DE2846889A1

DE2846889A1 - Legierungspulver, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung zur herstellung von gesinterten formteilen

Info

Publication number: DE2846889A1
Application number: DE19782846889
Authority: DE
Inventors: Masahito Fukumori; Tsuneyuki Ide; Yoshikazu Kondo; Seiichi Ohhira; Ken-Ichi Takagi; Michio Watanabe
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1978-10-27
Publication date: 1980-04-30
Also published as: DE2846889C2

Description

Legierungspulver, Verfahren zu seiner Herstellung und seine
Verwendung zur Herstellung von gesinterten Formteilen Die Erfindung betrifft ein Legierungspulver mit eisenhaltigen, komplexen Boridphasen, bei der ein Teil des Eisenborids durch ein Borid eines Nichteisenmetalls oder durch eine komplexe Boridphase mit beispielsweise Cr, Mo, W, Ti, V, Nb, Ta, Hf, Zr, Co und Ni ersetzt ist; ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Legierungspulvers sowie die Verwendung dieses Legierungspulvers zur Herstellung von gesinterten Formteilen.
Hartmetalle oder metallische Hartstoffe, insbesondere als harte Phase Wolframcarbid enthaltende Materialien, weisen eine große Härte und Festigkeit auf und werden beispielsweise zur Herstellung von Metall-Schneidwerkzeugen und Metallformen eingesetzt. Das als Hauptbestandteil bei Hartmetallen verwendete Wolfram wird zunehmend seltener und damit teurer. Ferner ist das spezifische Gewicht dieser Hartmetalle sehr hoch, beispielsweise 13 bis 15 g/cm3. Schließlich sind diese Hartmetalle sowohl hinsichtlich ihrer Korrosions- als auch hinsichtlich ihrer Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen unbefriedigend. Stellite, d.h. Co-Cr-W-C(Fe)-Legierungen, weisen eine hohe Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit auf, sind jedoch hinsichtlich ihrer Härte und ihrer Abriebfestigkeit schlecht.
Um die Korrosions- und die Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur zu verbessern, das hohe spezifische Gewicht zu erniedrigen und die hohen Kosten des Ausgangsmaterials zu vermindern, wurde eine harte Metall-Legierung entwickelt, die aus einem Eisenborid oder eisenhaltige, komplexe Boridphasen enthaltenden Legierungspulver hergestellt worden ist,wobei ein Teil des Eisenborids durch ein Borid eines Nichteisenmetalls oder durch eine komplexe Boridphase ersetzt ist; vgl.
US-PS 3 999 952. Dadurch wurden eine verbesserte Korrosions-und Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur, ein geringeres, spezifisches Gewicht und niedrige Kosten des Ausgangsmaterials erreicht, doch wies die gesinterte Metall-Legierung nach der US-PS 3 999 952 nicht die Festigkeit der Hartmetalle auf. Dies ist hauptsächlich in den Eigenschaften des Legierungspulvers begründet, die das wesentliche Ausgangsmaterial für das gesinterte Produkt bildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Legierungspulver zu schaffen, aus dem durch Sintern Formteile mit Hartmetallen vergleichbarer Festigkeit erzeugt werden können. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung des Legierungspulvers angegeben werden. Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem Befund, daß die Aufnahme von Borid-bildenden Elementen, wie Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Co und Ni,in das bekannte Legierungspulver das gesinterte Formteil stärker und härter macht. Durch Zugabe geringer Mengen von Al und C zum Legierungspulver macht dieses spröde, so daß die gesinterte Metall-Legierung eine geringe Festigkeit aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Legierungspulver, das gekennzeichnet ist durch folgende Bestandteile: 3 bis 20 Gewichtsprozent Bor, weniger als 3 Gewichtsprozent Aluminium, weniger als 5 Gewichtsprozent Silicium, weniger als 2,5 Gewichtsprozent Sauerstoff, mindestens ein Metell aus der Gruppe Cr, Mo, W, Ti, V, Nb, Ta, Hf, Zr, Co und Ni, Rest mindestens 10 Gewichtsprozent Eisen.
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Legierungspulver durch Zerstäuben einer geschmolzenen Metall-Legierung mit Hilfe von Wasser oder einem Inertgas hergestellt.
Die anliegende Zeichnung erläutert die Erfindung. Es zeigen Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Vickers-Härte (unter 100 g Belastung) verschiedener Proben von der Temperatur und Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Gewichtszunahme der Proben durch Oxidation von der Behandlungsdauer bei 1OOO0C in Luft.
Das Legierungspulver der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Borid oder aus einer komplexen Boridphase als Härteträger und aus einem Metall oder aus einer Legierung als Binderphase.
Bei diesem Härteträger ist das Fe-Borid teilweise ersetzt durch mindestens ein Metall aus der Gruppe Cr, Mo, W, Ti, V, Nb, Hf, Ta, Zr, Co und Ni.
Das Borid hat entweder MB-oderdie M2B-Strukturw wobei M ein Metallelement bedeutet; die komplexe Boridphase hat die MxNyB-Struktur, wobei M und N Metallelemente bedeuten.
Bor ist das Basiselement des Legierungspulvers der Erfindung, das gemäß der vorstehenden Beschreibung das Borid oder die komplexe Boridphase als Härteträger bildet.
Der Bor-Anteil in dem Legierungspulver beträgt 3 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 16 Gewichtsprozent.
Wenn der Bor-Anteil 3 bis 12 Gewichtsprozent beträgt, so besteht das Legierungspulver hauptsächlich aus einem Borid mit der M2B-Struktur und/oder aus der komplexen Boridphase. Wenn der Bor-Anteil 12 bis 20 Gewichtsprozent beträgt, so besteht das Legierungspulver hauptsächlich aus einem Borid mit der MB-Struktur und/oder aus einer komplexen Boridphase.
Das gesinterte Legierungspulver weist außerdem eine Binderphase auf, die sich mit dem Härteträger verbindet und das gesinterte Produkt verfestigt.
Der Binder besteht aus mindestens einem Metall aus der Gruppe Cr, Fe, Mo, W, Ti, V, Nb, Ta, Hf, Zr, Co, Ni und Cu, aus Legierungen dieser Metalle oder aus Legierungen, die hauptsächlich aus diesen Metallen bestehen.
Wenn der Bor-Anteil unter 3 Gewichtsprozent beträgt, so erreicht die Härte des Legierungspulvers bzw. der gesinterten Formteile nicht den gewünschten hohen Wert. Daher liegt erfindungsgemäß die untere Grenze für den Bor-Anteil bei 3 Gewichtsprozent, vorzugsweise bei 5 Gewichtsprozent.
Wenn dagegen der-Bor-Anteil zu hoch ist, so wird das Legierungspulver bzw. das gesinterte Formteil spröde, was zu einer Verminderung der Biegebruchfestigkeit führt; daher ist es schwierig, eine ausreichende Festigkeit zu erhalten. Daher liegt erfindungsgemäß die obere Grenze für den Bor-Anteil bei 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise bei 16 Gewichtsprozent.
Der Fe-Anteil beträgt bei dem erfindungsgemäßen Legierungspulver mindestens 10 Gewichtsprozent. Die Vickers-Härte für die Fe-Boride beträgt etwa 1300 bis 1700 für Fe2B und etwa 1800 bis 2000 für FeB. Da Fe eines der billigsten Metalle ist, die Boride oder komplexe Boridphasen bilden, wird im Hinblick auf die Abriebbeständigkeit und die Festigkeit des Legierungspulvers bzw. der gesinterten Formteile vorzugsweise möglichst viel Eisen verwendet.
Cr bildet stabile und harte Boride,und zwar mit einer Vickers-Härte von etwa 1300 für Cr2B und etwa 1200 bis 2000 für CrB.
Cr-Boride verbessern ferner die Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit vergleichbar der von Edelstahl oder hitzebeständigem Stahl; ferner wird die Härte erhöht und diese sowie eine hohe Festigkeit können selbst bei hoher Temperatur aufrechterhalten werden. Der bevorzugte Cr-Anteil beträgt 5 bis 35 Gewichtsprozent. Bei einem Cr-Anteil von weniger -als 5 Gewichtsprozent ist der vorstehend erwähnte Effekt nicht ausgeprägt.
Andererseits ist bei einem Cr-Anteil von über 35 Gewichtsprozent eine Erhöhung des Effekts aufgrund des Cr-Anteils gering.
Mound W bilden nicht nur bei Raumtemperatur sondern auch bei hoher Temperatur stabile Boride, und darüberhinaus ist die Härte dieser Boride sehr hoch; so beträgt beispielsweise die Härte Hv von Mo2B etwa 1660, von MoB etwa 1750 bis 2350, von W2B etwa 2420 und von WB etwa 3750. Wenn Mo und/oder W in dem Legierungspulver enthalten sind, so weisen die erhaltenen gesinterten Formteile eine hohe Verschleißfestigkeit auf.
Wenn ferner W in diesem Legierungspulver enthalten ist, so wird die gesinterte Legierung sehr hart vergleichbar den bekannten Hartmetallen. Die gesinderte Legierung ist dann als Schneidwerkzeug bzw. Zerspanwerkzeug für JIS SNCM-2-Stahl geeignet.
Wenn Cr, W und Mo in dem erfindungsgemäßen Legierungspulver gleichzeitig enthalten sind, so sind nicht nur die zerspanenden Eigenschaften gegenüber bekannten Hartmetallen verbessert, sondern auch die Korrosions-, die Wärme- und die Oxidationsbeständigkeit.
Der Mo-Anteil bei dem erfindungsgemäßen Legierungspulver beträgt 1 bis 35 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 30 Gewichtsprozent.
Bei einem Mo-Anteil von weniger als 1 Gewichtsprozent ist der vorstehend erwähnte Effekt des Mo nicht bemerkenswert. Wenn dagegen der Mo-Anteil über 35 Gewichtsprozent liegt, so nimmt die Hitze- und Oxidationsbeständigkeit ab.
Der W-Anteil beträgt 0,5 bis 30 Gewichtsprozent. Bei einem W-Anteil unter 0,5 Gewichtsprozent ist der vorstehend erläuterte Effekt des W nicht bedeutsam. Da W teuerer ist als Mo und die natürlichen W-Vorräte abnehmen, würde eine Erhöhung des W-Anteils in dem Legierungspulver dieses verteuern. Daher liegt der obere Grenzwert für den W-Anteil bei 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise bei 20 Gewichtsprozent, und zwar im Hinblick auf eine Verbesserung des Wirkungsgrades, beispielsweise bezüglich des Verschleißes, der Festigkeit und der Kosten.
Bei Verwendung von Co bildet dieses in dem Legierungspulver stabile Boride und/oder komplexe Boridphasen, so daß die Verschleißfestigkeit verbessert wird. Der Co-Anteil beträgt in dem erfindungsgemäßen Legierungspulver weniger als 15 Gewichtsprozent.
Bei zu hohem Co-Anteil wachsen während der Sinterung mit flüssiger Phase die primären Kristalle sehr rasch, und daher verschlechtert sich die Festigkeit der gesinterten Legierung.
Der Einfluß von Ni ist ähnlich dem von Co; der Ni-Anteil beträgt weniger als 15 Gewichtsprozent.
Ti, V, Nb, Ta, Hf und Zr sind Metalle der IVa- bzw Va-Gruppe des Periodensystems und bilden alle stabile Boride und/oder komplexe Boridphasen bei Verwendung in dem erfindungsgemäßen Legierungspulver.
Beispielsweise beträgt die Härte Hv von TiB etwa 2700 bis 2800 und von VB2 etwa 2080 bis 2800. Wenn geeignete Mengen von Ti, V, Nb, Ta, Hf und Zr in dem erfindungsgemäßen Legierungspulver enthalten sind, vorzugsweise weniger als 15 Gewichtsprozent, so sind die Verschleißfestigkeit und die Festigkeit der gesinterten Legierung nicht nur bei Raumtemperatur sondern auch bei hoher Temperatur verbessert.
Bei der gesinterten Legierung ist neben dem Härteträger ein Binder bzw. eine Binderphase vorhanden. Das Legierungspulver ist das Ausgangsmaterial für den Härteträger; dagegen weist der Binder mindestens ein Metall aus der Gruppe Cu, Ni, Co, Fe, Cr, Mo, W, Ti, Zr, V, Nb, Ta und Hf, und/oder Legierungen dieser Metalle und/oder hauptsächlich aus diesen Metallen bestehende Legierungen auf.
Cu oder Cu-Legierungen weisen einen relativ niedrigen Schmelzpunkt auf und bilden daher kaum Cu-Boride. Cu oder eine Cu-Legierung liegt bei der Sintertemperatur in geschmolzener Form vor und bildet eine flüssige Phase, die eine Erhöhung der Dichte der erhaltenen, gesinterten Legierung bewirkt.
Andere Binderelemente als Cu, Co, Fe und Ni weisen im allgemeinen Schmelzpunkte auf, die über denen der Eisenboride liegen.
Es wird jedoch angenommen, daß mit Erhöhung der Sintertemperatur die Elemente eine eutektische Flüssigphase mit Eisenborid bilden und daher eine Sinterung mit flüssiger Phase (Schmelzsinterung) ermöglichen. Folglich weist die erhaltene, gesinterte Legierung kaum Poren auf und erreicht eine im wesentlichen optimale Dichte von 100 % und wird so ausreichend dicht und kompakt.
Obwohl die Volumenabnahme bei der Schmelzsinterung 10 bis 20 % erreicht, kann ein gleichförmiger Schwund ohne Formverlust erreicht werden, indem die Sintertemperatur und die Metallanteile gesteuert werden. Die gesinterte Metall-Legierung weist sowohl einen Härteträger als auch eine Binderphase auf.
Es hat sich herausgestellt, daß die Begrenzung der Anteile an Al, Si, 0 und C in dem Legierungspulver außerordentlich wichtig ist, um der gesinterten Metall-Legierung eine hervorragende Festigkeit zu geben.
Das in dem erfindungsgemäßen Legierungspulver vorhandene Al scheint während der Schmelzsinterung mit Bor und Sauerstoff eine Verbindung einzugehen, was zu einer Verlangsamung der Geschwindigkeit der Schmelzsinterung führt. Daher kann ein gleichförmiger Schwund oder eine optimale Dichte von 100 % nicht erreicht werden, und die Festigkeit dieser gesinterten Metall-Legierung ist verschlechtert.
Der Al-Anteil in dem erfindungsgemäßen Legierungspulver beträgt weniger als 3 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 1 Gewichtsprozent.
Wenn das erfindungsgemäße Legierungspulver Kohlenstoff enthält, so verbindet sich dieses während der Schmelzsinterung mit Sauerstoff und bildet Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid, das dann in der gesinterten Metall-Legierung Mikroporen bildet.
Daher soll der Kohlenstoffanteil in dem Legierungspulver weniger als 2 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 1 Gewichtsprozent, betragen.
Al, C sowie andere Metalle, wie Cr, Ti, V und Nb, die in dem Legierungspulver enthalten sind, verbinden sich mit Sauerstoff und bilden so Oxide. Durch diese Oxide wird die gesinterte Legierung spröde. Daher muß der Sauerstoffgehalt in dem Legierungspulver auf unter 2,5 Gewichtsprozent gehalten werden.
Während Al die Geschwindigkeit der Schmelzsinterung verringert, wird diese durch Si in dem Legierungspulver erhöht. Es wird angenommen, daß die Benetzbarkeit und die Fließfähigkeit der Legierung während der Schmelzsinterung verbessert werden, wenn Si in dem Legierungspulver enthalten ist. Bei einem Si-Anteil von weniger als 0,3 Gewichtsprozent ist der Einfluß des Si gering. Wenn dagegen der Si-Anteil mehr als 5 Gewichtsprozent beträgt, so wird die gesinterte Metall-Legierung spröde. Daher beträgt erfindungsgemäß der Si-Anteil weniger als 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,3 bis 5 Gewichtsprozent.
Aus technischen Gründen ist es besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäße Legierungspulver nach dem sogenannten Wasser-oder Gaszerstäubungsverfahren herzustellen. Bei diesen Verfahren wird zunächst eine geschmolzene Legierung, bestehend aus Fe, Fe-Borid und aus gewünschten zusätzlichen elementaren Metallensgebildet. Danach läßt man die geschmolzene Legierung aus kleinen Bohrungen nach unten heraustreten und schließlich werden die feinen Strahlen der geschmolzenen Legierung durch unter hohem Druck stehende Wasserstrahlen oder Gasstrahlen aus Argon oder Stickstoff zerstäubt, die aus Düsen austreten.
Ein weiterer Grund zur Herstellung des Legierungspulvers durch Wasser- oder Gaszerstäubung liegt darin, daß Legierungsbestandteile, wie B, Cr, Mo, W oder Ti gleichförmig verteilt werden.
Gleichzeitig zeigt die Mikrostruktur des erhaltenen Legierungspulvers eine sehr feine Korngröße.
Ferner kann im Rahmen der Erfindung ein Verfahren angewandt werden, bei dem die Legierung geschmolzen, danach die Legierung zur Bildung eines Barrens aus einer Boridlegierung verfestigt und schließlich mechanisch pulverisiert wird, ferner kann ein Verfahren angewendet werden, bei dem ein Ferroborpulver mit Nichteisenborid-Pulver vermischt wird. Jedoch hat die gesinterte Metall-Legierung, die aus durch Wasser- oder Gaszerstäubung hergestelltem Legierungspulver als Ausgangsmaterial hergestellt worden ist, die beste Festigkeit und Härte.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Legierungspulvers umfaßt die Verfahrensschritte zur Herstellung des Ausgangsmaterials, bestehend aus Eisen, Eisenborid (Ferrobor) und gewünschten Zusatzelementen. Dem Ausgangsmaterial werden 3 bis 20 Gewichtsprozent Bor, bis zu 5 Gewichtsprozent Si und mindestens ein Metall aus der Gruppe Cr, Mo, W, Ti, V, Nb, Ta, Hf, Zr, Co und Ni zugegeben; bei Zugabe dieser letzteren Metalle beträgt ihr Anteil 5 bis 35 Gewichtsprozent Cr, 3 bis 35 Gewichtsprozent Mo, 0,5 bis 30 Gewichtsprozent W, jeweils bis zu 15 Gewichtsprozent Ti, V, Nb, Ta, Hf, Zr, Co und/oder Ni, Rest im wesentlichen mindestens 10 Gewichtsprozent Eisen.
Danach wird das Ausgangsmaterial unter einer Atmosphäre geschmolzen, die höchstens 30 Volumenprozent, vorzugsweise 5 bis 30 Volumenprozent Sauerstoff enthält. Es wird angenommen, daß das in dem Ausgangsmaterial enthaltene Al bevorzugt oxidiert wird und an die Oberfläche der geschmolzenen Legierung als Schlacke steigt. Die geschmolzene Legierung tritt aus kleinen Bohrungen nach unten in ein Schutzgas aus, wie Stickstoff oder Argon, damit Bor und die gewünschten Metalle während der Wasser- oder Gaszerstäubung nicht oxidiert werden.
Durch den Wasser- oder Schutzgas-Vorhang werden aus der geschmolzenen Legierung Tröpfchen gebildet. Das Wasser oder das Schutzgas stehen unter hohem Druck und treffen auf den Strahl aus der geschmolzenen Legierung, um Tröpfchen zu bilden oder den Strahl zu zerstäuben. Das Wasser oder das Gas wird gegen den Strahl- aus geschmolzener Legierung unter einem Winkel von 10 bis 200 zur Vertikalen gerichtet. Das zum Zerstäuben verwendete Wasser weist einen Druck von über 40 kg/cm2 auf. Für das Wasser besteht kein maximaler Druckgrenzwert, und normalerweise beruht der maximale Druck auf den verwendeten Pumpeinrichtungen.
Das den Binder bildende Metallpulver wird mit dem so hergestellten Legierungspulver vermischt, und das Gemisch wird unter Verwendung einer Kugelmühle oder einer Vibrations-Kugelmühle feinkörnig zerrieben oder pulverisiert. Das erhaltene Gemisch kann in einer entsprechenden Form mittels einer kalten isostatischen Presse , zu Grünlingen verpreßt werden. Die Grünlinge werden unter vermindertem Druck oder unter Wasserstoff-, Argon- oder Stickstoffgas gesintert, so daß in dem Grünling lokal ein Teil einer Flüssigphase gebildet wird; dadurch kann die Dichte des Sinterkörpers wesentlich bis auf nahezu 100 % erhöht werden.
Ferner können Sinterkörper hoher Dichte unter Verwendung einer heißen, isostatischen Presse erhalten werden, wobei die heiße Presse allein oder in Kombination mit dem Schmelzsinter-Verfahren eingesetzt wird. Die unter Verwendung dieses er- findungsgemäßen Legierungspulvers hergestellte gesinterte Metall-Legierung weist im allgemeinen eine Rockwell-A-Härte von 80 bis 94 und eine Biegebruchfestigkeit von 50 bis 280 kg/mm2 auf, gemessen nach der Prüfnorm JIS H5501 an den Enden einer Hartmetall-Legierung.
Die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Legierungspulvers hergestellte gesinterte Metall-Legierung kann dort eingesetzt werden, wo bisher Schnellarbeitsstähle und Hartmetalle verwendet wurden. Insbesondere kann diese gesinterte Metall-Legierung zur Herstellung von Werkzeugen, Gesenken oder Stempeln zum Ziehen, Tiefziehen oder Gesenkschmieden von Metallen bei Raumtemperatur oder bei höheren Temperaturen, als Metallformen zur Kalt- oder Warmbearbeitung, für Schneidwerkzeuge und für bei hohen Temperaturen eingesetzte, wärmebeständige Legierungsteile verwendet werden. Ferner kann die Legierung eingesetzt werden, wo eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Rosten und Oxidieren, eine hohe Härte und eine hohe Verschleißfestigkeit erforderlich sind.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Legierungspulver zur Herstellung von Verbundmetallen verwendet werden, indem das Legierungspulver auf andere Grundmetalle aufgebracht oder aufgespritzt wird. Ferner kann das erfindungsgemäße Legierungspulver zur Herstellung von Verbundmetallen verwendet werden, die dieses Legierungspulver dann als dispergierte, harte Teilchen enthalten, wobei die Matrixphase aus einem Metall oder aus einer selbstgehenden (selbstgängigen; self-fluxing) Legierung besteht. Beispielsweise kann dieses dispergierte Verbundmaterial durch ein pulvermetallurgisches Verfahren hergestellt werden, wobei das erfindungsgemäße Legierungspulver und das Matrixmetall oder das Legierungspulver miteinander vermischt, danach in eine Form gefüllt und schließlich erhitzt werden, bis das Matrixpulver verschmolzen ist. Beim Erhitzen wird das Matrixpulver verschmolzen und umgibt das erfindungsgemäße Legierungspulver.
Um das erfindungsgemäße Legierungspulver in dem dispergierten Verbundmaterial zu entmischen, wird während des Erhitzens die Form mit hoher Geschwindigkeit herumgeschleudert, um den Unterschied der spezifischen Gewichte des erfindungsgemäßen Legierungspulvers und des Matrixpulvers auszunutzen. Das so erfindungsgemäß hergestellte, dispergierte Verbundmaterial kann dort eingesetzt werden, wo hohe Widerstandsfähigkeit und Härte erforderlich sind. Wenn das erfindungsgemäße Legierungspulver für dieses dispergierte Verbundmaterial oder zum Aufspritzen verwendet wird, ist es wesentlich, daß der Anteil an Al, O, C und Si an dem erfindungsgemäßen Legierungspulver einen großen Einfluß auf die Eigenschaften, wie Festigkeit und Härte, des fertigen Produkts hat.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1 Für das harte Legierungspulver werden Ausgangsmaterialien mit der nachstehenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent einem HF-Induktionsofen zugeführt: Ferrobor; B 20,0 %, Al 1,5-7,3 %, Si 0,9 -1,4 % elektrolytisches Chrom; Cr 99,8 %, AlO,004 %, Si 0,003 % Wolfram; W 99,84%,C 0,01 %, Si 0,003 % Molybdän; Mo-99,93 %, C 0,01 %, Al 0,004 % Ferrovanadium; V 83,53%,C 0,12 %, Si 1,15, Al 1,5 % Rest Fe elektrolytisches Eisen; C 0,001 %, Si 0,002 %, Rest Fe Silicium; Si 98,49 %, Al 0,26, C 0,03 %.
Diese Materialien werden zur Bildung einer Legierungsschmelze geschmolzen; der Ofenraum steht unter einer Atmosphäre von mit 20 Volumenprozent 02 vermischtem Argon. Danach wird die Legierungsschmelze einem Zwischengefäß zugeführt, aus dem sie aufgrund ihrer eigenen Schwere durch eine Auslaßdüse mit 12 mm Innendurchmesser nach unten fließt. Zwei gegeneinander gerichtete Wasserstrahlen mit einem Neigungswinkel von 150 bezüglich der Achse des Strahls der Legierungsschmelze treffen auf diesen auf, um die Legierungsschmelze zu zerstäuben. Der Was- serdruck beträgt 70 kg/cm2, und die Atmosphäre unterhalb der Auslaßdüse besteht aus Stickstoffgas.
Das erhaltene, zerstäubte Legierungspulver hat folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: Bor 8,4 % Chrom 8,8 % Molybdän 5,0 % Wolfram 14,8 % Vanadium 1,5 % Aluminium O;C2 d Silicium 0,77 % Sauerstoff 0,28 % Kohlenstoff 0,08 % Mangan 0,10 % Eisen Rest Hierbei handelt es sich um ein Legierungspulver mit M2B-Struktur.
Ein anderes, nach dem vorstehenden Verfahren erhaltenes Legierungspulver mit MB-Struktur hat folgende- Zus ammensetzung in Gewichtsprozent: 1 Bor 15,0 % Chrom 5,6 % Wolfram 14,0 % Vanadium 1,52 % Aluminium 0,27 % Silicium l,87 % Sauerstoff 0,33 % Kohlenstoff 0,09 % Mangan 0,11 -% Eisen Rest Die so erhaltenen Legierungspulver werden mit Mo-Pulver, Ni-Pulver und 60 % Cr - 20 % V - Rest Fe Legierungspulver vermischt. Das Mischungsverhältnis in Gewichtsprozent beträgt: Legierungspulver mit MB-Struktur 40 % Legierungspulver mit M2B-Struktur 10 % Mo-Pulver 44 % Ni-Pulver 1% 60 % Cr - 20 % V - Rest Fe-Legierungspulver 5 % 168 Stunden Das Gemisch wird in einer Kugelmühle/in Äthanol einer Naßmahlung unterworfen und danach unter Stickstoff getrocknet.
Das erhaltenen getrocknete Gemisch wird in einer Metallform mit den Abmessungen 5,2 mm x 10,4 mm x 32 mm unter einem Formdruck von 1,5 t/cm2 zu Grünlingen verpreßt (in den nachstehenden Beispielen haben die Grünlinge, falls nichts anders angegeben, die vorstehende Größe). Die Grünlinge werden bei 12000C und 10 3 mmHg während 30 Minuten schmelzgesintert.
Es wird ein Formteil mit einer Biegebruchfestigkeit von 190 kg/mm2, einer Rockwell-A-Härte (HRA) von 90,2 und mit einem spezifischen Gewicht von 7,96 g/cm3 erhalten.
Beispiel 2 Unter Verwendung von Ferrobor, elektrolytischem Chrommetall, Wolframmetall usw. als Ausgangsmaterialien werden zwei Arten von Legierungspulver mit MB-Struktur nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren zerstäubt. Das erhaltene Legierungspulver mit MB-Struktur hat die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent.
Bor 14,3 % Chrom 5,6 % Wolfram 14,0 X Aluminium 0,25 % Silicium 1,71 % Sauerstoff 0,30 % Mangan 0>12 % Kohlenstoff 0,08 % Eisen Rest Ein anderes Legierungspulver mit MB-Struktur weist die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf: Bor 14,0 % Chrom 7,8 % Vanadium 3,8 % Aluminium 0,22 % Silicium 1,30 % Sauerstoff 0,32 % Kohlenstoff 0,10 % Mangan 0,09 % Eisen Rest Die erhaltenen Pulver werden mit Mo-Pulver, Ni-Pulver und dem Legierungspulver mit M2B-Struktur gemäß Beispiel 1 vermischt.
Das nachstehende Mischungsverhältnis in Gewichtsprozent wird verwendet: 15 % Legierungspulver mit MB-Struktur mit 14,3 % B -5,6 % Cr - 14,0 % W 10 % Legierungspulver mit MB-Struktur mit 14,0 % B -7,8 % Cr - 3,8 % V 30 * Legierungspulver mit M2B-Struktur mit 8,4 % B -8,8 % Cr - 5,0 % Mo - 14,8 % W - 1,5 % V 44 % Mo-Pulver 1,0% Ni-Pulver Das Gemisch wird in einer Kugelmühle 168 Stunden naßvermahlt und sodann unter Stickstoff getrocknet und bei einem Formdruck von 1,5 t/cm2 zu Grünlingen verpreßt.
Die erhaltenen Grünlinge werden unter Vakuum bei 12250C während 30 Minuten gesintert; die erhaltenen gesinterten Formteile haben eine Biegebruchfestigkeit von 198 kg/mm2, eine Rockwell-A-Härte (HRA) von 89,5 und ein spezifisches Gewicht von 8,10 g/cm3.
Beispiel 3 Legierungspulver mit MB- bzw. M2B-Struktur werden nach dem in Beispiel l beschriebenen Verfahren zerstäubt. Das erhaltene Legierungspulver mit MB-Struktur hat die nachstehende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: Bor 16,4 % Chrom 11,0 % Aluminium 0,30 % Silicium 1,36 % Sauerstoff 0,45 % Kohlenstoff 0,07 % Mangan O,lO % Eisen Rest Das Legierungspulver mit M2B-Struktur hat die nachstehende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: Bor 9,0 % Chrom 12,5 % Aluminium 0,27 % Silicium 0,95 % Sauerstoff 0,3i % Kohlenstoff 0,11 % Mangan 0,09 % Eisen Rest Die erhaltenen Pulver werden mit Cr-, Mo- und Ni-Pulver vermischt. Das Mischungsverhältnis in Gewichtsprozent beträgt: Legierungspulver mit MB-Struktur 43 % Legierungspulver mit M2B-Struktur l6 Cr-Pulver 15 Mo-Pulver 25 Nu Pulver 1 Das Gemisch wird in einer Kugelmühle 168 Stunden naßvermahlt und sodann unter Stickstoff getrocknet und unter einem Formdruck von 1,5 t/cm2 zu Grünlingen verpreBt.
Die erhaltenen Grünlinge werden unter Vakuum bei 1200"C während 30 Minuten gesintert; die erhaltenen gesinterten Formteile haben eine Biegebruchfestigkeit von 126 kg/mm2 und eine Rockwell-A-Härte (HRA) von 91,1.
Die Vickers-Härte (bei 100 g Belastung) der erhaltenen gesinterten Formteile wird bei hoher Temperatur im Vakuum gemessen; zum Vergleich werden gleichzeitig die entsprechenden Werte für das Hartmetall D-2 (WC-7 % Co) und das Hartmetall P-10 (65 % WC-9 % Co-28 % TiC + TaC) gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt.
Beispiel 4 Ein Legierungspulver mit MB-Struktur wird nach dem in Beispiel l beschriebenen Verfahren hergestellt. Das erhaltene Legierungspulver hat folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: Bor 14,0 % Chrom 10,0 % Wolfram 6,0 % Aluminium 0,35 % Silicium 1,72 % Sauerstoff 9,31 % Kohlenstoff 0,10 % Mangan 0,08 % Eisen Rest Dieses Legierungspulver wird mit Cr- und Mo-Pulver vermischt.
Das Mischungsverhältnis in Gewichtsprozent beträgt: Legierungspulver mit MB-Struktur t 55 % Or-Pulver 22,5 % Mo-Pulver 22,5 % Das Gemisch wird in einer Kugelmühle während 168 Stunden naßvermahlt, unter Stickstoff getrocknet und unter einem Formdruck von 1,5 t/cm2 zu Grünlingen verpreßt. Die erhaltenen Grünlinge werden unter Vakuum bei 12250C während 30 Minuten gesintert; die erhaltenen gesinterten Formteile haben eine Biegebruchfestigkeit von 122 kg/mm2 und eine Rockwell-A-Härte (HRA) von 91,0.
An den erhaltenen gesinterten Formteilen wird die Widerstandsfähigkeit gegen Rostbildung bei hoher Temperatur und in der Umgebungsluft gemessen. Entsprechend werden zum Vergleich das Hartmetall D-2, der wärmebeständige Stahl SUH-3 (C 0,4 %, Cr 11 %, Mo 0,1 %, Si 2,2 rest Fe) und Stellit Nr. 1 (C 2 %, Cr 30 %, W 12 %, Rest Co) gemessen.
Es wird die Gewichtszunahme durch Oxidation bestimmt, nachdem diese Proben in Luft auf 10000C erhitzt worden sind.
Figur 2 zeigt, daß die Formteile aus dem gesinterten Legierungspulver nur eine geringe Gewichtszunahme durch Oxidation aufweisen.
In Fig. 1 bedeuten Nr. 3 die Probe aus Beispiel 3, D2 das Hartmetall D-2 (WC - 7 % Co), P10 das Hartmetall P-10 (63 % WC - 9 % Co - 28 % TiC - TaC).
Die Probe des Beispiels 3 behält die größte Härte bei hoher Temperatur.
In Fig. 2 bedeuten "A" die Probe des Beispiels 4, "B" den Stellit Nr. 1 (2 % C - 30 % Cr - 12 % W - Rest Co), "C" der wärmebeständige Stahl SUH-3 (0,4 % C - 11 % Cr - 0,1 % Mo - 2,2 % Si - Rest Fe) und "D" das Hartmetall D-2 (WC -7 % Co).

Claims

Legierungspulver, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung zur Herstellung von gesinterten Formteilen II Patentansprüche 1. Legierungspulver, g e k e n n z e 1 c h n e t durch einen Gehalt an 3 bis 20 Gewichtsprozent Bor, weniger als 3 Gewichtsprozent Aluminium, weniger als 5 Gewichtsprozent Silicium, weniger als 2,5 Gewichtsprozent Sauerstoff, mindestens ein Metall aus der Gruppe Cr, Mo, W, Ti, V, Nb, Ta, Hf, Zr, Co und Ni mit den folgenden Anteilen: 5 bis 35 Gewichtsprozent Cr, 1 bis 35 Gewichtsprozent-Mo.

0,5 bis 30 Gewichtsprozent W und weniger als 15 Gewichtsprozent von jeweils Ti, V, Nb, Ta, Hf, Zr, Co und Ni, Rest mindestens 10 Gewichtsprozent Eisen.
2. Legierungspulver nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,3 bis 5 Gewichtsprozent Silicium.
3 Legierungspulver nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 5 bis 35 Gewichtsprozent Chrom, insbesondere zur Verbesserung der Korrosions- und Oxidationsfestigkeit.
4. Verfahren zur Herstellung eines Legierungspulvers, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Herstellung eines Gemisches aus 3 bis 20 Gewichtsprozent Bor, bis zu 5 Gewichtsprozent Silicium, mindestens einem Metall aus der Gruppe Cr, Mo, W, Ti, V, Nb, Ta, Hf, Zr, Co und Ni mit den folgenden Anteilen: 5 bis 35 Gewichtsprozent Cr, 1 bis 35 Gewichtsprozent Mo, 0,5 bis 30 Gewichtsprozent W und jeweils Ti, V, Nb, Ta, Hf, Zr, Co und Ni mit bis zu 15 Gewichtsprozent, Rest mindestens 10 Gewichtsprozent Eisen, b) Schmelzen des Gemisches unter einer Atmosphäre mit weniger als 30 Volumenprozent Sauerstoff, c) Abgabe eines Strahls der erhaltenen geschmolzenen Legierung in eine Inertgasatmosphäre und d) Aufprallenlassen von Wasser oder Inertgas unter Druck auf den Strahl der geschmolzenen Legierung unter einem Winkel von 10 bis 20O relativ zur Längsachse des Strahls, zur Zerstäubung der geschmolzenen Legierung.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Wasserstrahls über 40 kg/cm2 liegt.
6. Verwendung des Legierungspulvers nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von gesinterten Formteilen.