SE446462B - Kropp framstelld genom pulvermetallurgi - Google Patents

Description

446 462 2 till nötningsresistensen på grund av deras relativa hårdhet. Av denna anledning erhålles stora mängder vanadiumkarbíder av MC-typ genom att stökiometriskt balansera vanadiumbildaren av karbid av MC-typ, med kol. Det stökiometriska förhållandet för bildande av vanadiumkarbid av MC-typ utgör 1% vanadium och 0,20% kol. _ I Det inses att med ökning i karbidinnehållet reduceras stålets seghet. Dess- utom påverkas emellertid segheten och bearbetbarheten ogynnsamt genom den karbidsegregation som uppträder under stelning av göt eller andra gjuteripro- dukter av legeringen. Kolpartiklarnas tillväxt till en ogynnsamt stor storlek kan ej undvik-as. Följaktligen begränsas vid konventionella verktygsstål innehållet av vanadiumkarbid av MC-typtill ett maximum av cirka 8,2 volymsprocent.- Den amerikanska patentskriften 3,746,5l8 beskriver legeringarr baserade på kobolt, järn och nickel med ett flertal karbidbildande element på ett allmänt sätt men gör ej någon åtskillnad mellan de olika matrismaterialen eller de olika karbidbildande elementen eller uppställer någontövre gräns med avseende på nå- got av de karbidbildande elementen. Det är uppenbart att dessa faktorer ej an- sågs' vara av betydelse. I motsats härtill behandlar föreliggande uppfinning en- bart järnbaserade legeringar och vanadium som det kritiska karbidbildande ele- Jlentet och uppställer kritiska gränser med avseende på innehållet av vanadium och vanadiumkarbid. I Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är följaktligen att framtaga en kropp framställd genom pulvermetallurgi, vilken uppvisar ett stort innehåll av i huvudsak sfäriska och likformigtl fördelade vanadiumkarbider av MC-typ, vilket medför' avsevärt förbättrad nötningsresistens hos kroppen, samtidigt som seghet och bearbetbarhet upprätthålles vid godtagbara nivåer. _ Nämnda ändamål uppnås medelst en kropp enligt föreliggande uppfinning, vars kännetecken framgår av efterföljande patentkrav 1.

Uppfinníngen skall i det följandennärmare beskrivas med nägra utförings- exempel under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 visar ett mikro- fotografi av ett parti av en kropp av verktygsstål, framställd enligt föreliggande uppfinning och visande den karaktäristiska bildningen av vanadiumkarbid av MC-typ ílegeríngsmatrisen, fig. 2 visar ett. mikrofotografi, liknande fig. 1, men med ett större innehåll av vanadiumkarbid av MC-typ enligt föreliggande upp- finning, fig. 3 visar ett mikrofotografi, liknande fig. 1 och fig. 2 men med ännu större innehåll av vanadiumkarbid av MC-typ, vilket befinner sig vid den övre, tillåtna gränsen enligt uppfinningen och fig. 4 visar likaså ett mikrofotografi, liknande fig. 1, 2 ochiaß, men där innehållet av vanadiumkarbid av MC-typ över- skrider den övre gränsen enligt uppfinningen, varvid någrarav karbidkornen är större än 15 mikron till sin storlek, är ej i huvudsak sfäriska och ej likformigt ? 446 462 fördelade enligt föreliggande uppfinning. Fig. 5 visar ett mikrofotografi av ett parti av en kropp av verktygsstål med en sammansättning och i synnerhet ett vanadiuminnehåll enligt föreliggande uppfinning, men utgöres av en genom gju- teriteknik framställd kropp i stället för en kropp framställd medelst pulvermetall- lurgi, fig. 6 visar ett mikrofotografi av ett parti av en kropp av verktygsstål, liknande kroppen enligt fig. 5, men uppvisande ett större innehåll av vanadium, fig. 7 är ett diagram som visar förhållandet mellan slagseghet och innehåll av vanadiumkarbid av MC-typ, fig. 8 är ett diagram som visar förhållandet mellan nötningsresistens och innehåll av vanadiumkarbid av MC-typ, fig. 9 är ett dia- gram- som visar effekten av austenitiserande behandling på hårdheten hos en kropp framställd genom pulvermetallurgi enligt föreliggande uppfinning och iden- tifierad som prov CPM l0V och fig. 10 är ett diagram som visar effekten av tem- perering vid en tempereringstid på 2 + 2 timmar på hårdheten hos en kropp fram- ställd genom pulvermetallurgi enligt föreliggande uppfinning och identifierad som prov CPM 10V. i i Det häri utnyttjande uttrycket "vanadiumkarbid av MC-typ" hänför sig till den karbid som karaktäriseras av en ytcentrerad kubisk kristallstruktur, varvid "M" representerar det karbidbildande elementet, i huvudsak vanadium.

Detta innefattar även vanadiumkarbider av M4C3-typ och innefattar partiell er- sättning av kol med kväve och/eller syre för att omfatta vad som benämnas "ko1- nitrider" och "oxikolnitrider". Även om kroppen framställd genom pulvermetallur- gi enligt föreliggande uppfinning definieras häri såsom innehållande huvudsakli- gen samtliga vanadiumkarbider av MC-typ, inses att andra typer av karbider, såsom M6C-, MZC- och MzsCö-karbider också kan vara närvarande i mindre mäng- der, men är ej av betydelse med avseende på uppnående av ändamålen enligt föreliggande uppfinning.

Det häri utnyttjade uttrycket "kropp framställd genom pulvermetallurgi" användes för att beteckna en komprimerad förlegerad partikelsats, som har for- mats genom en kombination gav värme och tryck till en koherent massa med en täthet i slutligt skick, som överstiger 99% av teoretisk täthet. Detta uttryck inne- fattar även mellanprodukter, såsom tackor, göt, stavar och stänger och liknande, liksom slutprodukter, såsom föremål av verktygsstål, innefattande valsar, stan- sar, slitplåtar och liknande, vilka föremål kan framställas från mellanproduktfor- mer erhållna av den ursprungliga förlegerade partikelsatsen.

Allmänt vid genomförande av, föreliggande uppfinning erhålles en förlege- rad pulversats, vid vilken varje partikel däri uppvisar en matris av legeringsstål med en likforxnig dispersion av vanadiumkarbider av MC-typ inom området 10-18 ._.______....._.'.......__... ._....,._-. . .-.vw _....,. ._ .-.q-wa 446 462 O 4 volymsprocent, företrädesvis 1-5-17 volymsprocent eller 13,3 - 17,2 volymsprocent.

Karbiderna är avi huvudsak sfärisk form och är likforlnigt fördelade. Närmare bestämt har det förlegerade pulver, av vilket den pulvermetallurgiska kroppen enligt uppfinningen formats, en metallurgisk sammansättning, räknat i viktspro- cent, och innehåll av vanadiumkarbíd av MC-typ, räknat i volymsprocent, inom följande områden: Stort' område Fördelaktigt _ Fördelaktigt Mangan o,2-1,s o,4-o,a 0,2 1 Kisel . ' max. 2 i max. 1 max. 2 Krom 1,s-6 _ g 5-s,s 4,s-5.s Molybden 0,50-6 ' 1,15-1,4 Ü,80-1,'7 Svavel max. O, 30 max . 0 , 09 max . O , 14 Vanadium 6-11 9,25-l0,25 I 8-10,5 Kol “ 1,s-2,s ' 2,4o-2,so 2,2-2,e Järn* återstod i återstod återstod Vanadiumkarbif- I der av MC-typ (volymsprocent) ung.10-18 _ ung. 15-17 ung. 13,3-l7,2 * innefattar oväsentliga element och föroreningar, förekommande i praktiken vid stålfraznställning.

Kroppen enligt föreliggande uppfinning karaktäriseras vidare av att va- nadiumkarbiderna av 'MC-typ är i huvudsak sfäriska och likformigt fördelade.

Kolinnehållet är balanserat med vanadium-, krom- och molybdeninnehållet för att tillförsäkra tillräcklig mängd kol förratt den pulvermetallurgiska kroppen skall kunna värmebehandlas till en hårdhet av åtminstone 56 Rc (Rockwell C).

Med avseende på den metallurgiska sammansättningen av det förlegerade pulvret blir, om manganinnehållet befinner sig utanför den enligt ovan uppställ- da övre gränsen, den erhållna kroppen svår att härda till den lilla hårdhet som erfordras för bearbetningsändamål. Om å andra sidans manganinnehållet är för litet, kommer det ej att finnas tillräckligt mangan för att bilda de mangansulfiter som är nödvändiga för att ge adekvat bearbetbarhet. Om kiselinnehållet överskri- der den maximala gränsen, kommer kroppens hårdhet att i glödgat tillstånd vara för stor för bearbetning._ Krom erfordras för adekvat härdbarhet under värmebe- handlingen och befrämjar dessutom hållfastheten vid förhöjd temperatur. Om krom- innehållet är för stort, leder detta till bildande av högtemperaturferrit eller bibe- hållande av olämpligt stora mängder austenit under värmebehandling. Bildandet av högtemperaturferrit påverkar ogynnsamt bearbetbarheten under värme och 5 446 462. restaustenit motverkar uppnåendet av de önskade höga hårdhetsnivåerna under värmebehandling. Molybden, liksom krom, försämrar hållfastheten vid höga tem- peraturer och härdbarheten hos den legerade kroppen. Svavel befrämjar bearbet- barheten genom att tillförsäkra bildandet av mangansulfider. Kol bör balanseras med vanadium för att vanadiumkarbider av MC-typ skall bildas för att ge nöt- ningsresistens. Det är även nödvändigt för en adekvat matrishärdning att kolet är närvarande i en mängd som kombinerar all vanadium som är närvarande och dessutom är närvarande för förstärkning av matrisen.

En partikelsats med denna karaktäristik kan komprimeras medelst varje tänkbar pulvermetallurgisk metod till.den önskade produktforrnen så länge som sådana metoder ej medför överdriven, skadlig tillväxt och síntring av karbider- na. Det är att föredraga att använda den välkända tekniken med isostatisk vär- mepressning av en innesluten sats av' ett förlegerat, finfördelat pulver i en auto- klav.

Föreliggande uppfinning hänför sig till pulvermetallurgiskt framställda koinpositioner av legcringsstål och pulvermetallurgiska kroppar, som innehåller i huvudsak samtliga vanadiumkarbider av MC-typ. Genom att vidare reglera va- nadiumiiinehållet och innehållet av vanadiumkarbid av MC-typ vid kritiska nivåer erhålles en hittills ouppnåelig kombination av nötningsresistens och seghet sam- tidigt med godtagbar slipbarhet.

Föreliggande uppfinning illustreras medelst de legeringar som anges i ta- bell I. Legerixigarna CPM 6V, CPM 11V och CPM 14V preparerades genom (1) framställning av förlegerat pulver genom induktionssmältning och pulverisering medelst gas, (2) siktning av pulvret till en storlek av -40 mesh (antalet öpp- ningar i en sikt per linjär tum, överförd i siktad, maximal kornstorlek), (3) pla- cering av pulvret i behållare av mjukt kolstål med en diameter av cirka 140 mm (5,5 tum) en höjd av cirka 152 mm (6 tum), (4) avgasning och förslutning av behållarna, (5) upphettning av behållarna till cirka 1170°C (2140°F) och bibe- hållande av denna temperatur under 9 timmar, (6) komprimering genom inverkan av isostatiskt tryck av cirka 91MPa (13,2 ksi) till i huvudsak full täthet och (7) avkylning till omgivningstemperatur. De komprimerade kropparna blev sedan snabbt varmsmidda (med utnyttjande av en smidestemperatur av cirka 1090°C (2000°F)) till stänger med kvadratiskt tvärsnitt med en sida av cirka 25,4 mm (1 tum), från vilka olika provbitar preparerades. 44e?462 Üfluwwkßum _ wowmuowm wopwpmfim ÜOu wüüflfl Hëamfiwuw _ wopmuouw woëmpwpm mm ä; âfi mmé 8.0 S6 äá ämm _ -..i Howèå ¶ ¶ wwääs Qsahsomuv å; âá män ä... 36 .owá Nnfi -@Éw2øm_ wråämm ä; wfiä owåamä 3.0 wwä ¶ N12 J.- wmå åfiæ. om... Sá SQQÉN 3.0 ä; Nä .fiwfißw mmå E; 3.3 ä; æš Nää San ää -._- wTmB 3.0 3.2. å; 2.; S10 âä .äZ J.- 3-8» .näsmß 36 nad ä; ä; 36 ä; _ ma: -..ääflyfiøa Malå .mä N WU .mm å, Uäucmoouamäæfiokwv añTUE Ew wouvimwfiø UoM :Höna Awflwoohflwuvfigv, wfiflwummflmfinnmw vflwwfiøvmflfiflhmvmâwmvwflmkw >m .Dmflwfiflfi LHWn-mâhh Hmuw åøuøwcmwønño bm mfiuumfiwßmmpwx noo uGÉwMfiQGmwM .Pmfi EmU >ofl END >HHU >oO >É Emm. >Ü 290 å :mo mwzwå 7 i 446 462 För jämförande ändamål induktionssmältes liknande sammansättningar, iden- tifierade såsom C6V och C11V i form av smältor på cirka 45 kg (100 lb) och töm- des i fyrkantiga kokiller med cirka 127 mm 'sida (5 tum), fodrade med eldfast tegel. Dessa göt utsattes sedan för en smidesprocess (med användande av en upphettningstemperatur av cirka 1090°C dvs 2000°F) efter samma schema som har utnyttjats för de motsvarande pulvermetallurgiska kropparna CPM 6V och CPM 11V.

Det CBV-stål som redovisas i Tabell I kan smidas med iakttagande av stor var- samhet till fyrkantsstänger med 76,2 mm (3 tum) sida, medan C11V-stålet som redovisas i Tabell I utsattes för svåra brott vid den inledande smidesreduktionen och har således visat sig vara praktiskt taget obearbetbart. Den avgjort- överlägs- na bearbetbarheten under värme hos de pulvermetallurgiska produkterna CPM BV och CPM 11V har på ett avgörande sätt indikerats genom detta experiment.

Materialet från CPM 10V preparerades genom (1) framställning av förlege- rat pulver genom induktionssmältning och gaspulverisering, (2) siktning av pulv- ret till en storlek av -16 mesh, (3) placering av pulvret i en behållare avumjukt kolstål med en diameter av cirka 324 mm O.D. (12 3/4 tum) och en höjd av cirka 1524 mm (60 tum), (4) avgasning av behållaren, (5) upphettning av behållaren till cirka 1180°C (2l50°F), (6) komprimering' genom verkan av isostatiskt tryck av 82,5 MPa (12 ksi) till i huvudsak full täthet, (7) avkylning till omgivninge- temperatur. Den komprimerade kroppen (1) upphettades sedan till cirka l150°C (2100°F), (2) varmvalsades till ett valsämne med ett tvärsnitt av cirka 267 x 76 mm (lüä x 3 tum), (3) härdades, (4) konditionerades, (5) upphettades till 1135°C (2075°F), (6) smiddes till tvärsnittsdimensionerna 215,2 x 5,001 mm (8,469 x 1,969 tum) och (7) maskinbearbetades till tvärsnittsdimensionerna 203,6 x 44,83 mm (8,015 X 1,765 tum). ^ Materialet CPM l6V preparerades genom (1) framställning av förlegerat pulver medelst induktionssmältning och gaspulverisering, (2) siktning av pulvret till en kornstorlek av -20 mesh, (3) placering av pulvret i en behållare av mjukt kolstål med en diameter I.D. av cirka 25,4 mm (1 tum) och en höjd av cirka 101,6 mm (4 tum), (4) avgasning av behållaren, (5) upphettning av behållaren till 1190°C (2l75°F) och (6) komprimering genom verkan av en smídespress till i huvudsak full täthet.

För att erhålla en utvärdering av legeringarnas karaktäristik, utföres bestämningar av de nyckelegenskaper som är förknippade med deras kallbearbet- ningsegenskaper. Dessa innefattade: (1) míkrostruktur, (2) hårdhet i värinebe- handlat tillstånd såsom ett mått på hållfasthet, (3) böjhållfasthet samt slagseghet såsom mått på seghet och (4) nötningsgraden i ett nötningsprov med korslagda cylindrar såsom ett mått på nötningsresistensen. - 446 462 als' _ Karaktäristiken för vanadiumkarbiderna av MC-typ i kroppar av stålen CPM 6V, CPM l0V. CPM 11V, CPM 14V, C6V och C11V illustreras i fig._ l, 2, 3, 4,. 5 och 6. Genom applicering med en känd speciell selektiv etsningsteknilc (successiv applicering av reagensmedel av typ Pikral och Murakami) fås vanadium- - karbiderna av MC-typ att framträda såsom vita partiklar på en mörk bakgrund (innehållande alla andra mikrobeståndsdelar). Pikral består av 5 gram pikrinsyra i 100 ml etylalkohol, medan Murakamis reagensmedel består av 10 gram kaliumfer- ricyanid och 7 'gram natriumhydroxid i 100 ml vatten. Det är helt uppenbart att vanadiumkarbidpartiklarna av MC-typ är lilcformigt fördelade, små i storlek och i huvudsaklsfäriska till sin form i stålen CPM 6V, CPM l0V och CPM 11V enligt fig. 1, 2 och 3. I dessa stål är åtminstone 90% av vanadiumkarbiderna av MC-typ mindre än 3 mikron till sin storlek och ej någon är väsentligt större än 15 mik- ron i_ någon dimension. Å andra sidan karaktäriseras CPM 14V enligt fig. 4 och de genom gjuteriteknik framställda stålen C6V och CllV enligt fig. 5 och 6 ge- nom närvaron av klart större vinkelformiga, till exempel icke sfäriska, vanadium- karbider av MC-typ. Dessa stora vinkelformiga karbider uppträder i grupperingar över hela mikrostrukturen av kroppen och resulterar i en icke likformig fördel- ning av vanadiumkarbider av MC-typ. Med avseende till karaktäristiken hos va- nadiumkarbiderna av MQ-typ är stålen CPM 6V, CPM l0V och CPM 11V illustra- tiva för vanadiumkarbidens av MC-typ uppträdande i kroppar inom ramenuför fö- religgande uppfinning, medan karbiderna i stålen CPM 14V, C6V och CllV karak- täriserar kroppar som befinner sig utanför ramen för föreliggande uppfinning.

Förutom storleken, formen p och fördelningen av vanadiumkarbiderna av MC-typ skall enligt föreliggande uppfinning framhållas betydelsen av den i krop- parna närvarande mängden vanadiumkarbider av MC-typ. Den mängd av vanadium- karbider av MC-typ som är närvarande i stålen CPM 6V, CPM l0V, CPM 11V, CPM 111V, C6V och C11V beräknades utgående från det väl accepterade faktum att vanadiuminnehållet hos stålet är närvarande i form av karbider av typen MC eller M4C3, där M utgöres i huvudsak, av allt vanadium och vanadium/kolförhå1- landet är 5:1, räknat i viktsprocent. Det inses att i legeringar av denna typ finnes volfram vanligen närvarande såsom ett "vagabonderande" element, även om det ej avsiktligt tillsatts för något ändamål. För övriga material som utnyttjats för jämförande ändamål, beräknades den volymmässigt procentuella andelen för AISI A7 och D7 på samma grunderlsom för de experimentella stål som utnyttjar de nominella vanadiuminnehållen 4,75 och 4,0 viktsprocent såsom vanadiuminne- håll i stålen. För höghastighetsstålen AISI M2 och M4 togs de volymmässiga pro- centuella andelarna av vanadiumkarbidiiinehåll av MC-typ från-en teknisk publi- kation av Kaiser & Cohen i Metal Progress, Juni 1952, sidorna 79 - 85. 9 0 446 462 Hårdhet är ett mått på stålets förmåga att motstå deformation vid kallbe- arbetníng' eller varmbearbetning. En minimihårdhet på R c (Rockwell C) 56_erfor- dras vanligen. De resultat som presenteras i Tabell II erhölls vid hårdhetsprov enligt ASTM E18-67 Standard efter en värmebehandling, bestående av austenitise- ring' vid cirka 954°C (1750°F) under en timme, oljehärdning och tempererixig vid 260°C (500°F) under 2 timmar. i TABELL Il Innehåll av vanadiumkar- Ståltyp Framställningsmetod bid av MC-typ(vo1yms-%) Hårdhetfllc) CPM 6V pulvermetallurgi 10,5 62_ C6V gjuteriteknik 10 , 2 56 CPM 11V pulvermetallurgi 17,7 63 C11V gjuteriteknik 18 , 2 50 Överlägsenheten hos den produkt som produceras enligt föreliggande upp- finning (CPM 6V och CPM 11V) i förhållande till den medelst gjuteriteknilc fram- ställda produkten .(C6V och C11V) med avseende till uppträdande vid värmebe- handling framgår helt klart.

Prover av CPM l0V har utsatts för ett stort antal värmebehandlingar, bestående av austenitisering, kylning och .temperering Resultaten av austenitise- ring presenteras i fig. 9, där tid- temperaturförhållandet var enligt följande: _'l“_emperatur Tid (minuter °C (°F) 1010 (1850) 60 1066 . (1950) 60 1149 (2100) 15 1177 (2150) 10 1204 (2200) 4 1260 (2300) 4 Resultaten av temperaturbehandlingen visas i fig. 10. Från dessa figurer är det uppenbart att hårdheten 56 R c vid värmebehandling' kan uppnås för krop- par enligt föreliggande uppfinning i austenitískt och tempererat tillstånd över ett vidsträckt behandlingsområde.

Böjhållfasthet är ett mått på segheten. Bestämningen av denna egenskap utföres vid omgivningstemperatur på prover med 6,35 mm (1,4 tum) sida i tvär- snittet och en längd av cirka 47,6 mm (1 7/8 tum) med utnyttjande av trepunkts- belastning med en spännvidd mellan upplagspunkter på cirka 38,1 mm (1 ä tum) och applicering med en böjningshastighet av cirka 2,54 mm (0,1 tum) per minut.

Böjhållfastheten är den belastning som medför brott hos provet. Detta beräknas med användande av följande formel: 446 462 10 ålâ S = 2bh2 där s är bzsjhänfastheten (Pa) P är erforderlig last för att orsaka brott (N) L är spännvidd mellan upplagspunkter (m) b är provets bredd (m) h är provets höjd (m) De i Tabell III visade resultaten erhölls vid provning av provstycken som har värmebehandlats genom austenitisering vid cirka 954°C (l750°F) under en timme, oljehärdning och temperering vid cirka 260°C (500°F) under 2 + 2 timmar.

TABELL III ' i åfâxa Erafifilirfiæsæfl r , MPa (ksi) 'CPM 6V pulvermetallurgi 4795 (700) C6V 'gjuteriteknílš 2880 (420) Överlägsenheten hos den medelst pulvermetallurgi framställda produkten en- ligt uppfinningen är helt uppenbar. I Slagseghetsprov utfördes på prover av typ Charpy vid rumstemperatur enligt standardförfarandet ASTM E23-72 på prover med "en anvisningsradíe på cirka 12,7 mm (ä tum). Därvid erhölls de resultat som redovisas i Tabell IV.

TABELL IV Innehåll av vanadium- -FramstäIJnings-karbid av MC-typ (vo- filtya wii .Håaêllståc S1, se hetsvärde ' ' r p "_g_ÉNm LÜT CPM 6V pulvermetall- 10,5 62 47,5 35 lurg-i CPM l0V -"- 16,2 I 63 - ^ 24,5 18 CPM 11V -"- 17,7 ' 63 ~ 21,6 16 C6V gjuteriteknik 10 , 2 56 15 , 0 11 C11V 7 -"- 18,2 50 2,06 1,5 AISI _ >-"- 8,0 i 61 ' ll Typ A7* AISI -"- 9,0 63 16,3 12 Typ M4* - * från handelslager.

H _ 446 462 Av Tabell IV framgår att kropparna enligt föreliggande uppfinning, till och med med väsentligt större karbidinnehåll, var överlägsna i seghet i förhål- lande till de konventionella verktygsstålen för kallbearbetning eller varmbear- betning i deras optimalt värmebehandlade tillstånd för kallbearbetníligsändamål.

De värden på seghet som visas i Tabell IV presenteras grafiskt i fig. 7.

Dessa uppgifter visar att med innehåll av vanadiumkarbid av MC-typ överstigande cirka 18 volymsprocent minskar segheten hos produkter enligt föreliggande upp- finning till den seghetsnivå som uppnås på konventionellt sätt och således förlo- ras denna fördel hos uppfinningen.

För utvärdering av nötningsresistens utnyttjades nötningsprov med kors- lagda cylindrar. Vid detta prov placeras ett cylindriskt prov med 15,9~mm (5/8 tum) diameter av respektive kallbearbetat eller varmbearbetat material och ett cylindriskt prov med 12,7 mm (15 tum) diameter av volframkarbid (med 6% kobolt- bindemedel) vinkelrätt mot varandra. En belastning på cirka 66,8 N (15 lb) appli- ceras- medelst en vikt på en hävarm. Därefter roteras cylinderprovet av volfram- karbid med en hastighet av 667 varv per minut. Ingen smörjning anbringas. Allt eftersom provet framskrider utvecklas ett förslitningsställe på provet av verktygs- material. Med vissa mellanrum bestämmas nötningsgradeni genom mätning av dju- pet på förslitningsstället på provet ochgomvandling av detta till en nötningsvolym medelst ett förhållande som speciellt härletts för detta ändamål. Nötningsresisten- sen, eller det reciproka värdet av nötningshastigheten beräknas sedan enligt följande formel: 1 LAs LTTd AN Nötningsresistensen = - nötningshastighet Av Av där nötningsvolymen (m3) den applicerade belastningen (N) glidningsavståndet (m) diametern hos volframkarbidscylindern (m) varvtalet hos volframkarbidcylindern (varv/min).

Detta prov har visat utomordentliga samband med förslitningssituationer ZQ-VIIT'< ull" som uppstår i praktiken.

Vid tillämpning av detta nötningsprov på provbitar enligt föreliggande uppfinning samt några allmänt utnyttjade höggradigt nötningsresistenta verktygs- stål för kall- eller varmbearbetning från handelslager erhölls följande data, som redovisas i Tabell V. l44e 462 2 g H ill-LE Framställ- Hårdhet Innehållav vanadíumkar- Nötnings- (Rc) I bid av MC-typ (volyms-%) resistens llllokpa (lßwpsi) CPM 11v pulvermeran- 63 17,7 452 (se) lurgi 7 - CPM 1ov -"- 2 es 16,2 . sis (so) CPM av -H- 62 10,5 137 (20) AISI A7* gjuteriteknik 61 8,0 103 (15) Ars: 117* -"- 61 i 6,7 i 47 ( 7) Aisi M4* -fl- ss 9,0 '15 - (11) Alsï M2* -"- 64 3,1 41 ( e) * från handelslager. f Överlägsenheten hos legeringarna enligt föreliggande uppfinning med av- seende på nötningsresistens är helt uppenbar vid betraktande av ovan angivna data. Närmare bestämt, såsom visas i Tabell V och fig. 8, är nötningsresistensen hos CPM 10-provet betydligt överlägsen nötningsresistensen hos CPM ll-provet, som har ett större innehåll av vanadiumkarbid av MC-typ och skulle således för- väntas ha större nötningsresistens. Som framgår av fig. 8 erfordras ett minimi- innehåll av vanadiumkarbid av MC-typ på 10 volymsprocent för att uppnå en be- tydande fördel i nötningsresistens i förhållande till konventionella material. Där- för upprätthålles ett minimiinnehåll av vanadiumkarbid av MC-typ medelst dessa data för kroppar enligt föreliggande uppfinning. Den övre gränsen med avseende på innehållet av vanadiumkarbid av MCl-typ upprätthålles genom den insikten att de relativt stora vanadiumkarbiderna av MC-typ som är närvarande i mikrostruk- turen hos de stål som har vanadíuminnehåll på cirka 11% eller högre eller innehåll av vanadiumkarbid av MC-typ på cirka 18 volymsprocent eller högre har en o- gynnsam effekt på stålets slipbarhet. 'Slipbarheten är en väsentlig faktor på grund av att slipning ofta utnyttjas vid framställning av verktyg och andra nötningsre- sistenta produkter av stål av denna typ. Effekten av storleken hos vanadium karbid av MC-typ på slipbarheten framgår av resultaten av följande experiment som utfördes på proverlav stålen CPM 10V och CPM l6V. Dessa båda stål har i huvudsak samma kemiska sammansättningar med undantag av deras vanadium- ochykolinnehåll och deras innehåll av vanadiumkarbid av MC-typ. CPM 10V befin- ner sig' inom ramen för föreliggande uppfinning, medan CPM l6V däremot ej gör det. g Prover av båda stålen grovbearbetades och vännebehandlades genom auste- nitisering vid 1177°C (2150°F) under 4 minuter, oljehärdnizig och temperering vid 538°C (lQ00°F) under 2 + 2 timmar. Efter denna behandling var hårdheten hos CPM 10V-stålet 63,5 R c och hårdheten hos CPM l6V-stålet var 64,5 R c. Pro- 13 446 462 verna slutbearbetades sedan- till slutlig storlek: längd 31,34 mm 0,234 tum), bredd 10,11 mm (0,398 tum) och tjocklek 8,74 mm (0,344 tum).

Utvärderingen av slipbarheten genomfördes genom utnyttjande av en yt- slipmaskin med horisontell spindel av typ Norton, försedd med ett fram- och åter- gående bord och magnetisk chuck. Sllipvillkoren som utnyttjades var följande: Tvär-matning _ 0,203 mm (0,008 tum) Tvärhastighet 28 m/min. (92 ft/min) Nedåtríktad matning 0,025 mm/passage (0,0010 tum/passage) sliphjui i fi-A-sa-ii-io-v-FM Slíphjulshastighet ' 2000 varv/min.

Kylmedel CX-30S Storlek hos den yta hos pro- vet som utsättas för slipning 315 mm2 (0,49 kvadrattum) Före varje test mättes provets tjocklek med en mikrometer. Efter tio pas- sager (med en nedåtrilttad matningshastighet hos sliphjulet av 0,025 mm/passage, dvs 0,010 tum/passage) återuppmättes provets tjocklek och ändringen i provets tjocklek beräknades. Skillnaden mellan sliphjulets nedåtriktade matning vid tio passage (10 x 0,025 = 0,25 mm, dvs 0,010 tum) och den uppmätta erhållna för- ändringen i provets tjocklek indikerar nötningen på sliphjulet uttryckt i dess radie. Ju mindre nötning på sliphjulet desto bättre är slipbarheten hos materialet i arbetsstycket..

Tre provningar utfördes på var och en av provbitarna CPM 10V och CPM 16V. Sliphjulet bekläddes före varje provning.

Genom att använda de ovan beskrivna metoden erhölls följande resultat: Förändring i provbitens tjocklek Genomsnittlig nötning Stål (mm) på sliphjulet * (mm) genomsnittligt 10V 0 , 254 0 ,24 0 , 25 0 , 24 0,00762 16V 0,23 0,24 0,23 0,23 0,02032 * bestämd såsom skillnaden mellan den nedåtriktade matningen hos sliphjulet på tio passager (0,254 mm) och genomsnittlig förändring i provbitens tjocklek på tio passager.

Det är uppenbart från dessa resultat att provbiten 16V som befinner sig utanför ramen för föreliggande uppfinning med avseende på innehållet av vana- diumkarbid av MC-typ, vilket är beläget ovanför uppfinníngens övre gräns, upp- visar otillfredsställande slipbarhet och är avsevärt underlägsen slipbarheten hos provbiten 10V, som befinner sig inom ramen för föreliggande uppfinning.

Stänger (diameter 19,20 mm dvs 0,756 tum) av stål CPM 11V framställdes till "kallpressningsstansar" och utsattes för sådan verklig påverkan som stan- _ ...-,-->..........,.__-~~.. ,.......-........ _.. 446 462 mf sar insatta i produktion av tändstiftshöljen ur stål av typ AISI 1008. Stansarnas egenskaper bestäinmes genom antalet producerade höljen innan otillbörflig förslit- ning nödvändiggör att de ersättes. Därvid erhölls resultat enligt Tabell VI.

TABELL V1 g _ Genomsnittligt antal Material för kall- Innehåll av vanadiumkarbid delar producerade Eressningsstans ' av MC-typ (volymsprocent) i ger stans (tuser_1tal_) CPM 11V 17,7 42 AISI M4* 9,0 22 * från handelslager.

De fördelaktiga egenskaperna hos legeringen enligt uppfinningen CPM 11V i förhållande till höghastighetsstålet AISI typ M4 är uppenbara.

För åskådlighets skull kan även nämnas att en stans framställd av stålet CPM l0V utnyttjades såsom ett verktyg för stansning av slítsar till järnoxidbe- lagda etiketter. Fytio miljoner etiketter framställdes utan förslitning eller mate- rialbildning på verktyget. Jämförelsevís kan nämnas att samma verktyg framställt av AISI D7 (innehållande 4% vanadium eller 60,7 volymsprocent vanadiumkarbid) var obrukbart efter framställning av åtta miljoner till tolv miljoner etiketter.

Såsom ett ytterligare försöksexempel framställdes en stans av CPM l0V och utnyttjades vid stansning av slitsar till 0,381 mm (0,015 tum) tjocka koppar- beryllimnlegerade remsor för framställning av elektroniska delar. Medan samma stans, framställd av AISI D2 kallbearbetat verktygsstål värmebehandlat till en hårdhet av Rc 60-62 utslites normalt efter produktion av 75.000 delar och ett utfört i AISI M4 höghastighetsstål värmebehandlats till en hårdhet av Rc 64 visar viss förslitning efter framställning av 200.000 delar, visade stansen utförd i CPM l0V värmebehandlat till en hårdhet av Rc 60 ej någon förslitning efter fram- ställning av 200.000 delar.

Kropparna enligt föreliggande uppfinning kan fabriceras till verktygsdelar utan några som helst svårigheter. De kan härdas till en hårdhet av 250-300 Bri- nell och bearbetas, slipas, borras etc såsom erfordras för att erhålla den öns- kade verktygsfonnen.

Claims (3)

446 462 lfflflÉlï-.Nlliïi/i-V

1. Kropp framställd genom pulvermetallurgi och utformad av komprimerat förlegerat pulver av en legeríng, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att nämnda legering består i viktsprocent räknat av 0,2 - 1,5% mangan, maximalt 2% kisel, 1,5 - 6% krom, 0,50 - 6% molybden, inaximalt 0,30% svavel, 6 - 11% vana- din, 1,6 - 2,8% kol, balanserande återstod av järn och tillfälliga element samt en föroreningskaraktäristik enligt praxis inom stålframställning, att nämnda form- kropp uppvisar en dispersion av .i huvudsak alla vanadinkarbider av MCtyp inom området cirka 10 - 18 volymsprocent, att nämnda karbider är i huvudsak sfäríska och likformigt fördelade och att kolet är balanserat med krom, molybden och vanadin för att ge tillräcklig kol för att tillåta värmebehandling av kroppen i form av austenitista-ríng, härdning och temperering till en hårdhet av åtmins- tone 56 RC.

2. Kropp framställd genom pulvermetallurgi enligt patentkrav 1, k ä n n e- t e c k n a d d ä r a v, att den pulvermetallurgiska kroppen är formad av förlegerat pulver av en legering, som i huvudsak består i viktsprocent räknat av 0,4 - 0,6% niangan, maximalt 1% kisel, 5 - 5,5% krom, 1,15_- 1,11% molybden, maximalt 0,09% svavel, 9,25 - 10,25% vanadin, 2,40 - 2,50% kol, balanserande återstod järn och tillfälliga elementsamt en föroreningskaraktäristik enligt stål- framställningspraxis, varjäxnte kroppen har en dispersion .av i huvudsak alla va-' nadinkarbider av MC-typ inom området cirka 15 - 17 volymsprocent.

3. Kropp framställd genom pulvermetallurgi enligt patentkrav 1, k ä n n e- t e c k n a d d ä r a v, att den pulvermetallurgiska kroppen är formad av förlegerat pulver av en legering som i huvudsak består i viktsprocent räknat av 0,2 - 1% maxigan, maximalt 2% kisel, 4,5 - 5,5 krom, 0,80 - 1,7% molybden, maximalt 0,14% svavel, 8 - 10,5% vanadin, 2,2 - 2,6% kol, balanserande återstod av järn och tillfälliga element samt en föroreningskaraktäristik enligt stålfram- ställningspraxis, varjämte kroppen har en dispersion av i huvudsak alla vana- dinkarbider av MC-typ inom området cirka 13,3 - 17,2 volymsprocent.