DE1621391C - Werkstoff aus Gebilden aus Metall oder Metallegierungen - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatentes ist ein neuer Werkstoff, der aus mit die mechanische und chemische Beständigkeit fördernden zusätzlichen Legierungsbestandteilen plattierten und anschließend durch Diffusionsglühen homogenisierten und gegebenenfalls zuvor zu Körpern geformten Metallfasern besteht, bei dem die Grundfasern aus Legierungen bestehende Fasern sind.

Es wurde nun gefunden, daß ein für manche Zwecke besonders stabiler Werkstoff, der insbesondere als Verstärkung für. Keramikwerkstoffe vorteilhaft ist, dann vorliegt, wenn an Stelle der Metallfasern Drähte oder Drahtgewebe vorhanden sind, die mit die mechanische und chemische Beständigkeit fördernden zusätzlichen Legierungsbestandteilen plattiert und anschließend durch Diffusionsglühen homogenisiert sind.

Ebenso wie im Hauptpatent beschrieben, sind der Zusammensetzung von in üblicher Weise hergestellten Drähten oder Drahtgeweben Grenzen gesetzt, die sich dadurch ergeben, daß man die Metalle, aus denen diese Drähte gefertigt werden, lediglich mit den jeweiligen Zustandsdiagrammen entsprechenden Legierungszusätzen verschmelzen kann. Insbesondere gilt dies, wenn man eine bestimmte Kristallstruktur des Grundmetalls oder der Hauptkomponenten erhalten bzw. beibehalten will.

Beispielsweise wird bekanntlich durch die einzelnen Legierungsbestandteile das Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm kennzeichnend geändert, wodurch die Legierungszusätze manchmal Auswirkungen ergeben, die Nachteile bringen. So wird bekanntlich durch Zusatz von Molybdän, Vanadin oder Titan, die wegen ihrer die Beständigkeit fördernden Eigenschaften an sich beliebte Legierungszusätze sind, das y-Feld des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms eingeengt, was sich nachteilig auswirkt, wenn man z. B. austenitische Stähle zu erhalten wünscht. Man muß daher den Gehalt an Nickel oder Mangan, die als Austenitbildner das y-Feld erweitern, in einem beispielsweise dem Zusatz von Molybdän entsprechenden Maße erhöhen, wenn die Austenitstruktur beibehalten werden soll. Auch z. B. Kupfer als Legierungszusatz zu Stählen zeigt unerwünschte Nebenwirkungen. Es erweitert zwar das y-Feld und verbessert die Korrosionsbeständigkeit. Seine Löslichkeit, die im Austenit größer ist als im· Ferrit, ist aber begrenzt. Auch führt Kupfer im Stahl zu einer erhöhten Warmrißempfindlichkeit und erschwert die Warmverformung beträchtlich, so daß Kupfer als Legierungselement trotz mancher günstiger Eigenschaften nur wenig eingesetzt wird. Ähnliche Schwierigkeiten ergeben sich bei der Verwendung von Stickstoff als Legierungsbestandteil; Stickstoff als Austenitbildner wirkt besonders in Verbindung mit Nickel oder Mangan austenitstabilisierend und kann diese Elemente zum Teil ersetzen; er läßt sich jedoch nur beispielsweise über stickstoffhaltiges Ferrochrom zulegieren, wobei eine gleichmäßige Verteilung schwierig ist, und bei Anwesenheit von Nitridbildnern wie Titan führt dies zu Nitrideinschlüssen, die beim Schmelzen und Gießen besondere Vorkehrungen erfordern, damit sie sich nicht örtlich anreichern und später die Verarbeitung erschweren. Beliebige andere Beispiele lassen sich für sonstige Legierungszusätze aufzeigen.

Wenn man dagegen, wie im Hauptpatent beschrieben, Metallfasern aus z. B. Chrom-Nickel-Stahl mit Molybdän und/oder Kupfer plattiert und anschließend durch Diffusionsglühen homogenisiert, dann zeigt der dabei erhaltene Faserwerkstoff alle Eigenschaften eines hinsichtlich der Korresionsbeständigkeit verbesserten austenitischen Chrom-Nickel-Stahls.
Es wurde nun gefunden, daß man nicht nur Faserwerkstoffe auf diese Weise verbessern kann, sondern die bekannten Nachteile auch dann auszuschalten in der Lage ist, wenn man einen solchen Werkstoff vorsieht, bei dem an Stelle von Metallfasern Metalldrähte

ίο oder Drahtgewebe vorhanden sind.

Man kann beispielsweise einen aus solchen Metalldrähten oder Drahtgeweben bestehenden Werkstoff, der die im Zusammenhang mit Metallfasern beschriebenen Eigenschaften eines hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit verbesserten austenitischen Chrom-Nickel-Stahls aufweist, erfindungsgemäß gewinnen, wenn man feine Metalldrähte, die auch zu Drahtgeweben verformt sein können, aus Chrom-Nickel-Stähl (z.B. mit der Zusammensetzung 0,12%C, 2,0% Mn, 1,0% Si, 17 bis 19% Cr, 8 bis 10% Ni) mit Molybdän und/oder Kupfer plattiert und anschließend durch Diffusionsglühen homogenisiert.

Wie im Hauptpatent beschrieben, kann dabei der Mo-Gehalt bis zu 4 % Mo und der Kupfergehalt bis zu 3% Cu betragen, wenn der Werkstoff vollständig homogenisiert ist und bei einem Nickelgehalt von 9,5% Ni ein rein austenitischer Stahl vorliegen soll. Solche Metalldrähte oder Drahtgewebe weisen insbesondere eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit auf. Sie sind besonders geeignet als Baumaterial für Korrosionsangriffen ausgesetzte Maschinenteile und zum Einsatz in zu diesen Zwecken benötigte Cermets.

Man kann auch einen erfindungsgemäßen Werkstoff schaffen, der die Eigenschaften der obengenannten austenitischen Chrom-Nickel-Stähle hinsichtlich der diesen eigenen besonderen Korrosionsbeständigkeit hat und der vorteilhaft aus feinen Drähten aus legiertem ferritischem Chromstahl (0,12% C, 1,0% Si, 1,0% Mn, 12 bis 14% Cr) besteht, die mit weiterem Chrom und Nickel plattiert und durch Diffusionsglühen homogenisiert sind. Dabei ist es noch möglich, wenn die Diffusionsglühung in Stickstoff abgebenden Medien durchgeführt wird, durch Zulegieren von Stickstoff bis zu etwa 0,2% N₂ gleichzeitig eine Stabilisierung des Austenits zu erzielen oder etwa 2 % Ni durch etwa 0,2 % N₂ zu ersetzen. Man kann weiterhin z. B. Vanadin zusammen mit Chrom aus der Gasphase auf den Metalldrähten abscheiden und diese homogenisieren und erhält dann Produkte mit verbesserter Warmfestigkeit und Beständigkeit gegenüber interkristalliner Korrosion im besonderen Maße dann, wenn außerdem zur Abbindung des Kohlenstoffs Titan oder noch vorteilhafter Tantal zulegiert ist. Tantal bildet wegen seiner geringen Affinität zu Stickstoff vorzugsweise nur Karbide, während Titan sowohl Kohlenstoff als auch Stickstoff abbindet. Ferner kann man bei der zur Herstellung des erfindungsgemäßen. Werkstoffes eingesetzten Diffusionsglühung die entkohlende Wirkung von

feuchtem Wasserstoff ausnutzen und die Homogenisierung in einer Wasserstoffatmosphäre mit einem bestimmten Taupunkt,d. h. einem definierten Wassergehalt, durchführen, so daß sich der Kohlenstoffgehalt reduzieren und damit die Beständigkeit, insbesondere die Beständigkeit gegenüber interkristalliner Korrosion verbessern läßt.

Zwar sind Metalldrähte und Drahtgeflechte, z. B. aus 18-8-Chrom-Nickel-Stahl infolge ihrer praktisch

glatten Oberfläche als solche gegen aggressive Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten und sonstige korrodierende Mittel beständig. Jedoch kommt es in der Praxis häufig vor, daß solche Drähte oder Drahtgewebe geschnitten oder sonstwie mechanisch zerteilt oder zerspant werden müssen, wodurch Schnittflächen mit Unebenheiten auftreten, und es kann das Gefüge instabil werden, d. h. bei der Zerspanung infolge der Instabilität des Austenits Umwandlung zu ferritischaustenitischem Gefüge eintreten. Beim erfindungsgemäßen Werkstoff sind diese Nachteile ausgeschlossen, denn dieser wird erst nach mechanischer Bearbeitung hinsichtlich seiner mechanischen und chemischen Beständigkeit veredelt, wobei gleichzeitig an den der Bearbeitung mit mechanischen Schneid- und Zerspan-Werkzeugen ausgesetzten Oberflächen die Oberflächenrauhigkeit durch das Plattieren und Diffusionsglühen erheblich zurückgeht, weil scharfe Stellen sich bei Glühtemperatur abrunden.

Der erfindungsgemäße Werkstoff ist insbesondere wirtschaftlich, weil er sich mit vergleichsweise geringem Aufwand auch aus Abfallmaterial, wie es beispielsweise in den Draht-Herstellungsbetrieben und Draht-Verarbeitungsbetrieben anfällt, gewinnen läßt.

Beispiel 1

Feine Metalldrähte, die einen durchschnittlichen Querschnitt von 0,005 mm und eine durchschnittliche Stücklänge von 5 bis 10 mm hatten und aus Stahl folgender Zusammensetzung bestanden:

0,10VoC

0,40% Si

0,30VoMn
13,00% Cr
Rest Eisen

wurden in eine stehende Inchromierungsretorte eingebracht. Anschließend wurde inchromiert, wobei darauf geachtet wurde, daß die Chrom- und Keramikstücke, mit denen die Retorte vor Beginn des Inchromierungsprozesses gefüllt wurde, keinerlei Druck auf die Stahldrähte ausübten. Die Inchromierung wurde in an sich bekannter Weise unter Wasserstoff etwa 3 Stunden bei ewa 1200° C durchgeführt. Danach wurde abgekühlt, die Drähte wurden aus der Retorte herausgenommen und in eine wäßrige gesättigte Nickelnitratlösung getaucht. Anschließend wurde vorsichtig bei etwa 100° C getrocknet, wobei das anhaftende Wasser verdampft und auf der Oberfläche der Stahldrähte eine dünne Salzschicht zurückblieb. Danach wurden die so behandelten Drahtstücke in Wasserstoff einer Diffusiohsglühung bei 1300 bis 1400⁰C etwa 10 bis 15 Stunden lang unterzogen. Nach der Glühung, bei welcher die Salzschicht zu metallischem Nickel reduziert wurde und dieses zusammen mit Chrom gleichmäßig in die Drähte eindiffundierte, lagen Drähte vor, die.etwa folgende Zusammensetzung aufwiesen:

0,07VoC
0,40VoSi
0,30VoMn
17 bis 19% Cr
7 bis 9% Ni
Rest Eisen. Diese Drähte können miteinander zu Drahtgeflecht verwoben, gesintert oder nicht gesintert, z. B. mittels eines Preßvorganges in einer Stahlmatrize zu einem entsprechenden Formkörper verformt und in jeder beliebigen Weise mechanisch weiterverarbeitet werden, z. B. durch Schneiden, Sägen und dergleichen mechanische Bearbeitung. Sie können auch mit Keramikschlicker getränkt, mit krümelfeuchten Keramikmassen oder mit Kunststoffmassen vermischt

ίο und anschließend verdichtet und/oder verformt werden.

Beispiel2

Feine Metalldrähte, die einen durchschnittlichen Querschnitt von 0,01 bis 0,02 mm und eine durchschnittliche Länge von 2 bis 5 mm hatten, und die aus einem Chrom-Nickel-Stahl folgender Zusammensetzung gewonnen worden waren: ao

0,08VoC
0,50VoSi
1,00VoMn

_a5 18,50VoCr

9,0VoNi
Rest Eisen

wurden in einer Inchromierungsretorte in einem Chlorwasserstoff enthaltenden Wasserstoffstrom bei 1200° C etwa IVj Stunden lang inchromiert, wobei dem verwendeten Chrom oder Ferrochrom Ferrovanadin zugesetzt wurde bzw. Chromchlorid mit einem Anteil von etwa 10% Vanadinchlorid zur Anwendung gelangte. Anschließend wurden die so behandelten Drähte in Wasserstoff, der etwa 10 Vo Ammoniak und zur Aktivierung etwa 1 % Chlorwasserstoff enthielt, bei 1300° C 6 bis 10 Stunden lang einer Diffusionsglühung unterzogen. Die Glühzeit sowie der Zeitpunkt, zu welchem dem Wasserstoff Ammoniak zugemischt wird, können so gewählt werden, daß über den gesamten Querschnitt nitrierte Drähte erhalten werden. Die Zusammensetzung der so gewonnenen Drähte war folgende: 45

0,05 bis 0,08 %C

0,5%Si

1,00% Mn -

20,0 bis 22,0% Cr

9,0VoNi

0,20 bis 0,50% V

0,15 bis 0,30% N₂

Rest Eisen.

Derartige Drähte eignen sich auf Grund ihrer erhöhten Warmfestigkeit und Verschleißfestigkeit sowie der verbesserten Druckwasserbeständigkeit sowohl als Einlagen für keramisch gebundene verschleißfeste Werkstücke als auch für Maschinenbauteile, insbesondere Filter, die höheren Drücken ausgesetzt sind. Noch weiter verbesserte Eigenschaften erhält man dann, wenn man den Ausgangsdraht beispielsweise aus einem niob- oder tantalstabilisierten Chrom-Nickel-Stahl mit einem Chromgehalt von etwa 20 Vo Cr und einem auf etwa 11 % Ni erhöhten Nickelgehalt verwendet.

Claims (1)

1. 5 6

   Patentanspruch: gegebenenfalls zuvor zu Körpern geformten GeWerkstoff, der aus mit die mechanische und bilden aus Metall oder Metallegierungen besteht, chemische Beständigkeit fördernden zusätzlichen nach Zusatzpatent 1243941, dadurch ge-Legierungsbestandteilen plattierten und arischlie- kennzeichnet, daß die Metallgebilde Drähte ßend durch Diffusionsglühen homogenisierten und 5 oder Drahtgewebe sind.