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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Sinterkörper und
dessen Herstellungsverfahren. Insbesondere bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf Zusammensetzungen von Pulvern für die Sinterhärtung, auf
den Sinterkörper
durch die Verwendung von Feinpulvern als Rohmaterial und auf dessen
Herstellungsverfahren.
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2. Beschreibung der zugehörigen Technik
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Wie
es in der Technik altbekannt ist, ist das Design der Legierung in
der Pulvermetallurgie immer der kritische Ausgangspunkt für die Entwicklung
von Pulvermetallurgie. Durch die Kombination von unterschiedlichen
legierungsbildenden Elementen und unterschiedlichen Gehalten an
Additiven können
verschiedene Legierungsstähle
entwickelt werden und auf diversifizierte Gegebenheiten anwendbar
sein. Im Allgemeinen ist es für
Komponenten der Pulvermetallurgie erforderlich, dass sie mechanische
Eigenschaften besitzen, die für ihre
Anwenddungsgebiete geeignet sind. Somit werden thermische Härtungsprozesse
wie das Abschrecken gefolgt von einer Temperierung normalerweise
auf die gesinterten Komponenten angewendet, damit die wünschenswerten
mechanischen Eigenschaften erhalten werden.
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Während jedoch
das Abschrecken durchgeführt
wird, können
mehrere Probleme, wie Verformung, Uneinheitlichkeit der Größe, oder
nach dem Abschrecken Risse durch die schnelle Abkühlungsprozedur
verursacht werden. Zusätzlich
verursacht der an den Komponenten durchgeführte thermische Prozess zusätzliche Kosten.
Deshalb sind Pulver für
die Sinterhärtung
entwickelt worden, indem legierungsbildende Elemente mit hoher Härtbarkeit,
wie Molybdän
(Mo), Nickel (Ni), Mangan (Mn) oder Chrom (Cr) zu Eisenpulvern gegeben wurden,
dann der Grünling
durch den herkömmlichen
Verdichtungsprozess ausgepresst und dann der Grünling gesintert wurde, wobei
die Härte über HRC30
betrug. Beispiele von durch dieses Verfahren hergestellten Legierungen
sind Ancorsteel 737SH (Fe-0,42Mn-1,40Ni-1,25Mo-C) von der Hoegananes
Corp. und ATOMET 4701 (Fe-0,45Mn-0,90Ni-1,00Mo-0,45Cr-C) von der
Quebec Metal Powders Limited. Die aus diesen Pulvern hergestellten
Komponenten werden bei Geschwindigkeiten von mindestens 30°C pro Minute
in dem Sinterofen abgekühlt,
um Martensit und Bainit zu erzeugen.
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Obwohl
die legierungsbildenden Elemente in diesen Komponenten für die Sinterhärtung unter
Verwendung der regulären
Sinterbedingungen von 1120°C
und 30-40 Minuten stets nicht vollständig homogenisiert sind, liefern
diese Pulver für
die Sinterhärtung
bessere mechanische Eigenschaften als diejenigen, die ohne Verwendung
von Pulvern für
die Sinterhärtung
möglich
sind. Obwohl Pulver für
die Sinterhärtung
Kosten durch die Beseitigung des Abschreckprozesses verringern können, muss
ein System mit hoher Abkühlungsgeschwindigkeit
in dem Sinterofen installiert werden. Außerdem sind die zuvor genannten
Abkühlungsgeschwindigkeiten,
während
sie langsamer sind als das Abschrecken, stets schnell genug, um
Probleme wie Verformung, Uneinheitlichkeit der Abmessungen und sogar
Risse hervorzurufen. Gemäß dem US-Patent
Nr. 5,682,588 werden die beanspruchten Pulver durch den herkömmlichen
Pressprozess verdichtet, zwischen 1130-1230°C gesintert und dann bei Geschwindigkeiten
von 5-20°C/Minute
abgekühlt,
damit die erwünschten Effekte
der Sinterhärtung
erzielt werden. Das hat den Prozess durch Senkung der minimalen
Abkühlungsgeschwindigkeit
von 30°C/min
verbessert, wie in den zuvor genannten Prozessen beschrieben ist.
Jedoch sind die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Duktilität, stets
unbefriedigend.
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Bezüglich des
Press-und-Sinterprozesses gibt es Standards (die Version des Jahres
2003) für
Legierungen für
die Sinterhärtung,
die von dem Verband der Metallpulverindustrie (MPIF) dargelegt wurden.
Das FLNC-4408 (1,0-3,0% Ni, 0,65- 0,95%
Mo, 1,0-3,0% Cu, 0,6-0,9% C und der verbleibende Anteil ist Fe)
ist das Beispiel mit den besten mechanischen Eigenschaften. Nach
der Sinterhärtung
und der Temperierung kann die oben erwähnte Legierung eine Zugfestigkeit
von 970 MPa mit der Dichte von 7,2 g/cm3 erreichen,
und die Härte
kann HRC30 erreichen, während
die Duktilität
nur 1,0% beträgt.
Obwohl diese gepresst-und-gesintert Legierung zu einem der Legierungstypen
für die
Sinterhärtung
gehört,
sind deren mechanische Eigenschaften stets nicht zufriedenstellend.
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Auf
dem Gebiet der Pulvermetallurgie werden Feinpulver in dem Metallspritzgussprozess
herkömmlich
verwendet. Demgegenüber
sind die Pulver viel gröber,
die in dem traditionellen Pulvermetallurgieprozess (z.B. Press-und-Sinterprozess) verwendet
werden. Die Teilchengröße der in
dem Metallspritzguss verwendeten Pulver beträgt gewöhnlich weniger als 30 μm, während die
in dem Press-und-Sinterprozess verwendeten Teilchen unterhalb einer
Größe von 150 μm sind. Weil
die Diffusionsabstände
in Feinpulvern kürzer
sind, können
die beigefügten
legierungsbildenden Elemente in den Matrixmaterialien einfacher
homogenisiert werden. Deshalb besitzen Komponenten, die aus den
Feinpulvern gesintert wurden, bessere mechanische Eigenschaften
als diejenigen aus den traditionellen gepresst-und-gesinterten Komponenten.
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Gegenwärtig sind
die Legierungen, die für
den Metallpulver-Spritzguss herkömmlich
verwendet werden, aus der Legierungsreihe Fe-Ni-Mo-C, die beispielhaft
durch MIM-4605 (1,5-2,5%
Ni, 0,2-0,5% Mo, 0,4-0,6% C, < 1,0%
Si, der verbleibende Anteil ist Eisen) dargestellt wird, das die
besten mechanischen Eigenschaften gemäß den MPIF-Standards besitzt.
Diese Legierung erreicht nach dem Sintern eine Zugfestigkeit von
415 MPa, eine Härte
von HRB62 und eine Duktilität
von 15%. Damit die besten mechanischen Eigenschaften erlangt werden,
muss das gesinterte Produkt wärmebehandelt
werden (abgeschreckt und temperiert). Es erreicht dann eine Zugfestigkeit
von 1655 MPa, eine Härte
von HRC48 und eine Duktilität
von 2,0%.
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Obwohl
ausgezeichnete mechanische Eigenschaften der metallspritzgegossenen
Produkte durch eine Wärmebehandlung
nach dem Sintern erhalten werden können, bilden die Kosten der
Wärmebehandlung einen
Großteil
der gesamten Herstellungskosten. Folglich ist es entscheidend, die
Kosten der Wärmebehandlung
zu senken, zum Beispiel durch die Verwendung von Materialien für die Sinterhärtung. Jedoch
werden gemäß den Standards
des Verbandes der Metallpulverindustrie keine Legierungen für die Sinterhärtung für den Metallspritzgussprozess
verzeichnet.
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Wie
oben erwähnt
ist, verbessert die Anwendung von Feinpulvern die Homogenisierung
der legierungsbildenden Elemente und die mechanischen Eigenschaften
der Produkte. Jedoch ist die Anwendung von Feinpulvern in dem traditionellen
Press-und-Sinterprozess wegen dem schwachen Fließverhalten des Pulvers schwierig,
das es wiederum erschwert, die Pulver in die Pressformhöhlung zu
füllen,
und somit kann kein automatisiertes Pressen verwendet werden. Jedoch
kann dieses Problem durch das Granulieren der Feinpulver zu großen runden
Teilchen bewältigt
werden und die granulierten Pulver können dann in dem Press-und-Sinterprozess
angewendet werden.
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Literatur:
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- 1. U. Engström,
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of Sinter-Hardening on the Properties of High Temperature Sintered
PM Steels", Advances
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kompiliert von V. Arnhold, C.-L. Chu, W. F. Jandeska, Jr. und H.
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- 2. K. Kanno, Y. Takeda, B. Lindqvist, S. Takahashi und K. K.
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of Prealloy 3Cr-0.5Mo Steel Powder in a carbon/carbon Composite
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materials – 2002,
kompiliert von V. Arnhold, C.-L. Chu, W. F. Jandeska, Jr. und H.
I. Sanderow, MPIF, Princeton NJ, 2002, Teil 13, Seite 14-22.
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Ni-Mo-Mn-Cr Pre-Alloyed Steel Powder", Advances in Powder Metallurgy & Particulate materials – 2002,
kompiliert von V. Arnhold, C.-L. Chu, W. F. Jandeska, Jr. und H.
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kompiliert von V. Arnhold, C.-L. Chu, W. F. Jandeska, Jr. und H.
I. Sanderow, MPIF, Princeton NJ, 2002, Teil 4, Seite 130-136.
- 5. B. Lindsley, "Development
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Takahashi und K. K. Kanto, "Sintering
of Prealloy 3Cr-0,5Mo Steel Powder in a carbon/carbon Composite Mesh
Belt Furnace", Advances
in Powder Metallurgy & Particulate
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kompiliert von W. B. James und R, A. Chernenkoff, MPIF, Princeton
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und B. Maroli, "Properties
of High-Density Cr-Mo Pre-alloyed Materials High-Temperature Sintered", Advances in Powder
Metallurgy & Particulate
materials – 2004,
kompiliert von W. B. James und R. A. Chernenkoff, MPIF, Princeton
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Metallurgy & Particulate
materials – 2004,
kompiliert von W. B. James und R. A. Chernenkoff, MPIF, Princeton
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- 8. M. Schmidt, P. Thorne, U. Engström, J. Gabler, T. J. Jesberger
und S. Feldbauer, "Effect
of Sintering Time and Cooling Rate on Sinter Hardenable Materials", Advances in Powder
Metallurgy & Particulate
materials – 2004,
kompiliert von W. B. James und R. A. Chernenkoff, MPIF, Princeton
NJ, 2004, Teil 10, Teile 160-171.
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Molded Parts, 2000 edition, MPIF, Princeton NJ, S. 12-13.
- 10. MPIF Standard 35, Materials standards for P/M Structural
Parts, Ausgabe 2003, MPIF, Princeton NJ, S. 46-47.
- 11. K. S. Hwang, C. H. Hsieh und G. J. Shu, "Comparison of the Mechanical Properties
of Fe-1,75Ni-0,5Mo-1.5Cu-0,4C Steels made from the PIM and the Press-and-Sinter Processes", Powder Metallurgy,
2002, Vol. 45, Nr. 2, S. 160-166.
- 12. US-Patent 5,876,481, 1999.
- 13. US-Patent 5,834,640, 1998.
- 14. US-Patent 5,682,588, 1997.
- 15. US-Patent 5,476,632, 1995.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen Metallpulver-Sinterkörper gerichtet,
indem eine neue Zusammensetzung und Feinpulver als das Rohmaterial
verwendet werden. Die Teilchengröße der Pulver
ist zwischen 0,130 μm.
Der hergestellte Sinterkörper
besitzt eine hohe Härtbarkeit
und der Sinterkörper
kann ausgezeichnete mechanische Eigenschaften unter der normalen
Abkühlungsgeschwindigkeit
(3-30 °C/Minute)
innerhalb des traditionellen Sinterofens erlangen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren
für den
Metallspritzguss durch die Verwendung der neuen Zusammensetzungen
der Metallpulver für
die Sinterhärtung
in dem herkömmlichen
Metallspritzgussprozess bereitgestellt. Der Sinterkörper kann
mit einer Temperierung bei niedriger Temperatur ohne Abschreckung
behandelt werden, um ausgezeichnete mechanische Eigenschaften zu
erhalten.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren
für die
Pulvermetallurgie durch die Verwendung der neuen Zusammensetzungen
der Metallpulver für
die Sinterhärtung in
herkömmlichen
Pulvermetallurgieprozessen (Press-und-Sinterprozess) bereitgestellt.
Der Sinterkörper
kann mit einer Temperierung bei niedriger Temperatur ohne Abschreckung
behandelt werden, um ausgezeichnete mechanische Eigenschaften zu
erhalten.
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Gemäß dem oben
erwähnten
und den anderen Zwecken der vorliegenden Erfindung wird ein Metallpulver-Sinterkörper bereitgestellt,
indem Feinpulver als das Rohmaterial verwendet werden, wobei der
Sinterkörper
die kennzeichnende Zusammensetzung enthält, die Eisen (Fe), Kohlenstoff
(C), Nickel (Ni) und wenigstens ein weiteres Festigkeitserhöhungselement
in den folgenden Verhältnissen
einschließt:
Ni: 3,0-12,0%, Kohlenstoff: 0,1-0,8%, die Festigkeitserhöhungselemente:
0,5-7,0%, und der verbleibende Anteil ist Fe. Die oben erwähnten Festigkeitserhöhungselemente
können
aus der Gruppe ausgewählt
werden, die aus Molybdän
(Mo), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Aluminium (AI), Mangan
(Mn), Silizium (Si) und Phosphor (P) besteht. Das oben erwähnte Element
Kohlenstoff kann durch die Zugabe von Graphit oder durch die Verwendung
von kohlenstoffhaltigen Eisencarbonylpulvern bereitgestellt werden.
Der Sinterkörper
der oben erwähnten
Pulver besitzt eine Zugfestigkeit von über 1450 MPa, eine Härte von über HRC38
und eine Duktilität
von über
1% ohne die Verwendung von irgendeinem Abschreckprozess.
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Gemäß dem oben
erwähnten
und den anderen Zwecken der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren
für den
Metallspritzguss bereitgestellt. Die oben erwähnten Zusammensetzungen der
Metallpulver für
die Sinterhärtung
können
auf den Metallspritzguss angewendet werden. Das Verfahren umfasst
das Bereitstellen der Pulver und Bindemittel, während die Durchmesser der elementaren
oder legierten Pulver 0,130 μm
betragen. Die oben erwähnten
Pulver und Bindemittel werden homogen verknetet, um ein Ausgangsmaterial
zu bilden. Die Grünlinge
werden dann aus dem Ausgangsmaterial durch die Verwendung der Spritzgussmaschine
gegossen. Die Bindemittel in den oben erwähnten Grünlingen werden unter Verwendung
der bekannten lösungsmittelvermittelten
oder thermischen Verfahren des Entbinderns entfernt. Der von den
Bindemitteln befreite Körper
wird bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit
von 3-30°C/Minute
in dem Sinterofen gesintert und abgekühlt, der ein regulärer Ofen
sein kann, wie ein Vakuumofen oder ein kontinuierlicher Durchstoßofen. Der
Prozess nach dem Sintern ist der Temperierungsprozess bei niedriger
Temperatur, wobei sich die Temperierungstemperatur von 150-400°C und die
Zeitspanne von 0,5-5 Stunden erstreckt, um die mechanischen Eigenschaften
des Sinterkörpers
zu verbessern.
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Gemäß dem oben
erwähnten
und den anderen Zwecken der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
für die
Pulvermetallurgie unter Verwendung der oben erwähnten Zusammensetzungen der
Metallpulver für die
Sinterhärtung
in den Pulvermetallurgieprozessen (Press-und-Sinterprozess) bereitgestellt.
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen der Pulver und Bindemittel,
wobei die Elementarpulver oder legierungsbildenden Pulver Durchmesser
besitzen, die sich von 0,130 μm
erstrecken. Dann wird der Pulvergranulationsprozess durchgeführt, damit
es den Pulvern und den Bindemitteln gestattet wird, sich zu einem
runden Granulat zu verbinden. Danach wird das obige runde Granulat
gesiebt, damit geeignete Teilchen mit einem guten Fließverhalten
für die
Verdichtungsmaschine selektiert werden. Der Grünling wird durch Füllen der
Teilchen in die Pressformhöhlung
erhalten, und dies wird von der Verdichtung der Teilchen unter hohen
Drücken
gefolgt. Das Bindemittel in dem oben erwähnten Grünling wird während dem
Prozess des Entbinderns entfernt. Nach dem Prozess des Entbinderns
wird der Körper
in dem Sinterofen gesintert, der ein herkömmlicher Ofen sein kann, wie ein
Vakuumofen oder ein kontinuierlicher Durchstoßofen. Die Abkühlungsgeschwindigkeit
kann sich von 3-30 °C/Minute
erstrecken. Der Prozess nach dem Sintern ist der Temperierungsprozess
bei niedriger Temperatur, wobei sich die Temperatur von 150-400°C und die
Zeitspanne von 0,5-5 Stunden erstreckt, um die mechanischen Eigenschaften
des Sinterkörpers
zu verbessern. Es wird angemerkt, dass die granulierten Pulver in
Verbindung mit den Legierungsinhaltsstoffen für die Sinterhärtung aus
der vorliegenden Erfindung mit dem Press-und-Sinterprozess Komponenten
mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften ohne den Abschreckprozess
erzielen können.
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Gemäß dem obigen
stellt die vorliegende Erfindung eine Formulierung für die Feinpulvertypen
für die Sinterhärtung bereit,
die auf den Metallspritzgussprozess oder den traditionellen Pulvermetallurgieprozess (Press-und-Sinterprozess)
anwendbar sind, um den Sinterkörper
(Werkstück)
von hoher Stärke,
hoher Dichte, hoher Härte
und hoher Duktilität
mit geringeren Herstellungskosten zu erzeugen.
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Es
soll verstanden werden, dass die vorangegangene allgemeine Beschreibung
und dass die folgende detaillierte Beschreibung ausschließlich beispielhaft
und erläuternd
und nicht beschränkend
auf die beanspruchte Erfindung sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
begleitenden Zeichnungen werden einbezogen, um ein weiteres Verständnis der
Erfindung zu liefern, und sie werden in diese Spezifikation inkorporiert
und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen stellen Ausführungsformen
der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu,
um die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
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1 ist
eine Querschnittsansicht der Probe in dem Beispiel 1, welche die
duktile Mikrostruktur mit grübchenähnlichen
Brüchen
mittels des Rasterelektronenmikroskops betrachtet.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorangehenden Beschreibungen von spezifischen Ausführungsformen
der Erfindung wurden für Darstellungs-
und Beschreibungszwecke dargelegt. Sie sollen nicht erschöpfend sein
oder die Erfindung auf die offenbarten genauen Formen beschränken. Offensichtlich
sind viele Veränderungen
und Variationen angesichts der obigen Lehre möglich. Die Ausführungsformen
wurden ausgewählt
und beschrieben, um die Prinzipien und die Anwendung der Erfindung
zu erklären, wodurch
andere Fachmänner
dazu ermöglicht
werden, die Erfindung in dessen unterschiedlichen Ausführungsformen
und Veränderungen
gemäß dem beabsichtigten bestimmten
Zweck zu verwenden. Der Schutzumfang der Erfindung soll durch die
hieran angefügten
Ansprüche
und ihren Äquivalenten
definiert werden.
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Die
Elementinhaltsstoffe und die mechanischen Eigenschaften des Sinterkörpers sind
in der Tab. 1 und Tab. 2 aufgelistet, wobei die Beispiele 1-4 in
der Tab. 2 die Sinterkörper
sind, die aus dem Metallspritzgussprozess gemacht wurden; die Beispiele
5-6 sind die Sinterkörper,
die aus dem traditionellen Pulvermetallurgieprozess gemacht wurden.
Die Tab. 1 und Tab. 2 werden verwendet, um die Sinterkörperelemente
und das Herstellungsverfahren für
die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, während die Beispiele 1-6 die
vorliegende Erfindung darstellen und die Beispiele A-D als die Vergleichsgruppe
gemäß der verfügbaren Literatur verwendet
werden.
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Beispiel
A: Gemäß den Standards
von dem MPIF-35 werden die beim Spritzguss verwendeten Elemente
des MIM-4605 in der Tab. 1 gezeigt, während die mechanischen Eigenschaften
des von den Elementen des MIM-4605 erzeugten Sinterkörpers in
der Tab. 2 gezeigt werden.
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Beispiel
B: Die gleiche Zusammensetzung wie in dem Beispiel A. Nach der Wärmebehandlung
verbessern sich die Produkte enorm hinsichtlich der mechanischen
Eigenschaften, wie in der Tab. 2 gezeigt ist.
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Beispiel
C: Gemäß den MPIF-35-Standards
werden die beim Spritzguss verwendeten Elemente des MIM-2700 in
der Tab. 1 gezeigt, während
die mechanischen Eigenschaften des von den Elementen des MIM-2700
erzeugten Sinterkörpers
in der Tab. 2 gezeigt werden.
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Beispiel
D: Gemäß den MPIF-35-Standards
werden die beim traditionellen Press-und-Sinterprozess verwendeten Elemente
der Legierung FLNC-4408 für
die Sinterhärtung
in der Tab. 1 gezeigt, während
die mechanischen Eigenschaften des von den Elementen des FLNC-4408
erzeugten Sinterkörpers
in der Tab. 2 gezeigt werden.
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Beispiel
1: Der Tab. 1 folgend werden die erforderlichen Pulver mit Teilchengrößen im Bereich
von 0,130 μm
mit 7 Gew.-% des Bindemittels vermischt, in dem Mischer mit hoher
Schergeschwindigkeit vom Typ Z bei 150°C für 1 Stunde gemischt und dann
auf Raumtemperatur abgekühlt,
um das granulierte Ausgangsmaterial zu erhalten. Danach wird das
zuvor erwähnte
granulierte Ausgangsmaterial in die Spritzgussmaschine gefüllt, um
den Zugversuchstab (z.B. den Zugversuchstab aus dem MPIF-50-Standard)
zu erzeugen. Der Zugstab wird unter der Prozedur von Bindemitteln
befreit, die aus den bekannten Techniken in der Industrie angewendet
wird, zum Beispiel Entbindern für
5 Stunden unter Verwendung von Heptan als Lösungsmittel bei 50°C, dann Erwärmen des
Zugstabes in dem Vakuumofen von der Raumtemperatur auf bis zu 650°C bei einer Geschwindigkeit
von 5°C/Minute,
Erhöhen
der Temperatur auf 1200°C
bei einer Geschwindigkeit von 10°C/Minute,
Sintern bei 1200°C
für 2 Stunden
und dann Abkühlung
auf Raumtemperatur, um eine Härte
von HRC51 und eine Duktilität
von 1,0% zu erreichen. Der Zugstab erreicht nachdem er bei 180°C für zwei Stunden
temperiert wurde eine Zugfestigkeit von 1800 MPa, eine Härte von
HRC45 und eine Duktilität
von 3%, wie in der Tab. 2 gezeigt ist. Die 1 ist eine
Bruchoberfläche
der Probe in dem Beispiel 1. Die duktile Mikrostruktur mit grübchenähnlichen
Brüchen
wird mittels eines Rasterelektronenmikroskops beobachtet. Das zeigt
an, dass Produkte von hoher Härte,
hoher Zugfestigkeit und hoher Duktilität aus diesen legierungsbildenden
Elementen erzeugt werden können.
Man nehme das so gesinterte MIM-4605 als ein Beispiel, das ein Spritzgussmaterial mit
den besten mechanischen Eigenschaften ist, das von dem MPIF aufgelistet
wurde. Die Eigenschaften sind 415 MPa, HRB62 und 15% Duktilität, wie in
dem Beispiel A in der Tab. 2 gezeigt ist. Nach dem Abschrecken und
der Temperierung besitzt das verbesserte MIM-4605 1655 MPa, HRC48
und eine Duktilität
von 2%, wie in dem Beispiel B in der Tab. 2 gezeigt ist. Das MIM-4605
muss abgeschreckt und temperiert werden, um die mechanischen Eigenschaften
zu erreichen, die denjenigen ähnlich
sind, die von der vorliegenden Erfindung erzeugt werden. Jedoch
besitzt der Sinterkörper
der vorliegenden Erfindung gute mechanische Eigenschaften ohne der
Erfordernis zum Abschrecken.
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Beispiel
2: Der gleiche Prozess wie in dem Beispiel 1 aber mit den Zusammensetzungen,
die in dem Beispiel 2 in der Tab. 1 aufgelistet sind. Nach dem Temperieren
besitzt der Zugstab eine Zugfestigkeit von 1780 MPa, eine Härte von
HRC45 und eine Duktilität
von 4%.
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Beispiel
3: Die gleichen Prozesse wie in dem Beispiel 1 aber mit den Zusammensetzungen,
die in dem Beispiel 3 in der Tab. 1 aufgelistet sind. Nach dem Temperieren
besitzt der Zugstab eine Zugfestigkeit von 1720 MPa, eine Härte von
HRC46 und eine Duktilität
von 4%.
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Beispiel
4: Der gleiche Prozess wie in dem Beispiel 1 aber mit den Zusammensetzungen,
die in dem Beispiel 4 in der Tab. 1 aufgelistet sind. Nach dem Temperieren
besitzt der Zugstab eine Zugfestigkeit von 1450 MPa, eine Härte von
HRC28 und eine Duktilität
von 4%.
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Beispiel
5: Den Zusammensetzungen folgend, die in dem Beispiel 5 in der Tab.
1 aufgelistet sind, besitzen die Pulver Teilchengrößen im Bereich
von 0,130 μm
und die erforderlichen Komponenten werden mit 1,5 Gew.-% der Bindemittel
vermischt. Die Pulver, Wasser und die Bindemittel (z.B.: Polyvinylalkohol)
werden zu einem Schlicker vermengt. Der Schlicker wird dann aus
der Düse
bei hoher Geschwindigkeit atomisiert und mittels heißer Luft
oder heißem
Stickstoff getrocknet, um das Wasser darin zu verdampfen. Die Feinpulver
werden somit durch das Bindemittel miteinander verbunden, um granulierte
Pulver mit gutem Fließverhalten
zu bilden. Die Teilchengröße der granulierten
Pulver beträgt
in etwa 40 μm.
Die zuvor erwähnten
granulierten Pulver werden in die Höhlung gefüllt, um den Zugstab-Grünling mittels
der automatischen Verdichtungsmaschine zu erzeugen. Der Zugstab
wird unter der Prozedur von Bindemitteln befreit, die aus den bekannten
Techniken in der Industrie angewendet wird. Zum Beispiel wird die
Temperatur bei der Geschwindigkeit von 5°C/Minute auf bis zu 400°C erhöht, und
dann bei der Geschwindigkeit von 3°C/Minute auf bis zu 1100°C, für 1 Stunde aufrechterhalten,
und dann bei der Geschwindigkeit von 10°C/Minute auf bis zu 1200°C erhöht, und
das Sintern wird bei dieser Temperatur für 1 Stunde fortgesetzt. Danach
wird der Zugstab abgekühlt
während
die Temperatur der Ofens fällt,
und der Zugstab wird für
2 Stunden bei 180°C
ohne die Verwendung des Abschreckprozesses temperiert. Wie in der
Tab. 2 gezeigt ist, besitzt der Zugstab eine Zugfestigkeit von 1690
MPa, eine Härte
von HRC47 und eine Duktilität
von 3%. Verglichen mit dem FLNC-4408 (das beste sintergehärtete Press-und-Sinter-Werkstück, das
von dem MPIF aufgelistet wird) besitzt das FLNC-4408 970 MPa, HRC30 und
1% Duktilität,
wie in dem Beispiel D in der Tab. 2 gezeigt ist.
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Beispiel
6: Der gleiche Prozess wie in dem Beispiel 5 aber mit den Zusammensetzungen,
die in dem Beispiel 6 in der Tab. 1 gezeigt sind. Nach 2 Stunden
Temperieren bei 180°C
besitzt der Zugstab eine Zugfestigkeit von 1650 MPa, eine Härte von
HRC43 und eine Duktilität
von 4%.
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Tab.
1: Allgemein verwendete Prozentsätze
und Elemente für
die Beispiele 1-6 in der vorliegenden Erfindung und für die Fälle A-D
aus der Industrie und basierend auf den Standards des Verbandes
der Metallpulverindustrie (MPIF) (Gewichtsprozent, Gew.-%)
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Tab.
2: Vergleich von mechanischen Eigenschaften der Legierungen zwischen
den Beispielen 1-6 und den Beispielen A-D
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Zum
Schluss der obigen Beschreibung kann, verglichen mit der besten
Spritzgusslegierung, MIM-4605 (nach dem Abschrecken und Temperieren),
und der besten Legierung für
die Sinterhärtung, FLNC-4408,
für das
Press-und-Sinter-Werkstück, das
von dem Verband der Metallpulverindustrie (MPIF) aufgelistet wird,
die Legierung für
die Sinterhärtung
der vorliegenden Erfindung ähnliche
oder sogar bessere mechanische Eigenschaften ohne den Abschreck-Härtungsprozess
erlangen. Außerdem
können
die von der Abschreck-Härtung
in dem Stand der Technik abgeleiteten Probleme, die Verformung,
Uneinheitlichkeit der Abmessungen und Risse nach dem Abschrecken,
usw. einschließen,
in der vorliegenden Erfindung vermieden und die Kosten aus dem Abschreck-Härtungsprozess
beseitigt werden. Obwohl Legierungen für die Sinterhärtung für den Pressprozess
in der traditionellen Pulvermetallurige erhältlich sind, ist die erforderliche
Abkühlungsgeschwindigkeit
für den
Sinterkörper
viel höher
als die in dieser Studie erforderliche. Der Sinterkörper der vorliegenden
Erfindung liefert ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und er
liefert ferner Vorteile in den Bereichen der Abmessungssteuerung
und niedrigere Kosten.
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Es
ist verständlich
für den
Fachmann, dass verschiedene Veränderungen
und Variationen an der Struktur der vorliegenden Erfindung vorgenommen
werden können,
ohne von dem Schutzumfang oder dem Geist der Erfindung abzuweichen.
Angesichts des vorangegangenen ist beabsichtigt, dass die vorliegende
Erfindung Veränderungen
und Variationen dieser Erfindung unter der Voraussetzung abdeckt,
dass sie in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche und ihrer Äquivalente
fallen.