DE2221875A1 - SURFACE-HARDENED AND Sintered CARBIDE SHAPED ARTICLE - Google Patents
SURFACE-HARDENED AND Sintered CARBIDE SHAPED ARTICLEInfo
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Oberfläcliengeliarteter und gesinterter Karbid-FormgegenstandSurface-bonded and sintered carbide molded article
Die Erfindung betrifft einen gesinterten feuerfesten Metallkarbid-Formkörper und insbesondere eine Sinterkarbid-Zubereitung, bei welcher die Körner aus dem feuerfesten Metallkarbiä an der Oberfläche des lOrmkörpers durch eine boridierte Schicht der Matrix dispergiert sind, die durch die Gegenwart eines Borids eines Metalls der Eisengruppe, wie Eisenborid, gekennzeichnet ist.The invention relates to a sintered refractory metal carbide shaped body and in particular a cemented carbide preparation, in which the grains from the refractory metal carbide are dispersed on the surface of the body by a borided layer of the matrix, which by the presence of an iron group metal boride such as iron boride is characterized.
Es ist bekannt, gesinterte zusammengesetzte Metall-Formgegenstände aus einem Pulvergemisch aus einem feuerfesten Metallkarbid und Metallpulver durch Komprimieren des Pulvergemisches in einer lorm zur Bildung eines lOrmkörpers der gewünschten Form und Sintern des Formkörpers bei erhöhter Temperatur unter nicht-oxidierenden Bedingungen, wobei die komprimierten Teilchen zum Zusammensintern/eine dichte Struktur gebracht werden, herzustellen.Sintered composite metal molded articles are known from a powder mixture of a refractory metal carbide and metal powder by compressing the powder mixture in a standard to form a molded body of the desired shape and sintering the molded body at increased Temperature under non-oxidizing conditions, the compressed particles being sintered together / a dense Structure are brought to produce.
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. Im Fall der Verwendung von feuerfesten Karbid-Hartmetallen, die zum groaaen Teil aua Karbiden von Titan, Wolfram und/oder anderen feuerfeaten Karbiden bestehen, die durch Sintern in flüssiger Phase in das Matrix-Metall einzementiert aind, aind die günstigen Eigenschaften zum grossen Teil auf die ziemlich hohe den Karbiden eigentümliche Härte in Kombination mit den PestigkeitaWirkungen des Bindemetalls zurückzuführen. Der Ausdruck "primäre Karbidkörner" bezeichnet die Körner oder Teilchen des feuerfesten Karbids, die unmittelbar der Zubereitung während deren Bildung zugesetzt werden und die im wesentlichen ihre Identität in der fertigen Zusammensetzung beibehalten, gegenüber den sekundären Karbid-körnern, die sich durch Reaktion während der Wärmebehandlung bilden.. In the case of the use of refractory carbide hard metals, most of which are made of titanium, tungsten and / or carbides other refractory carbides are made by sintering Cemented into the matrix metal in the liquid phase, the favorable properties are largely revealed the rather high hardness peculiar to carbides in combination with the pestilence effects of the binding metal traced back. The term "primary carbide grains" denotes the grains or particles of refractory carbide immediately added to the preparation during its formation and which essentially retain their identity in the finished composition, compared to the secondary carbide grains that are formed by reaction during heat treatment.
In den letzten Jahren wurde ein maschinell bearbeitbarer feuerfester Karbidkörper, der primäre Titankarbidkörner enthält, welche in einer mit Wärme behandelbaren Stahlmatrix dispergiert sind, entwickelt, der dem primären Karbid innewohnende HärtungsWirkungen mit der Härtbarkeit der Stahlmatrix kombiniert. Der maschinell bearbeitbare Karbidkörper hat gegenüber üblichen gesinterten Karbiden einen Vorteil, der darin besteht, dass die Matrix einer Zubereitung, die etwa 50 Volum»-$ Titankarbid und als Reat im wesentlichen Stahl enthält, durch Anlassen derart erweioht werden kann, dass die Gesamthärte der Zubereitung auf: .zum Beispiel 40 Ro gesenkt werden kann, so dass der Körper maschinell in eine gewünschte Porm gebracht werden kann und danach bis über 72 Rc durch Abschreken der Legierung aus erhöhter Temperatur ähnlich wie diea bei beatimmten Werkzeugstahllegierungen gemacht wird, gehärtet wird.In recent years, a machinable refractory carbide body has become the primary titanium carbide grains which are dispersed in a heat treatable steel matrix, the primary Hardening effects inherent in carbide with hardenability combined with the steel matrix. The machinable carbide body has over conventional sintered Carbides have an advantage, which consists in the fact that the matrix of a preparation which is about 50 volume »- $ titanium carbide and as Reat essentially contains steel, can be increased by tempering in such a way that the total hardness of the Preparation to:. For example 40 Ro can be lowered so that the body is mechanically converted into a desired Porm can be brought and thereafter up to about 72 Rc by quenching the alloy from elevated temperature similarly as is done with ventilated tool steel alloys, is hardened.
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Bei der Herstellung von feuerfesten KarbidZubereitungen der genannten Art mit einer Matrix, die aus einem wärmebehandelbaren oder nicHt-wärmebehandelbarem Metall besteht, wird feuerfestes Karbidpulver, wie Titankarbid, mit feinverteilten stahlbildenden Bestandteilen vermischt und das Gemisch anschliessend in einer Form in die gewünschten Abmessungen gebracht und der erhaltene kompakt ierte Formkörper einem Sintern in flüssiger Phase durch Erhitzen auf eine Temperatur über die niedrigste Schmelzphase des Matrixmetalls aber untehalb des Schmelzpunktes des feuerfesten Karbids unterworfen.In the manufacture of refractory carbide preparations of the type mentioned with a matrix consisting of a heat-treatable or non-heat treatable metal refractory carbide powder, such as titanium carbide, is mixed with finely divided steel-forming components and the mixture is then brought into the desired dimensions in a mold and the resulting compact ierte molded body sintering in the liquid phase by heating to a temperature above the lowest But subjected to the melting phase of the matrix metal below the melting point of the refractory carbide.
Es wurde gefunden, dass das Sintern in flüssiger Phase für die vorgesehenen Zwecke vorteilhaft ist, da dichte Produkte, die im wesentlichen nicht porös sind, erhältlich sind. Der vorbeschriebene Typ eines zusammengesetzten Metalls hat bei vielen verschiedenen Anwendungszwecken Verwendung gefunden, wie bei Formwerkzeugen, Düsenspitzen, abriebfesten Teilen, Messlehren, Maschinenteilen und dergleichen.It has been found that the sintering takes place in the liquid phase is advantageous for its intended purposes, since dense products which are essentially non-porous can be obtained are. The above-described type of compound Metals has many different uses Found use, such as in molding tools, nozzle tips, abrasion-resistant parts, measuring gauges, machine parts and the same.
Bei der Verwendung derartiger feuerfester Karbidzubereitungen bei der Fabrikation verschiedener Werkzeuge oder Maschinenteile ist es manchmal zweckmässig, die metallurgischen Eigenschaften des Matrixmetalls zu modifizieren, um die bestimmten Anforderungen zu erfüllen, die für einen bestimmten für das Werkzeug vorgesehenen Verwendungszweck vorgegeben sind· Wenn zum Beispiel eine Zusammensetzung, die zu .45 Volum*-^ aus Titankarbid., das in einer Jtatrix aus rostJteiem StahlWhen using such refractory carbide preparations in the manufacture of various tools or machine parts, it is sometimes useful to the metallurgical properties of the matrix metal modify it to meet the specific requirements intended for a particular tool Intended use are given · If for example a composition which is to .45 volume * - ^ from Titanium carbide in a matrix made of stainless steel
der zusammensetzung dispergiert ist, die 55 VolumrfS/ausmaohii, a±s Teil einer Pumpe verwendet wird, das einer Gleitreibung bei erhöhter Temperatur ausgesetzt ist, tritt eine Vorzugsabnutzung im Matrixmetall zwischen den Karbidkörnern the composition is dispersed, the 55 volumrfS / ausmaohii, a ± s part of a If a pump is used which is exposed to sliding friction at elevated temperature, preferential wear occurs in the matrix metal between the carbide grains
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auf» Diese Zusammenseztung hat eine Durchschnittshärte in der Nähe von etwa 45 Rc. Da rostfreier Stahl der Güteklasse 18/8 im wesentlichen nicht durch Wärme, behandelbar ist, liegt die dem Stahl eigentümliche Härte wesentlich unter der tatsächlichen Härte des Karbids. Wenn daher ein Maschinenteil aus diesem Material einer Gleitreibung bei erhöhter Temperatur ausgesetzt wird, wird das weiche Matrixmaterial vorzugsweise rund um die Karbidkörner abgetragen. Die primären Karbidkörner schaffen zwar selbst eine Abnutzuhgsfestigkeit, tun dies jedoch nur dann, wenn sie fest im Matrixmetall eingebettet und verankert sind. Da jedoch das Matrixmetall selektiv rund um die Körner herum abgenutzt oder forterodiert wird, neigen die Körner dazu, sich zu lockern und herauszufallen. Eine derartige bevorzugte Abnutzung hat ihre Nachteile, weil sie dazu führen kann, dass ein Oberflächen-Kerbungseffekt auftritt, der die Festigkeit des Metalls gegen Schlag-^ beanspruchung erniedrigt. Es würde daher erwünscht sein, dann, wenn die Matrix eine hohe Beibehaltung der Härte an der Oberfläche des Maschinenteils aufweisen soll, die genannten Schwierigkeiten zu vermeiden.on »This composition has an average hardness near about 45 Rc. Since stainless steel is the Grade 18/8 is essentially not heat-treatable, lies in the hardness peculiar to the steel significantly below the actual hardness of the carbide. Therefore, if a machine part made of this material is a Is exposed to sliding friction at elevated temperature, the soft matrix material is preferably all around the carbide grains are removed. The primary carbide grains create wear resistance themselves, but only do so if they are firmly in the matrix metal are embedded and anchored. However, as the matrix metal wears away selectively around the grains or is for-eroded, the grains tend to loosen and fall out. Such a preferred one Wear and tear has its drawbacks because it can lead to a surface indentation effect occurs, which lowers the strength of the metal against impact ^ stress. It would therefore be desirable when the matrix is to retain a high degree of hardness on the surface of the machine part, to avoid the difficulties mentioned.
Im Fall einer durch Wärme behandelbaren Zubereitung, zum Beispiel einer Zubereitung, die aus etwa 50 Volumen-^ Titankarbid und als Rest 50 Volumen-^ eines Stahls mit niedrigem Ghromgehalt und niedrigem Molybdängehalt zusammengesetzt ist, kann es erwünscht sein, die genannte Zusammensetzung von einer Härte von etwa 70 Rc auf eine Härte von etwa 50 - 55 Rc durch Tempern zu bringen, beispielsweise im Fall eines Ziehwerkzeugs. Es würde jedoch wesentlich sein, sicherzustellen, dass am Hals oder an der Öffnung des Werkzeugs eine harte abriebfesteIn the case of a preparation that can be treated with heat, for example a preparation consisting of about 50 volume ^ titanium carbide and the remainder 50 volume ^ steel with composed of low chromium and low molybdenum content it may be desirable to have said composition of a hardness of about 70 Rc to bring a hardness of about 50 - 55 Rc by tempering, for example in the case of a drawing tool. It would However, it is essential to ensure that there is a hard, abrasion-resistant surface on the neck or opening of the tool
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Oberfläche sichergestellt wird, insbesondere zwischen den harten Körnern aus Primärkarbid, die in der Matrix eingebettet sind. Es würde daher wünschenswert sein,, eine gehärtete Oberfläche zwischen den Karbidkörnern zu schaffen, um diese Körner an Ort und Stelle zu verankern, um zu verhüten, dass eine bevorzugte Abtragung von der Matrix fort auftritt und eine Verdrängung von Karbidteilchen zu verhindern.Surface is ensured, especially between the hard grains of primary carbide that are in the matrix are embedded. It would therefore be desirable to have a hardened surface between the carbide grains to create to anchor these grains in place to prevent preferential erosion occurs away from the matrix and prevent displacement of carbide particles.
Die gehärtete Oberfläche sollte derart beschaffen sein, dass sie einen möglichst geringen Reibungskoeffizienten hat, während sie eine optimale Härte haben soll zusätzlich zur Verankerung der primären Körner aus den feuerfesten Metallkarbiden.The hardened surface should be such that it has the lowest possible coefficient of friction has while it is supposed to have an optimal hardness in addition to anchoring the primary grains from the refractory metal carbides.
Der Prozess der Oberflächenhärtung sollte jedoch ein solcher sein, der in der Lage ist, nicht nur eine Stahloberfläohe zu härten, sondern auch andere Legierungen von Matrixmetallen aus der Eisengruppe t wie Matrixmetalle auf der Baeis von liokel und Kobalt. Es würde zum Beispiel zweckmässig sein, ein© Zubereitung aus Wolframkarbid und Kobalt zu schaffen, bei welcher die Matrix aus Kobaltmetall oberflächengehärtet ist, um deren Abriebfestigkeit bei Anwendungszwecken, bei denen eine Gleitreibung auftritt, zu verbessern.The process of surface hardening, however, should be such that is able not only to harden Stahloberfläohe but also other alloys of matrix metals from the iron group t as matrix metals on the Baeis of liokel and cobalt. For example, it would be useful to create a preparation of tungsten carbide and cobalt in which the cobalt metal matrix is surface hardened to improve its abrasion resistance in applications where sliding friction occurs.
Es ist somit Ziel der Erfindung, eine gesinterte Zubereitung aus feuerfesten Karbiden zu schaffen, bei welcher die Oberfläche des Matrixmetall boridiert ist, um eine gehärtete Oberfläche mit niedrigem Reibungskoeffizienten zu schaffen.It is therefore the aim of the invention to provide a sintered preparation of refractory carbides, in which the surface of the matrix metal is borided to a hardened surface with low To create coefficient of friction.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines stahlgebundenen Karbids, bei welchem die Oberfläche der Matrix, die die Karbidkörner umgibt, boridier-t ist, um die Erosionsfestigkeit zu verbessern, während eine harte Obei'fläche mit niedrigem Reibungskoeffiaienten geschaffen wird, die besonders für Anwendungszwecke geeignet ist, bei denen ein gleitender Kontakt mit einer Metalloberfläche auftritt·Another object of the invention is to provide a steel bonded carbide in which the Surface of the matrix surrounding the carbide grains, boridier-t is to increase the erosion resistance improve while having a hard surface low coefficient of friction is created, which is particularly suitable for applications, where there is a sliding contact with a metal surface occurs
Diese und andere Ziele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung noch näher erläutert.These and other objects of the invention are further explained in the following description.
Im weitesten Sinne schafft die Erfindung einen lOrmgegenstand aus einem oberflächengehärteten gesinterten feuerfesten Metallkarbid, der im wesentlichen aus etwa 20 - 80 Volum*-$ Primärkörnern aus einem harten feuerfesten Metallkarbid besteht, die in einer Metallmatrix verteilt sind, die im wesentlichen aus einem Metall der Eisengruppe zusammengesetzt ist, zum Beispiel einer Matrixlegierung, die auf wenigstens einem Metall der Eisengruppe basiert, wobei das oberflächengehärtete gesinterte Karbid durch eine Mikrostruktur angrenzend an deren Oberfäche gekennzeichnet ist, die hauptsächlich aus Erimärkörnern des feuerfesten Metallkarbids besteht, die in einer boridierten Schicht der Metallmatrix dispergiert sind und die boridierte Schicht ein Borid eines Metalls der Eisengruppe enthält, wie Eieenborid, Kobaltborid und Nickelborid.In the broadest sense, the invention creates one Standard article made from a surface-hardened sintered material Refractory metal carbide, which consists essentially of about 20 - 80 volume * - $ primary grains from a hard Refractory metal carbide, which are distributed in a metal matrix, which consists essentially of one Metal of the iron group is composed, for example a matrix alloy, on at least one Iron group based metal, the surface hardened cemented carbide by a microstructure adjacent to their surface is characterized, which consists mainly of erimary grains of refractory metal carbide consists, which are dispersed in a boridized layer of the metal matrix and the boridized Layer contains an iron group metal boride such as iron boride, cobalt boride and nickel boride.
Die primären Körner der feuerfesten Metallkarbide umfassen solche, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehejnd aus Karbiden von Chrom, Wolfram, Molybdän,The primary grains of the refractory metal carbides include those selected from the group consisting of carbides of chromium, tungsten, molybdenum,
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Titan, Zirkon, Hafnium, Mob, Tantal und Vanadium; Während die Menge des Karbids in der Zusammensetzung von etwa 20 - 80 Volumen-^ betragen kann, kann ein Bereich von etwa 30 - 70 $ Volumen-$ bevorzugt sein.Titanium, zirconium, hafnium, mob, tantalum and vanadium; While the amount of carbide in the composition from about 20 - 80 volume ^ can be a Range of about $ 30- $ 70 in volume may be preferred.
Die Erfindung ist insbesondere auf gesinterte stahlgebundene Karbide des Types anwendbar, der in den U.S.A.-Patentschriften Hr. 2 828 202, 3 053 706, 3 183 127, 3 369 891, 3 369 892 und 3 416 976 genannt ist.The invention is particularly applicable to sintered steel-bonded carbides of the type shown in FIGS U.S.A. patents Mr. 2 828 202, 3 053 706, 3 183 127, 3 369 891, 3 369 892 and 3 416 976 mentioned is.
Beispiele von Matrix-Stahlzusammensetzungen, die boridiert werden können, sind Stähle SAE 1010 bis SAE 1080 und solche anderen Stähle wie 0,8$ Cr, 0,2$ Mo, 0,3$ C, Rest im wesentlichen Eisen, 5$ Cr, 1,4$ Mo, 1,4$ W, 0,45$ V, 0,35$ D, Rest im wesentlichen Eisen, 8$ Mo, 4$ Cr, 2$ V, 0,8$ C, Rest im wesentlichen Eisen und 18$ W, 4$ Or, 1$ V, 0,75$ C, Rest im wesentlichen Eisen.Examples of matrix steel compositions that can be borided are SAE 1010 bis steels SAE 1080 and such other steels as 0.8 $ Cr, 0.2 $ Mo, 0.3 $ C, the remainder essentially iron, 5 $ Cr, 1.4 $ Mo, 1.4 $ W, 0.45 $ V, 0.35 $ D, remainder essentially iron, 8 $ Mo, 4 $ Cr, 2 $ V, 0.8 $ C, remainder im essential iron and 18 $ W, 4 $ Or, 1 $ V, 0.75 $ C, the remainder being essentially iron.
Eine bevorzugte Zusammensetzung der Stahlmatrix zum Boridieren ist eine solche,- die etwa 1-6 Gewicht-$ Cr, etwa 0,3 --6 Gewicht-$ Mo, etwa 0,3 - 0,8 Gewicht- $ C, Rest im wesentlichen Eisen enthält.A preferred composition of the steel matrix for boriding is one which is about 1-6% by weight Cr, about 0.3-6 weight- $ Mo, about 0.3-0.8 weight- $ C, the remainder essentially contains iron.
Eine weitere bevorzugte Zusammensetzung der Stahlmatrix zum Boridieren ist eine solche, die etwa 6 oder 7-12 Gewicht-$ Cr, etwa 0,6 bis 1,2 Gewicht-$ C, etwa 0,5-5 Gewicht-$ Mo, bis zu etwa 5 Gewicht- $ W, bis zu etwa 2 Gewicht-$ V, bis zu etwa 3 Gewicht-$ Ni, bis zu etwa 5 Gewicht-$ Kobalt, Rest im wesentlichen Eisen enthält.Another preferred composition of the steel matrix for boriding is one that is about 6 or 7-12 weight- $ Cr, about 0.6 to 1.2 weight- $ C, about 0.5-5 weight- $ Mo, up to about 5 weight- $ W, up to about 2 weight- $ V, up to about 3 weight- $ Ni, up to about 5 weight- $ cobalt, remainder essentially contains iron.
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Eine weitere Zusammensetzung der Stahlmatrix ist eine mit Wärme behandelbare Zusammensetzung mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, die etwa 10-30 Gewicht-^ Ni, 0,2 - 9 Gewicht-^ Ti, bis zu 5 Gewicht $ Al, wobei die Summe aus Titan und Aluminium etwa 9 Gewicht-^ nicht übersteigt, bis zu etwa 25 Gewicht-^ Go, bis zu etwa 10 Gewicht-^ Mo, Rest der Matrix im wesentlich=» wenigstens etwa 50 Gewicht-^ Eisen enthält und die Metalle, aus denen die Matrixzubereitung besteht, derart abgemessen sind, dass dann, wenn der Nickelgehalt von etwa 10-22 Gewicht-$ xind die Summe von Aluminium und Titan weniger als 1,5 Gewicht-^ beträgt, die Gehalte an Kobalt und Molybdän jeweils weniger als etwa 2 Gewicht-^ betragen und derart, dass wenn der Nickelgehalt etwa 18 - 30 Gewicht-^ und der Molybdängehalt unter 2 Gewicht-^ beträgt, die Summe aus Aluminium und Titan 1,5 Gewicht-^ übersteigt. Diese Matrixlegierung bildet einen weichen Martensit, wenn sie aus einer lösungstemperatur von etwa 760 bis 11650C (etwa HOO - 21500P) abgeschreckt wird und unterliegt einer Alterungshärtung, wenn sie bei einer Temperatur von etwa 260 - 65O0C (500 - 12000P) etwa 3 Stunden erhitzt wird.Another composition of the steel matrix is a heat treatable, low carbon composition containing about 10-30 weight- ^ Ni, 0.2-9 weight- ^ Ti, up to 5 weight $ Al, the sum of titanium and aluminum being about Does not exceed 9 weight- ^, up to about 25 weight- ^ Go, up to about 10 weight- ^ Mo, remainder of the matrix essentially = »at least about 50 weight- ^ contains iron and the metals of which the matrix preparation consists, are measured such that when the nickel content is about 10-22% by weight, the sum of aluminum and titanium is less than 1.5% by weight, the contents of cobalt and molybdenum are each less than about 2% by weight and such that when the nickel content is about 18-30% by weight and the molybdenum content is less than 2% by weight, the sum of aluminum and titanium exceeds 1.5% by weight. This matrix alloy forms a soft martensite when they made a solution temperature of about 760-1165 0 C (about HOO - 2150 0 P) is quenched and is subjected to age hardening when stored at a temperature of about 260 - 65O 0 C (500-1200 0 P) is heated for about 3 hours.
Beispiele anderer Matrixmetalle ausser Stahl sind die Metalle Nickel, Kobalt und Legierungen auf Nickelbasis und Kobaltbasis aus der Eisengruppe. Diese Metalle können boridiert werden unter Bildung von Nickelborid und Kobaltborid.Examples of matrix metals other than steel are the metals nickel, cobalt and nickel-based alloys and iron group cobalt base. These metals can be borided to form Nickel boride and cobalt boride.
Kobalt ist ein bekanntes Matrixmetall oder Bindermetall, das zur Herstellung von gesintertem Wolfram-Cobalt is a well-known matrix metal or binder metal used to make sintered tungsten
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Karbid zur Anwendung für Schneidwerkzeuge, Bohrmeissel, usw. verwendet wird.Carbide for use in cutting tools, drill bits, etc. is used.
Die obengenannten gesinterten Karbide werden pulvermetallurgisch hergestellt. Im Fall eines stahlgebundenen Karbids kann zum Beispiel eine Zusammensetzung aus primären Körnern aus Titankarbid, die in einer Stahl-· zusammensetzung mit niedrigem Chromgehalt und niedrigem Molybdängehalt dispergiert sind, wobei die Zusammensetzung aus 40 G-ewicht $ Titankarbid und 60 Gewicht $ Stahl besteht, wie folgt hergestellt werden:The abovementioned sintered carbides are produced by powder metallurgy. In the case of a steel-bound Carbide can, for example, be a composition of primary grains of titanium carbide, which are in a steel · Composition with low chromium and low molybdenum are dispersed, the composition consists of 40 weight $ titanium carbide and 60 weight $ steel, can be manufactured as follows:
Es wird eine Menge von 1 000 g Titankarbidpulver einer Grosse von etwa 5-7 /um mit einem Ansatz von 15oo g eines stahlbildenden Gemisches, das so berechnet iat, dass es einen Matrixstahl bildet, der etwa 1,25$ Chrom, 2,5$ Molybdän, 0,4$ Kohlenstoff, Rest Karbonyleisenpulver von etwa 20 /um Grosse bildet, vermischt. Die pulverisierten Bestandteile enthalten im Gemisch damit ein Gramm Paraffinwachs je 100 g Bestandteile· Das Mischen wird in einem Stahlmischer etwa 40 Stunden durchgeführt, der halb mit Stahlkugeln gefüllt ist, unter Verwendung von Hexan als Träger.An amount of 1,000 g of titanium carbide powder with a size of about 5-7 μm is used with an addition of 150 g of a steel-forming mixture that is calculated to form a matrix steel that contains about 1.25 $ chromium, 2.5 $ Molybdenum, 0.4 $ carbon, the remainder carbonyl iron powder of about 20 μm in size, mixed. The powdered ingredients contained in the mixture so that a gram of paraffin wax per 100 g of components D · s a mixing is carried out about 40 hours in a steel mixer which is half filled with steel balls, using hexane as a carrier.
Hach vollständigem Mischen wird das Gemisch entfernt und im Vakuum getrocknet. Ein Teil des gemischten Produkts wird in einem Formwerkzeug bei einem Druck von 23,5 kg/mm (15 tons/sqdnch) gepresst, um eine Düsenspitze der gewünschten Grosse zu bilden. Die Düsenspitze wird danach in der flüssigen Phase bei einer Temperatur von etwa 14350C ..-(etwa 26150F) etwa eine halbe Stunde bei einem Vakuum entsprechend etwa 20 /um Hg oder besser gesintert. After complete mixing, the mixture is removed and dried in vacuo. A portion of the mixed product is pressed in a mold at a pressure of 23.5 kg / mm (15 tons / sqdnch) to form a nozzle tip of the desired size. The nozzle tip is then approximately about / more sintered in the liquid phase at a temperature of about 1435 0 C ..- (about 2615 0 F) for half an hour under a vacuum corresponding to 20 to Hg or.
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Nach vollständigem Sintern wird das Ganze abgekühlt und dann durch Erhitzen auf 9000C (etwa 11650F) 2 Stunden angelassen und anschliesaend mit einer Geschwindigkeit von etwa 15° C/Std auf etwa 10O0G (2120P) gekühlt, wobei eine angelassene Mikrostruktur gebildet wird, die kugeligen Zementit enthält. Wach dem Anlassen wird die Düsenspitze maschinell einer Endbearbeitung auf die gewünschte Grosse unterworfen. Die Spitze wird anschliessend gereinigt und boridiert. Nachdem die Spitze boridiert worden ist,wird sie dadurch gehärtet, dass sie bei 9540G (175O0P) in Austenit überführt und ansohliessend in einem Ölbad abgesfereckt wird.After complete sintering, the whole thing is cooled and then tempered by heating to 900 0 C (about 1165 0 F) for 2 hours and then cooled to about 10O 0 G (212 0 P) at a rate of about 15 ° C / hour, with one annealed microstructure is formed which contains spherical cementite. After tempering, the nozzle tip is machined to the desired size. The tip is then cleaned and borided. After the tip has been borided, it is hardened by converting it into austenite at 954 0 G (175O 0 P) and then setting it in an oil bath.
Beim Durchführen der Boridierungsstufe wird ein Zementierungsverfahren in Pulverpaokung angewendet. Es wird eine Retorte aus rostfreiem Stahl verwendet, deren Deckel mit dem Plansch der Retorte dicht verschlossen wird, wobei der Deckel und der Plansch der Retorte vor jedem Ansatz maschinell geglättet worden sind, um einen gasdichten Verschluss sicherzustellen. Bei jedem Ansatz wird zwischen dem Plansch und dem Deckel der Retorte ein neuer 0-Ring aus mit nickel plattiertem rostfreien Stahl AISI 321 gebracht.When performing the boridation step, a Cementing process applied in powder packs. A stainless steel retort is used, the lid of which is tightly closed with the splash of the retort The lid and the splash of the retort have been machine-smoothed before each approach to ensure a gas-tight seal. With each approach, there is between the splash and the Cover of the retort a new 0-ring made of nickel-plated stainless steel AISI 321 brought.
Eine typische Pulverpackung ist ein Gemisch von etwa 5 Gewicht-^ Bor und etwa 95 Gewicht-^ Aluminiumoxid, das 0,75 Gewicht-^ eines Halogeniderregers (z.B. Ammoniumbifluorid und Kaliumfluorid) enthält. Das verwendete Borpulver ist amorph, hat eine leilchengrösse von etwa 5 /um und hat eine Reinheit von etwa 90 - 92 #. Die Hauptverunreinigungen sind 6,2$ Mg,A typical powder pack is a mixture of about 5 weight ^ boron and about 95 weight ^ alumina, 0.75 weight ^ of a halide exciter (e.g. Ammonium bifluoride and potassium fluoride). The boron powder used is amorphous and has the size of a particle of about 5 µm and has a purity of about 90-92 #. The main impurities are $ 6.2 Mg,
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0,1$ Pe und 2,2$ 0· Das Aluminiumoxid hat eine Teilchengrösse entsprechend einer Siebma.schenweite unter 0,043 mm (-325 mesh)· ■0.1 $ Pe and 2.2 $ 0 · The aluminum oxide has a particle size corresponding to a sieve size below 0.043 mm (-325 mesh) · ■
Die Pulverpackung kann etwa 1 - 50 Gewicht-^ Bor, eine kleine aber wirksame Menge eines Halogeniderregers (z.B. t>is etwa 2 $ ), Rest ein inertes Verdünnungsmittel, wie Aluminiumoxid, enthalten. Beispiele von inerten Verdünnungsmitteln sind: TiO2, ZrO2, GaO, SrO, BaO, MgO und andere feuerfeste Oxide. Ein "bevorzugter Bereich, des Borgehalts ist 3-25 Gewicht-^. Repräsentative Beispiele von Halogeniden sind ET, HaF, IHJ?, HH.01 und andere Halogenide der Alkalimetalle.The powder pack can contain about 1-50 weight- ^ boron, a small but effective amount of a halide exciter (e.g. t> is about 2 $), the remainder an inert diluent such as alumina. Examples of inert diluents are: TiO 2 , ZrO 2 , GaO, SrO, BaO, MgO and other refractory oxides. A "preferred range of boron content is 3-25% by weight. Representative examples of halides are ET, HaF, IHJ?, HH.01 and other halides of the alkali metals.
Bei der Bildung der Pulverpackung werden die Pulver in den geeigneten Mengen miteinander vermischt und in einem Drehmischer, der Stahlkugeln aus rostfreiem Stahl enthält, 1-2 Stunden durchgemischt.When forming the powder pack, the powders are mixed together in the appropriate amounts and incorporated into a rotary mixer containing stainless steel balls, mixed for 1-2 hours.
Die Proben, die boridiert werden sollen, werden gründlich in Trichloräthylendämpfen entfettet und dann mit Griess aus Aluminiumoxid einer Grosse entsprechend der Siebmaschenweite unter 0,03 mm (- 4-00 mesh) abgezogen. Die abgezogenen Proben werden anschliessend in die Retorte gepackt, die die Pulverpackung zum Boridieren enthält. Die Retorte wird dicht mit der Pulverpackung gefüllt, so dass oben kein leerer Raum verbleibt, und der Deckel wird dann, wie oben beschrieben, mit dem Retortenflansch verschlossen. The samples to be borided are thoroughly degreased in trichlorethylene vapors and then with semolina made of aluminum oxide of a size accordingly the screen mesh size below 0.03 mm (- 4-00 mesh) peeled off. The withdrawn samples are then packed in the retort, which is the powder pack for boriding contains. The retort is tightly filled with the powder pack so that on top no empty space remains, and the lid is then closed with the retort flange as described above.
Die gefüllte Retorte wird in einem Ofen auf 843 0C (155O0P) oder in dem Bereich von 732 - 9260C (1350 -The filled retort is heated in an oven to 843 0 C (155O 0 P) or in the range of 732 - 926 0 C (1350 -
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170O0F) erhitzt und "bei dieser Temperatur etwa 10 Stunden, z.B. 24 Stunden,gehalten. Während dieses Zeitraums wird Bor .auf die Oberfläche des gesinterten Formkb'rpers über Bor.halogeniddämpfe, die von der Packung gebildet werden, abgeschieden. Das Bor diffundiert dann in die Oberfläche hinein und bildet Eisenborid. Am Ende der Zeitspanne von 24 Std. wird die Betorte aus dem Ofen entfernt und abgekühlt. Die Retorte wird danach geöffnet und die Packung wird entfernt.170O 0 F) and held at this temperature for about 10 hours, for example 24 hours. During this period of time, boron is deposited on the surface of the sintered molded body via boron halide vapors formed by the packing then diffuses into the surface to form iron boride. At the end of the 24 hour period, the betorte is removed from the furnace and allowed to cool, the retort is then opened and the packing is removed.
Die oberflächengehärteten Proben werden entweder im Ultraschallreiniger oder durch Abziehen in Flüssigkeit gereinigt, um noch anhaftendes Pulver zu entfernen. The surface-hardened samples are either cleaned in an ultrasonic cleaner or by being drawn off in liquid cleaned to remove any remaining powder.
Die Zusammensetzung der Proben war die folgende:The composition of the samples was as follows:
Nr. Vol.$ KarbidNo. Vol. $ Carbide
VoI·Ji MatrixVoI · Ji matrix
45 TiC45 TiC
45 TiC45 TiC
4545
55 (Matrix enthält in Gew.-$ 2,87$ Cr 2,87$ Mo, 0,65$ C, Rest Fe)55 (Matrix contains in wt .- $ 2.87 $ Cr $ 2.87 Mo, $ 0.65 C, remainder Fe)
55 (Matrix enthält in Gew.-$ 10$ Cr 3,0$ Mo, 0,8$ C, Rest Fe)55 (Matrix contains, in wt .- $ 10 $ Cr $ 3.0 Mo, $ 0.8 C, remainder Fe)
55 (Matrix enthält in Gew.-$ 20$ Cr 0,8$ C Rest Fe)55 (matrix contains in wt .- $ 20 $ Cr 0.8 $ C remainder Fe)
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3- -3- -
Hr. YoI.<fo Karbid Vol.$ MatrixMr. YoI. <Fo Carbide Vol. $ Matrix
4 45 TiO 55 (Matrix enthält in Gew.-$ 18$ ITi,4 45 TiO 55 (matrix contains in wt .- $ 18 $ ITi,
8,5$ Go, 4,75$ Mo, 1$ Ti,Rest le)8.5 $ Go, 4.75 $ Mo, 1 $ Ti, remainder le)
5 50 TiO 50 (Matrix enthält in Gew.-$ 18$5 50 TiO 50 (matrix contains in weight $ 18 $
8,5$ 00,4,75$ Mo, 1$ Ti, Rest le)$ 8.5 $ 00.4.75 Mon, $ 1 Ti, remainder le)
6 55 TiC 45 (Matrix enthält in Gew.-$ 18$ Hi,6 55 TiC 45 (matrix contains in wt .- $ 18 $ Hi,
8,5$ Oo, 4,75$ Mo, 1$ Ti, Rest Je)$ 8.5 Oo, $ 4.75 Mo, $ 1 Ti, remainder each)
7 45 TiO 55 (Matrix enthält in Gew.-$ 14$ Cr,7 45 TiO 55 (matrix contains in wt .- $ 14 $ Cr,
6$ Hi, 5$ Co, 1,5$ Ti, Rest Pe)6 $ Hi, 5 $ Co, 1.5 $ Ti, remainder Pe)
8 45 TiO 55 (Matrix enthält in Gew.-$ 71$8 45 TiO 55 (matrix contains in wt .- $ 71 $
18$ Cr,'8$ le, 2$ Ti, 1$ Al)18 $ Cr, '8 $ le, 2 $ Ti, 1 $ Al)
Die Proben wurden gemäss ihrer jeweiligen Zusammensetzung wie folgt gehärtet:The samples were made according to their respective composition hardened as follows:
Zusammensetzung Hr. 1: Abgeschreckt von 954^0 (175Oul)Composition Mr. 1: deterred by 954 ^ 0 (175O u l)
unter Verwendung eines Inertgasstroms, ans chi ies s end es Tempern "bei 190,50C (3750I) 1 Std.using an inert gas stream, to the chi ies s end it annealing "at 190.5 0 C (375 0 I) 1 hr.
Zusammensetzung Hr. 2: Abgeschreckt von 10930O (20000I)Composition Mr. 2: deterred by 1093 0 O (2000 0 I)
mit einem Inertgaastrom, anschiiessendes Tempern 2 mal bei 5240C (9750I) jeweils 1 Std.with a Inertgaastrom, anschiiessendes annealing 2 at 524 0 C (975 0 I) 1-hr.
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Zusammensetzung Hr. 3*Composition Mr. 3 *
Zusammensetzung Nr. 4» Zusammensetzung Mr« 5 s Zusammensetzung Kr. 6:Composition No. 4 "Composition Mr" 5 p Composition Kr. 6:
Zusammensetzung Nr. 7x Abgeschreckt von 1024°0 (18750F) in einer inerten Atmosphäre und danach Getempert zwischen 204 und 4260C (400 - 8000F).Composition No. 7x Quenched of 1024 ° 0 (1875 0 F) in an inert atmosphere and then Annealed 204-426 0 C. (400-800 0 F).
In Lösung bei 8150G (15000I) behandelt und 3 Sta bei 4820C (9000F) gealtert und anschliessend an der luft gekühlt.Treated in solution at 815 0 G (1500 0 I) and aged 3 Sta at 482 0 C (900 0 F) and then cooled in the air.
In Lösung behandelt bei 8150C (150O0I1) und 3 Std. bei 4820C (9000F) gealtert und anschliessend an der Luft gekühlt.Treated in solution at 815 0 C (150O 0 I 1 ) and aged for 3 hours at 482 0 C (900 0 F) and then cooled in the air.
In Lösung behandelt bei 8150O (150O0F) und 3 Std.bei 4820C (90O0F) gealtert und anschliessend an der Luft gekühlt.Treated in solution at 815 0 O (150 0 F) and aged for 3 hours at 482 0 C (90 0 F) and then cooled in the air.
Bi Lösung bei 9820C (18000F) angelassen und bei 4820C (90O0F) 10 Std gehärtet und dann an der Luft gekühlt.Bi solution at 982 0 C (1800 0 F) annealed and cured for 10 hrs at 482 0 C (90O 0 F) and then cooled in air.
Zusammensetzung Ur. 8t In Lösung durch Abschreiten in einer nieht-oxidierenden Atmosphäre von etwa 10650C (195O0F) angelassen und anschliessend 8 Std.bei 8710C (160O0F) ■und danach 4 Std. bei 76O0C (HOO0F) gealtert.Composition Ur. In 8t solution by pacing in a nieht-oxidizing atmosphere of about 1065 0 C (195o F 0) annealed and then 8 h at 871 0 C (160o F 0) ■ and then 4 hr. At 76o 0 C (HOO 0 F ) aged.
Bei der Matrix auf Bisenbasis besteht eine Neigung zur Bildung eines eutektischen Gemisches Fe-FepB, das bei etwa 11490C (21000F) schmilzt. Daher sollte vorzugsweise die Wärmebehandlung zur Härtung auf eine Temperatur unterhalb dieser Temperatur beschränkt sein, umIn the matrix on Bisenbasis there is a tendency to form a eutectic mixture Fe-FepB, the (F 2100 0) melting at about 1149 0 C. Therefore, the heat treatment for hardening should preferably be limited to a temperature below this temperature
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die Härtebesehiehtung zu schützen. Ausserdem kann das Boridieren bei sehr hohen Temperaturen unerwünschte Wechselwirkungen mit den Legierungselementen in der Stahlmatrix und auch mit den dispergieren Karbidteilchen ergeben. Somit sollte im Fall der Probe Ur. 2 die !Temperatur der Wärmebehandlung gut unterhalb 10930C (2000°!') liegen.to protect the hardness assessment. In addition, boriding at very high temperatures can result in undesirable interactions with the alloying elements in the steel matrix and also with the dispersed carbide particles. Thus, in the case of the sample, Ur. 2 the! Temperature of the heat treatment are well below 1093 0 C (2000 °! ').
Die Boridbeschichtung an der Oberfläche der Probe wurde durch Röntgenbeugungsanalyse identifiziert und zeigte die Gegenwart von !IFe2B und PeB an. Es wurden bei allen Proben Beschichtungen von etwa 30,7 - 51 /um (1,5 - 2 mils) erhalten. Die Mikrohärte der Beschichtung uurde gemessen unter Herstellung von Mikrohärte-Eindrücken gemäss Vickers unter Verwendung einer Belastung von 25 g in der Oberfläche des Matrixbereichs, in dem keine dispergierten Primärkarbide enthalten waren. Die Härtebestimmungen , vor und nach dem Boridieren, sind in der folgenden Tabelle II wiedergegeben.The boride coating on the surface of the sample was identified by X-ray diffraction analysis and indicated the presence of IIFe 2 B and PeB. Coatings of about 30.7-51 µm (1.5-2 mils) were obtained on all samples. The microhardness of the coating was measured by producing microhardness indentations according to Vickers using a load of 25 g in the surface of the matrix area in which no dispersed primary carbides were contained. The hardness determinations before and after boriding are given in Table II below.
Oberfläehen-Mikrohärte (Tickers)Surface micro hardness (tickers)
Vor Beschichtung Uach BeschichtungBefore coating after coating
2055; 2055 2285; 2055 2055; 2055 2285; 22852055; 2055 2285; 2055 2055; 2055 2285; 2285
1855; 18551855; 1855
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Oberfläohen-Mikrohärte (Vickers)Surface micro hardness (Vickers)
Nr. Yor Beschichtung Fach BeschichtungNo Yor Coating Tray Coating
.2285; 2055 2285; 2285 1855; 2055.2285; 2055 2285; 2285 1855; 2055
Wie'aus Tabelle II ersichtlich,kann eine boridierte Matrix mit einer Härte über 1855 Vickers erhalten werden· Im allgemeinen gesprochen,wird die Härte der boridierten Matrix über 1500 Yickers liegen, ganz gleich, ob die Matrix auf der Basis von Eisen, nickel oder Kobalt als G-rundmetall beruht.As can be seen from Table II, a borided Matrix with a hardness above 1855 Vickers can be obtained · Generally speaking, the hardness is the borided matrix are over 1500 yickers, regardless of whether the matrix is based on iron or nickel or cobalt as a base metal.
Allgemein gesprochen,kann die Dichte der boridierten Schicht bis zu etwa 178 /um (7 mils) betragen.Generally speaking, the density of the borided Layer up to about 178 µm (7 mils).
Der Dickenbereich der boridierten Schicht kann von der Härte abhängen, die beim Schichtträger erreicht werden soll. ' " Da das Substrat im allgemeinen nach dem Boridieren mit Wärme behandelt werden kann, ist es ratsam ,eine boridierte Schicht bis zu etwa 51 /um (2 mils) zu verwenden, um das Reissen der boridierten Schicht beim Abschrecken auf einem Minimum zu halten.The thickness range of the borided layer can depend on the hardness that is achieved in the substrate target. '"Since the substrate can generally be treated with heat after boriding, it is advisable to use a borided layer up to about 51 μm (2nd mils) in order to keep the cracking of the borided layer during quenching to a minimum.
Andererseits kann bei Anwendungen, bei denen ein angelassener Schichtträger bevorzugt ist, wie bei Gewindelehren und dergleichen oder bei komplexen Porm-On the other hand, in applications where a tempered substrate is preferred, such as thread gauges and the like or in the case of complex
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körpern, die boridierte Schicht über 51 /um ( 2 mils) bis zu etwa 178 /um ( 7 mils) Dicke aufweisen. Es kann somit zweckmässig sein, einen Schichtträger aus angelassenem Titankarbidstahl im lalle von Bohrwerkzeugen und Ziehwerkzeugen zu verwenden, wobei die boridierte Oberfläche eine verbesserte Abriebfestigkeit verleiht und der angelassene Schichtträger bessere Vibrationsdämpfungseigenschaften ergibt«bodies having the borided layer in excess of 51 / µm (2 mils) up to about 178 / µm (7 mils) in thickness. It It can therefore be expedient to use a layer carrier made of tempered titanium carbide steel in the form of drilling tools and to use drawing tools, the borided surface having improved abrasion resistance gives and the tempered substrate better vibration damping properties results «
Als Beispiel zusätzlicher Ausführungsform/der Erfindung wird das folgende Beispiel der Herstellung einer Gewindelehre wiedergegeben·As an example of an additional embodiment / invention the following example of the manufacture of a thread gauge is shown
Es wird zuerst eine Stange hergestellt durch Zusammenpressen eines Gemisches aus Titankarbid und Stahl aue etwa 45 Volum-$ Titankarbid, Rest (etwa 55 Volum-$) eine Stahlmatrix einer Zusammensetzung aus im wesentlichen etwa 3 Gewicht-^ Chrom, 3 Gewicht- io Molybdän, 0,65 Gewicht-^ Kohlenstoff, Rest Eisen.There is first prepared by compressing a rod of a mixture of titanium carbide and steel aue about 45 Volum- $ titanium carbide and the balance (about 55 Volum- $) a steel matrix of a composition consisting essentially of about 3 weight- ^ chromium, 3 weight- io molybdenum, 0.65 weight- ^ carbon, remainder iron.
Die kompaktierte Stange wird in flüssiger Phase im Vakuum bei einer Temperatur von etwa 14350C (etwa 26150I ) etwa eine halbe Stunde gesintert. Nach vollständigem Sintern wird die Stange im Ofen auf Raumtemperatur gekühlt, um eine Anlasshärte ύοά etwa 47Rc zu schaffen. Die angelassene Stange wird auf den gewünschten Durchmesser spanabhebend bearbeitet und die Gewindegänge werden mit einem Präzisionswerkzeug längs der einen Stangenlänge geschnitten, während die gegenüberliegende Länge gerändelt wird ο Danach wird die mit Gewinde versehene Lehre wie oben beschriebenThe compacted rod is about sintered for half an hour in the liquid phase under vacuum at a temperature of about 1435 0 C (about 2615 0 I). After complete sintering, the rod is cooled to room temperature in the furnace in order to create a tempering hardness of about 47Rc. The tempered rod is machined to the desired diameter and the threads are cut with a precision tool along one rod length while the opposite length is knurled ο Then the threaded gauge is made as described above
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boridiert und die Gewindegänge anschiieasend gereinigt und auf Eertiggrösse geschliffen. Die boridierte Gewindelehre wird ohne ansohlieasende Wärmebehandlung verwendet, um eine Änderung der Volumengrosse und eine Verformung zu vermeiden, die gewöhnlich durch eine Ölabsehreckung . von hoher Temperatur verursacht wird. Die Oberflächenhärte liegt allgemein über 1500 Tickers·borided and the threads subsequently cleaned and Ground to the finished size. The borided thread gauge is used without solubilizing heat treatment to avoid volume size change and deformation that is usually caused by oil quenching. caused by high temperature. The surface hardness is generally over 1500 tickers
In ähnlicher Weise werden boridierte Bohrwerkzeuge und Ziehwerkzeuge aus den Titankarbidstahlzubereitungen des genannten Typs hergestellt.Similarly, borided drilling tools and drawing tools are made from the titanium carbide steel preparations of the type mentioned.
Wie oben erwähnt, besteht ein Vorteil der boridierten Schicht darin, dass sie der Oberfläche des gesinterten feuerfesten Karbidmaterials niedrige Reibungswerteigenschaften verleiht, während sie gleichzeitig der Metallmatrix, die die Körner aus feuerfestem Karbid umgibt, eine bessere Abriebfestigkeit verleiht. Wenn die Matrix durch Wärme behandelbar ist, insbesondere eine Stahlmatrix, kann das beschichtete gesinterte feuerfeste Karbidmaterial durch die üblicherweise bei der Matrix in unbeschichtetem Zustand verwendete Wärmebehandlung gehärtet und getempert werden, sofern ausreichend dafür Sorge getragen wird, dass die Beschichtung nicht oxidiert oder in anderer Weise chemisch geändert wird. Wenn die Härte durch Ölabschreckung des stahlgebunden Karbids von einer relativ hohen Temperatur, zum Beispiel von 9540G (175O0P) erreicht wird, ist es somit bevorzugt, das Kühlen mit einem Strom von Inertgas, wie Argon, zu bewirken.As mentioned above, one advantage of the borided layer is that it imparts low friction properties to the surface of the sintered refractory carbide material, while at the same time it imparts better abrasion resistance to the metal matrix surrounding the refractory carbide grains. If the matrix is heat treatable, especially a steel matrix, the coated sintered refractory carbide material can be hardened and tempered by the heat treatment commonly used for the uncoated matrix, provided that sufficient care is taken to ensure that the coating does not oxidize or otherwise is chemically changed. If the hardness is achieved by oil quenching of the steel bonded carbide of a relatively high temperature, for example from 954 0 G (175O 0 P), it is thus preferred that cooling with a stream of inert gas to effect such as argon.
Beispiele anderer Zusammensetzungen, die erfindungsgemäss boridiert werden können, sind die folgenden:Examples of other compositions according to the invention can be borided are the following:
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Ho. VoI·-# VoI·-# MatrixHo. VoI · - # VoI · - # Matrix
Karbidcarbide
9 20 TiC 80 (3Gew.-$ Gr', 3 Gew.-$ Mo, 0,5 G-ew.-^ C,9 20 TiC 80 (3 wt .- $ Gr ', 3 wt .- $ Mo, 0.5 G-ew .- ^ C,
Rest hauptsächlich Pe)Rest mainly Pe)
10 30 VC 70 (6 Gew.-$ Pe, 15 Gew.-^ Or, 2,5 Gew.-^ Al,10 30 VC 70 (6 wt .- $ Pe, 15 wt .- ^ Or, 2.5 wt .- ^ Al,
2,5 Gew.-$ Ti, Rest hauptsächlich Ni)2.5% by weight Ti, remainder mainly Ni)
11 45 WC 55 (Matrix im wesentlichen Co)11 45 WC 55 (matrix essentially Co)
12 50 TiC 50 (8 Gew.-$ Cr, 3 Gew.-jS Mo, 1 Gew.-?S V,12 50 TiC 50 (8 wt .- $ Cr, 3 wt .- jS Mo, 1 wt .-? S V,
0,9 Gew«>-$ C,- Rest hauptsächlich Ie)0.9 Gew «> - $ C, - remainder mainly Ie)
13 60 HbC 40 (5 Gew.-$ Cr, 1,4 Gew.-# Mo, 1,4 Gew.-^ W,13 60 HbC 40 (5 wt .- $ Cr, 1.4 wt .- # Mo, 1.4 wt .- ^ W,
0,45 Gew.-^ Y, 0,35 Gew.-$ C, Rest hauptsächlich 3?e)0.45 wt .-% Y, 0.35 wt .- $ C, remainder mainly 3? E)
14 70 TiC 30 (10 Gew.-^ Cr, 2 Gew.-^ Mo, 2 Gew.-$ ¥,14 70 TiC 30 (10 wt .- ^ Cr, 2 wt .- ^ Mo, 2 wt .- $ ¥,
1 Gew.-fo C, Rest hauptsächlich i"e)1 wt. Fo C, remainder mainly i "e)
15 55 TiC 45 (60 Gew.-$ Hi, 15 Gew.-^ Co, 20 Gew.-$ Cr15 55 TiC 45 (60 wt .- $ Hi, 15 wt .- $ Co, 20 wt .- $ Cr
und 5 Gew.-^ Fe)and 5 wt .- ^ Fe)
16 25 ZrC 75 (80 Gew.-^ Hi - 20 Gew.-$ Cr)16 25 ZrC 75 (80 wt .- ^ Hi - 20 wt .- $ Cr)
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Die zum Sintern und Binden des feuerfesten Karbids verwendeten Matrixmetalle enthalten vorzugsweise . wenigstens 50 Gew.-$ 'wenigstens eines Metalls aus der Eisengruppe, nämlich Eisen, Nickel und Kobalt, und die Menge des feuerfesten Metallkarbias liegt von etwa 20 - 80 Volum-$, wobei das Matrixmetall im wesentlichen den Rest ausmacht.The matrix metals used to sinter and bond the refractory carbide preferably contain. at least 50% by weight of at least one metal from the iron group, namely iron, nickel and cobalt, and the amount of refractory metal carbia is from about $ 20-80 by volume, with the matrix metal essentially making up the remainder.
Torzugsweise ist die Erfindung anwendbar auf stahlgebundene Karbide und insbesondere auf Titankarbid-Werkzeugstähle, die primäre Körner von feuerfestem Karbid enthalten, wie Titankarbid, in einer Menge von etwa 20 - 80 Yolum-$ dispergiert in den folgenden Stahlmatri.zen, die im wesentlichen den Rest ausmachen:In a preferred manner, the invention is applicable to steel-bound Carbides, and particularly on titanium carbide tool steels, are the primary grains of refractory Contain carbide, like titanium carbide, in an amount of about 20-80 yolum- $ dispersed in the following Steel matrices, which essentially make up the rest:
(A.) Der Matrix, die etwa 1-6 Gew.-$ Chrom, etwa 0,3(A.) The matrix containing about 1-6 wt. $ Chromium, about 0.3
- 6 Gew.-$ Molybdän, etwa 0,3 - 0,8 Gew.-% Kohlenstoff, Rest hauptsächlich Eisen enthält,- 6 wt .- $ molybdenum, about 0.3-0.8 wt .-% carbon, The rest mainly contains iron,
(B) der Matrix, die etwa 6-12 Gew.-$ Chrom, etwa 0,5(B) the matrix containing about 6-12 wt. $ Chromium, about 0.5
- 5 Gew.-^ Molybdän, etwa 0,6 - 1,2 Gew.-$ Kohlenstoff, bis zu etwa 5 Gew.-^ Wolfram, bis zu etwa 2 Gew.-^ Vanadium, bis zu etwa 3 Gew.-$ Nickel, bis zu etwa 5 Gew*-$ Kobalt, Rest hauptsächlich Eisen' enthält und- 5 wt .- ^ molybdenum, about 0.6-1.2 wt .- $ carbon, up to about 5 wt .- ^ tungsten, up to about 2 wt .- ^ Vanadium, up to about 3 wt .- $ nickel, up to about 5 wt .- $ cobalt, the remainder mainly iron 'contains and
(C) der Matrix, die eine stark nickelhaltige Legierung umfasst und etwa 10 - 30 Gew.-^ Nickel, etwa 0,2 - 9 Gew.-$ Titan, bis zu etwa 5 Gew.-^ Aluminium, wobei die Summe des Gehalts von Tifen und Aluminium etwa 9 Gewicht-^ nicht übersteigt, unf/etwa 0,15 Gew.-$ Kohlenstoff, bis zu etwa 25 Gew.-^ Kobalt, bis zu(C) the matrix comprising a high nickel alloy and about 10-30 wt% nickel, about 0.2-9 Weight% titanium, up to about 5 weight% aluminum, where the sum of the content of tifen and aluminum about 9 Weight does not exceed ^ and about 0.15% by weight Carbon, up to about 25 wt .- ^ cobalt, up to
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etwa 10 Gew.-$ Molybdän, Rest der Matrix im wesentlichen wenigstens etwa 50 Gew«-$ Eisen enthält, wobei öie Metalle, die die Matrixzubereitung ausmachen, derart bemessen sind, dass wenn der Mckelgehalt etwa 10 bis 22 Gew»-$ erreicht und die Summe von Aluminium und Titan unter etwa 1,5 Gew.-$ liegt, der Gehalt an Molybdän und Kobalt jeweils wenigstens etwa 2 Gew»~$ beträgt, sowie derart, dass wenn der Mckelgehalt von etwa 18-30 Gew.-$ und der Molybdängehalt unter.2 Gew»-$ liegt, die Summe von Aluminium und Titan 1,5 Gew.-^ übersteigt.about 10 wt .- $ molybdenum, remainder of the matrix essentially contains at least about 50% by weight of iron, the metals which make up the matrix preparation are dimensioned in such a way that if the Mckel content is about 10 to 22% by weight reached and the sum of aluminum and titanium is below about 1.5 wt .- $, the content of molybdenum and cobalt is at least about 2 wt. that if the Mckel content is about 18-30% by weight and the molybdenum content is below 2% by weight, the The sum of aluminum and titanium exceeds 1.5 wt .- ^.
Die genannten Matrixstähle sind im wärmebehändeIten Zustand durch die Gegenwart von Martensit gekennzeichnet. Bezüglich des Matrixstahls (A) wird der daraus hergestellte Werkzeugstahl, aus feuerfestem Karbid durch Erhitzen über die Temperatur der Austenitbildung, zum Beispiel auf 9540O (175O0I1) wärmebehandelt und anschliessend abgeschreckt, unter Bildung von hartem Martensit. Wenn der Werkzeugstahl aus feuerfestem Karbid boridiert wird, ist bevorzugt, dass das Abschrecken durch einen Strom von Inertgas erfolgt, um ein Absplittern der boridierten Schicht zu vermeiden. Nach dem Abschrecken kann der Stahl durch Erhitzen über den Temperaturbereich von etwa "121 - 2870C (250 - 55O0P) bis zu etwa 5 Stunden getempert werden.The matrix steels mentioned are characterized by the presence of martensite in the heat-treated state. With regard to the matrix steel (A), the tool steel produced therefrom, made of refractory carbide, is heat-treated by heating above the temperature of the austenite formation, for example to 954 0 O (175O 0 I 1 ) and then quenched, with the formation of hard martensite. When the refractory carbide tool steel is borided, it is preferred that the quenching be carried out by a flow of inert gas in order to avoid chipping of the borided layer. After quenching the steel, by heating over the temperature range of from about "121 to 287 0 C (250 - 55O 0 P) are annealed up to about 5 hours.
Im Pail eines Werkzeugstahls aus feuerfestem Karbid unter Verwendung von Stahl (B) als Matrix wird die Matrix in ähnlicher Weise wärmebehandelt durch Abschrecken von oberhalb der zur Austenitbildung erforderlichen Temperatur im Bereich von etwa 926 11210C (1700 - 20500F), zum Beispiel von 954° CIn Pail of a tool steel made of a refractory carbide using steel (B) as a matrix, the matrix in a similar way is heat treated by quenching from above the required for austenite formation temperature in the range of about 926 1121 0 C (1700-2050 0 F), for example of 954 ° C
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F). Das Tempern wird jedoch bei einer höheren Temperatur durchgeführt, zum Beispiel.von etwa 482 5650C (900 - 10500F), wie 5370C (10000F), etwa 1 - 2 Stunden lang, wobei sekundäre Härtungseffekte wegen der Bildung von sekundären Karbiden erzielt werden·F). The annealing, however, is carried out at a higher temperature, for example from about 482 565 0 C (900-1050 0 F), such as 537 0 C (1000 0 F), for about 1 - 2 hours, with secondary hardening effects due to the formation can be achieved by secondary carbides
Im Fall der Stahlmatrix (0) sind Stahlzubereitungen mit feuerfestem Karbid, die daraus hergestellt sind, intern der Stahl einer Lösungsbehandlung durch Abkühlen (zum Beispiel Luftkühlung) aus einer Lösungstemperatur von etwa 760 - 11000C (HOO - 195Q0F) β In the case of steel matrix (0) are steel preparations with refractory carbide that are made therefrom internally of the steel to a solution treatment by cooling (for example, air cooling) from a solution temperature of about 760-1100 0 C (HOO - 195Q 0 F) β
unterworfen wurde unter Bfläung einer MikroStruktur in der Matrix/durch die Gegenwart von weichem Martensit gekennzeichnet. Danaoh wird die Matrix, die die Karbidkörner umgibt, einer Alterungshärtung durch Erhitzen des feuerfesten Karbidstahls auf eine Temperatur von etwa 260 - 65O0C (500 - 12000F) über etwa 3 Stunden unterworfen. Eine typische Temperatur für die Alterungshärtung ist 4830C (9000F).was subjected to a microstructure in the matrix / marked by the presence of soft martensite. 65O 0 C - Danaoh the matrix surrounding the grains of the carbide, to age hardening by heating the refractory Karbidstahls to a temperature of about 260 (500 to 1200 0 F) is subjected to over about 3 hours. A typical temperature for age hardening is 483 ° C (900 ° F).
Einer der Vorteile der Erfindung besteht darin, dass die Matrix im relativ weichen Zustand gehalten werden kann, um sie zäh zu machen, während mit Hilfe der boridierten Schicht eine sehr harte Oberfläche geschaffen wird.One of the advantages of the invention is that the matrix is kept in a relatively soft state can to make them tough, while with the help of the boridized layer a very hard surface is created will.
Die Boridschiohten erlauben die Herstellung von Gegenständen aus feuerfestem Karbid, wie Formen, Werkzeuge, Sandstrahldüsen, Walzen, usw. Derartige Gegenstände berühren während der Verwendung gewöhnlich harte teilchenförmige Stoffe, die gewöhnlich selektivThe Boridschiohten allow the production of Refractory carbide objects such as molds, tools, sandblasting nozzles, rollers, etc. Such Articles tend to contact hard particulates in use, which are usually selective
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die Matrix abtragen, die die primären Karbidkörner umgibt. Eine der Vorteile der Stahlmatrix bestellt darin, dass sie angelassen werden kann, um die maschinelle Bearbeitung von gesintertem feuerfesten Karbidmaterial zu erlauben, das anschliessend beschichtet werden kann. Die Dimenaionsanderungen während der Boridierung sind vernachlässigbar klein, da die Beschichtung im wesentlichen durch die Diffusion von Bor nach innen erfolgt.remove the matrix surrounding the primary carbide grains. One of the advantages of the steel matrix ordered in that it can be tempered for machining sintered refractories To allow carbide material that is subsequently coated can be. The dimensional changes during the boridization are negligibly small, since the coating is essentially due to diffusion from boron to the inside.
Sandstrahldüsen wurden aus einem angelassenem Titankarbid-Werkzeugstahl hergestellt und gemäss der Erfindung boridiert. Die Zusammensetzung entsprach 45 Volum-^ iCitankarbid, Rest ein Matrixstahl enthaltend 2,87 Gewicht-^ Chrom, 2,87 Gew.-$ Molybdän, 0,65 Gew.-# Kohlenstoff, Rest Eisen, lach dem Boridieren wurden die Düsen wärmebehandelt, um eine , Substrathärte von 68 - 70 Rc zu ersielen. Die Lebensdauer der Düsen wurde erheblich verbessert. Die Geschwindigkeit der Abnutzung und Erosion war erheblich geringer wie diejenige, die bei Düsen aus keramischen gehärteten Werkzeugstählen, Borkarbid und dem genannten Titan-lcarbid-Werkzeugstahl in gehärtetem, aber nicht boridierten Zustand festgestellt wurde·Sandblasting nozzles were made from tempered titanium carbide tool steel produced and borided according to the invention. The composition corresponded 45 volumetric titanium carbide, the remainder containing a matrix steel 2.87 wt .- ^ chromium, 2.87 wt .- $ molybdenum, 0.65 wt .- # carbon, remainder iron, laughs at boriding the nozzles were heat treated to achieve a substrate hardness of 68-70 Rc. The lifespan the nozzles has been significantly improved. The rate of wear and tear and erosion was considerably lower than that used for nozzles made of ceramic hardened tool steels, Boron carbide and the aforementioned titanium-carbide tool steel was found in a hardened, but not borided state
Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit bevorzugten Ausftihrungsformen beschrieben wurde, können Modifikationen und Abänderungen durchgeführt werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen, wie dem Fachmann ersichtlich ist. Derartige Modifikationen und Ab-Although the invention has been described in connection with preferred embodiments, modifications are possible and changes can be made without departing from the spirit of the invention, as would be apparent to those skilled in the art can be seen. Such modifications and changes
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änderungen liegen innerhalb des Bereichs der Erfindung. changes are within the scope of the invention.
- Patentansprüche -- patent claims -
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