DE102010019599A1

DE102010019599A1 - Pulvermetallurgischer Stahl

Info

Publication number: DE102010019599A1
Application number: DE102010019599A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Guehring KG
Current assignee: Guehring KG
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2011-11-10
Also published as: WO2011138422A3; JP2013528705A; KR20130124152A; EP2566640A2; JP5940058B2; WO2011138422A2; US20130136647A1

Abstract

Die Beschreibung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls umfassend die Schritte: Zermahlen eines Stahles zu einem pulverförmigen Stahl, Mischen des pulverförmigen Stahles mit einem Bindemittel zu einer Rohmasse, Pressen der Rohmasse zu einem Rohling und Sintern des Rohlings.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls, eine Rohmasse zur Herstellung eines Stahls, ein pulvermetallurgischer Stahl zur Herstellung eines Werkzeugs und einen Stahl.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Stand der Technik sind pulvermetallurgische Stähle bekannt, die durch Walzen von pulverförmigem Stahl hergestellt werden. Durch die hierbei notwendigen mehrmaligen Walzvorgänge entstehen Blöcke, die das Ausgangsmaterial zur Herstellung von Werkzeugen sein können. Bei den pulvermetallurgischen Stählen handelt es sich typischerweise um hochlegierte Stähle, die beispielsweise 0,46% Kohlenstoff und 13% Chrom enthalten können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Herstellung von Werkzeugen aus hochlegiertem pulvermetallurgischem Stahl erfolgt bislang dadurch, dass der Stahl in wiederholten Bearbeitungszyklen gewalzt wird. Diese Walzvorgänge sind zum einen zeitintensiv und zum anderen kostenintensiv, da hierzu aufwändige Walzanlagen erforderlich sind.
Die Herstellung von z. B. Hartmetall oder Cermets kann im Gegensatz dazu durch weit weniger aufwändige Anlagen und außerdem mit einem höheren Ausstoß erfolgen. Eine Herstellung von Hartmetall oder Cermets kann durch Extrudieren mit nachfolgendem Sintern erreicht werden. Vorteilhaft ist bei einem Extrudiervorgang, dass hierdurch kontinuierliche Stäbe hergestellt werden können, die vorteilhaft bei der Herstellung von Bohr-, Fräs-, Reib-, oder Senkwerkzeugen sind, da hierdurch das Rohmaterial (Grünling/Grünform) bereits in die gewünschte zylindrische Form gebracht werden kann, die ein idealer Ausgangspunkt zur Herstellung von Bohr-, Fräs-, Reib- oder Senkwerkzeugen darstellen kann.
Vorteilhaft ist ferner beim Extrudieren, dass durch einfache Erweiterungen der Extrudierdüse bereits während des Extrudiervorgangs z. B. Innenkanäle in den extrudierten Stäben angeordnet werden können. Diese Innenkanäle können beim fertigen Werkzeug dazu genutzt werden, Kühl- und/oder Schmiermittel durch das Werkzeuginnere zu den schneidaktiven Teilen des Werkzeugs führen zu können.
Eine Aufgabe ist daher, eine Möglichkeit bereit zu stellen, pulvermetallurgischen Stahl einfacher zu erhalten. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Rohmasse bereit zu stellen, aus der pulvermetallurgischer Stahl gewonnen werden kann und die extrudiert und gesintert werden kann.
Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte:
Zermahlen eines Stahles zu einem pulverförmigen Stahl, Mischen des pulverförmigen Stahles mit einem Bindemittel zu einer Rohmasse, Pressen der Rohmasse zu einem Rohling und Sintern des Rohlings.
Erfindungsgemäß wird eine Möglichkeit bereit gestellt, pulvermetallurgischen Stahl einfacher zu erhalten. Hierzu wird pulverförmiger Stahl analog wie bei der Herstellung von Hartmetall unter Zugabe eines Bindemittels verarbeitet. Der pulverförmige Stahl mit dem Bindemittel wird dann extrudiert und gesintert.
Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird eine Rohmasse zur Herstellung eines Stahles zur Verfügung gestellt, umfassend: einen pulverförmigen Stahl und ein Bindemittel, wobei die Rohmasse zum Extrudieren und nachfolgenden Sintern geeignet ist.
Als dritte Ausführungsform der Erfindung wird ein pulvermetallurgischer Stahl zur Herstellung eines Werkzeugs zur Verfügung gestellt, wobei der Stahl durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 herstellbar ist.
Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das Bindemittel Kobalt ist.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das Pressen durch ein Strangpresswerkzeug mit einer Düse vorgenommen wird, wodurch die Rohmasse zu einem kontinuierlichen Stab extrudiert werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei während des Extrudierens zumindest abschnittsweise ein Innenkanal zum Leiten von Kühl- und/oder Schmiermittel in den Stab angeordnet wird.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei der Innenkanal wenigstens abschnittsweise wendelförmig oder geradlinig ausgebildet wird.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Stahl zur Verfügung gestellt, wobei der Stahl aus einer Rohmasse nach Anspruch 6 herstellbar ist.
Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, einen pulvermetallurgischen Stahl einfacher und kostengünstiger herstellen zu können, wobei der pulvermetallurgische Stahl durch einen Extrusionsvorgang mit anschließendem Sintervorgang gewonnen werden kann. Als Ausgangsmaterial kann hierzu zunächst ein z. B. hochlegierter Stahl gemahlen werden. Der hierdurch gewonnene pulverförmige Stahl kann mit weiteren Materialien zu einer Rohmasse gemischt werden, die extrudiert und gesintert werden kann. Beispielsweise kann der pulverförmige Stahl mit einem Bindemittel wie z. B. Kobalt vermischt werden. Eine Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls durch Extrudieren und Sintern benötigt wenige Produktionsanlagen und ist daher im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstiger in der Herstellung. Ferner kann durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der Herstellung von pulvermetallurgischem Stahl im Vergleich zu den Herstellverfahren des Stands der Technik eine höhere Menge erzielt werden.
Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigt
1 eine Düse zur Extrusion eines kontinuierlichen pulvermetallurgischen Stabes
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Stand der Technik ist es bekannt pulverförmig zermahlenen Stahl zu verwenden, um daraus pulvermetallurgische Stähle herzustellen. Bei diesem Stahl handelt es sich typischerweise um einen hochlegierten Stahl, der beispielsweise 0,46% Kohlenstoff und 13% Chrom enthalten kann. Hierbei wird der pulverförmige Stahl durch wiederholtes mehrmaliges Walzen verdichtet. Aus den derart entstandenen Blöcken können dann z. B. Werkzeuge hergestellt werden. Die Anordnung von Kühlkanälen kann dadurch erfolgen, dass zwischen den ersten Walzvorgängen Bohrungen am bereits teilweise verdichteten Stahl vorgenommen werden. Insgesamt erfordert diese Herstellungsweise eines pulvermetallurgischen Stahls einen hohen Aufwand an Produktionsanlagen. Außerdem ist die Herstellungsweise gemäß des Stands der Technik zeitaufwändig.
Im Gegensatz hierzu kann erfindungsgemäß einem pulverförmig vorliegenden Stahl Bindemittel, wie z. B. Kobalt, beigemischt werden. Eine derartige Mischung aus einem pulverförmigen Stahl, der z. B. hochlegiert sein kann, mit einem Bindemittel kann in einem darauffolgenden Verarbeitungsvorgang z. B. mittels einer Düse extrudiert werden. Die entstehenden Rohlinge (Grünlinge/Grünformen) können dann in einem Sintervorgang weiterverarbeitet werden. D. h. die erfindungsgemäße Stahl/Bindemittel-Mischung kann analog wie bei der Herstellung von Hartmetall oder Cermets verarbeitet werden. Die Verarbeitung mit einem Strangpresswerkzeug, das eine Düse zur Extrusion aufweisen kann, und der nachfolgende Sintervorgang ermöglichen eine einfache, schnelle und vorteilhafte Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls. Auch die Ausgabeform bei der Extrusion als kontinuierliche Stäbe ist vorteilhaft, da hierdurch bereits die grobe geometrische Form eines Bohr-, Fräs-, Senk- oder Reibwerkzeugs vorliegen kann.
Erfindungsgemäß wird also pulverförmig vorliegender Stahl behandelt und bearbeitet wie z. B. Wolframkarbide als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Hartmetall (unter Zugabe eines Bindemittels wie z. B. Kobalt).
Aufgrund der Extrusion können ferner vorteilhafterweise in einfacher Weise in den extrudierten Stab Innenkanäle eingeprägt werden, die sich insbesondere in ihren Abmessungen (Durchmesser, kreisflächiger oder elliptischer Querschnitt) durch die weiteren Verarbeitungsvorgänge, z. B. das Sintern, nicht mehr in so großem Maße ändern können wie dies im Vergleich hierzu bei der Bearbeitungsweise des Stands der Technik durch Walzen der Fall sein kann. Es kann daher eine höhere Maßgenauigkeit bei der Herstellung der Innenkanäle der pulvermetallurgischen Stähle sicher gestellt werden.
1 zeigt eine Düse zur Extrusion eines kontinuierlichen Stabes, wobei durch eine Eintrittsöffnung 103, 104, die die Fläche eines Kreisrings aufweisen kann, eine Rohmasse in die Düse eingepresst wird. Erfindungsgemäß umfasst die Rohmasse pulverförmigen Stahl, wobei der Stahl hochlegiert sein kann, und mindestens ein Bindemittel, wie z. B. Kobalt, aufweisen kann. Die Rohmasse wird im Bereich 105 zusammengeführt, wobei durch z. B. kontinuierlich rotierende Stäbe 107 in die gepresste Rohmasse verdrallte Innenkanäle 101 eingeprägt werden können. Aus der Düse 102 kann dann ein kontinuierlicher Stab 106 mit Innenkanälen 101 austreten. Falls die Stäbe 107 nicht rotieren, sondern still stehen, können kontinuierliche Stäbe 106 mit geradlinigen Innenkanälen gebildet werden.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen” weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein” und „eine” mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
Bezugszeichenliste

101: Innenkanal
102: Düse
103: Eintrittsöffnung
104: Eintrittsöffnung
105: Vermischungsbereich
106: extrudierter Stab
107: Stab

Claims

Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls umfassend die Schritte Zermahlen eines Stahles zu einem pulverförmigen Stahl, Mischen des pulverförmigen Stahles mit einem Bindemittel zu einer Rohmasse, Pressen der Rohmasse zu einem Rohling und Sintern des Rohlings.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel Kobalt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Pressen durch ein Strangpresswerkzeug mit einer Düse (102) vorgenommen wird, wodurch die Rohmasse zu einem kontinuierlichen Stab extrudiert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei während des Extrudierens zumindest abschnittsweise ein Innenkanal (101) zum Leiten von Kühl- und/oder Schmiermittel in den Stab (106) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Innenkanal (101) wenigstens abschnittsweise wendelförmig oder geradlinig ausgebildet wird.
Rohmasse zur Herstellung eines Stahls umfassend einen pulverförmigen Stahl und ein Bindemittel, wobei die Rohmasse zum Extrudieren und nachfolgenden Sintern geeignet ist.
Pulvermetallurgischer Stahl zur Herstellung eines Werkzeugs, wobei der Stahl durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 herstellbar ist.
Stahl nach Anspruch 7, wobei der Stahl aus einer Rohmasse nach Anspruch 6 herstellbar ist.