NO812059L - Haardbelegning av metallsubstrater ved bruk av vc-cr3c2 - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår hårdbelegning

av jernbaserte legeringssubstrater. Mere spesielt angår oppfinnelsen hårdbelegning av jernbaserte legeringssubstrater ved bruk av en sammensetning inneholdende både vanadiumkarbid og kromkarbid som hårdbelegningsmateriale.,

Hårdbelegning er en velkjent prosedyre som består av på et basismetallsubstrat, f.eks. et jernbasert legeringssubstrat, å påføre en avsetning av et metall som er vesentlig hårdere enn basismetallet. Denne metode har vært benyttet i mange anvendelser for å forbedre hårdheten og slitasjemotstandsevnen for basismetallet. F.eks. kan

et hårdbelegg påføres ved denne prosedyre på overflaten av forskjellige maskindeler som er utsatt for slitasje slik som skjærende verktøy, hammere og lignende samt på tennene av graver- og boreutstyr.

Hittil har hårdbelegningsmaterialene som har

vært benyttet ved slike metoder hovedsakelig vært valgt blant en gruppe metallkarbider og blandinger av metallkarbider, f.eks. karbider av wolfram, titan, tantal, krom, vanadium og zirkonium for å nevne noen. Disse hårdbelegningsmaterialer har vist seg tilfredsstillende i de aller fleste anvendelser for å gi forbedrede slitasjemotstands-

evne og slagmotstandsevne til metallsubstratene.

I de senere år har wolframkarbid vært det mest benyttede hårdbelegningsmateriale på grunn av de utmerkede hårdhets- og slitasjekarakteristika. Imidlertid er wol-framkarbidet et dyrt hårdbelegningsmateriale og har visse begrensninger. F.eks. kreves på grunn av wolframkarbidets høye densitet en relativt stor vekt av materialet for å

oppnå adekvat hårdbelegning av metallsubstratet.

I et forsøk på å overvinne disse begrensninger

har det vært foreslått å benytte blandinger av wolframkarbid med andre metallkarbider slik som vanadiumkarbid og kromkarbid som hårdbelegningsmateriale. Inntil nylig er disse hårdbelegningsmaterialer fremstilt ved mekanisk å blande sammen finoppdelte partikler av metallkarbidene med eller uten et egnet bindemiddel.

US-PS 4.Q55.742 beskriver en forbedret fremgangsmåte for hårdbelegning av et metallsubstrat hvori en finoppdelt partikkelformig sammensetning av kjemisk bundet vanadium og karbon med wolfram i fast oppløsning avsettes på overflaten av substratet.

En spesiell fordel ved denne forbedrede metode

er at det faste oppløsningsmaterialet av VC-WC ikke har en tendens til å migrere i den smeltede metallmatriks, men heller forblir i det vesentlig enhetlig fordelt i denne med det resultat at den faste avsetningen viser utmerket hårdhet og slitasjemotstandsevne.

US-PS 4.162.392 beskriver en annen forbedret fremgangsmåte for hårdbelegning av et metallsubstrat hvori

en finoppdelt partikkelformig sammensetning av kjemisk bundet vanadium, wolfram og karbon i vektandeler på 0,75VC - 0,25WC sammen med fra ca. 5 til 40 vekt-% kromkarbid. Kromkarbidet kan være tilstede i sammensetningen som fritt karbid eller kan være delvis eller helt bundet kjemisk med den faste opp-løsning av VC-WC. Dette hårdbelegningsmaterialet er også i stand til å gi en avsetning med utmerket slitasjemotstandsevne i det minste sammenlignbar med det som oppnås ved bruken av wolframkarbid alene, men til vesentlig reduserte omkost-ninger på grunn av de relativt store'mengder av mindre kost-bart kromkarbid som benyttes.

Det ville være meget ønskelig å benytte ennå større mengder kromkarbid i de partikkelformige sammenset-ninger bortsett fra det faktum at når dette hårdbelegningsmaterialet påføres på et metallsubstrat ved bruk av konvensjonelle elektriske sveiseteknikker faller slitasjemotstandsevnen for den resulterende avsetning abrupt med økende mengder kromkarbid over ca. 4 0 vekt-% av den partikkelformige sammensetning. Den sanne grunn for denne plutselige forandring i slitasjemotstandsevnen er ikke helt forstått, men man skal samtidig legge merke til at hårdbelagte overflater belagt ved vanlige gass-sveiseteknikker ved bruk av den samme partikkelformige sammensetning og med et høyt innhold av kromkarbid viser en utmerket slitasjemotstandsevne sammenlignbar med

avsetninger fremstilt ved bruk av wolframkarbid alene.

Det er derfor en viktig gjenstand for foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret hårdbelegningsmetode ved bruk av et materiale som inneholder vanadium-og kromkarbid i fast oppløsning for å gi en hårdbelagt overflate med utmerkede hårdhets- og slitasjemotstandsegenskaper.

En mere spesiell gjenstand for oppfinnelsen er

å tilveiebringe en forbedret hårdbelegningsmetode ved bruk av et materiale inneholdende vanadium- og kromkarbid i fast opp-løsning for å gi en hårdbelagt overflate ved konvensjonelle gass- eller sveiseteknikker og med utmerkede hårdhetsegen-skaper og slitasjemotstandsevne også i de tilfeller der hårdbelegningsmaterialet inneholder overveiende kromkarbid.

De foregående og andre gjenstander og fordeler ved oppfinnelsen oppnås ved en ny og forbedret metode for hårdbelegning av et metallsubstrat, f.eks. et jernbasert lavlegert substrat som omfatter avsetning på overflaten av metallsubstratet ved bruk av konvensjonelle gass- eller elektriske sveiseteknikker, et fast hårdbelegningsmateriale i det vesentlige bestående av kjemisk bundet vanadium, krom og karbon i vektandeler på mellom ca. 80-20% VC og 20-80% Cr^C2alene eller sammen med opp til ca. 15 vekt-% i aggregatet av kobolt, jern, nikkel og molybden. Hårdbelegningsmaterialet kan .også inneholde wolframkarbid enten i mekanisk blanding eller kjemisk bundet med i mindre mengder på opptil 5 vekt-% av den totale sammensetning.

I et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse påføres et hårdbelegg på et metallsubstrat, f.eks. et jernbasert lavlegert substrat, ved bruk av konvensjonelle elektriske sveiseteknikker og et hårdbelegningsmateriale inneholde både vanadium- og kromkarbid i fast oppløsning og hvori mengden av kromkarbid er i overskudd av ca. 50 vekt-% av det totale hårdbelegningsmaterialet.

Vanadiumkarbidet som er tilstede i hårdbelegningssammensetning som nevnes ovenfor vises som VC, mens i virke-ligheten karbonet holdes på et nivå slik at det resulterende karbid er VCQgg eller noe høyere for å tillate en viss dekarburisering.

Foreliggende oppfinnelse skal beskrives i større detalj under spesiell henvisning til de ledsagende mikrofotografier som viser elektronmikrosonde-analyser av sveiseavsetninger fremstilt ved bruk av et hårdbelegningsmateriale inneholdende vanadium- og kromkarbid i fast oppløsning og hvori: Figurene 1 (a) - (f) viser elektronmikrosonde-analyse tatt ved 400 gangers forstørrelse av en sveiseavsetning oppnådd ved konvensjonell elektrisk sveising ved bruk av et hårdbelegningsmateriale inneholdende 96 (80VCn Qn 20Cr3C2) 2Ni-2Mo; Figurene 2 (a) - (f) viser en elektronmikrosonde-analyse ved 400 gangers forstørrelse av en sveiseavsetning oppnådd på en tilsvarende måte, men med et hårdbelegningsmateriale inneholdende 96(25VCQ gg 75Cr3C2) 2Ni-2Mo; Figurene 3 (a) - (d) viser en elektronmikrosonde-analyse ved 800 gangers forstørrelse av en sveiseavsetning fremstilt på tilsvarende måte, men med bruk av et hårdbelegningsmateriale inneholdende 75VC. n 25Cr_C„; Figurene 4 (a) - (d) viser en elektronmikrosonde-analyse ved 800 gangers forstørrelse av en sveiseavsetning oppnådd på tilsvarende måte, men ved bruk av et hårdbelegningsmateriale inneholdende 25VCq g 75Cr3C2; Figurene 5 (a) - (d) viser en elektronmikrosonde-analyse ved 800 gangers forstørrelse av en sveiseavsetning oppnådd på tilsvarende måte, men ved bruk av et hårdbelegningsmateriale inneholdende 50VCn _ 50Cr_C9; Figurene 6 (a) - (f) viser en elektronmikrosonde-analyse ved 500 gangers forstørrelse av en sveiseavsetning oppnådd ved konvensjonell gass-sveising ved bruk av et hårdbelegningsmaterialet inneholdende 25 (V„ -,cWn _r C+3%Co) -

U,/b U,Zd

75 Cr3C2;

Figurene 7 (a) - (f) viser en elektronmikrosonde-analyse ved 500 gangers forstørrelse av en sveiseavsetning oppnådd ved det samme hårdbelegningsmateriale som ble benyttet til å oppnå avsetningen som er vist i figurene 6 (a) - (f), men i dette tilfellet ved bruk av konvensjonell elektrisk sveising.

Hårdbelegningsmateriale som benyttes ved gjennom-føring av oppfinnelsen kan fremstilles ved forskjellige i og for seg kjente teknikker. F.eks. kan hårdbelegningsmateriale oppnås ved å blande sammen finoppdelte partikler av råstoffene, f.eks. vanadium, krom, karbon, nikkel og molybden, i de egnede støkiometriske andeler, kaldpressing av den blandede partikkelformige blanding til form av små pellets og deretter knusing av disse til granulater. Granulene sintres deretter i vakuum eller i en inert atmosfære ved høye temperaturer, f.eks. 14 00°C, i et tidsrom tilstrek-kelig til å sintre eller smelte granulene sammen. Alterna-tivt kan hårdbelegningsmaterialet fremstilles ved å smelte den blandede partikkelformige blanding i en elektrisk bueovn med høy temperatur og deretter knuse det fastgjorte produkt for å oppnå et finoppdelt granulært hårdbelegningsmateriale.

En spesiell u-t f ørelsesf orm av oppfinnelsen omfatter en hårdbelegningsstav i konvensjonell form for bruk ved hårdbelegning av jern og jernbaserte lavlegerte metallsubstrater. En slik hårdbelegningsstav omfatter en metallisk hylse eller et rør fremstilt av vanlige metaller for slike formål slik som jern eller stål inneholdende en hårdbelegningssammensetning som beskrevet ovenfor.

Hårdbelegningsmetoden ifølge oppfinnelsen kan benyttes med kjente gass- og elektriske sveiseteknikker, f.eks. gass-sveising, buesveising og andre måter slik som beskrevet i "Master Chart of Welding Processes", American Welding Society (1969), ved bruk av egnede flussmidler slik som silisiumdioksyd, mangan eller boraks.

Hårdbelegningsmetoden ifølge oppfinnelsen kan

også benyttes med kjente plasmaflammesprøyte- eller belegnings-teknikker.

En spesielt fordelaktig utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er de hårdbelegningsmetoder som omfatter dannelse av en dam av smeltet jernbasert legering, f.eks.

stål på et substrat, og å slippe partiklene, f.eks. granuler av hårdbelegningsmateriale inn i denne, f.eks. med en' størrelse på 12-80 mesh, for når dammen blir fast å gi en hårdbelegnings-

avsetning omfattende en stålmatriks med partikler av hårdbelegningsmateriale ifølge oppfinnelsen enhetlig dispergert og fordelt. Eksempler på slike praksiser er "bulk" TIG (tungsten inert gas)- og MIG (metal inert gas)- teknikker hvori hårdbelegningsmaterialet slippes i en mindre metall-dam.

Ved hårdbelegning av metallsubstrater ifølge oppfinnelsen ved de ovenfor angitte konvensjonelle teknikker blir metallsubstratet og det påførte hårdbelegningsmaterialet metallurgisk bundet.

Den resulterende hårdbelegningsavsetning er en matriks av jern eller jernbasert lavlegert metall hvor partikler av hårdbelegningsmaterialet ifølge oppfinnelsen er innleiret ved metallurgisk binding.

Avsatt på et høylegert substrat slik som Hadfield-stål, gir hårdbelegningsmaterialet ifølge oppfinnelsen en overflateavsetning som er mindre slitasjemotstandsdyktig enn når det gjelder lavlegerte stål. Imidlertid er det funnet at slitasjemotstandsevnen kan forbedres ved bearbeidingsherding av overflaten.

De følgende eksempler skal illustrere oppfinnelsen nærmere.

Eksempel I

De følgende materialer ble benyttet for å oppnå en kaldpresset, sintret hårdbelegningssammensetning inneholdende 96 vekt-% av (80% VCn„ 20% Cr_.C„) 2% Ni og 2% Mo

u / y6 z

for bruk ifølge oppfinnelsen;

(a) 487,1 g av et kommersielt tilgjengelig materiale inneholdende blandet V2C+VC, med en partikkelstørrelse på 65 mesh og finere og med følgende analyse: 84,55% V 13,62% C 1,1% 0 idet resten er fuktighet og tilfeldige urenheter; (b) 42,2 g "Acheson" G 39 grafittpulver med par-tikkelstørrelse 200 mesh og finere; (c) 13,0 g kommersielt tilgjengelig nikkelpulver

av kvalitet 123; (d) 13,0 g kommersielt tilgjengelig molybden-metallpulver med partikkelstørrelse 4 ym;

(e) 108,7 g krommetall med partikkelstørrelse

65 mesh og finere. Krom hadde følgende analyse:

99,48% Cr

0,52% 0

Disse pulvere ble anbragt i en ca. 2 liters kulemølle med 4550 g av 12,7 mm kuler og dreiet i 110 omdr./ min. i 88 timer. Etter 88 timers oppmaling ble materialet presset til pellets i en 5 cm form ved 50 tonns belastning. De oppnådde pellets ble knust til granulat. Granulene ble anbragt i grafittskip og innført i et vakuum ved 14 00°C i 2 timer. Granulene ble lett bundet sammen, men kunne lett separeres i en kjeveknuser. Bortsett fra det inneholdte nikkel besto materialet av kjemisk bundet vanadium, krom, molybden og karbon. Materialet hadde følgende vektanalyse: V = 62,21%

Cr = 16,22%

Fe = 1,0 %

Ni = 2,00%

Mo = 1,99%

C = 15,09%

= 0,25%

N = 0,46%

Det kaldpressede og sintrede materialet fremstilt som beskrevet ovenfor ble benyttet som hårdbelegningsmateriale. Ytterligere korn ble også fremstilt ved å variere mengden av Cr^ C^ og behandlet på følgende måte: For elektrisk sveiseavsetning ble 12 x 30 mesh granulat pakket i 30 cm lange rør av bløt stål med en ytre diameter på ca. 6,35 mm og indre diameter på ca. 4,8 mm. Granulene utgjorde ca. 45 vekt-% av staven. Staven ble flussmiddelbehandlet for elektrisk avsetning og avsatt på et jernsubstrat ved 180 ampere likestrøm R.-P. For gass-sveiseavsetninger ble 30 x 80 mesh granuler pakket på samme måte i rør av bløtt stål og flussmiddelbehandlet for oksyacetylensveising og avsatt ved oksyacetylenteknikker med et minimum av inntrengning på et substrat av bløtt stål med en karburiserende flamme.

De resulterende hårdbelagte overflater ble prøvet på slitasjemotstandsevnen ved bruk av en gummihjul-sand-slitasjeprøve. Prøven var som følger: Et 2,5 cm x 7,5 cm x 12,7 mm tykt flatt lavkar-bonstålsubstrat ble hårdbelagt ved avsetning av et hårdbelegningsmateriale og den hårdbelagte overflate ble slipt flat. En sirkulær neoprenskive med en ytre diameter på 23,2 cm og en bredde på 12,7 mm (durometrihårdhet Shore A 50-60) ble benyttet idet den hårdbelagte overflate ble belastet med 38 lb-ft kraft mot neoprenskiven. Silisiumdioksydsand (sandblåsingsdimensjon 2, QROK) ble matet i overskudd til mellom neoprenskiven og den hårdbelagte overflate, mens neoprenskiven ble dreiet med 200 omdr. i 200 omdreininger. Prøvestykket ble veiet før og etter og prosedyren ble gjen-tatt inntil man oppnådde et konstant vekttap for gjentatte prøver og dette vekttap ble benyttet som et mål på slitasjemotstandsevnen. De oppnådde resultater i disse prøver er vist i tabell I.

Man ser fra tabell I at hårdbelegningsmaterialet ifølge oppfinnelsen gir en hårdbelagt overflate med utmerket hårdhet og slitasjemotstandsevne. Videre sees det at hård heten og slitasjemotstandsevnen i de resulterende avsetninger i det vesentlige er de samme over hele området av kromkarbidtilsetninger,' dvs. 20-80% Cr^C,,, både ved bruk av gass- og elektrisk sveising. I det spesielle tilfellet med sveiseprøve D ved bruk av en hårdbelegningssammensetning inneholdende hovedsakelig kromkarbid og ingen wolfram, er slitasjemotstandsevnen i avsetningen like gode som det som ble oppnådd ved det samme materialet ved bruk av gass-sveise-teknikk. Hårdhetsverdiene for alle sveiseavsetningene som prøves er også i det vesentlige de samme, med kun en lett reduksjon i hårdhet for de avsetninger som fremstilles ved bruk av høyere vektandeler kromkarbid.

Elektronmikrosonde-analyser av hårdbelegnings-avsetningene fremstilt i det ovenfor angitte eksempel ble også oppnådd. Disse analyser består prinsipielt av to typer bilder, dvs. elektron- og røntgenbilder. Elektronbildene kartlegger elektronemisjonsegenskapene for prøven under stråleeksitering, videosignalene som dannes benyttes for å

gi mikrofotografier som er geometrisk tilsvarende optiske mikrofotografier. Imidlertid er en fordel ved denne analyse at kontrastarealene på mikrofotografiene relateres til sammensetningsmessige forandringer i prøven.

Røntgenbildeavfølingen er fordelingen av et enkelt element vist på et mikrofotografi. Bildet er sammen-satt av et stort antall flekker og sammensetning og fordeling av disse flekker antyder konsentrasjonen av et spesielt element i det avfølte området.

Figur 1 (a) viser elektronbildet ved 400 gangers forstørrelse av en sveiseavsetning fremstilt ved elektrisk sveising ved bruk av en hårdbelegningssammensetning inneholdende 96% (80VCn Dn 20Cr-C_) 2% Ni-2% Mo. Denne avset-

u, o y j z

ning er sveiseprøve B i tabell I. I figurene 1 (b) - (f)

er det vist de tilsvarende røntgenbilder for V, Cr, Fe, Mo henholdsvis Ni. Det fremgår av denne analyse at krom har en tendens til homogent å dispergeres ut gjennom avsetningen og avbindes med jern og danner jernkarbider. Vanadium på

den annen side viser ingen preferanse i det hele tatt til å

forbinde seg med jern fra basismetallet. Nikkel og molybden har begge en tendens til homogent å dispergere i sveiseavsetningen.

Figur 2 (a) viser elektronbildet ved 400 gangers forstørrelse av sveiseavsetningen fremstilt ved elektrisk sveising ved bruk av en hårdbelegningssammensetning inneholdende 96% (25 VCQ8g 75Cr3C2) 2% Ni- 2% Mo. Denne avsetning er sveiseprøve D i tabell I. Igjen vises i figuren 2 (b) - (f) de tilsvarende røntgenbilder for V, Cr, Fe, Mo henholdsvis Ni. Imidlertid fremgår det av denne analyse at

hovedandelen av kromet har en tendens til å forbinde seg med vanadium i stedet for i-fast oppløsning og danne presipitater av VCr-karbid. Nikkel og molybden har en tendens til enhetlig dispergering i sveiseavsetningen.

Det er av betydning å merke seg at mens hårdheten og slitasjemotstandsevnene for hårdbelegningsmaterialet ikke forandres vesentlig medøkede vektandeler kromkarbid i hårdbelegningsmaterialet inntrer det tilsynelatende en overgang i mikrostrukturen i avsetningen. Som man ser i figurene 1 (a) - (f) forbinder krom ved lave andeler av Cr3C2/krom seg med jern og danner relativt bløte jernkarbider. De utmerkede hårdhets- og slitasjeegenskapene for disse avset-ningene skyldes tydeligvis den relativt store mengde vanadiumkarbid som er tilstede i avsetningen. Som man ser i figurene 2 (a) - (f) forbindes på den annen side for høye andeler av Cr3C2/krom nå med mindre tilgjengelig vanadium i hårdbelegningssammensetningen og danner hårde vanadium-kromkarbider i fast oppløsning heller enn de relativt bløte jernkarbider. Nettoresultatet er at når denne overgang i mikrostrukturen i avsetningen inntrer, kompenserer tendensen for krom til å danne VCrC tilsynelatende for utarmingen av vanadiumkarbid i hårdbelegningsmaterialet og overraskende forblir hårdheten og slitasjeegenskapene for den resulterende avsetning i det vesentlige uforandret.

Det vil så være åpenbart at hårdbelegning av jernbaserte legeringssubstrater nå kan gjennomføres ved metoden ifølge oppfinnelsen med i det vesentlige like resul tater ved bruk av hårdbelegningssammensetninger inneholdende overveiende vanadiumkarbid eller kromkarbid eller i det vesentlige like andeler av begge. Åpenbart er det ut fra fremstillingsomkostningene foretrukket å benytte en hårdbelegningssammensetning inneholdende hovedsakelig CrJZ^

som er mindre kostbar.

Eksempel II

En smeltet hårdbelegningssammensetning som på vektbasis inneholder 75VCq g 25Cr^ Z^ ble fremstilt fra følgende materialer: (a) 27,02 g av et kommersielt tilgjengelig materiale inneholdende blandet V+ VC med en størrelse på

6,5 mesh og finere og méd følgende analyse

85,90% V

13,01% C

0,068% 0 (b) 2,99 g "Acheson" G-39 grafittpulver med en partikkelstørrelse på 200 mesh og finere; (c) 8,12 g elektrolytisk krommetall med partik-kelstørrelse 100 mesh og finere.

Pulverene ble blandet sammen ved rysting og de ble deretter presset til pellets med en diameter på ca. 19 mm.

Disse pellets ble anbragt i en smelteovn med ikke-forbrukbar bue på en vannkjølt kopperherde. Kammeret ble evakuert og pelletsene ble buesmeltet ved bruk av en wolfram-elektrode ved en strøm på 175 ampere. Disse pellets ble deretter knust og dimensjonert til både 12 x 30 mesh og 30 x 80 mesh.

De smeltede korn som ble fremstilt som beskrevet og ved bruk av forskjellige mengder Cr^ C^ ble benyttet som hårdbelegningsmateriale som følger: For sveiseavsetning ble 12 x 30 mesh-granuler pakket i 30 cm lange, bløte stålrør med ytre diameter 6,3 mm og indre diameter 4,8 mm. Granulene utgjorde ca. 45% av staven. Denne ble flussmiddelbehandlet for elektrisk avsetning og avsatt på et jernsubstrat ved 180 ampere likestrøm R.P. For gass-sveising ble 30 x 80 mesh granuler pakket på samme måte i bløte stålrør og flussmiddelbehandlet for oksyacetylensveising og avsatt ved oksyacetylenteknikker med minimal inntrengning på et bløtt stålsubstrat med en karburiserende flamme.

De resulterende hårdbelagte overflater ble prøvet for hårdhet og slitasjemotstandsevne. Prøveprose-dyrene var som angitt i eksempel I. Resultatet av prøvene er gitt i tabell II nedenfor.

Det fremgår av tabell II at den granulære smeltede hårdbelegningssammensetning som fremstilles i dette eksempel også gir en hårdbelagt overflate med utmerket hårdhet og slitasjeegenskaper. Igjen er hårdheten og slitasjemotstandsevnen i avsetningen i det vesentlige den samme over hele området for kromkarbidtilsetninger, dvs. 20-0% både ved bruk av gass- og elektrisk sveising. Som man ser spesielt i sveiseprøvene I til og med L synes slitasjemotstandsevnen i avsetningen å undergå en lett forbedring med høyere vektandeler kromkarbid, selv om hårdheten forblir i det vesentlige den samme. Hårdhetsverdien øker også når FeV benyttes som vanadiumkilde.

Elektronmikrosonde-analyse av den hårdbelagte avsetningen fremstilt i eksempel II ble også oppnådd. Figur 3 (a) viser elektronbildet ved 800 gangers forstørrelse for avsetningen fremstilt ved elektrisk sveising ved bruk av en 75VCq g 25Cr3C2 hårdbelegningssammensetning. Denne avsetning er sveiseprøve F i tabell II. Figurene 3 (b)-(d) viser de tilsvarende røntgenbildemikrofotografier for V, Cr henholdsvis Fe. Man ser klart fra denne analyse at krom har en tendens til i det vesentlige enhetlig dispergering i avsetningen og forbinder seg med jern fra basismetallet og danner relativt bløte jernkarbider i sveisematriksen. Vanadium viser liten preferanse til å forbinde seg med jern og er tilstede så å si utelukkende i form av vanadiumkarbid.

Figur 4 (a) viser elektronbildet ved 800 gangers forstørrelse av en sveiseavsetning oppnådd ved elektrisk sveising ved bruk av et hårdt belegningsmateriale inneholdende en høyere vektandel kromkarbid, dvs. 25VCQ 75Cr3C2. Denne avsetning er sveiseprøve L i tabell II. Figurene 4 (b)-(d) viser de tilsvarende røntgenmikrofotografier for V, Cr henholdsvis Fe. Fra denne analyse sees det at med en hårdbelegningssammensetning inneholdende hovedsakelig kromkarbid, har vanadium en tendens til igjen å forbinde seg med krom og å danne et hårdt vanadium-kromkarbid i sveiseavsetningen. Både jern og krom er i det vesentlige enhetlig fordelt i sveise-prøven som et blandet karbid.

I figur 5 (a) vises det et elektronbilde tatt ved 800 gangers forstørrelse av en annen sveiseavsetning fremstilt ved elektrisk sveising ved bruk av et hårdbelegningsmateriale inneholdende like mengder av både vanadiumkarbid og kromkarbid (50VCnn 50Cr_C„). Denne avsetning er

u z y o z

sveiseprøve J i tabell II. Figurene 5 (b)-(d) viser de tilsvarende røntgenmikrofotografier for V, Cr henholdsvis Fe. Det er av interesse å merke seg fra denne analyse at ved omtrent like andeler vanadiumkarbid og kromkarbid i hårdbelegningssammensetningen inntrer det en overgang eller begynner det å inntre en overgang i mikrostrukturen i sveiseavsetningen. Således begynner krom å forbinde seg med vanadium og danner et blandet vanadium-kromkarbid som.lett kan sees ved sammenligning av mikrofotografiene i figurene 5 (b) og 5 (c). Igjen er jernet fra basismetallet i det vesentlige enhetlig dispergert i sveisen og forbinder seg med krom og danner det blandede karbid.

Eksempel III

Det ble fremstilt en serie ytterligere sveiseavsetninger ved i dette tilfelle å benytte et hårdbelegningsmateriale inneholdende vanadium-wolfram-kromkarbid. Hård-belegningssammensetningene som ble benyttet i dette eksempel ble fremstilt ved bruk av enten 40 vekt-% eller 75 vekt-% krom som ble innført både som en mekanisk blanding av korn og også kjemisk bundet med vanadium- og wolframkarbid ved bruk av 3% kobolt som sintringsmiddel. I begge tilfeller ble materialene pakket i ca. 3 mm bløte stålrør for å oppnå en sveisestav. Sveisestavene ble avsatt på 25 x 87 x 12,7 mm tykke flate lavkarbonstålsubstrater både ved oksyacetylen-og elektrisk sveising. Rockwell-hårdheten og slitasjemotstandsevnen for prøvesveisen ble målt på samme måte som tidligere. Resultatene er tabulert i tabell III.

Det fremgår av tabell III ovenfor at man oppnår utmerkede resultater ved tilsetning av 4Q vekt-% Cr^ C^ til en hårdbelegningssammensetning inneholdende VWC både ved bruk av gass- og elektrisk sveising. Det er imidlertid funnet at slitasjemotstandsevnen for elektrisk avsatte sveiser blir progressivt dårligere når Cr3C2-tilsetningene økes over ca. 40 vekt-%. Således viste slik det fremgår av tabell III, elektriske sveiseavsetninger fremstilt ved et hårdbeleggsmateriale inneholdende 75 vekt-% Cr ^ 2 en ca. ti gangers økning av vekttapet under slitasjeprøvene sammenlignet med sveiseavsetninger fremstilt med det samme hårdbelegningsmaterialet, men ved å benytte konvensjonelle gass-sveiseteknikker.

Mikrostrukturen i sveiseavsetningene fremstilt i dette eksempel ble også analysert kvalitativt med mikron-elektronsonde. Figur 6 (a) viser elektronbildet ved 500 gangers forstørrelse av en sveiseavsetning fremstilt ved gass-sveising ved bruk av en hårdbelegningssammensetning inneholdende kjemisk.bundet VWC med 75% Cr ^ 2- Denne avsetning er sveiseprøve S i tabell III. Figurene 6 (b)-(f) viser de tilsvarende røntgenmikrofotografier for Fe, Cr,

V, Co henholdsvis W. Det fremgår av denne analyse at vanadium og krom igjen har en tendens til fortrinnsvis å forbinde seg-og danne et blandet karbid istedenfor de relativt myke jernkarbider med høye vektdeler av kromkarbidtilsetninger.

Figur 7 (a) viser elektronbildet ved 500 gangers forstørrelse av en sveiseavsetning fremstilt ved bruk av det samme hårdbelegningsmaterialet inneholdende kjemisk bundet VWC med 75% Cr^ C^ t men avsatt i dette tilfellet ved elektrisk sveising. Denne avsetning er sveiseprøve T i tabell III. Som det fremgår av det tilsvarende røntgenmikro-fotografi i figurene 7 (b)-(f) for Fe, Cr, V, Co henholdsvis W har krom og jern en tendens til kjemisk å forbinde seg og danne bløte, blandede jernholdige karbider på tross av nær-været av overskudd av krom i hårdbelegningssammensetningen. Det fremgår også av mikrofotografiet i figur 5 (d) at wolfram i det vesentlige enhetlig er dispergert i jernmatriksen.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for hårdbelegning av en overflate av et jernbasert legeringssubstrat ved å danne en binding mellom overflaten og jernbelegningsmaterialet, karakterisert ved at man som hårdbelegningsmateriale benytter en sammensetning som i det vesentlige består av kjemisk bundet vanadium, krom og karbon i vektandeler på mellom 80-20% VC og 20-80% Cr3 C2 og fra 0 til ca. 15 vekt-% i aggregatet av kobolt, jern, nikkel og molybden.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det benyttes et hårdbelegningsmateriale i form av et kaldpresset og sintret fast materiale i partikkelform.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det benyttes et hårdbelegningsmateriale som i det alt vesentlige inneholder kromkarbid i fast oppløsning med vanadiumkarbid og hvori bindingen mellom overflaten og hårdbelegningsmaterialet oppnås ved elektrisk sveising.

4. Hårdbelegningsstav omfattende en metallhylse inneholdende et hårdbelegningsmateriale i form av fint opp-delte partikler, karakterisert ved at disse i det vesentlige består av kjemisk bundet vanadium, krom og karbon i vektandeler fra ca. 80-20% VC og 20-80% Cr3 C2 og fra 0-15 vekt-% i aggregatet av kobolt, jern, nikkel og molybden.

5. Hårdbelegningsstav ifølge krav 4, karakterisert ved at hårdbelegningsmaterialet overveiende inneholder kromkarbid i fast oppløsning med vanadiumkarbid.

6. Hårdbelegningsstav ifølge krav 4, karakterisert ved at hårdbelegningssammensetningen foreligger i form av et kaldpresset og sintret fast materiale i partikkelform.