DE1953481C2 - Gesinterte stahlgebundene Karbid hartlegierung und Verfahren zu ihrer Her stellung - Google Patents
Gesinterte stahlgebundene Karbid hartlegierung und Verfahren zu ihrer Her stellungInfo
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Description
0.5 bis 6,0 Gewichtsprozent Siliziurn 0 bis 7.0 Gewichtsprozent Aluminium
0 bis 7,0 Gewichtsprozent Mangan ;
0 bis 36.0 Gewichtsprozent Nickel 0 bis 8,0 Gewichtsprozent Kupfer
0 bis 0.1 Gewichtsprozent Magnesium 0 bis 0.1 Gewichtsprozent Cer
0 bis 0.1 Gewichtsprozent Bor ι
0 bis 2,0 Gewichtsprozent insgesamt an Chrom.
Molybdän. Vanadium.
Titan.
Resi Eisen.
dadurch gekenn zeich η ei. dai.i die Lenierurui -'·
außer dem gebundenen 0.8 bis }.-) Gewichtsprozent
Kohlenstoff als freien Graphil enthalt.
2. Karbidhanlegierung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 50'V des Titan
karbids durch andere Karbide ersetzt ist.
3. Verfahren zum Sintern einer Karbidhartlei'ie
rung nach einem der Ansprüche 1 oder 2. da durch gekem/rchnet. daii die aus den zu Pulver
gemahlenen Ausgangsstoffen (Hartstoffkompo nente und die Stahlgruncimasse bildenden Einzelelementen)
gepreßten Formkörper mit einer Geschwindigkeit von 80 bis 100 C, Stunde auf eine
Sintertemperatur von 1000 bis 1200"C erhitzt,
mindestens für etwa 4 bis 6 Stunden auf der Sintertemperatur gehalten, dann mit einer Ge ;
schwindigkeit von 30 bis 50°C Stunde bis auf 750 bis 850 C abgekühlt und von dieser Tem
peratur mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 200° C/Stunde auf Raumtemperatur abgekühii
werden. f,
Die Erfindung bezieht sich auf eine gesinterte stahlgebundenc
Karbidhartlegierung, bestehend aus 10 bis Gewichtsprozent Metallkarbid, insbesondere Titan
karbid. Rest Stahlgrundmasse sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Karbidhartlegierungen, bei denen eine Komponente aus einem Metallkarbid und die andere Komponente
aus einem Stahl besteht, sind bekannt, z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1.260.796. Aufgrund des
hohen Karbidanteils von 10 bis 75 Gcwichtsprozen! sind solche Legierungen hochverschleißfest und werden
z. B. als Werkstoffe für Werkzeuge für die spanlose Formgebung, z. B. Ziehmatrizen, eingesetzt.
Für Teile, die einem Reibungsverschleiß ausgesetzt sind, haben sich bekannte stahlgebundene Hartstofflegierungen
bisher nicht als besonders geeignet erwiesen. Die Paarung zweier aufeinandergleitcnder Teile
aus bekannten Hartstofflegierungen verursacht bei irgendeiner Reibbeanspruchung selbst, bei kleinster
Oberflächenrauhigkeit noch verhältnismäßig hohe Reibunesfaktoren. sobald der zwischen ihnen befindliche
Schmierfilm abreißt oder nicht vorhanden ist. Laufen dagegen zwei Teile aufeinander, von denen das erne
aus einer siahlgebundenen Karbidhartlegierung be
steht und das andere aus einem anderen Werkstoff, was aus konstruktiven Gründen häufig der Fall ist.
/.B. eine Stahlweile, die in Lagerschalen aus einer stahlgebundenen KarbUhartlcgierung umläuft. :o
zeigt -.ich. daß das nicht aus der siahigebundenen
Karbidhartlegierung bestehende Teil einem auüerur
dentlich hohen Verschleiß durch das andere Teil a·.;-.
der siahlgebundenen Karbidhartlegicmng unterliegt.
Werkstoffe mit sogenannten Noiiaufeigcnschaften
sind zu ar bekannt, sie besitzen jedoch nur terin.u
oder enr keine Verschleißfestigkeit. So sind für ponV-gesinterte
LagenverkstolTe, z.B. Eisen, B:on?e. K';p
fer. Neusilber. Kunststoffe. Kohle usw. bekannt, !luv
Schmiereigienschatten beruhen auf tier Tränkun-: n-.-r
Poren -m Ölen oder auf einer eigenen Sehrnierfahi^
keii. wie z.B. bei Kupier. Phosphorbron/en oder ah;;
liehen Werkstoffen, !in neuerer Werkstoff mit Selh-r
schmierung ist Gußeisen, bei dem lamellarcr oje; k..
acliger Graphit neben Phosphiden und Sulhd-jn aj..
Selbstsehrriereffekt hervorruft?!1.. Fs gibt auch an\:
Gußeisensonen mit Graphit, die einen geringen V
teil an Chrornkarbiden und Molybdänkarbideri auf >e.
sen and damit eine etwqs höhere Abriebfesiigkcii bc
sitzen. Auch diese Werkstoffe entsprechen jedoc'- η
ihrem Verschleißverhalten nicht den gestellten Anfo· di-Yungcn.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schal fung einer hochverschleißfesten harten Legierung m,;
Selbstschiniereigenschaften. Der WerksiotT soll tür
Teile eingesetzt werden, die einer starken ReiHbear
spruehiing ausgesetzt sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Krfm
dung bei einer gesinterten stahlg"bundenen Karbid
hartlegierung mit 10 bis 75 Gewichtsprozent Meuiii
knrbid. Rest Stahlgrundmasse bestehend aus
0.5 bis 6.0 Gewichtsprozei ■ Silizium Ü bis 7.0 Gewichtsprozent Aluminium
0 bis 7.0 Gewichtsprozent Mangan 0 bis 36.0 Gewichtsprozent Nickel 0 bis 8.0 Gewichtsprozent Kupfer
0 bis 0.1 Gewichtsprozent Magnesium < bis 0.1 Gewichtsprozent Cer
0 bis 0.1 Gewichtsprozent Bor 0 bis 2.0 Gewichtsprozent insgesamt an Chroiii.
Molybdän. Vanailr ii.
Titan. Rest Eisen
wirgeschlagen,, daß die Legierung außer dem ge bundenen 0,8 bis 3,9 Gewichtsprozent Kohleastoff
als freien Graphit enthält.
Aus dein Buch Kieffer. Benesovsky »Hartmetalle«.
1965, Seile 226 ist zwar u. a. eine Hartmetall legierung, bestehend aus 74% Eisen, 1% Graphit und
25% eines TiC-VC-Mischkristalls bekannt. Diese Sinterlegierung hat aber ebenso wie andere bekannte
stahlgebundene Hartstofflegierungen keinen Kohlenstoff als freien Graphit in der Stahlgrundmasse,
durch welchen der gewünschte Selbstschmiereffekt bei der erfindungsgemäßen Legierung erst erreicht
wird.
Bis zu 50 Gewichtsprozent des Titankarbids kann in der erfindungsgemäßen Karbidhartlegierung durch
andere Metallkarbide ersetzt sein.
Aufgrund des in der Stahlgrundmasse der stahlge
bundenen Karbidharliegierung vorhandenen freien
Graphits ergibt .-,ich ein gußaruges Gefüge mit der
diesem eigenen Seibstschrmerwirkuni.. Versuche
haben gezeigt, daß die bekanntlich hoehverschleißfe *
sicn stahlgebundenen Karbidhartlegieriingen durch ·
den Zusatz \on freiem Graphit zu der Stahlgrundmasse
eine wesentliche Erhöhung der Standzeit aufwiesen, wenn üic daraus hergestellten Teile einer Rctiv
beanspruchung unterworfen wurden. Line Verbesse- ''■
rung der Verschleißfestigkeit bei Reibneansprüchung
ergab sich auch darin, .venn .iur ein Teil aus der er
fmüuiigsgemäßen sianlgebimdenen Karnidhartlrgie
rimg bestand and das andere mit dem ersten in reibender
Berührung stehende aus einem anderen Werk- ι ■
stoff h.·- -gestellt :■ .tr.
.AUig'und de.·» erhaUnisnin.'.ii-: honen Ιί',ΠΛίοΓί'κπ
tens m vier ι·· 'mdungspemäßcn Legierung kann diese
in bekannter Weise nur auf pulver.net.iliurgischem
Vijp iioige-iielU weider. Oabei bc-;eh noch eint- he -'
sondere SchuieiigK·.;· clen freien Grappit in die Slatil
griiiuiiTuisss eiimihringjii. Der :iu;\-r>:.-v.^hnhcb hc:ie
Rohlenstoflgehait ι ■ der St:ihlm;i'r!,\ hei der erllndurigsj.cmal.k-n
HartsaiiVicgierimg unu das dadurch
auftretende pi^.d:ig schmeizende f:iiickük.:;n '..'■'; mal·: ^;
Um S;. stern üc-; Elisen Kohlenstoff Diagramms (4.3
Gu'.vi-htspmzf-iiC und i i 5 J- C) verursachen erheb
liehe Schwierigkeiten burn Sintern, z.um.ii der Aniei!
dieser Phase jber 50 Volumprozent hesi. Drbe, r--u:J
noch '''enicksichtiut werden. da;.i ab'.oiut diuiie,, ais'"1 v
pore:if:eic Sin' :rkrirpei- erziel: werden solle·" Viur-;!'.
die Losung des Kohlenstoffs beim S:ni?iT: s —J die
Ausscheidung desselben als freier Graphit hei der Abkühlung von der Sintertempei Jiur muli mit \erwik
keilen Schwindungsverhältnissen gerechnet w.v-der.
Die μ ringe Dichte des Graphits gegenüber Lisen spielt dabei eine entscheidende Rolle.
Die Lösungsverhältnisse sind bein Sintern anders geartet als beim Erstarren aus der Schmelze. «■■.■>
nur bei tibereutekiischen Legierungen (oberhalb 4.^ Ge ι
uichtsprozent C) primär KohlensKiiT auischeidet. an
dem .ich bei weiterer Erstarrung and Abkühlung Graphit
.nlagert. Reim Sintern, also in Linigekehrter Rieh
tiing /um Frsiarren ans der Schmelze. muC die Ze
nientiibildun» verhindert und die Lösung des Kohlen- ü
Stoffs im Kisen gesichert werden. Daher kommt der
gesamten Sintcrbchdii.llung der erllndungsgemälJen
Hartsiofilegierung entscheidende Bedeutung zu.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren /um Sin tern der erfindungsgemäßen I lartstofflcgierung d;: ^1
durch gekennzeichnet, daß die aun den /u Pulver gemahlenen
Ausgangsstoffen (HartstcitTkiiinponentc und
die Stahlgruiiilmasse bildenden F-.inzelelemenien)
gepreßten Formkörper mit einer Geschwindigkeit '.on 80 bis IOO°C/Stunde auf eine Sinlcrtemperatur win ■'
JOOO bis 1200°C erhiut. mindestens für etwa 4 bis
6 Stunden auf der Sintertemperatur gehalten, dann mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 50°C/Siunde
bis auf 750 bis 85Ü°C abgekühlt und von dieser Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 100 bis w>
200 C/Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
Entscheidend für das Gelingen ist zunächst die chemische Zusammensetzung, da beim Sintern naturgemäß
die Verbindung
3 Fc +C= Fc1C
abläuft und ein dem weißen Roheisen ähnlicher harter spröder Werkstoff entsteht, der genau die gegentei
ligen Eigenschaften des zu findenden Werkstoffes hat.
Die Zugabe von wenigstens I Gewichtsprozent SiIi
/ium, meist in Form von Ferrosiüzium. verhindert
weitgehend die Zutieniiibildung und fördert die Graphitbildur.g.
ähnlich wirken Aluminium und Titan. Entscheidend .'.bor ist eine spezielle Sinterung, d.h..
eine Hallezeit von -- his 6 Stunden auf Sintertempera
iur u;id eine mehrstündige Abkühlung, um das
Gleichgewicht der l.egierungskomponenten herzuste!
i-.-.n. dt-n Graphit gleichmaßig verteilt auszuscheiden
und ihn in eine günstige lameüare Form zu bringen.
Letztere ist für Kelimiervorgänge in diesem pulvermeiaiiurgisch
hergestellten Werkstoff am günstigsten. Solch c;n ungerichteier Graphit steigert die Tempera
türsjhnck Beständigkeit i.id die 1A ärmeleitfäiiigkeu.
Dse bewußt u !gei' ,iietcn. . ner fein und gleichmäßig
verteilten Graphitlcmellcn führe,1 -a einem sehr geringen
RoibungskoeiYizienten und 'mihem Widerstan·.!
gegen iirandrisse. Letztere künnep bf; sehr siatkc
und schneller Ohertlaohengleitung entsteht·.·!, also ahn
„üi α ic beim iir;^iu:i''ieniaßL-n Schleifen infolge ·.'.ech
selnder Tempor.uur unu durch F.ruiirT.en und Ahkiili
!en.
'ί dem SchiiiT^iid ist das Getiige einer Hansiofflegie't.ng
mit 2ü Gewich'.sprozent Ί 'lankarbid. 2.5 Ge
wu-h's-pro/ct Ki^iiitnst!'!!. 2.0 Gewiciilspro/ent Sihzi
::;-.!. ίΛ Gl.mc! isTrozeni Nicke! und Rest Eisen dar
g'.'-'rll!. Die Stah'matrix ist rein Serritisch und der
Graphit ;··::ι;ί '.r, kugeliger urnJ !amdlare'" Form vor.
D^- Ti'UP.karhid lit gieiciimaJiu venent in eine,
rCi n:'.'."<")tV: v.'!·; 1 hi-. 3 mn. Die Miine dieser Leaie
ruf·:: '-urde ".it 33 bl· 3o IiRC. , nisprd.l.v.-nd ^2!
tms 35'; HB- gemessen. Der Vohmiepnnieii Graphil
iieet '-,ei 3"" h··- 40 Gewielv.>nro7.cnt unu verleiht der
Li:-:i·.·; ..ng üeben hoher Ver-.chleißk'Migkeit den ge
ν.ünscii.-j'i -»elbsisc'iiriicreifekt. Dieses rerntisciie ("ie
iüize :i:M lamell.irem. !-i;i!ti"igen- Grr.phit und einen1 Ti
iankarbidgehak ergibt hervorrager.de Dämnfungswer
ic. die mit neigendem · iraphitcehaii noch /unehnien.
Demgegenüber fallen die Diimpfuiiaswerte bei höhe
rem Kohlcnstt)ffg'"-:,|t. ;· -.o perlitisciiom Gefüge ah.
/.usäi'/e von äiii/ium. die zur Graphi'isicrung not
wellig sind, erhöhen in Meiieen .on 0.5 bis 6.0 (je
ν ichtsprozent die Korrosionsbeständigkeit.
Hin'? Krhöhung des Ni:kclgehails bis zu 36.Ü Ge
■.vicliLsprozent führ: /u iiistenitischer Grundmasse. i:i
uic 'i'itankarbido unii Cjrrmhit eingelagert sind. Auch
r;ier i:-t die Höhe des Koiiienstoffs für die Menge des
Graphirs maßsiebi-nd. Diese nustenitischen Lesierun-
;;en >u.j i.orrosionsbeständig. nicht magnetisierbar,
/.under! .ständig, sehr zäh und auch gut bearbeitbar.
Der /uiscchnungskoelTi/ienl dieser austenitischen Le
gierunger lieat fast doppelt so hoch wie tier fernti
scher bzw. perlitischer Legierungen mit Titankarbid und Graphit.
Mangangehalte bewirken eine stärkere Austinitbildung und können bis 7.0 Gewichtsprozent betragen.
Aluminium in Mengen bis 7.0 Gewichtsprozent bc wirken eine Vergrößerung des Anteils an flüssiger
Phase, was insbesondere bei höheren Hartstoffgehaltcn
erwünscht ist.
Kupfer bis 8.0 Gewichtsprozent bringt einen Aushärteeffekt und verbessert die Selbstschmiereigenschaften
der Legierung.
Zusätze von Magnesium und/oder Cer lassen ebenso wie beim normalen Gußeisen die kugelige
Form des Graphits entstehen.
Bor bis 0,1 Gewichtsprozent bewirkt eine Desoxydation
im Innern der Legierung und führt zur Bindung des vorhandenen Sauerstoffs in der Legierung
zu B2Oj, das bei verhältnismäßig niedriger Temperatur
im Vakuum leicht flüchtig ist.
Die Elemente Chrom, Molybdän, Vanadium und Titan werden bei den Hartstofflcgierungcn gemäß der
Erfindung selten benötigt, da sie starke Karbidbildner sind und sofort mit dem Graphit reagieren wurden.
Bis zu einer Gesamtmenge von 2,0 Gewichtsprozent können sie jedoch zur Härtung zugegeben werden.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Hartstofflegierung erfolgt aus den einzelnen Komponenten, Hartstoff
einerseits und den Einzelelementen der Stahlgrundmasse andererseits. Die Hartstoffkomponente
und die die Stahlgrundmassc bildenden Einzelelemente oder sie enthaltene Vorlegierungen, wie Karbonyleisen.
Graphit, Silizium, z. B. in Form von Fcrrosilizium, werden trocken gemischt, auf eine Korngröße
von 1 bis 3 /im naß gemahlen, im Vakuum getrocknet, gepreßt und im Vakuum von 2 χ 10~2 Torr bei
etwa 1 100° C gesintert.
Die Sinterung erfolgt in der vorerwähnten Weise durch langsames Anheizen, mehrstündiges Halten auf
Sintertemperatur und langsames, gestuftes Abkühlen nach erfolgter Sinterung. Daran kann sich eine Wärmebehandlung
der gesinterten Hartstofflcgierung anschließen. Diese kann bestehen aus Spannungsfreiglühen
ohne Gefügeänderungen zwischen 550 unc 650°C. Zum Lünformcn des streifigen Perlits zu kör
nigem Perlit kann ein Glühen zwischen 650 unc 800" C vorgenommen werden. Zur Bildung von fcrriti
s scher Grundmassc empfiehlt sich ein Weichglüher
zwischen 800 und 925°C, wodurch ein restloser Zcr fall von Fc-,C mit Volumenvergrößerung eintritt. f7ü
perlitisches Grundgefügc kann außerdem ein Härter in Öl bei 870 bis 900°C und Anlassen zwischen 200
in und 240°C vorgenommen werden.
Die erfindungsgemäße stahlgebundene Hartstofflegierung
eignet sich vornehmlich für solche Verschleiß teile, die einer Reibbeanspruchung ausgesetzt sind
und daher Selbstschmiercigenschaften aufweisen soll-
π ten, um zu starken Verschleiß am Gegenstück zu vermeiden.
Daraus ergeben sich verschiedene Anwendungsmöglichkeiten, z. B. für Lager und zwar bis zu
hohen Temperaturen von 900°C bei austenitischer Grundmasse. Außerdem kann die erfindungsgemäße
jo Harlstofflegicrung für Bremstrommeln, Bremsblöcke.
Bremsbacken, Kupplungsdruckplatten, Ventilstößel. Laufbüchsen. Dichtringe, Dichtleistcn, Kolbenringe,
Maschinenteile, Pumpenteile usw. eingesetzt werden. Durch „'ine Verbindung von Teilen aus der erfindungsgemäßen
stahlgebundenen Hartstofflegierung mit Trägerkörpern aus Stahl und Gußeisen durch Löten,
Schweißen od'ir Verschrauben wird die Herstellung
verbilligt.
Hierzu I Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Gesinterte stahlgebundene Karbidhartlegierung,
bestehend aus 10 bis "5 Gewichtsprozent
Metallkarbid, insbesondere Titankarbid, Rost Stahlgrundmasse aus '
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- 1970-10-23 JP JP45093416A patent/JPS5031848B1/ja active Pending
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