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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterbauteils umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Eisenbasispulvers mit Chrom als Legierungselement; Einfüllen des Pulvers in eine Pulverpresse; Pressen des Pulvers zu einem Grünling; Entfernen des Grünlings aus der Pulverpresse; Sintern des Grünlings zum Sinterbauteil; Nachverdichten des Sinterbauteils; Härten des Sinterbauteils.
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Sinterbauteile, also Bauteile, die nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt sind, haben im Vergleich zu Bauteilen aus Gusswerkstoffen den Nachteil, dass für viele Anwendungen die Festigkeit nach dem Sintern aufgrund der Porigkeit des Sinterbauteils nicht ausreichend ist. Im Stand der Technik wurden daher schon diverse Verfahren zu Nachverdichtung bzw. Oberflächenverdichtung von Sinterbauteilen nach dem Sintern vorgeschlagen.
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Ein übliches Verfahren ist das Walzen von rotationssymmetrischen Bauteilen, wie beispielsweise Zahnräder. Stellvertretend sei dazu auf die
WO 1992/005897 A1 verwiesen.
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Eine Verfahrensvariante ist das Verdichten in einem Matrizenwerkzeug, das in der
EP 2 066 468 A2 beschrieben ist. Dazu ähnliche Verfahren sind aus der
JP 10 085 995 A , der
AT 517 989 A1 und der
RU 2 156 179 C2 bekannt.
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Obwohl diese Verfahren zur Nachverdichtung an sich gute Ergebnisse liefern, ergeben sich beim Nachverdichten von harten Werkstoffen, wie z.B. chromenthaltenden Eisenpulvern, wie sie z.B. in der
DE 10 2005 027 055 A1 , die das Walzen von Sinterzahnrädern behandelt, beschrieben sind, Probleme. Das Verfahren gemäß der
DE 10 2005 027 055 A1 umfasst dazu die Schritte: Einfüllen eines Sintermaterials in eine Presse, die eine Innengeometrie zur Bildung einer Vorform aufweist, wobei zumindest im Bereich einer Flanke der Verzahnung ein Aufmaß gebildet wird; Pressen des Sintermaterials, so dass eine Vorform entsteht; Vorsintern der gepressten Vorform; Oberflächenwalzen von zumindest einem Bereich der Flanke der Verzahnung; Sintern des Bauteils, Sinterhärten des Bauteil und Feinbearbeiten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens, mit dem harte Sinterwerkstoffe mit einer relativ hohen Oberflächendichte hergestellt werden können.
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Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass das Sintern in einer entkohlenden Atmosphäre durchgeführt wird, und dass das Sinterbauteil zur Oberflächenverdichtung entlang einer Achse von einer ersten Matrizenöffnung in Richtung auf eine zweite, der ersten Matrizenöffnung entlang der Achse gegenüberliegenden Matrizenöffnung eines Matrizenwerkzeugs bewegt wird, wobei der Sinterbauteil während dieser Bewegung mehrere Matrizenabschnitte des Matrizenwerkzeugs durchläuft und dabei ein Oberflächenbereich des Sinterbauteils verdichtet wird, wozu in Pressrichtung ein Innendurchmesser der aufeinanderfolgenden Matrizenabschnitte kleiner wird und die einzelnen Matrizenabschnitte derart angeordnet sind, dass ein nachfolgender Matrizenabschnitt der mehreren Matrizenabschnitte jeweils unmittelbar an den entsprechenden, in Pressrichtung vorhergehenden Matrizenabschnitt anschließt.
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Von Vorteil ist dabei, dass durch die entkohlende Sinterung die Härte des Bauteils reduziert wird, sodass das nachfolgende Verdichten des Bauteils einfacher und effizienter durchgeführt werden kann. Nachdem das Sinterbauteil beim Nachverdichten allseitig „eingespannt“ ist, können damit sehr hohe Oberflächendichten auch für Chrom enthaltende Eisenwerkstoffe erreicht werden, da das Material nicht ausweichen kann, wie dies beim Walzen der Zahnräder gemäß der genannten DE-A1 der Fall ist, bei dem der Druck nur radial auf die Zähne des Zahnrades aufgebracht wird. Zudem ist das Verfahren nicht nur auf rotationssymmetrische Sinterbauteile beschränkt.
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Für die bessere Umformbarkeit der Sinterbauteile hat sich im Zuge der Evaluierung des Verfahrens als vorteilhaft erwiesen, wenn in der entkohlenden Atmosphäre zumindest ein Gas aus einer Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf enthalten ist, wobei der Anteil des Gases zwischen 0,1 Vol.-% und 10 Vol.-% an der Atmosphäre beträgt.
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Bevorzugt wird gemäß einer anderen Ausführungsvariante des Verfahrens der C-Anteil im sinternden Grünling um maximal 0,6 Gew.-% reduziert. Überraschend konnte festgestellt werden, dass bereits diese minimale Reduktion des Kohlenstoffgehalts im Sinterbauteil für die verbesserte Umformbarkeit ausreicht, wenn die Oberflächenverdichtung in dem besagten Matrizenwerkzeug durchgeführt wird.
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Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach dem Oberflächenverdichten in einem an den letzten Matrizenabschnitt mit kleiner werdendem Innendurchmesser eine Entspannung des Sinterbauteils in einem unmittelbar an den letzten Matrizenabschnitt anschließenden Entlastungsabschnitt, der einen im Vergleich zu dem unmittelbar davor ausgebildeten letzten Matrizenabschnitt der Matrizenabschnitt mit kleiner werdendem Innendurchmesser größeren Innendurchmesser aufweist, durchgeführt wird, wobei das Sinterbauteil in dem Entlastungsabschnitt kalibriert wird, wozu die Innenkontur dieses Entlastungsabschnitts der Sollkontur mit Sollmaß des Sinterbauteils entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass vor dieser Kalibrierung bzw. Zwischenkalibrierung keine weitere Umformung des Sinterbauteils aus dem entlasteten Zustand erfolgt, wodurch die durch den Kneteffekt beim Oberflächenverdichten hervorgerufene Gratbildung am Sinterbauteil reduziert werden kann. Darüber hinaus wird damit auch das Matrizenwerkzeug mechanisch weniger belastet, da eine weitere Verdichtung des Sinterbauteils aus dem entlasteten Zustand höherer Umformkräfte erfordert, nachdem dieser in den vorausgegangenen Verdichtungsschritten oberflächlich bereits verdichtet wurde.
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Vorzugsweise wird ein Pulver verwendet, das einen Chromanteil zwischen 0,1 Gew.-% und 10 Gew.-% aufweist. Es können damit mit dem Verfahren Sinterbauteile mit entsprechend guten Festigkeitseigenschaften hergestellt werden, wodurch das Einsatzgebiet von Sinterbauteilen vergrößert werden kann.
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Wie voranstehend ausgeführt, erfolgt nach dem Oberflächenverdichten das Härten des Sinterbauteils. Das Härten erfolgt dabei bevorzugt durch Aufkohlen und anschließendes Abschrecken oder Sinterhärten und anschließendes Abschrecken oder Induktivhärten.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass das Aufkohlen mittels Niederdruckaufkohlen durchgeführt wird. Es kann damit der Vorteil erreicht werden, dass auch bei in axialer Richtung sehr schmalen Sinterbauteilen im Vergleich zu anderen Aufkohlungsverfahren, wie das Carbonitrieren, sehr gezielt Härteprofile eingestellt werden können. Es ist also auch bei diesen Sinterbauteilen möglich, einen weicheren Kern zu erhalten.
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Das Abschrecken kann nach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens mit Gas durchgeführt werden. Durch die Vermeidung von Flüssigkeiten zum Abschrecken kann das Einlagern dieser Flüssigkeiten in das Sinterbauteil vermieden werden, wodurch nach dem Verfahren bereits ein sehr sauberer Sinterbauteil zur Verfügung steht.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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Es zeigt in vereinfachter, schematischer Darstellung:
- 1 einen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einem Matrizenwerkzeug zum Oberflächenverdichten.
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Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
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Die Herstellung von metallischen Sinterbauteilen, wie beispielsweise Zahnräder, erfolgt nach einem pulvermetallurgischen Verfahren (Sinterverfahren). Derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bereits bestens bekannt, sodass sich eine ausführliche Erörterung der Grundzüge dieses Verfahrens erübrigt. Es sei dazu nur so viel ausgeführt, dass das Verfahren im Wesentlichen die Schritte Bereitstellen eines Pulvers, Einfüllen des Pulvers in eine Pulverpresse, Pressen des Pulvers zu einem Grünling, Entfernen des Grünlings aus der Pulverpresse, ein- oder mehrstufiges Sintern des Grünlings zum Sinterbauteil, Nachverdichten des Sinterbauteils und Härten des Sinterbauteils umfasst. Im Folgenden wird daher nur auf die Wesentlichen Schritte des Verfahrens nach der Erfindung näher eingegangen. Zu den restlichen Verfahrensschritten sei auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
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Das Sinterbauteil wird aus einem Eisenbasispulver mit Chrom als Legierungselement hergestellt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante weist das Sinterbauteil bzw. das Pulver einen Anteil an Chrom auf, der ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,1 Gew.-% und 10 Gew.-%.
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Das Eisenbasispulver kann beispielsweise folgende Zusammensetzung aufweisen: Fe+3%Cr+0,5%Mo+0,5%C oder auch Fe+1,8%Cr+2%Ni+0,5%C.
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Generell kann das Eisenbasispulver neben Chrom folgende Bestandteile in den angegebenen Mengenanteilen enthalten, wobei sich die Anteile des Eisenbasispulvers jeweils auf 100 Gew.-% addieren:
- Fe:
- 90 Gew.-% bis 99,9 Gew.-%
- C:
- 0 Gew.-% bis 1 Gew.-%
- Mo:
- 0 Gew.-% bis 2 Gew.-%
- Ni:
- 0 Gew.-% bis 5 Gew.-%
- Cu:
- 0 Gew.-% bis 5 Gew.-%
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Für das eingesetzte Pulver können die reinen Elemente oder Vorlegierungen, gegebenenfalls mit Masterlegierungen, eingesetzt werden.
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Das Pulver wird in die Matrize einer Pulverpresse eingefüllt und in dieser zum sogenannten Grünling verpresst, vorzugsweise koaxial verpresst. Der Pressdruck kann beispielsweise zwischen 600 MPa bis 1200 MPa betragen.
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Nach dem Entfernen des Grünlings aus der Pulverpresse wird dieser zum Sinterbauteil gesintert. Das Sintern kann einstufig erfolgen, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 900 °C und 1350 °C, oder zweistufig, wobei in der ersten Stufe die Temperatur zwischen 800 °C und 1200 °C und in der zweiten Stufe zwischen 1100 °C und 1350 °C betragen kann.
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Das Sintern (vor dem Nachverdichten) wird in einer entkohlenden Atmosphäre durchgeführt. Dazu kann die Sinteratmosphäre zumindest ein Gas aus einer Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf und Gemische daraus enthalten. Der Anteil des zumindest einen Gases an der entkohlenden Atmosphäre kann zwischen 0,1 Vol.-% und 10 Vol.-% betragen. Im Falle eines Gemisches kann der Summenanteil an den entkohlenden Gasen ebenfalls zwischen 0,1 Vol.-% und 10 Vol.-% betragen. Den Rest bildet jeweils Stickstoff und/oder Wasserstoff.
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Vorzugsweise beträgt gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens der Anteil des Gases zwischen 0,1 Vol.-% und 2 Vol.-% an der Atmosphäre.
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Generell kann der Kohlenstoffanteil im sinternden Grünling während des Sinterns in der entkohlenden Atmosphäre um 0,01 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% reduziert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens wird der Kohlenstoffanteil aber nur um maximal 0,6 Gew.-% reduziert.
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Weiter kann nach einer anderen Ausführungsvariante vorgesehen werden, dass der Kohlenstoffanteil nur in einer Oberflächenschicht mit einer Schichtdicke zwischen 10 µm und 500 µm reduziert wird. Erreicht wird dies durch gezielte Gasströmung im Sinterofen.
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Anschließend an das Sintern wird der Sinterbauteil nachverdichtet, wobei zumindest die Oberfläche und der daran anschließende Bereich verdichtet wird. Die Wirkung der Oberflächenverdichtung ist direkt an der Kontaktfläche mit dem Verdichtungswerkzeug am größten und nimmt in Richtung zum Inneren des Sinterbauteils ab. Mit Hilfe des Verfahrens können Randschichten von chromhältigen Sinterbauteilen mit einer Dicke von wenigen hundertstel Millimeter bis zu mehreren zehntel Millimetern und darüber verdichtet werden.
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Für das Oberflächenverdichten wird ein Matrizenwerkzeug 1 verwendet, wie es in 1 im Längsschnitt anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt ist.
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Ein Sinterbauteil 2, der entsprechend den voranstehend genannten Verfahrensschritten hergestellt ist, wird zum Oberflächenverdichten entlang einer Achse 3 durch das Matrizenwerkzeug 1 bewegt.
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Das Matrizenwerkzeug 1 umfasst einen Werkzeuggrundkörper 4, der an einer Werkzeugoberfläche 5 eine erste (obere) Matrizenöffnung 6 aufweist, von der entlang der Achse 3 mehrere Matrizenabschnitte 7 bis 11 in das Innere des Werkzeuggrundkörpers 4 führen. Dabei schließt an die erste Matrizenöffnung 6 der erster Matrizenabschnitt 7 an, der letzte Matrizenabschnitt 11 ist hingegen zu einer der ersten Werkzeugoberfläche 5 entlang der Achse gegenüberliegenden zweiten Werkzeugoberfläche 12 und einer darin ausgebildeten zweiten Matrizenöffnung 13 nähergelegen.
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Der Sinterbauteil 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Gründern der besseren Darstellbarkeit scheibenförmig ausgeführt und hat an einer radialen Außenfläche 14, d.h. der Stirnfläche, einen Durchmesser 15, der vor der Oberflächenverdichtung einem Rohdurchmesser entspricht und nach der Oberflächenverdichtung einem dazu kleinerem End-durchmesser entspricht. Die dargestellte Form des Sinterbauteils 2 ist aber nicht einschränkend zu verstehen.
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Die Oberflächenverdichtung des Sinterbauteils 2 erfolgt, indem dieser durch die erste Matrizenöffnung 6 in den ersten Matrizenabschnitt 7 eingeführt wird und nachfolgend in alle weiteren Matrizenabschnitte 8 bis 11 bewegt wird, wobei in jedem Matrizenabschnitt 7 bis 11 die Außenfläche 14 des Sinterbauteils 2 zumindest auf Abschnitten der Außenfläche 14 gegen Wandflächen 16 der Matrizenabschnitte 7 bis 11 gepresst wird.
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Erreicht wird die Presswirkung dadurch, dass ein Innendurchmesser 17 der Matrizenabschnitte 7 bis 11, der durch die lichte Weite zwischen gegenüberliegenden bzw. zusammenwirkenden Abschnitten der Pressfläche eines Matrizenabschnitts 7 bis 11 definiert ist, jeweils kleiner ist als der Durchmesser 15 des Sinterbauteils 2 bevor er in den jeweiligen Matrizenabschnitt 7 bis 11 eingeführt wird. Generell weisen die Matrizenabschnitte 7 bis 11 bevorzugt eine Innenkontur auf, die der Außenkontur des Sinterbauteils 2 entspricht, wobei jedoch jeder Matrizenabschnitt 7 bis 11 einen Umfang bzw. eine Querschnittsfläche aufweist, der/die kleiner ist als der Umfang bzw. die Querschnittsfläche des Sinterbauteils 2, bevor er in den jeweiligen Matrizenabschnitt 7 bis 11 eingeführt wird.
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Die entlang der Achse 3 aufeinander folgenden Matrizenabschnitte 7 bis 11 gehen unmittelbar (stetig), d.h. ohne Zwischenabschnitte, ineinander über und weisen vom ersten Matrizenabschnitt 7 bis zum letzten Matrizenabschnitt 11 (monoton) abnehmende Innendurchmesser 17 bzw. Querschnittsflächen auf, d.h. dass aufeinander folgende Matrizenabschnitt 7 bis 11 kleiner werden, jedoch nicht größer werden. Die Bewegung des Sinterbauteils 2 im Matrizenwerkzeug 1 erfolgt bevorzugt geradlinig in der Pressrichtung von der ersten Matrizenöffnung 6 bis zum letzten Matrizenabschnitt 11, anschließend daran erfolgt die Entformung des Sinterbauteils 2 aus dem Matrizenwerkzeug 1 bevorzugt nach Bewegungsrichtungsumkehr entgegen der Pressrichtung durch die erste Matrizenöffnung 6.
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Der geradlinigen Bewegung in Richtung der Achse 3 kann auch eine Drehbewegung überlagert sein, wodurch der Sinterbauteil 2 im Matrizenwerkzeug 1 eine Schraubbewegung ausführt.
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Die für die Verfahrensdurchführung erforderliche Relativbewegung zwischen dem Sinterbauteil 2 und dem Matrizenwerkzeug 1 kann durch Bewegung des Sinterbauteils 2 und/oder durch Bewegung des Matrizenwerkzeugs 1 erfolgen, wobei der Sinterbauteil 2 und das Matrizenwerkzeug 1 dazu jeweils mit einem geeigneten Antrieb oder einem feststehenden Gestell verbunden sind. Während des Oberflächenverdichtens und das nachfolgenden Kalibrierens ist das Sinterbauteil 2 zwischen einem Oberstempel 18 und einem Unterstempel 19 eingespannt. Für die Abwärtsbewegung drückt der Oberstempel 18 von oben auf den Sinterbauteil 2, der Unterstempel 19 kann dabei nach unten gezogen werden oder er wird vom Oberstempel 18 ebenfalls nach unten gedrückt. Für das bevorzugte Ausstoßen des Sinterbauteils 2 über die erste Matrizenöffnung 6 wird der Unterstempel 19 nach oben gedrückt und kann gegebenenfalls der Oberstempel 18 nach oben gezogen werden. Für diese Bewegungen des Oberstempels 18 und des Unterstempels 19 können entsprechende, nicht näher dargestellte, Antriebe vorgesehen sein.
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Der Übergang von einem Matrizenabschnitt 7 bis 10 zum daran anschließenden Matrizenabschnitt 8 bis 11 kann als Fase 20 ausgeführt sein, oder mit einer Rundung versehen sein, wobei in Pressrichtung an eine konkave Rundung eine konvexe Rundung anschließen kann. Dadurch kann ein sanfter Übergang des Sinterbauteils 2 von einem Matrizenabschnitt 7 bis 10 zum nachfolgenden Matrizenabschnitt 8 bis 11 erfolgen, ohne dass durch eine schafkantige Stufe ein unbeabsichtigter Materialabtrag am Sinterbauteil 2 erfolgt oder dass die Kanten an den Übergängen des Matrizenwerkzeugs 1 ausbrechen. Wie aus 1 ersichtlich, kann eine derartige Fase auch an der ersten Matrizenöffnung 6 ausgebildet sein. Die Fasen 20 bzw. die jeweiligen Rundungen sind Teil des jeweiligen Matrizenabschnittes 7 bis 11, bilden also keine Zwischenabschnitte.
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Obwohl in der in den 1 und 2 konkret dargestellten Ausführungsvariante des Matrizenwerkzeugs 1 fünf Matrizenabschnitte 7 bis 11 dargestellt sind, kann das Matrizenwerkzeug 1 generell zwischen drei und acht oder mehr als acht derartige Matrizenabschnitte aufweisen.
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Der in 1 gezeigt letzte Matrizenabschnitt 11 ist jener Matrizenabschnitt des Matrizenwerkzeugs 1, der den kleinsten Innendurchmesser 17 bzw. die kleinste lichte Weite aufweist. Unmittelbar anschließend an diesen letzten Matrizenabschnitt 11 mit dem kleinsten Innendurchmesser 17 kann gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens bzw. des Matrizenwerkzeugs 1 in dem Matrizenwerkzeug 1 ein Entlastungsabschnitt 21 vorgesehen bzw. ausgebildet sein. Dieser Entlastungsabschnitt 21 weist einen im Vergleich zu dem unmittelbar davor ausgebildeten letzten Matrizenabschnitt 11 mit kleiner werdendem Innendurchmesser 17 größeren Innendurchmesser 22 auf. Dadurch kann sich das Sinterbauteil 2 in diesem Entlastungsabschnitt 21 entspannen. Gleichzeitig mit dieser Entspannung erfolgt in dem Entlastungsabschnitt 21 auch die Kalibrierung des Sinterbauteils 2. Dazu weist der Entlastungsabschnitt 21 eine Innenkontur auf, die der Sollkontur mit Sollmaß des Sinterbauteils 2 entspricht. Die Innenkontur des Entlastungsabschnitts 21 ist also sowohl hinsichtlich der Geometrie als auch der geometrischen Abmessungen (im Querschnitt betrachtet) gleich der Außenkontur des fertigen Sinterbauteils 2.
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Es sei an dieser Stelle ausgeführt, dass unter Kalibrieren eines gesinterten Bauteils dessen Bearbeitung zur zumindest annähernden Herstellung der Sollmaße des Bauteils in einem Werkzeug durch pressende Beanspruchung verstanden wird. Mit „zumindest annähernden“ ist dabei gemeint, dass Abweichungen vom Sollmaß im Rahmen der üblichen Toleranzen zulässig sind.
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Unter dem Begriff Sollmaß wird im Sinne der Erfindung ein Endmaß verstanden, das das fertige Sinterbauteil 2 haben soll, gegebenenfalls abzüglich der Vergrößerung des Sinterbauteils 2 nach der Entspannung, die durch das Springbackverhalten des Sinterwerkstoffes aufgrund des elastischen Rückfederung definiert ist. Der Anteil des Springbackverhaltens kann empirisch bestimmt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, ergibt das Sollmaß plus die gegebenenfalls auftretende Vergrößerung aufgrund der elastischen Rückfederung das Endmaß.
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Anschließend an den Entlastungsabschnitt 21 weist das Matrizenwerkzeug 1 bevorzugt noch einen weiteren Abschnitt 23 auf. Dieser Abschnitt 23 weist einen Innendurchmesser 17 bzw. eine lichte Weite auf, der dem Innendurchmesser 17 bzw. der lichten Weite des letzten Matrizenabschnittes 11 mit dem kleinesten Innendurchmesser 17 entspricht. Der Abschnitt 23 dient der Führung des Unterstempels 19 im Matrizenwerkzeug 1.
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Der Innendurchmesser 22 bzw. die lichte Weite des Entlastungsabschnittes 21 entspricht dem äußeren Durchmesser 15 (1) bzw. der lichten Weite des fertigen Sinterbauteils 2. Dieser Innendurchmesser 22 bzw. diese lichte Weite des Entlastungsabschnittes 21 ist um zumindest 0,02 %, insbesondere zwischen 0,02% und 0,1 %, größer als der Innendurchmesser 17 bzw. die lichte Weite des letzten Matrizenabschnittes 11 mit dem kleinesten Innendurchmesser 17. Der Innendurchmesser 22 bzw. die lichte Weite des Entlastungsabschnittes 21 ist jedoch nicht größer als der Innendurchmesser bzw. die lichte Weite der ersten Matrizenöffnung 6. Es soll damit die zumindest annähernd vollständige Entspannung des Sinterbauteils 2 ermöglicht werden.
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Nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens zum Oberflächenverdichten des Sinterbauteils 2 kann vorgesehen sein, dass der vorletzte Matrizenabschnitt 10 im Querschnitt betrachtet zum Querschnitt des Entlastungsabschnittes 21 und damit zum Kalibrierquerschnitt sowohl hinsichtlich der Geometrie als auch der geometrischen Abmessungen im Querschnitt ident ausgebildet sind.
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Nach dem Oberflächenverdichten und gegebenenfalls Kalibrieren des Sinterbauteils 2 wird dieser gehärtet. Prinzipiell kann dazu jedes geeignete und aus dem Stand der Technik bekannte Härtungsverfahren angewandt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens erfolgt das Härten aber durch Aufkohlen und anschließendes Abschrecken oder durch Sinterhärten und anschließendes Abschrecken oder durch Induktivhärten.
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Durch das Aufkohlen wird der Kohlenstoffanteil im Sinterbauteil 2 erhöht. Das Aufkohlen kann prinzipiell durch verschiedene Verfahren erfolgen, wobei allen Verfahren gemein ist, dass als Kohlenstoffquelle ein Gas oder Gasgemisch eingesetzt wird. Als Gas kann beispielsweise Methan, Propan, Acetylen, etc. verwendet werden. Das Aufkohlen kann beispielsweise anschließend an das Oberflächenverdichten in einem weiteren Sinterschritt durchgeführt werden. Das Aufkohlen kann auch durch Carbonitrieren erfolgen. Bevorzugt erfolgt aber das Aufkohlen durch ein Niederdruckaufkohlungsverfahren.
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Der Kohlenstoffgehalt des Sinterbauteils 2 beträgt nach dem Aufkohlen vorzugsweise zwischen 0,1 Gew.-% und 1,0 Gew.-%.
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Insbesondere kann das Aufkohlen bis zu einer Tiefe des Sinterbauteils 2 durchgeführt werden, gemessen von dessen Oberfläche aus, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 100 µm bis 2000 µm; vorzugsweise aus einem Bereich von 100 µm bis 1000 µm. Der voranstehend genannte bevorzugte Gehalt an Kohlenstoff bezieht sich dabei auf diese Aufkohlungstiefe. Darunterliegende Bereiche des Sinterbauteils 2 können demzufolge einen geringeren Kohlenstoffgehalt aufweisen.
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Anschließend an das Aufkohlen wird das Sinterbauteils abgeschreckt. Das Abschrecken kann ebenfalls mit jedem geeigneten aus dem Stand bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise mittels Ölabschreckung. Vorzugsweise wird die Abschreckung des Sinterbauteils 2 aber mit einem Gas durchgeführt, beispielswiese mit N2, N2/H2 oder He. Die Abschreckgeschwindigkeit kann ausgewählt sein aus einem Bereich von 1 °C/s bis 7 °C/s.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass ein sinterhärtbares Pulver zur Herstellung des Grünlings eingesetzt wird. Es wird darunter ein Eisen- oder Stahlpulver verstanden, das einen Anteil an zumindest einem Legierungselement aufweist, das die eutektoide Umwandlung von Austenit zu Ferrit und Perlit verzögert. Beispielsweise kann das Pulver zusätzlich zu Chrom einen Anteil an Nickel und/oder Molybdän aufweisen. Der Anteil an diesem zumindest einem Legierungselement an dem Pulver zur Herstellung des Grünlings kann zwischen 0,4 Gew.-% und 5 Gew.-% betragen.
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Nach dem Sinterhärten wird das Sinterbauteil ebenfalls abgeschreckt.
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Nach einer anderen Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen werden, dass das Sinterbauteil wieder aufgekohlt wird. Bevorzugt erfolgt dieser Schritt des Aufkohlens gleichzeitig mit dem zweiten Sinterschritt, falls das Sintern zweistufig ausgeführt wird, wie dies voranstehend beschrieben wurde. Für das Aufkohlen (Rückkohlen) kann der Sinteratmosphäre ein aufkohlendes Gas, wie beispielsweise Methan oder Propan, zugesetzt werden.
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Das Aufkohlen kann aber auch mit einem anderen, bekannten Aufkohlungsverfahren durchgeführt werden.
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Durch das Aufkohlen kann der Kohlenstoffgehalt des Sinterbauteils wieder um 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% erhöht werden.
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Gegebenenfalls kann nach dem Härten eine mechanische Nachbearbeitung erfolgen.
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Mit der beschriebenen Prozessroute können Sinterbauteile 2 verzugsarm hergestellt werden.
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Die Ausführungsbeispiele beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.
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Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus das Matrizenwerkzeug 1 nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Matrizenwerkzeug
- 2
- Sinterbauteil
- 3
- Achse
- 4
- Werkzeuggrundkörper
- 5
- Werkzeugoberfläche
- 6
- Matrizenöffnung
- 7
- Matrizenabschnitt
- 8
- Matrizenabschnitt
- 9
- Matrizenabschnitt
- 10
- Matrizenabschnitt
- 11
- Matrizenabschnitt
- 12
- Werkzeugoberfläche
- 13
- Matrizenöffnung
- 14
- Außenfläche
- 15
- Durchmesser
- 16
- Wandflächen
- 17
- Innendurchmesser
- 18
- Oberstempel
- 19
- Unterstempel
- 20
- Fase
- 21
- Entlastungsabschnitt
- 22
- Innendurchmesser
- 23
- Abschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 1992/005897 A1 [0003]
- EP 2066468 A2 [0004]
- JP 10085995 A [0004]
- AT 517989 A1 [0004]
- RU 2156179 C2 [0004]
- DE 102005027055 A1 [0005]
