 (Tio,eWo,4)<°o,s°o,2)1,o 2 2 Tidigare teknik ISO P20 - 15 ISO P50 52 Gjutbar karbid 114 Exempel 4 N R) I\) brott brott plastisk deformation av kant splittring brott plastisk deformation av kant brott på grund av varmspricka brott på grund av varmspricka splittring Legeringar framställda på ett med exempel 5 analogt sätt underkastades skärning med användning av en fräs för jämförel- se. I detta fall genomfördes våtskärning genom att fästa in- lägget eller bettet med en avfasad krona 0,55 x -l5° till en 250 mm fräs med en axial vinkel av +80 och en radial vinkel av Oo: Arbetsstyeke S550 (HB27o) Hastighet 120 m/min Matning 0,5 mm/varv Skärdjup 10 mm Testresultaten visas i tabell 5.

Tabell 2 Kbmposition Föreliggande uppfinning (Tio,35Wo,67)(°o,s°o,27o,55 (Tio,55"o,e7) (Tio,55M°o,67)(°o,s°o,2>o,55 (Tio,35M°o,67)<°o,sNo,2°o,2)o,55 (Tio,1swo,s2)(°o,s°o,a)o,1a Idvs- Anledning till längd livslängdens (min) upphörande splittring 46 se 48 56 45 kraternötning splittring kraternötning kraternötning .I (Tio,zam°o,55:o,35?(°o,6Nø,2°o,2>o,§5 (Tio,27Zfo,o7Wo§6e)f°o,s°o,2)o,55 - (Tio,27Hfo,o7wo,ss>(°o,sNo,2°o,2)o,55 (Tïo,24Vo,o9N°o,55"o,55)(°o,a°b,2)o,35 n(Ti0,27Nb0,07”°0,§5Wø,55)(°0,ß°0,2)0.5ß (Ti0,2?Ta0,07M°0,5s“0,§s)(°0.6N0,2°0,2)0.§s (Tio,55wO,67)(cO,8oO,2)O,554.aumsæuï (Tio,55M°o,e7)(°o,ssNo,12°o,2)o,54 "1 a“m*%Nï 50 (Ti0,ss“°o,ss“o,§4)(°0,6ßNb,12°0,2)0.ss -O,5 atom-âsPd (Tj-(LšäfO,67)(CO,8o0,2)0,35'l atOIIl“% Co (Tio 551O,67)(cO 8oO,2)0,55-0,5 aumsr Fe (Tioåšrlmeï) (CO,5Oo,2)O,55-O,§ atom-å; Gu (Tio,55wo,67>(Co,s°o,2)o,5'° (Tio,1oZro,25Wo,e5>(Co,6No,2 o,2)o,52 Jämförelse °o,§5 (Tiø,5§M°0,§s"o,5§)°o,55 o,097 ,§ aumr%Ag (Tio,e*o,4)(°o,s°o,2)1,o (Tio,;5"o,e7)(°o,2No,4°o,4>o,55 (Tio,52”o,es)(°o,79°o,21)o,54'5 a“m**'N1 Tidigare teknik ISO P20 ISO P50 Gjutbar karbid 62 #2 40 40 41 48 -P\Il 7809816~7 kraternötning splittring splittring splittring kraternötning kraternötning kraternötning kraternötning kraternötning kraternötning kraternötning kraternötning kraternötning kraternötning brott brott plastisk de- formation av kant splittring brott plastisk de- formation av kant brott på grund av varmspricka brott på grund av varmspricka splittring 78Û9815'7 16 Exempel 55 85 viïçtgfqiïvolfram med en genomsnittlig partikeldia- meter av l u-m och 15- vikthš av TiC med en genomsnittlig par- tikeldiameter av l u-m blandades medelst vàtmetod, torkades, pressades och sintrades sedan under följande betingelser för att framställa en vals för tràdvarmvalsning med en yttre dia- meter av 152,4 mm: Rumstemperatur - l000°C i vakuum 5 x 104' torr eller mindre 1ooo - 1eoo°c co atmosfär Peo = ioo terr 1600 - 17oo°c vakumm 1 x 1o'1 torr eller mimare 17oo°c för 1 timme Temperaturökningshastighet 5°C/min Analys av den resulterande legeringen visade en kompo- sition av (Tio,541Jo,66)((}o,780o,22)0,57. Valsen insattes i färdigsteget hos en valsningslinje för jämförelse med tidigare telmiks X-IC-EO ifà Co legering. Den valsade vikten till dess livs- längden var slut var följande: Enligt föreliggande uppfinning: livslängden var ej ut- tömd ens vid en valsad vikt av 1200 ton Hårdmetallegering: livslängden var uttömd vid en valsad vikt av 500 ton I hàrdmetallegeringen alstrades ett antal varmsprickor och den förgrovade ytan påverkade ofördelaktigt en tråd som en produkt, vilket betraktades som "lívslängdfi medan enligt före- liggande uppfinning nâgra varmspriclcor ej alstrades och vals- ningen genomfördes fram till 1200 ton.

Exempel 6 Valsar för trådvamvalsning framställdes av var och en av legeringar med kompositionen visad i tabell 6 och underkas- tades valsning av ett arbetsstycke av SUS 504 för jämförelse av deras livslängder. I detta fall genomfördes valsningen från en tràdämnesdiameter av 8 mm till 6 mm.

Ytterligare element tillsattes i former av: Re: tillsatte som ett lvl-pulver innehållande 5 at % av Re K: tillsatta som E20 Ca: Üíllsatts 50131 CaO Si: tillsatts som S102 g? H 0 dïåöéšïíè-v A1: tillsatte som ett W- eller Mo-pulver innehållande 5 at % av Al. Sintringen genomfördes på ett sätt liknande det enligt exempel 5.

Tabell 6 Komgosition Iåvsl" d min (Tiofikxfíhööxcoasöooallgo,55 -1,0 atom-e K sno (Tio,aawoßexcoßeoo,14)o,54*0=0 am” Ca 700 (Tio500,67)(°o,s20o,1e)o,5e'l*2 ämm* A1 700 (rim55WO,67)(CO,BÖOO,l4)O¿5-1,5 atom-s si 700 (Tioßífioßeüo,o5)(0o,45No,550o,2 )o,42'1»2 at°1§<å870 1 , 07.30 , , , 1 l âtOm-*š Re (Tio,så'oßiæamos)(0o,ee°o,14)o,55'°°7 ämm Ca' 0,4 atom-% Ni- Offatom-fiš Ca 750 (Tio,51M°o,e4Vo,o5)(0o,s5No,o40o,11)o,5o'0°0 ömt* PÖ-'l v 5 atom-St -Al 95Û (Tio,5500,e7)“00,9970:,00§)0,5§ 200 (Tio,54“'Io,e7)<0o,es0o,14)o,55 480 (TJ-o,35wO,6I?-)(CO,996OO,0O4)O,35'la0 ätOIII-*å RE QÖÛ närmar-sing. (vro-zo wa co) eso Exemgel 2 I en tràdvalsningslinje för normalt kolstàl (kolhalt 0,3 ß eller mindre) utsattes den s.k. styrvalsen för att leda en trådstàng till ett förutbestämt arbetsverktyg för värme- sprickor och bräckage, eftersom tràdstàngen befann sig vid en hög temperatur såsom ca lOO0°G och värmecykeln var mycket hård.

Styrvalsen gjordes av material som visas i tabell 6 och jämfördes med jämförelsevalsar beträffande livslängdernaz 11309216-7 18 , Tabell Kbmposition Valsad Anledning vikt till livs- (ÜOII) längdens unohörande Föreliggande uppfinning 13500 Utnött (°0,ß°0,2)0,sa (Tio,55WO,67)(Co,6N0,20O,2)O,55 14000 eller mer Utnött (50109551100767)(0o,80O,2)O,55 7800 íršååešta hos 10600 Utnött (Tio,25H°0,75) (Tio9551400,26WO,4l)(CoaeNogOmåøa35 14500 eller mer Utnött o,55 (Tio,27Hfo,07W0,ee>(°0,6N0,2°0,2>0,55 (Tio,27Ta0,0?”°0,§§“b,5z>(G0,6Nb,2°0,2)0,5a ~ 15000 eller mer Utnött 14000 eller mer Utnött lš000eller mer Utnött 15000 eller mer Utnött 15000 eller mer Utnött (Ti0,27“bo,07“°0,5§"b,5a)<°o,?2°0,28)0,§a (rio ššwø 67)(00 8oo,2)- 1 atom-ann 12900 Brott (rioašömoo,35wÛ,55)(cO,6NÖ,2oO,¿)o,¿5- 14000 Utnött 0,5 a ,_ -% Pd Jämförelse Hårdmetallegering OJO-l? 7å Co) 2000 Grov yta hos tråden (Tio,5§W0,e7>Co,3a 6000 Brott Exemgel 8 88,2 viktíâ av volframpulver med en genomsnittlig partikel- storlek av 2 y-m och 11,8 viktíä av TiC pulver med en genomsnitt- lig partikelstorlel: av l um, blandades, våtmaldes i kulkvarn, torkades, blandades med en bindefas, formades till en borr med 10 mm i diameter och sintrades på ett sätt analogt enligt exempel 1. Kompositionen hos den resulterande legeringen var (Tio,2sW0,72)(Co,7e°o,22>0,29~ Den på detta sätt erhållna borren underkastades ett livsläng-dprov i jämförelse med ett i handeln sålt snabbstål SKH 9 och en superfin hârdmetallegering under torr-skärninga- tillstånd med en borrperiferihastighet av 12 m/min och en mat- ning av 0,125 min/varv. Arbetsstycket utgjordes av stål S 45 GJ i oss-ïe@§§ 16-7 med en tjocklek av 40 mm. Borren enligt föreliggande uppfinp ning gjorde 180 hål och var i stånd att fortsätta skärning, medan snabbstàlsborren gjorde endast 28 hål och den superfina hårdmetallegeringen gjorde 76 hål.

Exem el En vals för varmvalsning av en koppartråd framställdes på ett sätt analogt med exempel 8 och anbragtes i färdigsteget hos ett färdigvalspar för att arbeta med en diameter av 8 mm hos tråden. I tidigare teknikens verktygsstål och hàrdmetall- legering upphörde livslängderna vid 500 till 500 ton på grund av vidhäftning till valsytan i det förra fallet och till yt- förgrovning hos valsytan i det senare fallet. Valsen enligt fö- religgande uppfinning kunde användas för 1500 ton eller mer med fortsatt mycket gott yttillstånd.

Exempel 10 En matris för ett kugghjulsämne framställdes av lege- ringen enligt föreliggande uppfinning som den beskrivits i exempel l genom diamantslipning och användes sedan för varm- smidning av en järnhaltig sintrad kropp med en porositet av 29%.

Temperaturen i detta fall var 900°C. I fallet med en verktygs-e stålsmatris enligt tidigare teknik uppgick livslängden till 15000 arbetsstycken, medan matrisen enligt föreliggande upp- finning stoppade för 80000 arhetsstycken.

Exempel ll När legeringen med en komposition av (Tio ESWO 62)- 9 9 (C 9 O ) 7 framställdes på ett sätt analogt med exempel O,ol O,l9 0,17 U l och underkastades olika belaggningsbehandlingar och sedan följande skärprov.

Arhetsstycke: SCM 4 (HB 280) 80 ø x 400 Hastighet: 140 m/min Skärdjup: 2 mm Matning: 0,56 mm/varv Form på inlägg: SNG 452 Stålhâllare: N llR - 44 Resultaten visas i tabell 8. iveoèàiiei-iíiiá Tabell 8 Beläggning Livslängd Anledning (min) till livs- längdens upphörande Föreliggande uppfinning TiC 6 u-m 50 Flanlcnötning " TiG 5 u-m Al203 l :hm 80 “ " TiG 2 u-m TJKCN) 2u-m TiN 2 u-m 70 " “ TiN 6 u-m 50 " A120; 4 gm 60 Splittring 'I min s im* 85 rianrnötning a" inom 7 un” 70 splittring Hårdmetall- legering ISO P lO 18 Kraterbildning' n P 20 I? I u Marknadsfört TiC 6 u-m 25 " p belagt inlägg " TiC 5 um AlgOš l H-m 40 " " TiN 6 mn 55 " Anm” ä Fysikalisk àngavsättning E* Plasmakemisk äng-avsättning (Andra beläggningar framställdes genom vanlig kemisk àngavsättning).

I fallet med tidigare telmiks hårdmetallegeringar och i handelns sålda belagda inlägg upphörde livslflderna genom kraterbildning, medan i produkten enligt föreliggande uppfin- ning kraternötning var mycket liten och skärning var möjlig till dess livslängden upphörde genom flanknötning. Under detta tillstånd visade hàrdmetallerna en kraftig kraternötning och i de i handeln sålda belagda inläggen fortskred kraternöt- ningen markant sedan beläggningen utnötts. Enligt föreliggande uppfinning uttömdes ej livslängden genom l-craternötning efter- som underlaget hos föreliggande uppfinning var utmärkt i nöt- hållfasthet.

Exèmnel 12 En cylinder med en yttre diameter av 15 mm, inre dia- meter av lO mm och en höjd av 40 mm framställdes av en lege- ring som hade en komposition av (Tioåšwo,67)(GO,8OO,2)O,5B iJ -zmazila 21 analogi med sättet enligt exempel l och anbragtes i centrum av en cylindrisk sandform med en inre diameter av 50 mm och en höäa av 40 mm i vilken ett gjutstål (c 0,45 76, Mn 0,6 96) sedan göts. Efter kylning uttogs den gjutna produkten från formen ooh underkastades sedan en maskinbearbetning för att giva ett verktyg. I det på detta sätt erhållna verktyget visa- de det sig att det knappast uppträdde någon reaktion mellan den hårda legeringen och gjutstålet och egenskaperna hos den hårda legeringen i sig själv förändrades knappast någonting genom hela behandlingen.

I fallet när man använder en hàrdmetallegering av tidi- gare teknik var temperaturen hos det smälta stålet så hög att formen hos verktyget ej bibehölls och en markant reaktion ägde 211111.

Claims (4)

7809816-7 22 Patentkrav

1. Hård legering bestående av en metallisk fas och en hård fas med en kristallstruktur av B1 typ, k ä H n e t e C k n a d av följande generella formel: (nu, Mzb, H36) (c1_x_ynyox)z där M1 betecknar minst en av titan, zirkonium eller hafnium, M2 betecknar minst en av molybden, volfram eller krom, M3 betecknar minst en av vanadin, niob eller tantal, C är kol, N är kväve, O är syre, a, h, c, x resp. y.är atomförhâllanden, som uppfyller sambanden a + b + c = 1, 0,1 É (a,+ C)/(a + h + c)>§ 0,7, c/(a + b) §0,3, 0,05 š x š 0,5, o š y š 0,5 och 0,05 x + y š 0,6 och z är ett atomförhållande av (C + N + 0)/(M1 + M2 + M3), som uppfyl- ler sambandet 0,1 É z å 0,5, och eventuellt dessutom innehållan- de rhenium i en proportion av högst 2% baserat på totala antalet atomer och/eller åtminstone ett av kalium, kalcium, natrium, kisel och aluminium i en proportion av högst 2% baserat på totala anta- let atomer och/eller åtminstone en av järnmetallerna, koppar, silver och palladium såsom en sintringsbefrämjare.

2. Hård legering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att M2 är åtminstone ett av volfram och molybden.

3. Sätt att framställa en hård legering enligt krav 1, k ä n - n e t e c k n a d av att man pressar och sintrar pulveriserade utgångsmaterial, varvid åtminstone en del av sintringssteget ge- nomföres i en atmosfär av kolmonoxid av åtminstone 10-1 torr.

4. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att atmo- sfären av kolmonoxid under åtminstone en del av värmningen hâlles vid åtminstone 600°C.