Korrosionsbeständige Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierungen
Nach einem vorbekannten, doch nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag kann die Korrosionsbe ständigkeit von Hartlegierungen auf Co-Cr-W-Basis durch Zusatz von Cu und Mo verbessert werden. So weist z. B. eine Legierung mit folgender Zusammensetzung eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit bei praktisch unverminderter Verschleissfestigkeit auf:
2,2-2,5%C, 30-32% Cr,
13-20% W, 39-47%Co, je 0-1 % MQ und Si, 0,=6 /o Cu und 0-6% Mo, insbesondere
2,2 %C, 30 % Cr, 14 Ole W,
46% Co, 4%Mo, 2% Cu und je 0-1 /o Mn und Si.
Bei Legierungen innerhalb der angeführten Analysengrenzen handelt es sich um Hartlegierungen mit hoher Verschleissfestigkeit, doch können auch Hartlegierungen mit mittlerer Verschleissfestigkeit durch Zusatz von Kupfer und gegebenenfalls Molybdän korrosionsbeständig gemacht werden. Ihr Legierungsbereich liegt innerhalb folgender Grenzen:
0,7-2,2% C, 0-2% Si,
0-1% Mn, 25-35% Cr,
3-12,9% W, 0,2-6% Cu, 0-60/0 Mo, Rest Co.
Ein besonderer Vorteil gegenüber den hochverschleissfesten Typen ist der, dass sie sich ohne Vorwärmung des Grundwerkstoffes rissfrei aufschweissen lassen. Auch bei dieser Sorte von Legierungen wird die Korrosionsbeständigkeit durch Zusatz von Cu und Mo ohne Einbusse der Verschleissfestigkeit erhöht. Weiter konnte gefunden werden, dass sowohl bei den Legierungen mit hoher als auch bei denen mit mittlerer Verschleissfestigkeit eine weitere Steigerung der Korrosionsbeständigkeit durch den Zusatz von Nickel erreicht werden kann.
Aufbauend auf die oben beschriebene kupfer- und molybdänhaltigen Legierungen mit etwa 2,0 % C, 0-1 % Si, 0-1 % Mn, 30 % Cr, 14 % W, 46 % Co, 4 /o Mo und 2 /o Cu wurden zwei weitere Legierungen mit hoher Verschleissfestigkeit erschmolzen, die bei entsprechender Absenkung des Kobaltgehaltes 10 % bzw. 20 % Nickel enthalten. Die Zusammensetzung der untersuchten Legierungen ist in Tafel 1 wiedergegeben.
Tatell Chemische Zusammensetzung von Hartlegierungen mit Kupfer, Molybdän und Nickel Schmelze C Si Mn Cr W Ni Co 1) Mo Cu Fe Nr.
1 2,30 0,42 0,32 28,46 14,70 9,7 37,66 3,39 1,85 0,20 2 2,26 0,46 0,32 28,00 16,15 19,3 27,90 3,30 2,11 0,20 1) als Rest berechnet
Durch den Ersatz von Kobalt durch Nickel werden die Härtewerte bei Raumtemperatur nur wenig vermindert, etwa von 5455 RC bei der nickelfreien Legierung, auf 52-54 RC bei der Legierung 1 mit 10 % Nickel und auf 50-52 RC bei der Legierung 2 mit 20 % Nickel. Mit einer nennenswerten Verminderung der Verschleissfestigkeit durch den Ersatz von Kobalt durch Nickel ist daher nicht zu rechnen.
An den Legierungen 1 und 2 wurden wieder im gegossenen und geschweissten Zustand in 10 %oiger Salz-, 20 %iger Schwefel- sowie in 30 %iger Salpetersäure bei Raum- und Siedetemperatur Gewichtsverlustbestimmungen durchgeführt, deren Ergebnisse in Tafel 2 zusammengestellt sind.
Tafel 2 Gewichtsverluste in glm2h in SaS, Schwefel- und Salpetersäure der Legierungen in Tafel 1 im gegossenen und geschweissten Zustand Angriffs- Versuchs- Leg. 1 in Tafel 1 Leg. 2 in Tafel 2 mittel temp. gegoss. geschw. gegoss. geschw.
10% HCI Raumtemp. 0,34 0,56 0,31 0,69
Siedetemp. 87 96 65 85 20% HnS04 Raumtemp. 0,09 0,09 0,04 0,08
Siedetemp. 1,94 1,55 1,70 1,57 30% HNOs Raumtemp. 0,02 0,01 0,03 0,01
Siedetemp. 1,44 1,16 3,62 2,24
Vergleicht man diese Gewichtsverluste mit denen der in Tafel 3 zusammengefassten nickelfreien Legierungen, so zeigt es sich, dass durch den Nickelzusatz eine weitere Zunahme der Korrosionsbeständigkeit erreicht wird. Im Durchschnitt gerechnet, nehmen die Gewichtsverluste sowohl in Salzsäure als auch in Schwefelsäure durch den Zusatz von 10 bzw. 20 % Nikkel um das 2-3-fache ab.
Tafel 3 loprozentige Salzsäure 20prozentige Schwefelsäure Leg. Gehalt an Raumtemp. Siedetemp. Raumtemp. Siedetemp.
Nr. Mo Cu gegoss. geschw. gegoss. geschw. gegoss. geschw. gegoss. geschw.
3 - 3,5 0,6 0,9 258 255 0,08 1,5 7,6 1,7 4 3,4 2,3 1,2 0,8 234 257 0,02 0,03 6,0 2,4 5 3,1 4,1 0,7 0,7 211 310 0,13 0,2 2,2 9,4 6 4,8 5,5 1,4 0,9 212 234 0,012 0,4 4,7 5,3 7 6,7 3,4 3,2 0,7 207 229 0,04 0,3 3,8 4,2
Der Unterschied in der Korrosionsbeständigkeit der Legierungen mit 10 und 20 % Nickel selbst ist nur gering. Für die praktische Verwendung korrosionsbeständiger kupfer- molybdän- und nickelhaltiger Hartlegie urngen käme somit eine Legierung mit einer Sollzusammensetzung von: 2,2 % C, 0-1 % Si, 0-1 0/0 Mn, 30 % Cr, 14 /0 W, 10 % Ni, 36 % Co, 4 /o Mo und 2 o. % Cu als günstigste Legierung in Frage.
Bei Ni-Gehalten unter 10 % ist die korrosionshemmende Wirkung geringer, doch gleichfalls vorhanden.
Ein ähnlich günstiger Effekt durch Zusatz von Ni konnte bei den Legierungen mittlerer Verschleissfestigkeit erzielt werden. Die Analysengrenzen derartiger Hartlegierungen liegen zwischen
0,7-2,2% C, 0-2% Si, 0-1% Mn,
25-35 % Cr, 3-12,9 0/o W, 0-100/0 Ni, 0-6 0/o Mo, 0,2-6 /o Cu, 0-1%Fe, Rest Co.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Legierung mit folgender Zusammensetzung erwiesen:
1,2%C, 1,1% Si, 0,15% Mn,
30 0/oCr, 4 0/oW, 7 0/oNi,
3,3% Mo, 1,6% Cu, 0-1% Fe, Rest Co.
Dass dieser Hartlegierungstyp mit mittlerer Verschleissfestigkeit (weniger C und weniger W) gegenüber einem Hartlegierungstyp mit hoher Verschleissfestigkeit (mit höheren Gehalten an C und W) die gleich gute Korrosionsbeständigkeit aufweist, falls Cu, Mo und Ni zulegiert wird, ergibt sich aus der Gegenüberstellung der Gewichtsverluste in Salzsäure und Schwefelsäure der beiden wie folgt zusammengesetzten Legierungen: a) Legierung für mittlere Verschleissfestigkeit:
1,20%C, 1,0% Si, 0,09% Mn,
27,7% Cr, 4,9% W, 6,0% Ni,
3,43 Mo, 1,48% Ca, 0,35% Fe, Rest Co.
b) Legierung mit hoher Verschleissfestigkeit:
2,23% C, 1,28% Si, 0,08%Mu,
27,1% Cr, 13,5% W, 6,1% Ni,
3,53% Mo, 1,50% Ca, 0,7% Fo, Rest Ca Gewichtsverluste in gim2 in Sala-, Schwefel- und Salpe tersäure der Legierungen a) und b) Angriffsmittel Versuchstemp. Legierung a Legierung b
1% H2SO4 Raumtemps, 0,01 0,01
Siedetemp. 0,53 0,59 20% HS.,O4 Raumtemp. 0,015 0,018
Siedetemp. 1,20 1,15 10% HC1 Raumtemp. 0,75 0,83 Siedetemp. 135 142
Der Vergleich der Gewichtsverluste für beide Legierungen zeigt, dass bei der Legierung a) mit mittlerer Verschleissfestigkeit durch Zusatz von Molybdän, Kupfer und Nickel eine gleich gute Korrosionsbeständigkeit erreicht werden kann, wie bei der Legierung b), die zum hochverschleissfesten Legierungstyp zählt.
Gegenstand der Erfindung sind daher korrosionsbe- Stäadige Leglarungen mit
0,7%-2,5% C, 0-2% Si, 0-1 % Mn,
25-35 % Cr, 3-20% W, 0-6% Mo,
0,2-6% Cu, 0-20% Ni, 0-0,7% Fe, Rest Co
Corrosion-resistant cobalt-chromium-tungsten alloys
According to a previously known, but not part of the prior art proposal, the corrosion resistance of hard alloys based on Co-Cr-W can be improved by adding Cu and Mo. So z. B. an alloy with the following composition has a particularly high corrosion resistance with practically undiminished wear resistance:
2.2-2.5% C, 30-32% Cr,
13-20% W, 39-47% Co, each 0-1% MQ and Si, 0, = 6 / o Cu and 0-6% Mo, in particular
2.2% C, 30% Cr, 14 Ole W,
46% Co, 4% Mo, 2% Cu and 0-1 / o each of Mn and Si.
Alloys within the stated analysis limits are hard alloys with high wear resistance, but hard alloys with medium wear resistance can also be made corrosion-resistant by adding copper and, if necessary, molybdenum. Their alloy range is within the following limits:
0.7-2.2% C, 0-2% Si,
0-1% Mn, 25-35% Cr,
3-12.9% W, 0.2-6% Cu, 0-60 / 0 Mo, balance Co.
A particular advantage over the highly wear-resistant types is that they can be welded on without cracks without preheating the base material. With this type of alloy, too, the corrosion resistance is increased by adding Cu and Mo without reducing the wear resistance. It was also found that both the alloys with high and those with medium wear resistance can achieve a further increase in corrosion resistance by adding nickel.
Based on the above-described alloys containing copper and molybdenum with about 2.0% C, 0-1% Si, 0-1% Mn, 30% Cr, 14% W, 46% Co, 4 / o Mo and 2 / o Cu, two further alloys with high wear resistance were melted, which contain 10% or 20% nickel with a corresponding reduction in the cobalt content. The composition of the examined alloys is given in Table 1.
Tatell Chemical composition of hard alloys with copper, molybdenum and nickel melt C Si Mn Cr W Ni Co 1) Mo Cu Fe No.
1 2.30 0.42 0.32 28.46 14.70 9.7 37.66 3.39 1.85 0.20 2 2.26 0.46 0.32 28.00 16.15 19.3 27.90 3.30 2.11 0.20 1) calculated as the remainder
By replacing cobalt with nickel, the hardness values are only slightly reduced at room temperature, e.g. from 5455 RC for the nickel-free alloy, to 52-54 RC for alloy 1 with 10% nickel and to 50-52 RC for alloy 2 with 20 % Nickel. A significant reduction in wear resistance due to the replacement of cobalt with nickel is therefore not to be expected.
Weight loss determinations were carried out on alloys 1 and 2 in the cast and welded state in 10% hydrochloric, 20% sulfur and 30% nitric acid at room and boiling temperature, the results of which are summarized in Table 2.
Table 2 Loss of weight in glm2h in SaS, sulfuric and nitric acid of the alloys in Table 1 in the cast and welded state. 1 in table 1 leg. 2 in table 2 medium temp. poured. speed poured. speed
10% HCI room temp. 0.34 0.56 0.31 0.69
Boiling temp. 87 96 65 85 20% HnS04 room temp. 0.09 0.09 0.04 0.08
Boiling temp. 1.94 1.55 1.70 1.57 30% ENT room temp. 0.02 0.01 0.03 0.01
Boiling temp. 1.44 1.16 3.62 2.24
If one compares these weight losses with those of the nickel-free alloys summarized in Table 3, it becomes apparent that the addition of nickel results in a further increase in corrosion resistance. Calculated on average, the weight losses in hydrochloric acid as well as in sulfuric acid decrease 2-3 times by adding 10 or 20% nickel.
Table 3 1 percent hydrochloric acid 20 percent sulfuric acid Leg. Content of room temp. Boiling temp. Room temp. Boiling temp.
No. Mo Cu cast. speed poured. speed poured. speed poured. speed
3 - 3.5 0.6 0.9 258 255 0.08 1.5 7.6 1.7 4 3.4 2.3 1.2 0.8 234 257 0.02 0.03 6.0 2 , 4 5 3.1 4.1 0.7 0.7 211 310 0.13 0.2 2.2 9.4 6 4.8 5.5 1.4 0.9 212 234 0.012 0.4 4, 7 5.3 7 6.7 3.4 3.2 0.7 207 229 0.04 0.3 3.8 4.2
The difference in the corrosion resistance of the alloys with 10 and 20% nickel itself is only slight. For the practical use of corrosion-resistant hard alloys containing copper, molybdenum and nickel, an alloy with a target composition of: 2.2% C, 0-1% Si, 0-10/0 Mn, 30% Cr, 14/0 W would be required , 10% Ni, 36% Co, 4 / o Mo and 2 o.% Cu as the cheapest alloy in question.
If the Ni content is below 10%, the corrosion-inhibiting effect is less, but it is also present.
A similarly beneficial effect through the addition of Ni could be achieved with the alloys with medium wear resistance. The analysis limits of such hard alloys are between
0.7-2.2% C, 0-2% Si, 0-1% Mn,
25-35% Cr, 3-12.9 0 / o W, 0-100 / 0 Ni, 0-6 0 / o Mo, 0.2-6 / o Cu, 0-1% Fe, balance Co.
An alloy with the following composition has proven to be particularly advantageous:
1.2% C, 1.1% Si, 0.15% Mn,
30 0 / oCr, 4 0 / oW, 7 0 / oNi,
3.3% Mo, 1.6% Cu, 0-1% Fe, balance Co.
The fact that this type of hard alloy with medium wear resistance (less C and less W) compared to a type of hard alloy with high wear resistance (with higher contents of C and W) has the same good corrosion resistance if Cu, Mo and Ni are alloyed, can be seen from the comparison of the weight losses in hydrochloric acid and sulfuric acid of the two alloys composed as follows: a) Alloy for medium wear resistance:
1.20% C, 1.0% Si, 0.09% Mn,
27.7% Cr, 4.9% W, 6.0% Ni,
3.43 Mo, 1.48% Ca, 0.35% Fe, balance Co.
b) Alloy with high wear resistance:
2.23% C, 1.28% Si, 0.08% Mu,
27.1% Cr, 13.5% W, 6.1% Ni,
3.53% Mo, 1.50% Ca, 0.7% Fo, remainder Ca weight loss in gim2 in salic, sulfuric and nitric acid of the alloys a) and b) attack agent test temp. Alloy a alloy b
1% H2SO4 room temps, 0.01 0.01
Boiling temp. 0.53 0.59 20% HS., O4 room temp. 0.015 0.018
Boiling temp. 1.20 1.15 10% HC1 room temp. 0.75 0.83 boiling temp. 135 142
The comparison of the weight losses for both alloys shows that with alloy a) with medium wear resistance by adding molybdenum, copper and nickel an equally good corrosion resistance can be achieved as with alloy b), which is a highly wear-resistant alloy type.
The invention therefore relates to corrosion-resistant Leglarungen
0.7% -2.5% C, 0-2% Si, 0-1% Mn,
25-35% Cr, 3-20% W, 0-6% Mo,
0.2-6% Cu, 0-20% Ni, 0-0.7% Fe, balance Co