SE450838B - Vanadin innehallande, sintrat snabbstal av volframtyp - Google Patents

Description

450 858 Följaktligen är det främsta ändamålet med uppfinningen att åstadkomma ett sintrat snabbstål, som innehåller antingen ingen kobolt alls eller också relativt ringa mängd kobolt och ändå utmärks av hård- het och slitstyrka vid extremt höga arbetstemperaturer, som är lika bra eller bättre än hos konventionella legeringar, som innehåller halter av kobolt på t.ex. 5% och 8%. g Uppfinningen skall i det följande närmare förklaras med hänvisning till de bifogade ritningarna. Fig. 1 visar karakteristiska hårdhetsvärden under värme för ett stål enligt uppfinningen i jämfö- relse med konventionella stål, innehållande 5 eller 8% kobolt. Fig. 2 visar ett diagram, som visar inverkan av olika volfram-ekvivalenter på hårdheten. Fig. 3 visar ett diagram, som åskådliggör effekten av kol- halten på hårdheten vid olika värden på volfram-ekvivalenten. Fig. 4 visar ett diagram, som åskådliggör-hårdheter, vilka uppnåtts med en legering, som har en relativt låg vanadinhalt (r-- 1% V) men med vol- fram-ekvivalenten i överensstämmelse med föreliggande uppfinning.

Vid utövandet av föreliggande uppfinning har man funnit, att genom ökning av "volfram-ekvivalenten" hos ett snabbstål, som innehåller ca 1% - 6% vanadin, till högre än konventionella värden, det är möjligt att uppnå hårdheter och hårdheter under värme, som ut- märker annars liknande legeringar, vilka nominellt innehåller 5% och 8% kobolt. En illustration av den hårdhet under värme, som utmärker ett stål enligt uppfinningen, visas i fig. 1, där dess hårdhet under förhöjd temperatur jämförs med den hos kommersiellt tillgängliga supersnabbstål, som innehåller 5% och 8% kobolt (CPM T15 resp. CPM M42). Hårdhetsbestämmelser vid värme gjordes på en hårdhetstestare enligt Rockwell, som hade modifierats för att användas vid en högre temperatur genom tillägg av en ugn, som innehöll en neutral atmosfär och en förlängd inskärare med en diamantspets. Ugnen är monterad på en tvärslid, som tillåter exakt placering av hårdhetsinskärningarna på provet. För eliminering av interferens mellan de olika inskärningarna anger en yttre indikeringsanordning läget av tidigare inskärningar i provet på ett indikeringspapper. Provtemperaturen mäts med ett 450 838 termokors, som är punktsvetsat på provytan. Provets hårdhet mäts vid rumstemperatur med den förlängda inskäraren i högtemperaturkonstruk- tionen och jämföres med hårdhetsmätningar, som erhållits på samma prov med en normal testanordning på en annan hårdhetstestare. Om en över- ensstämmelse på 0,5 HRC uppnås mellan mätvärdena på de två testanord- ningarna, aktiveras ugnen och provet uppvärms till den lägsta av de specificerade, förhöjda temperaturerna. Provet genomdränks under 15 min. vid temperaturen, fem hårdhetsprov tas, provet värms till nästa önskade försökstemperatur och förfarandet upprepas. Fig. 1 visar de erhållna, genomsnittliga HRC-värdena för stål enligt uppfinningen och de kommersiellt tillgängliga stålen med 5% resp. 8% kobolt och härav framgår det, att alla tre stålen har jämförbara hårdhetskaraktäristi- kor vid förhöjda temperaturer. Om ytterligare hårdhet vid förhöjd tem- peratur önskas, kan man tillsätta en valfri mängd av kobolt upp till ett maximum på 3%. Dessutom kan ett förstärkande åstadkommas genom att en kolmatris är närvarande i en mängd, vilken överstiger den som er- fordras för att bindas med vanadinet. Även om det är känt att använda volfram och/eller molybden i snabbstål, har dessas effekt varit att förena sig med det kol, som är närvarande för att bilda karbider med dessa element. Dessutom påverkar kobolt legeringen, speciellt dess hårdhet vid förhöjda temperaturer, t.ex. värme- eller rödhårdheten, med en annan mekanism. Även om både volfram och/eller molybden och kobolt har använts i snabbstål, är det inte tidigare känt att volfram och/eller molybden kan användas i stället för kobolt för att bibringa snabbstål rödhårdhet.

Enligt uppfinningen skall den generella sammansättningen uttryckt i viktprocent vara: kol min. 0,60 + 0,20 x procenten vanadin och max. 1,20 + 0,20 x pro- gcenten vanadin; mangan max. 1,25; kisel max. 1,25; krom 3 - 5; vol- framekvivalenten 22 - 29, lämpligen 24>- 27, vanadin ca 0,8 - 6; och resten järn. En lämplig sammansättning är uttryckt i viktprocent, kol min. 0,60 + 0,20 x procenten vanadin och max. 1,2 + 0,20 x procenten vanadin; mangan max. 1,25; kisel max 1,25; krom 3 - 5; volframekviva- lenten 22 - 29, lämpligen 24 - 27; vanadin 3 - 6; och resten järn. 450 858 Legeringarna enïigt uppfinningen kan uppnå en hårdhet på åtminstone 67 Rc, när de är austenitiserade och härdade tre gånger vid 551,7°C.

Dessutom kan koboït förefinnas i haïter upp ti11 3% och niob i haiter upp tili 4% om summan vanadin och niob ej överstiger 6%. När niob in- går i ïegeringen, har man en kolbalanseringsfaktor på 0,13 x procenten niob.

Som ett exempei på och en demonstration av uppfinningen framstälïdes och testades sammansättningarna i Tabe11 1 med avseende på hårdhet. Resultaten visas i Tabe11 1. 450 838 .L ~+~+~\U°>.fmm Ufi> uflupmz .mwflu pmfimume u«>x@~@»w .cfle <\u@~.~n~« u«> um~mwH»«=@»w=<* m.mm m.N@ mw @@.mw«, mm., » <@.m ~m.@ mm.~« mn.« mn.o @m.Q fm.« mw xmm mm m.fi@ m.>@ m~.mP mm., ~m.« @.m mm.Q =.N« ~P.« GQ mm mm mN.mN n».F 1 @@.m mm_w m~.N« <«.< ~m.@ m<.= @m.f ><4~ am m_fw m.m@ ßm.>~ ~ß.P - m>.m >m.> n~.~F ~P.< nn.Q ~<.= @@.« @ mm m.@@ mm ~n.>~ @@.« « @>.m >m.~ mF.- ßP.= nm.o n«.= Nw m.«@ m.>@ @f.mN mm.~ - N<.m ß<.@ @,.~F <~.« @n.o mn.u >m.~ <<4H @.@@ m.«@ m.mw mN.@~ mm., 1 @m.m m@.@ n=.mf «~.< =n.Q @«.@ @m.P MQJH m.@m m.~w m.mw ßw.@N ~>.f - m».m @m.@ >m.,« __.< nn.Q mm.@ m>.« NQJH m.ßm vw ßw «@.«N n@.~ - m«.m ~m.@ om._« «F.< ßm m.P@ m.>w mm.>P @>._ - .Q m>.~ mmJH Üw mw mm rf.m~ mm.~ - >=.m «~.m m@.,P mm.n m~.@ m~.Q @@.P >m4H mm m.fw m.>@ «m.- mo., - @~.m ßm.m @m._~ Q@.« mN.Q m~.@ «>.f @n4H mfl rm m.>@ m@.qf @@.f - >».m cm., @m.Ff mm.m Nn.Q ~m.@ mß.« mnJH Pm om mw m~.~r ««.P - @@.m f@.Q «P.~« ~@.« mn.@ mm.@ >m.~ «n4H .C N+~ \ .L N ^ Rmwwmw Du > 0: 3 »U flm C: U wmmßmæ U mqw _ U mqw .ñncmflmn -m>fi>xu = www _ +o < +o < * -menmš 3 wumumumnfl Aucmuouamuvfiäv mcflcpumwcmëemm xmflëmx xenmïun: som umI umcnnw: _. ...ámflmh 450 858 Även om ståi enïigt uppfinningen kan uppnå en hårdhet på åtminstone 67 RC, när de har austenitiserats och härdats tre gånger vid 551,7°C, kan givetvis även andra värmebehandiingar användas med avseende på ståien.

Uttrycket "vo1framekviva1ent“, som används här, har avseen- de på voïframhaïten p1us den dubbïa moiybdenhaiten, eftersom effekten av voïfram åstadkommes av en häiften å stor mängd moiybden. Haiten koimatris är procenten inbïandat ko1 utöver det som behövs för att reagera med vanadin och niob, e11er andra eïement som bildar primär- karbider, för att biida karbider. Ungefär 0,2% ko1 behövs för detta ändamåi för varje procent vanadin i iegeringen och fö1jakt1igen är koïhaiten bestämd av forme1n; min. 0,60%C + 0,20 x procenten vanadin och max. 1,2%C + 0,20 x procenten vanadin.

Såsom framgår av Tabe11 1 och fig. 2 på ritningarna, vi1ka visar den hårdhet, som är möjiig att uppnå, och den hårdhet, som upp- nås efter en tvåtimmarsbehandiing vid 64906 samt den som uppnås efter ytteriigare en tvåtimmarsbehandiing vid 64906, är de som vär- mebehandïade hårdheterna för iegeringar eniigt uppfinningen, nämligen IL36, IL42, IL43, IL46 och IL47 jämförbara e11er något högre än de hos de konventioneiia T15 iegeringen, som nomineiit innehåïïer 5% koboit.

För att ana1ysera effekten av voïframekvivaienten på hårdhetskarakte- ristikan var det nödvändigt att kompensera för variationer i vanadin- haïten över vår måisättning på 5% vanadin, och i högvanadinhaitiga ut- föranden av iegeringar eniigt uppfinningen, genom att justera den verkïiga koihaïten med en faktor 0,2(V-ha1t - 5%). Tabe11 1 visar de justerade koïvärdena, som har använts för att konstruera Fig. 2 och 3.

Legeringarna eniigt uppfinningen, som genomgående visar hårdhetskarak- teristika, viika är jämförbara med en T15-legering, viiken innehåïier 5% koboit, är de som inte innehåiier koboït och har en voïframekviva- ient på me11an 22 och 29% enïigt uppfinningen. Det är inte he11er nå- got koboit närvarande i dessa ïegeringar. Man bör dock iägga märke ti11 att eftersom iegeringarna IL35 och IL39 har voïframekvivaïenter på l4,88% resp. l7,88%, de hårdhetsvärden, som visas i fig. 2, är un- derïägsna de hos de ovannämnda iegeringarna inom ramen för uppfin- ningen. Aiïa uppritade iegeringar, utom CMP T15, hade justerade 450 säs koïekvivaienter inom intervaïiet 1,68 - 1,73%. Liknande resuitat visas i fig. 3, där koiekvivalenten var justerad för en 5-procentig vanadin- ha1t. Även här uppvisade sådana iegeringar som IL42 och IL43 med voi- framekvivaienter inom ramen för uppfinningen överlägsna värden på upp- nåeiig hårdhet och på hårdhetsbevarande jämfört med iegeringarna IL35 och IL39 som hade voïframekvivaienter på 15 resp. 18% och iåg utanför uppfinningens ram. Det framgår därav, att verkan av voiframekvivaien- ten med avseende på uppnåeïig hårdhet är effektiv vid olika koiekviva- ïentnivåer inom ramen för uppfinningen. 'i' 450 838' 13 _; ~+~+~\uu~.«mm u«> nmuumz .mwflo pwfimums u~>x@nm»m .cfle «\unw.@m~« u«> nm~wm«»fi:m»w=q * m.@m rm Fm n~.Q~ >o.f ~>.> 1 oF.P ~N.m mm., <>.n >P.m >~.= mu.« ~«z azu m.mm m.ßm ßm ßfi.m~ w~.« - mm.F »m.= ß«.m n«.m @m.n w«.= n~.m »~.F mm4H m.@m Om m@_ >ß.m~ mN.F - m»~n mm.u wm.m m<.w nm.fi mP.= m~.@ >~.P mmJH m.mm m.~w mm ~..wN 0N.~ QQ.~ - mF.f mm.m «~.w wm.fi m«.Q m~.Q m~.P ~m4H m.mm m.mm »Q ~m.m» >~.« I - m=.F ~q.~F mw.m P@.m m=.m w..D m~.P @m4H mm m.0m Nm ß=.on w~.~ - - mo,F mm.~F w@.w wm m.ww ßm >~.mN m«.f - | wQ.fi wm.m mm.m mm.n mQ.= mP.= wf.f ~mJH mm oo ßw »m.m~ mF.P - | 0P.« mw.m no.w m@.m Qf.m n~.Q ßf.~ «m4H m.?m m.@m m.@m >@.- mwfw - | nP.« ~ß.m n~.n <>.n nr.= m~.@ mfi.f =m4H m.~m mm m.@@ mm.Q~ qf.F - | @F.« m».m mn.P ~ß.m @~.= NMÅU ßP._ m«4H Du az > D: 3 Hu _ Mm C: U ha C ~+~ L N Aqv > nn uwum \u mmqw.\uom«ø * ma: un... Öïumuonnmuxflå mcflcauwæcmesmw xmwsmx uwmcfic .LIEE -WMHMMM -sam -mmm -ææ Um: pmßngmz Emm . 2 U HH .fifimnmh 450 838 Värdena i Tabell II och fig. 4 visar, att gränsen för vol- framekvivalenten på 22 - 29% i enlighet med uppfinningen är kritisk, när det gäller hårdhetsbevarande även vid lägre vanadinhalter på ca 0,8%. Hos stålen IL51 och IL52 är vanadinhalten omkring 1% och ändå demonstreras effekten av att ha en_volframekvivalent enligt uppfin- ningen på hårdhetsbevarandet efter behandling vid förhöjd temperatur.

Volframekvivalenter på högre värden är uppfinningens övre gräns, dvs. omkring.29%, medför inte någon märkbar förbättring av hårdhetsbevaran- det och ökar dessutom kostnaderna för legeringen. Närvaron av vanadin inom gränserna enligt uppfinningen är nödvändig, för att legeringen skall få tillräcklig slitstyrka. Niob är ett annat element som bildar en liknande hård karbid och som kan bidra med slitstyrka till en lege- ring enligt uppfinningen. En inblandning av niob i en legering enligt uppfinningen kan delvis göras som ersättning för vanadin och medför en förbättring av den uppnåeliga hårdheten och hårdhetsbevarandet såsom visas i fig. 4. Legeringen enligt uppfinningen kan vidare modifieras med relativt små tillägg av kobolt till dess sammansättning för att öka de uppnåeliga värdena på hårdheten och hårdhetsbevarandet. Exem- pelvis gav ett tillägg av 1% kobolt till en legering med en volfram- ekvivalent på 26,12%, dvs. legering IL57, som resultat en ökning av hårdhetsbevarandet på ungefär 3 HRC-enheter efter en behandling vid 54906 under 2+2h såsom visas i fig. 4. ' .

Med tanke på den höga karbidhalten hos en legering enligt uppfinningen är det nödvändigt att hålla dess karbider små, homogena och jämnt fördelade i stålmatrisen. I annat fall kommer legeringen inte att ha den hårdhet som krävs för användning vid höghastighets- skärning. Därför är legeringen framställd med pulvermetallurgisk tek- nik. En lämplig produktionsform är den välkända tekniken, där gas fin- fördelar en smält ström av legeringen, för att man skall få en par- tikeltillsats till legeringen som störtkyls. Partikeltillsatsen kommer sedan att hoppressas med någon inom pulvermetallurgin känd metod för detta ändamål, dvs. isostatisk pressning under värme.

Claims (1)

0450 838 P a t e n L k r a v

1. Vanadin innehållande, sintrat snabbstål av vnlfram- typ, k ä n nfe t e c k n a t' d ä r e v, att det består av, uttryckt i viktsprocent: kol min. 0,60% + 0,20 x procenten vanadin + 0,15 x procenten niob och max. 1,2% + 0,20 x x procenten uanadin + 0,13 x procenten niob; mangan max. 1,25; kisel max. 1,25; krom 3 - 5; vanadin + niob 0,8 till 6 med niob ej överstigande 4% och en volframekvivalent, dvs. volframhalten plus två gånger molybdenhâlten, på 22 _ 29%. » 2; stål enligt kravet 1, u ä n n e t B C k n.¿ t d ä r a v, att det innehåller_upp till 3%_kobnIt.