CH648353A5 - Gussteile mit hoher schlagzaehigkeit und ein verfahren zu deren herstellung. - Google Patents

Gussteile mit hoher schlagzaehigkeit und ein verfahren zu deren herstellung. Download PDF

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CH648353A5 CH10291/79A CH1029179A CH648353A5 CH 648353 A5 CH648353 A5 CH 648353A5 CH 10291/79 A CH10291/79 A CH 10291/79A CH 1029179 A CH1029179 A CH 1029179A CH 648353 A5 CH648353 A5 CH 648353A5
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    • C21D5/04Heat treatments of cast-iron of white cast-iron
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Description

Die Erfindung betrifft Gussteile mit hoher Schlagzähigkeit und Verschleissfestigkeit aus weissem, zumindest vorwiegend austenitischem Chromgusseisen, welches Legierungsbestandteile von 2,2-3,6% C, 8-30% Cr aufweist, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Es ist bereits bekannt, Verschleissteile, welche hohem Abrieb- und Prallverschleiss ausgesetzt sind, aus Chromgusseisen herzustellen. Beispiele hierfür sind in der DIN 1695, BSI4844 Part. 3, ASTM A532-a und anderen zu finden.
Die chemische Analyse der in diesen Blättern genannten Legierungen liegt in der Regel innerhalb folgender Grenzen, wobei alle Prozentangaben ebenso wie in der Einleitung Gewichtsprozente sind:
C 2,2 bis 3,6%
Si 0,4 bis 1,5%
Mn 0,4 bis 1,0%
Ni 0,2 bis 2%
Cr 12 bis 28%
Mo bis 3%
Vbis 1%
Im Gusszustand besteht die Grundmasse aus Austenit und Martensit mit 10 bis 50% Perlit. Die je nach der chemischen
Analyse anwesenden eutektischen bzw. Primär-Karbide, welche in der Grundmasse eingebettet sind, bilden 18 bis 40% des Gefüges.
Durch Anwesenheit des Perlits bzw. von Sekundärkarbiden ist die Grundmasse spröde und die Dauerschlagzähigkeit sowie die Verschleissfestigkeit gering. Durch Vergüten wird die Grundmasse in Martensit umgewandelt und die Eigenschaften dem Einsatz entsprechend verbessert. Im warmbehandelten Zustand, d.h. nach Härten und ein- oder mehrfachem Anlassen und Entspannen mit dem Ziel, den Restaustenitgehalt zu reduzieren, wird die Härte erhöht und die Dauerschlagfestigkeit verbessert. Letztere beträgt jedoch immer noch nur einen Bruchteil derjenigen, welche z.B. vom Manganhartstahl bekannt ist, und es kommt daher gelegentlich zum Versagen der Verschleissteile im Betrieb. Die Betriebsbrüche der Verschleissteile führen nicht nur zum Stillstand beispielsweise des Brechers, sondern manchmal zur Beschädigung der Maschine selbst.
Aus der Literatur und Laborversuchen (z.B. Kulmburg, Staska Werkstofftechnik 73/Nr. 1, S. 41-49, Diesburg, Borik - Symposium for the Mining Industry, Colorado 30.6.74, S. 15-41 usw.) ist bekannt, dass austenitische weisse Chromgusseisen bzw. kaltzähe Stähle gute Verschleisseigenschaften und hervorragende KL (Bruchzähigkeit) Werte besitzen. Die Herstellung solcher Gefüge war jedoch bis jetzt nur durch Härtung aus Temperaturen über 1100° C möglich. Diese hohen Temperaturen sind aber mit durchschnittlichen Öfen im Betrieb nicht wirtschaftlich erreichbar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Struktur von Gussteilen der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, durch welches vorwiegend austenitisches Chromgusseisen bereits im Gusszustand eine Schlagzähigkeit und Verschleissfestigkeit erhält, welches für die Schlag- und Prallverschleiss ausgesetzten Teile beispielsweise eines Brechers ausreicht.
Erfindungsgemäss sind derartige Gussteile dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge frei von Perlit und Sekundärkarbidausscheidungen ist.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kommt es darauf an, dass der Inhalt der Giessform, welche in diesem Fall aus einer metallischen Dauerform gebildet ist, durch ein geeignetes Abkühlen nach dem Giessen ein perlit-, bzw. sekundärkarbidfreies, vorwiegend austenitisches Gefüge entsteht.
Der Giessvorgang erfolgt hierzu bei einer Temperatur von etwa 1400°C, das Entformen erfolgt bei einer Temperatur von über 900°C, vorwiegend über 1000°C, jedenfalls oberhalb der Ac3 Temperatur, welche als a-y Umwandlungstemperatur bezeichnet wird.
Die Abkühlungsgeschwindigkeit muss so gesteuert werden, dass keine Sekundärkarbidausscheidungen und dadurch Ent-stabilisierung des Austenits und keine Perlitausbildung stattfinden kann.
Der Querschnitt der Gussteile kann stark variieren, so dass sich die Abkühlgeschwindigkeit ebenfalls verändert. Die Be-einflussbarkeit der Abkühlgeschwindigkeit hat jedoch gewisse Grenzen (Wärmeleitfähigkeit, Spannungsaufbau, Rissgefahr und andere), so dass es erforderlich sein kann, mit einer kleineren Abkühlgeschwindigkeit zu arbeiten, als dies zur Verhinderung von Perlitbildung bzw. von Sekundärkarbidausscheidungen notwendig wäre. In diesem Fall muss durch Veränderung der chemischen Zusammensetzung eine Legierung erzeugt werden, deren Zeit-Temperaturumwand-lungskurve eine kleinere Abkühlgeschwindigkeit zulässt, ohne dabei in den Perlitumwandlungsbereich zu kommen.
Die Abgüsse können nachträglich entspannt werden bis zu Temperaturen, welche noch keine Veränderungen des Austenits verursachen können, d.h. dass keine Entstabilisierung
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durch Sekundärkarbidausscheidungen stattfindet, vorzugsweise bei 200-300°C.
Beispiel 1
Legierung DIN G-X 300 CrMo 15 3(15% Cr, 3% C,
2% Mo)
Giessen in eine metallische Dauerform. Sofort nach Erstarren bei einer Temperatur von 1000°C herausnehmen. Abkühlung: Luft oder bewegte Luft bis mindestens 200°C. Abkühlungsgeschwindigkeit zwischen 1000 und 500°C 15°C/min. Eine Entspannung bei 250°C Luftabkühlung oder keine.
Beispiel 2
Legierung DIN G-X 260 Cr 27 (25% Cr, 3% C, 1% Mo)
Giessen in eine metallische Dauerform. Nach Erstarren bei einer Temperatur von ca. 1020-1050°C aus der Dauerform herausnehmen und kleinere Querschnitte an Luft (ca. 15°C/
min.) und grössere Querschnitte gesteuert (ca. 8°C/min.) abkühlen. Eine Entspannung bei 250°C Luft oder Ofenabkühlung, oder keine.
Die Dauerschlagversuche haben gezeigt, dass die Ver-5 schleissteile, welche nach diesem Verfahren hergestellt worden sind, eine hervorragende Dauerschlagfestigkeit besitzen. Die Verschleissversuche mit Pin-test haben folgende Resultate gebracht:
io DIN G-X 260 Gusszustand 58 g Verschleissverlust/ Cr 27 Granat
Warmbehandelt 66 g Verschleissverlust/ Granat
DIN G-X 300 Gusszustand 44 g Verschleissverlust/ is CrMo 15 3 Granat
Warmbehandelt 46 g Verschleissverlust/ Granat
B

Claims (9)

648353 PATENTANSPRÜCHE
1. Gussteile mit hoher Schlagzähigkeit und Verschleiss-festigkeit aus weissem, zumindest vorwiegend austenitischem Chromgusseisen, welches Legierungsbestandteile von 2,2-3,6 C, 8-30% Cr aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge frei von Perlit und Sekundärkarbidausscheidungen ist.
2. Gussteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile aus 2,4-3,4% C, 0,4-0,9% Si, 0,4-1,5% Mn, 14-16% Cr, 2-3% Mo, bis 1 % V und bis 2% Cu (Gewichtsprozent) bestehen.
3. Gussteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile aus 2,4-3,4% C, 0,4-0,9% Si, 0,4-1,5% Mn, 14-16% Cr, bis 1% Mo, 1-3% Ni, bis 1% Vund bis 2% Cu (Gewichtsprozent) bestehen.
4. Gussteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile aus 2,4-3,4% C, 0,4-0,9% Si, 0,4-2% Mn, 18-22% Cr, 0,5-3,0% Mo, 0-3% Ni, bis 1% V, bis 2% Cu (Gewichtsprozent) bestehen.
5. Gussteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile aus 2,4-3,4% C, 0,4-0,9% Si, 0,4-2% Mn, 22-26% Cr, 0-3,0% Mo, bis 3% Ni, bis 1% Vund bis 2% Cu (Gewichtsprozent) bestehen.
6. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur des Gussteiles beim Entformen oberhalb Ac3 liegt, und dass die nachfolgende Abkühlgeschwindigkeit genügend gross ist, um die Bildung von Perlit und Sekundärkarbidausscheidungen zu verhindern.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen nach dem Entformen an ruhender oder bewegter Luft mit einer Geschwindigkeit von 15°C pro Minute bzw. mit etwa 8°C pro Minute erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen nach dem Entformen im Salzbad oder in Öl erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen der Raumtemperatur bei einer Temperatur von 200-300°C, jedenfalls unter der Sekundärkarbidausscheidungstemperatur entspannt wird.
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