DE10308274A1

DE10308274A1 - Manufacturing process for a high-density ferrous forging

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Publication number: DE10308274A1
Application number: DE10308274A
Authority: DE
Inventors: Naomichi Nakamura; Shigeru Unami; Satoshi Uenosono; Masashi Fujinaga; Takashi Yoshimura; Mitsumasa Iijima; Shin Koizumi; Hiroyuki Amma
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: JP2003253372A; KR20030071540A; JP3741654B2; CN1442257A; US20030215349A1; DE10308274B4

Abstract

Ein eisenhaltiges Schmiedeteil mit hoher Dichte, wie etwa ein mechanisches Teil, wird mithilfe eines Verfahrens erzeugt, das die folgenden Schritte in der genannten Reihenfolge umfasst: (a) Vorbereiten einer eisenhaltigen Pulvermischung, die eisenhaltiges Metallpulver und Graphitpulver umfasst, (b) vorläufiges Komprimieren der eisenhaltigen Pulvermischung, um einen vorläufigen Presskörper zu bilden, (c) Sintern des vorläufigen Presskörpers in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, deren Stickstoffteildruck 30 kPa oder weniger beträgt, bei einer Temperatur von 950 DEG C oder mehr und von 1300 DEG C oder weniger, um ein Formmaterial zu bilden, und (d) Schmieden des Formmaterials mittels eines Schmiedens in geschlossenem Gesenk und eines Schmiedens in eingeschlossenem Gesenk, um ein Schmiedeteil mit hoher Dichte zu erzeugen.A high density ferrous forging, such as a mechanical part, is produced using a process that includes the following steps in the order listed: (a) preparing an ferrous powder mixture comprising ferrous metal powder and graphite powder, (b) preliminarily compressing the ferrous powder mixture to form a preliminary compact, (c) sintering the preliminary compact in a non-oxidizing atmosphere having a partial nitrogen pressure of 30 kPa or less at a temperature of 950 ° C or more and 1300 ° C or less Form molding material, and (d) forging the molding material by closed die forging and enclosed die forging to produce a high density forging.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an einem Verfahren zum Erzeugen oder Herstellen eines eisenhaltigen Schmiedeteils, das für mechanische Teile geeignet ist, und insbesondere ein Verfahren, mit dem eine Reduktion der Schmiedelast erreicht wird, um die Dichte und die dimensionale Präzision des Schmiedeteils zu verbessern. The present invention relates to improvements in one Process for producing or manufacturing an iron-containing Forgings that are suitable for mechanical parts, and in particular a method with which a reduction in Forging load is reached to the density and the dimensional To improve the precision of the forged part.

Die Technologie der Pulvermetallurgie erlaubt das Erzeugen oder Herstellen eines komplex geformten Teils in annährend der endgültigen Form und mit hoher dimensionaler Präzision, wodurch eine wesentliche Reduktion des Schneideaufwands erreicht wird. Die Anforderungen an eisenhaltige Pulvermetallurgieprodukte (eisenhaltige Pulverprodukte oder eisenhaltige gesinterte Produkte) haben in letzter Zeit in Bezug auf die mechanische Festigkeit zugenommen, um eine kleinere Größe und ein geringeres Gewicht zu erreichen. Powder metallurgy technology allows production or making a complex shaped part in approximately the final shape and with high dimensional precision, which significantly reduces the cutting effort is achieved. The requirements for ferrous Powder metallurgy products (iron-containing powder products or ferrous sintered products) have been in lately Terms of mechanical strength increased to a smaller size and lighter weight.

Die eisenhaltigen gesinterten Teile (nachfolgend als eisenhaltige gesinterte Körper oder einfach als gesinterte Körper bezeichnet) werden allgemein in Übereinstimmung mit den folgenden Prozessen erzeugt bzw. hergestellt. Ein eisenhaltiges Metallpulver wird mit einem Legierungspulver wie etwa einem Graphitpulver, einem Kupferpulver und einem Schmierstoff wie etwa Zinkstearat oder Lithiumstearat gemischt, um eine eisenhaltige Pulvermischung vorzubereiten. The ferrous sintered parts (hereinafter referred to as ferrous sintered bodies or simply as sintered Bodies) are generally in accordance with the following processes generated or manufactured. On ferrous metal powder is mixed with an alloy powder like such as a graphite powder, a copper powder and one Lubricant such as zinc stearate or lithium stearate mixed to prepare an iron powder mix.

Im nächsten Schritt wird die eisenhaltige Pulvermischung in eine Metallform gefüllt und anschließend komprimiert, um einen Presskörper zu bilden. Dann wird der Presskörper gesintert, um einen gesinterten Körper zu erzeugen. Der derart erhaltene gesinterte Körper wird bei Bedarf einer Formung oder Zuschneidung unterworfen, um ein Produkt zu erzeugen. Weiterhin wird, wenn eine hohe mechanische Festigkeit benötigt wird, der gesinterte Körper in einigen Fällen weiterhin einer Aufkohlungshitzebehandlung oder einer Glühhitzebehandlung unterworfen. Die Dichte des geformten Körpers, die bei einem derartigen Prozess erhalten wird, liegt höchstens im Bereich von im wesentlichen 6,6 bis 7,1 Mg/m³. Dementsprechend liegt die Dichte eines aus dem geformten Körper erhaltenen gesinterten Körpers in diesem Bereich. In the next step, the iron-containing powder mixture is filled into a metal mold and then compressed to form a compact. Then the compact is sintered to produce a sintered body. The sintered body thus obtained is subjected to shaping or trimming as necessary to produce a product. Furthermore, when high mechanical strength is required, the sintered body is further subjected to carburizing or annealing in some cases. The density of the molded body obtained in such a process is at most in the range of substantially 6.6 to 7.1 mg / m ³ . Accordingly, the density of a sintered body obtained from the molded body is in this range.

Um dem eisenhaltigen Pulverprodukt (eisenhaltigen gesinterten Teil) eine höhere mechanische Festigkeit zu verleihen, muss der geformte Körper eine höhere Dichte aufweisen, sodass ein dichteres gesintertes Teil (einen dichteren gesinterten Körper) erhalten wird. Je dichter das gesinterte Teil (der gesinterte Körper) ist, desto weniger Poren sind im Teil vorhanden, wodurch die mechanischen Eigenschaften wie etwa die Zugfestigkeit, die Schlagbiegefestigkeit und die Dauerfestigkeit verbessert werden. To the iron-containing powder product (iron-containing sintered part) a higher mechanical strength lend, the molded body must have a higher density so that a denser sintered part (one denser sintered body) is obtained. The denser that sintered part (the sintered body), the less Pores are present in the part, making the mechanical Properties such as tensile strength Impact resistance and fatigue strength improved become.

Als Formungsverfahren zum Erhöhen der Dichte des eisenhaltigen Pulverprodukts (eisenhaltigen gesinterten Teils) wurde in JP-A-1-123005 ein Sinter-Kaltschmiede-Verfahren vorgeschlagen, in dem beispielsweise ein Pulvermetallurgieverfahren und ein Kaltschmiedeverfahren kombiniert sind, wobei ein Produkt mit einer Dichte nahe derjenigen eines kompakten Körpers erhalten werden kann. Das Sinter-Kaltschmiede-Verfahren ist ein Formungs- und Verarbeitungsverfahren, in dem eine Vorform (ein vorläufig geformter Körper), der durch das Sintern von Metallpulver erhalten wird, einem Kaltschmieden und einem erneuten Sintern unterworfen wird, um ein Endprodukt mit einer höheren Dichte zu erhalten. Die in JP-A-1-123005 angegebene Technologie ist ein Sinter-Kaltschmiede-Verfahren, in dem eine gesinterte Vorform (für das Kaltschmieden) mit einem auf der Oberfläche aufgetragenen flüssigen Schmierstoff vorläufig in einer Form komprimiert wird, worauf ein Unterdruck an der Vorform angelegt wird, um den flüssigen Schmierstoff anzusaugen und zu entfernen. Danach folgen eine Hauptkompression in der Form und eine weitere Sinterung. Gemäß diesem Verfahren wird der auf der Vorform aufgetragene und in das Innere der Vorform eindringende flüssige Schmierstoff vor der Hauptkompression angesaugt, sodass während der Hauptkompression entsprechend feine Poren im Inneren flach gedrückt und entfernt werden, um ein dichteres Endprodukt zu erzeugen. Weil jedoch die Dichte eines gemäß diesem Verfahren gesinterten Endprodukts bei höchstens 7,5 Mg/m³ liegt, ist die mechanische Festigkeit begrenzt. As a molding method for increasing the density of the iron-containing powder product (iron-containing sintered part), JP-A-1-123005 proposed a cold sintering method in which, for example, a powder metallurgy method and a cold forging method are combined, a product having a density close to that of a compact body can be obtained. The cold sintering process is a molding and processing method in which a preform (a provisionally shaped body) obtained by sintering metal powder is subjected to cold forging and re-sintering to obtain a final product with a higher density receive. The technology specified in JP-A-1-123005 is a sintering cold forging process in which a sintered preform (for cold forging) is preliminarily compressed in a mold with a liquid lubricant applied to the surface, followed by a vacuum on the preform is applied to suck in and remove the liquid lubricant. This is followed by a main compression in the mold and a further sintering. According to this method, the liquid lubricant applied to the preform and penetrating into the interior of the preform is sucked in before the main compression, so that during the main compression, correspondingly fine pores inside are pressed flat and removed to produce a denser end product. However, because the density of a final product sintered according to this method is 7.5 Mg / m ³ or less, the mechanical strength is limited.

Um weiterhin die mechanische Festigkeit des gesinterten Produkts (gesinterten Körpers) zu erhöhen, ist es effektiv, die Kohlenstoffkonzentration (C) im Produkt zu erhöhen. In der Pulvermetallurgie ist es allgemein bekannt, Graphitpulver als Kohlenstoffquelle mit dem Rohmaterial des Metallpulvers zu mischen. Dazu kann das folgende Verfahren verwendet werden: mit Graphitpulver gemischtes Metallpulver wird vorläufig komprimiert, worauf eine vorläufige Sinterung folgt, um ein Formmaterial (ein zu formendes Material) vorzubereiten. Daraufhin wird das Formmaterial nochmals komprimiert und nochmals gesintert, sodass ein gesinterter Körper mit einer höheren mechanischen Festigkeit erhalten wird. Wenn jedoch das vorläufige Sintern gemäß dem herkömmlichen Verfahren angewendet wird, diffundiert der Kohlenstoff bei der vorläufigen Sinterung in das gesamte Formmaterial, was eine Erhöhung der Härte des Formmaterials zur Folge hat. Daraus resultiert das Problem, dass die Formlast bei der erneuten Kompression sehr groß wird und die Formungseigenschaften verschlechtert werden, wodurch die Verarbeitung zu einer gewünschten Form behindert wird. Dementsprechend kann kein Produkt mit höherer Festigkeit und höherer Dichte erhalten werden. To continue the mechanical strength of the sintered Product (sintered body), it is effective to increase the carbon concentration (C) in the product. In the Powder metallurgy is commonly known as graphite powder Carbon source with the raw material of the metal powder Mix. The following procedure can be used: Metal powder mixed with graphite powder becomes provisional compressed, followed by a preliminary sintering to a Prepare molding material (a material to be molded). Then the molding material is compressed again and sintered again so that a sintered body with a higher mechanical strength is obtained. However, if that preliminary sintering according to the conventional method is applied, the carbon diffuses in the preliminary sintering in the entire molding material, which is a Increasing the hardness of the molding material. from that the problem arises that the mold load when reapplied Compression becomes very large and the shaping properties deteriorate, making the processing into a desired shape is hindered. Accordingly, no Obtain product with higher strength and higher density become.

Um diese Probleme zu beseitigen gibt zum Beispiel USP 4,393,563 ein Erzeugungsverfahren an, in dem ein Lagerteil hergestellt wird, ohne dass bei der Formung eine hohe Temperatur verwendet wird. In diesem Verfahren sind die folgenden Schritte vorgesehen: Mischen von Eisenpulver und Eisenlegierungspulver mit Graphitpulver und einem Schmierstoff; Formen einer Pulvermischung zu einem vorläufig geformten Produkt und anschließendes vorläufiges Sintern; Anwenden eines Kaltschmiedens, das wenigstens 50% der Formgebung vorsieht, worauf ein Sintern, Glühen und Walzen folgt, um ein Endprodukt (gesintertes Glied) zu erhalten. Wenn gemäß der in USP 4,393,563 angegebenen Technologie das vorläufige Sintern unter Bedingungen durchgeführt wird, die eine Diffusion des Graphits unterdrücken können, kann eine höhere Formbarkeit in dem zweiten Kaltschmieden erreicht werden, wodurch die Formlast vermindert wird. Obwohl USP 4,393,563 als vorläufige Sinterbedingungen eine Temperatur von 1100°C und eine Zeitdauer von 15 bis 20 Minuten empfiehlt, ergeben durch die Erfinder durchgeführte Versuche, dass das Graphit unter den genannten Bedingungen vollständig in dem vorläufig geformten Körper diffundiert, sodass die Härte des Rohmaterials für die Verwendung in dem Sinterglied (vorläufig geformten Produkt) sehr hoch wird, was zu Schwierigkeiten beim folgenden Kaltschmieden führt. To solve these problems, for example, USP 4,393,563 a production process in which a bearing part is produced without a high in the molding Temperature is used. In this process they are following steps: mixing iron powder and Iron alloy powder with graphite powder and one lubricants; Forming a powder mixture into a preliminary molded product and then preliminary sintering; Apply cold forging that is at least 50% of the Shaping provides what is followed by sintering, annealing and rolling follows to obtain a final product (sintered member). If according to the technology specified in USP 4,393,563 preliminary sintering is carried out under conditions that can suppress a diffusion of the graphite can achieved higher formability in the second cold forging be reduced, which reduces the mold load. Although USP 4,393,563 as a preliminary sintering condition a temperature of 1100 ° C and a period of 15 to 20 minutes recommends Experiments carried out by the inventors show that the Graphite completely in the conditions mentioned preliminarily shaped body diffuses, so the hardness of the Raw material for use in the sintered member (provisional molded product) becomes very high, causing difficulties in following cold forging.

Um derartige Probleme zu beseitigen, gibt zum Beispiel JP-A-11-117002 ein Metallpulver-Formungsmaterial an. Das Metallpulver-Formungsmaterial wird durch das vorläufige Sinterns eines vorläufig geformten Körpers erhalten, der durch das Komprimieren von Metallpulver, das Eisen als Hauptkomponente enthält, mit 0,3 oder mehr Gewichtsprozent Graphit gemischt ist und eine Dichte von 7,3 Mg/m³ oder mehr aufweist, bei vorzugsweise einer Temperatur im Bereich von 700 bis 1000°C erhalten wird. Das Metallpulver-Formmaterial weist eine Struktur auf, in der das Graphit an Korngrenzen des Metallpulvers bleibt. Es wird gemäß dieser Technologie angegeben, dass nur eine Menge von Kohlenstoff, die zum Verbessern der mechanischen Festigkeit erforderlich ist, aufgelöst wird und dass freies Graphit bleiben darf, sodass verhindert wird, dass das Eisenpulver übermäßig hart wird, wodurch ein Formmaterial mit einer geringen Formlast und einer hohen Formbarkeit bei der erneuten Kompressionsformung erhalten wird. Es bleibt jedoch das Problem, dass obwohl das gemäß diesem Verfahren erhaltene Metallpulver-Formmaterial bei der erneuten Kompressionsformung stark verformbar ist, in einem folgenden Hauptsinterprozess restliches freies Graphit auftritt, das unter Umständen lange und schmale Poren hinterlassen kann. To solve such problems, for example, JP-A-11-117002 discloses a metal powder molding material. The metal powder molding material is obtained by preliminarily sintering a preliminarily shaped body mixed with 0.3 or more weight percent of graphite by compressing metal powder containing iron as a main component and a density of 7.3 Mg / m ³ or has more, is preferably obtained at a temperature in the range of 700 to 1000 ° C. The metal powder molding material has a structure in which the graphite remains at grain boundaries of the metal powder. According to this technology, it is stated that only an amount of carbon necessary to improve the mechanical strength is dissolved and that free graphite is allowed to remain, so that the iron powder is prevented from becoming excessively hard, resulting in a molding material with a low molding load and high formability is obtained in the recompression molding. The problem remains, however, that although the metal powder molding material obtained by this method is highly deformable when it is compressed again, residual free graphite occurs in a subsequent main sintering process, which may leave long and narrow pores.

Weiterhin wird in JP-A-2000-303106 ein Verfahren zum Erzeugen eines gesinterten Körpers angegeben. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum vorläufigen Sintern bei einer bestimmten Temperatur eines vorläufig geformten Körpers, der durch das Komprimieren von Metallpulver erhalten würde, in dem eisenhaltiges Metallpulver als Hauptkomponente mit 0,3 oder mehr Gewichtsprozent Graphit gemischt ist und das eine Dichte von 7,3 Mg/m³ oder mehr aufweist, sodass ein Metallpulver- Formmaterial mit einer Struktur erhalten wird, in der das Graphit an Korngrenzen des Metallpulvers bleibt; einen Schritt zum erneuten Komprimieren, in dem das durch das vorläufige Sintern erhaltene Metallpulver-Formmaterial komprimiert wird; und einen Schritt zum erneuten Sintern, in dem ein durch das erneute Komprimieren erhaltener erneut komprimierter Körper erneut gesintert wird. Furthermore, JP-A-2000-303106 discloses a method for producing a sintered body. The method includes a step of preliminary sintering at a certain temperature of a preliminarily shaped body obtained by compressing metal powder in which ferrous metal powder as a main component is mixed with 0.3 or more percent by weight of graphite and that has a density of 7.3 Mg / m ³ or more, so that a metal powder molding material having a structure in which the graphite remains at grain boundaries of the metal powder is obtained; a recompression step in which the metal powder molding material obtained by the preliminary sintering is compressed; and a re-sintering step in which a re-compressed body obtained by the re-compression is re-sintered.

Weiterhin wird in JP-A-2000-355726 ein durch eine erneute Sinterung verarbeiteter Legierungsstahlpulverkörper angegeben. Der erneut gesinterte Legierungsstahlpulverkörper wird durch die folgenden Schritte hergestellt: vorläufiges Sintern bei einer bestimmten Temperatur eines vorläufig geformten Körpers, der durch das Komprimieren von Metallpulver erhalten wird, in dem Legierungsstahlpulver mit 0,1 oder mehr Gewichtsprozent Graphit gemischt ist und das eine Dichte von 7,3 Mg/m³ oder mehr aufweist, sodass ein Metallpulver-Formmaterial mit einer Struktur erhalten wird, in der das Graphit an Korngrenzen des Metallpulvers bleibt; Formen durch erneutes Komprimieren des Metallpulver-Formmaterials, um einen geformten Legierungsstahlpulverkörper mit einer verdichteten Struktur zu formen, der im wesentlichen keine Hohlräume umfasst; und erneutes Sintern des geformten Legierungsstahlkörpers bei einer bestimmten Temperatur, um den erneut gesinterten Legierungsstahlpulverkörper, der eine Struktur aufweist, zu der Graphit ausdiffundiert, und eine Struktur, in der Graphit mit einem bestimmten Verhältnis bleibt, in Übereinstimmung mit der Neusintertemperatur zu erhalten. Furthermore, JP-A-2000-355726 specifies an alloy steel powder body processed by re-sintering. The re-sintered alloy steel powder body is manufactured by the following steps: preliminary sintering at a certain temperature of a preliminarily shaped body, which is obtained by compressing metal powder, in which alloy steel powder is mixed with 0.1 or more percent by weight of graphite and that has a density of 7 , 3 Mg / m ³ or more, so that a metal powder molding material having a structure in which the graphite remains at grain boundaries of the metal powder is obtained; Molding by recompressing the metal powder molding material to form an alloy steel powder molded body having a compacted structure that has substantially no voids; and re-sintering the shaped alloy steel body at a certain temperature to obtain the re-sintered alloy steel powder body having a structure to which graphite diffuses and a structure in which graphite remains in a certain ratio in accordance with the re-sintering temperature.

Gemäß der in JP-A-2000-303106 und JP-A-2000-355726 angegeben Technologie kann ein gesinterter Körper mit höherer Dichte und größerer Festigkeit erhalten werden. Wenn jedoch gemäß der Technologie von JP-A-2000-303106 und JP-A-2000-355726 die Dichte des Materials vor der Neukompressionsformung je nach dem Neukompressionsformungsverfahren niedriger als 7,3 Mg/m³ ist, besteht das Problem, dass ein Teil mit hoher Dichte und hoher dimensionaler Präzision schwer zu erhalten ist. According to the technology specified in JP-A-2000-303106 and JP-A-2000-355726, a sintered body with higher density and greater strength can be obtained. However, according to the technology of JP-A-2000-303106 and JP-A-2000-355726, the density of the material before the recompression molding is less than 7.3 Mg / m ³ depending on the recompression molding method, there is a problem that part with high density and high dimensional precision is difficult to obtain.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Erzeugungsverfahren für ein eisenhaltiges Schmiedeteil mit hoher Dichte anzugeben, durch das die bei den herkömmlichen Techniken angetroffenen Nachteile effektiv beseitigt werden können. It is an object of the present invention improved production process for an iron-containing Specify forgings with high density, through which the at the disadvantages encountered by conventional techniques effectively can be eliminated.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Erzeugungsverfahren für ein eisenhaltiges Schmiedeteil mit hoher Dichte anzugeben, mit dem ein eisenhaltiges Schmiedeteil mit hoher Dichte und einer hohen Präzision bei einer geringeren Formlast erzeugt werden kann. It is another object of the present invention improved production process for an iron-containing Specify forgings with high density with the one ferrous forged part with high density and high Precision can be generated with a lower molding load.

Die vorliegenden Erfinder haben, um die weiter oben genannten Probleme zu beseitigen, intensiv die Sinterbedingungen und Formbedingungen untersucht, um ein eisenhaltiges Schmiedeteil mit hoher Dichte zu erhalten. Dabei hat es sich als effektiv herausgestellt, eine Pulvermischung vorläufig zu formen bzw. zu komprimieren und anschließend bei einer Temperatur, bei der hinzugefügtes Graphit in eine Matrix diffundieren kann, und in einer Atmosphäre mit wenig Stickstoff zu sintern, wobei weiterhin ein Kaltschmieden in geschlossenem Gesenk oder ein Kaltschmieden in eingeschlossenem Gesenk nach einem Glühen angewendet werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass auch bei einer niedrigen Dichte nach dem vorläufigen Formen ein Schmiedeteil mit einer hohen Dichte und einer wesentlich verbesserten dimensionalen Präzision erhalten werden kann. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass das Formen (Schmieden) nach dem Sintern unter einer niedrigen Formlast (Schmiedelast) durchgeführt werden kann. The present inventors have made the above to eliminate the problems mentioned, intensely the Sintering conditions and molding conditions are examined in order to to obtain iron-containing forgings with high density. there it turned out to be effective, a powder mixture to preliminarily shape or compress and then at a temperature at which graphite added into a matrix can diffuse, and in an atmosphere with little Sinter nitrogen, still cold forging in closed die or a cold forging in included die after an annealing can. It turned out that even with one low density after preliminary molding a forgings with a high density and a much improved dimensional precision can be obtained. Furthermore has it turned out that the shaping (forging) after the Sintering under a low form load (forging load) can be carried out.

Ein Verfahren zum Erzeugen eines eisenhaltigen Schmiedeteils mit hoher Dichte gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst also die folgenden Schritte in der genannten Reihenfolge: (a) Vorbereiten einer eisenhaltigen Pulvermischung, die eisenhaltiges Metallpulver und Graphitpulver umfasst; (b) vorläufiges Komprimieren der eisenhaltigen Pulvermischung, um einen vorläufigen Presskörper zu formen; (c) Sintern des vorläufigen Presskörpers in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, deren Stickstoffteildruck 30 kPa oder weniger beträgt, und bei einer Temperatur von 950°C oder mehr und von 1300°C oder weniger, um ein Formmaterial zu formen; und (d) Schmieden des Formmaterials durch ein Schmieden in geschlossenem Gesenk oder ein Schmieden in eingeschlossenem Gesenk, um ein Schmiedeteil mit hoher Dichte zu erzeugen. A process for producing an iron-containing High density forgings according to the present Invention thus comprises the following steps in the above Order: (a) Prepare an iron-containing Powder mixture, the ferrous metal powder and Includes graphite powder; (b) preliminarily compressing the ferrous powder mixture to a preliminary compact to shape; (c) sintering the preliminary compact in one non-oxidizing atmosphere, its partial nitrogen pressure Is 30 kPa or less, and at a temperature of 950 ° C or more and from 1300 ° C or less to a Molding material; and (d) forging the molding material by closed die forging or forging in an enclosed die, around a forged part with high To generate density.

Die anderen Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. The other tasks and features of the present Invention will become apparent from the following description with reference to FIG the attached drawings clarify.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein typisches Beispiel für ein Verfahren zum Erzeugen eines eisenhaltigen Schmiedeteils mit hoher Dichte gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 1 is a block diagram according to the present invention shows a typical example of a method for producing an iron-containing forged part with high density.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Erzeugen oder Herstellen eines eisenhaltigen Schmiedeteils mit hoher Dichte die folgenden Schritte in der genannten Reihenfolge: (a) Vorbereiten einer eisenhaltigen Pulvermischung, die eisenhaltiges Metallpulver und Graphitpulver umfasst; (b) vorläufiges Komprimieren der eisenhaltigen Pulvermischung, um einen vorläufigen Presskörper zu formen; (c) Sintern des vorläufigen Presskörpers in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, deren Stickstoffteildruck 30 kPa oder weniger beträgt, und bei einer Temperatur von 950°C oder mehr und von 1300°C oder weniger, um ein Formmaterial zu formen; und (d) Schmieden des Formmaterials durch ein Schmieden in geschlossenem Gesenk oder ein Schmieden in eingeschlossenem Gesenk, um ein Schmiedeteil mit hoher Dichte zu erzeugen. According to the present invention, a method for Manufacture or manufacture of an iron-containing forged part with high density the following steps in the above Order: (a) Prepare an iron-containing Powder mixture, the ferrous metal powder and Includes graphite powder; (b) preliminarily compressing the ferrous powder mixture to a preliminary compact to shape; (c) sintering the preliminary compact in one non-oxidizing atmosphere, the nitrogen partial pressure of 30 kPa or less, and at a temperature of 950 ° C or more and from 1300 ° C or less to form a molding material to form; and (d) forging the molding material by Forging in a closed die or forging in enclosed die to a high density forged part to create.

Der Erzeugungsprozess für das eisenhaltige Schmiedeteil mit hoher Dichte gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf Fig. 1 erläutert. The production process for the iron-containing high density forged part according to the present invention will be explained below with reference to FIG. 1.

Als Rohmaterial für das eisenhaltige Schmiedeteil mit hoher Dichte werden ein eisenhaltiges Metallpulver und Graphitpulver sowie optional Pulver für eine Legierung verwendet. Das eisenhaltige Metallpulver kann entsprechend in Übereinstimmung mit der beabsichtigten Nutzung gewählt werden und ist nicht auf ein bestimmte Zusammensetzung beschränkt. Hinsichtlich der Komprimierbarkeit wird in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein eisenhaltiges Metallpulver mit einer Zusammensetzung verwendet, die in Bezug auf die Masse 0,05% oder weniger Kohlenstoff, 0,3% oder weniger Sauerstoff, 0,010% oder weniger Stickstoff und eine Balance von Eisen und unvermeidlichen Unreinheiten umfasst. Außerdem ist der Sauerstoffgehalt in dem eisenhaltigen Metallpulver vorzugsweise so niedrig wie möglich, um die Komprimierbarkeit zu verbessern. Weil Sauerstoff jedoch eine unvermeidlich enthaltene Unreinheit ist, werden vorzugsweise 0,02% der Masse als Grenze gesetzt, die kostengünstig und industriell realisiert werden kann. Hinsichtlich der industriellen Wirtschaftlichkeit beträgt der Sauerstoffgehalt vorzugsweise zwischen 0,03 und 0,2% der Masse. Weiterhin ist der Stickstoffgehalt in dem eisenhaltigen Metallpulver vorzugsweise so niedrig wie möglich, um die Schmiedelast zu verbessern. Hinsichtlich der industriellen Wirtschaftlichkeit wird der Stickstoffgehalt jedoch vorzugsweise auf 0,010% der Masse oder weniger gesetzt. As raw material for the iron-containing forgings with high density become a ferrous metal powder and Graphite powder and optionally powder for an alloy used. The iron-containing metal powder can accordingly in According to the intended use and is not limited to any particular composition. With regard to compressibility, the present Invention preferably with an iron-containing metal powder a composition used in terms of mass 0.05% or less carbon, 0.3% or less oxygen, 0.010% or less nitrogen and a balance of iron and includes inevitable impurities. In addition, the Oxygen content in the iron-containing metal powder preferably as low as possible to keep compressibility to improve. However, because oxygen is inevitable contained impurity is preferably 0.02% by mass set a limit that is inexpensive and industrial can be realized. In terms of industrial The oxygen content is preferably economical between 0.03 and 0.2% of the mass. Furthermore, the Nitrogen content in the iron-containing metal powder preferably as low as possible to reduce the forging load improve. In terms of industrial economy however, the nitrogen content is preferably 0.010% of the Mass or less set.

Weiterhin ist der Partikeldurchmesser des eisenhaltigen Metallpulvers in der vorliegenden Erfindung zwar nicht auf einen bestimmten Partikeldurchmesser beschränkt, liegt aber vorzugsweise durchschnittlich im Bereich von 30 bis 120 µm, was industriell kostengünstig bewerkstelligt werden kann. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser ist ein Mittelwert (d₅₀) einer sogenannten gewichtskumulativen Partikelgrößenverteilung. Furthermore, the particle diameter of the iron-containing metal powder in the present invention is not limited to a specific particle diameter, but is preferably on average in the range from 30 to 120 μm, which can be accomplished industrially at low cost. The average particle diameter is an average (d ₅₀ ) of a so-called weight-cumulative particle size distribution.

Weiterhin können in der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu der oben genannten Zusammensetzung bei Bedarf eines oder mehrere der Elemente Mn, Cr, Ni, Cu und V enthalten sein, wobei vorzugsweise hinsichtlich der Masse Mn mit 1,2% oder weniger, Mo mit 2,3% oder weniger, Cr mit 3,0% oder weniger, Ni mit 5,0% oder weniger, Cu mit 2,0% oder weniger und V mit 1,4% oder weniger in dem eisenhaltigen Metallpulver enthalten sein können. Noch besser liegen die Anteile von Mn, Mo, Cr, Ni, Cu und V hinsichtlich der Masse bei 1,0% oder weniger für Mn, 2,0% oder weniger für Mo, 3,0% oder weniger für Cr, 5,0% oder weniger für Ni, 2,0% oder weniger für Cu und 1,0% oder weniger für V. Mn, Mo, Cr, Ni, Cu und V können die mechanische Festigkeit oder die Härtbarkeit des gesinterten Körpers erhöhen, sodass diese bei Bedarf ausgewählt und hinzugefügt werden können. Diese Legierungselemente können zuvor mit dem eisenhaltigen Metallpulver legiert werden, oder können teilweise diffundiert und mit dem eisenhaltigen Metallpulver verbunden (legiert) werden, um eine Teillegierung zu bilden. Sie können aber auch mit dem Metallpulver (Legierungspulver) zu einer Legierung gemischt werden. Die Teillegierung ist in Bezug auf die Komprimierbarkeit bei gleicher Legierungsmenge am vorteilhaftesten. Wenn jedoch Mn, Mo, Cr, Ni, Cu und V hinsichtlich der Masse jeweils 1,2%, 2,3%, 3,0% 5,0%, 2,0% und 1,4% überschreiten, wird die Härte des Formmaterials (des zu formenden Materials) höher, was eine Erhöhung der Formlast beim Schmieden zur Folge hat. Furthermore, in the present invention, additional to the above composition if necessary several of the elements Mn, Cr, Ni, Cu and V can be contained, preferably with regard to the mass Mn with 1.2% or less, Mo with 2.3% or less, Cr with 3.0% or less, Ni with 5.0% or less, Cu with 2.0% or less and V with Contained 1.4% or less in the ferrous metal powder could be. The proportions of Mn, Mo, Cr, Ni, Cu and V in mass at 1.0% or less for Mn, 2.0% or less for Mo, 3.0% or less for Cr, 5.0% or less for Ni, 2.0% or less for Cu and 1.0% or less for V. Mn, Mo, Cr, Ni, Cu and V can the mechanical Strength or the hardenability of the sintered body increase so that they can be selected and added if necessary can be. These alloying elements can be made with the ferrous metal powder can be alloyed, or can partially diffused and with the ferrous metal powder be joined (alloyed) to form a partial alloy. But you can also with the metal powder (alloy powder) can be mixed into an alloy. The partial alloy is in Regarding compressibility with the same amount of alloy most advantageous. However, if Mn, Mo, Cr, Ni, Cu and V in terms of mass, 1.2%, 2.3%, 3.0%, 5.0%, 2.0% and Exceed 1.4%, the hardness of the molding material (the to molding material) higher, which increases the molding load during forging.

Das Graphitpulver, das als Rohmaterialpulver verwendet wird, um eine bestimmte mechanische Festigkeit eines Schmiedeteils sicherzustellen oder die Härtbarkeit bei der Hitzebehandlung zu erhöhen, ist vorzugsweise in einer eisenhaltigen Pulvermischung (mit eisenhaltigem Metallpulver und Graphitpulver) mit 0,03 bis 0,5% der Masse in Bezug auf die Gesamtmenge des eisenhaltigen Metallpulvers und des Graphitpulvers enthalten. Wenn der Anteil des Graphitpulvers weniger als 0,03% der Masse beträgt, ist der Festigkeitsverbesserungseffekt eines gesinterten Körpers nicht ausreichend, während andererseits, wenn der Anteil des Graphitpulvers 0,5% überschreitet, die Kompressionslast beim Schmieden übermäßig wird. Dementsprechend liegt der Anteil des Graphitpulvers in der eisenhaltigen Pulvermischung vorzugsweise im Bereich von 0,03 bis 0,5% der Masse in Bezug auf die Gesamtmenge des eisenhaltigen Metallpulvers und des Graphitpulvers. The graphite powder used as raw material powder to a certain mechanical strength of a Ensure forgings or hardenability at the Increasing heat treatment is preferable in one ferrous powder mixture (with ferrous metal powder and graphite powder) with 0.03 to 0.5% of the mass in relation to the total amount of ferrous metal powder and Graphite powder included. If the proportion of graphite powder is less than 0.03% of the mass, is the Strength improvement effect of a sintered body is not sufficient while on the other hand if the proportion of Graphite powder exceeds 0.5%, the compression load at Forging becomes excessive. The proportion of the Graphite powder in the iron-containing powder mixture preferably in the range of 0.03 to 0.5% by mass in relation on the total amount of ferrous metal powder and Graphite powder.

Um weiterhin den Grad der Haftung des Graphitpulvers an der Oberfläche des eisenhaltigen Metallpulvers zu verbessern, können Wachs, Spindelöl oder ähnliches zu der eisenhaltigen Pulvermischung hinzugefügt werden. Indem weiterhin eine trennungsverhindernde Behandlung, wie z. B. in JP-A-1-165701, JP-A-5-148505 angegeben, angewendet wird, kann der Haftungsgrad des Graphitpulvers an der Oberfläche des eisenhaltigen Metallpulvers verbessert werden. To continue the degree of adhesion of the graphite powder to improve the surface of the ferrous metal powder, can wax, spindle oil or the like to the ferrous Powder mixture can be added. By continuing one separation-preventing treatment, such as B. in JP-A-1-165701, JP-A-5-148505 is applied, the Degree of adhesion of the graphite powder to the surface of the ferrous metal powder can be improved.

Um weiterhin die Dichte des Presskörpers bei der Kompression zu erhöhen und die Auswurfkraft für den Presskörpers aus der Form zu reduzieren, kann in der eisenhaltigen Pulvermischung zusätzlich zu den oben genannten Rohmaterialpulvern ein Schmierstoff wie beispielsweise eine Metallseife wie etwa Zinkstearat, Lithiumstearat und Kalziumstearat, ein höheres Fettsäureamid wie etwa Stearinsäureamid, Oleinsäureamid und Ethylenbistearamid, eine höhere Fettsäure wie etwa Stearinsäure und Oleinsäure, Spindelöl, Turbinenöl und Wachs hinzugefügt werden. Der Anteil des Schmierstoffes liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,6 Gewichtsteilen in Bezug auf 100 Gewichtsteile des Gesamtgewichts des eisenhaltigen Metallpulvers und des Graphitpulvers. To continue the density of the compact at Increase compression and ejection force for the To reduce compact from the mold can in the ferrous powder mix in addition to the above Raw material powders a lubricant such as one Metal soap such as zinc stearate, lithium stearate and Calcium stearate, a higher fatty acid amide such as Stearic acid amide, oleic acid amide and ethylene bistearamide, a higher fatty acid such as stearic acid and oleic acid, Spindle oil, turbine oil and wax can be added. The amount the lubricant is preferably in the range of 0.1 to 0.6 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the Total weight of ferrous metal powder and Graphite powder.

Wenn die eisenhaltige Pulvermischung gemischt wird, kann ein bekanntes Mischverfahren unter Verwendung von etwa einem Henshel-Mischer oder einem Trichtermischer angewendet werden. If the iron-containing powder mixture is mixed, it can a known mixing method using about one Henshel mixer or a funnel mixer can be used.

Die mit dem oben angegebenen Verhältnis gemischte eisenhaltige Metallpulvermischung wird vorzugsweise anschließend einer vorläufigen (komprimierenden) Formung bzw. Kompression unterworfen. Für die vorläufige Kompression können bekannte Kompressionstechniken wie etwa ein Formschmierverfahren, ein mehrstufiges Formverfahren mit einer geteilten Form, ein CNC-Pressverfahren, ein hydrostatisches Pressverfahren, ein in JP-A-11-117002 angegebenes Pressformverfahren, ein Heißformverfahren oder Kombinationen aus diesen Verfahren angewendet werden. Gemäß dem in JP-A-11-117002 angegebenen Pressformverfahren zum Beispiel kann ein komprimierter Körper (Presskörper) mit einer höheren Dichte ohne Erhitzen des Rohmaterialpulvers und ohne Form einfach hergestellt werden. The one mixed with the above ratio ferrous metal powder mixture is preferred then a preliminary (compressive) shaping or Subjected to compression. For the preliminary compression can known compression techniques such as a Mold lubrication process, a multi-stage mold process with one split form, a CNC pressing process, a hydrostatic Pressing method, one specified in JP-A-11-117002 Press molding process, a hot molding process or combinations be applied from these procedures. According to that in JP-A-11-117002 specified molding method, for example, can be a compressed body (pressed body) with a higher density simple without heating the raw material powder and without mold getting produced.

Die Dichte des vorläufig geformten oder komprimierten Körpers wird vorzugsweise mit weniger als 7,3 Mg/m³ gewählt. Wenn die Dichte des vorläufig komprimierten Körpers auf weniger als 7,3 Mg/m³ gesetzt ist, können die Beschränkungen in Bezug auf die Bedingungen des verwendeten Rohmaterialpulvers wie etwa des eisenhaltigen Pulvers usw. sowie auf die Bedingungen des vorläufigen Formens oder Komprimierens wesentlich reduziert werden. Auch wenn die Dichte des vorläufig komprimierten Körpers niedriger als 7,3 Mg/m³ ist, kann gemäß der Erfindung ein Schmiedeteil mit einer höheren Dichte erhalten werden. Gemäß der Erfindung kann unabhängig von der Dichte des vorläufig komprimierten Körpers aufgrund der Sinter- und Schmiedeprozesse ein Schmiedeteil mit einer höheren Dichte erhalten werden. Je niedriger die Dichte des vorläufig komprimierten Körpers ist, desto höher ist gemäß der Erfindung die zu erwartende Dichteerhöhung des vorläufig komprimierten Körpers. Es ist zu beachten, dass die Dichte des vorläufig komprimierten Körpers bei 7,3 Mg/m³ oder höher liegen kann. The density of the preliminarily shaped or compressed body is preferably chosen to be less than 7.3 mg / m ³ . If the density of the preliminarily compressed body is set to less than 7.3 Mg / m ³ , the restrictions on the conditions of the raw material powder used, such as the iron-containing powder, etc., as well as the conditions of preliminary molding or compression can be significantly reduced , According to the invention, even if the density of the preliminarily compressed body is lower than 7.3 Mg / m ³ , a forging with a higher density can be obtained. According to the invention, a forged part with a higher density can be obtained regardless of the density of the preliminarily compressed body due to the sintering and forging processes. According to the invention, the lower the density of the provisionally compressed body, the higher the expected increase in density of the provisionally compressed body. It should be noted that the density of the preliminarily compressed body can be 7.3 mg / m ³ or higher.

Darauffolgend wird der vorläufig komprimierte Körper gesintert und als Formmaterial zugeführt. This is followed by the provisionally compressed body sintered and fed as molding material.

Das Sintern wird in einer nicht oxidierenden Atmosphäre durchgeführt, deren Stickstoffteildruck 30 kPa oder weniger bei einer Temperatur von 905°C oder mehr und 1300°C oder weniger beträgt. Wenn die Sintertemperatur niedriger als 950°C ist, ist die Diffusion des Graphits in die Matrix unzureichend. Dementsprechend diffundiert restliches Graphit in einem Neukristallisationsprozess in die Matrix, sodass es verschwindet und Poren hinterlässt, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Festigkeitsverminderung entsteht. Wenn andererseits die Sintertemperatur 1300°C überschreitet, wird der Verbesserungseffekt der Formbarkeit gesättigt, während die Herstellungskosten beträchtlich erhöht werden, was unwirtschaftlich ist. Deshalb ist die Sintertemperatur auf 950°C oder mehr und 1300°C oder weniger beschränkt. Sintering takes place in a non-oxidizing atmosphere performed, the nitrogen partial pressure 30 kPa or less at a temperature of 905 ° C or more and 1300 ° C or is less. If the sintering temperature is lower than 950 ° C is the diffusion of the graphite into the matrix insufficient. Accordingly, residual graphite diffuses in a recrystallization process in the matrix so that it disappears and leaves pores, causing the Probability of a reduction in strength arises. On the other hand, if the sintering temperature exceeds 1300 ° C, the improvement effect of formability is saturated, while the manufacturing cost is increased considerably, what is uneconomical. Therefore the sintering temperature is up Limited to 950 ° C or more and 1300 ° C or less.

In der Erfindung wird das Sintern in einem Vakuum, in einem Ar-Gas oder in einer Atomsphäre durchgeführt, die nicht oxidierend ist, wie etwa einem Wasserstoffgas, und deren Stickstoffteildruck 30 kPA oder weniger beträgt. Je niedriger der Stickstoffteildruck ist, desto niedriger ist der Stickstoffanteil in dem Formmaterial, was vorteilhaft ist, weil dadurch die Formlast in einem folgenden Kaltschmieden herabgesetzt wird. Als bevorzugte Atmosphäre kann eine Wasserstoff/Stickstoff-Gasmischung verwendet werden, deren Wasserstoffkonzentration zum Beispiel bei 70% des Volumens oder mehr liegt. Wenn dagegen der Stickstoffteildruck 30 kPa überschreitet, überschreitet der Stickstoffgehalt in dem Formmaterial 0,010% der Masse, sodass die oben genannten Effekte nicht zu erwarten sind. Die Sinterzeit muss entsprechend je nach dem Objekt und den Bedingungen bestimmt werden und liegt vorzugsweise im Bereich von 600 bis 7200 Sekunden. In the invention, sintering is carried out in a vacuum, in an Ar gas or in an atmosphere that isn't is oxidizing, such as a hydrogen gas, and their Partial nitrogen pressure is 30 kPA or less. The lower the partial nitrogen pressure, the lower the Nitrogen content in the molding material, which is advantageous because this means the form load in a subsequent cold forging is reduced. A preferred atmosphere can be a Hydrogen / nitrogen gas mixture can be used, the Hydrogen concentration, for example, at 70% of the volume or more. On the other hand, if the partial nitrogen pressure is 30 kPa exceeds the nitrogen content in the Molding material 0.010% of the mass, making the above Effects are not expected. The sintering time must determined according to the object and the conditions and is preferably in the range from 600 to 7200 Seconds.

Weiterhin kann in der vorliegenden Erfindung nach dem Sintern der vorläufig komprimierte Körper einem Glühen bei einer Temperatur unterworfen werden, die vorzugsweise niedriger als die Sintertemperatur ist, um ein Formmaterials vorzubereiten. Daraus resultiert, dass das Formmaterial hinsichtlich der Kompressionseigenschaften (Kaltschmiedefähigkeit) wesentlich verbessert werden kann. Obwohl die Ursachen hierfür derzeit nicht ganz geklärt sind, haben die Erfinder Folgendes festgestellt. Furthermore, according to the present invention The provisionally compressed body sinters to a glow be subjected to a temperature which is preferably is lower than the sintering temperature to a molding material prepare. As a result, the molding material in terms of compression properties (Cold forging ability) can be significantly improved. Although the causes of this are currently not fully understood, The inventors have found the following.

Die Untersuchung der Erfinder hat ergeben, dass wenn nach dem Sintern des vorläufig komprimierten Körpers zu einem gesinterten Körper ein Glühen angewendet wird, der Stickstoffgehalt in dem als Formmaterial zu verwendenden gesinterten Körper herabgesetzt wird. Es wird vermutet, dass weil eine Umwandlung zu einer Alpha-Phase in dem gesinterten Körper während des Glühens fortschreitet und die Lösbarkeit des Stickstoffs in die Eisenlegierungsmatrix niedriger wird, eine Verminderung der Stickstoffgehalts in dem gesinterten Körper verursacht wird. Die Herabsetzung des Stickstoffgehalts in dem gesinterten Körper aufgrund des Glühens wird als Faktor für die Verbesserung der Komprimierbarkeit des Formmaterials betrachtet. The inventors' investigation has shown that if after the sintering of the provisionally compressed body into one a glow is applied to the sintered body Nitrogen content in that to be used as molding material sintered body is reduced. it is supposed that because a conversion to an alpha phase in the sintered Body progresses during glowing and solubility of nitrogen in the iron alloy matrix becomes lower, a decrease in the nitrogen content in the sintered Body is caused. The reduction in nitrogen content in the sintered body due to the annealing is considered a factor for improving the compressibility of the molding material considered.

Weiterhin wird das Glühen nach dem Sintern vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 800°C durchgeführt. Wenn die Glühtemperatur niedriger als 400°C oder höher als 800°C ist, wird der Effekt der Stickstoffverminderung kleiner. Weiterhin ist die Atmosphäre während des Glühens ähnlich wie die Atmosphäre während des Sinterns vorzugsweise eine nicht oxidierende. Um weiterhin die Effizienz der Stickstoffverminderung zu verbessern, beträgt der Stickstoffteildruck in der Glühatmosphäre vorzugsweise 95 kPa oder weniger. Der Stickstoffteildruck in der Atmosphäre während des Glühens und derjenige in der Atmosphäre während des Sinterns müssen nicht notwendigerweise gleich sein. Furthermore, annealing after sintering is preferred at a temperature in the range of 400 to 800 ° C carried out. If the annealing temperature is lower than 400 ° C or is higher than 800 ° C, the effect of Nitrogen reduction smaller. The atmosphere is still during the glow similar to the atmosphere during the Sintering is preferably a non-oxidizing one. To continue the To improve nitrogen reduction efficiency is the partial nitrogen pressure in the annealing atmosphere is preferably 95 kPa Or less. Partial nitrogen pressure in the atmosphere during the glow and the one in the atmosphere during sintering need not necessarily be the same.

Weiterhin wird die Sinterdauer vorzugsweise im Bereich von 600 bis 7200 Sekunden gewählt. Wenn die Glühperiode kürzer als 600 Sekunden ist, ist der Stickstoffverminderungseffekt gering, und wenn die Glühperiode länger als 7200 Sekunden ist, wird der Effekt gesättigt und wird die Produktivität niedriger. Noch besser ist eine Dauer zwischen 1200 und 3600 Sekunden. Furthermore, the sintering time is preferably in the range of 600 to 7200 seconds selected. If the glow period is shorter than Is 600 seconds is the nitrogen reduction effect low, and if the glow period is longer than 7200 seconds, the effect becomes saturated and becomes productivity lower. A duration between 1200 and 3600 is even better Seconds.

Weiterhin besteht kein Problem, wenn das Sintern und das folgende Glühen ohne Herausnehmen des Materials aus einem Sinterofen, in dem das Sintern vorgenommen wird, kontinuierlich durchgeführt wird. Es entsteht auch kein Problem, wenn nach dem Sintern und dem anschließenden Abkühlen auf 400 bis 800°C das Glühen so angewendet wird, wie es ist. Weiterhin besteht auch kein Problem, dass nach dem Sintern und dem folgenden Abkühlen auf weniger als 400°C das Glühen mit einer Temperatur im Bereich von 400 bis 800°C angewendet wird. Bei dem Glühen muss die Temperatur nicht notwendigerweise gleichmäßig bei einer bestimmten Temperatur gehalten werden und kann allmählich herabgesetzt werden, von 800 auf 400°C. Bei der allmählichen Abkühlung kann die Abkühlgeschwindigkeit herabgesetzt werden, so dass 600 bis 7200 Sekunden und vorzugsweise auf 3600 bis 7200 Sekunden benötigt werden, d. h. eine längere Zeitdauer (ungefähr 2400 Sekunden) als erforderlich ist, um den oben genannten Temperaturbereich bei einer normalen Abkühlgeschwindigkeit zu durchlaufen. Furthermore, there is no problem if the sintering and the subsequent annealing without taking the material out of one Sintering furnace in which the sintering is carried out is carried out continuously. Neither arises Problem if after sintering and then cooling annealing is applied as it is at 400 to 800 ° C. Furthermore, there is no problem that after sintering and the subsequent cooling to less than 400 ° C with the annealing a temperature in the range of 400 to 800 ° C is applied. When glowing, the temperature does not necessarily have to be kept even at a certain temperature and can be gradually reduced from 800 to 400 ° C. With gradual cooling, the cooling rate can be reduced so that 600 to 7200 seconds and preferably needed from 3600 to 7200 seconds, d. H. a longer period of time (approximately 2400 seconds) than is required to cover the above temperature range to go through a normal cooling rate.

Im Folgenden wird das Formmaterial kaltgeschmiedet, um ein Schmiedeteil vorzubereiten. In the following the molding material is cold forged to a Prepare forgings.

In der Erfindung ist das Schmieden ein Schmieden im geschlossenen Gesenk oder ein Schmieden im eingeschlossenen Gesenk. Das "Schmieden im geschlossenen Gesenk" der Erfindung ist ein Schmieden, in dem die gesamte Oberfläche des Formmaterials durch eine Oberfläche einer Form beschränkt wird, sodass das Material nicht durch einen Zwischenraum der Form nach außen gedrückt werden kann. Weiterhin ist das "Schmieden im eingeschlossenen Gesenk" der Erfindung ein Schmieden, in dem das Material auf die Form beschränkt ist, wobei das Material mittels eines Stempels oder ähnlichem gepresst wird, sodass das Material einen Raum in der Form ausfüllen kann. In the invention, forging is forging in the closed die or forging in the enclosed Die. The "closed die forging" of the invention is a forging in which the entire surface of the Molding material limited by a surface of a mold so that the material is not separated by a gap between the Form can be pressed outwards. Furthermore, that is "Forging in the enclosed die" of the invention Forging where the material is limited to the shape the material by means of a stamp or the like is pressed so that the material has a space in the form can fill out.

Wenn das gemäß dem oben genannten Verfahren erhaltene Formmaterial dem Kaltschmieden im eingeschlossenen Gesenk unterworfen wird, kann ein Schmiedeteil mit einer hohen Dichte und einer hervorragenden dimensionalen Präzision mit einer relativ niedrigen Schmiedelast ausgebildet werden. Um bei dem Schmieden im geschlossenen Gesenk oder dem Schmieden im eingeschlossenen Gesenk der Erfindung die Formbarkeit zu verbessern oder eine höhere Dichte zu erhalten, kann vorzugsweise eine Formschmierung angewendet werden. Die Formschmierung kann vorzugsweise in Übereinstimmung mit einem gewöhnlichen Verfahren angewendet werden, in dem ein Schmierstoff entweder vor dem Schmieden aufgetragen wird oder ein fester Schmierstoff beim Schmieden verwendet wird. If that is obtained according to the above procedure Molding material for cold forging in the enclosed die is subjected to a forged part with a high density and excellent dimensional precision with a relatively low forging load. To at the Forging in the closed die or forging in the included die of the invention the formability can improve or get a higher density preferably a form lubrication can be used. The Mold lubrication can preferably be in accordance with a usual procedures are used in which a Lubricant is either applied before forging or a solid lubricant is used in forging.

Weiterhin weist bei dem Schmieden im geschlossenen Gesenk oder dem Schmieden im eingeschlossenen Gesenk der Erfindung die Form einen geschlossenen oder eingeschlossenen Aufbau auf, wobei ein bestimmter Zwischenraum in Bezug auf das vorzugsweise verwendete Formmaterial gewählt werden kann. Durch das Wählen des Zwischenraums kann die Dichte weiterhin erhöht werden, weil beim Schmieden eine bestimmter Plastizitätsfluss in dem Formmaterial vorgesehen werden kann. Furthermore, forging in the closed die points or forging in the included die of the invention the shape has a closed or enclosed structure, with a certain space in relation to the preferably used molding material can be selected. By choosing the space, the density can continue be increased because when forging a certain one Plastic flow in the molding material can be provided.

Das erhaltene Schmiedeteil wird einer Endverarbeitung unterworfen und zu einem Produkt fertiggestellt, wobei bei Bedarf ein weiteres Sintern und/oder Erhitzen angewendet werden kann. The forged part obtained is finished subjected and finished to a product, whereby at If necessary, a further sintering and / or heating is applied can be.

Als Erhitzungsprozess kann je nach dem Objekt ein Aufkohlungsprozess, ein Härtungsprozess, ein Vergütungsprozess oder ähnliches verwendet werden. Zum Beispiel wird bei einem Gasaufkohlungshärten in einer Atmosphäre, deren Kohlenstoffpotenzial bei 0,6 bis 1% liegt, das geschmiedete Teil nach dem Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 800 bis 900°C vorzugsweise einem Ölhärten unterworfen. Um weiterhin bei dem Blankhärten zu verhindern, dass die Oberfläche des gesinterten Körpers bei hohen Temperaturen oxidiert und entkohlt wird, wird das Schmiedeteil in einer schützenden Atmosphäre wie beispielsweise einer trägen Atmosphäre wie etwa einem Ar-Gas oder einer wasserstoffhaltigen Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 950°C erhitzt und danach ölgehärtet. Weiterhin kann das Schmiedeteil auch bei einer Auskohlungshärtung in einem Vakuum und bei einem Hochfrequenzhärten nach dem Erhitzen zu einer Temperatur in dem oben genannten Bereich gehärtet werden. Diese Hitzebehandlungen können die mechanische Festigkeit eines Produkts verbessern. Außerdem kann nach dem Härten bei Bedarf ein Vergütungsprozess angewendet werden. Als Vergütungstemperatur wird vorzugsweise eine Temperatur in einem gewöhnlich bekannten Temperaturbereich von 130 bis 250°C verwendet. Vor oder nach der Hitzebehandlung kann eine Maschinenverarbeitung auf das Schmiedeteil angewendet werden, um die Dimension und Form desselben anzupassen. As a heating process, depending on the object Carburizing process, hardening process, tempering process or the like can be used. For example, one Gas carburizing in an atmosphere whose Carbon potential is 0.6 to 1%, the forged Part after heating to a temperature in the range of about 800 to 900 ° C, preferably oil hardening subjected. To continue to prevent the bright hardening, that the surface of the sintered body at high Temperatures are oxidized and decarburized, the forged part in a protective atmosphere such as one inert atmosphere such as an Ar gas or one hydrogen-containing nitrogen atmosphere at one temperature heated in the range of 800 to 950 ° C and then oil hardened. The forged part can also be used for a Carburizing hardening in a vacuum and at one High frequency hardening after heating to a temperature in the above range. This Heat treatments can reduce the mechanical strength of a Improve the product. It can also be used after hardening if necessary a remuneration process is applied. As The tempering temperature is preferably a temperature in a commonly known temperature range of 130 to 250 ° C used. Before or after the heat treatment, one can Machine processing can be applied to the forged part, to adjust the dimension and shape of the same.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf Beispiele im Vergleich zu Vergleichsbeispielen verdeutlicht, wobei diese Beispiele jedoch lediglich beispielhaft sind und den Umfang der Erfindung keineswegs einschränken. The present invention is hereinafter referred to with reference to Examples in comparison to comparative examples clarifies however, these examples are exemplary only and in no way limit the scope of the invention.

Eine bestimmte Menge MoO₃-Pulver wurde mit einem atomisierten reinen Eisenpulver ("KIP301A", hergestellt durch die Kawasaki Steel Corporation) unter Verwendung eines V-Typ- Mischers 15 Minuten lang gemischt, sodass eine Pulvermischung erzeugt wurde. Indem die Pulvermischung in einem Wasserstoffgasstrom bei 900°C eine Stunde lang verarbeitet wurde, wurde das MoO₃-Pulver reduziert, damit das Mo zu einer Oberfläche eines Eisenpartikels diffundieren und auf derselbe haften kann, sodass ein dementsprechend teilweise legiertes eisenhaltiges Metallpulver A gebildet wurde. Eine chemische Analyse ergab, dass die Menge von Mo 1,0% der Masse ausmachte, wobei 1,0% der Masse des Mo teilweise legiert war. Das eisenhaltige Metallpulver A enthielt 0,15% der Masse an Mn als zuvor legierte Legierungskomponente. A certain amount of MoO ₃ powder was mixed with an atomized pure iron powder ("KIP301A" manufactured by Kawasaki Steel Corporation) using a V-type mixer for 15 minutes to produce a powder mixture. By processing the powder mixture in a hydrogen gas stream at 900 ° C for one hour, the MoO ₃ powder was reduced so that the Mo can diffuse to and adhere to a surface of an iron particle, so that a correspondingly partially alloyed iron-containing metal powder A was formed. Chemical analysis showed that the amount of Mo was 1.0% of the mass, with 1.0% of the mass of the Mo being partially alloyed. The iron-containing metal powder A contained 0.15% of the mass of Mn as a previously alloyed alloy component.

Außerdem wurde in einem Wasseratomisierungsprozess ein eisenhaltiges Metallpulver B erzeugt, in dem zuvor 1,0% der Masse Mo und 0,13% der Masse Mn legiert wurden. In addition, a water atomization process was launched produces iron-containing metal powder B in which 1.0% of the Mass Mo and 0.13% of the mass Mn were alloyed.

Die eisenhaltigen Metallpulver B und B enthielten beide 0,01% der Masse C, 0,15% der Masse oder weniger 0 und 0,01% der Masse oder weniger N. Die durchschnittlichen Partikeldurchmesser (d₅₀) der eisenhaltigen Metallpulver A und B lagen im Bereich von 70 bis 80 µm. The iron-containing metal powders B and B both contained 0.01% of the mass C, 0.15% of the mass or less 0 and 0.01% of the mass or less N. The average particle diameter (d ₅₀ ) of the iron-containing metal powders A and B were in the range from 70 to 80 µm.

Die beiden Arten von Metallpulver A und B wurden in einem V-Typ-Mischer mit Graphitpulver und einem Schmierstoff gemischt, sodass eine eisenhaltige Pulvermischung vorbereitet wurde. Als Schmierstoff wurde Zinkstearat verwendet. Die Arten der eisenhaltigen Metallpulver und die Anteile des Graphits sind in Tabelle 1 angegeben. The two types of metal powder A and B were combined in one V-type mixer with graphite powder and a lubricant mixed so that an iron-containing powder mixture is prepared has been. Zinc stearate was used as the lubricant. The species the ferrous metal powder and the proportions of the graphite are given in Table 1.

Die eisenhaltige Pulvermischung wurde in eine Form gefüllt und durch einen mittels einer hydraulischen Kompressionsmaschine angelegten Formdruck vorläufig geformt bzw. komprimiert, sodass ein tablettenartiger vorläufig komprimierter Körper mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Höhe von 13 mm gebildet wurde. Die Dichte des vorläufig komprimierten Körpers liegt wie in Tabelle 1 angegeben im Bereich von 6,88 bis 7,12 Mg/m³. The iron-containing powder mixture was filled into a mold and preliminarily shaped or compressed by a molding pressure applied by a hydraulic compression machine, so that a tablet-like preliminarily compressed body with a diameter of 30 mm and a height of 13 mm was formed. The density of the preliminarily compressed body is in the range from 6.88 to 7.12 mg / m ^3, as indicated in Table 1.

Der erhaltene vorläufig komprimierte Körper wurde unter den in Tabelle 1 angegebenen Sinterbedingungen gesintert, sodass ein Formmaterial vorbereitet wurde. Die Sinterbedingungen in Tabelle 1 umfassen die Arten der Atmosphäre, in der das Sintern vorgenommen wurde, den Stickstoffteildruck in der Atmosphäre, die Temperaturen, bei denen das Sintern vorgenommen wurde, und die Zeitdauern des Sinterns. Für einige Proben (Proben Nr. 5 bis 9 und Nr. 11 bis 16) wurde auf das Sintern kontinuierlich folgend ein Glühen unter den in Tabelle 1 angegebenen Glühbedingungen durchgeführt. Die Glühbedingungen in Tabelle 1 umfassen die Arten der Atmosphäre, in der das Glühen vorgenommen wurde, den Stickstoffteildruck in der Atmosphäre, die Temperaturen, bei denen das Glühen vorgenommen wurde, und die Zeitdauern des Glühens. The preliminarily compressed body obtained was under sintered under the sintering conditions given in Table 1, so that a molding material was prepared. The Sintering conditions in Table 1 include the types of Atmosphere in which the sintering was carried out Partial nitrogen pressure in the atmosphere, the temperatures at to whom the sintering was carried out and the duration of the Sintering. For some samples (samples No. 5 to 9 and No. 11 to 16) annealing became continuous following sintering under the annealing conditions given in Table 1 carried out. The annealing conditions in Table 1 include the Types of atmosphere in which the glow was made Partial nitrogen pressure in the atmosphere, the temperatures at to which the glow was made and the duration of the Annealing.

Dann wurde das erhaltene Formmaterial in eine Form mit einem geschlossenen Aufbau gegeben und einem Kaltschmieden in geschlossenem Gesenk unterworfen, sodass ein scheibenartiges Schmiedeteil mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Dicke von 13 mm als Produkt erzeugt wurde. Die Form hatte wie in Tabelle 2 gezeigt einen Zwischenraum (= Innendurchmesser der Form-Außendurchmesser des Formmaterials) von 0,4 mm. Weiterhin wurde die Schmiedelast bei dem Schmieden mit geschlossenem Gesenk gemessen. Ein Schmieden mit Schmiedelasten von 748 MPa und 1177 Mpa wurde für jede Probe (jedes Formmaterial) wie in Tabelle 2 gezeigt durchgeführt. Die Dichte und die Härte des erhaltenen Schmiedeteils wurden in Übereinstimmung mit der Archimedes-Methode und unter Verwendung eines Härtemessgeräts (B-Skala) jeweils wie in Tabelle 2 angegeben gemessen. Then the molding material obtained was molded into a mold given a closed structure and a cold forging in closed die subjected to a disc-like Forgings with a diameter of 30 mm and a thickness of 13 mm was produced as a product. The shape was like in Table 2 shows a space (= inner diameter of the Mold outer diameter of the molding material) of 0.4 mm. The forging load was also included in the forging closed die measured. A forge with Forging loads of 748 MPa and 1177 Mpa were used for each sample (each molding material) as shown in Table 2. The density and hardness of the forging obtained were in accordance with the Archimedes method and under Use a hardness measuring device (B scale) as in Table 2 indicated measured.

Nach dem Schmieden wurde das Schmiedeteil (Produkt) untersucht, wobei das Verhältnis einer Fläche, wo die äußere periphere Oberfläche des Produkts in Kontakt mit der Form kommt, zu der Fläche der äußeren peripheren Oberfläche der Form erhalten wurde, sodass die Übertragungseigenschaften wie in Tabelle 2 gezeigt bewertet wurden. Wenn der Verhältniswert bei 95% oder mehr liegt, werden die Übertragungseigenschaften mit A, bei 90% oder mehr und weniger als 95% mit B, bei 80% oder mehr und weniger als 90% mit C und bei weniger als 80% mit D bewertet. Je größer der Wert ist, desto hervorragender ist die dimensionale Präzision. Das Vorhandensein eines Kontaktes zwischen der äußeren peripheren Oberfläche des Produkts und der Form wird in Übereinstimmung mit dem Vorhandensein eines Glanzes auf der äußeren peripheren Oberfläche des Produkts bestimmt. Wenn das Produkt mit der Form in Kontakt kommt, kann ein Glanz auf der äußeren peripheren Oberfläche des Produkts wahrgenommen werden. After forging, the forged part (product) examined, the ratio of an area where the outer peripheral surface of the product in contact with the mold comes to the area of the outer peripheral surface of the Shape was obtained so that the transfer properties like shown in Table 2. If the ratio value is 95% or more, the transmission properties with A, at 90% or more and less than 95% with B, at 80% or more and less than 90% with C and less than 80% rated with D. The larger the value, the better is dimensional precision. The presence of one Contact between the outer peripheral surface of the Product and shape will be in accordance with the Presence of a luster on the outer peripheral Surface of the product determined. If the product with the Form comes into contact, there may be a shine on the outside peripheral surface of the product.

Die erhaltenen Bewertungsergebnisse sind zusammen in Tabelle 2 angegeben. Wie in Tabelle 2 angegeben, entsprechen die Proben Nr. 1, 2, 5, 6 und 10 bis 16 Beispielen im Umfang der vorliegenden Erfindung, während die Beispiele 3, 4 und 7 bis 9 Vergleichsbeispielen außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung entsprechen.

The evaluation results obtained are given together in Table 2. As indicated in Table 2, Sample Nos. 1, 2, 5, 6 and 10 to 16 correspond to examples within the scope of the present invention, while Examples 3, 4 and 7 to 9 correspond to comparative examples outside the scope of the present invention.

Die Beispiele (Proben Nr. 1, 2, 5 und 6) weisen eine höhere Dichte (einer kleinere Schmiedelast) und hervorragende Übertragungseigenschaften (eine höhere dimensionale Präzision) auf als die Vergleichsbeispiele (Proben Nr. 3, 4, 7 und 8), bei denen das Sintern unter einem höheren Stickstoffteildruck bei gleicher Schmiedelast vorgenommen wurde. Weiterhin weisen die Beispiele (Proben Nr. 5 und 6), bei denen das Glühen nach dem Sintern angewendet wurde, eine höhere Dichte und hervorragende Übertragungseigenschaften im Vergleich zu den Beispielen (Proben Nr. 1 und 2) auf, bei denen kein Glühen vorgenommen wurde (bei gleichen Schmiedelasten). Weiterhin weisen die Beispiele (Proben Nr. 13, 14 und 15), bei denen das Glühen bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 800°C durchgeführt wurde, eine höhere Dichte und hervorragende Übertragungseigenschaften im Vergleich zu dem Beispiel (Probe Nr. 12), bei dem das Glühen bei 300°C durchgeführt wurde, und den Beispielen (Probe Nr. 15 und 16) auf, bei denen das Glühen bei 900°C durchgeführt wurde (bei gleicher Schmiedelast). The examples (Sample Nos. 1, 2, 5 and 6) have one higher density (a smaller forging load) and excellent Transmission properties (a higher dimensional precision) on as the comparative examples (Sample Nos. 3, 4, 7 and 8), in which the sintering under a higher nitrogen partial pressure was carried out with the same forging load. Continue to point the examples (samples Nos. 5 and 6) in which the annealing after sintering, a higher density and excellent transmission properties compared to the Examples (samples Nos. 1 and 2) in which no annealing was made (with the same forging loads). Farther refer to the examples (Sample Nos. 13, 14 and 15) in which the Annealing at a temperature in the range of 400 to 800 ° C was carried out, a higher density and excellent Transmission properties compared to the example (sample No. 12) at which the annealing was carried out at 300 ° C., and Examples (Sample Nos. 15 and 16) in which the annealing was carried out at 900 ° C (with the same forging load).

Weiterhin weisen die Beispiele (Probe Nr. 1 und 5), bei denen das teilweise legierte eisenhaltige Metallpulver A verwendet wurde, eine höhere Dichte und hervorragende Übertragungseigenschaften im Vergleich zu den Beispielen (Probe Nr. 10 und 11) auf, bei denen das vorläufig legierte eisenhaltige Metallpulver B verwendet wurde (bei gleicher Schmiedelast). Furthermore, the examples (Sample Nos. 1 and 5) show which the partially alloyed iron-containing metal powder A was used, a higher density and excellent Transmission properties compared to the examples (Sample Nos. 10 and 11) in which this was provisionally alloyed ferrous metal powder B was used (with the same Forging load).

Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass gemäß der vorliegenden Erfindung ein eisenhaltiges Schmiedeteil mit höherer Dichte und einer höheren dimensionalen Präzision bei einer geringen Schmiedelast erzeugt oder hergestellt werden kann. Dementsprechend können industrielle Vorteile durch das Erzeugungsverfahren der vorliegenden Erfindung erhalten werden. From the above it follows that according to the present invention with an iron-containing forging higher density and higher dimensional precision with a low forging load can. Accordingly, industrial advantages can be gained through the Obtaining the production method of the present invention become.

Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. P2002-054244 vom 28. Februar 2002 ist hier unter Bezugnahme eingeschlossen. Beschriftungen zu Fig. 1 a Graphitpulver
b Eisenhaltiges Metallpulver
c Pulver für Legierung
d Mischen
e Materialpulver
f Eisenhaltige Pulvermischung
g (Vorläufiges Komprimieren)
h Vorläufiges Pressteil
i (Vorläufiges Sintern)
j (Glühen)
k Formmaterial
l Schmieden
m Schmiedeteil
n Erneutes Sintern
o Hitzebehandlung
p Produkt
The entire contents of Japanese Patent Application No. P2002-054244 dated February 28, 2002 are incorporated herein by reference. Labels for Fig. 1 a graphite powder
b Ferrous metal powder
c powder for alloy
d mixing
e material powder
f Iron powder mix
g (preliminary compression)
h Preliminary pressing
i (preliminary sintering)
j (glow)
k molding material
l forging
m forgings
n Sintering again
o heat treatment
p product

Claims

1. A method of manufacturing a high-density ferrous forging comprising the following steps in the order listed:
Preparing an iron-containing powder mixture comprising iron-containing metal powder and graphite powder,
provisionally compressing the ferrous powder mixture to form a preliminary compact,
Sintering the preliminary compact in a non-oxidizing atmosphere, the partial nitrogen pressure of which is 30 kPa or less, at a temperature of 950 ° C or more and 1300 ° C or less to form a molding material, and
Forging the molding material by closed die forging or enclosed die forging to produce a high density forged part.

2. The method according to claim 1, characterized in that the step to prepare the ferrous mixture that partially diffusing at least one metal from the Group of Mn, Mo, Cr, Ni, Cu and V includes this adheres to the iron-containing metal powder.

3. The method according to claim 1 or 2, further characterized through a step of annealing the molding material after the Step for sintering the preliminary compact.

4. The method according to claim 3, characterized in that annealing at a temperature in the range between 400 ° C and 800 ° C is carried out.

5. The method according to claim 1, characterized in that the preliminary compact has a density of 7.3 Mg / m ³ or less.