SE514574C2 - Bindefasfria korrosionsbeständiga hårdmetaller för tribologiska tillämpningar - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 514 574 § .i Z metall med förbättrade egenskaper. I synnerhet i tillämpningar med glidytor har det befunnits att tillsatser av storleken 1-5 vikt-% av VN, Ti(C,N), CrN, seende låg friktion. En tillsats av karbonitrider av dessa nit- ZrN ger överraskande resultat av- ridbildande element gynnar även friktionsförhállandet.

Kornstorleken för WC bör väljas med avseende på slitagebe- tingelser. I tätningsringar används PV-värdet som en faktor att karakterisera effekten av de krafter som verkar i tätningsytan: P är det normalriktade trycket och V den relativa glidhastig- heten.

I tillämpningar med låga PV-värden ( materialet ha en WC-kornstorlek av 0.1 till 2 pm, lämpligen 0.3 till 1.5 um.

I tillämpningar med höga PV-värden (omkring 100 MPa-m/s eller högre) bör WC-kornstorleken vara 2-10 um, lämpligen 3-8 pm.

I ett alternativt utförande tillsätts en liten mängd, upp till 1.7 %, kobolt dopat med 20 till 500 ppm B och Mo2S och/eller WS upp till 5 volym-%.

Ett utförande med sammansättningen omkring 3 % TiC, 2 % TaC, grafit och resten WC har givit synnerligen bra resultat i omkring O omkring 0.3 6 NbC med omkring 5 volym-% klotformig korrosiva medier med pH-värden pà 2 eller lägre.

Materialen enligt uppfinningen tillverkas medelst pulvermetallurgisk teknik.

WC-pulvret har en medelkornstorlek Fisher mellan 0.4 och 20 pm beroende på utvalda slitagebetingelser för applikationen ifråga. De metalliska karbidpulvren MeC och de metalliska nit- rid- och/eller karbonitridpulvren MeN/Me(C,N) har en medelkorn- storlek Fisher mellan 0.8 och 5 pm, lämpligen mellan 1 och 4 pm.

Blandningen av beståndsdelar àstadkommes genom malning i en kvarn (kulkvarn eller attritorkvarn) utrustad med hàrdmetall- kulor, i etanol eller aceton, med en tillsats av 2 vikt-% PEG (polyetylenglykol).

Pulvret granuleras genom spruttorkning i en het kvävgas- ström av slurryn erhållet från malningsoperationen. 10 15 20 25 30 35 1:: \ * '^ :.r_( \ < (Cf 514 574 « « ~ ~ -. v x i ' i t . n W - ^ " 3 Det granulerade pulvret kompakteras genom pressning vid tryck mellan 80 och 200 MPa.

Sintring utförs vid en temperatur mellan 1450 och 1700 °C, lämpligen mellan 1450 och 1550 °C, i vakuum eller argon och se- dan följt av HIP- eller sinter-HIP-behandling vid en temperatur mellan 1300 och 1450 °C.

I fallet med B-dopad kobolt utförs sintringen vid en temperatur mellan 1200 och 1250 °C.

Materialet enligt uppfinningen är: - kraftigt resistent mot korrosion - särskilt korrosion i vattenlösningar - beroende på frånvaro av bindefas. - självsmörjande med beståndsdelar av nitrider, karbonitrider och/eller klotformig grafit och/eller klotformig BN. Dessa beståndsdelar ger tribofilmer som är nödvändiga i såväl våta som torra tribologiska tillämpningar.

Exempel 1 Ett material med sammansättningen WC:-TiC:3-TaC:2-NbC:0.3 vikt-% med omkring 5 volym-% klotformig grafit bereddes genom att använda råmaterial med följande karakteristika: WC TiC TaC NbC Medelkornstorlek Fisher (pm) 1.2 3.6 2.2 2.0 Total kolhalt (vikt-%) 6.19 19.70 6.66 11.4 Fritt kol (vikt-%) 0.10 0.27 0.06 0.05 Fri grafit med en kornstorlek Fisher av 3 um tillsattes.

Blandningen gjordes genom malning i en attritorkvarn med hårdmetallkulor under 14 timmar i etanol och med tillsats av 2 vikt-% PEG.

Den erhållna slurryn efter malningens slut spruttorkades (NIRO atomizer) i en het kvävgasström. Det sålunda erhållna granulerade pulvret hade en granulstorleksfördelning mellan 20 och 200 pm.

Sintringen utfördes vid 1480 °C under 1 timme vid ett partialtryck av 13 kPa argon och sedan följd av en sinter-HIP- behandling vid samma temperatur och under lika lång tid men i 6 MPa argon. Materialet hade följande karakteristika: 10 15 20 25 30 35 _.. _ L, K ; (_ _ , . f t - « ' g _¿ _ 4< \ 14 , .. .<;,f<~ l' \ " ' , « f. V l ' ._- . ..: ~ -Porositet: < A02, C08 i klotform.

-Hàrdhet: 1870HV3O Inget tecken på korrosion observerades efter 240 timmars nedsänkning i utspädd 0.5N saltsyra och i utspädd O.8N salpetersyra vid 60 °C.

Exempel 2 Materialet i Exempel l provades med avseende på tribologiska egenskaper.

Provet utfördes i en provrigg av pinne-ringtyp som är konstruerad på följande sätt: En axel pressar en planslipad pinne vinkelrätt mot den roterande ringen. Belastningen är i form av en dödvikt, 30 N, och är konstant under provet.

Friktionskraften mäts och registreras kontinuerligt med hjälp av kraftgivare.

Provningssystem: Planslipad pinne: Ra=0.08 Roterande ring: Ra=0.07 Glidhastighet: 1 m/s Glidsträcka: 2000 m PV: 100 MPa-m/s Såväl pinnen som ringen tillverkades i samma material som beskrivits i Exempel 1.

Som referens valdes ett kommersiellt tillgängligt, korrosionsresistent material, SANDVIK C9M.

Provningsresultat: Pinne Ring Slitage Dynamisk friktion 0 min 10 min 20 min C9M C9M 60 mg 0.8 ^0.9 0.9 Inv. Inv. 35 mg 0.1 0.3 0.6 Anmärkning: Ett tillfälligt skede med hög friktion stoppade ringrotationen för den konventionella hårdmetallen, C9M.

Exempel 3 Ett material med sammansättningen WC - Cr3C2 0.75 - CrN 3 vikt-% bereddes utgående från råvaror med följande karakteristika: 10 15 20 25 30 35 514 574» i 5' WC Cr3C2 CrN Medelkornstorlek Fisher (pm) 0.7 2.7 1.2 Total kolhalt (vikt-%) 6.12 13.45 Fritt kol (vikt-%) 0.05 0.10 Blandning, spruttorkning, pressning av provkroppar samt sintring + sinter-HIP-behandling gjordes som i exempel l.

- Porositet : A04 - Hàrdhet 2lO0HV3O Inget tecken på korrosion observerades efter 240 timmars nedsänkning i utspädd 0.5N saltsyra och i utspädd 0.8N salpetersyra vid 60 °C.

Exempel 4 Materialet i exempel 3 provades med avseende på tribologiska egenskaper.

Provet utfördes på samma sätt som i exempel 3.

Provningssystem: Planslipad pinne: Ra=0.l0 Roterande ring: Ra=0.08 Glidhastighet: l m/s Glidsträcka: 2000 m PV: 100 MPa-m/s Såväl pinne som ring tillverkades i samma material som beskrivits i exempel 3.

Som referens valdes ett kommersiellt tillgängligt, korrosionsresistent material, SANDVIK C9M.

Provningsresultat: Pinne Ring Slitage Dynamisk friktion 0 min 10 min -20 min C9M C9M 60 mg 0.8 0.9 0.9 Inv. mv. 35 mg 0.1 0.3 0.6 Anmärkning: Ett tillfälligt skede med hög friktion stoppade ringrotationen för den konventionella hàrdmetallen. 10 15 20 25 30 514 574 6 Exempel 5 Ett material med sammansättningen WC - ZrN 4.0 - Ti(C,N) 4.0% bereddes utgående från råvaror med följande karakteristika: WC ZrN 0.7 1.7 Ti(C,N) Medelkornstorlek Fisher (pm) 1.5 Blandning, spruttorkning, pressning av provkroppar samt sintring + sinter-HIP-behandling gjordes som i exempel l.

- Porositet : A04 Exempel 6 »Materialet i exempel 5 prövades med avseende på tribologiska egenskaper.

Provet utfördes pà samma sätt som i exempel 3.

Provningssystem: Planslipad pinne: Ra=0.l0 Roterande ring: Ra=0.08 Glidhastighet: 1 m/s Glidsträcka: 2000 m PV: 100 MPa-m/s Såväl pinne som ring tillverkades i samma material som beskrivits i exempel 4.

Som referens valdes ett kommersiellt tillgängligt, korrosionsresistent material, SANDVIK C9M.

Provningsresultat: Pinne Ring Slitage Dynamisk friktion 0 min 10 min 20 min C9M C9M 60 mg 0.8 0.9 0.9 Inv. Inv. 20 mg 0.2 0.4 0.45 Anmärkning: Ett tillfälligt skede med hög friktion stoppade ringrotationen för den konventionella hårdmetallen.

Claims (1)

1. 0 15 514 574 J- Krav l. Korrosionsresistent material huvudsakligen bestående av WC k ä n n e t e c k n a t av att det består av 0.l till 10 vikt-%, företrädesvis 0.5 till 5 vikt- %, av en eller flera av de metalliska karbiderna TiC, VC, NbC, TaC, Cr3C2, ZrC eller kombinationer därav eller med WC, 2 till lO volym-% klotformig grafit och/eller klotformig hexagonal BN med en storlek omkring 3 pm, l till 5 vikt-% av en eller flera av VN, Ti(C,N), CrN och ZrN, samt resten WC med en kornstorlek av 2-10 pm, företrädesvis 3-8 pm.