DE112016003045T5

DE112016003045T5 - Gussmaterial und Verfahren zur Herstellung eines Gussmaterials

Info

Publication number: DE112016003045T5
Application number: DE112016003045.2T
Authority: DE
Inventors: Toshikazu Ooge; Hirofumi Tashiro
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 2015-07-04
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2018-04-19
Also published as: WO2017006838A1; JP6842414B2; US20180195152A1; JPWO2017006838A1

Abstract

Gussmaterial mit Partikeln einer harten Phase, die in der Hauptsache aus einem Borid und/oder einem Karbid gebildet sind, und einer Bindemittelphase, die eine Legierung enthält, die in der Hauptsache durch Co und/oder Ni gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase 3 µm oder weniger beträgt, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase 2,3 oder weniger beträgt, der Gehalt an Partikeln der harten Phase mit Abmessungen von weniger als 5 µm längs der Hauptachse drei Partikel oder weniger je 2450 µm² beträgt, und das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase 40% oder weniger beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gussmaterial und ein Verfahren zur Herstellung eines Gussmaterials.
Der Bedarf an verschleißfesten Materialien in verschiedenen mechanischen Einrichtungen und mechanischen Vorrichtungen hat Jahr für Jahr zugenommen; in letzter Zeit wurde von verschleißfesten Materialien nicht nur eine hohe Verschleißfestigkeit, sondern auch eine ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit, Wärmebeständigkeit und dergleichen verlangt.
Als verschleißfeste Materialien dieser Art sind bisher Cermet-Materialien untersucht worden, also Kompositmaterialien aus Keramik und Metall. Als Verfahren zur Herstellung solcher Cermet-Materialien ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem Pulver, die als Ausgangsmaterialien dienen sollen, beispielsweise durch pulvermetallurgische Verfahren miteinander gemischt und dann bei einer Temperatur, die gleich oder niedriger als die Schmelzpunkte der Ausgangsmaterialien ist, in einem Zustand, in dem sie durch Formpressen oder dergleichen geformt werden, einem Brennprozess unterzogen werden.
Wenn das pulvermetallurgische Verfahren benutzt wird, kann ein übermäßiges Kornwachstum in den Ausgangsmaterialien unterdrückt werden, da die Ausgangsmaterialien nicht geschmolzen werden, und die Entstehung von Schwingungshohlräumen oder dendritischen Mikrostrukturen (säulenförmige Kristalle) kann verhindert werden. Andererseits stellt sich, wenn das pulvermetallurgische Verfahren benutzt wird, die erreichte Dichte des Cermet-Materials als unzureichend heraus, weil Hohlräume im Inneren des erhaltenen Cermet-Materials verbleiben.
Im Gegensatz dazu beschreibt Patentdokument 1 ein Verfahren zur Herstellung eines Gussmaterials, das Mo (Molybdän), Ni (Nickel), B (Bor) und dergleichen enthält, durch Verwendung eines Gießverfahrens.
Patentdokument 1: WO 2012/063879
Ein Cermet-Material, das durch das in dem vorgenannten Patentdokument 1 beschriebene Gussverfahren erhalten wird, hat jedoch eine verbesserte Dichte, und außerdem haben dendritische Mikrostrukturen die Tendenz, im Inneren des gegossenen Cermet-Materials zu wachsen. Dementsprechend kann das Gussmaterial, das durch das im Patentdokument 1 beschriebenen Gussverfahren erhalten wird, leicht brechen, da die gewachsenen dendritischen Mikrostrukturen als Risskeime wirken. Deshalb war es schwierig, dass Gussmaterial, das durch das in Patentdokument 1 beschriebene Gussverfahren erhalten wurde, insbesondere in Anwendungen einzusetzen, die eine Biegefestigkeit erfordern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gussmaterial zu schaffen, das eine ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist und eine hohe Härte und eine hohe Biegefestigkeit hat.
Die Erfinder sind zu der vorliegenden Erfindung aufgrund der Feststellung gelangt, dass die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst werden kann, dass in einem Gussmaterial, das Partikel einer harten Phase, die in der Hauptsache aus einem Borid oder einem Karbid gebildet sind, und eine Bindemittelphase enthält, die eine in der Hauptsache aus Co und/oder Ni gebildete Legierung enthält, die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase, der Anteil an Partikeln der harten Phase, deren Abmessung längs der Hauptachse 5 µm übersteigt, und des Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase, derart kontrolliert werden, dass diese Parameter in spezifischen Bereichen liegen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird somit ein Gussmaterial geschaffen, das Partikel der harten Phase enthält, die in der Hauptsache aus einem Borid und/oder einem Karbid gebildet sind, mit einer Bindemittelphase, die eine Legierung enthält, die in der Hauptsache aus Co und/oder Ni gebildet ist, wobei die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase 3 µm oder weniger beträgt, das mittlere Seitenverhältnis der Partikel der harten Phase 2,3 oder weniger beträgt, der Anteil der Partikel der harten Phase mit Abmessungen längs der Hauptachse von mehr als 5 µm drei Partikel oder weniger je 2450 µm² beträgt, und das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase 40% oder weniger beträgt.
Bei dem Gussmaterial gemäß der Erfindung sind die Partikel der harten Phase vorzugsweise Partikel des Borids und/oder das Karbids, das wenigstens eines der folgenden Elemente enthält: Ni, Co, Cr, Mo, Mn, Cu, W, Fe und Si sowie W und/oder C.
Bei dem Gussmaterial gemäß der Erfindung ist die Bindemittelhase vorzugsweise eine Legierung, die wenigstens eines der Metalle: Cr, Mo, N, Cu, W, Fe und Si sowie Co und/oder Ni enthält.
In dem Gussmaterial gemäß der Erfindung beträgt der Gehalt an B vorzugsweise 1 bis 6 Gew.%, und der Gehalt C beträgt 0 bis 2,5 Gew.%.
In dem Gussmaterial gemäß der Erfindung sind die Partikel der harten Phase vorzugsweise gebildet aus einem Komposit-Borid mit der Formel Mo₂NiB₂ oder Mo₂(Ni,Cr)B₂, und die Bindemittelphase ist vorzugsweise gebildet durch eine Nickel-Legierung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird außerdem ein Verfahren angegeben zur Herstellung eines Gussmaterials, mit einer harten Phase, deren Partikel in der Hauptsache aus einem Borid und/oder einem Karbid gebildet sind, und einer Bindemittelphase, die eine Legierung enthält, die in der Hauptsache aus Co und/oder Ni gebildet ist, welches Verfahren die folgenden Schritte einschließt: Bereitstellen eines geschmolzenen Gemisches durch Lösen der Ausgangsmaterialien für die Bildung des Gussmaterials in einen Zustand, in dem sie miteinander gemischt sind, und Kühlen des geschmolzenen Gemisches, wobei der Schritt des Kühlens des geschmolzenen Gemisches einen Prozess der kontinuierlichen Kühlung des geschmolzenen Gemisches einschließt, bei einer Kühlrate von 100°C/min oder mehr in einem Temperaturbereich von der Ausgangstemperatur der Kühlung bis 400°C.
In dem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung ist bevorzugt, die Kühlung des geschmolzenen Gemisches dadurch vorzunehmen, dass das geschmolzene Gemisch in eine Form gegossen wird, die sich auf einer Temperatur zwischen Zimmertemperatur und 1100°C befindet.
Gemäß der Erfindung kann ein Gussmaterial geschaffen werden, das ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist und eine hohe Härte und eine hohe Biegefestigkeit besitzt.
In folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Diagramm zur Illustration eines Messverfahrens zur Messung der Mikrostruktur des Gussmaterials gemäß der Erfindung;
2A und 2B Fotografien eines Querschnitts des Gussmaterials nach Beispiel 1 in einem Elektronenrückstreubild, das mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) gewonnen wurde;
3A und 3B Fotografien eines Querschnitts des Gussmaterials nach Beispiel 2 in einem Elektronenrückstreubild, das mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) gewonnen wurde;
4a und 4B Fotografien eines Querschnitts des Gussmaterials nach Beispiel 3 in einem Elektronenrückstreubild, das mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) gewonnen wurde;
5A und 5B Fotografien eines Querschnitts des Gussmaterials nach Beispiel 4 in einem Elektronenrückstreubild, das mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) gewonnen wurde;
6A und 6B Fotografien eines Querschnitts des Gussmaterials nach Beispiel 5 in einem Elektronenrückstreubild, das mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) gewonnen wurde;
7A und 7B Fotografien eines Querschnitts des Gussmaterials nach Vergleichsbeispiel 1 in einem Elektronenrückstreubild, das mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) gewonnen wurde;
8A und 8 B Fotografien eines Querschnitts des Gussmaterials nach Vergleichsbeispiel 2 in einem Elektronenrückstreubild, das mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) gewonnen wurde;
9A und 9B Fotografien eines Querschnitts des Gussmaterials nach Vergleichsbeispiel 3 in einem Elektronenrückstreubild, das mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) gewonnen wurde.

Im folgenden wird das Gussmaterial gemäß der Erfindung beschrieben werden.
Das Gussmaterial gemäß der Erfindung enthält Partikel einer harten Phase, die gebildet sind durch ein Borid oder ein Karbid, und eine Bindemittelphase, die eine Legierung enthält, die in der Hauptsache aus Co und/oder Ni gebildet ist, wobei die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase 3 µm oder weniger beträgt, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der harten Phase 2,3 oder weniger beträgt, der Gehalt an Partikeln der harten Phase mit einer Abmessung von mehr als 5 µm in Richtung der größeren Seite drei Partikel oder weniger je 2450 µm² beträgt, und das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase 40% oder weniger beträgt.
Die Partikel der harten Phase, die das Gussmaterial gemäß der Erfindung bilden, enthalten in der Hauptsache ein Borid und/oder ein Karbid und tragen zur Härte und Verschleißfestigkeit des Gussmaterials bei. In dem Gussmaterial gemäß der Erfindung befinden sich die Partikel der harten Phase in einem Zustand, in dem sie in der Matrix der später beschriebenen Bindemittelphase dispergiert sind.
Beispiele für die Boride und Karbide, die die Partikel der harten Phase bilden, können ausgefällte Partikel einschließen, die wenigstens eines der Elemente Ni, Co, Cr, Mo, Mn, Cu, W, Fe und Si sowie B und/oder C enthalten, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Bei den Partikeln der harten Phase kann es sich um Partikel handeln, die sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden und miteinander gemischt sind.
Beispiele für die Boride können Boride der Typen MB, MB₂, M₂B, M₂B₅ und M₂M'B₂ einschließen (wobei M und M' jeweils wenigstens eines der Metalle Ni, Co, Cr, Mo, Mn, Cu, W, Fe und Si repräsentieren und M' ein metallisches Element ist, das von M verschieden ist) sind jedoch nicht hierauf beschränkt; spezifische Beispiele für die Boride umfassen Boride wie etwa CrB, MoB, Cr₂B, Mo₂B, Mo₂B₅, Mo₂FeB₂, Mo₂CrB₂ und Mo₂NiB₂.
Beispiele für die Karbide können Karbide der Typen M₂₃C₆, M₄C, M₃C₂, M₂C und MC (wobei M wenigstens eines der Metalle Ni, Co, Cr, Mo, Mn, Cu, W, Fe und Si repräsentiert und M durch ein anderes metallisches Element oder Elemente substituiert sein kann) einschließen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt; spezifische Beispiele für die Karbide umfassen Karbide wie etwa Cr₂₃C₆, Cr₃C₂, Cr₆C, Mo₂C und CrC.
Der Mengenanteil der oben beschriebenen Partikel der harten Phase in dem Gussmaterial gemäß der Erfindung beträgt vorzugsweise 10 bis 50 Vol%, weiter vorzugsweise 20 bis 45 Vol.%. Als ein Verfahren zur Einstellung des Mengenanteils der Partikel der harten Phase in dem Gussmaterial kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem der Gehalt an B in dem Gussmaterial oder der Gehalt an C in dem Gussmaterial eingestellt wird. Durch Einstellung des Mengenanteils der Partikel der harten Phase innerhalb des oben genannten Bereiches ist es möglich, das Gussmaterial gemäß der Erfindung so herzustellen, dass eine gute Balance zwischen Korrosionsfestigkeit und Verschleißfestigkeit und der mechanischen Festigkeit wie etwa Härte und Biegefestigkeit erreicht wird. Außerdem ist es durch Einstellung des Mengenanteils der Partikel der harten Phase innerhalb des oben genannten Bereiches möglich, zu verhindern, dass das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase zu groß wird und die Biegefestigkeit des Gussmaterials infolge der Aggregation der Partikel der harten Phase abnimmt. Durch Einstellung des Mengenanteils der Partikel der harten Phase innerhalb des oben genannten Bereiches kann die zum Schmelzen der Ausgangsmaterialien für die Partikel der harten Phase benötigte Temperatur gesenkt werden und damit die zum Schmelzen benötigte Energie verringert werden, was zu Kosteneinsparungen führt.
Die Bindemittelphase in dem Gussmaterial gemäß der Erfindung enthält eine Legierung, die als Hauptkomponente oder Hauptkomponenten Co und/oder Ni enthält, und ist eine Phase zur Bildung einer Matrix zum Binden der oben beschriebenen Partikel der harten Phase. Spezifische Beispiele für die Legierung, welche die Bindemittelphase bildet, umfassen Legierungen auf Co-Basis und/oder Ni-Basis, die wenigstens eines der Elemente Cr, Mo, Mn, Cu, W, Fe und Si enthalten. Dadurch, dass man es zulässt, dass die Bindemittelphase in dem Gussmaterial gemäß der Erfindung eine Legierung enthält, die in der Hauptsache aus Co und/oder Ni gebildet ist, kann die erhaltene Korrosionsfestigkeit des Gussmaterials im Vergleich zu dem Fall, in dem die Bindemittelphase eine Legierung enthält, die in der Hauptsache aus einer Fe-Legierung gebildet ist, verbessert werden.
Unter den oben beschriebenen Zusammensetzungen für die Partikel der harten Phase und für die Bindemittelphase, die das Gussmaterial gemäß der Erfindung bilden, ist eine Zusammensetzung bevorzugt, in der insbesondere die Partikel der harten Phase ein Komposit-Borid mit der Formel Mo₂NiB₂ enthalten und die Bindemittelphase eine Legierung auf Ni-Basis enthält.
Die Mikrostrukturen des Gussmaterials gemäß der Erfindung, insbesondere die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase, der Gehalt an Partikeln der harten Phase mit einer Abmessung längs der größeren Seite von mehr als 5 µm, und das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase werden so kontrolliert, dass sie innerhalb spezifischer Bereiche liegen, die später beschrieben werden. Dadurch, dass diese Parameter gemäß der Erfindung so kontrolliert werden, dass sie innerhalb der später beschriebenen spezifischen Bereiche liegen, kann eine ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit und Verschleißfestigkeit des Gussmaterials erreicht werden, und das Material kann eine höhere Härte und eine höhere Biegefestigkeit erhalten.
In dem Gussmaterial gemäß der Erfindung beträgt die mittlere Partikelgröße der oben beschriebenen Partikel der harten Phase 3 µm oder weniger, vorzugsweise 2,8 µm oder weniger und weiter vorzugsweise 2,5 µm oder weniger. Durch Einstellen der mittleren Partikelgröße der Partikel der harten Phase innerhalb dieses Bereiches können eine ausreichende Härte und Biegefestigkeit des erhaltenen Gussmaterials erreicht werden. Wenn die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase 3 µm übersteigt, können Defekte auftreten, bei denen die Partikel der harten Phase als Störungskeime wirken, und die Biegefestigkeit des Gussmaterials nimmt deutlich ab. Die untere Grenze für die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase ist nicht besonders beschränkt, liegt jedoch vorzugsweise bei 0,5 µm. Um die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase auf weniger als 0,5 µm zu senken, müsste die Kühlrate extrem groß sein und eine solche hohe Kühlrate lässt sich mit gewöhnlicher Wasserkühlung oder dergleichen nur schwer erreichen, so dass eine so hohe Kühlrate zu erhöhten Herstellungskosten führen würde.
Die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase kann beispielsweise dadurch gemessen werden, dass die Durchmesser der äquivalenten Kreise der Partikel der harten Phase berechnet werden und der Mittelwert der so berechneten Durchmesser der äquivalenten Kreise berechnet wird. Insbesondere kann zunächst mit Hilfe eines abtastenden Elektronenmikroskops (SEM) ein Elektronenrückstreubild eines Querschnitts des Gussmaterials gewonnen werden, und anhand des Elektronenrückstreubildes kann die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase auf der Grundlage der folgenden Fullman-Formel (1) berechnet werden: $d_{m} = (4 / π) \times (N_{L} / N_{S})$
In der oben angegebenen Formel (1) präsentiert d_m die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase, π ist die Kreiszahl, N_L repräsentiert die Anzahl der Partikel der harten Phase je Längeneinheit, die in einem Querschnitt der Mikrostruktur von einem beliebigen geraden Liniensegment getroffen werden (die also von dem Liniensegment berührt oder geschnitten werden, wenn ein beliebige gerades Liniensegment eingezeichnet wird); speziell ist N_L der Wert, der berechnet wird indem man die Anzahl der Partikel in einem Querschnitt der Mikrostruktur, die von dem beliebigen geraden Liniensegment mit der Länge L getroffen werden, durch die Länge L dieses Liniensegments dividiert; und N_S repräsentiert die Anzahl der Partikel der harten Phase, die in einer beliebigen Einheitsfläche enthalten sind, nämlich den Wert, den man erhält, indem man die Anzahl der in einem beliebigen Messgebiet mit der Fläche S enthaltenen Partikel durch die Fläche S des Messgebietes dividiert. In diesem Fall kann die Länge L des geraden Liniensegments eine Länge sein, die eine für die Messung der mittleren Partikelgröße hinreichende Anzahl von Partikeln der harten Phase schneidet, sie beträgt vorzugsweise 20 µm oder mehr. In den später beschriebenen Beispielen ist die Länge L des geraden Liniensegments auf 42 µm eingestellt. Das Messgebiet S kann ein Gebiet sein, das eine für die Messung der mittleren Partikelgröße hinreichende Anzahl von Partikeln der harten Phase enthält, und ist vorzugsweise ein Gebiet mit einer Länge von 20 µm oder mehr und einer Breite von 20 µm oder mehr. In den später beschriebenen Beispielen sind die Länge und die Breite des Gebietes S 57 µm bzw. 43 µm (entsprechend einem Flächeninhalt von 2450 µm²).
In dem Gussmaterial gemäß der Erfindung beträgt der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase, also der Mittelwert des Verhältnisses (große Achse/kleine Achse) der großen Achse zur kleinen Achse der Partikel, 2,3 oder weniger, vorzugsweise 2,2 oder weniger und weiter vorzugsweise 2,1 oder weniger. Durch Einstellen des Mittelwertes des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase innerhalb dieses Bereiches lässt sich die Biegefestigkeit des Gussmaterials deutlich verbessern. Wenn der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase zu groß ist, beispielsweise infolge des Wachstums der dendritischen Mikrostrukturen (säulenförmige Kristalle) in dem Bereich dentritischer Mikrostrukturen, nimmt die Biegefestigkeit des Gussmaterials ab und das Gussmaterial neigt dazu, zu brechen.
Der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase kann gemäß JIS R1670 wie folgt bestimmt werden. Zunächst wird das Gussmaterial geschnitten, und der Querschnitt an der Schnittfläche wird mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) fotografiert, um ein Elektronenrückstreubild zu erhalten. Danach wird anhand des Elektronenrückstreubildes auf die gleiche Weise wie bei der oben beschriebenen Messung der mittleren Partikelgröße eine vorbestimmte Anzahl der Partikel der harten Phase aus dem oben beschriebenen Messgebiet S (ein Gebiet mit einer Länge von 20 µm oder mehr und einer Breite von 20 µm oder mehr) ausgewählt, und die Länge (größere Achse) jedes Partikels der harten Phase in der Richtung der größten Längenausdehnung und die Länge (kleine Achse) der größten Längenabmessung in der Richtung senkrecht zur großen Achse wird gemessen. Dann wird anhand der gemessenen Abmessungen längs der großen Achse und der kleinen Achse das Verhältnis (große Achse/kleine Achse) der Längenausdehnungen als das Seitenverhältnis des Partikels bestimmt. In der vorliegenden Erfindung wird für eine vorbestimmte Anzahl (beispielsweise 10 oder mehr) der Partikel der harten Phase ein solches Seitenverhältnis bestimmt, und der Mittelwert der Seitenverhältnisse wird berechnet, und auf diese Weise kann der Mittelwert der Seitenverhältnisse der Partikel der harten Phase bestimmt werden.
In dem Gussmaterial gemäß der Erfindung betragt der Gehalt an Partikeln der harten Phase, die längs der großen Achse eine Ausdehnung von mehr als 5 µm haben, drei Partikel oder weniger, vorzugsweise zwei Partikel oder weniger und weiter vorzugsweise ein Partikel oder weniger je 2450 µm². Durch Einstellen des Anteils der Partikel der harten Phase mit einer Länge von mehr als 5 µm längs der Hauptachse innerhalb des oben genannten Bereiches kann bei dem Gussmaterial die Biegefestigkeit sowie auch die Kontrolle des Mittelwertes des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase deutlich verbessert werden. Die Anzahl der Partikel der harten Phase, die ein Länge von mehr als 5 µm längs der Hauptachse haben, kann bestimmt werden, indem in einem mit SEM aufgenommen Elektronenrückstreubild eines beliebigen Querschnitts die Anzahl der Partikel der harten Phase, die längs der Hauptachse eine Länge von mehr als 5 µm haben, in dem Messgebiet S gezählt wird (dem Gebiet mit einer Länge von 20 µm oder mehr und einer Breite von 30 µm oder mehr), auf die gleiche Weise wie bei der oben beschriebenen Messung der Seitenverhältnisse der Partikel der harten Phase. In den später beschriebenen Beispielen wird der Gehalt an Partikeln der harten Phase mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse anhand der Anzahl der Partikel in dem Messgenbiet S von 2450 µm² bestimmt, um die tatsächliche Messung auszuführen, jedoch sind tatsächliche Messungen nicht auf ein solches Messgebiet beschränkt; wenn Messungen unter Verwendung von Elekronenrückstreubildern in anderen Messgebieten vorgenommen werden, kann der vorgenannte Anteil an Partikeln der harten Phase durch eine Proportionalrechnung bestimmt werden. Zum Beispiel kann gemäß der Erfindung der Anteil an Partikeln der harten Phase mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse in einem Messgebiet von 5000 µm² kontrolliert werden, und in diesem Fall ist der Gehalt an Partikeln der harten Phase mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse je 5000 µm² 6 Partikel oder weniger, vorzugsweise 4 Partikel oder weniger, weiter bevorzugt 2 Partikel oder weniger.
Weiterhin ist in dem Gussmaterial gemäß der Erfindung das Kontaktverhältnis (Kontiguität) zwischen den Partikeln der harten Phase 40% oder weniger, vorzugsweise 39% oder weniger und weiter vorzugsweise 38% oder weniger. Das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase ist ein Index, der die Dispergierbarkeit der Partikel der harten Phase angibt; je kleiner das Kontaktverhältnis ist, desto besser ist die Dispergierbarkeit der Partikel der harten Phase, und demgemäß ist eine Verbesserung der Festigkeit möglich. Wenn das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase zu hoch ist, führt der Kontakt zwischen den Partikeln der harten Phase zur Entstehung von groben Aggregaten oder zum Auftreten von Kornwachstum aufgrund gegenseitigen Bondens der Partikel der harten Phase; somit kann ein Defekt auftreten, in dem der Bereich, in dem das Kornwachstum auftritt, als Störungskeim wirkt, der die Biegefestigkeit des Gussmaterials senkt.
Das Kontaktverhältnis der Partikel der harten Phase kann beispielsweise wie folgt gemessen werden. Speziell wird zunächst mit Hilfe eines abtastenden Elektronenmikroskops (SEM) das Elektronenrückstreubild der Oberfläche des Gussmaterials fotografiert, ein gerades Liniensegment L mit einer vorbestimmten Länge wird zu Messzwecken beliebig auf das Eletronenrückstreubild gezeichnet, so wie in 1 gezeigt ist, auf die gleiche Weise wie bei der oben beschriebenen Messung der mittleren Partikelgröße, und es wird beobachtet, ob eine Grenzfläche der harten Phase auf dem geraden Liniensegment L vorhanden ist. 1 ist ein Diagramm zur Illustration des Verfahrens zur Messung der Mikrostruktur des Gussmaterials gemäß der Erfindung. Speziell werden Grenzflächen der Partikel der harten Phase beobachtet, die Grenzflächen, an denen die Partikel der harten Phase miteinander in Berührung stehen, werden als Hartphasen/ Hartphasen-Grenzflächen I_HH bezeichnet, die Grenzflächen, an denen Partikel der harten Phase mit der Bindemittelphase in Berührung stehen, werden als Hartphasen/Bindemittelphasen-Grenzfläche_nI_HB bezeichnet, und die Anzahlen dieser Grenzflächen werden gezählt. Dann kann erfindungsgemäß anhand der Anzahl N(I_HH) je Längeneinheit L der Hartphasen/Hartphasen-Grenzflachen das Kontaktverhältnis Cont (in%) zwischen den Partikeln der Hartphasen anhand der folgenden Formel (2) berechnet werden: $Cont = 2 N (I_{HH}) / [2 N (I_{HH}) + N (I_{HB})] \times 100$
Wenn das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase nach dem oben beschriebenen Verfahren berechnet wird, ist es bevorzugt, das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase zu berechnen, indem die folgenden Sätze von Operationen sechs Mal ausgeführt werden und dann über die Ergebnisse der insgesamt sechs Messungen gemittelt wird: in einem Satz von Operationen wird ein gerades Messliniensegment L, das von dem oben beschriebenen geraden Liniensegment verschieden ist, so auf die SEM-Fotografie gezeichnet, dass sie längs einer anderen Route verläuft als die oben beschriebene Route, und die Anzahl der Hartphasen/Hartphasen-Grenzflächen I_HH und die Anzahl der Hartphasen/Bindemittelphasen-Grenzflächen I_HB wird auf die gleiche Weise gezählt wie oben beschrieben.
In der Erfindung ist das Verfahren, mit dem erreicht wird, dass die nachstehenden Größen in die oben angegebenen Bereiche fallen, nicht besonders beschränkt, jedoch kann das folgende Verfahren besonders genannt werden: die vorgenannten Größen sind die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der harten Phase, der Gehalt an Partikeln der harten Phase mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse, und das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase. Insbesondere wird ein Verfahren offenbart, bei dem, wenn das Gussmaterial hergestellt wird, zunächst ein geschmolzenes Gemisch gebildet wird durch Schmelzen der Ausgangsmaterialien für die Bildung der Partikel der harten Phase und der Bindemittelphase, und danach, wenn das erhaltene geschmolzene Gemisch gekühlt wird, wird ein Verfahren der kontinuierlichen Kühlung mit einer Kühlrate von 100°C/min oder mehr ausgeführt, in einem Temperaturbereich von der Anfangstemperatur der Kühlung bis auf 400°C.
Es ist zu bemerken, dass das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase beispielsweise auch dadurch kontrolliert werden kann, dass die Zusammensetzung des Gussmaterials so eingestellt wird, dass sie innerhalb eines spezifischen Bereiches liegt.
Die Zusammensetzung des Gussmaterials gemäß der Erfindung ist nicht besonders beschränkt, enthält jedoch, wenn die Bindemittelphase eine Legierung auf Nickelbasis enthält, die in der Hauptsache durch Ni gebildet wird, 1 bis 6 Gew.% B, 0 bis 2,5 Gew.% C, 0 bis 30 Gew.% Co, 0 bis 5 Gew.% Si, 0 bis 20 Gew.% Cr, 5 bis 40 Gew.% Mo, 0 bis 25 Gew.% Fe und als Rest Ni. Alternativ, wenn die Bindemittelphase eine Legierung auf Co-Basis enthält, die in der Hauptsache durch Co gebildet wird, enthält die Zusammensetzung des Gussmaterials gemäß der Erfindung vorzugsweise 1 bis 6 Gew.% B, 0 bis 2,5 Gew.% C, 0 bis 5 Gew.% Ni, 0 bis 5 Gew.% Si, 0 bis 25 Gew.% Cr, 5 bis 40 Gew.% Mo, 0 bis 25 Gew.% Fe und als Rest Co.
B (Bor) ist ein Element, zur Bildung eines Borids zur Herstellung der Partikel der harten Phase. Durch Einstellen des Gehalts an B innerhalb des oben genannten Bereiches kann das Mengenverhältnis der Partikel der harten Phase in dem Gussmaterial geeignet eingestellt werden, und demgemäß wird die Verschleißfestigkeit des Gussmaterials verbessert. Durch Einstellen des Gehalts an B innerhalb des oben genannten Bereiches kann das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase ebenfalls in dem oben genannten Bereich gehalten werden, und die Härte und die Biegefestigkeit des Materials können verbessert werden. Der Gehalt an B in dem Gussmaterial beträgt vorzugsweise 1 bis 6 Gew.%, weiter vorzugsweise 2 bis 5 Gew.%, entweder in dem Gussmaterial, in dem die Bindemittelphase in der Hauptsache aus Ni gebildet ist, oder in dem Gussmaterial, in dem die Bindemittelphase in der Hauptsache auch Co gebildet ist.
Durch Einbeziehung von C (Kohlenstoff) in einer großen Menge ist es möglich, ein Karbid zu bilden, um die Partikel der harten Phase herzustellen. Die Bildung des Karbids verbessert die Verschleißfestigkeit. Andererseits wird durch Einstellen des Gehalts an C innerhalb des oben genannten Bereiches das Mengenverhältnis der Partikel der harten Phase in dem Gussmaterial geeignet eingestellt, und so kann erreicht werden, dass das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase innerhalb des oben genannten Bereiches liegt, und die Härte und die Biegefestigkeit des Gussmaterials können verbessert werden. Der Gehalt an C in dem Gussmaterial beträgt vorzugsweise 0,15 Gew.% bis 2,5 Gew.%, weiter vorzugsweise 0,2 bis 1 Gew.%, entweder in dem Gussmaterial, in dem die Bindemittelphase in der Hauptsache durch Ni gebildet wird, oder in dem Gussmaterial, in dem die Bindemittelphase in der Hauptsache durch Co gebildet wird. Wenn Kohlenstoff als unvermeidliche Verunreinigung enthalten ist, ohne dass Karbid gebildet wird, beträgt der Gehalt an C z. B. vorzugsweise 0,06 Gew.% oder weniger.
Wenn eine Legierung auf Ni-Basis als Bindemittelphase in dem Gussmaterial verwendet wird, ist Ni (Nickel) ein Element, das in der Lage ist, die Partikel der harten Phase zu bilden, und gleichzeitig ist es ein Element, das in der Lage ist die Bindemittelphase zu bilden, und hat die Funktion, die Korrosionsfestigkeit des Gussmaterials zu verbessern. Wenn eine Legierung auf Co-Basis als die Bindemittelphase des Gussmaterials verwendet wird, hat Ni die Funktion, die Korrosionsfestigkeit des Gussmaterials zu verbessern.
Wenn eine Legierung auf Ni-Basis als die Bindemittelphase des Gussmaterials verwendet wird, ist Co (Kobalt) ein Element, das in der Lage ist, die Partikel der harten Phase zu bilden, und zugleich ist es ein Element, das in der Lage ist, die Bindemittelphase zu bilden, und hat die Funktion, die Korrosionsfestigkeit des Gussmaterials zu verbessern.
Si (Silizium) ist ein Element, das in der Lage ist, die Bindemittelphase des Gussmaterials zu bilden, und hat die Funktion, die Schmelztemperaturen der Ausgangsmaterialien zur Bildung des Gussmaterials zu senken. Durch Steuerung der Gehalts an Si auf einen geeigneten Wert kann die oben beschriebene Schmelztemperatur gesenkt werden, und außerdem kann die Abnahme der Biegefestigkeit des Gussmaterials infolge der Silicide in dem Gussmaterial unterdrückt werden.
Cr ist ein Element, das in der Lage ist, die Partikel der harten Phase zu bilden, und es ist zugleich ein Element, das in der Lage ist, die Bindemittelphase zu bilden, und hat die Funktion, die Korrosionsfestigkeit, Verschleißfestigkeit und die Hochtemperatureigenschaften, die Härte und die Biegefestigkeit des Gussmaterials zu verbessern. Durch Steuern des Gehalts an Cr auf einen geeigneten Wert kann das Mengenverhältnis der Partikel der harten Phase in dem Gussmaterial in dem oben genannten Bereich gehalten werden, und die Biegefestigkeit des Gussmaterials kann verbessert werden.
Mo (Molybdän) ist ein Element, das in der Lage ist, die Partikel der harten Phase zu bilden, und zugleich ist es ein Element, das in der Lage ist, die Bindemittelphase zu bilden, und hat die Funktion, die Korrosionsfestigkeit des Gussmaterials zu verbessern. Insbesondere ist ein Anteil an Mo in fester Lösung in der Bindemittelphase und hat dementsprechend die Funktion, die Korrosionsbeständigkeit des Gussmaterials zu verbessern. Durch Steuerung des Gehalts an Mo auf einen geeigneten Wert kann die Verschleißfestigkeit und die Korrosionsfestigkeit des Gussmaterials verbessert werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Gussmaterials gemäß der Erfindung beschrieben werden.
Zunächst wird ein Pulver eines Ausgangsmaterials zur Bildung des Gussmaterials gemäß der Erfindung zubereitet. Das Pulver des Ausgangsmaterials kann so zubereitet werden, dass die Mengenanteile der jeweiligen Elemente, die das Gussmaterial bilden, den gewünschten Mengenverhältnissen entsprechen. Gemäß der Erfindung können die Partikel der harten Phase, die in der Hauptsache aus einem Borid und/oder einem Karbid gebildet sind, zunächst in dem Pulver des Ausgangsmaterials enthalten sein, oder alternativ sind die Partikel der harten Phase nicht in dem Pulver des Ausgangsmaterials enthalten, sondern in dem Prozess der Herstellung des Gussmaterials unter Verwendung des Ausgangmaterialpulvers werden die Partikel der harten Phase in dem Gussmaterial gebildet, wobei diese Partikel aus einem Borid und/einem Karbid gebildet sind, die aus dem in dem Ausgangsmaterialpulver enthaltenen Bor und Kohlenstoff stammen.
Als nächstes, um erforderlichenfalls das zubereitete Ausgangsmaterialpulver auf eine vorbestimmte Partikelgröße zu zerkleinern, werden ein Bindemittel, ein organisches Lösungsmittel und dergleichen zu dem Ausgangsmaterialpulver zugegeben, und diese werden gemischt und mit Hilfe eines Brechers wie etwa einer Kugelmühle zerstoßen.
Das Bindemittel wird zugegeben, um die Formbarkeit während des Formprozesses zu verbessern und die Oxidation des Pulvers zu verhindern. Das Bindemittel ist nicht besonders beschränkt, und es können bisher bekannte Bindemittel verwendet werden; Beispiele für die Bindemittel können Paraffin enthalten. Die zugegebene Menge an Bindemittel ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch vorzugsweise 3 bis 6 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Rohmaterialpulvers. Das organische Lösungsmittel ist nicht besonders beschränkt, doch können niedrigschmelzende Lösungsmittel wie etwa Azeton verwendet werden. Die Zerkleinerungs- und Mischzeit ist nicht besonders beschränkt, es kann empfehlenswert sein, die Bedingungen so zu wählen, dass die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase, die in dem erhaltenen Gussmaterial gebildet werden, innerhalb des oben genannten Bereiches liegt; gewöhnlich beträgt die Zerkleinerungs- und Mischzeit 15 bis 30 Stunden.
Dann wird das oben beschriebene Ausgangsmaterialpulver zu einem geschmolzenen Gemisch aufgeschmolzen, und danach werden erforderlichenfalls Verunreinigungen wie etwa Gase und Oxide entfernt. Die Schmelztemperatur kann dabei abhängig von den verwendeten Ausgangsmaterialien bestimmt werden und beträgt vorzugsweise 1100 bis 1300°C, weiter bevorzugt 1200 bis 1250°C.
Danach wird das so erhaltene geschmolzene Gemisch in eine Gussform gegossen, etwa eine Form mit der gewünschten Gestalt, und danach gekühlt, so dass man das Gussmaterial erhält.
Beim Kühlen des geschmolzenen Gemisches wird erfindungsgemäß ein Prozess der kontinuierlichen Kühlung angewandt, bei dem das geschmolzene Gemisch mit einer Kühlrate von 100°C/min oder mehr gekühlt wird, und zwar in einem Temperaturbereich von der Anfangstemperatur des Kühlprozesses bis auf 400°C. In dem erfindungsgemäßen Verfahren bedeutet der Prozess der kontinuierlichen Kühlung des geschmolzenen Gemisches mit einer Kühlrate von 100°C/min oder mehr, dass ein Modus angewandt wird, in dem die Kühlrate über eine bestimmte durchgehende Periode 100°C/min oder mehr beträgt; es kann ein Prozess der kontinuierlichen Kühlung bei einer Kühlrate von 100°C/min oder mehr über eine Zeitperiode von vorzugsweise einer Minute oder mehr und weiter bevorzugt 5 Minuten oder mehr eingeschlossen sein; nicht eingeschlossen ist hingegen z. B. ein Modus, in dem die Kühlrate nur instantan 100°C/min oder mehr beträgt (etwa ein Modus, in dem die Kühlrate nur für z. B. eine Sekunde oder weniger 100°C/min oder mehr beträgt). Wenn das geschmolzene Gemisch gekühlt wird, kann ein Prozess der kontinuierlichen Kühlung des geschmolzenen Gemisches mit einer Kühlrate von 100 C/min oder mehr in dem Temperaturbereich von der Anfangstemperatur des Kühlprozesses bis auf 400° C angewandt werden, wobei die Kühlrate vorzugsweise 200° C/min oder mehr und weiter bevorzugt 400° C/min oder mehr beträgt. Durch Ausführung der Kühlung des geschmolzenen Gemisches unter den oben genannten Bedingungen können für das erhaltene Gussmaterial die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase, die der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase, der Mittelwert der Hauptachsenlängen der Partikel der harten Phase und das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase so kontrolliert werden, dass sie innerhalb der oben genannten Bereiche liegen.
Gemäß der Erfindung können die Beispielen für die Kühlung des geschmolzenen Gemisches unter den oben genannten Bedingungen unter anderem ein Verfahren einschließen, bei dem das geschmolzene Gemisch dadurch gekühlt wird, dass es in eine Form gegossen wird, die sich vorzugsweise auf einer Temperatur von Zimmertemperatur bis 1100°C befindet, weiter vorzugsweise bei 300 bis 1100°C. Als Zimmertemperatur kann dabei eine Temperatur von 1 bis 30°C angesehen werden.
Das Gießverfahren ist nicht besonders beschränkt, doch sind bevorzugt beispielswiese ein Gießformverfahren, ein Gießverfahren mit verlorenen Wachsmodell, ein kontinuierliches Gießverfahren, ein Schleudergussverfahren, unter dem Gesichtspunkt, dass man in der Lage ist, ein Gussmaterial zu bilden, das eine komplizierte Form hat, oder unter dem Gesichtspunkt, dass man in der Lage ist, ein dickwandiges Gussmaterial zu bilden.
Das Gussmaterial gemäß der Erfindung wird auf die oben beschriebene Weise hergestellt.
Das Gussmaterial gemäß der Erfindung enthält die Partikel der harten Phase, die in der Hauptsache aus einem Borid- und/oder einem Karbid gebildet sind, und die Bindemittelphase, die eine Legierung enthält, die in der Hauptsache aus Co und/Ni gebildet ist, wobei die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase auf 3 µm oder weniger eingestellt ist, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase auf 2,3 oder weniger eingestellt ist, der Gehalt an Partikeln der harten Phase mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse auf drei Partikel oder weniger pro 2450 µm² eingestellt ist, und das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase auf 40° oder weniger eingestellt ist. Aus diesem Grund hat das Gussmaterial gemäß der Erfindung eine ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit und Verschleißfestigkeit und erreicht eine hohe Härte und eine hohe Biegefestigkeit.
Da das Gussmaterial gemäß der Erfindung eine auszeichnete Korrosionsfestigkeit und Verschleißfestigkeit hat, eine hohe Härte und eine hohe Biegefestigkeit aufweist, kann dieses Gussmaterial geeignet als verschleißfestes Material eingesetzt werden, um eine ausgezeichnete Haltbarkeit zu erreichen, sogar in Umgebungen, in denen hohe Lasten auftreten, nämlich in Walzen, Zylindern, Lagern, industriellen Pumpenkomponenten und dergleichen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben, doch ist die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt. Für die Eigenschaften und die Methoden zur Bewertung der Eigenschaften gelten die folgenden Definitionen.
< Mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase, Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase, Anzahl der Partikel der harten Phase mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse, und Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase>.
Unter Verwendung eines abtastenden Elektronenmikroskops (SEM) wurde ein Elektronenrückstreubild des Querschnitts des Gussmaterials aufgenommen, und die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase, die Anzahl der Partikel der harten Phase mit einer Abmessung von mehr von 5 µm längs der Hauptachse, und das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase wurden mit den oben beschriebenen Verfahren gemessen. In den hier dargestellten Beispielen betrug bei der Ausführung der betreffenden Messungen die Länge des geraden Liniensegments L 42 µm, und das Messgebiet S hatte einen Flächeninhalt von 2450 µm².
<Härte>
An dem Gussmaterial wurde eine Messung der Härte (Rockwell C Skala) vorgenommen.
<Biegefestigkeit>
Ein Probestück wurde gebildet durch Schneiden des Gussmaterials auf eine Größe von 4 mm × 7 mm × 24 mm, und die Biegefestigkeit (Dreipunkt-Biegetest) des erhaltenen Probestücks wurde gemäß CIS 026 ausgeführt.
<Beispiel 1>
Ein Pulvergemisch wurde gebildet durch trockenes Mischen von 20 Gew.% eines Mo₂NiB₂ Komposit-Borids mit 80 Gew.% einer Selbstfluss-Legierung auf Nickelbasis (Zusammensetzung: Cr: 10 Gew.%, B: 2 Gew.%, Si: 2,7 Gew.%, C: 0,4 Gew.%, Fe: 2 Gew.%, Rest Ni). Das erhaltene Pulvergemisch wurde dann in einen Tiegel gegeben und mit Hilfe einer Vakuum-Gießmaschine (TCP-5250, hergestellt von Tanabe Kenden Co., Ltd.) aufgeschmolzen durch Erhöhung der Temperatur auf 1200°C in einem Hochfrequenz-Schmelzofen, um ein geschmolzenes Gemisch zu erhalten; das erhaltene geschmolzene Gemisch mit der Temperatur von 1200°C wurde in eine auf 400°C erhitzte Gießform gegossen, und danach durch Luftkühlung auf Zimmertemperatur abgekühlt, um ein Gussmaterial zu erhalten. In diesem Fall wurde die Temperatur des geschmolzenen Gemischs zwei Minuten nach der Entnahme des geschmolzenen Gemisches aus dem Hochfrequenz-Schmelzofen gemessen, und die gemessene Temperatur betrug 400°C. Mit anderen Worten, das geschmolzene Gemisch wurde, nachdem es aus dem Hochfrequenz-Schmelzofen genommen worden war, in zwei Minuten von 1200°C auf 400°C heruntergekühlt; in diesem Fall betrug die Kühlrate des geschmolzenen Gemisches 400°C/min; aufgrund dieser Resultate kann gesagt werden, dass das geschmolzene Gemisch kontinuierlich mit einer Kühlrate von etwa 400°C/min in dem Temperaturbereich von 1200°C bis 400°C gekühlt wurde.
Danach wurden für das erhaltene Gussmaterial mit den oben beschriebenen Verfahren die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase, die Anzahl der Partikel der harten Phase mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse, und das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase, die Härte und die Biegefestigkeit gemessen. Das Elektronenrückstreubild wurde mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) für die jeweiligen Messungen aufgenommen und ist in 2(A) und 2(B) gezeigt.
Dabei ist 2(B) eine Vergrößerung eines Teils des Bildes in 2(A). In den Elektronenrückstreubildern gemäß 2(A) und 2(B) bestehen die weißen Regionen aus einem Borid (Partikel der harten Phase), die schwarzen Regionen bestehen aus Karbid, und die restliche graue Region besteht aus der Legierung auf Nickelbasis.
Die Ergebnisse der verschiedenen Messungen im Beispiel 1 sind die folgenden: die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase betrug 2,2 µm, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase betrug 2,0, das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase betrug 37%, die Härte (HRC) betrug 54,8, und die Biegefestigkeit betrug 1143 MPa. Für die beliebigen zehn Partikel, die unter den Partikeln der harten Phase ausgewählt und bei der Berechnung des Seitenverhältnisses benutzt wurden, betrugen die gemessenen Werte für die Abmessungen längs der Hauptachse 2,4 µm, 3,0 µm, 3,5 µm, 3,8µm, 3,9 µm, 4,0 µm, 4,4 µm, 4,9 und 5,1 µm und der Mittelwert der Abmessungen längs der Hauptachse betrug 3,89 µm. Für alle diese Partikel der harten Phase, die innerhalb des Messgebietes S (mit dem Flächeninhalt von 2450 µm²) vorhanden waren, wurden die Hauptachsen gemessen und die Anzahl der Partikel mit einer Abmessung längs der Hauptachse von mehr als 5 µm betrug 1. Die Messung der Anzahl der Partikel mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse wurde für fünf Messgebiete durchgeführt, wobei das Messgebiet jeweils verändert wurde (in jedem Messgebiet lag die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse bei 0 oder 1. Alternativ, wenn für alle Partikel der harten Phase innerhalb eines Messgebietes von 5000 µm² die Abmessungen längs der Hauptachse gemessen wurden, betrug die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse 2.
<Beispiel 2>
Ein Pulvergemisch wurde gebildet durch trockenes Mischen von 10 Gew.% eines Mo₂NiB₂ Komposit-Borids mit 90 Gew.% einer Selbstfluss-Legierung auf Nickelbasis (Zusammensetzung: B: 2 Gew.%, Si: 7,1 Gew.%, C: 0,06 Gew.% oder weniger, Fe: 1,5 Gew.%, Rest Ni). Durch Sintern des Pulvergemisches unter Vakuum in einem Vakuumofen, 30 Minuten lang bei 1160°C wurde dann ein Barren gebildet. Durch Erhöhung der Temperatur des Barrens auf 1200°C in einem Ofen unter Luftatmosphäre wurde ein geschmolzenes Gemisch gebildet, und das erhaltene geschmolzene Gemisch mit der Temperatur von 1200°C wurde in eine Gießform auf Zimmertemperatur von 20°C gegossen, und danach an der Luft gekühlt, um ein Gussmaterial zu erhalten. In diesem Fall wurde die Temperatur des geschmolzenen Gemischs ungefähr eine Minute nach der Entnahme des geschmolzenen Gemisches aus dem Atmosphärenofen gemessen, und die gemessene Temperatur betrug 400 bis 500°C. Mit anderen Worten, das geschmolzene Gemisch wurde, nachdem es aus dem Ofen genommen worden war, in einer Minute von 1200°C auf 400 bis 500°C heruntergekühlt; in diesem Fall betrug die Kühlrate des geschmolzenen Gemisches 700 bis 800°C/min; aufgrund dieser Resultate kann gesagt werden, dass das geschmolzene Gemisch kontinuierlich mit einer Kühlrate von etwa 700 bis 800°C/min in dem Temperaturbereich von 1200°C bis 400°C gekühlt wurde.
Danach wurden für das erhaltene Gussmaterial mit den oben beschriebenen Verfahren die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase, die Anzahl der Partikel der harten Phase mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse, und das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase, die Härte und die Biegefestigkeit gemessen. Das Elektronenrückstreubild wurde mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) für die jeweiligen Messungen aufgenommen und ist in 3(A) und 3(B) gezeigt. Dabei ist 3(B) eine Vergrößerung eines Teils des Bildes in 3(A). In den Elektronenrückstreubildern gemäß 3(A) und 3(B) bestehen die weißen Regionen aus einem Borid (Partikel der harten Phase), die schwarzen Regionen bestehen aus Karbid, und die restliche graue Region besteht aus der Legierung auf Nickelbasis.
Die Ergebnisse der verschiedenen Messungen im Beispiel 2 sind die folgenden: die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase betrug 2,8 µm, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase betrug 1,5, das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase betrug 14%, die Härte (HRC) betrug 64, und die Biegefestigkeit betrug 1101 MPa. Für die beliebigen zehn Partikel, die unter den Partikeln der harten Phase ausgewählt und bei der Berechnung des Seitenverhältnisses benutzt wurden, betrugen die gemessenen Werte für die Abmessungen längs der Hauptachse 2,8 µm, 3,8 µm, 2,7 µm, 3,6 µm, 2,8 µm, 2,4 µm, 3,2 µm, 4,2 µm und 2,9 µm und der Mittelwert der Abmessungen längs der Hauptachse betrug 3,20 µm. Für alle diese Partikel der harten Phase, die innerhalb des Messgebietes S (mit dem Flächeninhalt von 2450 µm²) vorhanden waren, wurden die Hauptachsen gemessen und die Anzahl der Partikel mit einer Abmessung längs der Hauptachse von mehr als 5 µm betrug 2. Die Messung der Anzahl der Partikel mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse wurde für fünf Messgebiete durchgeführt, wobei das Messgebiet jeweils verändert wurde; in jedem Messgebiet lag die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse bei 0 bis 2. Alternativ, wenn für alle Partikel der harten Phase innerhalb eines Messgebietes von 5000 µm² die Abmessungen längs der Hauptachse gemessen wurden, betrug die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse 4.
<Beispiel 3>
Ein Gussmaterial wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 2, nur mit dem Unterschied, dass ein Pulvergemisch verwendet wurden, das erhalten wurde durch trockenes Mischen von 15 Gew.% eines Mo₂NiB₂ Komposit-Borids und 85 Gew.% einer Selbstfluss-Legierung auf Nickelbasis (Zusammensetzung: B: 2,3 Gew.%, Si: 7,1 Gew.%, C: 0,06 Gew.% oder weniger, Fe: 1,5 Gew.%, Rest: Ni), und die jeweiligen Messungen wurden auf die gleiche Weise wie Beispiel 2 ausgeführt. Das Elektronenrückstreubild wurde mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) für die jeweiligen Messungen aufgenommen und ist in 4(A) und 4(B) gezeigt. Dabei ist 4(B) eine Vergrößerung eines Teils des Bildes in 4(A). In den Elektronenrückstreubildern gemäß 4(A) und 4(B) bestehen die weißen Regionen aus einem Borid (Partikel der harten Phase), die schwarzen Regionen bestehen aus Karbid, und die restliche graue Region besteht aus der Legierung auf Nickelbasis. In der grauen Region ist der länglich geformte Teil (in 4(B) durch einen Pfeil angegeben) dunkler wiedergegeben als die übrigen Teile der Ni-Legierung, aufgrund des Unterschied im Kristalloid in der NI-Legierung, doch handelt es sich dabei immer noch um die Legierung auf Nickelbasis und nicht um Partikel der harten Phase.
Die Ergebnisse der verschiedenen Messungen im Beispiel 3 sind die folgenden: die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase betrug 2,1 µm, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase betrug 1,8, das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase betrug 13%, die Härte (HRC) betrug 65, und die Biegefestigkeit betrug 993 MPa. Für die beliebigen zehn Partikel, die unter den Partikeln der harten Phase ausgewählt und bei der Berechnung des Seitenverhältnisses benutzt wurden, betrugen die gemessenen Werte für die Abmessungen längs der Hauptachse 2,2 µm, 3,1 µm, 3,2 µm, 3,2 µm, 2,6 µm, 4,3 µm, 3,7 µm, 3,7 µm, 2,8 µm, und 3,2 µm, und der Mittelwert der Abmessungen längs der Hauptachse betrug 3,20 µm. Für alle diese Partikel der harten Phase, die innerhalb des Messgebietes S (mit dem Flächeninhalt von 2450 µm²) vorhanden waren, wurden die Hauptachsen gemessen und die Anzahl der Partikel mit einer Abmessung längs der Hauptachse von mehr als 5 µm betrug 0. Die Messung der Anzahl der Partikel mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse wurde für fünf Messgebiete durchgeführt, wobei das Messgebiet jeweils verändert wurde; in jedem Messgebiet lag die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse bei 0 bis 1. Alternativ, wenn für alle Partikel der harten Phase innerhalb eines Messgebietes von 5000 µm² die Abmessungen längs der Hauptachse gemessen wurden, betrug die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse 2.
<Beispiel 4>
Ein Gussmaterial wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 2, nur mit dem Unterschied, dass ein Pulvergemisch verwendet wurden, das erhalten wurde durch trockenes Mischen von 20 Gew.% eines Mo₂NiB₂ Komposit-Borids und 80 Gew.% einer Selbstfluss-Legierung auf Nickelbasis (Zusammensetzung: B: 2,3 Gew.%, Si: 7,1 Gew.%, C: 0,06 Gew.% oder weniger, Fe: 1,5 Gew.%, Rest: Ni), und die jeweiligen Messungen wurden auf die gleiche Weise wie Beispiel 2 ausgeführt. Das Elektronenrückstreubild wurde mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) für die jeweiligen Messungen aufgenommen und ist in 5(A) und 5(B) gezeigt. Dabei ist 5(B) eine Vergrößerung eines Teils des Bildes in 5(A). In den Elektronenrückstreubildern gemäß 5(A) und 5(B) bestehen die weißen Regionen aus einem Borid (Partikel der harten Phase), die schwarzen Regionen bestehen aus Karbid, und die restliche graue Region besteht aus der Legierung auf Nickelbasis. In der grauen Region ist der länglich geformte Teil (in 5(B) durch einen Pfeil angegeben) dunkler wiedergegeben als die übrigen Teile der Ni-Legierung, aufgrund des Unterschied im Kristalloid in der NI-Legierung, doch handelt es sich dabei immer noch um die Legierung auf Nickelbasis und nicht um Partikel der harten Phase.
Die Ergebnisse der verschiedenen Messungen im Beispiel 4 sind die folgenden: die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase betrug 2,1 µm, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase betrug 1,8, das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase betrug 13%, die Härte (HRC) betrug 65, und die Biegefestigkeit betrug 1198 MPa. Für die beliebigen zehn Partikel, die unter den Partikeln der harten Phase ausgewählt und bei der Berechnung des Seitenverhältnisses benutzt wurden, betrugen die gemessenen Werte für die Abmessungen längs der Hauptachse 3,2 µm, 4,0 µm, 3,4 µm, 3,2 µm, 3,2 µm, 3,7 µm, 3,2 µm, 3,0 µm, 3,2 µm, und 3,2 µm, und der Mittelwert der Abmessungen längs der Hauptachse betrug 3,31 µm. Für alle diese Partikel der harten Phase, die innerhalb des Messgebietes S (mit dem Flächeninhalt von 2450 µm²) vorhanden waren, wurden die Hauptachsen gemessen und die Anzahl der Partikel mit einer Abmessung längs der Hauptachse von mehr als 5 µm betrug 2. Die Messung der Anzahl der Partikel mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse wurde für fünf Messgebiete durchgeführt, wobei das Messgebiet jeweils verändert wurde; in jedem Messgebiet lag die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse bei 0 bis 2. Alternativ, wenn für alle Partikel der harten Phase innerhalb eines Messgebietes von 5000 µm² die Abmessungen längs der Hauptachse gemessen wurden, betrug die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse 4.
<Beispiel 5>
Ein Gussmaterial wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 2, nur mit dem Unterschied, dass nur eine Selbstfluss-Legierung auf Nickelbasis (Zusammensetzung: Cr: 10 Gew.%, B: 2 Gew.%, Si: 2,7 Gew.%, C: 0,4 Gew.%, Fe: 2 Gew.%, Rest: Ni), anstelle des Pulvergemisches verwendet wurde, und die jeweiligen Messungen wurden auf die gleiche Weise wie Beispiel 2 ausgeführt. Das Elektronenrückstreubild wurde mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) für die jeweiligen Messungen aufgenommen und ist in 6(A) und 6(B) gezeigt. Dabei ist 6(B) eine Vergrößerung eines Teils des Bildes in 6(A). In den Elektronenrückstreubildern gemäß 6(A) und 6(B) bestehen die weißen Regionen aus einem Borid (Partikel der harten Phase), die schwarzen Regionen bestehen aus Karbid, und die restliche graue Region besteht aus der Legierung auf Nickelbasis. Es ist zu bemerken, dass das Karbid möglicherweise durch die Reaktion des Kohlenstoffs in der Selbstfluss-Legierung auf Nickelbasis mit einem metallischen Element (Ni, Cr oder Fe) gebildet wird.
Die Ergebnisse der verschiedenen Messungen im Beispiel 5 sind die folgenden: die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase betrug 1,1 µm, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase betrug 2,4, das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase betrug 18,7%, die Härte (HRC) betrug 44,7, und die Biegefestigkeit betrug 1118 MPa. Für die beliebigen zehn Partikel, die unter den Partikeln der harten Phase ausgewählt und bei der Berechnung des Seitenverhältnisses benutzt wurden, betrugen die gemessenen Werte für die Abmessungen längs der Hauptachse 1,5 µm, 2 µm, 1,5 µm, 4,5 µm, 4 µm, 2 µm, 2 µm, 1,75 µm, 2 µm, und 2 µm, und der Mittelwert der Abmessungen längs der Hauptachse betrug 2,4 µm. Für alle diese Partikel der harten Phase, die innerhalb des Messgebietes S (mit dem Flächeninhalt von 2450 µm²) vorhanden waren, wurden die Hauptachsen gemessen und die Anzahl der Partikel mit einer Abmessung längs der Hauptachse von mehr als 5 µm betrug 0. Die Messung der Anzahl der Partikel mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse wurde für fünf Messgebiete durchgeführt, wobei das Messgebiet jeweils verändert wurde; in jedem Messgebiet lag die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse bei 0 bis 1. Alternativ, wenn für alle Partikel der harten Phase innerhalb eines Messgebietes von 5000 µm² die Abmessungen längs der Hauptachse gemessen wurden, betrug die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse 1.
<Vergleichsbeispiel 1>
Ein Gussmaterial wurde wie folgt hergestellt: ein Pulvergemisch, das auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 erhalten wurde, wurde in einen Tiegel gegeben, die Temperatur des Pulvergemisches wurde in einem Vakuumofen (PVSGgr 20/20, hergestellt von SHIMADZU CORPORATION) auf 1200°C erhöht, um das Pulvergemisch aufzuschmelzen, und so wurde ein geschmolzenes Gemisch erhalten, das geschmolzene Gemisch wurde langsam auf 400°C abgekühlt, über eine Zeitspanne von etwa einer Stunde in einem Hochfrequenz-Schmelzofen, und so wurde das Gussmaterial erhalten. Danach wurden für das so erhaltene Gussmaterial die jeweiligen Messungen auf die gleiche Weise vorgenommen wie in Beispiel 1. Das Elektronenrückstreubild wurde mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) für die jeweiligen Messungen aufgenommen und ist in 7(A) und 7(B) gezeigt. Dabei ist 7(B) eine Vergrößerung eines Teils des Bildes in 7(A). In den Elektronenrückstreubildern gemäß 7(A) und 7(B) bestehen die weißen Regionen aus einem Borid (Partikel der harten Phase), die schwarzen Regionen bestehen aus Karbid, und die restliche graue Region besteht aus der Legierung auf Nickelbasis.
Die Ergebnisse der verschiedenen Messungen im Vergleichsbeispiel 1 sind die folgenden: die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase betrug 3,5 µm, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase betrug 2,4, das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase betrug 43%, die Härte (HRC) betrug 49,4, und die Biegefestigkeit betrug 664 MPa. Für die beliebigen zehn Partikel, die unter den Partikeln der harten Phase ausgewählt und bei der Berechnung des Seitenverhältnisses benutzt wurden, betrugen die gemessenen Werte für die Abmessungen längs der Hauptachse 3,4 µm, 3,6 µm, 4,1 µm, 4,2 µm, 4,7 µm, 5,1 µm, 5,1 µm, 5,6 µm, und 6,4 µm, und der Mittelwert der Abmessungen längs der Hauptachse betrug 4,73 µm. Für alle diese Partikel der harten Phase, die innerhalb des Messgebietes S (mit dem Flächeninhalt von 2450 µm²) vorhanden waren, wurden die Hauptachsen gemessen und die Anzahl der Partikel mit einer Abmessung längs der Hauptachse von mehr als 5 µm betrug 5. Alternativ, wenn für alle Partikel der harten Phase innerhalb eines Messgebietes von 5000 µm² die Abmessungen längs der Hauptachse gemessen wurden, betrug die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse 10.
<Vergleichsbeispiel 2>
Ein Gussmaterial wurde wie folgt hergestellt: ein Pulvergemisch, das auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 erhalten wurde, wurde in einen Tiegel gegeben, die Temperatur des Pulvergemisches wurde in einem Vakuumofen (PVSGgr 20/20, hergestellt von SHIMADZU CORPORATION) auf 1200°C erhöht, um das Pulvergemisch aufzuschmelzen, und so wurde ein geschmolzenes Gemisch erhalten, das geschmolzene Gemisch wurde langsam auf 800°C abgekühlt, über eine Zeitspanne von etwa fünf Stunden in einem Hochfrequenz-Schmelzofen, und so wurde das Gussmaterial erhalten. Danach wurden für das so erhaltene Gussmaterial die jeweiligen Messungen auf die gleiche Weise vorgenommen wie in Beispiel 1. Das Elektronenrückstreubild wurde mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) für die jeweiligen Messungen aufgenommen und ist in 8(A) und 8(B) gezeigt. Dabei ist 8(B) eine Vergrößerung eines Teils des Bildes in 8(A). In den Elektronenrückstreubildern gemäß 8(A) und 8(B) bestehen die weißen Regionen aus einem Borid (Partikel der harten Phase), die schwarzen Regionen bestehen aus Karbid, und die restliche graue Region besteht aus der Legierung auf Nickelbasis.
Die Ergebnisse der verschiedenen Messungen im Vergleichsbeispiel 2 sind die folgenden: die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase betrug 3,68 µm, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase betrug 1,7, das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase betrug 21%, die Härte (HRC) betrug 47,0, und die Biegefestigkeit betrug 522 MPa. Für die beliebigen zehn Partikel, die unter den Partikeln der harten Phase ausgewählt und bei der Berechnung des Seitenverhältnisses benutzt wurden, betrugen die gemessenen Werte für die Abmessungen längs der Hauptachse 3,5 µm, 6 µm, 4 µm, 6 µm, 7,5 µm, 8,5 µm, 9,5 µm, 8,5 µm, und 6,5 µm, und 5,5 µm, und der Mittelwert der Abmessungen längs der Hauptachse betrug 6,6 µm. Für alle diese Partikel der harten Phase, die innerhalb des Messgebietes S (mit dem Flächeninhalt von 2450 µm²) vorhanden waren, wurden die Hauptachsen gemessen und die Anzahl der Partikel mit einer Abmessung längs der Hauptachse von mehr als 5 µm betrug 10. Alternativ, wenn für alle Partikel der harten Phase innerhalb eines Messgebietes von 5000 µm² die Abmessungen längs der Hauptachse gemessen wurden, betrug die Anzahl der Partikel mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse 20.
<Vergleichsbeispiel 3>
Ein Gussmaterial wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in Vergleichsbeispiel 2, nur mit dem Unterschied, dass nur eine Selbstfluss-Legierung auf Nickelbasis (Zusammensetzung: Cr: 10 Gew.%, B: 2 Gew.%, Si: 2,7 Gew.%, C: 0,4 Gew.%, Fe: 2 Gew.%, Rest: Ni), anstelle des Pulvergemisches verwendet wurde, und die jeweiligen Messungen wurden auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 2 ausgeführt. Das Elektronenrückstreubild wurde mit einem abtastenden Elektronenmikroskop (SEM) für die jeweiligen Messungen aufgenommen und ist in 9(A) und 9(B) gezeigt. Dabei ist 9(B) eine Vergrößerung eines Teils des Bildes in 9(A). In den Elektronenrückstreubildern gemäß 9(A) und 9(B) bestehen die schwarzen Regionen aus Karbid, und die restliche graue Region besteht aus der Legierung auf Nickelbasis.
In Vergleichsbeispiel 3 waren die Partikel der harten Phase miteinander verbunden, so dass sie große Agglomerate bildeten, und demgemäß konnten die mittlere Partikelgröße, der Mittelwert des Seitenverhältnisses und das Kontaktverhältnis der Partikel der harten Phase nicht gemessen werden. Bei dem Gussmaterial nach Vergleichsbeispiel 3 betrug die Härte (HRC) 38,0 und die Biegefestigkeit 519 MPa.
Aus den Messergebnissen zu Beispielen 1 bis 5 ergibt sich, dass das folgende Gussmaterial eine hohe Biegefestigkeit und eine hohe Härte aufwies: ein Gussmaterial mit einer mittleren Partikelgröße der Partikel der harten Phase von 3 µm oder weniger, einem Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase von 2,3 oder weniger, einem Gehalt an Partikeln der harten Phase mit einer Abmessung von mehr als 5 µm längs der Hauptachse von drei Partikeln oder weniger je 2450 µm², und einem Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase von 40% oder weniger. Mit anderen Worten, aus den Messergebnissen gemäß Beispielen 1 bis 5 ergibt sich, dass die Gussmaterialien eine ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit und ausgezeichnete Festigkeit aufweisen und außerdem eine hohe Biegefestigkeit und hohe Härte aufweisen, nämlich die Eigenschaften eines Gussmaterials, das Partikel der harten Phase enthält, die in der Hauptsache aus einem Borid und/oder einem Karbid gebildet sind, und einer Bindemittelphase, die ein in der Hauptsache aus Co und/oder Ni gebildete Legierung enthält.
In den oben beschriebenen Beispielen 2 bis 5 wurden die Gussmaterialien erhalten durch Eingießen eines geschmolzenen Gemisches in eine Gießform auf Zimmertemperatur und anschließende Luftkühlung des geschmolzenen Gemisches; jedoch selbst in einem Fall, in dem eine auf 400°C erhitzte Gießform benutzt wurde, in gleicher Weise in Beispiel 1, kann gesagt werden, dass das geschmolzene Gemisch einen Prozess der kontinuierlichen Kühlung mit einer Kühlrate von 100°C/min oder mehr durchlief, in dem Temperaturbereich von der Ausgangstemperatur des Kühlprozesses bis auf 400°C; demgemäß wird das erhaltene Gussmaterial als ein Gussmaterial betrachtet, das zusätzlich zu einer ausgezeichneten Korrosionsfestigkeit und einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit ähnliche Eigenschaften hinsichtlich einer hohen Biegefestigkeit und Härte aufweist.
Andererseits zeigen die Resultate aus den Vergleichsbeispielen 1 und 2, dass die folgenden Gussmaterialien nur eine geringe Biegefestigkeit aufwiesen: Gussmaterialien mit einer mittleren Partikelgröße der harten Phase von mehr als 3 µm, einem Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase von mehr als 2,3, einem Anteil von Partikeln der harten Phase mit Abmessungen von mehr als 5 µm längs der Hauptachse von mehr als drei Partikeln je 2450 µm², und einem Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase von mehr als 40%.
Aus den Messergebnissen in Vergleichsbeispiel 3 ergibt sich, dass ein Gussmaterial, bei dem die Partikel der harten Phase miteinander verbunden sind und große Agglomerate bilden, nur eine geringe Biegefestigkeit und eine geringe Härte erreicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/063879 [0006]

Claims

Gussmaterial mit Partikeln einer harten Phase, die in der Hauptsache aus einem Borid und/oder einem Karbid gebildet sind, und einer Bindemittelphase, die eine Legierung enthält, die in der Hauptsache durch Co und/oder Ni gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße der Partikel der harten Phase 3 µm oder weniger beträgt, der Mittelwert des Seitenverhältnisses der Partikel der harten Phase 2,3 oder weniger beträgt, der Gehalt an Partikeln der harten Phase mit Abmessungen von weniger als 5 µm längs der Hauptachse drei Partikel oder weniger je 2450 µm² beträgt, und das Kontaktverhältnis zwischen den Partikeln der harten Phase 40% oder weniger beträgt.
Gussmaterial nach Anspruch 1, bei dem die Partikel der harten Phase Boride und/oder Karbide sind, die wenigstens eines der Elemente Ni, Co, Cr, Mo, Mn, Cu, W, Fe und Si sowie B und/oder C enthalten.
Gussmaterial nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bindemittelphase eine Legierung ist, die wenigstens eines der Elemente Cr, Mo, Mn, Cu, W, Fe und Si sowie Co und/oder Ni enthält.
Gussmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Gehalt an B in dem Gussmaterial 1 bis 6 Gew.% und der Gehalt an C in dem Gussmaterial 0 bis 2,5 Gew.% beträgt.
Gussmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Partikel der harten Phase ein Komposit-Borid mit der Formel Mo₂NiB₂ oder Mo₂(Ni,Cr)B₂ enthalten und die Bindemittelphase eine Legierung auf Nickelbasis enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Gussmaterials mit Partikeln einer harten Phase, die in der Hauptsache aus einem Borid und/oder einem Karbid gebildet sind, und einer Bindemittelphase, die eine in der Hauptsache aus Co und/oder Ni gebildete Legierung enthält, mit den folgenden Schritten: - Herstellen eines geschmolzenen Gemisches durch Aufschmelzen von Ausgangsmaterialien für das Gussmaterial in einem Zustand, in dem die Ausgangsmaterialien miteinander gemischt sind, und - Kühlen des geschmolzenen Gemisches, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlen des geschmolzenen Gemisches einen Prozess der kontinuierlichen Kühlung des geschmolzenen Gemisches mit einer Kühlrate von 100°C/min oder mehr in einem Temperaturbereich von der Anfangstemperator des Kühlprozesses bis auf 400°C einschließt.
Verfahren zur Herstellung eines Gussmaterials nach Anspruch 6, bei dem die Kühlung des geschmolzenen Gemisches durchgeführt wird, indem das geschmolzene Gemisch in eine Gießform gegossen wird, deren Temperatur zwischen Zimmertemperatur und 1100°C liegt.