DE2412579A1

DE2412579A1 - Pulvermetallurgische gegenstaende

Info

Publication number: DE2412579A1
Application number: DE19742412579
Authority: DE
Inventors: August Kasak; Tom Arthur Neumeyer; Gary Steven
Original assignee: Crucible Inc
Current assignee: Crucible Inc
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1974-03-15
Publication date: 1974-10-10
Also published as: JPS49128809A; IT1003833B; FR2223105A1; GB1443900A

Description

Pulvermetallurgisehe Gegenstände.

Die Erfindung betrifft einen pulvermetallurgisch aus verdichtetem vorlegierten Pulver hergestellten Gegenstand,

Es ist bekannt, daß Werkzeugstähle sowie daraus hergestellte Erzeugnisse im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit von einem Gehalt an MC-Earbiden profitieren, welche in Form einer Dispersion im Material vorliegen. Wird jedoch der Karbidgehalt erhöht, so wird die Bearbeitbarkeit des Stahls beeinträchtigt. Demzufolge unterliegen herkömmlich erschmolzene und vergossene Legierungen dieser Art einer Begrenzung im Hinblick auf den Ge samt anteil an KC-Kax'biden, die sich aus praktischen Erwägungen ergibt.

Von Werkzeugstählen und den daraus hergestellten Erzeugnissen wird insbesondere erwartet, daß sie sowohl über eine hinrei-

409841/0695

chende Druckfestigkeit als auch eine ausreichende Verschleißfestigkeit sowie über eine befriedigende Zähigkeit verfügen. Dabei ist eine hinreichende Druckfestigkeit erforderlich, um bei den hohen auftretenden Beanspruchungen einer Verformung zu widerstehen, während eine gute Verschleißfestigkeit benötigt wird, um dem Abrieb - zu widerstehen, welcher beispielsweise beim Extrudieren, Schneiden, Stanzen, Spalten u.dgl. im Kontakt mit dem Werkstück auftritt. Eine befriedigende Zähigkeit ist erforderlich um ein Wegbrechen oder Absplittern des Werkzeuges zu verhindern, wenn sich dieses im Eontakt mit dem Werkstück befindet. Zu diesem Zweck ist es bekannt, Werkzeugstähle zu verwenden, die eine aus legiertem Stahl bestehende Matrix mit einer Dispersion von Karbidteilchen besitzen. Dabei sind die Karbidteilchen wegen der Verschleißfestigkeit vorgesehen, während die Matrix für. die gewünschte Festigkeit und Zähigkeit sorgt. Demzufolge wird es bei Legierungen dieser Art hingenommen, daß ihre Verschleißfestigkeit durch einen vergrößerten Karbidanteil, insbesondere in Form von KO-Karbiden, erhöht wird. Karbide dieser Art tragen beträchtlich zur Verschleißfestigkeit bei, da sie relativ hart sind. Zu diesem Zweck werden große Mengen von MC-iCarbiden dadurch erhalten, daß MC-Karbidbildner, wie Vanadium, Titan, Niob* Zirkon, Tantal und Hafnium in stöchiometrisehen Verhältnissen mit Kohlenstoff versetzt werden. Die stöchiometrisehen Verhältnisse für die MC-Karbidbildung sind, ausgedrückt in Gew.-% , wie folgt: 1% Vanadium erfordert 0,20% Kohlenstoff; 1% Titan erfordert 0,25% Kohlenstoff, 1% Zirkon oder Niob erfordern 0,13% Kohlenstoff; 1% Hafnium oder Tantal erfordern 0,07% Kohlenstoff. Vanadium ist der bevorzugte Bildner von MG-Karbiden.

Wie bereits erwähnt, wird durch Steigerung des Karbidanteils die Zähigkeit des Stahles verringert. Zusätzlich werden jedoch die Zähigkeit und die Bearbeitbarkeit ungünstig durch

409841/0695

die Karbid-Seigerung oder -Aussonderung beeinflußt, welche während der Erstarrung von Blöcken oder anderen Gußstücken aus der Legierung auftritt. Das Wachsen der Karbidteilchen auf eine unvorteilhaft große Größe ist unvermeidbar. Demzufolge ist bei herkömmlichen Werkzeugstählen der Anteil an MC-Karbiden auf maximal etwa 6,7 Vol.-% beschränkt.

Der .Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen pulvermetallurgisch hergestellten Gegenstand zu schaffen, welcher einen großen Gehalt an relativ kleinen und gleichmäßig dispergierten oder verteilten MC-Karbiden enthält, die dem Gegenstand eine beträchtlich verbesserte Verschleißfestigkeit erteilen, während Zähigkeit und Bearbeitbarkeit auf annehmbaren Werten verbleiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Pulver im wesentlichen aus einer Matrix aus legiertem Stahl besteht, in welcher zu 7 bis 16 VoI-% eine Dispersion von MC-Earbiden enthalten ist.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine fotografische Schliffaufnahme eines auf erfindungsgemäße V/eise hergestellten Erzeugnisses aus Werkzeugstahl, welche die charakteristische MG-Karbidbildung in der Legierungsmatrix zeigt,

Fig. 2 eine fotografische Schliffaufnahme, die Fig. 1 mit der Ausnahme gleicht, daß es sich um eine andere gleichfalls auf erfindungsgeinäße Weise hergestellte Legierung handelt,

Fig. 3 und 4 fotografische Schliffbilder, die Fig. 1 mit dem Unterschied gleichen, daß das Erzeugnis nicht auf erfindungsgemäße Weise hergestellt ist, wodurch die dargestellten Karbide eine unerwünschte Größe und Gestalt besitzen,

4 0 9 8 4 1/0695

Pig. 5 in schaubildartiger Darstellung die Beziehung

zwischen der Kerbschlagzähigkeit und dem MC-Karbidanteil, und

Pig. 6 eine schaubildartige Darstellung der Beziehung zwischen der Verschleißfestigkeit und dem MC-Karbidanteil.

Der im Rahmen der Erfindung verwendete Ausdruck "MC-Karbid" bezieht sich auf das Karbid, welches durch das kubischflächenzentrierte Kristallgefüge gekennzeichnet ist, wobei "M" für das karbidbildende Element steht, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Vanadium, Titan, Niob, Zirkon, Tantal und Hafnium oder Kombinationen dieser Elemente umfaßt. Der Begriff "MC-Karbide" umfaßt auch M^C^-Karbide sowie solche Karbide, bei denen der Kohlenstoff teilweise durch Stickstoff und/oder Sauerstoff ersetzt ist, womit die sogenannten "Karbonitride" und Oxykarbonitride" angesprochen sind.

Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff "legierter Stahl" bezeichnet alle Legierungen auf Eisenbasis, die innerhalb der im folgenden zusammengestellten breiten Zusammensetzungsbereiche liegen:

Gew.-%

C Mn Si Ni Cr V W Mo Fb Ti Al

0,01 0,01 0,01 000 0 000 0

0,60 "1,50 2,50 20 16 2,0 4,50 10 15 1,50 0,50

sowie Spurenelemente und herstellungsbedingte Verunreinigungen .

409841/0695

Der im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Begriff "pulvermetallurgisch hergestellter Gegenstand" bzw. "pulvermetallurgisch hergestelltes Erzeugnis" bezeichnet eine verdichtete vorlegierte Teilchencharge, die durch Kombination von Hitze und Druck zu einer kohärenten Masse mit einer Dichte ausgebildet ist, die im fertigen Erzeugnis mehr als 95% der theoretischen Dichte beträgt. Die genannten Begriffe umschließen ferner ZwischenerZeugnisse wie Knüppel, "Vorblöcke, Stäbe, Stangen u.dgl. sowie Fertigerzeugnisse, wie Werkzeugstahlerzeugnisse unter Einschluß von Stanzen, Formmatritzen, Gleitplatten u.dgl.,wobei diese Erzeugnisse oder Gegenstände aus Zwischenerzeugnissen hergestellt sein können oder direkt aus der anfänglichen vorlegierten Teilchencharge zu Fertigerzeugnissen verdichtet sein können.

Obgleich die Erfindung legierte Stähle allgemein betrifft, seien die folgenden legierten Stahlsorten als Beispiele für die Matrixzusammensetzung (unter Ausschluß des MG-Karbidanteils) genannt, da sich die Erfindung ganz besonders für die genannten Stahlsorten eignet.

409841/0695

Innerhalb der Erfindung besonders "bevorzugte Stahlsorten

O CD CO

Art des Werkzeug-Stahls

schlagfester Stahl

hochfester Stahl

Warmarbeitsstahl

spezialvergüteter Stahl

Si

0,01 0,01

T3 T$

0Λ5 0,60

0,20 0,01 0,01

0,25 0,01 0,40 1,50

OTi^

0,01

0,01 0,01 0,01

Cr

Ο 3

0
0,5C

Mo

ρ

_0

1,00

5,50 2,50 10,00 5,50

0

0,25 1,00 0,50 20,00 16,00 Nb

J2

5,00

10,00 15,00

Ti

0,01

1,50

Al

0,01 0,50

ro

ro cn

CD

Im weitesten Sinne wird bei der Ausführung der Erfindung eine vorlegierte Pulvercharge erhalten, in welcher jedes ihrer Teilchen eine Werkstoffstahl-Matrix besitzt, in welcher eine gleichmäßige Dispersion von MC-Karbiden in einem Bereich von 7 bis 16 Vol.-% enthalten ist. Die'Karbide besitzen vorzugsweise eine kugelartige Gestalt, wobei wenigstens 90% von ihnen eine Größe von weniger als 3yum besitzen. Vorzugsweise besteht der MC-Karbidgehalt vollständig oder in erster Linie aus Vanadiumkarbiden, es können jedoch Titan-^ Niob-, Tantal- und Hafnium-MC-Karbide gleichfalls vorhanden sein.

Wenngleich eine Teilchencharge dieser Art mit Hilfe irgendeiner pulvermetallurgischen Arbeitsweise auf die angestrebte Form des Erzeugnisses verdichtet werden kann, solange gewährleistet ist, daß die verwendete Arbeitsweise nicht zu einem übermäßigen und schädlichen Kornwachstum sowie zu einer übermäßigen und schädlichen Karbidagglomeration führt, wird als Arbeitsweise diejenige bevorzugt, die in der US-PS J 450 528 offenbart ist.

Die Erfindung beschäftigt sich mit pulvermetallurgisch hergestellten legierten Stählen, welche größere Anteile an harten, verschleißfesten MC-Karbiden enthalten, als dieses vorteilhafterweise bei der Herstellung von StahlIegierungen auf herkömmliche schmelzmetallurgische Weise möglich ist, bei welcher die schmelzflüssige Legierung zu Blöcken vergossen wird und die Blöcke zu verschieden geformten oder verschiedenartig bearbeiteten Produkten verarbeitet werden.

Der Anmeldungsgegenstand wird durch die Legierungen CPM 6V und CPM 11V wiedergegeben, deren Gehalte an MG-Karbiden und chemische Zusammensetzungen in Tafel 1 zusammengestellt sind. Die Legierungen wurden in der folgenden Weise hergestellt:

409841/0695

1. wurden durch induktives Schmelzen und Gasζerstäubung vorlegierte Pulver hergestellt, 2. wurden die Pulver auf eine Siebweite von -40 mesh (U.S.Standard) ausgesiebt, 3* wurden die Pulver in äußerst weiche Stahlbehälter eingebracht, die einen Durchmesser von 139»7 mm und eine Höhe von.165,1 mm besaßen, 4. wurden die Behälter entgast und luftdicht verschlossen, 5· wurden die Behälter auf eine Temperatur von 1171 °C erhitzt und 9 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten, 6. erfolgte durch Anwendung eines isostatischen Druckes von 9»28 kg/mm' eine Verdichtung auf die im wesentlichen vollständige Dichte und 7· wurde auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Die Presslinge wurden sodann in der Wärme bei Schmiedetemperaturen von 1093 °C auf 25,4- mmrQuadratstäbe ausgeschmiedet, aus welchen verschiedene Probestäbe gewonnen wurden.

Zu Vergleichszwecken wurden vergleichbare Stähle in Form von 453i5 kg-Blöcken auf induktive Weise erschmolzen und quadratische Formen mit einer Kantenlänge von 127 ¹^ vergossen, welche mit einer feuerfesten Auskleidung versehen waren. Diese Blöcke wurden sodann bei 1093 °C im gleichen Maße ausgeschmiedet, wie die pulvermetallurgisch erzeugten Preßlinge. Der in Tafel 1 aufgeführte Stahl C6V konnte unter Anwendung beträchtlicher Sorgfalt zu einem Quadratstab mit einer Kantenlänge von 76,2 mm ausgeschmiedet werden, während der in Tafel 1 aufgeführte Stahl CUV bei der anfänglichen Reduktion durch Schmieden schwerwiegende Risse zeigte, wodurch er sich als praktisch unbearbeitbar oder unverformbar erwies*. Die deutlich höhere Warmverarbeitbarkeit oder Warmverformbarkeit der pulvermetallurgisch erzeugten Stähle CPM 6 V und CPM 11V wurde durch diesen Versuch deutlich vor Augen geführt.

Um zu einer Bewertung der Legierungseigenschaften zu gelangen, wurden die wesentlichen oder Schlüsseleigenschaften der Legierungen im Hinblick auf ihre Verwendung für Kaltbearbeituiigs-

409841/0695

werkzeuge bestimmt. Die dazu angestellten Untersuchungen umfaßten: 1. das Gefüge, 2. die Härte im wärmebehandelten Zustand zur Bestimmung der Festigkeit, J. die Biegebruchfestigkeit sowie der Schlagfestigkeitswert zwecks Bestimmung der Zähigkeit und 4~. das Abriebsverhalten oder die Abriebgeschwindigkeit im Abriebsversuch mit gekreuztem Zylinder zwecks Bestimmung der Verschleißfestigkeit.

Die Gharakteristika der MC-Karbide in den Stählen CPM 6V, CPM 11V, C 6 V und C 11 V sind in den Pig. 1 bis 4- dargestellt. Durch Anwendung eines bekannten und speziell selektiven Ätzverfahrens wurden die MC-Karbide als weiße Teilchen vor einem dunklen Hintergrund sichtbar gemacht, wobei der dunkle Hintergrund alle übrigen Gefügebestandteile enthielt. Das angewandte Ätzverfahren bestand aus einem aufeinanderfolgenden Auftragen oder Anwenden von Picral (bestehend aus 5 g Picrinsäure in 100 ml Methylalkohol) und Murakami-Reagenz (bestehend aus 10 g Kalium-Perricyanid und 7g Natriumhydroxid in 100 ml Wasser). Aus den.Pig. 1 und 2 ist klar ersichtlich, daß bei den Stählen CPM 6V und CPM 11V die MC-Karbidteilchen gleichmäßig verteilt oder dispergiert sind, eine kleine Teilchengröße besitzen und im wesentlichen eine kugelartige Gestalt aufweisen. Bei diesen Stählen besitzen wenigstens 90% der MC-Karbide eine Teilchengröße von weniger als 3/um , wobei keines der Teilchen im wesentlichen größer als 15/um in irgendeiner Richtung ist. Demgegenüber sind die schmelzmetallurgisch erzeugten Stähle C6V und C11V gemäß Pig. 3 und 4· durch das Vorliegen von deutlich erkennbar länglichen winkelförmig ge- stalteten MC—Karbiden gekennzeichnet. Im Hinblick auf die Charakteristika der MC-Karbide stellen die Stähle CPM 6 V und CPM 11 V Beispiele derjenigen MC-Karbidausbildung und -gestalt dar, wie diese durch die Erfindung angesprochen ist, während die Stähle C6V und CHV beispielhaft für solche MC-Karbide sind, die außerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens liegen.

409841/0695

Kennzeichnungen und bezeichnende Eigenschaften der Versuchsstähle

Tafel 1

Stahlbe- Interne Herstellungs- MC-Karbid- Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) zeichnung ^^t^ail~ weise (Vol.-%) C Mn Si Cr V Mo

O co	CPM 6 V	591-79	pulvermetallur gisch	*7,7*
co	CPM 1/1V	591-81	pulvermetallur gisch	12,7
1 /Of	C6V	2455	schmelz metallurgisch	7,6
*mrw* co	011V	2456	schmelz metallurgisch	12,8

1,62 0,26 1,97 1,56 6,50 0,81 Rest

2,50 0,27 1,76 1,66 10,84 0,92 "

1,60 0,49 2,10 1,50 6,10 0,60 ""

2,66 0,55 '2,34 1,20 11,16. ' 1,00 "

ro cn

CD

Zusätzlich zur Größe, Gestalt und Verteilung der MC-Karbide wird erfindungsgemäß Vert gelegt auf die Menge an MC-Karbiden, die in den Erzeugnissen vorhanden ist. Die Menge an in den. Stählen CPM 6V, CPM HV, 06V und C11V vorliegenden MC-Karbiden, wurde durch Anwendung einer quantitativen metallographischen Arbeitsweise bestimmt, welche- als Flächenanalyse bekannt ist-Zu diesem Zweck wurden Proben der Stähle metallographisch bearbeitet, was das selektive Ätzen mit Hilfe der Murakami-Reagenz zwecks Darstellung lediglich der MC-Karbidteilchen einschloß, worauf fotografische Aufnahmen bei bis zu 200Ofacher Vergrößerung gefertigt wurden. Die Flächenanalyse wurde derart ausgeführt, daß ein transparentes Gitter auf die fotografischen Schliffbilder gelegt und der Flächenanteil bestimmt wurde, der von den MG-Karbidteilchen in der gesamten beobachteten Fläche eingenommen wurde. Dieser mit 100 multiplizierte Flächenanteil liefert ein Maß für den Volumen-Prozentsatz der MC-Karbidphase im jeweils untersuchten Stahl. Bei weiteren zu Vergleichszwecken herangezogenen Materialien, insbesondere der Schnellarbeits-■ stähle gemäß AISI M2 und M4 wurde der MG-Karbidanteil einer technischen. Veröffentlichung von Blickwede, Cohen und Roberts (in Transactions of American Society for Metals, Band 42, Seiten 1161-1196) entnommen, die eine sehr ähnliche quantitative metallografische Technik bei den genannten Stählen verwendet hatten.

Die Härte stellt eine Maßangabe für die Fähigkeit der Stähle dar, Deformationen oder Verformungen während des Einsatzes in Kaltbearbeitungswerkzeugen zu widerstehen. Eine Mindesthärte von R 56 wird üblicherweise gefordert. Die in Tafel 2 zusammengestellten Ergebnisse von Härteprüfungen wurden nach ASTM E18-67 erhalten, nachdem eine Wärmebehandlung ausgeführt worden war, die aus einem einstündigen Austenitisierungsglühen bei 954- °C, einer Öl ab sehr eckung und einem Tempern bei 260 ⁰C über 2+2 Stunden bestand.

409841/0695

Tafel 2

Stahlbe- Herstellungs- MC-Karbid- Härte zeichnung weise Gehalt (^O

CPM 6 V

CPM 11V

C11V

pulvermetallurgisch

schmelzmetallur gisch

pulvermetal lurgisch

schmelzmetallur gisch

12,7

12,8

56 63

Die Überlegenheit der erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisse (CPM 6 V und CPM 11 V) gegenüber den schmelanetallurgisch hergestellten Erzeugnissen (C6V und G11V) als Folge der Wärmebehandlung ist deutlich erkennbar.

Die Biegebruchfestigkeit stellt ein Maß für die Zähigkeit dar. Die Bestimmung dieser Eigenschaft wurde bei Raumtemperatur an quadratischen Proben mit einer Kantenlänge von 6,35 nm und einer Länge von 4-7,62 mm vorgenommen. Dabei wurde eine Dreipunktbelastung bei einer 38,1 mm Einspannlänge oder Prüflänge verwendet und eine Biegegeschwindigkeit oder ein Durchbiegen von 2,54--mm/min eingehalten. Die Biegebruchfestigkeit ist die Spannung, welche den Bruch der Probe auslöst. Sie wird mit Hilfe der folgenden Beziehung berechnet:

S =

In dieser Beziehung bedeutet

409841/069b

2412573

S = die Biegebruchfestigkeit P = die zum Bruch erforderliche Belastung L = die Einspann- oder Prüfweite b = die Probenbreite und

h. = die Probenhöhe '

Die in Tafel 3 zusammengestellten Ergebnisse wurden an Probekörpern ermittelt, die einem einstündigen Austenitisierungsglühen bei 954- ⁰C, einer Öl ab sehr eckung und einer Temperung bei 260 ⁰C über 2+2 Stunden unterworfen worden waren.

Tafel 5

Stahlbe- Herstellungsweise Biegebruchfestigkeit zeichnung ' (kg/m²)

GPM 6 V pulvermetallurgisch 492,2 C6V schmelzmetallurgisch 295 ■> 3

Die Überlegenheit der erfindungsgemäß pulvermetallurgisch hergestellten Erzeugnisse ist klar ersichtlich.

Schlagversuche wurden an Charpy-Proben bei Raumtemperatur gemäß ASTM E23-72 durchgeführt, wobei die Proben einen Kerbradius von 12,7 mm besaßen. Die bei den Schlagversuchen erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tafel 4 zusammengestellt. ,

409841/0896

Tafel 4

2412573

Stahlbe- Herstellungs- MG-Karbid- Härte zeichnung weise Gehalt

(YoI.-^c/o) (R )

Kerbs chi a g-

zähigkeit

(mkg)

CPM 6 V GPM 11V	pulverme tallurgisch pulverme tallurgisch	*7,7* 12,7
C6V	schmelzme tallurgisch	7,6
C11V	schmelzme tallurgisch	12,8
gemäß AISI A7*	schmelzme tallurgisch	6,7
gemäß AISI M4*	schmelzme tallurgisch	5,6

62 63 56 50 61 63

4,84 2,21

1,52 0,21 1,52 1,38

* aus im Handel erhältlichen Material.

Aus Tafel 4 ist ersichtlich, daß die Stähle nach der Erfindung, selbst mit spürbar größeren Karbidgehalt, den herkömmlichen handelsüblichen Kaltbearbeitungs-Werkzeugmaterialien in ihrem optimal wärmebehandelten Zustand im Hinblick auf die Anwendung für Kaltbearbeitungswerkzeuge überlegen sind.

Die in Tafel 4 zusammengestellten Zähigkeitsergebnisse sind graphisch in Fig. 5 dargestellt. Diese Ergebnisse zeigen, daß bei MC-Karbidgehalten von mehr als etwa 16 Vol-% die Zähigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisse (CPM 6 und CPM 117) auf diejenigen Zähigkeitswerte abnimmt, die bei herkömmlichen Materialien erreichbar sind. Das heißt, daß bei MC-Karbidgehalten von mehr als 16% der Vorteil der Erfindung verlorengeht. Demzufolge stellt ein MC-Karbidgehalt von 16 VoI-% die obere Grenze dar.

409841/0695

Zur Bewertung der Verschleißfestigkeit wurde der Verschleiß- oder Abriebstest mit Hilfe gekreuzter Zylinder ausgeführt. Bei diesem Testverfahren werden eine zylindrische Probe (15₅87 mm Durchmesser) des jeweiligen Kaltbearbeitungs-Werkzeugmaterials und eine zylindrische Probe (12,7 mm Durchmesser) aus Wolfram-Karbid (mit 6% Kobalt als Bindemittel) senkrecht zueinander angeordnet. 6,77 kg Belastung wird durch Gewicht auf einen Hebelarm aufgebracht. Sodann wird die zylindrische Probe aus Wolframkarbid mit einer Geschwindigkeit von 4-0 000 Umdrehungen je Stunde in Umdrehung versetzt. Keinerlei Schmierung wird verwendet. Im Verlaufe des Testes wird auf der Probe des Kalt- · bearbeitungs-Werkzeugmaterials eine Abnutzungsstelle entwickelt;. Das Ausmaß dieses Verschleißes oder dieser Abnutzung wird von Zeit zu Zeit durch Bestimmung der Abriebtiefe auf der Probe bestimmt und mit Hilfe einer speziell für diesen Zweck entwickelten Beziehung in ein Abriebvolumen umgewandelt. Die Verschleißfestigkeit oder der Kehrwert des Verschleißes bzw. der Verschleißintensität wird dann entsprechend der folgoxLen ' Formel berechnet:

Verschleißfestigkeit = -3- = Ϊ-ASL _B

Ver- Δ ν Δ ν schleiß

in.dieser Formel steht

ν für das Verschleißvolumen
Ij für die aufgebrachte Belastung s für die Länge des Reibungsweges d für den Durchmesser des Wolframkarbid-Zylinders "N für die Anzahl von Umdrehungen, die der Wolframkarbid-Zylinder ausgeführt hat.

409841 /Q696-

Dieser Test hat ausgezeichnete Übereinstimmungen mit Abriebsverhältnissen gebracht, wie diese in der Praxis auftreten.

Bei der Anwendung dieses Verschleiß- oder Abriebtestes auf Proben nach der Erfindung sowie auf einige weitverbreitet benutzte hochverschleißfeste Ealtbearbeitungs-Werkzeugwer!:- stoffe, die aus dem Handel bezogen wurden, wurden die in der .folgenden Tafel 5 zusammengestellten Ergebnisse ermittelt:

Tafel 5

Stahlbe- Herstellungs- Härte MG-Karbid- Verschleiß zeichnung weise (H ) Gehalt festigkeit

	11V	pulverme tallurgisch	63	(Vol.-%)	2 7\ (kg/mm 10')
CPM	6V	pulverme tallurgisch	62	12,7	46,40
CPM	A7*	schmelzme tallurgisch	61	7,7	14,06
AISI	M4*	schmelzme tallurgisch	63	6,7	10,55
AISI	M2*	schmelzme-	64	5,6	7,73
AISI			1,7	4,22

tallurgisch

*aus im Handel erhältlichen Material.

Die-Überlegenheit der erfindungsgemäßen Legierungen im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit ist deutlich erkennbar.

409841/0695

Die Verschleißfestigkeitsergebnisse aus Tafel 5 sind graphisch in Fig. 6 dargestellt. Wie aus Fig. 6 zu entnehmen, zeigt die Verschleißfestigkeit der Proben nach der Erfindung keinen ins Auge fallenden Vorteil gegenüber herkömmlichem Material, wenn der Gehalt an MG-Karbiden unterhalb von 7 Vol.-% liegt. Demzufolge wird der Mindestgehalt an MC-Karbiden bei erfindungsgemäßen Erzeugnissen durch die genannte Zahl gegeben.

Stäbe mit einem Durchmesser von 19*4- mni aus dem Stahl CPIl 11V wurden zu Kalt-Extrusionsstanzen verarbeitet und der Verwendung als Stempel oder Stanzen bei der Herstellung von Zündkerzenmänteln aus dem niedriggekohlten Stahl gemäß AISI 1008
zugeführt» Die Lebensdauer oder Betriebsdauer der Stanzen uurde über die Anzahl von gefertigten Mänteln bestimmt, bevor ein
Auswechseln infolge zu großen Abriebes erforderlich wurde.
Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in Tafel 6 zusammengestellt.

Tafel 6

Werkstoff der MC-Karbid- Mittelwert der je
Extruderstanze Gehalt (Vol.-%) Stanzwerkzeug hergestellten Teile

CPM 11V 12,7 42.10⁵

AISI M4-* 5,6 22 . 10⁵

■*· aus im Handel erhältlichen Material.

Der Vorteil im Hinblick auf die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Legierung CPM 11V über den Stahl gemäß AISI-H4-, bei velchem es sich um einen besonders guten Schnellarbeitsstahl handelt, ist klar ersichtlich.

409841/0695

Die erfindungsgemäßen Erzeugnisse oder Gegenstände sind ohne "besondere Schwierigkeiten zu V/erkzeugteilen verarbeitbar. Sie können auf eine Brinellhärte von 250 bis 300 geglüht und bearbeitet, geschliffen, gebohrt usw. werden, soweit dieses zur Herstellung der angestrebten Werkzeuggestalt erforderlich ist.

; 09841/0695

Claims

Patentansprüche

1. Pulvermetallurgisch aus verdichtetem vorlegiertem Pulver hergestellter Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver im wesentlichen aus einer Matrix eines legierten Stahles besteht, in welcher zu 7 bis 16 Vol.-% eine'Dispersion von MG-Karbiden enthalten ist.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei den HO-Karbiden um ein MC-Karbid wenigstens eines der Elemente Vanadium, Titan, Niob, Zirkon, Tantal oder Hafnium handelt.

3· Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens 90% der MG-Karbide eine Größe von weniger als 3yum besitzen.

4. Gegenstand nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß die Matrix aus legiertem Stahl im wesentlichen aus 0,45 bis 0,60 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Mangan, 0,01 bis 2,5 Gew.-% Silicium, bis zu 3i5 Gew.-% Chrom, bis zu .0,5 Gew.-% Vanadium, bis zu 2,5 Gew.-% Wolfram, bis zu 1,5 Gew.-% Molybdän, Rest Eisen, besteht.

5. Gegenstand nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis. 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Matrix aus legiertem Stahl im wesentlichen aus 0,20 bis 0,55 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Mangan, 0,01 bis 0,45 Gew.-% Silicium, bis zu, 2,5 Gew.—% Nickel, bis zu 2,5 Gew.-% Chrom, bis zu 0,5 Gevr.-% Vanadium, bis zu 1 Gew.-% Molybdän, Rest Eisen, besteht.

409841/069S

6. Gegenstand nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Matrix aus legiertem Stahl im wesentlichen aus 0,25 "bis 0,40 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 Ms 1,5 Gew.-% Mangan, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Silicium, 3 "bis 5>5 Gew.-% Chrom, bis zu 2,5 Gew.-% Vanadium, bis zu 10 Gew.-% Wolfram, bis zu ^^ Gew.-% Molybdän, bis

zu 4,5 Gew.-% Kobalt, Rest Eisen, besteht.

7. Gegenstand nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Matrix aus legiertem Stahl im wesentlichen aus 0,01 bis 0,25 Ge\v.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 1 Gew.-% Mangan, 0,01 bis 0,5 Gew.-% Silicium, bis zu 20 Gew.-% Nickel, bis zu 16 Gew.-% Chrom, bis zu 10 Gew.-% Molybdän, 5 bis 15 Gew.-% Kobalt, 0,01 bis 1,5 Gew.-% Titan, 0,01 bis 0,5 Gew.-% Aluminium, Eest Eisen, besteht.

409841/0695

Leerse ite