SE440463B - Hardsvetsad metallyta samt sett och medel att framstella denna - Google Patents

Description

'7803552-4 och som ett resultat uppträder icke önskvärda variationer i hård- het i den resulterande stelnade hårdsvetsade ytan.

Under beläggning med såväl gjuten som koboltbunden volframkarbid på järn- och stålunderlag, upplöser det smälta järnet i underlaget en del av volframkarbiden och vid kylning resulterar detta i ut- skiljning av blandade karbider (FeW)6C och Fe3W3C enligt följande formel 3WC+9Fe -->Fe3W3C+2Fe3C, resulterande i en väsentlig ut- armning av det belagda volframet till en mindre nöthållfast fas.

I sådana fall där volframkarbid användes för hârdsvetsning erford- ras på grund av den höga densiteten hos volframkarbid en relativt stor vikt av densamma för adekvat hârdsvetsning.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sätt att hårdsvetsa med användning av ett material innehållande vana- dinkarbid och fritt kol för att åstadkomma en hârdsvetsad yta som har nöthållfasta egenskaper åtminstone jämförbara med de åstadkomna genom användning av vanlig volframkarbid.

Ett annat syfte är att åstadkomma en hârdsvetsad metallyta och ett medel för framställning av en sådan metallyta.

För uppnående av dessa syften hänför sig uppfinningen till en hård- svetsad metallyta hos ett underlag av järnlegering, vilken yta är bildad genom smältning av en del av metallytan och anbringande på den smälta delen av metallytan en fast komposition som innehåller vanadinkarbid och kol, vilken kännetecknas av att den fasta kompo- sitionen, som användes för framställning av metallytan, i huvudsak består av kemiskt bundet vanadin och kol som VCOI89 och fritt kol i en mängd av ca 5,7 till 15,4 vikt% av det kemiskt bundna vanadi- net och kolet. Vidare hänför sig uppfinningen till ett sätt att framställa en hârdsvetsad metallyta hos ett underlag av en järn- legering genom att bilda en bindning mellan ytan och ett hårdsvets- ningsmaterial, som innehåller vanadinkarbid och kol, vilket känne- tecknas av att man som hårdsvetsningsmaterial använder en komposition som består i huvudsak av kemiskt bundet vanadin och kol som VCÛI89 och fritt kol i en mängd av ca 5,7 till 15,4 vikt% av det kemiskt bundna vanadinet och kolet. Slutligen hänför sig uppfinningen till ett medel för framställning av en hârdsvetsad metallyta, vilket utgöres av en hårdsvetsningsstav innehållande vanadinkarbid och kol och vilket kännetecknas av att staven består av ett metallhölje in- 78035524 nehållande ett hårdsvetsningsmaterial bestående i huvudsak av kemiskt bundet vanadin och kol som VC0'89 och fritt kol i en mängd av ca 5,7 till 15,4 vikt% av det kemiskt bundna vanadinet och kolet.

Andra syften kommer att framgå av efterföljande beskrivning och krav i samband med bifogade ritning hos vilken fig. 1 visar ett fotografi (originalförstoring 1OX) av en granul av hârdsvetsnings- material att användas enligt föreliggande uppfinning och fig.2 är ett mikrofoto (originalförstoring 1500X) av hårdsvetsningsma- terial att användas enligt föreliggande uppfinning.

Föreliggande uppfinning är således inriktad på en förbättring av vanliga sätt för hårdsvetsning av underlag, vilket innefattar att man använder som hårdsvetsningsmaterialet ett fast material be- stående i huvudsak av kemiskt bundet vanadin och kol och obundet eller fritt kol, varvid det kemiskt bundna vanadinet och kolet är bundna som VC 0,89 och fria kolet föreligger i en mängd från ca 5,7 till 15,4 vikt% av det bundna vanadinet och kolet. Nyssnämnda kompo- sition kan även innehålla upp till 15 vikt% i aggregatet av kobolt, järn, nickel och molybden, företrädesvis 3-6 %.

Det ovan beskrivna hårdsvetsningsmaterialet att användas vid sät- tet enligt föreliggande uppfinning bildas av vanadinkarbidkorn, VS 0,89, som har fritt kol dispergerat mellan kornen av vanadin- karbid. Detta exemplifieras i mikrofotot fig. 2, som med en ori- ginalförstoring av 1500X visar vanadinkarbidkornen som grå, och fritt kol som svarta områden; exempelvis kan vanadinkarbidkorn ses vid 10 och 20 med fritt kol indikerat med 30. De vita områdena 40 är kobolt. Kompositionen enligt fig. 2 innehöll 22 % kol (5,7 % fritt kol) och 3 % kobolt.

Olika tekniker kan användas för att framställa ovan beskrivna hård- svetsningsmaterial från vanliga utgångsmaterial, inbegripande ele- mentärt vanadin, kol och vanadinoxider, men den föredragna formen för hårdsvetsningsmaterialet att användas vid sättet enligt före- liggande uppfinning är finfördelat kallpressat och sintrat, exem- pelvis under väteatmosfär eller i vakuum, och därefter granulerat såsom visas av exemplen i efterföljande beskrivning. I dessa exem- pel blandas utgångsmaterialen vanadin, kol och kobolt, pressas och sintras under väteatmosfär vid förhöjda temperaturer, t.ex. ca 1200- vaozssz-4 4 1600°C och under perioder, exempelvis från 0,5 till 3 timmar, tillräckliga för att åstadkomma förut beskrivna material.

Hårdsvetsningsstaven enligt föreliggande uppfinning är avsedd att användas vid hårdsvetsning av underlag på järnbasis, exempelvis mjukt kolstål, Hadfield-stål och liknande. En sådan hårdsvetsnings- stav består av ett metallhölje eller rör bildat av de vanliga metal- lerna för sådana syften såsom järn, stål, aluminium, koppar och lik- nande innehållande däri en hårdsvetsningskomposition som ovan beskri- vits.

Sättet att hârdsvetsa enligt föreliggande uppfinning kan tillämpas medelst kända gas- och elektriska svetsningstekniker, exempelvis gassvetsning, ljusbågssvetsning och andra tekniker beskrivna i “Master Chart of Welding Processes" - American Welding Society (1969), under användning av vanliga flussmedel.

Hårdsvetsningssättet enligt föreliggande uppfinning kan även till- lämpas med kända plasmasprutnings- eller beläggningstekniker ("Flame Spray Handbook" vol. III - METCO INC. (1965)).

Vid hårdsvetsning av metallunderlag i enlighet med föreliggande uppfinning medelst ovannämnda vanliga tekniker blir det metalliska underlaget och det påförda hårdsvetsningsmaterialet metallurgiskt bundna.

Efterföljande exempel belyser material att användas som hårdsvets- ningskompositioner i enlighet med föreliggande uppfinning.

Exempel 1 Följande material användes för att erhålla en kallpressad, sint- rad hårdsvetsningskomposition av VC 0,89 med 5,7 % fritt kol och 3 % kobolt (25 % totalt kol) för att användas vid sättet enligt föreliggande uppfinning: (a) 450,8 g av i handeln erhållbart material (Union Carbide Corporation) innehållande blandad V2C+VC, storlek 65 mesh och finare med följande analys: 83,18 % V 13,21 % C 2,3 % O 0,50 % Fe 78035524: Rest fukt och tillfälliga föroreningar (b) 73,2 Acheson (varumärke för Union Carbide Corporation) kvalitet G39 grafitpulver, storlek finare än 100 mesh. (c) 15 g koboltpulver, extra fin kvalitet från African Metals Corp.

Pulvren placerades i en kulkvarn (203 mm diameter x 279 mm höjd, 10,25 av 12,7 mm diameter kulor) roterades med 110 varv per mi- nut under 40 timmar. Efter 40 timmars malning, valspfessades ma- terialet till ark (densitet 3,76 g/cm3). Det valspressade mate- rialet krossades till granuler 12-28 mesh. Granulerna placerades i grafitskepp och sintrades i en genomskjutningsugn med molyb- denslinga och ren vätgasatmosfär. Sintringscykeln var följande: Grafitskeppet placerades innanför ugnsdörren under 0,5 h, för utdiffundering av restatmosfär. Skeppet flyttades sedan till en 900-1200°C zon för att tillåta reduktion av varje restoxid och för avlägsnandet av reduktionsprodukterna. Sedan framflyttades skeppet till den varma zonen av 1400°C och hölls där 1,5 h för att åstadkomma sintring av det kallpressade materialet.Skeppet sköts sedan ut från den varma zonen till en vattenkylkammare och bragts till rumstemperatur inom 12 minuter. Granulerna var lätt bundna till varandra men kunde utan svårighet separeras i en käftkross. Frånsett ingående kobolt bildades materialet av kemiskt bundet vanadin och kol, VC 0,89 och ca 5,7 % obundet kol.

Det kallpressade och sintrade materialet som framställts i före- gående exempel gavs partikelstorlek ca 12-32 mesh och användes som ett hårdsvetsningsmaterial på följande sätt: Granulerna blandades med ca 5 % flussmedel som hade följande komposition: 25,00 % grafit 19,57 % Al2O3 20,00 % Fe2O3 5,00 s; Mgo 20,00 % (17,4% Si; 66,1 % Mn; 1,7 % C) 10,00 % NiO 0,25 % borax - vattenfri 100,00 % ,,..._._.____.__.__.__..7 _ ..._..._..__--.-_-»-_._.- . ._ _.__...._ _... . ._ ._ »___ 78035524» ' Flussmedlet bands till kornytan för att hindra avskiljande ge- nom vätning av blandningen med en 50 % lösning av natriumsili- kat. En rörstav av mjukt kolstâl med en ände tillklämd packa- des med ovannämnda korn. Den packade relationen var ca 50 % järn- rör och 50 % fyllning. Röret och fyllningen torkades sedan över en natt i vakuum vid 90°C. Båda ändarna av staven tillklämdes dubbelt och staven kallvalsades med ca 20 % volymreduktion för att tätt hålla kornet. Staven i denna form kunde användas för att belägga hårdsvetsningsmaterialet på en järnlegering som underlag med användning av vanlig elektrisk svetsningsteknik.

Exempel 2 Olika vanadin, kol, kobolt hårdsvetsningskompositioner framställ- des med följande av proceduren enligt exempel 1, såsom visas i efterföljande tabell A.

Hårdsvetsningskompositionerna belades på underlag av rent mjukt kolstål och av Hadfield-stål med användning av elektrisk svets- ningsteknik. Vid startpunkten bragtes metallunderlaget till svets- ningstemperatur, dvs. ytan bragtes till smältpunkten och det hård- svetsande materialet belades med ett minimum av inträngning hos underlaget. Det smälta metallhöljet band granulerna till underla- get och en metallurgisk bindning bildades mellan hårdsvetsnings- materialet och underlaget vid stelning av den smälta metallen.

De erhållna hårdsvetsade ytorna provades beträffande nötnings- motstånd med tillämpning av ett nötningsprov med ett gummihjul- sand. Nötningsprovet genomfördes som följer: Ett stålunderlag 25,4 mm x 76,2 mm x 12,7 mm hårdsvetsades genom att belägga det med hârdsvetsningsmaterial och den hårdsvetsade ytan slipades plan. Ett 232 mm diameter x 12,7 mm tjock neoprenskiva eller hjul (durometerhårdhet shore A 50-60) användes med den hârdsvetsade ytan och medelst.neoprenhjuletbelastades med en kraft av 3,86 kgm.

Kvartssand (sandblästringssand storlek 2, QROK) matades i över- skott mellan neoprenhjulet och den hårdsvetsade ytan medan neo- prenhjulet roterades med 200 varv per minut i 200 varv. Prov- stycket vägdes före och efter proceduren och proceduren upprepa- des till dess en konstant viktförlust erhölls för upprepade prov- ningar och denna viktförlust användes som ett mått på nöthärdig- heten. De erhållna resultaten visas i tabell A. 73035524» N86 5 36 m6 Nm... 36 8.9 NNÉ G86 ä ...NN N15 N 2 E Boa å :im Nå 2.0 8.0 NNÉ oïfi Nää 8 å? Na N mN R N55 NN 26 m6 8.0 8; NEN NQNN wäd E 0.5 ä... N NN NN E05 mß Nñm m6 26 E; NQJN oïww Nää R 0.3 Na N m: Nm .. | 1 u | | 1 | :Ba E maa 1 N t NN I 1 | | | | | I wmoa 2 osm | N 2 3 m N »wsflmwfinš .ämflfi må E N »mšhßfišà Npwåän m »måuws då 8 u > Nöummmfifiwz . SQHW: HHmBMOOM Hflmrwflwflämm mm .nmmfiwnnwpwä fiflfiüfim O Hmßnfi.. Z O 00 > Gm w nä., Hmumfiox uMøfiE wa .flmmmfiwnñmvmšw .Üxwfiw m0: mmfimsm á Ünwflmn.

Rväwmñfiwz NNšuom HHÉUOm uuHHm Hmfln .fiwßmflox nä? .öuæemmfin wnwämwfifizmugwnfixwflm »mumäwumm Nflfiox »åns mm ämfiämwfiß wwmßwä »äfifläflm a... mšš w :Ofluflmoßrdx LmmšwÉ lå.. NÉNNQN 78035524! Nötningsförhâllandet för beläggning med V+25C (9,3 % fritt kol) material i enlighet med föreliggande uppfinning är minst lika god som den hos gjuten volframkarbid och överlägsen den hos annat pro- vat vanadin-kolmaterial.

En ytterligare fördel är den höga segheten hos beläggningen som âstadkommes med materialet enligt föreliggande uppfinning. Efter- som vanadinkarbid är endast begränsat löslig i järn, förblir den anlöpta martensitiska järnmassan i beläggningen omättad och seg.

I föreliggande uppfinning anses närvaron av fritt kol dispergerat mellan kornen av vanadinkarbid förhindra avkolning under hårdsvets- ningen av VC 0,89 till lägre karbider som ej är så hårda och nöt- hâllfasta som VC 0,89.

Fritt kol som upplöses i det smälta järnet på underlaget kommer även att tendera till att sänka smältpunkten hos järnet och göra det mera flytande och sålunda underlättas bättre blandning mellan järnet och hårdsvetsningskarbiden, vilket befrämjar bättre flyt- ningsegenskaper hos den svetsade beläggningen.

Ytterligare provningar genomfördes med användning av hårdsvetsnings- material framställda i enlighet med proceduren visad i exempel 1.

Dessa resultat visas i tabell B.

Som det framgår av tabellerna A och B åstadkommer hårdsvetsnings- materialen innehållande fritt kol i enlighet med föreliggande upp- finning ökad hårdhet och nöthållfasthet hos de erhållna hårdsvet- sade underlagen. 780355244 wvo.o vßo_o mN-o owP.o cum Au mN > mp. o+> »Q omm ^o m.w~ > m.~w. o+> »Q cum Ao m.ßP > w_~m. u+> wa Oum AO N.mF >om_ U+> ßm >0HmwmGHGunc Uflmmnfiøfißfišäøw »m=H~n«pxfi> emnmflfiflfiz nofluflmomäoxcuom m Hawnmß Hox puflum W m.m mmm u> u pufluw :mus mw.c u> cflwmcß> uuflum .Hex mwn

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 jeozssz-u p g w 1982-os-17 Patentkrav

1. Hårdsvetsad metallyta hos ett underlag av järnlegering, vilken yta är bildad genom smältning av en del av metallytan och anbring- amàapå den smälta delen av metallytan av en fast komposition som innehåller vanadinkarbid och kol, k ä n n e t e c k n a d av att den fasta kompositionen, som användes för framställning av metallytan, i huvudsak består av kemiskt bundet vanadin och kol som VCO,89 och fritt kol i en mängd av ca 5,7 till 15,4 vikt% av det kemiskt bundna vanadinet och kolet.

2. Sätt att framställa en hârdsvetsad metallyta hos ett underlag av en järnlegering genom att bilda en bindning mellan ytan och ett hårdsvetsningsmaterial, som innehåller vanadinkarbid och kol, k ä n n e t e c k n a t av att man som hârdsvetsningsmaterial använder en komposition som består i huvudsak av kemiskt bundet vanadin och kol som VCOI89 och fritt kol i en mängd av ca 5,7 till 15,4 vikt% av det kemiskt bundna vanadinet och kolet.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att hårdsvets- ningskompositionen är ett fast material i finfördelad form.

4. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att hårdsvets- ningskompositionen är ett kallpressat och sintrat fast material i finfördelad form.

5. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att kompositionen innehåller upp till 15 % kobolt, beräknat på mängden kemiskt bun- det vanadin och kol.

6. Medel för framställning av en hârdsvetsad metallyta,vilket utgöres av en hârdsvetsningsstav innehållande vanadinkarbid och kol, k ä n n e t e c k n a t av att staven består av ett metall- hölje innehållande ett hârdsvetsningsmaterial bestående i huvud- sak av kemiskt bundet vanadin och kol som VCOI89 och fritt kol i en mängd av ca 5,7 till 15,4 vikt% av det kemiskt bundna vana- dinet och kolet. 11 vaozssz-4

7. Medel enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att hård- svetsningskompositionen är i form av ett kallpressat och sint- rat fast material i finfördelad form.