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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stahlpulverzusammensetzung und einen Sinterkörper daraus, und insbesondere eine martensitische Edelstahlpulverzusammensetzung für Metallpulverspritzgießen, welche eine verbesserte Kontrolle der Abmessungen besitzt, und einen Sinterkörper daraus.
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Stand der Technik
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Metallpulverspritzgießen (MIM) umfasst Verfahren wie Vermischen eines Metallpulvers und eines polymerischen Binders, Formen mit einer Spritzgießmaschine, Entbindern und Sintern bei hohen Temperaturen, um ein endformnahes Metallteil zu erhalten. Die Technologie beinhaltet zwei Bereiche, nämlich Pulvermetallurgie und Plastikspritzgießen. Wegen der hohen Festigkeits- und Härte-Anforderungen an ein MIM-Material wird häufig martensitischer Edelstahl verwendet, zum Beispiel Stahlsorten wie die japanischen SUS410 Serien, die japanischen SUS420 Serien, und die japanischen SUS440C Serien.
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Die martensitischen Edelstahlpulver weisen jedoch allgemein Probleme der schlechter Sinterbarkeit auf, wie schlechte Abmessungsbeständigkeit, ungleichmäßige Sinterdichte, von Charge zu Charge uneinheitliche Eigenschaften, Schmelzen an der Oberfläche von gesinterten Werkstücken, und sogar Verformung. Der Grund ist, dass die optimale Sintertemperatur der Stahlsorten innerhalb von. ungefähr 10°C liegt. Wenn die Temperatur höher als dieser Temperaturbereich ist, wird die Menge an Flüssigphase übergroß, und dadurch bildet sich ein Netzwerk von Flüssigphase, und die Festigkeit wird verringert, und es kommt sogar zu Verformung. Wenn die Sintertemperatur niedriger als dieser Temperaturbereich ist, wird die Sinterdichte zu gering. Gegenwärtig ist einer der Ansätze zur Lösung dieser Probleme beim Sintern der martensitischen Edelstahlpulver, die Homogenität der Temperatur in einem Sinterofen innerhalb von ±5°C der optimalen Sintertemperatur zu steuern, das heißt, das Sinterfenster ist 10°C. Jedoch müssen in diesem Fall einige Sätze von Temperaturmessgebern, Heizern, und programmierten Steuerungen an dem Sinterofen angebracht werden, und daher werden die Kosten erhöht. Wenn ein kleiner Sinterofen verwendet wird, kann gute Gleichmäßigkeit der Temperatur erreicht werden. Die Fertigungsrate ist jedoch niedrig.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Hinblick auf die obigen Probleme stellt die vorliegende Erfindung eine Stahlpulverzusammensetzung und einem Sinterkörper daraus zur Verfügung, um die Nachteile eines herkömmlich gesinterten martensitischen Edelstahlpulvers wie schlechte mechanische Eigenschaften, niedrige Sinterdichte, unbeständige Abmessungen, und schwierige Temperatursteuerung zu überwinden. Um die obigen Aufgaben zu erfüllen, umfasst die Stahlpulverzusammensetzung der vorliegenden Erfindung 0,80–1,40 Gewichtsprozent Kohlenstoff, weniger als 1,0 Gewichtsprozent Silizium, weniger als 1,0 Gewichtsprozent Mangan, 15,0–18,0 Gewichtsprozent Chrom, 0,10–2,50 Gewichtsprozent Titan, und den Rest aus Eisen.
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Der Sinterkörper der vorliegenden Erfindung wird mittels eines Sinterverfahrens aus der Stahlpulverzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt.
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Die Stahlpulverzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann weiter 0,20–1,50 Gew.-% von mindestens einem von Molybdän, Vanadium, und Wolfram umfassen.
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Der Sinterkörper der vorliegenden Erfindung kann weiter 0,20–1,50 Gew.-% von mindestens einem von Molybdän, Vanadium, und Wolfram umfassen.
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Das Titan in der Stahlpulverzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann von einem vorlegierten Pulver, einem Titanpulver, oder einem Titan enthaltenden Karbidpulver stammen.
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Die Wirkung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Titan enthaltende Karbidverbindung wie Titankarbid (TiC) oder Titan-Vanadium-Karbid ((Ti,V)C) bei dem Verfahren durch Hinzufügen eines starken Karbidbildners wie Titan oder durch Hinzufügen eines Titankarbids wie TiC oder (Ti,V)C in der Stahlpulverzusammensetzung gebildet wird, um Nachteile. wie schlechte Kontrolle der Abmessungen und niedrige Sinterdichte zu überwinden, die beim Sintern von herkömmlichen martensitischen Edelstahlpulvern auftreten.
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Des Weiteren kann die Stahlpulverzusammensetzung der vorliegenden Erfindung den Sintertemperaturbereich auf 50°C erweitern und immer noch eine hohe Sinterdichte mit guter Formbeständigkeit erzielen, und dadurch wird die Fertigungsausbeute erhöht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der detaillierten Beschreibung umfassender verstanden werden, die im Folgenden lediglich zur Veranschaulichung angegeben wird und daher für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend ist, und wobei
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1 zeigt eine Sintercharakteristik nach Vergleichsausführungsform 1;
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2 zeigt eine Sintercharakteristik nach Vergleichsausführungsform 2;
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3 zeigt eine Sintercharakteristik nach Vergleichsausführungsform 3;
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4 zeigt eine Sintercharakteristik nach Vergleichsausführungsform 4;
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5 zeigt eine Sintercharakteristik nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt eine Sintercharakteristik nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
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7 zeigt eine Sintercharakteristik nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt eine Sintercharakteristik nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt eine Sintercharakteristik nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung; und
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10 zeigt eine Sintercharakteristik nach Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Umsetzung der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden ausführlich beschrieben. Tabelle 1 zeigt die chemischen Zusammensetzungen gemäß den Ausführungsformen und Vergleichsausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsformen 1 bis 6 sind die chemischen Zusammensetzungen der Stahlpulverzusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung und des Sinterkörpers daraus, und die Vergleichsausführungsformen 1 und 2 sind die chemischen Zusammensetzungen der martensitischen Edelstähle SUS440C, die gegenwärtig in der Industrie verwendet werden und durch Wasserverdüsung und Gasverdüsung hergestellt werden. Tabelle 2 zeigt die Temperaturbereiche von Sinterfenstern gemäß den Vergleichsausführungsformen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Die Sintertests werden wie folgt durchgeführt.
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Vergleichsausführungsform 1: die Metallzusammensetzung dieser Vergleichsausführungsform, wie in Tabelle 1 gezeigt, besteht aus einem kommerziell erhältlichen, vorlegierten SUS440C martensitischen Edelstahlpulver, das durch Wasserverdüsung hergestellt wird. Das Metallpulver von Vergleichsausführungsform 1 wird mit einer geeigneten Menge von Graphitpulver vermischt, so dass nach dem Sintern ein durch SUS440C erforderlicher Kohlenstoffgehalt erreicht wird. Dann wird das vorgemischte Metallpulver weiter mit 7 Gew.-% eines Binders vermischt, für 1 h in einem Mixer vom Z-Typ mit hoher Scherrate bei 150°C gemischt, und dann auf Zimmertemperatur abgekühlt, um ein granulares Spritzgieß-Ausgangsmaterial bzw. „Feedstock” zu erhalten. Ein derartiges Ausgangsmaterial bzw. „Feedstock” wird in eine Spritzgießmaschine gefüllt und zu einem zylindrischen Probestück verarbeitet, das einen Durchmesser von 12,5 mm und eine Länge von 20 mm aufweist. Das Spritzguß-Probestück wird in der Industrie in einem herkömmlichen Entbinderungsschritt entbindert, um den Binder zu entfernen, und dann in einem Vakuum-Sinterofen gesintert, wo die Temperatur von Zimmertemperatur auf 650°C mit einer Rate von 5°C/min angehoben und für 1 h auf 650°C gehalten wird, und dann wird die Temperatur mit einer Rate von 10°C/min auf eine vorher festgelegte Sintertemperatur angehoben und für 1 h gehalten, und gefolgt von Abkühlen auf 800°C, und dann schnellem Abkühlen mit einem Gebläse.
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Die thermische Homogenität des in der vorliegenden Erfindung verwendeten speziellen Sinterofens kann an der Sintertemperatur innerhalb von ±5°C gesteuert werden, und daher ist der gesamte Temperaturbereich bei der vorliegenden Erfindung 10°C. Die Festlegung des Sinterfensters umfasst: ein unteres Temperaturlimit, bei dem eine Dichte von 98% oder mehr der theoretischen Dichte (die für den martensitischen Edelstahl SUS440C etwa 7,72 g/cm3 beträgt) erreicht wird, und ein oberes Temperaturlimit, bei dem eine Verformung des Sinterkörpers auftritt oder die gemessenen Abmessungen eine Differenz von 1% oder mehr zwischen den Durchmessern an beiden Enden des Sinterkörpers aufweisen.
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1 zeigt die Sintercharakteristik von Vergleichsausführungsform 1. Das Sinterfenster von Vergleichsausführungsform 1 liegt innerhalb von 10°C, das heißt, innerhalb von ±5°C; jedoch ist ein solches Sinterfenster nicht für einen gegenwärtig in der Industrie verwendeten Sinterofen geeignet (die thermische Homogenität eines gewöhnlichen Sinterofens in der Industrie ist ungefähr ±10°C), weil die Fertigungsausbeute gering ist.
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Vergleichsausführungsform 2: die Metallzusammensetzung dieser Vergleichsausführungsform ist in Tabelle 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird ein kommerziell erhältliches vorlegiertes martensitisches SUS440C Edelstahlpulver, hergestellt durch Gasverdüsung, dem Verfahren von Vergleichsausführungsform 1 ausgesetzt, und 2 zeigt die Sintercharakteristik. Das Sinterfenster von Vergleichsausführungsform 2 liegt auch innerhalb von 10°C, das heißt, innerhalb von ±5°C, und daher ist diese Vergleichsausführungsform immer noch nicht geeignet, um in einem industriellen Sinterofen für eine Fertigung mit hohem Durchsatz gesintert zu werden.
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Vergleichsausführungsform 3: die Metallzusammensetzung dieser Vergleichsausführungsform ist in Tabelle 1 gezeigt, wobei Wolfram (W) durch Hinzufügen von 2,0 Gew.-% des Wolframkarbid (WC)-Pulvers bereitgestellt wird, und 3 zeigt die Sintercharakteristik. Das Sinterfenster von Vergleichsausführungsform 3 liegt auch innerhalb von 10°C, das heißt, innerhalb von ±5°C, und daher ist diese Vergleichsausführungsform immer noch nicht geeignet, um in einem industriellen Sinterofen bei einer Fertigung mit hohem Durchsatz gesintert zu werden.
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Vergleichsausführungsform 4: die Metallzusammensetzung dieser Vergleichsausführungsform ist in Tabelle 1 gezeigt, wobei Chrom. durch Hinzufügen von. 2,0 Gew.-% des Chromkarbid (Cr3C2)-Pulvers bereitgestellt wird, und 4 zeigt die Sintercharakteristik. Das Sinterfenster von Vergleichsausführungsform 4 liegt auch innerhalb von 10°C, das heißt, innerhalb von ±5°C, und daher ist diese Vergleichsausführungsform auch nicht geeignet, um in einem industriellen Sinterofen bei einer Fertigung mit hohem Durchsatz gesintert zu werden. Das Teststück von Vergleichsausführungsform 4 neigt dazu, sich zu verformen, was zeigt, dass das Hinzufügen von Cr3C2 das Sinterverhalten nicht verbessern kann.
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Ausführungsform 1: die Metallzusammensetzung dieser Ausführungsform ist in Tabelle 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird ein Titan enthaltendes, vorlegiertes Pulver, hergestellt durch Gasverdüsung, dem Verfahren von Vergleichsausführungsform 1 ausgesetzt. 5 zeigt die Sintercharakteristik dieser Ausführungsform. Das Sinterfenster von Ausführungsform 1 ist auf 50°C vergrößert, das heißt, innerhalb von ±25°C. Ein derartiges Sinterfenster verbessert die Sinterbarkeit erheblich und ist geeignet, in einem gängigen Sinterofen in der Industrie verwendet zu werden.
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Ausführungsform 2: die Metallzusammensetzung dieser Ausführungsform ist in Tabelle 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird Titan (Ti) durch Hinzufügen von 1,0 Gew.-% des Titankarbid (TiC)-Pulvers zur Verfügung gestellt, und diese Pulvermischung wird dem Verfahren von Vergleichsausführungsform 1 ausgesetzt. 6 zeigt die Sintercharakteristik. Das Sinterfenster dieser Ausführungsform ist auf 20°C vergrößert, das heißt, innerhalb von ±10°C.
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Ausführungsform 3: Die Metallzusammensetzung dieser Ausführungsform ist in Tabelle 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird Titan (Ti) durch Hinzufügen von 2,0 Gew.-% des Titankarbid (TiC)-Pulvers zur Verfügung gestellt, und diese Pulvermischung wird dem Verfahren von Vergleichsausführungsform 1 ausgesetzt. 7 zeigt die Sintercharakteristik. Das Sinterfenster dieser Ausführungsform ist auf 40°C vergrößert, das heißt, innerhalb von ±20°C, was zeigt, dass das Hinzufügen von Titankarbid (TiC)-Pulver das Sinterverhalten verbessert.
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Ausführungsform 4: Die Metallzusammensetzung dieser Ausführungsform ist in Tabelle 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform werden Titan (Ti) und Wolfram (W) durch Hinzufügen von 2,0 Gew.-% eines Titan-Wolfram-Mischkarbids (W, Ti)C zur Verfügung gestellt, bei dem das Gewichtsverhältnis von WC/TiC 50/50 beträgt, und die Pulvermischung wird dem Verfahren von Vergleichsausführungsform 1 ausgesetzt. 8 zeigt die Sintercharakteristik. Das Sinterfenster dieser Ausführungsform ist 20°C, das heißt, innerhalb von ±10°C, und die Sinterbarkeit von Vergleichsausführungsform 1 wird verbessert.
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Ausführungsform 5: Die Metallzusammensetzung dieser Ausführungsform ist in Tabelle 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird Titan (Ti) durch Hinzufügen von 2,0 Gew.-% des Titankarbid (TiC)-Pulvers zur Verfügung gestellt, und die Pulvermischung wird dem Verfahren von Vergleichsausführungsform 1 ausgesetzt. 9 zeigt die Sintercharakteristik. Das Sinterfenster dieser Ausführungsform ist auf 40°C vergrößert, das heißt, innerhalb von ±20°C.
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Ausführungsform 6: Die Metallzusammensetzung dieser Ausführungsform ist in Tabelle 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird Titan (Ti) durch Hinzufügen eines Titan enthaltenden Stahlpulvers zur Verfügung gestellt, und die Pulvermischung wird dem Verfahren von Vergleichsausführungsform 1 ausgesetzt.
10 zeigt die Sintercharakteristik. Das Sinterfenster dieser Ausführungsform ist auf 30°C vergrößert, das heißt, innerhalb von ±15°C, was zeigt, dass das Hinzufügen von Titan enthaltendem vorlegiertem Pulver das Sinterverhalten verbessert. Tabelle 1
Tabelle 2
| Ausführungsform 1 | Ausführungsform 2 | Ausführungsform 3 |
| Sintertemperatur (°C) | Sinterdichte (g/cm3) | Form | Sintertemperatur (°C) | Sinterdichte (g/cm3) | Form | Sintertemperatur (°C) | Sinterdichte (g/cm3) | Form |
| 1270 | 6,21 | O | 1260 | 6,68 | O | 1260 | 6,34 | O |
| 1280 | 7,74 | O | 1270 | 7,09 | O | 1270. | 6,89 | O |
| 1290 | 7,72 | O | 1280 | 7,66 | O | 1280 | 7,67 | O |
| 1300 | 7,72 | O | 1290 | 7,64 | O | 1290 | 7,66 | O |
| 1310 | 7,74 | O | 1300 | 7,61 | X | 1300 | 7,66 | O |
| 1320 | 7,73 | O | | | | 1310 | 7,65 | O |
| 1330 | 7,69 | X | | | | 1320 | 7,62 | X |
| Kohlenstoffgehalt | 1,18 | Kohlenstoff-gehalt | 1,05 | Kohlenstoff-gehalt | 1,22 |
| Sinterfenster | Innerhalb von 50°C (1275–1325°C) | | Sinterfenster | Innerhalb von 20°C (1127–1295°C | | Sinterfenster | Innerhalb von 40°C (1275–1315°C) | |
Tabelle 2 (fortgesetzt)
| Ausführungsform 4 | Ausführungsform 5 | Ausführungsform 6 |
| Sintertemperatur (°C) | Sinterdichte (g/cm3) | Form | Sintertemperatur (°C) | Sinterdichte (g/cm3) | Form | Sintertemperatur (°C) | Sinterdichte (g/cm3) | Form |
| 1260 | 6,72 | O | 1260 | 6,48 | O | 1250 | 7,10 | O |
| 1270 | 7,45 | O | 1270 | 7,05 | O | 1260 | 7,34 | O |
| 1280 | 7,66 | O | 1280 | 7,71 | O | 1270 | 7,71 | O |
| 1290 | 767, | O | 1290 | 7,71 | O | 1280 | 7,69 | O |
| 1300 | 7,69 | X | 1300 | 7,73 | O | 1290 | 7,72 | O |
| | | | 1310 | 7,72 | O | 1300 | 7,70 | X |
| | | | 1320 | 7,66 | X | | | |
| Kohlenstoff-gehalt | 1,08 | Kohlenstoff-gehalt | 1,25 | Kohlenstoff-gehalt | 1,22 |
| Sinterfenster | Innerhalb von 20°C (1275–1295 °C) | Sinterfenster | Innerhalb von 40°C (1275–1315°C | Sinterfenster | Innerhalb von 30°C (1265–1295°C) |
Tabelle 2 (fortgesetzt)
| Vergleichsausführungsform 1 | Vergleichsausführungsform 2 |
| Sintertemperatur (°C) | Sinterdichte (g/cm3) | Form | Sintertemperatur (°C) | Sinterdichte (g/cm3) | Form |
| 1260 | 6,85 | O | 1250 | 6,59 | O |
| 1270 | 7,21 | O | 1260 | 7,12 | O |
| 1280 | 7,69 | O | 1270 | 7,52 | O |
| 1290 | 7,71 | X | 1280 | 7,71 | O |
| | | | 1290 | 7,70 | X |
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| Kohlenstoffgehalt | 1,03 | Kohlenstoff-gehalt | 0,98 |
| Sinterfenster | Innerhalb von 10°C (1275–1285°C | Sinterfenster | Innerhalb von 10°C (1275–1285°C) |
Tabelle 2 (fortgesetzt)
| Vergleichsausführungsform 3 | Vergleichsausführungsform 4 |
| Sintertemperatur (°C) | Sinterdichte (g/cm3) | Form | Sintertemperatur (°C) | Sinterdichte (g/cm3) | Form |
| 1230 | 7,02 | O | 1260 | 6,71 | O |
| 1240 | 7,53 | O | 1270 | 7,12 | O |
| 1250 | 7,78 | O | 1280 | 7,72 | O |
| 1260 | 7,77 | X | 1290 | 7,73 | X |
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| Kohlenstoffgehalt | 1,02 | Kohlenstoffgehalt | 1,05 |
| Sinterfenster | Innerhalb von 10°C (1245–1255°C) | Sinterfenster | Innerhalb von 10°C (1275–1285°C) |
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Bei der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist Kohlenstoff (C) ein Hauptbestandteil zur Bildung von Karbiden und zum Verbessern der Härte und Festigkeit von den Stahlerzeugnissen. Wenn der Kohlenstoffanteil geringer als 0,8 Gew.-% ist, wird die Flüssigphasen-Bildungstemperatur stark erhöht, und dadurch wird die Sintertemperatur erhöht, was nicht wirtschaftlich ist; und wenn der Kohlenstoffgehalt höher als 1,40 Gew.-% ist, wird die Belastbarkeit der gesinterten Formteile verringert.
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Silizium (Si) ist in der Lage, eine dünne Oxidschicht auf verdüsten Pulvern zu erzeugen, welche die verdüsten Pulver davor schützt, während des Abkühlens weiter oxidiert zu werden; jedoch wird ein übermäßig hoher Siliziumgehalt die Pulveroxidschicht übermäßig dick machen und dadurch das Sintern hemmen. Daher ist der optimale Siliziumgehalt niedriger als 1,0 Gew.-%.
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Mangan (Mn) ist in der Lage, die Härtbarkeit der Stahlformteile zu verbessern; wenn jedoch der Gehalt höher als 1,0 Gew.-% ist, wird der Sauerstoffgehalt in dem verdüsten Pulver stark vergrößert, und dadurch kann das Pulver nicht leicht gesintert werden, und während des Sinterns kommt es üblicherweise zu einer Entgasung. Daher ist der optimale Mangangehalt niedriger als 1,0 Gew.-%.
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Chrom (Cr) ist in der Lage, Chromkarbid zu bilden, um die Härte der Stahlformteile zu verbessern. Wenn Chrom in der Matrix gelöst ist, verbessert sich darüber hinaus die Korrosionsbeständigkeit. Der bevorzugte Chromgehalt ist 15,0–18,0 Gew.-%.
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Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Wolfram (W) sind in der Lage, beim Tempern der gesinterten Stahlformteile Karbide zu bilden und dadurch die Härte zu verbessern. Der bevorzugte Bereich des Gehalts von Molybdän, Vanadium und Wolfram ist 0,2–1,5 Gew.-%. Wenn der Gehalt geringer als 0,2 Gew.-% wird, kann die Härte nicht verbessert werden. Wenn der Gehalt höher als 1,5 Gew.-% ist, wird der Effekt der Festigkeitssteigerung allmählich verringert und ist daher nicht wirtschaftlich.
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Titan (Ti) ist ein starker Karbidbildner. Titankarbid ist in der. Lage, die Vergröberung der Körner während des Sinterns der martensitischen Edelstahlpulver effektiv zu verhindern, was die Probleme der schlechten Abmessungsbeständigkeit und der schlechten mechanischen Eigenschaften der gesinterten Stahlformteile löst. Die geeignete Menge von hinzugefügtem Titan ist 0,1–2,5 Gew.-%, so dass hohe Sinterdichte und Abmessungsbeständigkeit in einem Temperaturbereich von 50°C erhalten werden. Wenn der Titangehalt geringer als 0,1 Gew.-% wird, sind die Effekte der Verbesserung der Abmessungen und Dichten nicht signifikant; und wenn der Gehalt höher als 2,5 Gew.-% ist, kann ein Titan enthaltendes vorlegiertes Pulver nicht einfach hergestellt werden, und das Pulver wird teuer.
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Als nächstes wird die Idee der vorliegenden Erfindung ausführlich beschreiben.
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Was das Sintern von herkömmlichen martensitischen Edelstählen betrifft, so ist, wenn die Temperatur über die Flüssigphasen-Bildungstemperatur erhöht wird, die erzeugte Flüssigphase in der Lage, die Diffusion zu verbessern und dadurch die Verdichtung zu fördern. Aber unglücklicherweise reagiert die Menge an Flüssigphase sehr empfindlich auf die Temperatur. Bei zu viel Flüssigkeit tritt eine Verformung auf. Im Gegensatz dazu wird bei zu wenig Flüssigkeit die Dichte niedrig. Darüber hinaus wird die Anwesenheit der Flüssigphase die Diffusion der Atome beschleunigen und dadurch die Körner vergröbern. Als Ergebnis nimmt die gesamte Korngrenzfläche ab und dementsprechend nimmt die Dicke der Flüssigphase zu. Daher wird das durch die Schwerkraft bewirkte Körnergleiten einfacher und verursacht eine Verformung des gesinterten Formteils.
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Um die obigen Phänomene zu beseitigen, wird bei der vorliegenden Erfindung Titan zu der Schmelze für die Verdüsung hinzugefügt, so dass ein Titankarbid (TiC) oder ein Titan enthaltendes Mischkarbid (Ti,V)C in dem verdüsten, Titan enthaltenden vorlegierten Pulver gebildet wird. So ein Titankarbid wird noch während des Flüssigphasen-Sinterns der Stahlerzeugnisse im Ausgangsstoff stabil vorliegen und infolge des Effekts des Verhinderns der Korngrenzenbewegung durch Titankarbide wird eine feine Kornstruktur erzielt. Wenn die Korngrenze sich bei derselben Menge an Flüssigphase vergrößert, wird die Dicke der Flüssigphase zwischen den Körnern dünner. Als Ergebnis wird das Körnergleiten schwierig und das Werkstück bleibt unversehrt, ohne Verformung. Dementsprechend kann der Sintertemperaturbereich des Sinterkörpers verbreitert werden und eine hohe Sinterdichte und gute Abmessungsbeständigkeit werden erzielt. Darüber hinaus werden die Festigkeit, Härte und Belastbarkeit des Werkstückes infolge der feinen Körner ebenfalls verbessert.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Titanpulver, ein Titan enthaltendes vorlegiertes Pulver, oder ein Titan enthaltendes Karbidpulver wie TiC oder (W,Ti)C zu einem Ausgangspulver aus martensitischen Edelstählen vorgemischt, durch herkömmlich in der pulvermetallurgischen Industrie verwendete Formverfahren wie Trockenverdichtung und Pulverspritzgießen geformt und dann gesintert. Das Verfahren kann die Probleme von schlechter Abmessungsbeständigkeit und schlechten mechanischen Eigenschaften der gesinterten Erzeugnisse verringern.
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Das hinzugefügte Titan enthaltende Karbid wie TiC und (W,Ti)C ist während des Flüssigphasen-Sinterns stabil und hat eine hervorragende Wirkung auf das Verhindern einer Kornvergrößerung der Stahlformteile. Da diese gesinterten martensitischen Stahlformteile meistens in verschleißintensiven Umgebungen verwendet werden, sind die Partikelgröße und der Karbidgehalt in der Matrix sehr wichtige Faktoren beim Ermitteln der Beständigkeit gegen Abnutzung. Je feiner die Partikelgröße des Karbids ist, desto besser die Fähigkeit zum Verhindern von Körnergleiten und die Beständigkeit gegen Abnutzung. Was die Auswahl der Partikelgröße betrifft, beträgt die mittlere Partikelgröße bei dem Titan enthaltenden Karbid der vorliegenden Erfindung weniger als 5 μm.
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Zusammenfassend können all die Bestandteile der Stahlpulverzusammensetzungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Probleme bei der Kontrolle der Abmessungen beim Sintern von martensitischen Edelstahlformteilen effektiv verringern und die Sintereigenschaften stark verbessern.
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Der aus der Stahlpulverzusammensetzung der vorliegenden Erfindung gebildete Sinterkörper weist auch eine Dichte nahe an der von gegossenen oder geschmiedeten Vergleichsstücken auf und hat die Vorteile einer verbesserten Abmessungsbeständigkeit und Fertigungsausbeute. Verglichen mit dem Sinterfenster von ungefähr 10°C bei einem herkömmlichen martensitischen Edelstahlpulverformteil ist das Sinterfenster bei der vorliegenden Erfindung. auf 20°C–50°C ausgedehnt.
