DE2063181A1

DE2063181A1 - Legierung mit hohem Gehalt an primären Carbiden und Verfahren zu deren Her stellung

Info

Publication number: DE2063181A1
Application number: DE19702063181
Authority: DE
Inventors: Vaino Dipl. Ing. Hagfors Lampe (Schweden). P
Original assignee: Uddeholms AB
Current assignee: Uddeholms AB
Priority date: 1970-01-07
Filing date: 1970-12-22
Publication date: 1971-07-22
Also published as: AT311066B; DE2063181B2; NO130828B; GB1339420A; CA936022A; DE2063181C3; SE378619B; SE369937B; NO130828C

Description

8 ^ b KCHHN'8· /

^CIS^³⁸ Gase P 184-125

Uddeliolms Aktiebolag, Uddeholin (Schweden)

Legierung mit hohem Gehalt an primären Carbiden und Verfahren zu deren Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Legierung mit einem hohen Gehalt an primären Carbiden und einer Grundmasse ,auf der Basis eines oder mehrerer Metalle aus der Eisen-Nickel-Kobalt-Gruppe, vorzugsweise einer Stahlgrundmasse. Die Erfindung Detrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der Legierung auf schmelzmetallurgischem Wege.

Titancarbid uesitzt eine Reihe von charakteristischen Eigenschaften, die für dessen Verwendung in Werkzeugmaterialien von technischer Bedeutung sind. So weist Titancarbid eine hohe Härte, eine niedrige Dichte, eine gute Oxydatlonsberjtändigkeit, eine geringe Löslichkeit beim Kontakt mit geschmolzenem Stahl, eine große Beständigkeit gegen Kornwachstum und einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Diese ausgezeichneten Eigenschaften des Titancarbids werden z.B. in solchen Materialien ausgenutzt, die auf pulvermeLallurgl-

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schem Wege hergestellt und unter der Bezeichnung "Ferro-Tic" im Handel vertrieben werden,-und die sich auf Werkzeugmaterialien auf Titancarbidbasis mit einer aus Stahl bestehenden Grundmasse beziehen. Eine grundlegende Patentschrift, in welcher derartige Materialien beschrieben werden, ist die USA-Patentschrift 2 82b 202. Sowohl der Titancarbidgehalt als auch die Zusammensetzung der Grundmasse können in diesen Materialien schwanken, was natürlich auf die mechanischen Eigenschaften der· Material alien von Einfluß ist. Dies bedeutet, daß "Ferro-Tic"-Legierungen sozusagen eine Art Übergang zwisehen Hartmetallen und konventionellen Werkzeugstählen darstellen. Eine charakteristische Eigenschaft dieser Materialien, durch welche sie sich von den Hartmetallen unterscheiden, ist diejenige, daß die Grundmasse durch Warmebe- handlung beeinflußt werden kann. Daher kann das Material in geglühtem Zustand bis zu einem gewissen Grad maschinell bearbeitet werden. Allerdings ist eine solcne maschinelle Bearbeitbarkeit nur in ziemlich geringem Umfang möglich. Ein weiterer Umscand ist der, daß die Materialien nicht geschmiedet oder gegossen werden können. Diese Nachteile in bezug auf die Bearbeitbarkeit .sowohl ™ in Form von Warmarbeit als auch Kaltarbeit oeruhen auf der Tatsache, daß die Materialien auf pulvermetallurgischem VJege gewonnen werden, d.h. daß die Titancarbictkörner zu einem harten, verstärkenden Skelett zusammengesintert sind, dessen eigener Rauminhalt aus natürlichen Gründen zu einem sehr großen Teil das Gesamtvolumen des Materials erfüllen muß. Aus diesem Grunde ist die Härte sehr groß, für viele Anwendungszwecke zu groß, und die Folge ist, daß das Material der spanabheoenden und sonstigen maschinellen Bearbeitung nur verhältnis-

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mäßig schlecht zugänglich ist. Aufgrund der Bedingungen, welche die pulvermetallurgische Arbeitstechnik anwendet, ist es ferner recht schwierig, Barren von großen Ausmaßen zu fabrizieren, und aus dem gleichen Grunde ist '1er Kostenaufwand für die Herstellung der Produkte recht gr ο ß.

Ein V'eg, um diese Nachteile zu vermeiden, besteht darin, sine schtnelzmetallurgische Arbeitstechnik anstelle der pulvermetallurgischen Methoden anzuwenden. Ein erster Versuch in dieser Hinsicht ist in der USA-Patentschrift *

2 033 SV'¹ beschrieben worden. V/ie jedoch uereits in der vorerwähnten USA-Patentschrift 2 828 202 hervorgehoben worden im-, verden sekundäre Titancarbide in Form von großen Dendritaggregaten und -ausscheidungen gebildet, wenn Ti can zu einer geschmolzenen Grundmasse aus kohlenstoffhaltigem Stahl gemäß den konventionellen Schmelzverfahren zugegeben wird. Darüoer hinaus können sekundäre Ausscheidungen an den Korngreiizflächen vorhanden sein. Diese Aggregate und Ausscheidungen bilden häufig eine unerwünschte kontinuierliche Phase, welche die Legierung extrem spröde macht.

Diese Umstände haben es bis heute verhindert, daß man sich der Methoden der Schmelzmetallurgie zur Herstellung von harten, zähen Legierungen der in Rede stehenden Art bedient hat. Das Material gemäß der vorliegenden Erfindung nat nun jedoch Gelegenheit geboten, die schmelzmetallurgische Arbeitstechnik diesbezüglich anzuwenden, wodurch das Material weit wohlfeiler hergestellt werden kann uno zugleicn nicht die Nachteile aufweist, die für die vorerwähnten Materialien, die ruf pulvermetallurgisciiem

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Wege hergestellt werden, charakteristisch sind.

Die erfindungsgemäße Legierung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen 3 und 55* vorzugsweise, zwischen 5 und 20 Gewichtsprozent Titancarbid und bzw. oder Doppelcarbide des Titans und Wolframs in Form von im wesentlichen gleichmäßig verteilten, diskontinuierlichen primären Carbidkörnern enthält, d.h. von Körnern, die nicht in einem nennenswerten Ausmaß zusammengesintert sind, und daß zum zweiten ausgeschiedene Titancarbide, die in der Legierung vorhanden sind, im wesentlichen nur auf den primären Carbidkörnern abgeschieden sind, so daß das Material in der Hauptsache frei ist von Dendriten in Form von Titancarbidabsonderungen und von sekundären AusScheidungen von Titancarbid an den Grenzflächen der Gruiidrnasse.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Legierungen. Das charakteristischste Merkmal dieses Verfahrens besteht darin, daß das primäre Carbid mit der geschmolzenen Grundrnasse in Form eines Pulvers vereinigt wird, dessen Teilchengröße im wesentlichen der gewünschten Größe der . " primären Carbidkörner in dem fertigen Material entspricht, wobei Maßnahmen getroffen werden, die gewährleisten, daß eine gute Benetzung zwischen Grundmasse und Carbidpulver und eine gleichmäßige Verteilung des Carbidpulvers in der Grundmasse erfolgen.

Es konnte nachgewiesen werden, daß die bei der vorliegenden Erfindung zur Erzielung einer guten Benetzung zwischen Titancarbid und Metallschmelze vorgesehenen Maßnahmen eine wesentliche Voraussetzung dafür sind, daß ein Material gewonnen wird, das frei von Poren int.

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Das Konzept zur Verwirklichung einer guten Benetzbarkeit, dessen sich die Erfindung bedient, umfaßt eine Anzahl von Reaktionen, die zwischen flüssiger und fester Phase an den Kontaktflächen eintreten. Die Benetzbarkeit wird daher durch Ooerflächenspannungs-Bedingungen und mögliche chemische Reaktionen zwischen fester Carbidphase und flüssiger Metallgrundmasse bestimmt. Auch die Bildung von intermetallischen Phasen und Lösungsprozesse beeinflussen die Entwicklung.

Ein v/eiteres schwieriges Problem, das bei schmelzmetallurgischen Prozessen überwunden werden muß, ist in der Dichte des Titanearbids begründet, die bekanntlich weit niedriger als die Dichte der Grundmasse ist. Das Titancarbidpulver steigt einfach an die Oberfläche des Schmelzbades, eine Neigung, die nach der erfindungsgemäß entwickelten Methode unterdrückt wird.

Das Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß man das Carbidpulver in einen Tiegel, eine Form oder dergleichen füllt, um ein Pulverbett zu bilden, und man die geschmolzene Legierungsgrundmasse dann auf das Pulverbett unter Vakuum herniederfließen und das Bett durchtränken läßt.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird zunächst eine Zu.satzleglerurig, eine sogenannte "Vorlegierung" hergeatelLt, die aus fein gemahlenen primären Carbiden in einer ox.ydaoiori::;beGtäridigen Schutzgrundrnafise besteht, weLch letztere ein gutes Netzvermögen für Titancarbiu aufweist und gleichzeitig leicht zu brechen und bzw-, oder

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zu zerkleinern ist, und diese Vorlegierung wird dann mit; jener Legierung kombiniert, die zusammen mit der erwähnten Schutzlegierung die Grundmasse in dem fertigen Material bildet. Dieser Kombinationsprozeß- kann an der normalen Atmosphäre durchgeführt werden. Aus diesem Grunde und auch aus anderen Gründen ist diese zweite Ausführungsform empfehlenswerter als die an erster Stelle genannte.

Eine als Vorlegierung geeignete Schutzgrundmasse enthält 30 bis 80 Gewichtsprozent MoIyüdän und 70 uis 20 Gewichtsprozent Eisen. Der darin vorhandene Molybdängehalt gewährleistet die gute Netzwirkung gegenüber Titancarbid. Rund um die einzelnen Caroidkörner herum v/erden aus der Schutzgrundmasse bestehende Umhüllungen gebildet, welch letztere ihrerseits ein gutes Netzvermö-

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gen gegenüber Stahl und Legierung auf Nickel-Kobalt-Basis besitzen. Der Eisengehalt in Kombination mit dem Molybdän macht die Vorlegierung leicht vermahlbar. Ein vorzugsweise in Frage kommendes Gewicntsprozent-Verhälcnis von Molybdän zu Eisen in der Schutzgrundmasse ist ein Verhältnis von 2 : J, was im wesentlichen - oder wenigstens zu etwa 75 % - zu der intermetallischen Phase FeJVIOp führt. Zweckmäßigerwelse, enthält die Schutzgrund- masse 35 bis 45 % Molybdän und 55 bis 75 % Eisen, Der Schutzgrundmasse können bis zu 90 Gewichtsprozent primäre Carbide zugemischt werden. Eine realistische untere Grenze des Gehalts an primärem Carbid ist eine solche von 30 Gewichtsprozent. Empfehlenswerterweise sollte jedoch die Vorlegierung wenigstens βθ Gewichtsprozent Titancarbiü enthalten.

Die oben angefahrte Vorlegierung kann auf einer* Anzahl von verschiedenen Wegen hergestellt werden, uie nachfolgend näher beschrieDen .werden.

, 8AD OBlGIHAL

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Die erfindungsgemäße Legierung kann außer Carbiden auf Titanbasis und den vorerwähnten Titan-Wolfram-Carbiden auch Caroiue anderer Metalle enthalten, die zu den Gruppen IVa, Va und VIa des Periodensystems gehören, z.B. Carbide des Zirkons, Vanadins, Niobs, Tantals und Chroms.

Die Vorlegierung kann ferner auch andere Elemente als uie hier erwähnten enthalten, die allerdings in solchen Mengen vorhanden sein und von solcher Art sein müssen·, daß sie weder -Ue Fälligkeit des enthaltenen Molybdäns, *

das Titancarbia zu netzen, noch die Wählbarkeit der Molybdän-Eisen-Kombination herabzusetzen. So tritt normalerweise z.B. Kohlenstoff in der Vorlegierung auf, wobei der Kohlenstoffgehalt von der jeweils gewählten Mülybdän-iiisen-Sorte abhängt. Aus Kostengründen ist es beispielsweise empfehlenswert, ein kohlenstoffhaltiges Ferromolybdän als Molybdänquelle zu verwenden. Eisen kann außer in Form von Ferromolybdän auch als Schwammeisenpulver zugesetzt werden.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei haben die Zeichnungen

im einzelnen folgende Bedeutung: ä

Fig. 1 £ibt in starker Vergrößerung schematisch die

Grundstruktur eines erfindungsgemäßen Materials mit einem Titancarbidgehalt von etwa 10 Gewichtsprozent wieder.
Fig. 2 gibt entsprechend gleichfalls schematisch die

Struktur eines erfindungsgemäßen Stahls mit einem Titancarbid von etwa 20 Gewichtsprozent wieder. Fig. 3 stellt eine-Vorrichtung dar, die zur Durchführung

■/on Versuchen im Labormaßstab verwendet wurde. Fig. 4 ist ein Mikrofoto eines erfindungsgemäßen Materials mit einem Titancarbidgehalt von 10 Gewichtsprozent in Ι-Ίθ-1'acher Vergrößerung.

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Pig. 5 stellt auf die Hälfte verkleinerte Fotos von geschmiedeten- Barren aus erfindungsgemäßen Materialien dar, die 5* 10 und 15 Gewichtsprozent Titancarbid enthalten.

Fig. 6 stellt ein gegossenes Schleifsegment (cast grinding segment) dar, das. aus einer erfindungsgemäßen Legierung hergestellt wurde.·

Fig. 7 gibt die Gußstruktur des Schleifsegments gemäß Fig. 6 in 500-facher Vergrößerung wieder.

Fig. 8 gibt die Struktur des Materials der Figuren ö und 7 in gehärtetem Zustand in 160-facher Vergrößerung wieder.

Fig. 9 stellt die Schemazeichnung eines Vakuum-Induktions-, ofens dar, der zur Herstellung der Legierung gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt werden kann.

Fig.10 veranschaulicht schematisch einen Elekfcroschlacke-Umschmelzprozeß, der gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt werden kann.

Fig.11 stellt einen Schnitt durch ein Blatt eines Straßenräumers (road scraper blade) dar, das mit Einsätzen aus einem. Material gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.

Fig.12 erläutert schematisch die Stufen eines modifizierten Elektroschlacke-Umschrnelzprozesses, der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Legierungen verwendet werden kann.

Fig.-13 gibt eine weitere modifizierte Ausführungsform eines solchen Prozesses wieder.

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Die Figuren 1 und 2. geben schematisch die Grundstruktur einer erfindungsgemäßen Legierung wieder, die 10 Gewichtsprozent bzw. 20 Gewichtsprozent Titancarbid enthält. In den Figuren ist die Grunumasse, die auf der Grundlage eines oder mehrerer, zur Eisen-Mickel-Kobalt-Gruppe gehörenden Metallen aufgebaut ist, mit m bezeichnet. Die Titancarbidkörner sinu im wesentlichen gleichmäßig in der Grundmasse verteilt. Der Ausdruck "gleichmäßige Verteilung" soll bedeuten, daß das gegossene Material keinerlei große Unterschiede im Titancarbidgehalt im oberen und unteren Teil des Gußnlocks aufweist und '.iaß das Material im wesentlichen frei von Streifen ist, die mehr oder weniger frei sind von Carbiden und oaß es auch nicht in irgendeiner anderen Hinsicht inhomogen ist, was die Carbidverteilung anbelangt.

Als Beispiel eines freien oder diskontinuierlichen primären Titancaroidkorna ist in Fig. 1 ein Korn mit £ beze ichriet worden. Nach der Lehre der vorliegenden Srfindung iot üieses Korn ρ wie alle anderen primären Titancarbidkörner mit einer mehr oder weniger kontinuierlichen Schicht _s (wobei die Dicke der Schicht in der Figur vergröfiiert dargestellt ist) aus einem sekundär ausgeschiedenen Titancarbid üuerzogen.

Die.'ier; sekundäre Titancarbid stammt normalerweise allein aus einer gewissen geringen Menge einer Lösung der primären Garuide, d.h. einer Lösung, die Dei den in Rede stehenden Temperaturen unvermeidbar gebildet wird. Aufgrund den Umstanden jedoch, daß bei der vorliegenden Sr-finaung 'Ha .sekundär ausgeschiedenen Titancarbide an die primären Caruidkörner, die zum überwiegenden Teil noch ungelöst nind, "gebunden" sind, ist es mit Erfolg gelungen zu verhindern, daß sich sekundäre Titancarbide in

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irgendeinem wesentlichen Ausmaß in den Korngrenzschichten der Gruridmas.se ausscheiden und sich große Titancarbid-Dendritaggregate bilden. Ss ist darauf hinzuweisen, daß in den Fällen, in denen die Gruridrnaase einen beträchtlichen Gehalt an freiem Titan aufweist, der Kohlenstoffgehalt gleichzeitig niedrig oder sogar senr niedrig sein sollte. Anderenfalls könnte alles sekundär abgeschiedene Titanearbid nicht durch die primären Titancarbidkörner gebunden werden.

Der Ausdruck "freie¹ oder "diskontinuierliche" prinäre Carbldkörner soll bedeuten, daß die Körner nicht in einem Qberflachenkoncakt miteinander zusammengesintert sind, wie es in den Materialien der Fall ist, die nach den vorerwähnten pulver-metallurgischen Methoden hergestellt worden sind. Jedoch können die primären Carbidkörner nahe beieinanderliegen und durch Veroindungen miteinander verknüpft sein, die von sekundär ausgescniedenetn Titancarbici gebildet werden. Diese Neigung, Verknüpfungen zu größeren Einheiten zu bilden, ist größer im Falle von höheren Gehalten an primärem Caroid, wie es in Figur 2 schematisch veranschaulicht ist. äo ist in Figur 2 bildlich dargestellt, \'/ie eine Anzahl von einzelnen primären Carbidkörnern, z.B. die Carbidkörner p., Pp, p-, und P^, eine Einheit u bilden können, die durch eine mehr oder weniger kontinuierliche Umhüllung S₁ zusammengehalten wird, wobei diese Umhüllung aus sekundär ausgeschiedenem Titanearbia besteht, das Verbindungen bzw. Verknüpfungen"zwischen den einzelnen Carbidkörnern in der Gruppe bildeo. Diese Verbindungen weisen nicht dieselbe .Festigkeit wie das primäre Carbid oder wie jene Sinterbindungen auf, die in Materialien vorhanden sind, die nach der konventionellen pulver-

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metallurgischen Arbeitstechnik hergestellt V7orden sind, sondern sie können bei der Bearbeitung bzw. maschinellen Bearbeitung des Materials wieder aufgebrochen werden.

Wie in eier Einleitung der Erfindungsbeschreibung bereits erwähnt ist, kann die erfindungsgemäße Legierung außer, dem C'irbii.·' a^f Titanuasis auch andere Carbide von Metallen enthalten, die zu den Gruppen IVa, Va und VIa des PerJkviensyowns gehören, in erster Linie Wolframcarbid, doch beispielsweise auch Carbide des Zirkons, Vanadins, Njobs ¹UIn Tantals. Kür gewöhnlich besteht das Caroid hauptsächlion oder mindestens zu 50 Gewichtsprozent des Gesamtcarbiofc-enalts aus Titancarbiden. Sollen aus irgendv-.'elcnen Gründen andere Carbide als Titancarbid der Legierung zugesetzt werden, so ist es zweckmäßig, den Zusatz auf die folgenden Höchstwerte zu begrenzen, die als Gewicnteprozent des Gesamtcarbidgehalts ausgedrückt sinu:

30 % Vanadincarbiü,

j50 % Wolframcarbid,

20 i? Zirkoncarbid,

10 % Tantälearbid,

10 fi Chromcarbid,

10 % Niobearbid.

Es können auch Carbide anderer Metalle aus den genannten Gruppen in geringen Mengen vorhanden sein. Vorzugsweise sollten ,-jedoch die primären Carbide vollständig aus Carbiden auf Titanuasis und bzw. oder Wolfram-Titan-Basis bestehen. Der Vorteil, der dadurch erzielt wird, daß man das Titanearoi·- vollständig oder teilweise durch Wolfram-Titan-Doppelcarbid ersetzt, besteht darin, daß die Dichte der primären Caroi'ikörner so eingestellt -.,'erden kann, daß sie weitgehend mit der Dichte der Grundmasse üoereinstimmt. Dies

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schafft eine Möglichkeit, die Neigung der leichten Titancarbidkörner, in den oberen Teil des Schmelzbades emporzusteigen, zu unterbinden, eine Neigung, auf die in der nachfolgenden Beschreibung noch näher eingegangen wird.

Die Grundmasse des erfindungsgemäßen Materials ist auf der Basis eines oder mehrerer Metalle, die zur Gruppe Eisen-Nickel-Kobalt gehören, aufgebaut, und vorzugsweise besteht die Grundmasse aus einer Stahllegierung oder gegebenenfalls einer Legierung auf Nickelbasis. In Tabelle 1 sind Beispiele einer Anzahl von möglichen Legierungsgrundmassen zusammengestellt und innerhalb eines jeden Haupttyps sind eine oder mehrere bevorzugte Zusammensetzungen angegeben. Die Mangan- und Siliciumgehalte sind die für jeden Legierungstyp normalen und sind daher nur in den Fällen herausgestellt, in denen sie bemerkenswert sind. Die Legierungsgrundmasse kann außer den angegebenen Elementen auch Stickstoff, Bor, seltene Erdmetalle, Niob, Kupfer, Aluminium und andere Elemente sowie Verunreinigungen in normalen Grenzen enthalten. Die Gehaltsangaben bedeuten Gewichtsprozente.

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-^ 13 -

	Nr.	Re;	Zusammensetzung in	ib	0,5	Co	j	18	Cr	Mo	I	Gewichtsprozent	1	1	W	9	C	1 Si
	1	It	3 Nl		1,5			3	1-3	V-	0,5			0,3
	2	It	dC		18			5	5		1		5	0,4
	3	il		15		4	10	11	1-3	0,2	j		0,3
	4	It		8			ic st	12	3		!		1,5
	5			20	5			5	3	1,5	■		1,0
		tt		2.	dl							6
	6			7	est	5-10	It	4	5				0,8	0,6 Ti
		Il											0,1 Al
	7				9		5				sehr
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	14	Ii		17	1-3			0,25
	15			18	3		maxi
							mal
		Il					0,06	1,5 Si
	IG !	Il		25	1-3		0,15	3 Ti
	17		^3	1-3		0,15	1,5 Al
	18		19	1		sehr
						vjenig	5 Al
					10	(<.O3)	2 Nb
	19	2	9	1	11	!I I
	20		2;.¹	ι !		η
							0,75 Mn
					7
	;ί		25	1		ti


Type
Warmar-'
beitö-
stähle
Kaltar-
oeits- stahle
Schnei1-
arbeits-
stahle
aussehei-
duxigs-
härtba
re Stäh le




rost
freie Guß
stähle




Legie
rungen
auf
Mioiiel- Ua al D
Legie
rungen
auf Co-
üaltba-
si ü

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Im folgenden werden zunächst Versuche beschrieben, die im Labormaßstab durchgeführt wurden. Diese Beschreibung ist in zwei Abschnitte unterteilt, die zwei Ausführungsformen zur Herstellung der Legierung erläutern, und zwar einmal die Anwendung eines Vakuums bei der Vereinigung der Carbide mit der Grundmasse und zum anderen die Verwendung einer Vorlegierung.

Gemäß der genannten ersten Ausführungsform wirci zunächst ein Carbidpulver hergestellt. Die Herstellung des Pulvers einschließlich des Vermählens der Carbide nach der für Hartmetalle üblichen Arbeitstechnik benötigt einen beträchtlichen Zeitaufwand, verschlingt so einen sehr großen Teil des gesamten Herstellungsprozesses und beeinflußt damit wesentlich die Gestehungskosten des Fertigproduktes. Der Grund hierfür liegt darin, daß nach den konventionellen Methoden das Carbid und das Metallpulver in einer Kugelmühle mit Spiritus als Mahl-- . flüssigkeit vermählen werden. Danach muß die Mahlflüssigkeic abgetrennt, die Anschlämmung unter Vakuum getrocknet werden, der Schlämmkuchen muß gebrochen und das Pulver dann gesiebt und gemischt werden. ;2s hat sich gezeigt, daß dieser Verarbeitungsprozeß gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung drastisch dadurch verkürzt und vereinfacht werden kann, daß die Naßrnahl-Operation ausgeschaltet und der gesamte Prozeß durch eine einzige Operation, das Trockenvermahlen, ersetzt wird. Außer Titancarbid können, wie oben erwähnt, auch andere Carbide anwesend sein. Beim Trockenvermahlen des Titancarbids an der Luft findet eine gewisse Oxydation statt, so daß Titancarbid gebildet viird, Bei der konventionellen Pulvermetallurgie wird eine derartige Oxyciation als unerwünscht angesehen. Wie jedoch gezeigt werden konnte,

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beeinflußt ein geringer Titanoxydzusatz beim vorliegenden öchmelzmetallurgischen Prozeß den Sclimelzprozeß nicht negai-iv. .Stattdessen scheint er überraschenderweise die Netzwirkung zwischen Titancarbid und der Grundmassenschmelze zu erhöhen. Auf diese Weise wird ein doppelter Vorteil erzielt, nämlich einerseits die Pulverherstellung wesentlich vereinfacht, und andererseits werden die Benetzungsbeaingungen verbessert.

Das Vermählen wird fortgesetzt, bis durchschnittliche Carbid-Teilchengrößen von weniger als 6/um Durchmesser, vorzugsweise weniger als 3/am Durchmesser, erreicht sind. Dcis Einfüllen des Carbidpulvers wird einfach in der Weise durchgeführt, daß eine geeignete Pulvermenge in den Ofenboden oder in eine Form oder einen Tiegel, der in einen Ofen gestellt wird, eingefüllt wird. Das Pulver sollte zweckmäßig sorgfältig verdichtet sein, z.B. durch Rüttelung. In Figur 3 ist ein Schmelzofen abgebildet, der für die Versuche benutzt wurde. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Apparat in de.r Figur nur schematisch dargestellt und manche Einzelheit fortgelassen ist, um die wesentlichen Details des Apparates umso deutlicher veranschaulichen zu können.

In Figur 3 bezeichnet 1 eine Vakuumkammer, die einen Mantel 2, einen Deckel 3 und einen Boden 4- aufweist. Der untere Abschnitt 5 der Vakuumkammer 1 wird als Kühlkammer bezeichnet, da dieser Teil mittels der vom Kühlwasser durchflossenen Kühlschlange 6 auf eine niedrigere Temperatur, gebracht und darauf gehalten werden kann, als der übrige Teil der Vakuumkammer. Auch der Mantel 2, der zv/eckmäßig als Doppelmantel ausgebildet ist, wird durch

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Wasser gekühlt. Die Kühlrohre im Mantel sind jedoch in der Figur nicht eingezeichnet, da sie die metallurgischen Funktionen der Vorrichtung nicht berühren.

Der eigentliche Ofenraum ist mit 7 bezeichnet. Dieser
Raum hat eine obere Einfüllöffnung'"12 und wird durch
Graphitelemente.8 elektrisch geheizt, denen über die
Graphitleiter 11 und die aus Kupfer gefertigten Leitungen 10 der elektrische Strom zugeführt .wird. Mit
11 ist eine Isolierung aus Graphitfilz bezeichnet.

In dem in Figur 3 dargestellten Ofenraum 7 ist ein aus Aluminiumoxyd gefertigter Tiegel 13 angeordnet, der auf einem Tisch 14 ruht. Der Tisch 14 und damit der darauf befindliche Tiegel IJ können mit Hilfe einer Stange 15 gesenkt und gehoben werden. Die Stange 15 kann mittels einer Verschlußschraube 16 fest gestellt werden.

Eine Vakuumpumpe ist mit 17 bezeichnet, eine Vakuumleitung mit l8 und ein Evakuierungs- oder Auspumpventil in der Evakuierung'sleitung mit 19· Im oberen Apparateteil befindet sich ein Einfüllrohr 20, dessen Mundstück über ^ der Einfüllöffnung 12 endet. Am Kopf der Apparatur befindet sich ein Eingang 21 mit einem Rührstab 22 aus
Aluminiumoxyd. In Verbindung hiermit ist ein Schauglas angebracht. Ein Manometer.zur Messung von Drucken über 1 Torr ist mit 24 und ein Druckmesser für niedrigere
Drucke mit 25 bezeichnet. Über den Druckmesser 25 kann auch ein inertes Gas (z.B. Argon) in die Vakuumkammer
•eingeführt werden. Die Ziffer 26 bezeichnet einen Gasbehälter. Ferner sind auch Eintrittsöffnungen für elektrische Leitungen für Thermoelemente zur Temperaturüberwachung im Ofenraum 7 vorgesehen. Diese Leitungen sind in der Figur nicht eingezeichnet.

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Das Einfüllen des Carbidpulvers in den Tiegel IJ erfolgt zweckmäßig, bevor dieser in den Ofenraum 7 gestellt wird. Der Ofen kann dadurch geöffnet werden, daß bestimmte Flanschverbindungen (die in der Figur nicht eingezeichnet sind) gelöst werden. Außerdem wird das Carbidpulver zweckmäßige r weise durch Rütteln verdichtet, ehe der Tiegel in den Ofen gestellt wird.

Im Prinzip 1st es auch möglich, das Carbidpulver in Mischung mit einer pulverförrnigen Legierungsgrundmasse zuzusetzen. Es sind auch Versuche durchgeführt worden, bei denen das Carbidpulver in eine Grundmassenschmelze eingetragen worden ist. Die Carbide bestehen aus Titancarbiden, die nach den oben beschriebenen Methoden gemahlen worden sind, und zwar gegebenenfalls im Gemisch mit anderen Caroiden in den oben erwähnten Mengen.

Der Ofen wird durch Ingangsetzen der Pumpe 17 der Figur 3 und öffnen des Auspumpventils 19 in Betrieb genommen. Die Evakuierung wird vorzugsweise so lange fortgesetzt, bis ein Druck unter 0,5 Torr, besser noch unter 0,2 Torr, erreicht ist. Hierdurch wird das Pulverbett zunächst entgast. Die Evakuierung des Ofens kann sowohl vor · ä als auch nach dem Einfüllen der Legierungsgrundmasse erfolgen» wie es in den nachfolgenden Beispielen veranschaulicht wird.

Es sind mehrere Methoden zur Vereinigung der Legierungsgrundmasse mit dem Carbidpulver denkbar. Als am besten geeignete Alternative hat sich die Methode erwiesen, die Grundmai>.senleKierung so zuzuführen, daß sie das verdichtete Carbldpuiverbett durchtränkt. Dien kann praktisch in der Weise erfolgen, daß eine abgemessene Menge der

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Grundmassen-Legierung in festem Zustand auf die Oberfläche des Pulverbettes aufgetragen und danach zum Schmelzen gebracht wird und man sie dadurch in das Bett herunterfließen und das Pulverbett durchtränken läßt. Die Grundmassen-Legierung kann z.B. die Form eines festen Stückes aufweisen. In diesem Fall wird das genannte Stück schon zu Beginn auf das Pulverbett gelegt. Die Grundmassen-Legierung kann auch in granulierter Form vorliegen," und in diesem Fall kann sie durch das Beschickungsrohr 20 eingefüllt werden. Es ist auch der Fall denkbar, daß.die Grundmassen-Legierung außerhalb des Vakuumofens zum Schmelzen gebracht und dann in flüssigem Zustand in den Ofen eingefüllt wird. Ein Vorteil eines solchen Vorgehens kann darin bestehen, daß der Vakuumofen selbst keine große Schmelzkapazität aufzuweisen braucht. Unabhängig davon, welcher Methode man sich zur Zugabe der Grundmassen-Legie-' rung zum Carbidpulver gemäß dieser ersten Ausführungsform der Erfindung bedient, sollte jedoch die geschmolzene Grundmasse mit dem. Carbidpulver unter Vakuum in Kontakt gebracht und das Gemisch gerührt werden. Eine' Lösung des Problems der Erzielung einer gleichmäßigen Carbidvertellung könnte auch darin bestehen,, das Doppe1-carbid aus Titan und Violfram zu verwenden, wobei der Wolfram- und Titan-Gehalt so eingestellt sind, daß die Dichte des Doppelcarbids weitgehend mit.der Dichte der Grundmasse übereinstimmt. '

Es hat sich als schwierig -erwiesen, porenfreie Gußblöcke dadurch zu gewinnen, daß man einfach die Schmelze sich in dem Tiegel oder der Form verfestigen läßt* Eine Methode, die sich für den Labormaßstab als technisch brauchbar erwiesen hat, besteht darin, den Tiegel IJ der Figur J-_: in die Kühlzone 5 zu senken, so daß der Kühlprozeß vom Boden

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der Beschickung aus einsetzt.

Es soll nun ein Versuch beschrieben werden, um noch deutlicher diejenigen Paktoren zu erläutern, die man bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung gemäß der eben erwähnten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Methode zu beachten hat.

Versuch 1

trocken g

Titancarbid wurde 48 Stunden lang gemahlen. Das trocken \

gemahlene Carbidpulver wurde in einem Aluminiumoxyd-Tiegel durch Rütteln verdichtet. Ein Stück eines Stahls der Sorte"SIS ^42", der aus 0,37 % Kohlenstoff, 1,0 # Silicium, 0,4 % Mangan, 5,3 % Chrom, 1,4 % Molybdän, 1,0 % Vanadin und als Rest aus Eisen una den üblichen Verunreinigungen besteht, wurde auf das Pulverbett gelegt und der Tiegel in den Ofenraum 7 der Figur 3 eingebracht. Der Ofen wurde evakuiert und die Beschickung auf 15[-i0^oC unter einem Druck von 0,2 Torr erhitzt. Die Verweilzeit schwankte zwischen 5 'und I5 Minuten. Hierauf wurde die Schmelze mittels des in Figur 3 dargestellten Rührstabes ?:2 etwa 15 Minuten durchgerührt, worauf die g

Temperatur im Ofen unmittelbar auf eine Temperatur unterhalb der· Schmelztemperatur der Grundmasse gesenkt wurde. In einem Fall wurde die Schmelze im Ofen mit Ultraschallwellen, 130 p/s behandelt. Danach wurde der gesamte Tiegel 13> der auf dem Tisch 14 ruhte, allmählich in die Kühlkammer 5 mittels der Stange 15 gesenkt, so aaß der Verfestigungsprozeß vom Boden des Tiegels aus einsetzen konnte.

Es wurden drei Blöcke mit Titancarbidgehalten von 5, 10 und 15 Gewichtsprozent hergestellt. Die Proben waren porenfrei una wiesen eine gleichmäßige Carbidverteilung auf.

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Die Struktur einer Probe mit einem Titancarbidgelialt . von 10 % "ist in Figur 4 dargestellt.

Der Versuch 1 wurde verschiedene Male mit Titanearbid gehalten, die zwischen 5 und 15 Gewichtsprozent schwankten, wiederholt. Die Blöcke wurden zu Stäben geschmiedet;, und zwar unter Querschnittsverminderungen von 50 bis 75 %, Figur 5 zeigt die geschmiedeten kleinen Barren (billets) von drei Legierungen verschiedener Qualitäten, nämlich mit 5* 10 und 15 Gewichtsprozent Titanearbid in einer * Grundmasse, die aus der Stahlsorte ¹¹SIS 2^42" besteht.

Versuch 1 veranschaulicht so, daß es nach der Lehre der vorliegenden Erfindung möglich ist, schmiedbare Stahllegierungen herzustellen, die zwischen 5 und 15 Gewichtsprozent Titanearbid enthalten, und zwar durch Tränken eines Pulverbettes mit einer Grundmassen-Legierung, die mindestens 1 Gewichtsprozent Molybdän enthält oder durch Zugabe einer entsprechenden Menge Molybdänpulver "akti-. viert" worden ist.

Die Versuche 2 bis 4, die im folgenden beschrieben werft den, erläutern die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Methode und betreffen die Anwendung einer Vorlegierung, welche das Titanearbid in einer schützenden Vorlegierungs-Grundmasse enthält.

Versuch 2

Der Zweck des Versuchs 2 bestand darin, eine geeignete Vorlegierung mit einem hohen Titancarbidgeha.lt herzustellen. Eine Bedingung, die hiermit verbunden war, war die, daß die Vorlegierung leicht zu zerkleinern, bestän-

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dig gegen Oxydation und imstande sein mußte, Titancarbid zu benetzen. Die Vorlegierung sollte darüber hinaus minschenswerterweise auch mit der Grundmasse an der atmosphärischen Luft zu vereinigen sein. Gemäß Versuch 2 wurden die folgenden Methoden zur Herstellung der Vorlegierung auf ihre Brauchbarkeit getestet: Tränken im Vakuum; pulvermetallurgische Methode; und Sintern in der E'orm im Vakuum. Wie gefunden wurde, kann eine leicht zu zerkleinernde Vorlegierung durch die nachstehende Folge von Verfahrensstufen erhalten werden:

Titancarbid wurde 48 Stunden in einer Kugelmühle vorgemahlen (Trockenmahlung). 50 % Titancarbid, 20 % Molybdän und j50 % Schwammeisenpulver wurden miteinander vermischt und weiter 4d Stunden miteinander vermählen. Dieses Pulvergemisch wurde durch Rütteln verdichtet und im Vakuum (<0,3 Torr) bei etwa l600°C drei Scunden lang "gesintert". Nach dem Wiedererhitzen auf 1100°C und Abschrecken in Wasser wurde ein Material erhalten, das sehr leicht zu zerkleinern war.

Versuch 3

Bei diesem Versuch 3 wurden &■> Gewichtsprozent Titan- ' ' I carbid mit yj % einer Schutz-Grundmasse vermischt, die ihrerseits aus 40 % Molybdän und 60 $ Eisen bestand. Die Zusätze wiesen die Form von Pulvern auf und die Korngrößen der Pulver entsprachen den oben gemachten Angaben. Das Gemisch t/urde im Vakuum bei einer Temperatur von ooerhalü 1500°C (zwischen I500 und 1700°C) gesintert. Nach einem langsamen Abkühlen (die Gesamtdauer betrug 2 Stunden) durch den Temperaturbereich von etwa 1400 C wurde ein Material erhalten, das nicht in Wasser abgeschreckt zu werden brauchU„', um in Stücke von geeigneter Größe zu zerfal-

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len. Die Partikel bzw. Granalien wiesen in uer Regel einen Durchmesser von nicht mehr als 5 mm auf. Der Versuch zeigt, daß der Carbidgehalt in der Vorlegierung wenigstens 6O Gewichtsprozent betragen sollte. Ein geeigneter Carbidgehalt sollte zwischen 60 und 90 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 65 und 05 Gewichtsprozent, liegen.

Bei einigen einleitenden Versuchen wurde die Vorlegierung mit der Grundmassen-Legierung im Vakuum vereinigt. Pur diese Versuche wurde die Laborapparatur, die in Figur 3 dargestellt ist, benutzt. Diese Vorversuche basierten auf der Annahme, daß Vakuum ein notwendiges Erfordernis für eine wirksame Kombination eier Vorlegierung mit der Grundmasse sei. Das auf diese Weise erzeugte Material war von wechselnder Beschaffenheit, was die Porenfreiheit und die Carbidverteilung anbelangt. Im Versuch 4, der nachfolgend beschrieben wira, sollten die Möglichkeiten, den Prozeß an der atmosphärisenen Luft und in halbtechnischem Maßstab durchzuführen, untersucht werden.

Versuch 4

Bei diesem Versuch wurde ein üblicher offener Schmelzofen benutzt. Die Vorlegierung wurde gemäß oen Angaben in Versuch 2 hergestellt und lag in granulierter Form vor. Die Grundmasse wies die folgende Zusammensetzung auf: 17 % Chrom, 1,5 % Nickel, 0,7 % Molybdän, 0,25 £'. Kohlenstoff, Rest Eisen. Das Gewicht der Charge betrug 30 kg und sie enthielt 5 Gewichtsprozent Titancarbid. Die Beschickungsrnethode war die übliche im ■ sie wurde

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an der atmosphärischen Luft durchgerührt. Die Vorlegierung wurde in den geschmolzenen Stahl gegeben und die Schmelze wurde einige Male gerührt. Aus der Charge wurden dann Schleifsegmente durch Gießen hergestellt. Die Gießi'ähigkeit war ausreichend. Die Temperatur vor dem Gießen betrug etwa 17OO°C. Ein auf diese Weise hergestelltes Sehleifsegment von der Art, wie es in der OelluLoseindustrie benutzt wird, ist in Figur 6 abgebildet. Die Oberfläche ues Segments war gla'tt und frei von Defekten. Figur 7 gibt ein Mikrofoto der Gußstruktur ues Materini wieder. Figur 8 stellt die Struktur des Schleifsegment in gehärtetem Zustand dar, wobei die austenit-bildende Temperatur von 105.0 eine Stunde lang gehalten unu an der Luft aogeküiilt vurue. Die Härte betrug u50 HV TO.

Verfahren zur Herstellung in großtecmiiscnem Maßstab

Figur 9 veranschaulicht die Konstruktions-Prinzipien einer Vorrichtung, die zur technischen Durchführung der oben ermähnten ersten Ausführungsform ues Verfahrens geeignet ist. Die Vorrichtung besteht aus einem Vakuum-Ind.;kiionsofen, der rein schematisch dargestellt ist. In dieser Figur bezeichnet die Ziffer 90 allgemein f

eine Vakuumkammer mit einer Evakuierungsleitimg 91. Die Ziffer 92 ^ejeichnet einen Tiegel, der von einer Induktionsspule 93 umgeben ist. Am Booen des Tiegels ist trocken gemahlenes Titancarbid eingefüllt, dessen durchschnittliche Teilcneng--O!ie einem Durchmesser von ei-v.-a j5/um entspricht, und auf dieses Pulverbett wird die Grundrnassenlegierung 95'geschichtet, die in Form von ziemlich großen Metallstücken oder Granalien vorliegt.

Das Verfahren \iirn in folge.¹Mer .V/ei ,ce durchgei'ünrt. In -j'¹·. Tie; el 92 ..'iro aa:? Titancarbidp'r.lver 9-Ί gefüllt, das

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in der genannten. VJeise vorbehandelt worden ist. Das Pulverbett 94 soll gut verdichtet sein. Auf dieses Bett werden Stücke der Grundmassenlegierung der erfindungsgemäßen Art geschichtet, die z.B. ein Stahl der folgenden Zusammensetzung sein kann: O,j57 % Kohlenstoff, 1,0 % Silicium, 0,4 % Mangan, 5,3 % Chrom, 1,4 % Molybdän, 1,0 % Vanadin, Rest Eisen und Verunreinigungen. Die Vakuumkammer 90 viird geschlossen und durch die Leitung 9I evakuiert, wodurch das Pulverbett 94 entgast wird. Hierauf ^ wird ein elektrischer Hochfrequenzstrom durch die Spu- ^ Ie 95 geleitet, so daß die Metallstücke 95 aufgrund der Induktionswärme schmelzen und die Schmelze herunterfließt und das Pulverbett 94 durchtränkt. Die Zufuhr der elektrischen Energie wird danach noch eine Weile fortgesetzt, um die Schmelze auf induktivem Wege durchzurühren und damit die gleichmäßige Verteilung, der Titancarbide sicherzustellen. Hierauf wird die Vakuumkammer geöffnet, der Tiegel 9² angehoben und der Inhalt in Formen gegossen, gegebenenfalls nach einem weiteren Rührvorgang.

Figur 10 veranschaulicht die Prinzipien des Elektrofc schlacke-Umschmelzens, einer Arbeitsmethode, die mit Erfolg zur Einführung einer Vorlegierung in eine Grundmasse gemäß der Erfindung geeignet ist, d.h. zur technischen Durchführung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dieser Figur bezeichnet 101 eine Elektrode mit einer rohrförmigen Umhüllung 101, die aus jenem Anteil der Grundmassen-Legierung besteht, die mit der Vorlegierung vereinigt werden soll. Die mit 108 bezeichnete Vorlegierung ist in gut verdichtetem Zustand in dem inneren Mittelraum der Elektrode untergebracht. Um sicherzustellen, daß die Vorlegierung 108 während des Transportes und der Handhabung vor οem Schmelzen

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in diesem Mittelraum verbleibt, kann die Vorlegierung äußerst stark verdichter und dieser Zustand durch Zusatz irgendeines Bindemittels gefestigt werden, oder sie kann zwischen die Deckel 112 an beiden Enden der rohrförmigen Elektrode eingeschlossen werden. Als Alternative zur Elektrode 101 ist es auch möglich, die Elektrode durch Gießen der Grundmasse über einer zerkleinerten Vorlegierung herzustellen, so daß die Vorlegierung in der Grundmasse eingebettet ist. Eine weitere Abwandlung besteht darin, Stücke der Vorlegierung zu bilden und die Grundmasse um diese Stücke herumzugießen. Eine dritte Abwandlung ist die direkte Einführung der Vorlegierung in die Schmelze unter den Schlackenbelag.

Die Ziffer 102 der Figur 10 bezeichnet eine wassergekühlte Elektrode, die gleichzeitig die Funktion einer Form hat. Die andere Elektrode besteht aus der Rohrelektrode 101, die eine elektrische Anschlußleitung aufweist. Die elektrischen Stromzuführungen sind mit 104· und 105 bezeichnet. Eine Bodenplatte ist mit 106 Dezeichnet;.

Die Schlacke 109* die bei dem Verfahren verwendet wird, kann irgendeine Schlacke sein, wie sie bei Elektroschlacke-Urnsehmelzprozessen üblich ist. Eine Bedingung, die bei der Ausv/ahl der Schlacke erfüllt sein muß, ist jedoch die, daß ihre Dichte niedriger als die Dichte der Vorlegierung ist, vorzugsweise auch niedriger als die Dichte des Titancarbids. Die Ziffer 110 bezeichnet das Gemisch aus der geschmolzenen (irundmasse-Legierun^, und Titanearbid und 111 den fertigen Gußb.lock.

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Das Verfahren unterscheidet sich nicht von dem, was in der Elektroschlacke-Umschmelztechnik üblich ist. Das
bedeutet, daß dann,, wenn die Elektrode 101 in «as
Bad 109 aus der geschmolzenen Schlacke.-herniedergesenkt und dem System elektrischer Strom zugeführt wiru, die Elektrode abgeschmolzen wird. Die Metalltröpfchen fallen durch das Schlackenbad 109 hindurch unu sammeln
sich unter dem genannten Bad in einem Raum an, der geschmolzenes Metall enthält. In analoger Weise passiert auch die Vorlegierung 108 das Schlackenbad* und wird in der Metallschmelze 110 gründlich verteilt. In dem Maß, wie sich die Schmelze verfestigt, werden die Elektrode 101 und die Form 102 langsam angehoben. Um die Verteilung des Titancarbids in der Schmelze weiter zu verbessern, kann gegebenenfalls mehr als eine Elektrode
in dem Schlackenbad angeordnet werden.

In Figur 12 a - e ist ein modifiziertes Elektroschlacke-Umschmelzverfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Materials, veranschaulicht. Beim Verfahrensschema ist auch die Herstellung des Titancarbids aargestellt, das mit der Gründmassenlegierung beim Elektroschlacke-Umschmelzen vereinigt wird. .

In Figur 12a bezeichnet die Ziffer Γ30 ein aus einem
kohlenstoffarmen Stahl hergestelltes Rohr, welches mit einem stark verdichteten Pulvergemisch gefüllt ist, das aus 60 bis 90 Gewichtsprozent Titancarbid und 4O bis
10 Gewichtsprozent einer Schutz-Grundmasse besteht, welch letztere ihrerseits im wesentlichen aus ¹J-O % Molybdän und 60 % Eisen besteht. Dieses Rohr ist an einem Ende, dadurch verschlossen worden, daß es dort stark zusammen-

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gepreßt und verschweißt wurde, und die Schweißnaht ist in Figur 12b mit 13>2 bezeichnet. Danach wird das Rohr evakuiert. In Figur 12b ist die Verbindungsleitung zur Vakuumpumpe mit 155 bezeichnet. Der Druck im Rohr IJO wird vorzugsweise auf unter 0,5 Torr herabgesetzt, und danach wird auch das entgegengesetzte Ende des Rohres durch Verschweissen analog der Verschweissung I32 verschlossen. Die auf diese V/eise erhaltene "Packung" wird nun bei etwa 1200⁰C geschmiedet - vgl. Figur 12c -,bis

ein langgestrecktes Schmiedestück Ij5^ entstanden ist, t

das einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Durch das Schmieden bei 120O⁰C tritt ein "Vorsintern" zwischen den separaten Körnern in der Packung ein. Das Slement 1J54 wird nun durch Anschweissen oder auf irgendeine andere Weise an der'_A Elektrode 135 befestigt, die dem Elektroschlacke-Umschmelzprozeß unterworfen v/erden soll. Nach dem Beispiel ist die Elektrode' 1J'5 an einer Seite abgeschliffen worden, so daß das Element l'^k an der Elektrode befestigt werden kann, die dauurch ins Gleichgewicht gebracht wird. Die Methoden zur Vereinigung der Elektrode 1J55 mit dem das Titancarbia tragenden Element Ij54 können jedoch in verschiedener Weise modifiziert werden.

Figur 12e veranschaulicht die eigentlichen Elektroschlacke-Umsehmelzstufe. Das "vorgesinterte¹¹ Pulver ist mit 136 und eine elektrische Stromzuführungsleitung mit 138 bezeichnet. Das ScHackenbad, das Metallbad und der fertige Gußblock sinu in Anlehnung an Figur 10 mit IO9¹, HO¹ bzw. Hl¹ bezeichnet.

Ein charakteristisches Merkmal des Verfahrens gemäß Figur liie besteht darin, daß die erfindungsgemäße Vorlegierung erst in Verbindung mit dem Elektroschlacke-

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Umschmelzprozeß fertiggestellt wird, nämlich in einem Bereich Ij57 des Elementes 1J54, und dieser Bereich wird durch das Schlackenbad 109* so stark erhitzt, daß die Schutzlegierung im Gemisch I36 genügend durchgeschmolzen wird. Hierauf wird das Element Ij54 kontinuierlich abgeschmolzen, und zwar zusammen rn.it der Elektrode 135, so daß das Titancarbid, das durch seine Schutz-Grundmasse geschützt ist, mit der abgeschmolzenen Elektrode vereinigt wird und durch das Schlackenbad 109* hindurch zum Metallbad 11Ό¹ fließt. Aufgrund der Tatsache, daß das Element 1J54 unter der Oberfläche des Schlackenbades 109^! abgeschmolzen wird, bleibt das Vakuum, das in Verbindung mit der Evakuierung des ursprünglichen Rohres (vgl. Figur 12b) angelegt worden ist, während des gesamten Prozesses im wesentlichen erhalten.

In Figur IJ ist eine andere Methode zur Benutzung der Elemente 1J4 der in den Figuren 12a und 12b beschriebenen Art veranschaulicht. Gemäß Figur Ij5 sind solche Elemente Ij4 in Bügeln l4l über einer Form 142 hängend angeordnet, welch letztere in diesem Beispiel stationär und wassergekühlt ist. Mit l40 ist hier eine Elektrode bezeichnet, mit 109" ein Schlackenbad, mit HO" ein Bad des geschmolzenen Metalles und mit 111" der fertige Gußblock. Das Verfahren verläuft in anderen Beziehungen analog dem in Verbindung mit Figur 12e beschriebenen Verfahren.-Bei dem in Figur 13 veranschaulichten Verfahren ist es jedoch zweckmäßig, das Schlackenbad oder das geschmolzene Metall zu rühren, um die Titancarbidkörner im fertigen Gußblock gründlich zu verteilen.

Die Legierung gemäß der Erfindung kann eine breite technische Anwendung als Material für solche Zwecke finden, bei denen eine Verschleißfestigkeit erwünscht ist. Die Legierung ist insbesondere in solchen Fällen brauchbar,.

"^{: !};; '^;i; .1,0,9.8.3 0/1203 öao original

bei denen ein Material erwünscht ist, das geschmiedet und bzw. oder gegossen werden kann., das maschinell bearbeitet und korrosionsbeständig gemacht werden kann und bzw. oder das preisgünstig hergestellt werden kann. Bei Erläuterung der Figur 6 ist bereits auf die Verwendoarkeit der Legierung für Sehleifelemente hingewiesen worden. Figur 11 gibt einen Querschnitt durch das Blatt eines Straßenräumgerätes (road scraper blade) wieder, und in dieser Figur bezeichnet die Ziffer 120 den Hauptteil dieses Blattes, der aus Stahl gefertigt ist. Zwei dem Verschleiß besonders stark ausgesetzte Stellen an der Vorder- und Rückseite des Blattes sind mit 121 bzw. 122 bezeichnet. Diese Einsätze sind aus dem Material gemäß der Erfindung gefertigt, wobei die Grundmasse desselben zweckmäßigerweise dem Material entspricht, das den Hauptteil 120 des Blattes des Straßenräumgerätes bildet. Als Beispiel einer geeigneten Grundmasse kann eine Stahlsorte "SIS 2242" angeführt werden, die in Beispiel 2 beschrieben ist. Die verschleißfesten Einsätze 121 und 122 enthalten zweckmäßigerweise 10 Gewichtsprozent Titancarbid, während das auf Verschleiß beanspruchte Teil 123., das gleichfalls in das Hauptmaterial 120 eingesetzt ist und das unmittelbar gegen ■ \ üie Straße streichen soll, zweckmäßigerweise aus einem Material mit einem höheren Titancarbidgehalt (etwa JO Gewicntsprozent Titancarbid) gefertigt ist, wobei die G rund ma s rs e die gleiche ist wie in den Einsätzen 121 und J.22. Die Einsätze 121, 122 und 123 sind an dem HauptmateriaL 120 zweckmäßig durch Hartlöten befestigt.

Dan erf indimgsgernäße Material kann außerdem für KaIt-'//armorbeitiiHLäh Le, ijandatrahldüsen, Walzen für das

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Kalt- und V/armwalzen u. dgl. verwendet werden.

Die in der Erfindungsbeschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen angegebenen Prozentzahlen beziehen sich stets auf Gewichtsprozente.

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Claims

Patentansprüche

1. Legierung mit hohem Gehalt an primären Carbiden in einer Grundmasse auf der Basis eines oder mehrerer Metalle der Eisen-Nickel-Kobalt-Gruppe, vorzugsweise einer Stahlgrundmasse, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 3 bis 35 Gewichtsprozent Titan-• carbid in Form von hauptsächlich gleichmäßig verteilten, diskontinuierlichen, d.h. nicht in einem nennenswerten Maß direkt zusammengesinterten pri- g

mären Carbidkörnern enthält und daß in der Legierung vorhandene sekundär ausgeschiedene Titancarbide im wesentlichen nur auf den primären Carbidkörnern abgeschieden sind, so daß der Rest des Materials im wesentlichen frei von Dendriten in Form von Titancarbid-Ausscheidungen und Sekundarausseheidungen von Titancarbid in den Grenzflächen, der Grundmasse ist.

2. Legierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse wenigstens 1 Gewichtsprozent Molybdän enthält.

3. Legierung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 3 bis 17 Gewichtsprozent Titancarbid enthält.

4. Legierung gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß sie schmiedbar und bzw. oder zum Guß geeignet ist.

^lj>. Verfahren zur Herstellung einer Legierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die primären

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Titancarbidkörner mit der geschmolzenen Grundmassen-Legierung in Form eines Pulvers vereinigt werden,, deren Teilchengrößen im wesentlichen den gewünschten Größen der primären Carbidkörner im fertigen Material entsprechen und Maßnahmen zur Sicherstellung einer guten Netzwirkung zwischen Grundmasse und Carbidpulver und zur gleichmäßigen Verteilung des Carbidpulvers in der Grundmasse getroffen werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Titancarbidpulver trocken gemahlen wird, so daß es in gewissem Ausmaß oxydiert wird.

7. Verfahren gemäß den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmassen-Legierung wenigstens Γ Gewichtsprozent Molybdän enthält. .

8. Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 5 bis Is dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmassen-Legierung und das Titancarbidpulver im Vakuum miteinander vereinigt werden.

9* Verfahren gemäß Anspruch δ, dadurch gekennzeichnet,

daß man

a) Titancarbidpulver auf den Boden eines Ofens oder in ein in einen Ofen gestelltes Gefäß, z.B. einen Tiegel, füllt,

b) das Pulverbett verdichtet,

■ c) auf das Pulverbett eine Grundmassen-Legierung in festem Zustand auflegt,

d) als Grundmassen-Legierung eine solche mit einem Gehalt von wenigstens 1 % Molybdän verwendet oder

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das Pulverbett durch Zusatz einer entsprechenden Menge Molybdänpulver aktiviert,

e) den Ofen evakuiert und das Pulverbett entgast,

f) die Grundmassen-Legierung bei einem Druck unter 0,5 Torr zum Schmelzen bringt,

g) die Schmelze langsam das Pulverbett durchtränken läßt und so das Pulverbect dazu oringt, emporzuschweben und sich in der Metallschmelze zu dispergieren,

h) die Schmelze intensiv durchrührt und sie danach |

gegebenenfalls
i) gießt.

10. Verfahren gernäß Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Vakuum-Induktionsofen durchgeführt wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Vorlegierung hergestellt wird, die ein gutes Metzvermögen für Titancarbid aufweist, wobei dJe Vorlegierung zumindest die Hauptmenge jenes Titancarbids enthält, die dem fertigen Material einverleibt v/erden soll und die genannte hergestellte · | Vorlegierung Uaim mit der Grundmassen-Legierurig· vereinigt wird.

Ir'. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung 30 I^-JIg 90, vorzugsweise. ö0 bis 90, am beöten 65 bin 85 Gewichtsprozent Titancarbid i". Form einer; Pulver- mit solchen Korngrößen entnält, die im v/oi-,erit"l lohen den gewünschten Größen eier¹ prirnUren CarbLdKörner in der fertigen. Legierung entsprechen.

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13· Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung außer Titancarbid eine schützende Vorlegierungs-Grundmasse enthält, die im wesentlichen aus 30 bis 80 Gewichtsprozent Molybdän und 70 bis 20 Gewichtsprozent Eisen, vorzugsweise aus 30 bis 50 Gewichtsprozent Molybdän-und 70 bis 50 Gewichtsprozent Eisen besteht.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierungs-Grundmasse im wesentlichen aus der Phase Fe-,Mo ρ besteht, vorzugsweise zu wenigstens-75 Gewichtsprozent.

15. Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung dadurch hergestellt wird, daß man Titancarbid vormahlt, so daß wenigstens 95 % der Titancarbidkörner Durchmesser von weniger als 6 /um, vorzugsweise weniger als 3/um, auf Viel sen, das so erhaltene Titancaroid mit der pulverförmigeri Vorlegierungs-Grunamasse vermiscnt und.das Gemisch verdichtet und schließlich gesintert wird, um aie Kombination mit der Grundmasse der fertigen Legierung herbeizuführen.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Titancarbidpulver und die Vorlegierungs-Grundmasse vermischt und im Vakuum gesintert .werden..

17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung nach dem Sintern in V/asser abgeschreckt wird.

IH. Verfahren gemäß jedem der Ansprüche Ll bis 17* dadurch gekennzeichnet, daß dar. Risen in der Vorlegie-

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rung zumindest teilweise aus Schwammeisenpulver besteht.

IQ. Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 11 bis l8, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdän in Form von Ferromolybdän zugesetzt wird.

20. Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 11 bis 19* dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung mit der Grundmasse der fertigen Legierung durch einen^Um- | Schmelzprozeß vereinigt wird.

21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschmelzprozeß als Elektroschlacke-Umschmelzprozeß durchgeführt wird.

22. Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung in eine Ummantelung eingeschlossen ist, die aus umgeschmolzener Elektrosehlacke besteht.

25. Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Titancarbidpulver und f das Pulver der schützenden Vorlegierungs-Grundmasse in eine Ummantelung eingebettet sind, die evakuiert und verschlossen wird und die dadurch entstandene Packung nach dem Prinzip des Elektroschlacke-Umschmelzverfahrens niedergeschmolzen wird, um so den Inhalt der Packung mit der Grundmasse der fertigen Legierung zu vereinigen.

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24. Verfahren gemäß Anspruch 27), dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Packung mitsamt der Einlage, bevor sie dem Elektroschlacke-Umschmelzprozeß unterworfen wird, geschmiedet wird, so daß der Inhalt zumindest teilweise gesintert wird.

25· Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 2j> und 24, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einlage mit dem darin befindlichen Titancarbid an der niederzuschmelzenden Elektrode befestigt und die genannte Einlage mit ihrem Inhalt mit der erwähnten Elektrode gemeinsam niedergeschmolzen wird.

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