AT395230B - Verfahren zur herstellung von vormaterial fuer werkstuecke mit hohem anteil an metallverbindungen - Google Patents

Description

AT 395 230 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vormaterial nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei den bekannten schmelzmetallurgischen Verfahren der genannten Gattung ist der in einer Matrix einlagerbare Anteil an Metallverbindungen, zum Beispiel Karbide, Nitride, Karbonitride und/oder Boride, auf Grund der Bildungsmechanismen vor und während der Erstarrung einer Schmelze begrenzt, weil die Eigenschaften des Werkstoffes, insbesondere dieWarmverformbarkeitunddieZähigkeitmitsteigendem Anteil an Metallverbindungen stark verschlechtert werden. Eine einen bestimmten Wert überschreitende Konzentration von obige Verbindungen bildendenElementen,insbesondere solchen der IV., V.und VI. GruppedesPeriodensystems,führtbeiVorhandensein vonKohlenstoffund/oderStickstoffund/oderBor in der Schmelze zu primären Ausscheidungen. Diese Ausscheidungen können als Erstausscheidungen aus der homogenen Schmelze und/oder als interdendritische Ausscheidungenaus der Restschmelze entstehen und sind auf Grund eines weitgehend ungehinderten Wachstums grob und/oder strukturiert ausgebildet Beispielsweise können sich aus einer einen Kohlenstoffgehalt von 1 Gew.-% auf weisenden Schmelze bei einer Niobkonzentration von größer als ca. 2,5 Gew.-% primäre grobe Niobkarbide mit einem Durchmess» von größer als 50 pm ausscheiden.

Grobe und entsprechend der interdendritischen Resterstarrung strukturiert ausgeschiedene Verbindungen verschlechtern entscheidend die Warmverformbarkeit des Materials und die mechanischen Eigenschaften von daraus hergestellten Werkstücken, insbesondere von Werkzeugen und Werkzeugteilen, sodaß erhebliche Schwierigkeiten bei der Warmumformung und Härtung sowie hohe Bruchgefahr bei der Verwendung gegeben sind.

Um in eine Matrix höhere Anteile von Metallverbindungen bei Verminderung der nachteiligen Wirkung einbringen zu können, wurden pulvermetallurgische Herstellverfahren vorgeschlagen. Mit derartigen Verfahren gelingt es zwar, die Anisotropie im Werkstück zu vermeiden und die Korngröße der Metallverbindungen wesentlich zu verkleinern, der Anteil an Metallverbindungen in der Matrix ist jedoch aus Gründen der Ausscheidungskinetik begrenzt Werden nämlich höhere Konzentrationen von Metallverbindungen bildenden Elementen einer Schmelze zulegiert, so entstehen in dieser Erstausscheidungen, die auf Grund ihres freien Wachstums sehr grob dendritisch und/oder scharfkantig ausgebildet sind. Wird nun eine derartige Schmelze z. B. verdüst, so enthält auch das Pulver diese »stausgeschiedenen grobkörnigen Verbindungen, welche auch mit ihren, die Güte des Mat»ials verschlechternden Wirkungen den aus einem derartigen Pulv» hergestellten Werkstoff kennzeichnen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag d» Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Vormaterial der eingangs genannten Art zu schaffen, das gut warmverformbar ist, einen hohen Anteil an Metallverbindungen mit kleinem Komdurchmesser aufweist, leicht gehärtet w»den kann und die daraus gefertigten Werkstücke gute mechanische Eigenschaften, insbesond»e hohe Zähigkeit, besitzen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst Es war durchaus üb»raschend, daß es gelingt hochschmelzende Metallverbindungen, die in den Sprühstrom eingeleitet werden, mit den flüssigen Partikeln auf eine Unterlage aufzubringen, und daß nach dem Erstarren und heißisostatischen Pressen und/oder Verformen ein Vormaterial für die W»kstücke hergestellt w»den kann, welches trotz hohen Anteils an Metallverbindungen gute mechanische Eigenschaften, insbesondere hoheZähigkeit auf weist. Dabei ist die Korngröße der erstarrten Matrix weitgehend unwesendich, wenn die Konzentration von Metall-vöbindungen bildenden Elementen in der Schmelze niedrig ist und somit keine groben Ausscheidung»! bei d» Erstarrung gebildet werden. Der Fachmann mußte »warten, daß schon beim Einleiten des hochschmelzend»i Pulvers in den Metallsprühstrom und beim Transport in Richtung zur Unterlage Schwierigkeiten entstehen, weil zumeist die Oberfläche des Metallverbindungen enthaltenden od» aus diesen gebildeten Pulverkomes schlecht benetzbar ist Weiters mußte d» Fachmann annehmen, daß auch auf Grund eines Unterschiedes im spezifischen GewichtzwischenSchmelzeundPulvereineSchweikraftsteigerung entsteht, welche zueinerextremenlnhomogenität des auf d» Unterlage erstarrten Körpers führt. Bei Überwindung dieses Vorurteils wurde gefunden, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch im aus mehreren Schichten aufgebauten Körper eine weitgehend homogene Verteilung von großen Anteilen von hochschmelzenden Metallverbindungen mit geringem Komdurchmesser erreicht w»den kann, wobei die Korngröße der Matrix des auf die Unterlage aufgebrachten Körpers keinen wesentlichen Einfluß auf die Zähigkeit des hergestellten Werkstückes besitzt

Anhand eines Beispieles soll das erfindungsgemäße Verfahren zur H»stellung eines erfindungsgemäßen Vormaterials näher »läutert werden.

Eine Schmelze mit einer Zusammensetzung von in Gew.-% C = 0,89 Si = 0,25 Mn = 0,26 Cr = 4,10 Mo = 4,90 V = 1,84 W = 6,20 -2-

Claims (4)

1. AT 395 230 B Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen wurde nach dem Austreten aus einem Schmelzenbehälter mit Stickstoff in flüssige Einzelpartikel zerlegt und ein Metallsprühstrom gebildet In diesen Metallsprühstrom wurde ein Pulver mit einer Korngröße von 14 bis 28 pm und mit einer Zusammensetzung von in Gew.-% C = 8,5 Si = 1,8 Al = 0,4 Nb= 61 Fe = 28 Rest herstellungsbedingte Verunreinigungen eingeleitet, mit den flüssigen Einzelpartikeln in mehreren Schichten auf eine Unterlage aufgebracht und erstarren gelassen. Das Verhältnis des Gewichtes von flüssigen Einzelpartikeln zuPulver betrug etwa 1:0,4. Der auf der Unterlage durch Relativbewegung des Pulver/Metallspriihstromes erhaltene Körper wies eine Gesamtdicke von 110 mm auf und wurde mit einer 8,5-fachen Verformung durch Schmieden zu einem Vormaterial für Werkzeuge warmverformt-Einaus dem Vormaterial gefertigtes Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung von Gußstücken wies nach der Wärmebehandlung ein») Anteil von 31 VoL-% Niobkarbid auf, wobei die maximale Kaibidkomgröße 12 pm betrug. Die Körner aus Niobkarbid (NbC) mit einem Schmelzpunkt von ca. 3600 °C waren in der Schnellstahlmatrix weitgehend homogen verteilt Als Werkstoffwerte wurden am Werkzeug eine Härte von 65 HRC und eine Biegebruchfestigkeit von 3600MPa ermittelt, die Standzeit im praktischen Einsatz war im Vergleich mit einem gleichartigen Werkzeug aus einem Stahl DIN Werkstoff Nr. 1.3343 3,6-mal so hoch. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahr») zur Herstellung von Vormaterial für Werkstücke, vorzugsweise Werkzeuge, insbesondere aus Schnellarbeitsstahl mit hohem Anteil an Metallverbindungen, wobei eine flüssige Schmelze unmittelbar nach dem Austieten aus einer Öffnung in einem Schmelzenbehälter durch beispielsweise einen oder mehrere Gasstrom(ströme) in Einzelpartikel zerlegt und mit diesen flüssig») Einzelpartikeln ein Metallsprühstrom, in welchen Feststoffe, insbesondere in Pulverform, eingeleit» werden, gebild» und auf ein» Unterlage abgelagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus ein» Legierung mit einer Zusamm»>setzung in Gew.-% von C = 0,8 bis 3,0 Cr = 3,5 bis 14 Mn = 0,15 bis 4,0 Ni = max. 4,0 W = bis 22,0 Mo = bis 12,0 (W+2Mo) - 1,0 bis 24,0 V = 0,4 bis 6,0 Nb = max. 3,0 Co = bis 14,0 RestEisen, Desoxidationsmetalle und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen ein Metallsprühstrom aus flüssigen Partikeln mit einem Durchmess» von 5 bis 250 pm, insbesondere von höchstens 80 pm, gebildet wird, in welchen Metallsprühstrom ein oder mehrere aus Metallv»bindung(en) von Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Bor, welche einen höheren Schmelzpunkt als die Schmelze aufweist(en), bestehendes(e) oder im wesentlichen derartige Metallv»bindung(en) enthaltendes(e) Metallpulv» mit einem Komdurchmess» von 5 bis 50 pm, vorzugsweise von 10 bis 30 pm, insbesondere von 15 bis 30 pm, eingeleitet und diePulverkömer von den flüssigen Partikeln in Richtung des Metallsprühstromes transportiert w»den und die flüssig») Partikel mit den Pulverkömem auf eine Unterlage, gegeben»tfalls in mehreren Schichten, aufgebracht und unt» Bildung eines hochschmelz»)de Metallverbindungen enthaltenden Köipers erstarren gelassen werden und dieser Körper heißisostatisch gepreßt und/oder warmverformt wird. -3- AT 395 230 B
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) Pulver Karbide und/oder Nitride der Elemente der IV., V. oder VI. Gruppe des Periodensystems enthält (enthalten) oder daraus gebildet ist (sind).
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Metallsprühstrom ein Pulver eingeleitet wird, welches im wesentlichen die Elemente Niob, Eisen und Kohlenstoff, herstellungsbedingte Verunreinigungen als Rest enthält und vorzugsweise eine Konzentration in Gew.-% von Nb= 50 bis 70 Fe = 20 bis 40 C = 8 bis 15 aufweist.
4. 4. Vormaterial hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Anteil an Metallverbindung(en) größer als 15 VoL-%, vorzugsweise größer als 20 Vol.-%, insbesondere größer als 30 Vol.-%, und der Komdurchmesser dieser Verbindungen wie Karbide und/oder Nitride und/oder Baride kleiner als 30 pm ist -4-