DE112015005554T5

DE112015005554T5 - Eisen-basiertes legierungspulver für die pulvermetallurgie und ein sintergeschmiedetes bauteil

Info

Publication number: DE112015005554T5
Application number: DE112015005554.1T
Authority: DE
Inventors: Akio Kobayashi; Naomichi Nakamura; Akio Sonobe
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2017-09-07
Also published as: JPWO2016092827A1; JP5999285B1; SE1750785A1; SE541758C2; BR112017012050A2; KR20170094321A; US10774403B2; CA2969511C; CN107000053A; CA2969511A1; KR101918431B1; CN107000053B; BR112017012050B1; US20170349981A1; WO2016092827A1

Abstract

Ein Eisen-basiertes Legierungspulver für die Pulvermetallurgie enthält 2,0 Gew.% bis 5,0 Gew.% an Cu, wobei der Rest Fe und anfallende Verunreinigungen sind. Von 1/10 bis 8/10 des Cu ist diffusionsverbunden in Pulverform mit den Flächen des Eisenpulvers, das als ein Grundstoff für das Eisen-basierte Legierungspulver dient, und der Rest des Cu in diesem Eisenpulver als eine Vorlegierung enthalten ist. Das Eisen-basierte Legierungspulver hat eine überlegene Kompressibilität zu üblichen Cu-vorlegierten Eisen-basierten Legierungspulvern und ermöglicht die Herstellung eines hochfesten sintergeschmiedeten Bauteils, selbst wenn es bei einer niedrigeren Temperatur gesintert wird als übliche Eisen-basierte Legierungspulver, die gemischtes Cu-Pulver enthalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Eisen-basiertes Legierungspulver, das ein Ausgangsstoffpulver für ein pulvermetallurgisches Produkt ist, und ein sintergeschmiedetes Bauteil, das durch Sinterschmieden unter Verwendung des Eisen-basierten Legierungspulvers als ein Ausgangsstoff hergestellt ist.
HINTERGRUND
Unter pulvermetallurgischen Produkten werden insbesondere sintergeschmiedete Produkte als Bauteile verwendet, die gefordert sind, eine besonders hohe Festigkeit zu haben, wie beispielsweise Pleuelstangen für Automobilverbrennungsmotoren.
Eisen-basierte Legierungspulver eines Fe-Cu-C-Typs, in welchem Cu-Pulver und Graphitpulver mit reinem Eisenpulver gemischt sind, werden gewöhnlich als Ausgangsstoffpulver für sintergeschmiedete Produkte (PTL 1 bis 4) verwendet. Ein Bearbeitbarkeit-Verbesserer wie beispielsweise MnS kann auch zu einem Ausgangsstoffpulver hinzugegeben werden, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern (PTL 1, 4 und 5).
In den letzten Jahren gab es die Nachfrage für noch höherfestere Werkstoffe für Pleuelstangen-Anwendungen bedingt durch den Fortschritt zu kompakteren und leistungsfähigeren Verbrennungsmotoren. Infolgedessen wurden Studien durchgeführt in Bezug auf die Optimierung der Mengen von Cu und C (PTL 1, 2 und 5), jedoch war der Effekt des Verbesserns der Festigkeit beschränkt.
PTL 3 schlägt vor, ein vorlegiertes Produkt zu verwenden, das durch Vorlegieren eines Legierungselementes, wie beispielsweise Mo, Ni oder Cu, mit Eisenpulver gewonnen wird. Allerdings sind Legierungselemente nicht nur teuer, auch bilden sie harte Strukturen wie beispielsweise Martensit in einem Eisen-basierten Legierungspulver. Infolgedessen leidet ein gesinterter Körper, der unter Verwendung eines Eisen-basierten Legierungspulvers gewonnen wird, das einige Legierungselemente enthält, unter einem Problem von schlechterer Bearbeitbarkeit.
Als Antwort auf dieses Problem schlägt PTL 4 eine Technik vor, durch welche die Festigkeit eines gesinterten Körpers verbessert werden kann, während die Bearbeitbarkeit des gesinterten Körpers durch lediglich Vorlegieren von Cu mit Eisenpulver aufrechterhalten wird.
ZITIERUNGSLISTE
Patentliteratur

PTL 1: US 6391083 B1
PTL 2: US 2006/86204 A1
PTL 3: US 3901661 A
PTL 4: JP 2011-509348 A
PTL 5: JP 4902280 B
PTL 6: JP H10-96001 A
PTL 7: JP H8-92604 A
PTL 8: JP 2004-232004 A

ERLÄUTERUNG
(Technisches Problem)
Allerdings erhöht die Technik, die in PTL 4 beschrieben ist, die Härte von Eisen-basierten Legierungspulver-Partikeln und reduziert die Kompressibilität. Infolgedessen neigt die Festigkeit eines geformten Körpers dazu, der unter Verwendung des Eisen-basierten Legierungspulvers gewonnen wird, reduziert zu sein. Zudem wird eine hohe Presskraft zum Formen dieses Eisen-basierten Legierungspulvers benötigt, was ein Problem einer reduzierten Pressform-Lebensdauer verursachen kann bedingt dadurch, dass die Pressform leichter abgenutzt wird. Um diese Probleme zu bekämpfen, wurde eine Technik vorgeschlagen, in welcher Cu-Partikel mit Eisenpulver diffusionsverbunden sind, um die Kompressibilität zu gewährleisten (PTL 6). Allerdings neigt das Cu dazu, uneinheitlich nach dem Sintern verteilt zu sein und der Effekt des Verbesserns der Festigkeit ist beschränkt.
Weiterhin, obwohl der Einsatz einer hohen Sintertemperatur in Betracht gezogen werden kann als eine Strategie zum Verbessern der Festigkeit eines gesinterten Körpers, ist eine niedrigere Sintertemperatur wünschenswert, da das Sintern bei einer hohen Temperatur eine große Menge an Energie verbraucht.
Um die Probleme zu lösen, die durch die üblichen Techniken erfahren sind, die oben beschrieben sind, würde es hilfreich sein, ein Eisen-basiertes Legierungspulver für die Pulvermetallurgie bereitzustellen, das eine überlegene Kompressibilität zu üblichen Cu-vorlegierten Eisen-basierten Legierungspulvern hat und die Herstellung eines hochfesten sintergeschmiedeten Bauteils ermöglicht, selbst wenn bei einer niedrigeren Temperatur gesintert wird als übliche Eisen-basierte Legierungspulver, die gemischtes Cu-Pulver enthalten.
Es würde auch hilfreich sein, ein sintergeschmiedetes Bauteil bereitzustellen, für welches dieses Eisen-basierte Legierungspulver verwendet wird.
In dieser Offenbarung wird der Ausdruck “hochfest” verwendet, um zu bedeuten, dass die Festigkeit eines Bauteils, das nach Sinterschmieden gewonnen ist, höher ist als die Festigkeit eines üblichen Bauteils, das nach Sinterschmieden gewonnen ist, wenn äquivalente Mengen von Cu im jeweiligen Fall verwendet werden.
PTL 4 stellt ein Beispiel einer üblichen Technik bereit, in welcher Cu mit einem Grundstoff-Eisenpulver vorlegiert wird. Allerdings ist das Ziel der Technik in PTL 4, die Einheitlichkeit der Cu-Verteilung in dem Grundstoff-Eisenpulver zu erhöhen, nachdem das vorlegierte Grundstoff-Eisenpulver mit lediglich Graphitpulver gemischt ist und gesintert ist. Daher schlägt die Technik in PTL 4 einen optimalen Anteil von Cu (d.h. ein Verhältnis von vorlegiertem Cu und diffusionsverbundenem Cu) nicht vor zum Erzielen eines Gleichgewichts von sowohl der Kompressibilität beim Grün-Verdichten und der Einheitlichkeit der Cu-Verteilung nach dem Sinterschmieden.
(Lösung des Problems)
Die Hauptmerkmale der vorliegenden Offenbarung sind wie folgt.

1. Ein Eisen-basiertes Legierungspulver für die Pulvermetallurgie, in welcher Cu diffusionsverbunden ist in Pulverform mit Flächen von Grundstoff-Eisenpulver, das mit Cu vorlegiert ist, wobei das Eisen-basierte Legierungspulver aufweist (besteht aus) 2,0 Gew.% bis 5,0 Gew.% an Cu, wobei der Rest Fe und anfallende Verunreinigungen sind, wobei 1/10 bis 8/10 des Cu mit den Flächen des Grundstoff-Eisenpulvers diffusionsverbunden ist und der Rest des Cu vorlegiert ist.
2. Ein sintergeschmiedetes Bauteil, das das Eisen-basierte Legierungspulver gemäß 1 als einen Ausgangsstoff hat.

(Vorteilhafter Effekt)
Gemäß der vorliegend offenbarten Technik ist Cu einheitlicher an den Flächen des Eisenpulvers verteilt, was es ermöglicht, in einem gesinterten Bauteil eine einheitliche Cu-Verteilung zu erzielen, selbst wenn die Sintertemperatur niedrig ist im Vergleich zu üblichen Eisen-basierten Legierungspulvern eines Fe-Cu-C-Typs. Infolgedessen kann ein sintergeschmiedetes Bauteil, das eine hohe mechanische Festigkeit hat, zu niedrigen Kosten hergestellt werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Das Folgende stellt eine genaue Beschreibung der offenbarten Technik bereit.
Ein vorliegend offenbartes Eisen-basiertes Legierungspulver hat einen Cu-Gehalt in einem Bereich von 2,0 Gew.% bis 5,0 Gew.%.
Wenn der Cu-Gehalt des Eisen-basierten Legierungspulvers weniger als 2,0 Gew.% ist, ist der Effekt des Verbesserns der Festigkeit eines sintergeschmiedeten Bauteils durch Hinzugabe von Cu unzureichend. Auf der anderen Seite, wenn der Cu-Gehalt des Eisen-basierten Legierungspulvers 5,0 Gew.% überschreitet, wird die Festigkeit eines sintergeschmiedeten Bauteils nicht signifikant verbessert im Vergleich dazu, wenn 5,0 Gew.% an Cu hinzugegeben wird. Aus diesem Grund ist eine obere Grenze von 5,0 Gew.% für den Cu-Gehalt des Eisen-basierten Legierungspulvers gesetzt.
Der Rest des Eisen-basierten Legierungspulvers, Cu ausgenommen, ist Fe und anfallende Verunreinigungen.
Das Hauptmerkmal, das hierin offenbart ist, ist, dass 1/10 bis 8/10 des Cu, das in dem Eisen-basierten Legierungspulver enthalten ist, diffusionsverbunden ist in Pulverform mit den Flächen des Grundstoff-Eisenpulvers, das einem Vorlegieren unterzogen wurde, und wobei der Rest des Cu in dem Grundstoff-Eisenpulver als eine Vorlegierung enthalten ist.
Wenn die Menge an diffusionsverbundenem Cu weniger als 1/10 der Menge an Cu ist, die in dem Eisen-basierten Legierungspulver enthalten ist, ist ein Effekt des Verbesserns der Kompressibilität des Eisen-basierten Legierungspulver reduziert. Auf der anderen Seite, wenn die Menge an diffusionsverbundenem Cu 8/10 der Menge an Cu überschreitet, die in dem Eisen-basierten Legierungspulvers enthalten ist, ist die Einheitlichkeit der Cu-Verteilung an den Flächen des Grundstoff-Eisenpulvers, das einem Vorlegieren unterzogen wurde, nicht verbessert und der Effekt des Verbesserns der Festigkeit eines sintergeschmiedeten Bauteils ist beschränkt.
In dieser Offenbarung, wenn Cu beschrieben ist als diffusionsverbunden zu sein in Pulverform mit den Flächen des Grundstoff-Eisenpulvers, das einem Vorlegieren unterzogen wurde, bedeutet dies, dass Cu-Pulver, das einen Durchschnittspartikeldurchmesser (d50) von ungefähr 50 µm oder weniger hat, und vorzugsweise 20 µm oder weniger, mit den Flächen des Grundstoff-Eisenpulvers, das einem Vorlegieren unterzogen wurde, diffusionsverbunden ist. Der Durchschnittspartikeldurchmesser (d50) des Cu-Pulvers bezieht sich auf einen Partikeldurchmesser, bei welchem ein Wert von 50% erreicht ist, wenn eine gesamte Partikelgrößenverteilung auf einer Volumenbasis durch Laserbeugung-Streuung gemessen ist.
Wenn das offenbarte Eisen-basierte Legierungspulver in einem Harz eingeschlossen ist und poliert ist, und eine Elementverteilung in einem Partikelquerschnitt davon durch eine Elektronenstrahlmikroanalyse (ESMA) abgebildet wird, wird die Verteilung des vorlegierten Cu beobachtet. Auf der anderen Seite, wenn die Partikelflächen des Eisen-basierten Legierungspulvers durch die ESMA abgebildet sind, wird eine höhere Konzentration von Cu an den Partikelflächen des Eisen-basierten Legierungspulvers beobachtet als innerhalb der Partikel bedingt durch das diffusionsverbundene Cu-Pulver.
Obgleich die Einheitlichkeit von Cu nach dem Sinterschmieden durch die Verwendung von feineren Cu-Pulver-Partikeln verbessert werden kann, ist metallisches Kupferpulver, das einen Durchschnittspartikeldurchmesser von 20 µm oder weniger hat, teuer. Daher ist es wünschenswert, eine niedrigere Grenze von ungefähr 10 µm für den Durchschnittspartikeldurchmesser des Cu-Pulvers zu setzen, wenn metallisches Kupferpulver als ein Grundstoff verwendet ist. Hierin kann das Pulver, das als eine Kupferquelle verwendet wird, ein konventionelles, allgemein bekanntes Pulver sein, das für Eisen-basierte Legierungspulver verwendet wird, wie beispielsweise metallisches Kupfer oder Kupferoxid.
Kupferoxid-Pulver, das als ein Beispiel in PTL 7 beschrieben ist, kann selbst mit einem Partikeldurchmesser von 20 µm oder weniger relativ preiswert erworben werden und kann daher hierin passend übernommen werden.
Das Eisenpulver, das hierin als ein Grundstoff für das Eisen-basierte Legierungspulver (dieses Eisenpulver wird hierin als „Grundstoff-Eisenpulver“ genannt) verwendet wird, kann jedes allgemein bekannte Pulver sein, das für Eisen-basierte Legierungspulver verwendet wird.
Es ist wünschenswert, dass die Gehälter von Verunreinigungen in dem Grundstoff-Eisenpulver begrenzt sind auf 0,01 Gew.% oder weniger an C, 0,15 Gew.% oder weniger an O, 0,05 Gew.% oder weniger an Si, 0,12 Gew.% oder weniger an Mn, 0,015 Gew.% oder weniger an P, 0,015 Gew.% oder weniger an S, 0,03 Gew.% oder weniger an Cr, 0,01 Gew.% oder weniger an N und 0,01 Gew.% oder weniger an anderen Elementen.
Obgleich der Partikeldurchmesser des Grundstoff-Eisenpulvers frei ausgewählt werden kann, ermöglicht das Wasserzerstäubungsverfahren eine preiswerte industrielle Herstellung von Eisenpulver, das einen Durchschnittspartikeldurchmesser (d50) in einem Bereich von 30 µm bis 150 µm hat. Wenn das Wasserzerstäubungsverfahren angewandt ist, hat der Partikeldurchmesser des Grundstoff-Eisenpulvers vorzugsweise einen Durchschnittswert (d50) von 30 µm oder mehr. Wenn das Wasserzerstäubungsverfahren angewandt ist, hat der Partikeldurchmesser des Grundstoff-Eisenpulvers vorzugsweise einen Durchschnittswert (d50) von 150 µm oder weniger.
Der Durchschnittspartikeldurchmesser (d50) des Grundstoff-Eisenpulvers, auf den sich in dieser Offenbarung bezogen wird, ist ein Wert, der durch das Trockensiebungsverfahren gemessen wird, das in JIS Z 2510 beschrieben ist. Der Durchschnittspartikeldurchmesser wird durch Interpolation als ein Partikeldurchmesser bestimmt, für welchen ein Wert von 50% erreicht wird, wenn eine gesamte Partikelgrößenverteilung auf einer Gewichtsbasis von einer Partikelgrößenverteilung berechnet ist, die durch das Siebungsverfahren gemessen ist.
Das Folgende beschreibt das Verfahren, durch welches Cu in Pulverform mit den Flächen des Grundstoff-Eisenpulvers diffusionsverbunden wird.
Das Diffusionsverbinden-Verfahren, das hierin angewandt ist, kann einem üblichen Verfahren zum Diffusionsverbinden von Cu-Pulver mit den Flächen von Eisenpulver oder dergleichen folgen. Allerdings ist es wünschenswert, dass die Diffusionsverbinden-Wärmebehandlung, die ferner unten beschrieben ist, angewandt wird. In einer Situation, in welcher Kupferoxid-Pulver als ein Cu-Pulver verwendet wird, wird die Diffusionsverbinden-Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt, um das Kupferoxid-Pulver zu reduzieren und um das vorliegend offenbarte Eisen-basierte Legierungspulver zu erhalten, in welchem metallisches Cu-Pulver mit den Flächen des Grundstoff-Eisenpulvers verbunden ist, das einem Vorlegieren unterzogen wurde.
Das Folgende beschreibt ein Verfahren zum Herstellen des offenbarten Eisen-basierten Legierungspulvers.
Nachdem das Grundstoff-Eisenpulver einem Vorlegieren mit Cu unterzogen ist, das den oben beschriebenen Zusammensetzungsbereich hat, wird das Grundstoff-Eisenpulver, das mit Cu vorlegiert ist, durch jedes übliche, allgemein bekannte Verfahren (zum Beispiel Wasserzerstäubung, Gasverdüsung oder Elektrolyse) gewonnen. Es ist wünschenswert, dass das Wasserzerstäubungsverfahren für die Herstellung des Grundstoff-Eisenpulvers, das mit Cu vorlegiert ist, angewandt wird, da das Wasserzerstäubungsverfahren eine preiswerte Herstellung ermöglicht.
Wärmebehandlung: Eine Wärmebehandlung, in welcher das Grundstoff-Eisenpulver in einer reduzierenden Atmosphäre für ungefähr 0,5 Stunden bis 2 Stunden in einem Temperaturbereich von 800°C bis 1000°C gehalten wird, kann durchgeführt werden, um Sauerstoff und Kohlenstoff von dem Grundstoff-Eisenpulver zu entfernen.
Cu-Pulver-Mischen: Ein Mischen des Cu-Pulvers mit dem Grundstoff-Eisenpulver, das nach dem Cu-Vorlegieren gewonnen ist, kann durch jedes übliche, allgemein bekannte Verfahren (zum Beispiel unter Verwendung eines V-Mischers, eines Doppelkegeltrommelmischers, eines Henschel-Mischers oder eines Nauta-Mischers) durchgeführt werden. Ein Bindemittel wie beispielsweise Maschinenöl kann in das Pulver-Mischen hinzugegeben werden, um eine Entmischung des gemischten Cu-Pulvers zu verhindern.
Diffusionsverbinden-Wärmebehandlung: Das Cu-Pulver ist mit den Flächen des Grundstoff-Eisenpulvers diffusionsverbunden, das nach Vorlegieren durch Unterziehen des Cu-Pulver-Gemischs, das oben beschrieben ist, einer Wärmebehandlung gewonnen wird, in welcher das Gemisch in einer reduzierenden Atmosphäre (zum Beispiel einem Wasserstoff-Gas oder einem Wasserstoff-Stickstoff-Gasgemisch) für ungefähr 0,5 Stunden bis 2 Stunden in einem Temperaturbereich von 700°C bis 1000°C gehalten wird.
Zu beachten ist, dass Sauerstoff und Kohlenstoff, die in dem Grundstoff-Eisenpulver enthalten sind, bei diesem Stadium entfernt werden, wenn die vorherig beschriebene Wärmebehandlung zum Entfernen von Sauerstoff und Kohlenstoff im Voraus weggelassen ist.
Jedes übliche, allgemein bekannte Verfahren kann hierin als das Diffusionsverbinden-Verfahren angewandt sein. Zum Beispiel kann ein Verfahren, das in PTL 6 beschrieben ist, oder ein Verfahren, das in PTL 8 beschrieben ist, geeignet angewendet werden.
Mahlen und Klassifikation: Eine Klassifikation einer bestimmten Partikelgröße kann mittels eines Siebes oder dergleichen nach Mahlen durch jedes allgemein bekannte Verfahren wie beispielsweise mittels einer Hammermühle durchgeführt werden.
Der Durchschnittspartikeldurchmesser (d50) des offenbarten Eisen-basierten Legierungspulvers ist vorzugsweise ungefähr 30 µm oder mehr in der gleichen Weise wie das Grundstoff-Eisenpulver. Der Durchschnittspartikeldurchmesser (d50) des offenbarten Eisen-basierten Legierungspulvers ist vorzugsweise ungefähr 150 µm oder weniger in der gleichen Weise wie das Grundstoff-Eisenpulver. Dies ist aus Gründen wie beispielsweise einer leichten Handhabung. Der Durchschnittspartikeldurchmesser (d50) des Eisen-basierten Legierungspulvers, auf das sich in dieser Offenbarung bezogen wird, kann durch Messung festgestellt werden durch das gleiche Verfahren wie für den Durchschnittspartikeldurchmesser des Grundstoff-Eisenpulvers.
Das Folgende beschreibt ein Herstellungsverfahren (Sinterschmiedeverfahren) für ein sintergeschmiedetes Bauteil, für welches das vorliegend offenbarte Eisen-basierte Legierungspulver verwendet wird.
Eine bestimmte Menge (zum Beispiel 0,3 Gew.% bis 0,8 Gew.%) an Kohlenstoff in der Form von Graphitpulver wird mit dem Eisen-basierten Legierungspulver gemischt, das oben beschrieben ist. Jedes allgemein bekannte Mittel kann als das Mischverfahren angewandt werden.
Das Graphitpulver kann jeder übliche, allgemein bekannte Typ von Graphitpulver wie beispielsweise natürliches Graphit, künstliches Graphit oder Ruß sein.
Des Weiteren kann zusätzliches Cu-Pulver mit dem vorliegend offenbarten Eisen-basierten Legierungspulver gemischt werden, um den finalen Cu-Gehalt des sintergeschmiedeten Bauteils einzustellen.
Ein Schmierstoff wie beispielsweise Zinkstearat kann zur gleichen Zeit, oder in einem separaten Schritt, in einer Menge von 0,3 Gew.% bis 1,0 Gew.% beigemischt werden. Des Weiteren kann eine Substanz zum Verbessern der Bearbeitbarkeit wie beispielsweise MnS in Pulverform in einer Menge von 0,1 Gew.% bis 0,7 Gew.% beigemischt werden.
Als Nächstes wird ein Formpressen durchgeführt unter Verwendung einer Pressform, um eine bestimmte Form zu erhalten. Das Formpressen kann durch eine allgemein bekannte Technik, die beim Sinterschmieden verwendet wird, durchgeführt werden.
Sintern wird als Nächstes durchgeführt in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre. Die Sintertemperatur, die hierin angewandt wird, ist vorzugsweise 1120°C oder höher, da eine hohe Sintertemperatur zum Erreichen einer einheitlicheren Cu-Verteilung wünschenswert ist. Allerdings ist die Sintertemperatur, die hierin angewandt wird, vorzugsweise 1250°C oder niedriger, da eine hohe Sintertemperatur in hohen Kosten resultiert. Die Sintertemperatur ist wünschenswerter 1120°C oder höher. Die Sintertemperatur ist wünschenswerter 1180°C oder niedriger.
Dem Sintern kann ein Entfettungsschritt, in welchem die Temperatur in einem Bereich von 400°C bis 700°C für eine bestimmte Zeit gehalten wird, vorangegangen sein, um den Schmierstoff zu entfernen.
Warmschmieden wird entweder nachfolgend auf das Sintern ohne Abkühlen oder nach Abkühlen und darauffolgender Wiedererwärmung durchgeführt. Allgemein bekannte Schmiedebedingungen können verwendet werden. Die Schmiedetemperatur ist vorzugsweise 1000°C oder höher. Die Schmiedetemperatur ist vorzugsweise 1200°C oder niedriger.
Herstellungsbedingungen, Ausstattung, Verfahren und so weiter für das sinter-geschmiedete Bauteil, die anders als die oben beschriebenen sind, können beliebige allgemein bekannte Beispiele davon sein.
BEISPIELE
Herstellung von Eisen-basiertem Legierungspulver
Grundstoff-Eisenpulver, die mit Cu vorlegiert sind, wurden durch Wasserzerstäubung von geschmolzenem Stahl hergestellt, zu welchem 1,0 Gew.% bis 6,0 Gew.% an Cu hinzugegeben wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt. Zu beachten ist, dass einige Grundstoff-Eisenpulver ohne Cu-Vorlegieren auch vorbereitet wurden. Jedes der Grundstoff-Eisenpulver enthielt 0,05 Gew.% an Si, 0,15 Gew.% oder weniger an Mn, 0,025 Gew.% oder weniger an P und 0,025 Gew.% oder weniger an S als Verunreinigungen.
Elektrolytisches Kupferpulver, das einen Durchschnittspartikeldurchmesser von 25 µm hatte, wurde hinzugegeben zu den Grundstoff-Eisenpulvern, die einem Cu-Vorlegieren unterzogen wurden, und zu den Grundstoff-Eisenpulvern, die keinem Cu-Vorlegieren unterzogen wurden, als eine Cu-Quelle zum Diffusionsverbinden. Das elektrolytische Kupferpulver wurde mit jedem von diesen Grundstoff-Eisenpulvern für 15 Minuten mittels eines V-Mischers gemischt. Zu beachten ist, dass unter einigen Sätzen von Bedingungen das Cu, das oben beschrieben ist, nicht hinzugegeben wurde. Zu beachten ist auch, dass zerstäubtes Kupferpulver, das einen Durchschnittspartikeldurchmesser von 15 µm hatte, verwendet wurde als die Kupferquelle für das Diffusionsverbinden in Nr. 4A, zerstäubtes Kupferpulver, das einen Durchschnittspartikeldurchmesser von 5 µm hatte, verwendet wurde als die Kupferquelle für das Diffusionsverbinden in Nr. 15, und Kupferoxid-Pulver verwendet wurde als die Kupferquelle für das Diffusionsverbinden in Nr. 14 und Nr. 17A. Zudem wurde eine bestimmte Menge an Cu-Pulver mit Eisen-basiertem Legierungsstahlpulver gemäß dieser Offenbarung in Nr. 16 weiter gemischt.
Die resultierenden Pulver wurden der folgenden Diffusionsverbinden-Wärmebehandlung und Mahlen unterzogen.
Diffusionsverbinden-Wärmebehandlung: Eine Wärmebehandlung wurde in einer Wasserstoff-Atmosphäre für 30 Minuten bei einer Temperatur von 920°C durchgeführt, um Eisen-basierte Legierungspulver herzustellen, die die Zusammensetzungen haben, die in Tabelle 1 gezeigt sind.
Mahlen: Ein wärmebehandeltes Produkt, das als eine Platte erstarrt ist, wurde mittels einer Hammermühle gemahlen und mittels eines Siebes klassifiziert, das eine Öffnungsgröße von 180 µm hatte. Feststoff, der durch das Sieb hindurch passiert war, wurde als das Produkt herangezogen. Bei jedem Satz von Bedingungen war der C-Gehalt des gemahlenen Produktes 0,01 Gew.% oder weniger und der O-Gehalt des gemahlenen Produktes war 0,25 Gew.% oder weniger. In Nr 14 und Nr. 17A, in welchen Kupferoxid als das Kupferpulver hinzugegeben wurde, wurde es bestätigt, dass das Kupferoxid reduziert wurde, um metallisches Kupfer durch die Behandlung, die oben beschrieben ist, zu bilden.
Herstellung und Bewertung eines sinter-geschmiedeten Bauteils
Ein gemischtes Pulver wurde gewonnen durch Hinzugeben von 0,6 Massenteilen an Graphitpulver, 0,8 Massenteilen an einem Schmierstoff (Zinkstearat) und 0,6 Massenteilen an MnS-Pulver zu 100 Massenteilen von Eisen-basiertem Legierungspulver und Durchführen von Mischen mittels eines Doppelkegeltrommelmischers.
Das gemischte Pulver wurde in eine rechteckige Parallelepiped-Form von 10 mm × 10 mm × 55 mm unter einem bestimmten Druck pressgeformt. Die Pressdichte nach dem Pressformen ist in Tabelle 1 gezeigt.
Als Nächstes wurde das Sintern in einer RX-Atmosphäre für 20 Minuten bei einer Sintertemperatur durchgeführt, die in Tabelle 1 gezeigt ist.
Das gesinterte Produkt wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und dann auf 1120°C wiedererwärmt und geschmiedet, um ein Prüfstück herzustellen, das eine Dichte von 7,8 Mg/m³ oder mehr hatte.
Ein Zugprüfstück, das eine Länge von 50 mm und einen Durchmesser von 3 mm hatte, wurde von diesem Prüfstück herausgeschnitten und wurde verwendet, um die Streckgrenze und die Höchstspannung vor dem Brechen (Zugfestigkeit) zu messen.
Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
Nr. 1, in welcher die hinzugefügte Menge an Cu niedriger war als der offenbarte Bereich, hatte eine niedrigere Streckgrenze im Vergleich zu den Beispielen, die mit dieser Offenbarung übereinstimmen. Außerdem hatte Nr. 24, in welcher die hinzugefügte Menge an Cu höher war als der offenbarte Bereich, eine niedrigere Pressdichte.
Konventionelle Beispiele, in welchen Cu nur mit dem Grundstoff-Eisenpulver gemischt war (Nr. 2, Nr. 7 und Nr. 8), hatten eine niedrige Streckgrenze nach dem Sinter-Schmieden im Vergleich zu den Beispielen, die mit dieser Offenbarung übereinstimmen, in welchen die hinzugefügte Menge an Cu und die anderen Bedingungen die gleichen waren (Nr. 3A, Nr. 4 und Nr. 5 für Nr. 2; Nr. 9–Nr. 11 für Nr. 7; und Nr. 12 für Nr. 8). Es wird angenommen, dass dies aufgrund von Cu ist, das nicht gleichmäßig an den Flächen des Eisenpulvers verteilt ist.
Konventionelle Beispiele, in welchen Cu nicht zu Grundstoff-Eisenpulver diffusionsverbunden war, das einem Vorlegieren unterzogen wurde (Nr. 6, Nr. 19 und Nr. 23), hatten eine niedrige Pressdichte und eine schlechte Kompressibilität im Vergleich zu den Beispielen, die mit dieser Offenbarung übereinstimmen, in welchen die anderen Bedingungen die gleichen waren (Nr. 3A, Nr. 4 und Nr. 5 für Nr. 6; Nr. 9–Nr. 11, Nr. 16 und Nr. 17 für Nr. 19; und Nr. 20–Nr. 22 und Nr. 21A für Nr. 23). Es wird angenommen, dass dies aufgrund von übermäßigem Vorlegieren von Cu mit dem Grundstoff-Eisenpulver ist.
Unter den Bedingungen, in welchen die Menge von diffusionsgebundenem Cu niedriger war als der offenbarte Bereich (Nr. 18), war die Pressdichte niedrig und die Kompressibilität war schlecht im Vergleich zu den Beispielen, die mit dieser Offenbarung übereinstimmen, in welchen die anderen Bedingungen die gleichen waren (Nr. 10, Nr. 11, Nr. 16 und Nr. 17). Es wird angenommen, dass dies aufgrund von übermäßigem Vorlegieren von Cu mit dem Basismetall des Grundstoff-Eisenpulvers ist.
Unter den Bedingungen, in welchen die Menge an diffusionsverbundenem Cu höher war als der offenbarte Bereich (Nr. 3, Nr. 8A und Nr. 19A), war die Streckgrenze niedrig im Vergleich zu den Beispielen, die mit dieser Offenbarung übereinstimmen, in welchen die anderen Bedingungen die gleichen waren (Nr. 3A, Nr. 4 und Nr. 5 für Nr. 3; Nr. 9–Nr. 11, Nr. 16 und Nr. 17 für Nr. 8A; und Nr. 20–Nr. 22 und Nr. 21A für Nr. 19A). Es wird angenommen, dass dies aufgrund des Cu ist, das nicht einheitlich innerhalb des gesinterten Bauteils verteilt ist.
Unter den Bedingungen, in welchen der Partikeldurchmesser des diffusionsverbundenen Cu-Pulvers klein war (Nr. 4A und Nr. 15), waren die Streckgrenze und die Zugfestigkeit hoch im Vergleich zu unter den Bedingungen, in welchen der Partikeldurchmesser des Cu-Pulvers grobkörniger war, aber die anderen Bedingungen die gleichen waren (Nr. 4 für Nr. 4A und Nr. 12 für Nr. 15). Es wird angenommen, dass dies aufgrund des Cu ist, das an den Flächen des Eisenpulvers einheitlicher verteilt ist.
Nr. 14, in welcher Kupferoxid-Pulver, das einen Durchschnittspartikeldurchmesser von 2,5 µm hatte, verwendet wurde als Cu-Pulver zum Diffusionsverbinden, hatte sogar eine höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit als Nr. 12, in welcher der Partikeldurchmesser des Cu grobkörniger war, aber die anderen Bedingungen die gleichen waren. Auf der anderen Seite hatte Nr. 14 eine Streckgrenze und eine Zugfestigkeit, die ungefähr äquivalent zu denen von Nr. 13 waren, in welcher der Partikeldurchmesser des Cu grobkörniger war und die Sintertemperatur 1250°C war. Dies zeigt, dass mittels Cu-Pulver, das einen kleineren Partikeldurchmesser für das Diffusionsverbinden hat, eine einheitliche Cu-Verteilung in einem gesinterten Bauteil erreicht werden kann, sogar durch eine niedrigere Sintertemperatur, wodurch ein größerer Ausdruck der Effekte der vorliegend offenbarten Techniken ermöglicht ist.
Zu beachten ist, dass eine höhere Streckgrenze in den Beispielen erreicht wurde, die mit dieser Offenbarung übereinstimmen, mit einer Sintertemperatur von 1120°C (Nr. 10, Nr. 11, Nr. 16 und Nr. 17) als in Nr. 8 mit einer Sintertemperatur von 1170°C, welche ein konventionelles Beispiel ist, in welchem Cu mit Eisenpulver gemischt wurde. Es wird angenommen, dass dies aufgrund der Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist, die eine einheitlichere Cu-Verteilung ermöglicht, die in einem gesinterten Bauteil erreicht wird, selbst wenn eine niedrigere Sintertemperatur angewandt wird.

Claims

Ein Eisen-basiertes Legierungspulver für die Pulvermetallurgie, in welcher Cu in Pulverform diffusionsverbunden ist mit Flächen aus Grundstoff-Eisenpulver, das mit Cu vorlegiert ist, wobei das Eisen-basierte Legierungspulver aufweist 2,0 Gew.% bis 5,0 Gew.% an Cu, wobei der Rest Fe und anfallende Verunreinigungen sind, wobei 1/10 bis 8/10 des Cu mit den Flächen des Grundstoff-Eisenpulvers diffusionsverbunden ist und der Rest des Cu vorlegiert ist.
Ein sintergeschmiedetes Bauteil, das das Eisen-basierte Legierungspulver von Anspruch 1 als einen Ausgangsstoff hat.