SE522667C2 - Förfarande för framställning av en legering baserad på järn innehållande kromkarbid med inlöst volfram och en sådan legering - Google Patents

Description

ans:- 10 15 20 25 30 35 -5 2 21 6.6 7 gïig _ fwfrli. f a n» :nu 2 varvid verktyget ej uppfyller ställda krav på t.ex. ytjämnhet och tolerans.

Hårdmetallprodukten kan därmed anses vara uttj änt. Förslitningsmekanismer som påverkar en skäreggs livslängd är t.ex. fasförslitning och urbrytning. Fasförslitning innebär en kontinuerlig förlust av verktygsmaterial genom abrasiv och adhesiv nötning. Urbrytning innebär en sprickbildning med efterföljande brott i skäreggen.

Olika keramiska material förekommer också vilka har god slitstyrka och varrnhårdhet men dras med nackdelen att de är spröda.

Rent materialtekniskt har det hittills varit omöjligt att tillverka ett material som har både hög nötningsbeständighet och kombinationer av hårdhet och seghet, varvid kompromisser oftast har gjorts. Vid enklare tillämpningar kan t.ex. verktyget geometriskt utformas på ett sådant sätt att verktyget uppvisar acceptabel nötnings- beständighet och hållfasthet.

Tidigare har man försökt tillverka ett nötningsbeständigt material, liknande materialet i föreliggande uppfinning, genom att till vitt gjutjärn tillsätta volfram och kol. Försöken har dock misslyckats eftersom det rätta förhållandet mellan volfram och kol, för att erhålla ett slutmaterial med önskade egenskaper, är svårt att erhålla.

Råmaterialet volfram är också mycket dyrt vilket begränsat utveckling.

Ett traditionellt tillvägagångssätt vid tillverkning av ett verktyg, utrustning eller dylikt innefattar stegen: Legering => Ämnesgjutning => Plastisk bearbetning => Skärande bearbetning => Härdning+anlöpning => Slipning => Färdig detalj Det japanska patentet JP 2301539 tillkännager ett förfarande för framställning av ett Ni-Cr vitjärn innefattande TiC och TiCN varvid ett material med hög hårdhet och nötningsbeständighet erhålls.

I den europeiska patentansökan EP 0 380 715 tillkännages ett komposit- material som har en hög motståndskraft mot abrasivt slitage. Kompositmaterialet innefattar partiklar av hårdmetall, av vilka åtminstone 70% har en komstorlek i intervallet 2-15 mm, samt vitt gjutjärn. Det vita gjutj ärnet innefattar en komplex karbidkomponent till vilken ett legeringselement adderas. Vidare innefattar det vita gjutjärnet 2,5% till 4,0% kol samt uppvisar ett krom-kol-förhållande (Cr%/C%) som ligger i intervallet 1-12. I dokumentet tillkännages vidare ett förfarande för framställning av det nämnda kompositmaterialet, vilket förfarande innefattar att gjuta smält vitt gjutj äm runt hårdmetallspartiklama.

I det amerikanska patentet US 4,365,997 tillkännages ett kompoundmaterial samt ett förfarande för framställning av ett sådant material. Det tillkärmagivna kompoundmaterialet innefattar en metallmatris som innehåller hårdmetallkom med en storlek mellan 0,1 mm och 5 mm. Metallmatrisen innehåller i sin tur kol, kisel, mangan, vanadin, krom, volfram, aluminium och järn. Hårdmetallen innefattar WC, Avsn» 10 15 20 25 30 35 5-2 2_ 657 ;::=;::¿ 212 3 WgC, TiC, TaC eller en blandning av dessa. Förfarandet innebär att man till en legeringssmälta av ovannämnda metallmatris tillsätter hårdmetallkom. Dessa kom är inkapslade i en polymerbaserad matris som förångas vid blandning varefter smältan stelnar.

Patentansökan WO 94/ l 1541 tillkännager ett förfarande för framställning av "tekniska jämmetaller" (eng. "engineering ferrous metals") såsom gjutjäm och stål, vilket förfarande innefattar att till en flytande teknisk jämmetall tillsätta modifierade karbidpartiklar, i fast form, och därefter låta jämmetallen stelna. Karbidpartiklarna är modifierade i den meningen att de är överdragna med t.ex. jäm eller en jämlegering så att de modifierade karbidpartiklama erhåller en densitet som är densamma som eller i närheten av järnmetallens densitet. Denna densitetsmatchning medger uniform fördelning av karbidpartiklar i järnmetallsmältan.

I det japanska patentet JP 59104262 tillkännages ett kompositmaterial med ett inre stållager och ett yttre lager innefattande gjutj äm i vilket volframkarbidpartiklar eller liknande hårda karbidpartiklar är jämnt fördelade. Vidare tillkännages ett förfarande för framställning av en sådant kompositmaterial. Förfarandet innefattar stegen att först tillsätta de förvärmda karbidpartiklama till en gjutjärns smälta och därefter gjuta smältan runt ett förvärmt stålrör. ' SYFTE MED UPPFINNINGEN Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett material för användning i produkter eller applikationer som är utsatta för abrasivt slitage och särskilt ett sådant material som är mer nötningsbeständigt än tidigare kända material i icke-härdat tillstånd, samt ett förfarande för framställning av ett sådant material.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett material så att antalet bearbetningssteg till färdig produkt kan minskas. Eftersom antalet bearbetningssteg fram till bruksklar produkt är entydigt korrelerad till produktens slutkostnad, avser förfarandet enligt föreliggande uppfinning således en förenklad och kostnadseffektiv tillverkning av ett nötningsbeständigt och hållfast material.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande för att återanvända uttjänt hårdmetall.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNTNGEN Ovan nämnda syften uppfylls enligt föreliggande uppfinning av ett förfarande för tillverkning av ett metalliskt material med hög nötningsbeständighet, vilket förfarande kännetecknas av stegen att smälta en befintlig basmetall innefattande jäm och kol; att tillsätta partiklar, innefattande en karbidkomponent till den smälta basmetallen, varvid nämnda partiklar upplöses genom diffusion i smältan med basmetallen; och att avgjuta smältan. Företrädesvis innefattar förfarandet steget att nusv; 10 15 20 25 30 35 '522 667 4 tillsätta en lösningsbegränsande legeringskomponent till smältan, vilken legerings- komponent styr karbidkomponentens löslighet i smältan. Legeringskomponenten är karbidbildande, varvid egenskaper i fast tillstånd för karbider baserade på nämnda legeringskomponent förbättras genom ersättningslösning av nämnda karbidkomponent i gitteruppbyggnaden för nämnda karbider baserade på nämnda legeringskomponent (D). Den karbidbaserade legeringskomponenten (D) är emellertid inte löslig i karbidkomponenten (E).

I en utföringsfonn av uppfinningen är nämnda partiklar en spillprodukt eller en restprodukt från tillverkning av en hårdmetallprodukt, vilken spill- eller restprodukt innefattar nämnda karbidkomponent. I en föredragen utföringsform tillförs nämnda partiklar av ett stycke av en uttj änt hårdmetallprodukt, innefattande nämnda karbidkomponent, exempelvis ett uttjänt hårdmetallskär eller en hårdmetallvals.

Möjligheten att utnyttja uttjänta hårdmetallprodukter är en följd av att partiklama upplöses genom diffusion i smältan, varvid det inte krävs någon bearbetning av de partiklar som skall tillsättas för att åstadkomma någon särskild storlek eller ytbeskaffenhet. Således kan hela hårdmetallskär som kan vara upp till 40 mm och däröver tillsättas direkt i smältan. Detta medför stora ekonomiska fördelar, dels då exempelvis hårdmetallskär har en kort livstid varvid uttjänta skär finns i överflöd, dels då framställningen kräver ett minimalt antal processteg. En annan fördel med att använda spill eller uttjänta hårdmetallstycken är att önskad hårdmetall, t ex WC, innehållande volfram och kol, redan innan tillsättning förekommer i balanserade andelar, då de utgör molekylpar i karbidkomponenten.

I de tillsatta partiklama ingår nämnda karbidkomponent i regel med en komstorlek av S l0um, företrädesvis 1 - 5 um. Om inte fullständig upplösning genom diffusion av kom av närrmda karbikomponent hunnit ske kan kom till viss del finnas kvar i slutmaterialet med en komstorlek av S 10um.

Före upplösning av partikeln i smältan är nämnda karbidkomponent företrädesvis bunden i nämnda partikel, eller stycke, med ett metalliskt material som ger smältning vid lägre smälttemperatur än basmetallen. Detta material är företrädesvis kobolt, men kan också innefatta nickel. Den tillsatta lösningsbegränsande legeringskomponenten innefattar företrädesvis krom, men kan också innefatta vanadin eller molybden, och ger den slutliga legeringen en ökad korrosionstålighet, liksom den i smält tillstånd sänker smältans smältpunkt och minskar dess ytspänning. Basmetallen innefattar företrädesvis stabiliserande och kompletterande legeringskomponenter Si och Mn, och utgörs i en utföringsform av vitt gjutjärn.

I en föredragen utföringsforrn av uppfinningen utgörs nämnda karbid- komponent av volframkarbid, men den kan också innefatta titankarbid eller niobkarbid. I en utföringsfonn tillsätts nämnda karbidkomponent smältan i en sann» l0 15 20 25 30 35 smältugn, i en andel som utgör > 5vikt-% av det slutliga materialet, och upplöses däri. I ytterligare en utföringsforrn tillsätts den smälta legeringen nämnda karbid- komponent, i en andel som utgör < l5vikt-% av det slutliga materialet, omedelbart före avgiutning genom ett ympningsförfarande, s k superympning. Detta förfarande skiljer sig från vanlig ympning, där ett material som inte är anordnat att påverka det slutliga materialets sammansättning tillsätts i mycket liten dos. Exempelvis kan, enligt känd teknik, ett ympmedel verkande som kärnbildningspunkter tillsättas en gjutjämssmälta för att på så sätt ge en mer finkomig mikrostruktur. I superympningsförfarandet enligt uppfinningen tillsätts dels ett material som är väsentligt för den slutliga legeringen, dels i en dos som har avgörande betydelse för legeringens slutliga sammansättning. Nämnda karbidkomponent ingår i det slutliga materialet i en andel som utgör 5 - 40 vikt-%, företrädesvis 10 - 20 vikt-%.

I en utföringsfonn av uppfinningen tillsätts en ytterligare legeringskomponent smältan, vilken ytterligare legeringskomponent underlättar upplösningen av nämnda karbidkomponent i smältan och minskar kolaffiniteten. Den ytterligare legerings- komponent är lättlöslig i den smälta legeringen, och påverkar inte det slutliga materialets applikationsegenskaper. Vidare bidrar nämnda ytterligare legerings- komponent till en ökad härdbarhet för det slutliga materialet genom metastabila tillstånd efter avgjutning. Företrädesvis innefattar nämnda ytterligare legerings- komponent kobolt eller nickel.

Det slutliga materialet är användbart för tillverkning av kompoundmaterial medelst pressgjutning eller pågjutning på ett kärnmaterial. Under pågjutning tillförs företrädesvis skyddsgas eller aktiv gas för att erhålla en lösningshärdande effekt. Ett sätt att realisera pågjutningen enligt uppfinningen är att induktivt uppvärrna kärn- materialet innan pågjutning, och att utföra pågjutningen i en skalsandsform.

En produkt tillverkad av det slutliga materialet enligt föreliggande uppfinning är användbar i en återvinningscykel, varvid produkten eller delar av produkten tillsätts och upplöses i en smälta av en basmetall.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föredragna utföringsforrner av föreliggande uppfinning beskrivs nedan i detalj med samtidig hänvisning till de åtföljande ritningarna, i vilka: figur l visar ett blockschema över ett första förfarande enligt uppfinningen; och figur 2 visar ett blockschema över ett andra förfarandet enligt uppfinningen, innefattande ett superympningförfarande.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORIVIER »rann 10 15 20 25 30 35 “ 5 2 '21 6 7 §Iï= šïïf - *å nu Iun 6 Förfarandet enligt uppfinningen för att tillverka ett nötningsbeständigt och hållfast material, sk karbidstål, kan beskrivas i följande steg (se tig. 1 och 2): 1. Legering a. framtagning av en grundlegering; innehållande - en basmetall bestående av - legeringskomponent A, såsom järn; - legeringskomponent B innefattande stabiliserande och kompletterande legeringskomponenter, såsom kisel och mangan; - legeringskomponent C, såsom kol; - legeringskomponent D innefattande en lösningsbegränsande legerings- komponent, såsom krom, vanadin eller molybden; samt b. uppsmältning och tillsättning av en karbidkomponent E, såsom t.ex. volframkarbid, titankarbid eller niobkarbid, och eventuellt tillsättning av ytterligare en legeringskomponent F, såsom t.ex. kobolt eller nickel; 2. Avgjutning; och 3. Skärande bearbetning. 1. Legering Grundmaterialet i det uppfinningsenliga förfarandet utgörs av en basmetall av järn A, stabiliserande och kompletterande legeringskomponenter B, t.ex. kisel och mangan samt legeringskomponent C, t.ex. kol. En grundlegering erhålls genom att basmetallen kompletteras med en lösningsbegränsande legeringskomponent D, företrädesvis krom, men även vanadin eller molybden kan användas.

Legeringskomponenten D bör uppfylla funktionema: - att i smält tillstånd sänka smältpunkten och minska ytspänningen hos grundlegeringen samt begränsa andra ämnens löslighet i grundlegeringen; och - att i fast tillstånd utgöra en egenskapsgivande komponent i den slutliga legeringen, det s.k. karbidstålet, genom karbidbildning så att karbider med önskade egenskaper bildas samt till en elektrokemisk potential som bidrar till korrosionsbegränsande egenskaper.

Legeringskomponenten D har som uppgift att under upplegeringsfasen begränsa karbidkomponentens E löslighet och upplösningshastighet i den smälta grund- legeringen. F öreträdesvis tillförs en lämplig karbidkomponent E som volframkarbid, men även t.ex. titankarbid eller niobkarbid kan tillföras. Karbidkomponenten E förvärms för att minimera underkylning av grundlegeringen innan mer än 5 vikt-% av karbidkomponent E tillsätts den smälta grundlegeringen. På grund av legerings- komponenten D upplöses den tillförda karbidkomponenten E endast i den omfattning som medges av legeringskomponenten D. På detta sätt kan tillverkaren ara., 10 15 20 25 30 35 ' 5.22 667 §II=§IIf æïës 7 styra karbidkomponentens E löslighet och önskad andel av karbidkomponenten E kan således utgöra olösta partiklar i den slutliga legeringen. Med hänsyn till önskade egenskaper hos det färdiga karbidstålet kan fler än en karbidkomponent tillsättas.

Karbidkomponenten E är löslig i legeringskomponenten D, men det omvända gäller ej, d.v.s. enkelsidig löslighet föreligger. Detta är särskilt fördelaktigt eftersom karbidstålet då uppvisar ett stort eutektiskt intervall, dvs ett intervall inom vilket karbidstålet uppvisar lägre smältpunkt än de rena metallema var och en för sig.

Intervallets storlek beror på vald karbidkomponent E samt grundlegering. Då den smälta legeringen stelnar urskiljs två eller flera fasta faser samtidigt vilket ger en legering med mycket goda material- och gjutegenskaper. Den enkelsidiga lösligheten möjliggör således god gjutbarhet inom ett stort sammansättnings- intervall.

En ytterligare legeringskomponent F kan tillsättas den smälta legeringen för att underlätta upplösningen av den tillsatta karbidkomponenten E i den smälta legeringen. Till exempel kan komponenter som minskar kolaffiniteten vara att föredra. Företrädesvis används kobolt, men även t.ex. nickel eller aluminium kan vara lämpliga. Legeringskomponenten F bör endast tillsättas i begränsad omfattning och vara lättlöslig i den smälta legeringen för att inte i allt för stor omfattning påverka den slutliga legeringens unika egenskaper. Vidare bidrar legerings- komponenten F till en ökad härdbarhet genom metastabila tillstånd efter avgjutning.

Under kontrollerade former föreligger det dock inga hinder för att integrera steg la och lb ovan för framställning av ett karbidstål enligt uppfinningen. Några vikt- %, mindre än 15 vikt-%, av karbidkomponenten E, t.ex. volframkarbid, kan med fördel tillsättas den smälta legeringen strax före avgjutning. Detta ympnings- förfarande, s.k. superympning, sker då i sådan omfattning att noterbara förändringar av sammansättningen erhålls såväl som extra kärnbildningspunkter, vilket har som syfte att ge en finare struktur samt förbättrade materialegenskaper genom ökad karbidhalt.

Exempel på en lämplig grundlegering för steg la ovan är ett vitt gjutjärn av typen SS0466. Ett typisk vitt gjutjäm kan i sin ursprungliga sammansättning bestå av: minst 2.9 vikt-% kol, 0.7 vikt-% kisel, 0.4 vikt-% mangan, 18 vikt-% krom, 1.0 vikt-% nickel, 0.3 vikt-% titan och resterande mängd järn.

Vitt gjutj äm kan sedan legeras med en uttj änt hårdmetallkomponent (motsv. steg lb ovan), varvid kolbalansen för den modifierade vitjärnslegeringen ej ändras från sin ursprungliga sammansättning eftersom det uppfinningsenliga förfarandet medger en utlösning av kolinnehållet för legeringskomponenter bundna till återskapade karbider vid den smälta legeringens stelnande.

I en utföringsform av det slutliga materialet, dvs legeringen enligt föreliggande uppfinning, innefattar legeringen i viktandelar 1 - 5 % kol, 10 - 40 % krom, 2 - 40 vßnn: 10 15 20 25 30 35 - 5 2 2 6 6 7 gig -2 :o uno 8 % volfram och balansen jäm och övriga legeringskomponenter. Företrädesvis innefattar nämnda övriga legeringskomponenter i viktandelar 0.5 - 2 % kisel, 0.3 - 10 % mangan, 0 - 7 % nickel, 0 - 2.5 % titan, 0 - 5 % molybden och 0.1 - 15 % kobolt.

I en föredragen utföringsforrn av legeringen enligt föreliggande uppfinning innefattar legeringen i viktandelar 2 - 3.5 % kol, 20 - 30 % krom, 5 - 20 % volfram och balansen järn och övriga legeringskomponenter. F öreträdesvis innefattar närrmda övriga legeringskomponenter i viktandelar 0.8 - 1.2 % kisel, 0.4 - 2 % mangan, 0.8 - 2 % nickel, 0.2 - 0.5 % titan, O - l % molybden och 0.5 - 5 % kobolt.

I en utföringsform av legeringen enligt föreliggande uppfinning uppgår viktandelen av nämnda övriga legeringskomponenter till 0 - 5 %. Det slutliga materialet innefattar företrädesvis en struktur av kromkarbid, vilken bildats vid smältans stelnande genom att de starkt karbidbildande kromatomema bundit kolatomer i en gitteruppbyggnad. Då dessa kromkarbider löser volframkarbid erhålls enligt uppfinningen ett material där volfram är ersättningslöst i gitteruppbyggnaden för kromkarbidstrukturen, varvid blandkarbider baserade på krom och volfram erhålls.

Legeringshaltema kan under vissa omständigheter anpassas så att en seghets- anpassning kan göras genom utskiljning av sekundära blandkarbider medelst anlöpning. Försök har även visat att det är möjligt att utföra en lokaliserad värme- behandling baserad på induktiv teknik. Seghetsoptimering kan härmed göras av egglinj en eller andra områden på det aktuella verktyget eller produkten. För kända värrneledningsegenskaper och kända omvandlingsförhållanden kan lokaliserad värmebehandling realiseras genom styrning av kylgradienten genom randvärdes- kontroll. För mer komplicerade anordningar kan en teknik baserad på F inita Element Metoden (FEM-teknik) utgöra ett viktigt hjälpmedel för denna typ av värmebehandlingsforrn.

Genomförda studier visar entydigt att direktgjutna produkter av den slutliga legeringen, karbidstålet, enligt uppfinningen kan bearbetas med hjälp av moderna och avancerade skärmaterial till klart konkurrensmässiga kostnader i förhållande till martensitiska material. En förutsättning är dock att optimala skärdatakombinationer väljs. Helt unik ytfinhet har erhållits redan vid skärande grovbearbetning.

Förfarandet enligt uppfinningen möjliggör återanvändning av en förbrukad produkt tillverkad av legeringen enligt uppfinningen. Retursystemet kan dels bygga på en direkt smältning och omgjutning av produkten för användning i nya produkter och dels som en utgångslegering, i vilken ev. ytterligare andelar av de ingående legeringskomponentema tillsätts, vid framställning av ny smälta enligt uppfinningen Vidare kan retursystemet bygga på att ett förbrukat verktygsmaterial, företrädesvis 10 l5 20 25 30 35 522_667 9 hårdmetall, ingår i en återvinningscykel för tillverkning av en legering enligt uppfinningen. Detta återanvändningsförfarande är möjligt p.g.a. att den smälta legeringen helt eller delvis är mättad på karbider eller karbidbildande legerings- komponenter D och E.

Exempelvis kan en vitj ärnslegering som är modifierad enligt uppfinningen, erhålla en hårdhet på ca 660 hårdhet Brinell (HB) vid tillsats av l5 vikt-% karbid- komponent E och 650 HB vid tillsats av 5 vikt-% karbidkomponent E. Dessa hårdhetsvârden ska jämföras med den maximala hårdheten på ca 550 HB som denna vitjämslegering erhåller i gjuttillstånd.

Enligt den föreliggande uppfinningen kan ett extremt nötningsbeständigt material, s.k. karbidstål, erhållas utifrån en vitjämslegering enligt ovan med anpassad viktandel karbidkomponent E. Karbidstålet har för sitt tillämpningsområde ett gynnsamt förhållande mellan hårdhet och seghet samt utmattningsbeständighet utan att efterföljande värmebehandling krävs. Karbidstålets fördelaktiga egenskaper erhålls efter kontrollerad stelning och svalning. I de applikationer som det uppfinningsenliga karbidstålet är avsett för är inte anlöpning nödvändig. Om karbidstålet anlöps kan ett segare material erhållas.

Med benämningen höglegerade vitjärn menas gjutbara järnlegeringar som innehåller mer än 3 vikt-% av andra legeringskomponenter än de som ingår i basmetallen. Sådana höglegerade vitjärn är väl lämpade för tillämpningar utsatta för högt nötande slitage. Detta eftersom en hög andel av kolet finns bundet som karbider, vilket ger legeringen hög hårdhet och goda förutsättningar att motstå degradering med avseende på såväl geometri och struktur. Karbiderna ligger inbäddade i en grundmassa med en struktur som beroende på sammansättning kan justeras för att erhålla maximalt förhållande mellan nötningsbeständighet och seghet. Höglegerade vitjäm innehåller höga halter krom vilket stabiliserar karbidema i grundmassans mikrostruktur och förhindrar att grafit utskiljs vid stelning. Vitt gjutjärri kännetecknas av en kemisk förening järnkarbid, typ cementit Fe3C, i en grundmassa av, beroende på kromhalt, ferrit, perlit, austenit och/eller martensit. Höga halter krom i höglegerade vitjärn medför helt eller delvis perlitisk matris, grundmassa, där andelen blandkarbider styr nötningsbeständigheten för legeringen. Mikrohårdheten för kromkarbiden ligger mellan 840-1400 hårdhet Vickers (HV) (HV50), beroende på krom/kol förhållandet i legeringens sammansättning. Förekommande kromkarbider i vitjämslegeringar med hög kromhalt kan vara M3C 840-1100 HV (HV50), M7C3 1200-1800 HV (HVSO) och/eller MozC 1500 HV (HV50). Låga förhållanden mellan krom och kol medför att grundmassan av austenit kan omvandlas till perlit vid svalning.

Nötningsbeständigheten kan ökas ytterligare genom värmebehandling av flera vitj ärnslegeringar så att den aktuella grundmassan omvandlas till martensit. aug-v 10 15 20 25 30 35 « ; v | u. n. n.. 2. Avgjutning Då ett karbidstål tillverkats enligt det uppfinningsenliga förfarandet gjuts materialet för att erhålla en slutprodukt med önskad form. Genom att kontrollera legeringssmältans svalning kan karbidstålets hårdhets styras, d.v.s. en snabb avkylning ger en lägre hårdhet medan en lägre avkylningshastighet ger ett karbidstål med en högre hårdhet. Denna egenskap är unik för karbidstålet enligt uppfinningen och medför att karbidstålet uppvisar unika värmebehandlings- egenskaper, d.v.s. anpassning av hårdhet och seghet kan göras beroende av tillämpning. Det uppfinningsenliga karbidstålet uppvisar ett härddjup som i stort sett är identiskt genom ett snitt av en gjuten produkt. Normalt för vitjärri gäller att tjockare gjutgods erhåller en lägre hårdhet i godsets centrum som stelnar sist än vid ytan p. g.a. olika svalningshastigheter. Detta kan innebära att önskad mikrostruktur (med tillhörande mekaniska egenskaper och hårdhet) inte erhålls genom hela den gjutna produkten. 3. Skärande bearbetning En finarbetning av slutprodukten sker medelst skärande bearbetning för att slutproduktens ytor ska uppfylla de noggrannhetskrav som den aktuella tillämpningen kräver.

Det enligt uppfinningen tillverkade karbidstålet har då det använts i verktyg visat upp till 5 gånger så lång verktygslivslängd som verktyg tillverkade av tidigare jämförbart verktygsstål.

Vidareutveckling En vidareutveckling av förfarandet enligt föreliggande uppfinning avser att karbidstålet kan användas vid tillverkning av s.k. kompoundmaterial. Karbidstålet ingjuts eller pågjuts då tillsammans med lättmetall- eller stållegeringar varvid karbidstålet i stort sett bibehåller sina materialegenskaper till skillnad från marten- sitiska stållegeringar. Detta innebär att karbidstålet kan användas vid varma tillämpningar eller produktionsförfaranden upp till 900°C utan en nämnvärd förändring av grundstrukturen detta p.g.a. karbidstålets stabila struktur. Ingjutning i lättmetall kan ske genom t.ex. pressgjutning medan pågjutning med stål av högre seghet kan ske genom bl.a. skalforrnsgjutning. Pågjutning kan ske genom för- värrnning av t.ex. stålplåt i gjutform medelst induktiv teknik varpå karbidstålet enligt föreliggande uppfinning fylls i fonnen. Detta gjutförfarande kan utföras med olika typer av omgärdande skyddsatmosfärer, t.ex. skyddsgas eller aktiv gas, vilket kan ge en lösningshärdande effekt och därmed skapa en jämnare övergång mellan segt och hårt material. :rusa 10 15 20 25 30 35 '522 -667 11 Föreslagen teknik för tillverkning av s.k. kompoundstålskomponenter är av stort intresse inom olika tillämpningsområden där man vill kombinera seghet med hårdhet alternativt seghet med mycket god slitstyrka. Även med hänsyn till efterföljande bearbetning kan en sådan kompoundlösning vara intressant. Till exempel kan navet i ett pumphjul tillverkas av ett stål med god bearbetningsbarhet samtidigt som pumphjulets övriga del tillverkas av karbidstålet enligt föreliggande uppfinning. På samma sätt kan t.ex. ”kärninaterialet” i en ornrörare (pumphjul/impeller) tillverkas av ett segare stål medan de abrasivt utsatta delarna består av karbidstålet enligt uppfinningen.

Genom ingjutning av karbidstål kan man erhålla förstyvningar i en lätt- metallegering. Delar av förstyvningen kan även gå ut i randen på lättmetall- komponenter varvid högt nötningsmotstånd eller lastbärande förmåga erhålls. Denna konstruktion är ej möjlig med en martensitisk stållegering p.g.a. de anlöpnings- effekter som uppträder vid avgjutningen.

I figur 1 illustreras processtegen enligt föreliggande uppfinning av ett flödes- schema. Således tillhandahålls i steg 1 en smälta av en basmetall, vilken basmetall innefattar järn A, stabiliserande komponenter B, exempelvis kisel och/eller mangan, samt kol C.

I det som beskrivs som steg 2 tillsätts ett flertal tillsatser. I steg 2a tillsätts till smältan en lösningsbegränsande legeringskomponent D, t ex krom. Smältan av basmetallen och legeringskomponenten D kallas grundlegering, och för den händelse ett befintligt material redan har önskad sammansättning av komponentema A - D enligt grundlegeringen, kan steget 2a utgå.

Komponenten D är anordnad att begränsa lösligheten för karbidkomponenten E, vilken tillsätts smältan i steg 2b. Karbidkomponenten E är t ex volframkarbid som är bunden av kobolt, och kan tillsättas som pulver eller delar av använda eller kasserade hårdmetallprodukter. .

I steg 2c tillsätts valfritt ytterligare en legeringskomponent F, t ex kobolt eller nickel, med fördelaktiga egenskaper enligt ovan. Det inses att ordningen för stegen 2a - 2c inte är kritisk, och att de kan ske samtidigt eftersom de tillsatta komponenterna skall lösas upp i smältan.

Enligt utföringsforinen som beskrivs i figur l avgjuts sedan i steg 3 det slutliga materialet, också kallat den slutliga legeringen, av smältan. Materialet är efter avsvalning färdigt att bearbetas i steg 4 direkt till en färdig detalj, steg 5.

I en annan utföringsform av uppfinningen, illustrerad i figur 2, innefattas de för figur 1 beskrivna stegen, och dessutom tillkommer steget 2d. I detta steg utförs det nya förfarandet superympning, varvid en för sammansättningen betydelsefull komponent, karbidkomponenten E, tillsätts i en för sammansättningen av det slutliga materialet betydande mängd, omedelbart före avgjutning. Denna mängd kan 5 2 '2 ' 6 é 7 °°°° u _ - 12 L motsvara en andel av den slutliga legeringen på upp till 15 vikt-%, men företrädesvis < 5 vikt-%.

Föreliggande uppfinning har beskrivits med hjälp av föredragna utföringsformer, och det är uppenbart för fackmannen att modifieringar därav kan göras utan att man 5 för den sakens skull lämnar omfånget av vidhängande patentkrav. nur-s

Claims (30)

1. 0 15 20 25 30 35 522=sa? 13 PATENTKRAV l. Förfarande för tillverkning av en legering med hög nötningsbeständighet, innefattande stegen att: - smälta en befintlig basmetall innefattande jäm (A) och kol (C); -tillsätta ett hårdmetallstycke, innefattande en volframkarbid (E), till den smälta basmetallen, varvid volframkarbiden (E) upplöses genom diffusion i smältan med basmetallen; - tillsätta krom (D) till smältan, vilket krom är karbidbildande och styr lösligheten av volframkarbiden (E) i smältan, medan kromet inte löses i volframkarbiden (E); - avgiuta smältan för att därvid bilda en legering med en karbidstruktur baserad på krom (D), och där volfiam är ersättningslöst i gitteruppbyggnaden för nämnda kromkarbidstruktur.

2. Förfarandet enligt krav 1, kännetecknat av att nämnda hårdmetall tillförs smältan i form av ett stycke av en uttjänt hârdmetallprodukt, innefattande volframkarbid (E).

3. Förfarandet enligt krav 2, kännetecknat av att nämnda stycke är ett uttjänt hårdmetallskär.

4. Förfarandet enligt krav 1, kännetecknat av att närrmda hårdmetall tillförs smältan i förrn av en spillprodukt eller en restprodukt från tillverkning av en hárdmetallprodukt, vilken spill- eller restprodukt innefattar volframkarbid (E).

5. Förfarandet enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda hårdmetall tillförs i stycken med en storlek av < 40 mm, i vilket volframkarbiden (E) har en kornstorlek av S l0um.

6. Förfarandet enligt något av föregående krav, kännetecknat av att icke upplösta kom av volframkarbiden (E), efter smältans stelnande, har en komstorlek av S 10um.

7. Förfarandet enligt något av föregående krav, kännetecknat av att volframkarbiden (E), före upplösning i smältan, är bunden med ett metalliskt material som ger smältning vid lägre smälttemperatur än basmetallen. 10 15 20 25 30 35 V52 2' /4

8. Förfarandet enligt krav 7, kännetecknat av att nämnda metalliska material i vilket volframkarbiden (E) är bunden, är kobolt. 667 o n » . u.

9. Förfarandet enligt krav 1, kännetecknat av att nämnda kromet (D) ger den slutliga legeringen en ökad korrosionstålighet.

10. Förfarandet enligt krav 1, kännetecknat av att kromet (D) i smält tillstånd sänker smältans smältpunkt och minskar dess ytspänning.

11. ILFÖrfarandet enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda basmetall innefattar stabiliserande och kompletterande legeringskomponenter Si och Mn.

12. F örfarandet enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda basmetall är vitt gjutjäm.

13. Förfarandet enligt något av föregående krav, kännetecknat av att volfiamkarbiden (E), i en andel som utgör > 5 vikt-% av det slutliga materialet, tillsätts och upplöses i smältan i en smältugn.

14. Förfarandet enligt något av föregående krav, kännetecknat av att volframkarbiden (E), i en andel som utgör < 15 vikt-% av det slutliga materialet, tillsätts den smälta legeringen omedelbart före avgiutning genom ett superympningstörfarande.

15. Förfarandet enligt något av föregående krav, kännetecknat av att volfram ingår i det slutliga materialet i en andel som utgör 5 ~ 40 vikt-%.

16. Förfarandet enligt något av föregående krav, kännetecknat av att en ytterligare legeringskomponent (F) tillsätts smältan, vilken ytterligare legeringskomponent (F) underlättar upplösningen av volframkarbiden (E) i smältan.

17. Förfarandet enligt krav 16, kännetecknat av att nämnda ytterligare legerings- komponent (F) minskar kolaffiniteten.

18. Förfarandet enligt krav 17, kännetecknat av att nämnda ytterligare legerings- komponent (F) är lättlöslig i den smälta legeringen, och inte påverkar det slutliga 10 15 20 25 30 35 « a - - a. materialets applikationsegenskaper.

19. Förfarandet enligt krav 17, kännetecknat av att nämnda ytterligare legerings- komponent (F) bidrar till en ökad härdbarhet för det slutliga materialet genom metastabila tillstånd efter avgjutning.

20. Förfarandet enligt något av krav 16 - 19, kännetecknat av att nänmda ytterligare legeringskomponent (F) innehåller kobolt eller nickel.

21. . Förfarandet enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det slutliga materialet används för tillverkning av kompoundmaterial medelst pressgiutning eller pågjutning på ett kärnmaterial.

22. Förfarandet enligt krav 21, kännetecknat av att under pågjutning tillföra skyddsgas eller aktiv gas för att erhålla en lösningshärdande effekt.

23. Förfarandet enligt krav 21, kännetecknat av stegen att: - índuktivt uppvärma kärnmaterialet innan pågj utning; - utföra pågjutningen i en skalsandsform.

24. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att en produkt tillverkad av det slutliga materialet används i en återvinningscykel, och därvid tillsätts och upplöses i en smälta av en basmetall.

25. Zíblötriingsbeständig giutjämsbaserad legering i viktandelar innefattande 1 - 5 % kol, 2 - 40 % volfrarn, 10 - 40 % krom, och balansen järn och övriga komponenter, varvid kromet bildar en karbidstruktur i legeringen, och där volfram är ersättningslöst i gitteruppbyggnaden för nämndakromkarbidstruktur.

26. Den nötningsbeständíga legeringen legering enligt krav 25, där nämnda övriga komponenter i viktandelar innefattar 0.5 - 2 % kisel, 0.3 - 10 % mangan, 0 - 7 % nickel, 0 - 2.5 % titan, 0 - 5 % molybden och 0.1 - 15 % kobolt.

27. Den nötningsbeständíga legeringen enligt krav 25, i viktandelar innefattande 2 - 3.5 % kol, 5 - 20 % volfram, 20 - 30 % krom, och balansen järn och övriga komponenter.

28. Den nötningsbeständíga legeringen enligt krav 25, där nämnda övriga komponenter i viktandelar innefattar 0.8 - 1.2 % kisel, 0.4 - 2 % mangan, tf . Eng' ='-=".:: .x -- - -- - - I I L :..':..-~.,- ;;, 'zz- n o n u . . , ': " 'U ^ o u o - u nu a IA 0.8 - 2 % nickel, 0.2 - 0.5 % titan, 0 - 1 % molybden och 0.5 - 5 % kobolt.

29. Den nötningsbeständiga lcgcringen enligt krav 25, där viktandelen av nämnda övriga komponenter uppgår till 0 - 5 %.

30. Den nötningsbeständiga legeringen enligt krav 25, där nämnda övriga komponenter innefattar någon av komponenterna kisel, mangan, nickel, titan, molybden eller kobolt.