SE436763B - Slitbestendig nickelbaserad legering och alster med atminstone ytskikt derav - Google Patents

Description

8003766-6 med låg smältpunkt (ca 1300 - 1350OC) i en legering tillsammans med korrosions- och slitbeständighet. Den amerikanska patentskriften 4 113 920 beskriver ett metallpulver blandat med en grundmasselege- ring för erhållande av en sammansatt legering för beläggning av ett verktyg. Den amerikanska patentskriften 4 075 999 beskriver en nickel- baserad legering innehållande krom, kol och molybden för användning som ett överdrag på högtemperaturbeständiga produkter. Den amerikans- ka patentskriften 4 130 420 beskriver en nickel-krom-baserad legering innehållande volfram, kobolt och molybden, vilken är särskilt bestän- dig gentemot erosion genom smält glas. I den amerikanska patentskrif- ten 4 093 454 beskrives ett sätt för framställning av sintrade alster av en nickelbaserad legering innehållande krom, volfram och kobolt.

Var och en av de legeringar enligt tidigare teknik som anges i tabell 1, karakteriseras generellt genom en hög grad av hårdhet. Emellertid uppvisar icke samtliga legeringar enligt tidigare teknik goda varmhård- hetsegenskaper. Många av dessa legeringar uppvisar föga eller ingen plasticitet, som begränsar deras användning till.tillämpningar som icke medför hög slagpåkänning eller höga nivåer av dragspänning. På grund av de olika kompositionerna varierar legeringarna enligt tidi- gare teknik i graden av korrosionsbeständighet vid olika korroderande medier. Vidare kan graden av slitbeständighet hos legeringarna enligt tidigare teknik variera beroende på typen av slitage, som de utsättes för, dvs slipande eller anliggnings-slitage.

Legeringar enligt tidigare teknik, som nämnts ovan, innehåller vanli- gen i avsevärda mängder en eller flera av metallerna kobolt, volfram, molybden och andra. Dessa metaller har blivit ytterst dyrbara och/el- ler uppvisar knapp tillgång på grund av deras strategiska betydelse.

Vardera av legeringarna enligt tidigare teknik karakteriseras generellt genom en eller två framträdande mekaniska egenskaper, t.ex. hårdhet vid hög rumstemperatur, varmhårdhet, korrosionsbeständighet eller slaghållfasthet.

Problemet med slitage för industriella och kommersiella alster har publicerats i ökad utsträckning på senare år. Man har nu blivit upp- märksam på behovet av legeringar, som motstâr de olika typerna av sli- tage. Tills på senare tid har man generellt ansett att hârdheten en- bart var måttet på slitage. Ett hårt material antogs vara ett slitbe- 801037 66-6 ständigt material. Ju hårdare materialet var desto större antogs slit- beständigheten vara. Detta har emellertid visat sig vara falskt till följd av nya slittestningsprocedurer, som har utvecklats. Det visade sig nödvändigt att testa en mångfald olika typer av slitage, t.ex. an- liggnings- och slipande slitage. Vidare kan vissa legeringar motstå anliggningsslitage men icke slipande slitage, och naturligtvis kan mot- satsen vara sann. Anliggnings- och slipande slitprov,«ningar beskri- ves nedan.

Ett huvudsakligt ändamål med denna uppfinning är att åstadkomma nickel- baserade legeringar, som uppvisar utmärkta slitegenskaper.

Ett annat huvudsakligt ändamål med uppfinningen är slitbeständiga nic- kelbaserade legeringar, som eventuellt kan innehålla en minimimängd volfram.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är slitbeständiga nickelbase- rade legeringar, som uppvisar en önskvärd kombination av mekaniska egenskaper, inklusive slaghâllfasthet, korrosionsbeständighet och varm- hållfasthet.

Dessa och andra ändamål uppfylles genom legeringarna enligt denna upp- finning, såsom de visas i tabellerna 2 och 3. Tabell 2 visar områdena för kompositionen för legeringen enligt denna uppfinning. Tabell 3 an- ger kompositionerna för legeringar, som framställts och testats som exempel på denna uppfinning.

Legeringen enligt denna uppfinning innehåller väsentligen nickel, krom och molybden, tillsammans med en kritisk avvägd mängd bor, kol och ki- sel. Dessa element är närvarande för egenskaper, som är välkända för legeringar enligt tidigare teknik av denna klass, såsom visas i tabell 1. Det väsentliga i uppfinningen ligger emellertid i de kritiska pro- portionerna av elementen inom de i tabell 2 visade områdena. Vissa element, som t.ex. volfram, mangan, järn, koppar och kobolt,kan vara närvarande inom de angivna områdena som tillsatselement, som normalt återfinnas i denna klass av legeringar, eller kan tillsättas för upp- nående av vissa gynnsamma effekter, alltefter behov. Såsom anges är resten nickel och de sedvanliga föroreningarna, som åtföljer legering- ar av denna klass. Dessa föroreningar innefattar fosfor, svavel och liknande. Halten av sådana element måste hållas så låg som möjligt.

Qüåïóó-”é Det visade sig att, för att erhålla legeringen enligt denna uppfin- ning i olika användbara former, kan vissa modifikationer av komposi- tionen inom områdena föreslås. Exempelvis är i tabell 2 det typiska området "A" föredraget, då legeringen skall tillverkas i form av gjut- stycken, t.ex. gjutna svetsstänger etc. Förhållandet kolzbor är före- trädesvis ca 2:1.

Det typiska området "B" föredrages, då legeringen tillverkas i form av rörtråd, även benämnd kärntråd, m.m. Legeringen 1) framställes som metallpulver, 2) inneslutes i ett metallhölje (vanligen övervägande nickel) och 3) det fyllda höljet (röret) reduceras därefter till den önskade svetstrådsstorleken. Legeringarna 1695, 1695-7 och 1695-7A, som beskrives i tabell 3, framställdes i form av rörtråd. Det torde noteras, att dessa legeringar uppvisar ungefär lika stor hårdhet, oav- sett förhâllandet kol:bor.

De data, som erhållits genom ett antal testningsmetoder, som beskrives nedan, visar tydligt att legeringen enligt denna uppfinning uppvisar en mycket värdefull kombination av mekaniska egenskaper. Dessa egen- skaper innefattar varmhårdhet, korrosions- och slagbeständighet, samt slipande och anliggningsslitbeständighet. Dessa egenskaper kräves i synnerhet för alster för användning som styrdetaljer för kedjesågar, fluidventiler, ventiler och andra komponenter för förbränningsmotorer, gas- och ângturbindetaljer och liknande.

Det slipande slittestet, som diskuteras här, utfördes med användning av en testenhet med torr sand, såsom beskrives i “ASME 1977 Proceedings Wear of Materials, sid. 77, ASME, 345 East 47th Str., New York, New York 10017. I korthet innebär detta test att proverna pressas mot ett roterande gummihjul, medan torr sand inmatas mellan provet och hjulet.

Metallförlusten från provytan mätes för bestämning av slitegenskaperna.

Det anliggande slittestet, som diskuteras här, utfördes på en Model LFW-1 Friction and Wear Test Machine, tillverkad av Fayville-Lavalley Corporation, Downers, Grove, Illinois.

Testet beskrives i ASTM Specifikation nr D-2714-68. Denna testprocess benämndes ursprungligen "Dow Corning" slittestet. Det anliggande tes- tet avser väsentligen icke-smord metall-till-metall slitage. I korthet innebär detta test att ett prov (block) pressas under olika belastnin- gar mot ett roterande metallhjul (ring). Metallförlust från slitytan 8003766- 6 är en indikation på metall-til1-metall-slitegenskaperna för den tes- tade legeringen.

Tabell 3 visar kompositionerna för exempel på legeringar enligt denna uppfinning tillsammans med deras hårdhet vid rumstemperatur. Hårdhets- värdena anges i Rockwell "C" skalan (Rc). Prover erhölls från en gju- ten stång tilbnnkædav varje legering, utom såsom angivits ovan.

Tabell 4 visar data erhållna från korrosionstest i olika korroderande medier. För dessa prov erhölls varje legering som en flerskiktsavsätt- ning av gjuten stång medelst gasvolframbåge på en kyld kopparplatta.

Korrosionstestet bestod av fyra stycken 24 timmars nedsänkningar i de olika medierna vid de visade temperaturerna. Varje värde är ett medel- tal av två prover. Korrosionshastigheterna anges i mm per år.

Data visar att legeringen enligt denna uppfinning, legering 116, upp- visar överlägsen korrosionsbeständighet jämfört med de testade nickel- baserade legeringarna, och legering 116 kan även med framgång jämföras med den koboltbaserade legeringen nr. 6.

Tabell 5 visar data erhållna från tre tester, nämligen varmhårdhet, slipande slitage och slagprov.

Varmhårdhetstestning utfördes på legering 108-1 enligt denna uppfin- ning och andra slitbeständiga legeringar. Testningen utfördes i en Marshall Model 58-HD Vacuum Hot Hardness Testing Furnace. Denna stan- dardtestprocedur beskrives i Transactions of the ASM volym 50 (1958), sid. 830-837. Av legeringarna tillverkades gjutna svetsstänger genom suggjutning och avsättningar gjordes genom oxi-acetylenhårdsvetsning.

Legeringarna testades genom den välkända metoden i en vakuum-hårdhets- testenhet med användning av en 1590 g belastning med en 1360 safir- spets. Varmhårdhetsdata anges i tabell 5, varvid de genomsnittliga varmhårdhetsvärdena anges vid olika temperaturer i diamant-pyramid- hårdhetsvärden (DPH).

Dessa data visar att legeringen enligt denna uppfinning uppvisar ut- märkta varmhårdhetsegenskaper. Varmhårdheten är en viktig slitbestän- dighetsegenskap, i synnerhet för ventiler.

Slipprover, såsom anges i tabell 5, utfördes med torr sand-slittest- __ . r . 3 enheten, såsom beskrivits här. Vardena anges 1 volymforlust (1 mm ) 8003766@6 vid 2000 varv. Avsättningar framställdes genom Oxi-acetylen och gas- volframbåge. Data visade att de nickelbaserade legeringarna var gene- rellt överlägsna, men legeringen enligt denna uppfinning är överlägsen den koboltbaserade legeringen.

Slagprover utfördes genom den välkända oskårade Charpy-testmetoden.

Testproverna bestod av outspädda avsättningar av legering genom gas- volframbågprocessen. Värdena anges i Newton-meter. Data visade att le- geringen enligt denna uppfinning var överlägsen de nickelbaserade lege- ringarna och kan med framgång jämföras med den koboltbaserade legerin- gen, Tabell 6 anger data, erhållna från anliggnings- och slipande slitage- test och hårdhetstest. Vid anliggningstestet var belastningen 40,9 kg.

Vid det slipande testet kördes detta under 2000 varv. De testade lege- ringarna var av generellt liknande kompositioner utom med avseende på bor- och kolhalterna. Det torde noteras i legering 492 att borhalten är mer än två gånger kolhalten. I legering 493 är bor- och kolhalterna ungefär lika. I legering 494 föreligger icke någon borhalt. I legering 108-2 är kolhalten ungefär två gånger borhalten, vilket föredrages i gjutlegeringar enligt denna uppfinning. Data visar att legering 108-2, med C:B-förhållandet ca 2:l, är överlägsen de övriga gjutle- geringarna som icke uppvisar liknande samband mellan kol- och borhalt.

De optimala utföringsformerna för legeringar i typiska området "A" en- ligt denna uppfinning erhålles då förhållandet kolzbor är vid eller omkring 2:1. Data från experimentella legeringar visar generellt att de gynnsamma resultaten enligt denna uppfinning erhålles, då förhållan- det kolzbor är i området ca 4:1 - 4:3.

Legeringar enligt denna uppfinning tillverkades i form av gjutstycken, gjutna svetsstänger, rörtrâd, sintrade metallpulverdetaljer samt me- tallpulver. Det synes icke vara några problem att framställa legering- en enligt denna uppfinning genom någon av de inom tekniken kända pro- cesserna. Det är välkänt att speciell försiktighet erfordras för att erhålla den önskade kompositionen "i avsatt form" för avsättningar framställda genom rörtråd. Det ligger generellt inom teknikens förmå- ga att balansera kompositionerna för metallröret och metallpulvret för erhållande av den önskade kombinerade sammansättningen för avsättning- arna . 800-3766-6 Legering 196, i tabell 3, framställdes i form av pulver, utsattes där- efter för pressgjutning och sintrades till ett pulvermetallurgiskt alster. Det är emellertid underförstått att pulvermetallurgiska als- ter även kan framställas genom andra processer, dvs strängpressning, varmisostatisk pressning och liknande.

Ett sintrat testprov av legering 196 testades med avseende på varmhård- hetsegenskaper. I tabell 7 anges varmhårdhetsdata för legering 196.

Dessa data visade att legering 196 bibehöll ett användbart omrâde för hårdheten vid testningstemperaturen. 8ÛÛ3766~6 o.>ß nwummu øwuwwn zmvmufl Hw>@ flz+ou xma m awumwn @«|~« Qß|o« ||| o.°mA. Hz ||| ||| 1:.. ||| ||| N11 o .in ||| !.| |..| .E i- |l i- i- I- TS. o E- -I ..{ -i E GGHwGH xma m.o HH|m ~.o Hz+øu nwuwwu ~H|~.o w_m|m_m xme m ||| 11: ou ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| ||| m|o su xma m.o ||| ||| 111 xma N H|mo_o H.H|H m.Q .mo ||| ||| az xms « xma w m|m MN xme m o~|H.o °_m|>_~ xma w nøpmwu ||| mm OH m.m|w wflfwfl ||| z+os m~« mH|m_o >«_~|m~_N ll- ¶ ||| mH|o 3 ||| ||| «1m_m ||| ||| H|mo.o 11» ||| NH|@ :ln m m~.O m>.~ mß_o =m>_H »N |m~.o >.N «.H m_m|fl_o ßH.°|mfl.o m_m|H ~|o m_m|>~H 0 NMÉ NNE m.0 o.H _m|m ||| xms N m.H«mQ.o «_H|N.fi H mo ||| w|H flw ofl Nmš ||| ||| ||| :+02 m_H o~|H.o m.@|>.m ~H1m ||« m|o oz >~|m~ flm|>~ mH|°H >~ om mm|o~ @_o«|>.@m o«|m~ o>|m~ mm|o~ Mu WN mm ow ¶ Han» w «m«.mm@_« o~«.omH.« www4mNm4« mmm4m4A4« «mm4wflw4« »nwa .uwmmfl .Hwmwfl .uwmmfl .ummmfl .uwmmfl lwfim Hmmcfluwmwfi mflfimflwnwääox cwumfluxmucmumm mxmsmxflnwäm umfiflcm u:wu0umux«> w Hmmcflummmfi nam cofluflmomšom fl Hfiwnma 80037 66- 6_ hamna: lwuønæw fimumwu cmumwu cmummn Qwummu møfim MZ M Mflfiu man M MMM» man M HHM» mms M Hfiflu mms oo M Hflfiu mms M Mflfiv mms M Hflflß man M Mflflu mm: ao o.H HMM» mms °.H Mfifiw mms M MMM» mms o.M MMM» mms sz M HHM» mm: M HHM» mms M_M Hflfiv man M MHH» mm: mm oz M Hfiflß mms M MHM» mms oz ~\M HMM» mms M\H Mfiflu mms 2 >.o mxuflo M.o mxuflu ~M~o|ø«.o o.H|~.o m M_o mxuflu H.H mxgfio M~_H1M>.Q M.H|oM.o u M_° mxuflo «_H mxwfiu «M.M|M>.o o.~|o@.o Mm M.@ mxuflo M mxnflu m.M|M_« oflnw oz MN manflu MM mxuflo M~|M.MM ~M|«M nu =m= mømuëo uxmflmæu =4= wwmnëo uxmflmmu wwmnëo uommnwwumm mflmnšo uuwnn u:wo0umßMfl> M øofißfiwomåom Cwmcflcüflumüí wmfiflnw Mmmcflnwmwfl N Hawnmä ucwñmfim 8003766-6 10 om ma.a mm m>_a mm ~m_o am m>.° mm ~«.a mm wa.a mm @w.° æm w~.a QN «w_a am >w_a cm >@_a mm om_a mm a°.a mm mo_a Nm om_a ma 0~.a mm @_a mmxmmmmmwm am u:wo0nmuxa> a cøauamomñox «~.a @a_a ow.Q mæ.o mm_c mN_a o~_a ¶~o_a ma~a oN.a ma_a ma.a ma.a mß.o oß_o ow_o o>.o w o«~o O>m.o Nm.c .wm.o mm_o ov.o ov~o mw.o mm~o mm~o Nm~o mm.o æm~o æm.o Nm.o Nm.o mß~o m mm.° o_~ OU oa_~ «~_N n n n n n n n N N N N N N N N r-fl k § O O O O O O (V7 N N MM m>~a wN~a n n n n n n n r-{ Pi Pf I-l r-l I-I r-l r-I æ | n n O O O O O O O u-i r-l 3 >~.« >~.@ wm.m mQ.@ LD n n æ kQfl' G\ Ch m 01 Ch Oï lfi Lfi H1 n n n l\ KD XD Lfi ln Lfi LD LO LO \D LD <2' n n n n n n n ål cwmcaflcawmmø uoaacw ummnammmma m aawnmü wm.m~ a>.w~ N.@N m.m~ @_m~ o_m~ w_w~ w.w~ ß.wN >.æ~ >.w~ >.w~ >_w~ >_w~ «.w~ m_w~ mw mm = :mamma am wma maa 4ß|mmwa ßlmmwa mama mßoæ Nma maa wlwoa mxæoa w|æoa mlæoa Nlwoa alæoa mmw maa aoa Hc mcauwmwa 80-03.? 66- 6 ll nmmcficxcwmwmø Åumëäfiu wav Nunn “>0Hm#mwu m>u Ham amßfiwøwñ x Hflïß owwiï mwoáv 2:10 6 owß vommm w om wHm.~« @mQ_om N~«_H mo@.o Au omwv mozm W mw 3%? wwmá mmoâv mwoáv 8 0%: vom? w m Émïfi .. mwóâ v Se... Awwnmxoš mhåwfißpw w om mmïfi .SNS mwoâv 206V 36.539: mëflwvfiubw w 3 cv møfluwmwfl wm wcflnwmwfl w mcfluwmwfi wflfi mfiflummwfl Hm Hmm EE uosmfipmmsmcofimonnox Mflflxmu mnmmflwfiu umflflcw umwcflnwmwfi 300 cmmfiflncfiwmmd umflficw ummcfluwmwfi Hmm Lwwwswfipmmsmcofimoanox cmflflwä wmflwumuëmh v Hfiwßmà flšøfiflwñ 8003766-6 12 Tabell 5 Data för mekaniska egenskaper från olika test.

Varmhårdhetstest (kg/mm3) temp (OC) legering 108-2 legering 6 legering 28 legering 40 426,7 365 300 475 555 537,8 345 275 450 440 648,9- 310 260 390 250 760,0 190 185 265 115 Avnötningstest (mm3 vol. förlust) 2000 varv avsättningar från legering legering legering legering 6 28 40 108-2 oxi-acetylen 35 8 17 15 gasvolframbåge 60 K 13 11 50 Slaggrov (Nm) legering legering legering legering 6 28 40 108-2 oskårad enligt Charpy 23,12 2,72 1,36 14,96 80037 66- 6 13 Tabell 6 Jämförelse mellan slitage och hårdhet Valda legeringar med olika kol-till-borförhållande slitagevolymförlust (mm3) anliggnings- legering B C test sliptest hårdhet Rc 8-492 0,84 0,31 0,08 79 34 8-493-l 0,62 0,60 0,25 57 29 8-494-1 0 1,26 0,19 68 32 8-108-2 0,58 1,15 0,05 57 33 Tabell 7 Legering 196 hårdhetstest Testbelastning - l590 gram temperatur (OC) DPH* Rockwell 760,0 162 B-32,4 648,9 224 C-16,6 537,8 245 c-21,3 315,6 259 C-23,8 93,3 302 c-3o,o cirka 26,7 308 C-30,3 cirka 26,7 (Kentron)** 302 C-30,0 *DPH- X Diamond Pyramid hårdhetstal X Kentron - jämförande standardtest

Claims (6)

abesvee-6 W Patentkrav

1. Legering, k ä n n e t e c k n a d av att den väsentligen består av, uttryckt i viktprocent: krom 24 - 32, molybden 4 - 10, kisel 0,6 - 2,0, kol 0,6 ~ 1,8, bor 0,2 - 1,0, volfram upp till hälften av molybdenhalten, järn upp till 5, mangan upp till 1,0, koppar upp till 3,0, kobolt upp till 5,0 och resten nickel samt oavsiktliga föroreningar.

2. Legering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att förhållandet kolzbor är mellan 4:1 och 4:3.

3. Legering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den består av, i viktprocent: krom 25,5 - 29, molybden 4,3 - - 8,5, kisel 0,79 ~ 1,84, kol 0,75 - 1,29, bor 0,4 - 0,82, volfram upp till hälften av molybdenhalten, järn upp till 3,2, mangan upp till 1,0, koppar upp till 3,0, kobolt upp till 5 och resten nickel och oavsiktliga föroreningar.

4. Legering enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att den består av, i viktprocent: krom cirka 29, molybden cirka 6, kisel cirka 1,4, kol cirka 1,1, bor cirka 0,6, volfram, järn och koppar vardera upp till 3,0, mangan upp till 1,0, kobolt upp till 5 och resten nickel och oavsiktliga förore- ningar.

5. Legering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den består av, i viktprocent: krom cirka 27, molybden cirka 6,5, kisel cirka 0,8, kol cirka 0,8, bor cirka 0,7, volfram, järn och koppar vardera upp till 3,0, mangan upp till 1, kobolt upp till 5 och resten nickel och oavsiktliga förore- ningar.

6. Alster, k ä n n e t e c k n a t av att åtminstone ytan på alstret består av legeringen enligt krav 1.