DE2063181C3

DE2063181C3 - Verfahren zur Herstellung einer schmied- und gießbaren verschleißfesten Legierung

Info

Publication number: DE2063181C3
Application number: DE19702063181
Authority: DE
Inventors: Vaeino Dipl.-Ing. Hagfors Lampe (Schweden)
Original assignee: Uddeholms AB
Current assignee: Uddeholms AB
Priority date: 1970-01-07
Filing date: 1970-12-22
Publication date: 1975-05-07
Also published as: SE378619B; GB1339420A; NO130828C; SE369937B; NO130828B; CA936022A; AT311066B; DE2063181B2; DE2063181A1

Description

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung 60 bis besteht, bei dem die Primärkarbide in einer der End-90, insbesondere 65 bis 85 Gewichts-·/« Titan- korngröße entsprechenden Größe mit der Matrix verkarbid enthält und das die zu ihrer Herstellung 55 einigt werden, herzustellen. Diese Aufgabe wird erfinverwendete Legierung 35 bis 45 Gewichts-· 0 dungsgemäß dadurch gelöst, daß das auf Endkorn-Molybdän, Rest Eisen enthält. größe gemahlene Titankarbidpulver vor der Vereini-

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 gung mit der Matrix in einer Legierung aus 30 bis oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Molyb- 80°/o Molybdän, Rest Eisen und herstellungsbedingte dän-Eisenlegierung wenigstens zu 75 Gewichts- 60 Verunreinigungen, eingelagert und diese Vorlegierung •/0 aus der Phase Fe_sMo₂ besteht. zerkleinert wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, da- Die Zusammensetzung dieses Überzugs entspricht durch gekennzeichnet, daß die Vereinigung der infolge der eintretenden Reaktionen naturgemäß nicht Vorlegierung mit der Grundmasse durch Schmel- der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials des zen der Grundmasse und Eingeben der Vorlegie- 65 Bindemetalls der Matrix. Durch den Molybdängehalt rung in die Grundmasse vorgenommen wird. werden die Benetzbarkeit verbessert und das spezi-

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, da- fische Gewicht des Pulvers erhöht. Zwar ist aus durch gekennzeichnet, daß die Vereinigung der F. EisenkoIb, »Fortschritte der Pulvermetallur-

gic, ΒεΐκΙΠ 1963 ίί. 496 bekannt^ daß ein Moiyb- Titankarbid aufweist und gleichzeitig leicht zu bre-

,Snzusatz zum Bindemetall be» 2000° C eine günstige chen und bzw. oder zu zerkleinern ist Die Vorlegie-

Wirkung auf Äe Benetzbarkeit von Titankarbid aus- rung aus 30 bis 80 Gewichtsprozent Molybdän und

übt Daß eaie moilybdanhalüge Vorleg.erung im 70 bis 20 Gewichtsprozent Eisen wird dann mit jener

Bindemetall auch bet den tiefer liegenden Tränktem- 5 Legierung kombiniert, die zusammen mit der Schutz-

peraturea,diebamerfindungsgemäßen Verfahren an- legierung die Grundmasse in dem fertigen Material

gewendet werden, wirksam sein würde, war nicht zu bildet Dieser Kombinationsprozeß kann an der nor-

«warten, zumal Eisen, Nickel, Niob, Silizium, Zir- malen Atmosphäre durchgeführt werden,

tonium und Titan bereits bei 1600 bis 1800° C tus Der Molybdängehalt der Schutzlegierung gewähr-

Titankarbid benetzen. Außerdem ist überraschend, io leistet die gute Netzwirkung gegenüber Titankarbid,

daß die Vorlegierung gut zerkleinert werden kann, Rund um die einzelnen Karbidkörner herum werden

was bei einer ausschließhchen Benetzungswirkung aus der Schutzlegierung bestehende Umhüllungen ge-

nicht erwartet werden konnte. _hMsU _die ihrerseits ein gutes Netzvermögen gegen-

HartstoBlegierun&en, die Titankarbidkörner in über Stahl und Legierungen auf Nickel-Kobalt-Basis

einer Stahlgrundmasse enthalten, wurden bisher ge- 15 besitzen. Der Eisengehalt in Kombination mit dem

saß der USA.-Patentschnft 2 828 202 und der öster- Molybdän macht die Vorlegierung leicht vermahlbar.

reichischen Patentschrift 247 891 pulvermetallurgisch Ein vorzugsweise in Frage kommendes Gewichtspro-

hergesteüt, um zu vermeiden, daß sich groü; dendriti- zent-Verhältnis von Molybdän zu Eisen in der Schutz-

sche Aggregate beim Abkühlen der Schmelze bilden. legierung ist gleich 2 :3, was im wesentlichen — oder

Jedoch sind solche Legierungen im allgemeinen rela- 20 wenigstens zu etwa 75°/o — zu der intermetallischen

tiv spröde, während die ernndungsgemaß mit Hilfe Phase Fe₃Mo, führt. Zweckmäßigerweise enthält die

einer Vorlegierung hergestellten HartstofP.sgierungen Schutzlegierung 35 bis 45°/· Molybdän und 55 bis

schmiedbar und gießbar sind, was bei den bekannten 75^e/o Eisen. Der Schutzlegierung können bis zu 90 Ge-

Hartstofflegierungen nicht der Fall ist. wichts-°/o Primärkarbide zugemischt werden. Eine

Diese Nachteile in bezug auf die Bearbeitbarkeit 25 realistische untere Grenze des Gehalts an Primärkarsowohl in Form von Warmarbeit als auch Kaltarbeit bid ist eine solche von 30 Gewichts-*/o. Empfehberuhen auf der Tatsache, daß die Materialien auf lenswerterweise sollte jedoch die Vorlegierung wenigpulvermetaHurgischem Wege gewonnen werden, d. h., stens 60 Gewichts-'/o Titankarbid enthalten, daß die Titankarbidkörner zu einem harten, verstär- Andere in der Vorlegierung enthaltene Elemente kendcn Skelett zusammengesintert sind, dessen eige- 30 sollten nur in solchen Mengen vorhanden und von ner Rauminhalt aus natürlichen Gründen zu einem solcher Art sein, daß sie weder die Benetzungsfähigsehr großen Teil das Gesamtvolumen des Materials keit für das Titankarbid, noch die Mahlbarkeit der erfüllen muß. Aus diesem Grunde ist die Härte sehr Molybdän-Eisen-Schutzlegierung herabsetzen. So tritt groß, für viele Anwendungszwecke zu groß, und die normalerweise z. B. Kohlenstoff in der Vorlegierung Folge ist, daß das Material der spanabhebenden und 35 auf, wobei der Kohlenstoffgehalt von der jeweils gesonstigen maschinellen Bearbeitung nur verhältnis- wählten Molybdän-Eisen-Sorte abhängt. Aus Kostenmäßig schlecht zugänglich ist. gründen ist es beispielsweise empfehlenswert, ein koh-

Im Gegensatz zu den im Schmelzverfahren herge- lenstoffhaltiges Ferromolybdän als Molybdänquelle

stellten Hartstofflegierungen, wie sie z. B. aus der zu verwenden. Eisen kann außer in Form von Ferro-

USA.-Patentschrift 2033 974 bekannt sind, sind die 40 molybdän auch als Schwammeisenpulver zugesetzt

ernndungsgemäßen Legierungen frei von Dendriten werden.

in Form von Titankarbidabsonderungen und von Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen

sekundären Ausscheidungen von Titankarbid an den. näher erläutert.

Grenzflächen der Grundmasse. F i g. 1 gibt in starker Vergrößerung schematisch

Es konnte nachgewiesen werden, daß die beim er- « die Grundstruktur einer erfindungsgemäß hergestellfindungsgemäßen Verfahren zur Erzielung einer g,uten ten Legierung mit etwa 10 Gewichts-°/o Titankar-Benetzung zwischen Titankarbid und Metallschmelze bid wieder.

vorgesehenen Maßnahmen eine wesentliche Vovwis- F i g. 2 gibt entsprechend gleichfalls schematisch

setzung dafür sind, daß ein Material gewonnen wird, die Struktur eines erfindungsgemäß hergestellten

das frei von Poren ist. 50 Stahls mit etwa 20 Gewichts-°/o Titankarbid

Es treten eine Anzahl von Reaktionen zwischen wieder.

flüssiger und fester Phase an den Kontaktflächen ein. F i g. 3 stellt eine Vorrichtung dar, die zur Durch-

Die Benetzbarkeit wird daher durch Oberflächenspan- führung von Versuchen im Labormaßstab verwendet

nungs-Bedingungen und mögliche chemische Reak- wurde.

tionen zwischen fester Karbidphase und flüssiger 55 F i g. 4 ist ein Mikrofoto einer erfindungsgemäß Metallgnmdmasse bestimmt. Auch die Bildung von hergestellten Legierung mit 10 Gewichts-°/o Titanintermetallischen Phasen und Lösungsprozessen be- karbid in 14Of acher Vergrößerung, einflussen die Entwicklung. F i g. 5 stellt auf die Hälfte verkleinerte Fotos von

Da die Dichte von Titankarbid weit niedriger als geschmiedeten Barren aus erfindungsgemäß herge-

die Dichte der Grundmasse ist, steigt das Titankar- 60 stellten Legierungen dar, die 5, 10 und 15 Gewichts-

bidpulver bei bekannten schmelzmetallurgischen Ver- °/o Titankarbid enthalten.

fahren an die Oberfläche des Schmelzbades. Dies F i g. 6 stellt ein gegossenes Schleifsegment aus

wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ver- einer erfindungsgemäß hergestellten Legierung dar.

mieden. Fig. 7 gibt die Gußstruktur des Schleifsegments

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird 65 gemäß F i g. 6 in 580facher Vergrößerung wieder, die Vorlegierung aus den feingemahlenen Primär- F i g. 8 gibt die Struktur der Legierung der F i g. 6 karbiden in der oxydationsbeständigen Schutelegie- und 7 in gehärtetem Zustand in 16Ofacher Vergrößerung hergestellt, die ein gutes Netzvermögen für rung wieder.

F i g. 9 stellt die Schemazeichnung eines Vakuum- den, die durch eine mehr oder weniger kontinuierliche Induktionsofens dar, der zur Herstellung der Legie- Umhüllung S₁ zusammengehalten wird, wobei diese rung gemäß einer Ausführungsform des erfindungsge- Umhüllung aus sekundär ausgeschiedenem Titankarmäßen Verfahrens benutzt werden kann. bid besteht, das Verbindungen bzw. Verknüpfungen

F i g. 10 veranschaulicht schematisch einen Elektro- 5 zwischen den einzelnen Karbidkörnern in der Gruppe schlacke-Umschmelzprozeß, der gemäß einer zweiten bildet. Diese Verbindungen weisen nicht dieselbe Fe-Äusführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stigkeit wie das Primärkarbid oder wie pulvermetalbenutzt werden kann. lurgisch erzeugte Sinterbindungen auf, sondern kön-

Fig. 11 stellt einen Schnitt durch ein Blatt eines nen bei der Bearbeitung bzw. maschinellen Bearbei-Straßenräumers dar, das mit Einsätzen aus einem io tung des Materials wieder aufgebrochen werden.
Material gemäß der vorliegenden Erfindung ausge- Für gewöhnlich besteht das Karbid hauptsächlich

rüstet ist. oder mindestens zu 50 Gewichts-°/o des Gesamt-

Fig. 12 erläutert schematisch die Stufen eines karbidgehalts aus Titankarbiden. Der Zusatz anderer modifizierten Elektroschlacke-Umscbmelzprozesses, Karbide soll auf die eingangs genannten Höchstwerte der zur erfindungsgemäßen Herstellung der Legierun- 15 begrenzt sein,
gen verwendet werden kann. Vorzugsweise sollten jedoch die Primärkarbide

F i g. 13 gibt eine weitere modifizierte Ausführungs- vollständig aus Karbiden des Titans bestehen,
form eines solchen Prozesses wieder. Die Grundmasse der erfindungsgemäß hergestell-

In den F i g. 1 und 2, die schematisch die Grund- ten Legierung besteht vorzugsweise aus einer Stahlstruktur einer erfindungsgemäß hergestellten Legie- 20 legierung oder gegebenenfalls einer Legierung auf rung mit 10 Gewichts-°/o bzw. 20 Gewichts-°/o Titan- Nickelbasis. In der Tabelle sind Beispiele einer Anzahl karbid darstellen, ist die Grundmasse aus einem von möglichen Legierungsgrundmassen zusammenge- oder mehreren Metallen der Eisen-Nickel-Ko- stellt und innerhalb eines jeden Haupttyps sind eine balt-Gruppe mit »m« bezeichnet. Die Titankarbid- oder mehrere bevorzugte Zusammensetzungen angekörner sind im wesentlichen gleichmäßig in der »5 geben. Die Mangan- und Siliziumgehalte sind die für Grundmasse verteilt, d. h., das gegossene Material jeden Legierungstyp normalen und sind daher nur weist keine großen Unterschiede im Titankarbidgehalt in den Fällen herausgestellt, in denen sie bemerkensim oberen und unteren Teil des Gußblocks auf wert sind. Die Legierungsgrundmasse kann außer den und ist im wesentlichen frei von karbidhaltigen angegebenen Elementen auch Stickstoff, Bor, seltene Streifen. 30 Erdmetalle, Niob, Kupfer, Aluminium und andere

Ein freies oder diskontinuierliches Korn aus Pri- Elemente als Verunreinigungen in normalen Grenzen mär-Titankarbid ist in F i g. 1 mit »p« bezeichnet, das enthalten. Die Gehaltsangaben bedeuten Gewichtswie alle anderen Primär-Titankarbidkörner mit einer prozente.

mehr oder weniger kontinuierlichen Schicht »s« Die Herstellung des Karbidpulvers einschließlich

(deren Dicke in der Figur vergrößert dargestellt ist) 35 des Vermahlens der Karbide nach der für Hartmetalle aus einem sekundär ausgeschiedenen Titankarbid üblichen Arbeitstechnik benötigt einen beträchtlichen überzogen ist. Zeitaufwand, verschlingt so einen sehr großen Teil

Dieses sekundäre Titankarbid stammt normaler- des gesamten Herstellungsprozesses und beeinflußt weise allein aus einer geringen Menge einer Lösung damit wesentlich die Gestehungskosten des Fertigproder Primärkarbide, die bei den Herstellungstempera- 40 duktes. Der Grund hierfür liegt darin, daß nach den türen unvermeidbar gebildet wird. Weil jedoch die konventionellen Methoden das Karbid und das Mesekundär ausgeschiedenen Titankarbide an die Pri- tallpulver in einer Kugelmühle mit Spiritus als Mahlmär-Karbidkörner, die zum überwiegenden Teil noch flüssigkeit vermählen werden. Danach muß die Mahlungelöst (»gebunden«) sind, wird verhindert, daß sich flüssigkeit abgetrennt, die Anschlämmung unter sekundäre Titankarbide in wesentlichem Ausmaß in 45 Vakuum getrocknet werden, der Schlämmkuchen den Konigrenzschichten der Grundmasse ausscheiden muß gebrochen und das Pulver dann gesiebt und ge- und sich große Titankarbid-Dendritaggregate bilden. mischt werden. Es hat sich gezeigt, daß dieser Ver-Es ist darauf hinzuweisen, daß in den Fällen, in denen arbeitungsprozeb gemäß einer Ausführungsform der die Grundmasse einen beträchtlichen Gehalt an freiem vorliegenden Erfindung drastisch dadurch verkürzt Titan aufweist, der Kohlenstoffgehalt gleichzeitig 50 und vereinfacht werden kann, daß die Naßmahl-Openiedrig oder sogar sehr niedrig sein sollte. Anderen- ration ausgeschaltet und der gesamte Prozeß durch falls könnte nicht alles sekundär abgeschiedene Titan- eine einzige Operation, das Trockenvermahlen, ersetzt karbid durch die Primär-Titankarbidkörner gebunden wird. Außer Titankarbid können, wie obenerwähnt, werden. auch andere Karbide anwesend sein. Beim Trocken-

Der Ausdruck »freie« oder »diskontinuierliche« 55 vermählen des Thankarbids an der Luft findet eine Primärkarbidkörner soll bedeuten, daß die Körper gewisse Oxydation statt, so daß Titankarbid gebildet nicht in Oberflächenkontakt miteinander zusammen- wird. Bei der konventionellen Pulvermetallurgie wird gesintert sind, wie es bei pulvermetallurgisch herge- eine derartige Oxydation als unerwünscht angesehen, stellten Legierungen der Fall ist Jedoch können die Wie jedoch gezeigt werden konnte, beeinflußt ein ge-Primärkarbidkörner nahe beieinanderliegen und durch 60 ringer Titanoxydzusatz beim erfindungsgemäßen Verbindungen miteinander verknüpft sein, die von schmelzmetallurgischen Verfahren den Schmelzprosekundär ausgeschiedenem Titankarbid gebildet wer- zeß nicht negativ. Statt dessen scheint er überraschenden. Diese Neigung, Verknüpfungen zn größeren Ein- derweise die Netzwirkung zwischen Thankarbid und heiten zn bilden, ist größer im Falle von höheren der Grundmassenschmelze zu erhöhen. Auf diese Gehalten an Primärkarbid, wie es in F i g. 2 schema- 65 Weise wird ein doppelter Vorteil erzielt, nämlich tisch veranschaulicht ist. Gemäß F i g. 2 können eine einerseits die Pulverherstellung wesentlich verein-Anzahl von einzelnen Primärkarbidkörnern, z. B. die facht, und andererseits werden die Benetzungsbedin-Karbidkörner p_v p_v p₃ und p_v eine Einheit »u« bil- gungen verbessert.

1 > P¹-'

Warmurbcitsstähle

Kaltarbcitsslälilc

Schncllarbeitsst ahle

Ausscheidungshärlbarc Stähle

Rostfreie Guttstähle

Legierungen auf
Nickelbasis

Legierungen auf
Cobaltbasis

Ni-.

IO

11

12

13 14 15

16 17

18

19

20 21

te

Resl Rest Rest

Rest Resi

Rest

Rest Rest Rest

Rest Rest

	to	'.usammenselziing ir	Mo	Gewichts-⁰/!!	1	W	C	I Si
N,			1 bis 3	^v	0,5	9	0,3
		3	5		1		0.4
	4	5	I bis 3	0,2	5	0,3
		Il	3	1.5		1.5
		12	3			1.0	0,6 Ti
	5 bis K)	5	5		6	0.8	0.1 Al
	V	4	5			sehr
,8						wenig	0,6 Ti
						«.03)	0,1 Al
	9		5			sehr
15						wenig	0,6 Ti
						«.03)	0,1 Al
	18		14			sehr
8						wenig	3 bis 4 Ti
						«.03)
			1 bis 3			sehr
20		15				weniii	I bis 7 Ti
						« .03)
			I bis 3			sehr
2						wenig	1 bis 3 Ti
						«.03)
			1 bis 3			sehr
⁷		17				wenig
						« .03)
			1 bis 3			0.4
0.5		14	1 bis 3			0,25
1,5		17	3			maximal
18		18				0,06	1,5 Si
			1 bis 3			0,15	3Ti
5		25	1 bis 3			0,15	1,5 Al
21	18	23	1			sehr
Rest		19				wc η ie	5 Al
						«.03)
	10		1		10	sehr
Rest		9				wenig	2Nb
						« .03)
	Rest		1		11	sehr
		22				wc η iii	0,75 Mn
						«.03)
	Rest		1		7	sehr
10		25			wenig
					« .03)

Das Vermählen wird fortgesetzt, bis durchschnittliche Karbid-Teilchengrößen von weniger als 6 μηι Durchmesser, vorzugsweise weniger als 3 μπι Durchmesser, erreicht sind.

Die folgenden Beispiele 1 bis 4 erläutern das erfindungsgemäße Verfahren. Die Prozentsätze sind auf das Gewicht bezogen.

60

Beispiel 1

Es wurden die folgenden Methoden zur Herstellung der Vorlegierung auf ihre Brauchbarkeit getestet: Tränken im Vakuum; pulvermetallurgische Methode, und Sintern m der Form im Vakuum. Wie gefunden wurde, kann eine leicht zu zerkleinernde Vorlegierung durch die nachstehenden Verfahren erhalten¹ werden: Versuch 1

Titankarbid wurde 48 Stunden in einer Kugelmühl vorgemahlen (Trockenmahlung). 50 ⁰Zo Titankarbic 20⁰O Molybdän und 3O^fl/o Schwammeisenpulver wui den miteinander vermischt und weiter 48 Stunde miteinander vermählen. Dieses Pulvergemisch wurd durch Rütteln verdichtet und im Vakuum « 0.3 Ton bei etwa 1600' C 3 Stunden lang gesintert. Nach dei Wiedererhitzen auf 1100° C und Abschrecken i Wasser wurde ein Material erhalten, das sehr leid zu zerkleinern war.

Versuch 2

Bei einem Versuch wurden 65 (icwichts-⁰ Titankatbid mit 35° η einer Schutzlegicrung vermisch

^w'^es
% Kohlenstoff,

9 ίο

die aus 40»/,, Molybdän und 60'·.. Eisen bestand. Die Es ha. sich als schwierig erwiesen, porenfreie GuB Zusätze wiesen die Form von Pulvern auf, und die blöcke dadurch zu gewinnen, daß man einfach die Korngroßen der Pulver entsprachen den oben ge- Schmelze sich in dem Tiegel oder der Form verpachten Angaben. Das Gemisch wurde im Vakuum festigen läßt. Eine Methode, die sich für den Labor-

£h,n"!™n ™^rr?ⁿ κ, 'Ι™' ^C i^ZWi" ^{5 maßstabalslec}hnisch brauchbar erwiesen hat. besteh. ΕΪΓ λ "Μ M C) gesintert Nach einem lang- darin, den Tiegel 13 in die Kühlzone 5 /u senken, •amen Abkühlen (die Gesam dauer betrug 2 Stunden) so daß der Kühlprozcß vom Boden de, Beschickung <urch den Temperaturbereich von etwa 1400 C aus einsetzt ' wurde ein Material erhalten das nicht in Wasser ab- _Im nachfolgenden Bespiel ' -ollen die Mößlichgeschreckt zu werden brauchte, um in Stücke von _Se- to keilen d-is Vorfahr™ " . ι ™°k"^cn eigneter Größe zu zerfallen. Die Partikeln bzw. Gn,- und in l'alb.echn sch_em M "^tm°^sP^"«hcn Luft nalien wiesen in der Regel einen Durchmesser von uniersücht werden durchzufuhren, nicht mehr als 5 mm auf. Der Versuch zeigt, daß der
Karbidgehalt in der Vorlegierung wenigstens 60 Gewichts-⁰ ο betragen sollte. Ein geeigneter Karbid- 15 Beispiel 2
gehalt sollte zwischen 60 und 90 Gewichts-"'», vor- Hierhei «-nrri« ,· -w 1 « c- u , r zugsweise zwischen 65 und 85 Gewichts-« „ benutzt ηΓ V . ^Cr f™" ^Schn}^cl/oi™ lieoen Denutzt. Die Vorlegierung wurde gemäß den An-

Bei' weiteren Versuchen wurde die Vorlegierung Ϊ^ΑοπβΤ^Γγ '" ^ !

mit der Grundmassen-Legierung im Vakuum ver ao "Se ZusamTn^ °

einigt. Für diese Versuche wurde die Laborappara- lsi. Nickel ST/ M ί"κ5··

tür, die in Fig. 3 dargestellt ist, benutzt. Diese Vor- Rest Eisen Das Ge M°lyb^dan⁰

versuche basierten auf der Annahme, daß Vakuum und sie en t hit US p- f' P^ f ^

ein notwendiges Erfordernis für eine wirksame Korn- Beschickung erf_o.»£ "Μ T " T.Uankarb.d.

bination der Vorlegierung mit der Grundmasse sei. .₅ sphärischen^B "A^ "^bllf^h<:^{r Wcise an} ^. ^a

Das auf diese Weise erzeugte Material war von Schmolzenen Lm ^Vor'^eS^lcrun2 ^w,^urde _c '" ^d,^cn

wechselnder Beschaffenheit, was die Porenfreiheit turde et_lße MakJLi-hT Γ' Τ* Λ" ^

und die Karbidverteilung anbelangt. Die Apparatur dann ChT 8^eruhrt- Aus der Charge wurden

gemäß Fig. 3 bestand aus einer Vakuumkammer 1 SfawÄT "ΐ ί'ΐ™ ^herS^eStCllt" ^DiC

und einer Kühlkammer 5 ,„ γ'™¹⁸"««!! war ausreichend. Die Temperatur vor

Der eigentliche Ofenraum 7 wird durch Graphit- wie ÄeYS^S*? ¹⁷°°'^{?C E}5 ^aUf ^"

elemente 8 elektrisch geheizt Z "^erg"^te»tes Schleifsegment von der Art, wie

In dem Ofenraum 7 ist ein aus Aluminiumoxvd Fi Λ Z£ult ΓΪ"«- ¹JT'* ^W^ ^is! *"

gefertigter Tiegel 13 angeordnet, der auf einem heb- _glä« und frei von n'f °^berflac.^he des Segments war

und senkbaren Tisch 14 ruht. „ f'" Γ r _n , ^Defektcn· ^F' 8- 7 gibt cm Mikro-

Das Einfüllen de, Karbidpulvers und der Vor- 5t die SliukS T ?m ^'^ ^^ ^Fig"⁸

legierung in den Tiegel 13 erfolgt zweckmäßig, bevor ZustandI Ha 2l Ü- ^SchIcifseg^ments in gehärtetem

dieser in den Ofenraum 7 gestellt wird, gegebenen- von 1050 ^fP Γ c, ^auf^ten"bildende Temperatur

falls nach einer Verdichtung durch Rütteln Luft ahSkS U ^t '^ ^{8ehalten U}"^{d a}" ^def

Der Ofen wird evakuiert, vorzugsweise auf einen ₄o ⁸^"'¹" ^WUfde· ^{Dle Harte betru}S ^{650 HV 10}-Druck unter 0,5 Torr, besser noch unter 0,2 Torr.

Hierdurch wird das Pulverbett zunächst entgast. Die _R ·

Evakuierung des Ofens kann sowohl vor a!s auch Beispiel 3

nach dem Einfüllen der Legierungsgrundmasse er- Fi₂ 9 veransrh=,,.!;,^, ■ w · .

folgen . ·^8- 1 ^veranscnduhcht eine Vorrichtung, die zur

Es sind mehrere Methoden zur Vereinigung der Jt Die VorSn?"!S !? ^V^™jf

Legierungsgrundmasse mit der Vorlegierung denkbar. InduktLsofen K' ^aU,^S ΓΓ ^Van^U

Am besten geeignet hat sich das Durchtränken des Am Boden des T e'e" 92 Γ "vT⁸"¹

Betts aus der Vorlegierung mit dem verdichteten aus trocken BemawSS ?\ t w⁰^T

Karbidpulver mit der Grundmasse erwiesen. Dies 50 legierung einS.f wnh^ h' '

kann praktisch in der Weise erfolgen, daß eine abge- TeKLSi*?iiZTi -λ

messene Menge der Grundma^en-Legierung in von e2 3,_im J^nchl ?

festem Zustand auf die Oberfläche des Pulverbettes ί d teGrundmaSSlS Lgc ^- !

aufgetragen und danach zum Schmelzen gebracht Form^von ζΐΖΓαΑη Zl η l™^hichte}' ^d'^{e in}

wird und man sie dadurch in das Bett herunterfließen 55 ?^ ^V °™' und das Pulverbett durchtränken läßt. Die Grund-Li k B

drchtränken läßt. Die Grund- ^^PhilXl

massen-Legierung kann z. B. die Form eines festen 0,4·/. Mangan 5 3<>/, cS^I Ii? μ ! ^

Stückes aufweisen, das schon zu Beginn auf das 1 0«/₀ VanadtJ" Rest FiS α ι·' ^MoIybda"'

Pulverbett gelegt wird. Die Grundmassen-Legierung Die Vaku^mkamme?«Jfli H t ^Veru«"-e,n_Wjungen. kann auch in granulierter Form vorliegen, Ld £ 60 pSverbettSI SSt^ird Hte 7^ Τ°*!?*Α"

diesem Fall kann sie durch das Beschickungsrohr 20 tallstücke 95 indSv ertJS

eingefüllt werden. Es ist auch der Fall denkbar, daß durchtränktdafPulver!^^ π
die GrundmaIi ßhlb d V ^S^ÄLSf'JPi

g s ist auch der Fall denkbar, daß durchtränktdafPulver!^^ π ν ?ϊ

die Grundmassen-I^gierung außerhalb des Va- triscto ^S^riÄLSf'JPi ²^L*? f^ek" kuumofens zu Shl bh d d i S?

die Grundmassen-I^gierung außerhalb des Va- triscto ^rS^rinÄLSfJPi. ²^L*? f^ek

kuumofens zum Schmelzen gebracht und dann in geseS? 5m d,e SchrSe _a f wT·^¹⁶^"

flüss,gem Zustand in den Ofen eingefüllt wird. Ein G₅ durchzufühlen LaId2 λΤι !^nduli^m Wege

Vorteil eines solchen Vorgehen k dri b l d T ^Lt ^T^ Y^"

g den Ofen eingefüllt wird. Ein G₅ durchzufühlen LaId2

Vorteil eines solchen Vorgehens kann darin be- l_ung der TuankTrbide ^

stehen, daß der Vakuumofen selbst keine große die SchnurIn? ver£l«n ΐh T« ^

Schmel/kapa/hät aufzuweisen braucht. write™ RiSrJSSn^' ^^"^alls nach einem

11 12

H e i ·· ο i e I 4 Vakuumpumpe mit 133 bezeichnet. Der Druck in

Rohr 130 wird %'orzug:>weise auf unter 0,5 Torr her

Fig. IO veranschaulicht die Prinzipien des Elek- abgesetzt, und danach wird auch das entgegengesetzt!

troschlacke-Umschmclzens, einer Arbeitsmethode, Ende des Rohres durch Verschweißen analog de

die mit Erfolg zur Einführung einer Vorlegierung in 5 Verschweißung 132 verschlossen. Die auf diese Weisi

eine Orundmassc gemäß der Erfindung geeignet ist. erhaltene »Packung« wird nun bei etwa 1200° C

Im Mittelraum einer Elektrode 101 mit einer rohr- geschmiedet (vgl. Fig. 12c), bis ein langgestreckte:

förmigen Umhüllung, die aus jenem Anteil der Schmiedestück 134 entstanden ist, das einen im we

Grundmassen-Legierung besteht, die mit der Vor- sentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Durcl

legierung vereinigt werden soll, ist die Vorlegierung io Jas Schmieden bei 1200⁰C tritt ein »Vorsintern<

108 in gut verdichtetem Zustand untergebracht. Um zwischen den separaten Körnern in der Packung ein

sicherzustellen, daß die Vorlegierung 108 während Das Element 134 wird nun durch Anschweißen ode

des Transportes und der Handhabung vor dem auf irgendeine andere Weise an der Stahlelektrodi

Schmelzen in diesem Mittelraum verbleibt, kann sie 135 befestigt, die dem Elektroschlacke-Umschmelz

äußerst stark verdichtet und durch Zusatz irgend- 15 prozeß unterworfen werden soll. Nach dem Beispie

eines Bindemittels verfestigt werden, oder sie kann ist die Elektrode 135 an einer Seite abgeschliffer

zwischen die Deckel 112 an beiden Enden der rohr- worden, so daß das Eilcment 134 an der Elektrod«

förmigen Elektrode eingeschlossen werden. Als Al- 135 mit der Sromzuführung 138 befestigt werder

ternativc zur Elektrode 101 ist es auch möglich, die kann, die dadurch ins Gleichgewicht gebracht wird

Elektrode durch Gießen der Grundmasse über einer 20 Die Methoden zur Vereinigung der Elektrode 13i

zerkleinerten Vorlegierung herzustellen, so daß die mit dem das Titankarbid tragenden Element 13^

Vorlegierung in der Grundmasse eingebettet ist. Eine können jedoch in verschiedener Weise modifizier

weitere Abwandlung besteht darin, Stücke der Vor- werden.

legierung zu bilden und die Grundmasse um diese Ein charakteristisches Merkmal des Elektro

Stücke hcrumzugießen. Eine dritte Abwandlung ist 25 schlacke-Umschmelzens gemäß Fig. 12e besteh

die direkte Einführung der Vorlegierung in die darin, daß die erfindungsgemäß hergestellte Vor

Schmelze unter den Schlackenbelag. legierung 136 erst in Verbindung mit dem Elektro

Eine wassergekühlte Gegenelektrode 102 hat schlacke-Umschmelzprozeß fertiggestellt wird, näm

gleichzeitig die Funktion einer Form. lieh in einem Bereich 137 des Elementes 134, unc

Die Schlacke 109, die bei dem Verfahren verwcn- 30 dieser Bereich wird durch das Schlackenbad 109' se

det wird, kann irgendeine Schlacke sein, wie sie bei stark erhitzt, daß die Schutzlegierung im Gemiscl

Elektroschlacke-Umschmelzprozessen üblich ist 136 genügend durchgesehmolzcn wird. Hierauf wire

Eine Bedingung, die bei der Auswahl der Schlacke das Element 134 kontinuierlich abgeschmolzen, unc

erfüllt sein muß, ist jedoch die, daß ihre Dichte niccl- zwar zusammen mit der Elektrode 135, so daß da;

riger als die Dichte der Vorlegierung ist. Vorzugs- 35 durch seine Schutzlegierung geschützte Titankarbic

weise auch niedriger als die Dichte des Titankarbids. mit der abgeschmolzenen Elektrode vereinigt wire

Die Ziffer 110 bezeichnet das Gemisch aus der ge- und durch das Schlackenbad 109' hindurch zum Me

schmolzenen Grundmasse-Legierung und Titankar- tallbad 110' fließt und den Gußblock 111' bildet

bid und 111 den fertigen Gußblock. Auf Grund der Tatsache, daß das Element 134 untei

Das Verfahren entspricht dem üblichen Elektro- 40 der Oberfläche des Schlackenbades 109' abgeschmol

schlacke-Umschmelzvei fahren. Wenn die Elektrode zen wird, bleibt das Vakuum, das in Verbindung mi

101 in das Bad 109 aus der geschmolzenen Schlacke der Evakuierung des ursprünglichen Rohres (vgl

abgesenkt und elektrischer Strom zugeführt wird, F i g. 12 b) angelegt worden ist, während des gesam

wird die Elektrode abgeschmolzen. Die Metall- ten Prozesses im wesentlichen erhalten,

tröpfchen fallen durch das Schlackenbad 109 und 45 In Fig. 13 ist eine andere Methode zur Benutzung

sammeln sich unter diesem Bad in einem Raum an, der Elemente 134 der in den Fig. 12a und 12b be-

der geschmolzenes Metall enthält. In analoger Weise schriebenen Art veranschaulicht. Gemäß Fig. 1;

passiert auch die Vorlegierung 108 das Schlackenbad sind solche Elemente 134 in Bügeln 141 über einei

und wird in der Metallschmelze 110 gründlich ver- Form 142 hängend angeordnet, welch letztere in die

teilt. In dem Maß. wie sich die Schmelze verfestigt, 50 sem Beispiel stationär und wassergekühlt ist. Mi

werden die Elektrode 101 und die Form 102 langsam 140 ist hier eine Elektrode bezeichnet, mit 109" eir

angehoben. Um die Verteilung des Titankarbids in Schlackenbad, mit 110" ein Bad des geschmolzener

der Schmelze weiter zu verbessern, kann gegebenen- Metalls und mit 111" der fertige Gußblock. Da«

falls mehr als eine Elektrode in dem Schlackenbad Verfahren verläuft in anderen Beziehungen analog

angeordnet werden. 55 dem in Verbindung mit Fig. 12e beschriebenen Ver

In Fig. 12a bis 12e ist ein modifiziertes Elektro- fahren. Bei dem in Fig. 13 veranschaulichten Ver

schJacke-Umschmelzverfahren zur erfindungsgemäßen fahren ist es j ;doch zweckmäßig, das Schlackenbac

Herstellung einer Legierung veranschaulicht. oder das geschmolzene Metall zu rühren, um dk

Gemäß Fig. 12a wird ein aus einem kohlenstoff- Titankarbidkörner im fertigen Gußblock gründlich

armen Stahl hergestelltes Rohr 130 mit einem stark 60 zu verteilen.

verdichteten Pulvergemisch gefüllt, das aus 60 bis Die erfindungsgemäß hergestellte Legierung kanr 90 Gewichts-»Ό Titankarbid und 40 bis lOCie- eine breite technische Anwendung als Material füi wichts-⁰ 0 einer Schutzlegierung besteht, t!ie in. solche Zwecke finden, bei denen eine Verschleißwesentlichen aus 40^β/β Molybdän und 60·'* Γ.\^·., fe-igkeit erwünscht ist. Sie ist insbesondere für Mazusammengesetzt ist. Das Rohr 130 ist an einem Ende 65 te nahen brauchbar, die geschmiedet und bzw. odei stark zusammengepreßt und an der Stelle 132 gegossen, die maschinell bearbeitet und korrosions-(Fig. 12b) verschweißt. Danach wird das Rohr eva- beständig gemacht werden können und bzw. odei kuiert. In Fig. 12b ist die Verbindungsleitung zur preisgünstig hergestellt werden können. Bei Erläute-

rung der Fig. 6 ist bereits auf die
der Legierung für Schlcife^mente h.ngewiese..
den. Fig. 11 gibt einen Querschnitt durch das BIaU eines Straßenräumgerätes wieder. Zwei dem Verschleiß besonders stark ausgesetzte Stellen an der Vorder- und Rückseite des Stahlblaues 120 sind m. 121 bzw. 122 bezeichnet. Diese Einsatze sind aus dem Material gemäß der Erfindung gefertigt, wobei die Grundmasse desselben zweckrnäß.gerwe.se den, Material entspricht, das den Hauptte.l 120 de Blat- » tes des Straßenräumgerätes bildet. Ein Beispiel eine geeigneten Grundmasse ist eine Stahlsorte mit 0 37 V. C, l,0«/o Si, 0,4 V. Mn, 5,3 V. Cr, 1,4V. Mo, I¹OVo V, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen. Die verschleißfesten Einsätze 121 und 122 enthalten

14

Twckmäßiaerwcisc lOGcwichls-V. Titankarbid, Shrend dts auf Verschleiß beanspruchte Teil 123, das Gleichfalls in das Hauptmaterial 120 eingesetzt ist und das unmittelbar gegen die Straße streichen cr.ll 7weckmäßigerweise aus einem Material mit inem Senn TUankarbidgehalt (etwa 30.Gewichts- «·. Titankarbid) gefertigt ist, wobei die Gnind- Λ·*. ttipirhe ist wie in den Einsatzen 121 rdi22^dlDie⁶»ze^St12,, 122 und 123 sind an den] Hauptmalerial 120 zweckmäßig durch Hartloten 1

erfindungsgemäße Material kann außerdem fii: K₁It und Warmarbeitsstähle, Sandstrahldusen, Wal zcn für das Kalt- und Warmwalzen u. dgl. verwende werden.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Vorlegierung not der Grundmasse unter Verwen- Patentansprüche: dung einer von der Grundmasse ummantelten Ab schmelzelektrode aus der Vorlegierung durch

1. Verfahren zur Herstellung einer schmied- elektrisches Umschmelzen erfolgt, und gießbaren verschleißfesten Legierung aus b

einer Matrix aus Eisen-, Nickel- oder Kobaltlegie-

rung, in die 3 bis 35·/· eines Karbids in Form

diskreter Partikeln in homogener Verteilung ein- Die Erfindung betrifft em Verfahren zur Herstel-

gelagert sind und wobei dieses Karbid aus minde- lung einer schmied- und gießbaren verschleißfesten stens 50'/» Titankarbid und io Legierung aus einer Matrix aus Eisen-, Nickel- oder

!Cobaltlegierung, in die 3 bis 35 "/β eines Karbids in 0 bis 30Vo Vanadinkarbid, Form diskreter Partikeln in homogener Verteilung

0 bis 30»/o Wolframkarbid, eingelagert sind- ..„,„,.„. .

... „„„,_.. . . ... Aus der britischen Patentschrift 1031432 ist be-

Ob:s 20 ·/. Zirkoniumkarbid, ^ ^^ ρ^ν^βπ,^ Boride, Nitride, Suizide und

0 bis 10·/β Tantalkarbid, insbesondere Karbide von Titan, Zirkonium, Haf-

0 bis 10% Chromkarbid und nium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän

0 bis 10⁰Zo Niobkarbid und Wolfram durch Schmelzen im Lichtbogen zu

kugelförmigen Teilchen zu verdichten und nut ge-

kesteht, bei dem die Primärkarbide in einer der ao schmolzenen Bindemetallen, die insbesondere aus Endkorngrößen entsprechenden Größe mit der Eisen, Nickel und Kobalt oder deren Legierungen beMatrix vereinigt werden, dadurch gekenn- stehen, zu übergießen, wobei eine harte verschleißte i c h η e t, daß das auf Endkorngröße gemah- und druckfeste Legierung aus dem Bindemetall als lene Titankarbidpulver vor der Vereinigung mit Matrix mit darin eingelagerten harten Metallverbin-4er Matrix in einer Legierung aus 30 bis 80· ο as düngen (Hartstoffen) erhalten wird. Hierbei dienen Molybdän, Rest Eisen und herstellungsbedingte gegebenenfalls Zusätze anderer Metalle, wie Kupfer, Verunreinigungen, eingelagert und diese Voilegie- Zinn, Mangan, Chrom, Aluminium, Molybdän, Beryltung zerkleinert wird. Hum, Wismut, Bor, Cadmium, Kohlenstoff, Silizium,

2. Veifahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Silber, Titan, Wolfram, Zirkonium, Niob oder Tantal kennzeichnet, daß zur Herstellung der Vorlegie- 30 zum Bindemetall zur Herabsetzung des Schmelzpunkrung ein Gemisch des Titankarbidpulvers mit tes, Erhöhung der Härte oder Verbesserung der BeMolybdän und Schwammeisen vermählen, das er- netzbarkeit und Löslichkeit der Hartstoffe in der haltene Pulvergemisch verdichtet, im Vakuum auf Matrix. Zur Benetzung von hauptsächlich Titankaretwa 1600° C erhitzt, in Wasser abgeschirmt und bid enthaltenden Hartstoffe durch das Bindemetall !zerkleinert wird. 35 wird allerdings eine Vorbehandlung mit Wasserstoff

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- und das Einlagern im Vakuum oder in einer Wasserkennzeichnet, daß zur Herstellung der Vorlegie- stoff atmosphäre empfohlen.

rung ein Gemisch des Titankarbidpulvers mit Aufgabe der Erfindung ist es, eine schmied- und

einer pulverförmigen Legierung aus Molybdän gießbare verschleißfeste Legierung aus einer Matrix

und Eisen im Vakuum zwischen 1500 und 40 aus Eisen-, Nickel-oder Kobaltlegierung, in die 3 bis

1700° C erhitzt, durch den Temperaturbereich 35 »/_e eines Karbids in Form diskreter Partikeln in

von etwa 1400° C langsam abgekühlt und danach homogener Verteilung eingelagert sind und wobei

zerkleinert wird. dieses Karbid aus mindestens 50% Titankarbid und

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Titankarbid zu 45 0 bis 30*/· Vanadinkarbid, wenigstens 95 ^e/o auf eine Korngröße von weniger ₀ bis 30·/. Wolframkarbid, als 6 |im, vorzugsweise weniger als 3 μΐη vermah- _{Q bJs 20},_{/o Zirkoniumkarbid}. len wird. „.. , „ _ „ ...

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- ° ^{bls 1Οβ/}· Tantalkarbid, durch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung ge- so ^Obis 10· β Chromkarbid und sintert wird. 0 bis Ι0·,Ό Niobkarbid