SE500047C2 - Sintrad karbonitridlegering med höglegerad bindefas samt sätt att framställa denna - Google Patents

Description

10 15 25 30 35 500 047 Vid sidan om Ti ingår andra metaller från grupperna IVa, Va och VIa, dvs Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo och/eller W normalt som hárdämnesbildare vanligen i form av karbider, nitrider och/eller karbonitrider. Kornstorleken hos hårdämnena är vanligen <2/um. Som bindefas används numera ofta både Co och Ni. Mängden bindefas är vanligen 3-25 vikt-%. Dessutom före- kommer ibland andra metaller, t ex Al, som ibland uppges härda bindefasen och ibland förbättra vätningen mellan hård- ämnen och bindefas, dvs underlätta sintringen.

Vid sintringen upplöses de relativt sett minst stabila hård- ämnena i bindefasen och faller sedan ut som en bård på de mera stabila hèrdämnena. En mycket vanlig struktur i lege- ringarna i fråga är därför hårdämneskorn med kärna-bård- struktur. Ett äldre patent inom detta område är U.S. patent 3,97l,656 som omfattar Ti- och N-rika kärnor samt bårder rika på Mo-, W- och C. Genom svenska patentansökan SE 8902306-3 är känt att minst två olika kombinationer av duplexa kärna-bàrd-strukturer i väl avvägda proportioner ger optimala egenskaper ifråga om slitstyrka, seghetsbeteende och/eller motstånd mot plartisk deformation. Ytterligare exempel på patent inom detta område är US 4,904,445, US 4,775,52l, US 4,957,548 för att nämna nâgra.

Som en följd av upplösningen av hàrdämnena i bindefasen under sintringen kommer bindefasen att innehålla en viss del av dessa i fast lösning och påverka bindefasens och därmed hela legeringens egenskaper. Bindefasens sammansättning bestäms av såväl ingående råvaror som tillverkningssättet bl.a. tid och temperatur under sintringen. Ett önskemål är att öka inlegeringen av grupp VI element för att därmed erhålla en styvare legering.

Enligt uppfinningen föreligger nu en titanbaserad karbonit- ridlegering med förbättrad styvhet. Genom ett speciellt tillverkningssätt har det överraskande visat sig möjligt att erhålla en legering med högre Mo-halt i bindefasen relativt 10 15 20 25 30 35 500 047 hårdämnena än tidigare varit möjligt. I en legering enligt uppfinningen skall halten Mo i bindefasen vara >1.5 gånger större än halten Mo i bården och >3.5 gånger större än hal- ten Mo i kärnan i angränsande hårdämneskorn. Företrädesvis skall förhållandet 0.3 En karbonitridlegering enligt uppfinningen tillverkas med pulvermetallurgiska metoder. Pulver som bildar bindefas och pulver som bildar hårdämnen blandas till en blandning med önskad sammansättning. Av blandningen pressas sedan kroppar som sintras. Sintringen inleds med en oxiderande behandling i syre eller luft vid 100-300°C i 10-30 min varefter pumpas vakuum sem bibehålls upp till lloo-l2oo°c med en halltla ev cirka 30 min vid 1200°C som följs av en desoxiderande behandling i vakuum vid l200°C i 30 min och som därefter ersätts med en desoxiderande vätgasatmosfär under en hålltid vid cirka 1200°C, varefter uppkörning till sintringstempera- tur sker i kvävgasatmosfär. Vid uppkörning och/eller sint- ringshálltiden kan en successiv minskring av kvävgasen till noll ske. Upp till ungefär 100 mbar Ar kan med fördel till- sättas under sintringsperioden. Svalningen till rumstempera- tur sker i vakuum eller i inertgas.

Orsaken till de relativt sett höga halterna Mo i bindefasen vid förfarande enligt uppfinningen är inte helt klarlagd.

Det beror sannolikt på den speciella fördelningen av kväve i karbidråvaran som åstadkoms genom de inledande oxidations-, reduktions- och nitreringsstegen. Oxidations- och reduk- tionsstegen medför kolförlust varvid karbidernas intersti- tialbalans speciellt i karbidytnära områden påverkas. Under nitreringssteget fylls vakanta interstitiallägen med kväve varvid karbonitrider med i periferin förhöjd halt av kväve kan förväntas. De enligt ovan erhållna karbonitriderna utgör under sintringens inledningsskede mycket effektiva kvävekäl- lor varvid en förhöjd kvävepotential under den period, då kärna-bárd strukturen utbildas, kan förväntas. Fördelningen av Mo mellan bindefas och hàrdämne påverkas av kvävepoten- 500 047 10 15 20 25 30 35 tialen på sà sätt att hög kvävepotential medför hög halt av Mo i bindefasen relativt hårdämnesfasen. Förfarandet ger alltså hög Mo-halt i bindefasen samtidigt som kvävehalten totalt sett är lág.

Exempel 1 En pulverblandning bestående av (i vikt-%) 12.4 % Co, 6.2 % Ni, 34.9 % TiN, 7.0 % TaC, 4.4 % VC, 8.7 % Mo2C och 26.4 % TiC vàtmaldes, torkades och pressades till skär av typ TNMG 160408-QF som sintrades enligt följande steg: a) pressmedelsavdrivning vid 150 - 300°C b) oxidering i luftatmosfär i 15 min vid 150°C c) upphettning i vakuum till l200°C d) desoxidering i vakuum vid l200°C i 30 min e) fiöaanae H2 vid 1o mbar i 15 min vid 12oo°c f) flödanae NZ under upphettning 1200 - 1soo°c g) sintring i Ar vid 10 mbar och l550°C i 90 min h) svalning i vakuum Röntgendiffraktionsanalys visade förekomst av kubisk :arbe- nitrid och bindefas. Bindefasens gitterparameter var 3.594 A vilket visar att legeringshalten är förhöjd.

För jämförelse tillverkades skär av samma typ och samma sammansättning enligt EP-A-368336.

Förhållandet mellan halterna Mo i bindefasen och bárden resp kärnan i hárdämneskornen i legeringen enligt uppfinningen och enligt känd teknik bestämdes med EDS-analys med följande resultat: Bindefas/bàrd Bindefas/kärna Enligt uppfinningen 1.7 4 Enligt känd teknik 1.3 2.9 10 15 20 500 047 Exempel 2 Skären från exempel 1 provades i en intermittent svarvopera- tion under följande villkor: Arbetsmaterial: SS 2244 Skärhastighet: 110 m/min Skärdjup: 1.5 mm Matning: 0.11 mm/varv som ökades kontinuerligt (fördubbling var 90:de sekund) Resultat: 50 % av skären enligt uppfinningen gick till brott efter 1.41 min vilket motsvarar en matning pá 0.21 mm/varv.

Motsvarande prov under exakt samma betingelser gav för refe- rensen med samma sammansättning att 50 % av skären gick till brott efter 0.65 min vilket motsvarar en matning av 0.16 mm/varv.

Skär enligt uppfinningen uppvisar alltså en signifikant bättre seghet.

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 KIâV

1. Sintrad titanbaserad karbonitridlegering innehållande hárdämnen baserade pá, förutom Ti och Mo, en eller flera av metallerna Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr eller W i 5-30 % bindefas baserad pá Co och/eller Ni k ä n n e t e c k n a d av att halten grupp VI element, företrädesvis Mo, i bindefasen är >l.5 gánger större än halten i bärden och >3.5 gånger större än halten i kärnan i angränsande hárdämneskorn.

2. Sintrad titanbaserad karbonitridlegering enligt föregåen- de krav k ä n n e t e c k n a d av att förhållandet 0.3

3. Sätt att framställa en sintrad karbonitridlegering omfat- tande följande steg: vátmalning av pulver som bildar bindefas och pulver som bildar hàrdämnen till en blandning med önskad sammansättning kompaktering av sagda blandning till presskroppar sintring av sagda presskroppar k ä n n e t e c k n a t av sintring 1 syre eller luft vid 1oo-3oo°c 1 1o-ao min i vakuum upp till 1100-l200°C i vakuum vid cirka 1200°C cirka 30 min i en desoxiderande vätgasatmosfär under 15-30 min vid cirka 12oo°c i kvävgasatmosfär under upphettning till sintringstemperatur 1400 - 16oo°c samt samt svalning till rumstemperatur i vakuum eller inertgas.

4. Sätt att framställa en sintrad karbonitridlegering enligt föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att vid uppkör- ningen och/eller sintringshálltiden minskas kvävgasen successivt till noll och att företrädesvis upp till ungefär 100 mbar Ar tillsätts.