DE112019002601T5

DE112019002601T5 - Verfahren zur herstellung eines sinterelements und sinterelement

Info

Publication number: DE112019002601T5
Application number: DE112019002601.1T
Authority: DE
Inventors: Keiichi Uemoto; Tetsuya Hayashi; Tatsushi Yamamoto; Shunichi Yano
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2021-03-18
Also published as: WO2019225513A1; CN112041104A; CN112041104B; JPWO2019225513A1; JP7185817B2; US20210129223A1; US11623275B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements, umfassend die Schritte: Herstellen eines Rohmaterialpulvers, das ein Fe-Pulver oder ein Fe-Legierungspulver enthält und ein C-Pulver enthält; Pressformen des Rohmaterialpulvers, um einen Grünling zu erzeugen; und Sintern des Grünlings durch Hochfrequenzinduktionserwärmung, wobei der C-Pulvergehalt des Rohmaterialpulvers 0,2 Massen-% oder mehr und 1,2 Massen-% oder weniger beträgt und die Temperatur des Grünlings im Sinterschritt so gesteuert wird, dass alle folgenden Bedingungen (I) bis (III) erfüllt sind: (I) die Temperatur wird erhöht, ohne die Temperatur in einem Temperaturbereich gleich oder höher als einen Punkt A₁ eines Fe-C-Phasendiagramms und niedriger als die Sintertemperatur des Grünlings zu halten, (II) eine Aufheizrate wird auf 12°C/s oder mehr in einem Temperaturbereich vom Punkt A₁ bis zu einem Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms eingestellt, und (III) eine Aufheizrate wird auf 4°C/s oder mehr in einem Temperaturbereich vom Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms bis zur Sintertemperatur des Grünlings eingestellt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements und ein Sinterelement.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 23. Mai 2018 eingereichten internationalen Anmeldung PCT/ JP2018/019912 , die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
Stand der Technik
Gesinterte Eisenteile zur Verwendung in Teilen von Automobilen und Teilen allgemeiner Maschinen werden z.B. in einem Banddurchlauf-Sinteröfen hergestellt, wie in Patentliteratur 1 beschrieben. Ein Banddurchlauf-Sinteröfen umfasst eine Vorwärmeinheit, eine Sintereinheit und eine Kühleinheit in dieser Reihenfolge von der stromaufwärts gelegenen Seite zur stromabwärts gelegenen Seite. Im Banddurchlauf-Sinteröfen wird eine Riemenscheibe gedreht, um ein Maschenband anzutreiben und ein auf das Maschenband gelegtes Werkstück in dieser Reihenfolge an die Vorwärmeinheit, die Sintereinheit und die Kühleinheit zu übergeben.
Zitationsliste
Patent-Literatur
PTL 1: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-9227
Zusammenfassung der Erfindung
Lösung des Problems
Ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte:

Herstellen eines Rohmaterialpulvers, das ein Fe-Pulver oder ein Fe-Legierungspulver enthält und das ein C-Pulver enthält;
Pressformen des Rohmaterialpulvers zur Herstellung eines Grünlings; und
Sintern des Grünlings durch hochfrequente Induktionserwärmung,
wobei der C-Pulvergehalt des Rohmaterialpulvers 0,2 Massen-% oder mehr und 1,2 Massen-% oder weniger beträgt, und
die Temperatur des Grünlings im Schritt des Sinterns des Grünlings derat gesteuert wird, dass alle folgenden Bedingungen (I) bis (III) erfüllt sind:
- (I) die Temperatur wird erhöht, ohne die Temperatur in einem Temperaturbereich gleich oder höher als einen Punkt A₁ eines Fe-C-Phasendiagramms und niedriger als die Sintertemperatur des Grünlings zu halten,
- (II) die Erwärmungsrate wird auf 12 °C/s oder mehr in einem Temperaturbereich vom Punkt A₁ bis zu einem Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms eingestellt, und
- (III) die Erwärmungsrate wird auf 4 °C/s oder mehr in einem Temperaturbereich vom Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms bis zur Sintertemperatur des Grünlings eingestellt.

Ein Sinterelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Sinterelement mit einer Zusammensetzung, die eine Fe-Legierung umfasst, die C enthält, wobei Hohlräume in einem Querschnitt des Sinterelement eine Sphärizität von 50% oder mehr und 85% oder weniger aufweisen, wobei die Sphärizität durch [{Hohlraumfläche/(Hohlraumumfang)²}/0,0796] × 100 dargestellt wird.
Figurenliste

[1] 1 zeigt ein Diagramm des Temperaturprofils eines Sinterkörpers gemäß einer Probe Nr. 1 im Sinterschritt.
[2] 2 zeigt eine Mikrofotografie eines Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 1.
[3] 3 zeigt eine Mikrofotografie eines Querschnitts eines Sinterkörpers gemäß einer Probe Nr. 2.
[4] 4 zeigt eine Mikrofotografie eines Querschnitts eines Sinterkörpers gemäß einer Probe Nr. 4.
[5] 5 zeigt ein binarisiertes Figur des Querschnittsbildes des Sinterkörpers gemäß der in 4 gezeigten Probe Nr. 4.
[6] 6 zeigt ein Figur der Umrisse von Hohlräumen, die durch eine Bildanalyse des binarisierten Bildes von 5 extrahiert wurden.
[7] 7 zeigt ein Verteilungsdiagramm der Elementkonzentrationsverteilung in einem Innenumfangsbereich eines Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 1.
[8] 8 zeigt ein Verteilungsdiagramm einer Elementkonzentrationsverteilung in einem mittleren Bereich des Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 1.
[9] 9 zeigt ein Verteilungsdiagramm einer Elementkonzentrationsverteilung in einem Außenumfangsbereich des Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 1.
[10] 10 zeigt eine Mikrofotografie einer Struktur im Innenumfangsbereich des Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 1.
[11] 11 zeigt eine Mikrofotografie einer Struktur im mittleren Bereich des Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 1.
[12] 12 zeigt eine Mikrofotografie einer Struktur im Außenumfangsbereich des Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 1.
[13] 13 zeigt eine grafische Darstellung des Temperaturprofils eines Sinterkörpers gemäß einer Probe Nr. 101 im Sinterschritt.
[14] 14 zeigt eine Mikrofotografie eines Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 101.
[15] 15 zeigt ein Verteilungsdiagramm der Elementkonzentrationsverteilung in einem Innenumfangsbereich eines Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 101.
[16] 16 zeigt ein Verteilungsdiagramm einer Elementkonzentrationsverteilung in einem mittleren Bereich des Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 101.
[17] 17 zeigt ein Verteilungsdiagramm einer Elementkonzentrationsverteilung in einem Außenumfangsbereich des Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 101.
[18] 18 zeigt eine Mikrofotografie einer Struktur im Innenumfangsbereich des Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 101.
[19] 19 zeigt eine Mikrofotografie einer Struktur im mittleren Bereich des Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 101.
[20] 20 zeigt eine Mikrofotografie einer Struktur im Außenumfangsbereich des Querschnitts des Sinterkörpers gemäß der Probe Nr. 101.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Die durch die vorliegende Erfindung zu lösenden Probleme]
Es besteht eine Nachfrage nach einem Sinterelement mit verbesserter Produktivität sowie einer weiter verbesserten Festigkeit. Banddurchlauf-Sinteröfen benötigen eine lange Zeit, um Sinterelemente herzustellen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es aufgrund einer niedrigen Aufheizrate lange dauert, einen Sinterofen vor dem Sintern auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen, und es dauert auch lange, einen Grünling auf eine bestimmte Sintertemperatur zu erhitzen.
Außerdem sind Banddurchlauf-Sinteröfen in der Regel sehr groß und benötigen viel Platz. Dies liegt daran, dass Banddurchlauf-Sinteröfen aufgrund der geringen Aufheizrate eine große Gesamtlänge benötigen. Außerdem verbrauchen Banddurchlauf-Sinteröfen enorme Energie. Dies liegt daran, dass die Herstellung von Sinterkörpern sehr lange dauert. Außerdem wird nach dem Aufheizen eines Sinterofens auf eine bestimmte Temperatur der Sinterofen manchmal auf dieser Temperatur gehalten, während ein Grünling nicht gesintert wird. Das vorübergehende Abkühlen eines Sinterofens, während ein Grünling nicht gesintert wird, und das Wiederaufheizen des Sinterofens auf die spezifizierte Temperatur dauert lange und kann die Arbeitseffizienz verringern.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Sinterkörpers in kurzer Zeit bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochfestes Sinterelement bereitzustellen.
[Vorteilhafte Auswirkungen der vorliegenden Erfindung]
Ein hochfestes Sinterelement kann in kurzer Zeit durch ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
Ein Sinterelement hat nach der vorliegenden Erfindung eine hohe Festigkeit.
<<Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung>>
Zunächst werden im Folgenden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

(1) Ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte:
- Herstellen eines Rohmaterialpulvers, das ein Fe-Pulver oder ein Fe-Legierungspulver enthält und das ein C-Pulver enthält;
- Pressformen des Rohmaterialpulvers zur Herstellung eines Grünlings; und
- Sintern des Grünlings durch Hochfrequenzinduktionserwärmung,
- wobei der C-Pulvergehalt des Rohmaterialpulvers 0,2 Massen-% oder mehr und 1,2 Massen-% oder weniger beträgt, und
- die Temperatur des Grünlings im Schritt des Sinterns des Grünlings gesteuert wird, um alle folgenden Bedingungen (I) bis (III) zu erfüllen:
  - (I) die Temperatur wird erhöht, ohne die Temperatur in einem Temperaturbereich gleich oder höher als einen Punkt A₁ eines Fe-C-Phasendiagramms und niedriger als die Sintertemperatur des Grünlings zu halten,
  - (II) die Erwärmungsrate wird auf 12 °C/s oder mehr in einem Temperaturbereich vom Punkt A₁ bis zu einem Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms eingestellt, und
  - (III) die Erwärmungsrate wird auf 4 °C/s oder mehr in einem Temperaturbereich vom Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms bis zur Sintertemperatur des Grünlings eingestellt.

Der Grund für die kurze Produktionszeit liegt darin, dass die Hochfrequenzinduktionserwärmung eine Hochgeschwindigkeitserwärmung ermöglicht. So kann die Hochfrequenzinduktionserwärmung einen Grünling in kürzerer Zeit als Banddurchlauf-Sinteröfen auf eine bestimmte Temperatur erwärmen. Darüber hinaus muss die Hochfrequenzinduktionserwärmung im Gegensatz zu Banddurchlauf-Sinteröfen keinen Hauptkörper eines Sinterofens erwärmen.
Die hohe Festigkeit des Sinterkörpers ist wahrscheinlich auf folgenden Grund zurückzuführen. Obwohl C aufgrund der hohen Temperatur im Temperaturbereich des Zustandes (I) leicht in Fe diffundiert, kann die Diffusion von C in Fe möglicherweise verhindert werden, wenn die Temperatur in diesem Temperaturbereich nicht gehalten und die Aufheizrate wie in den Zuständen (II) und (III) erhöht wird. Eine langsamere Diffusion von C führt zu einer restlichen C-reichen Phase (oder C-Phase) auf der Oberfläche von Fe, und die C-reiche Phase wird bei der Sintertemperatur zu einer flüssigen Fe-C-Phase. Daher neigt eine schnelle Erwärmung ohne Aufrechterhaltung der Temperatur in einem Temperaturbereich, in dem C leicht in Fe diffundiert, zur Bildung einer Fe-C-Flüssigphase. Die Fe-C-Flüssigphase rundet die Kanten der Hohlräume zwischen den Partikeln ab und verringert die Anzahl der scharfen Abschnitte der Hohlräume, die für eine Abnahme der Festigkeit verantwortlich sind. Dies kann die Festigkeit, insbesondere die radiale Druckfestigkeit, des Sinterkörpers erhöhen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungform kann die Größe der Einrichtung leichter verringert werden als bei Banddurchlauf-Sinteröfen. Dies liegt daran, dass die Hochgeschwindigkeitserwärmung lange Sinteröfen, wie z.B. Banddurchlauf-Sinteröfen, überflüssig macht. Außerdem kann gemäß der vorliegenden Ausführungform der Energieverbrauch leichter als bei Banddurchlauf-Sinteröfen gesenkt werden. Dies liegt an der kürzeren Produktionszeit und daran, dass im Gegensatz zu Banddurchlauf-Sinteröfen keine Notwendigkeit besteht, die Temperatur des Sinterofens aufrechtzuerhalten.

(2) In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Sinterkörpers, enthält das Rohmaterialpulver ferner 0,1 Massen-% oder mehr und 3,0 Massen-% oder weniger Cu-Pulver.

Diese Ausführungsform kann ein hochfestes Sinterelement herstellen. Eine feste Lösung von Cu in Fe kann die Festigkeit erhöhen, und ein Cu-Pulver in diesem Gehaltsbereich kann die Festigkeit effektiv erhöhen.

(3) In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Sinterkörpers, beträgt die Haltezeit bei der Sintertemperatur des Grünlings 30 Sekunden oder mehr und 90 Sekunden oder weniger.

Wenn die Haltezeit 30 Sekunden oder mehr beträgt, kann der Grünling ausreichend erhitzt und ein hochfestes Sinterelement leicht hergestellt werden. Wenn die Haltezeit 90 Sekunden oder weniger beträgt, kann aufgrund der kurzen Haltezeit in kurzer Zeit ein Sinterkörper hergestellt werden.

(4) In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Sinterkörpers, beträgt die Umgebungstemperatur während des Sinterns des Grünlings 1135°C oder mehr und weniger als 1250°C.

Wenn die Umgebungstemperatur während des Sinterns des Grünlings 1135 Sekunden oder mehr beträgt, kann der Grünling ausreichend erwärmt werden und ein hochfestes Sinterelement kann leicht hergestellt werden. Wenn die Umgebungstemperatur während des Sinterns des Grünlings weniger als 1250°C beträgt, kann eine zu hohe Temperatur und die übermäßige Bildung einer flüssigen Phase verhindert werden, und es kann leicht ein Sinterkörper mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden.

(5) In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Sinterkörpers, wird die Erwärmungsgeschwindigkeit auf 12°C/s oder mehr in einem Umgebungstemperaturbereich von 400°C oder mehr und weniger als 700°C eingestellt, ohne dass die Umgebungstemperatur in einem Erwärmungsprozess im Schritt des Sinterns des Grünlings aufrechterhalten wird.

Diese Ausführungsform kann ein hochfestes Sinterelement in kürzerer Zeit herstellen, als dies bei Aufrechterhaltung der Umgebungstemperatur der Fall ist.

(6) In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Sinterkörpers, wird eine Umgebungstemperatur von 400°C oder mehr und weniger als 700°C für 30 Sekunden oder mehr und 90 Sekunden oder weniger in einem Erwärmungsprozess im Schritt des Sinterns des Grünlings aufrechterhalten.

Diese Ausführungsform kann den Grünling auf einfache Weise gleichmäßig erwärmen. Die vorliegende Ausführungsform eignet sich daher z.B. zum Sintern eines großen Grünlings. Ein hochfester Sinterkörper kann auch hergestellt werden, indem die obige Umgebungstemperatur während der oben genannten Zeit beibehalten wird.

(7) In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Sinterkörpers, beträgt die Abkühlgeschwindigkeit in einem Kühlprozess im Schritt des Sinterns des Grünlings 1 °C/s oder mehr.

Diese Ausführungsform kann die Festigkeit leicht erhöhen. Eine Abkühlgeschwindigkeit von 1°C/s oder mehr kann zu einer schnellen Abkühlung führen. Daher kann die vorliegende Ausführungsform leicht eine Bainitstruktur zusätzlich zu einer Perlitstruktur ausbilden. Eine Martensitstruktur kann ebenfalls leicht gebildet werden.

(8) Ein Sinterelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Sinterelement mit einer Zusammensetzung, die eine C-haltige Fe-Legierung enthält, wobei

Hohlräume in einem Querschnitt des Sinterkörpers eine Sphärizität von 50% oder mehr und 85% oder weniger aufweisen, wobei die Sphärizität durch [{Hohlraumfläche/(Hohlraumumfang)²}/0,0796] × 100 dargestellt wird.
Bei dieser Ausführungform haben die Hohlräume im Sinterkörper eine etwas runde Form und abgerundete Kanten. Dies führt zu einer hohen Festigkeit (radiale Druckfestigkeit), da weniger scharfe Hohlraumabschnitte als Ursache von Brüchen dienen und die Festigkeit verringern.

(9) In einer Ausführungsform des Sinterelements, umfasst die Zusammensetzung ferner Cu, und
eine Flächenanalyse eines Querschnitts des Sinterelement mit einem Elektronensonden-Mikroanalysator bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV, bei einem Strahlstrom von 100 nA und bei einem Strahldurchmesser von 0,1 µm für eine Analysedauer von 3 Stunden zeigt, dass ein Verhältnis (α/β)×100 40% oder mehr beträgt, wobei α eine Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 0,4 oder mehr und 0,65 oder weniger mal einem maximalen Cu-Konzentrationswert bezeichnet, und β eine Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 0,16 oder mehr mal dem maximalen Cu-Konzentrationswert bezeichnet.

Diese Ausführungsform hat eine hohe Festigkeit aufgrund eines großen Diffusionsflächenverhältnisses von Cu in Fe.

(10) In einer Ausführungsform des Sinterelements, weist das Sinterelement eine Perlitstruktur auf, in der Zementit und Ferrit geschichtet sind, wobei der Zementit eine Breite von 120 nm oder weniger hat, und der Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits 250 nm oder weniger beträgt.

Diese Ausführungsform hat eine feine Perlitstruktur und weist daher eine hohe Festigkeit auf.

(11) In einer Ausführungsform des Sinterelements, weist das Sinterelement eine Perlitstruktur auf, in der Zementit und Ferrit geschichtet sind, wobei die Zusammensetzung ferner Cu enthält, eine Flächenanalyse eines Querschnitts des Sinterelement mit einem Elektronensonden-Mikroanalysator bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV, bei einem Strahlstrom von 100 nA und bei einem Strahldurchmesser von 0,1µm für eine Analysedauer von 3 Stunden zeigt, dass ein Verhältnis (α/β)×100 40% oder mehr beträgt, wobei α eine Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 0,4 oder mehr und 0,65 oder weniger mal einem maximalen Cu-Konzentrationswert bezeichnet, und β eine Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 0,16 oder mehr mal dem maximalen Cu-Konzentrationswert bezeichnet, wobei der Zementit eine Breite von 120 nm oder weniger hat, und der Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits 250 nm oder weniger beträgt.

Diese Ausführungsform hat eine hohe Festigkeit. Dies ist auf ein großes Diffusionsflächenverhältnis von Cu in Fe zurückzuführen. Dies ist auch auf eine feine Perlitstruktur zurückzuführen.
<<Details der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung>>
Im Nachfolgenden warden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Diese Ausführungsformen beschreiben ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements und das Sinterelement.
[Verfahren zur Herstellung von Sinterformteilen]
Ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers gemäß einer Ausführungsform umfasst den Schritt des Vorbereitens eines Rohmaterialpulvers eines Sinterkörpers (im Folgenden als Vorbereitungsschritt bezeichnet), den Schritt des Pressformens des Rohmaterialpulvers zur Bildung eines Grünlings (im Folgenden als Formgebungsschritt bezeichnet) und den Schritt des Sinterns des Grünlings durch Hochfrequenzinduktionserwärmung (im Folgenden als Sinterschritt bezeichnet). Ein Merkmal dieses Verfahrens zur Herstellung eines Sinterkörpers besteht darin, dass im Vorbereitungsschritt ein bestimmtes Rohmaterialpulver vorbereitet und im Sinterschritt unter bestimmten Bedingungen gesintert wird. Diese Schritte werden im folgenden ausführlich beschrieben.
[Vorbereitungsschritt]
Der Vorbereitungsschritt umfasst die Herstellung eines Rohmaterialpulvers, das ein Fe-Pulver oder ein Fe-Legierungspulver enthält und ein C-Pulver enthält. Das Rohmaterialpulver ist hauptsächlich aus dem Fe-Pulver oder dem Fe-Legierungspulver gebildet. Das Fe-Pulver und das Fe-Legierungspulver werden im Folgenden manchmal zusammenfassend als Pulver auf Fe-Basis bezeichnet.
(Fe-Pulver und Fe-Legierungspulver)
Das Fe-Pulver ist ein reines Eisenpulver. Das Fe-Legierungspulver umfasst hauptsächlich Eisen und enthält Fe-Legierungspartikel, die ein oder mehrere Zusatzelemente enthalten, die z.B. aus der aus Ni und Mo bestehenden Gruppe ausgewählt sind. Die Fe-Legierung kann zufällige Verunreinigungen enthalten. Ein spezifisches Beispiel für die Fe-Legierung ist eine Fe-Ni-Mo-Legierung. Das Pulver auf Fe-Basis kann ein wasserzerstäubtes Pulver, ein gaszerstäubtes Pulver, ein Carbonylpulver oder ein reduziertes Pulver sein. Der Pulvergehalt des Rohmaterialpulvers auf Fe-Basis kann 90 Massen-% oder mehr oder 95 Massen-% oder mehr des Rohmaterialpulvers betragen. Der Fe-Gehalt der Fe-Legierung kann 90 Masse-% oder mehr oder 95 Masse-% oder mehr der Fe-Legierung betragen. Der Gesamtgehalt an Zusatzelementen in der Fe-Legierung kann mehr als 0 Masse-% und 10,0 Masse-% oder weniger oder 0,1 Masse-% oder mehr und 5,0 Masse-% oder weniger betragen.
Das Pulver auf Fe-Basis kann eine durchschnittliche Partikelgröße von 50 µm oder mehr und 150 µm oder weniger aufweisen. Ein Pulver auf Fe-Basis mit einer durchschnittlichen Partikelgröße in diesem Bereich ist einfach zu handhaben und lässt sich leicht pressen. Ein Pulver auf Fe-Basis mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 50 µm oder mehr kann leicht eine hohe Fließfähigkeit aufweisen. Ein Pulver auf Fe-Basis mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 150 µm oder weniger kann leicht ein Sinterelement mit einer dichten Struktur bilden. Ein Pulver auf Fe-Basis kann auch eine durchschnittliche Partikelgröße von 55 µm oder mehr und 100 µm oder weniger aufweisen. Die „durchschnittliche Partikelgröße“ bezieht sich auf die Partikelgröße, bei der das kumulative Volumen 50% in einer volumetrischen Partikelgrößenverteilung beträgt, die mit einem Laserbeugungs-Partikelgrößenverteilungsanalysegerät (D50) gemessen wurde. Dies gilt auch für die unten beschriebene durchschnittliche Partikelgröße eines C-Pulvers und eines Cu-Pulvers.
(C-Pulver)
Ein C-Pulver wird beim Erhitzen zu einer Fe-C-Flüssigphase, rundet die Kanten von Hohlräumen im Sinterkörper ab und verbessert die Festigkeit (radiale Druckfestigkeit) des Sinterkörpers. Der C-Pulvergehalt des Rohmaterialpulvers kann 0,2 Massen-% oder mehr und 1,2 Massen-% oder weniger des Rohmaterialpulvers betragen. Ein C-Pulvergehalt von 0,2 Massen-% oder mehr führt tendenziell zu einer ausreichenden Bildung der Fe-C-Flüssigphase, effektiv abgerundeten Hohlraumkanten und verbesserter Festigkeit. Ein C-Pulvergehalt von 1,2 Massen-% oder weniger führt tendenziell zur Unterdrückung einer übermäßigen Bildung der Fe-C-Flüssigphase und zur Herstellung eines Sinterkörpers mit hoher Maßgenauigkeit. Der C-Pulvergehalt beträgt vorzugsweise 0,4 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, besonders bevorzugt 0,6 Massen-% oder mehr und 0,8 Massen-% oder weniger. Das C-Pulver hat vorzugsweise eine kleinere durchschnittliche Partikelgröße als das Pulver auf Fe-Basis. Das C-Pulver, das kleiner als das Pulver auf Fe-Basis ist, neigt dazu, gleichmäßig zwischen den Partikeln auf Fe-Basis verteilt zu sein und die Legierung zu fördern. Das C-Pulver kann eine durchschnittliche Partikelgröße von 1 µm oder mehr und 30 µm oder weniger oder 10 µm oder mehr und 25 µm oder weniger aufweisen. Obwohl das C-Pulver vorzugsweise eine größere durchschnittliche Partikelgröße hat, um die Fe-C-Flüssigphase zu bilden, führt eine zu große durchschnittliche Partikelgröße zu einer langsamen Bildung der Flüssigphase und zu großen Hohlräumen, die zu Defekten werden. Wenn das Rohmaterialpulver ein reines Eisenpulver, aber kein C enthält, hat ein Sinterelement, das nach dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungform hergestellt wurde, eine geringere Festigkeit als Sinterelemente, die unter Verwendung von Banddurchlauf-Sinteröfen hergestellt wurden.
(Cu-Pulver)
Das Rohmaterialpulver enthält vorzugsweise ferner ein Cu-Pulver. Das Cu-Pulver trägt zur Bildung der Fe-C-Flüssigphase während der Erwärmung in dem später beschriebenen Sinterschritt bei. Außerdem kann eine feste Lösung von Cu in Fe die Festigkeit erhöhen, und das Cu-Pulver kann die Festigkeit des Sinterkörpers erhöhen. Der Cu-Pulvergehalt des Rohmaterialpulvers kann 0,1 Massen-% oder mehr und der des Rohmaterialpulvers 3,0 Massen-% oder weniger betragen. Ein Cu-Pulvergehalt von 0,1 Massen-% oder mehr führt tendenziell zur Bildung der Fe-C-Flüssigphase. Dies liegt daran, dass die Diffusion von Cu in Fe während des Erwärmens (Sintern) die Diffusion von C in Fe leicht unterdrücken kann. Ein Cu-Pulvergehalt von 3,0 Massen-% oder weniger neigt dazu, zur Herstellung eines Sinterkörpers mit hoher Maßgenauigkeit zu führen. Der Grund dafür ist, dass die Diffusion von Cu in Fe während des Erwärmens (Sintern) die Fe-Teilchen ausdehnt und die Schrumpfung während des Sinterns ausgleicht. Der Cu-Pulvergehalt kann 1,5 Massen-% oder mehr und 2,5 Massen-% oder weniger betragen. Wie das C-Pulver hat das Cu-Pulver vorzugsweise eine kleinere durchschnittliche Partikelgröße als das Pulver auf Fe-Basis. Das Cu-Pulver, das kleiner ist als das Pulver auf Fe-Basis, neigt dazu, gleichmäßig zwischen den Partikeln auf Fe-Basis verteilt zu sein und fördert die Legierung. Das Cu-Pulver kann eine durchschnittliche Partikelgröße von 1 µm oder mehr und 30 µm oder weniger oder 10 µm oder mehr und 2 5 µm oder weniger aufweisen.
(Weiteres)
Das Rohmaterialpulver kann ein Schmiermittel enthalten. Das Schmiermittel verbessert die Schmierfähigkeit und Verformbarkeit bei der Umformung des Rohmaterialpulvers. Das Schmiermittel kann eine höhere Fettsäure, Metallseife, Fettsäureamid oder ein höheres Fettsäureamid sein. Die Metallseife kann Zinkstearat oder Lithiumstearat sein. Das Fettsäureamid kann Stearamid, Lauramid oder Palmitamid sein. Das höhere Fettsäureamid kann Ethylen-bis(stearamid) sein. Das Schmiermittel kann in beliebiger Form vorliegen, z.B. in fester, pulverförmiger oder flüssiger Form. Diese Schmiermittel können allein oder in Kombination verwendet werden. Der Schmiermittelgehalt des Rohmaterialpulvers kann 0,1 Massen-% oder mehr und 2,0 Massen-% oder weniger, 0,3 Massen-% oder mehr und 1,5 Massen-% oder weniger, insbesondere 0,5 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger des Rohmaterialpulvers, betragen.
Das Rohmaterialpulver kann ein organisches Bindemittel enthalten. Das organische Bindemittel kann Polyethylen, Polypropylen, Poly(methylmethacrylat), Polystyrol, Poly(vinylchlorid), Poly(vinylidenchlorid), Polyamid, Polyester, Polyether, Poly(vinylalkohol), Vinylacetat, Paraffin oder Wachs sein. Der Gehalt an organischem Bindemittel kann 0,1 Massen-% oder weniger des Rohmaterialpulvers betragen. Ein Gehalt an organischem Bindemittel von 0,1 Massen-% oder weniger führt tendenziell zu einem Presskörper mit einem hohen Metallpulvergehalt und einem dichten Grünling. Für das Rohmaterialpulver, das kein organisches Bindemittel enthält, muss der Grünling nicht in einem nachgeschalteten Schritt entfettet werden.
[Formgebungsschritt]
Im Formgebungsschritt wird das Rohmaterialpulver zu einem Grünling gepresst. Der Grünling kann die endgültige Form des Sinterkörpers haben, genauer gesagt säulenförmig oder zylindrisch. Der Grünling mit einer solchen Form kann mit einer Formvorrichtung (Form) geformt werden. Zum Beispiel kann eine einachsige Pressform zur Verwendung beim Pressformen in axialer Richtung einer Säule oder eines Zylinders verwendet werden. Ein höherer Formdruck führt zu einem Grünling mit einer höheren Dichte und folglich zu einem verstärkten Sinterkörper. Der Formdruck kann 400 MPa oder mehr, 500 MPa oder mehr, insbesondere 600 MPa oder mehr betragen. Die obere Grenze des Formdrucks kann, ist aber nicht beschränkt auf 2000 MPa oder weniger, 1000 MPa oder weniger, insbesondere 900 MPa oder weniger, betragen. Der Grünling kann bei Bedarf geschnitten werden. Das Schneiden kann eine bekanntes Bearbeitungsverfahren sein.
[Sinterschritt]
Im Sinterschritt wird der Grünling erhitzt, um ein Sinterelement herzustellen. Für die Erwärmung wird die Hochfrequenz-Induktionserwärmung verwendet. Die Hochfrequenzinduktionserwärmung ermöglicht eine Hochgeschwindigkeitserwärmung und kann den Grünling in kurzer Zeit auf eine bestimmte Temperatur erwärmen. So kann die Hochfrequenzinduktionserwärmung das Sinterelement leicht in kurzer Zeit herstellen. Für die Erwärmung kann auch die direkte elektrische Erwärmung verwendet werden. Für die Hochfrequenzinduktionserwärmung kann ein Hochfrequenz-Induktionsheizer (nicht abgebildet) verwendet werden. Der Hochfrequenz-Induktionsheizer umfasst ein Netzteil, das die Leistung und Frequenz steuern kann, eine an das Netzteil gekoppelte Spule und einen Aufbewahrungsbehälter, der sich in der Spule befindet und den Grünling enthält. Der Hochfrequenz-Induktionsheizer umfasst vorzugsweise ferner eine Gaszufuhrleitung für die Zufuhr eines Inertgases in den Aufbewahrungsbehälter und eine Gasabfuhrleitung für die Ableitung des Gases aus dem Aufbewahrungsbehälter. Der Hochfrequenz-Induktionsheizer einschließlich der Gaszufuhrleitung und der Gasentladungsleitung kann den Grünling in einer nichtoxidierenden Atmosphäre sintern. Das Inertgas kann Stickstoffgas oder Argongas sein. Der Sinterschritt umfasst in dieser Reihenfolge einen Erwärmungsprozess, einen Sinterprozess und einen Abkühlungsprozess.
(Erwärmungsprozess)
Die Temperatur des Grünlings im Erhitzungsprozess wird so geregelt, dass alle folgenden Bedingungen (I) bis (III) erfüllt sind. Der Punkt A₁ liegt bei etwa 738°C und der Punkt A₃ bei etwa 910°C.

(I) Die Temperatur wird erhöht, ohne die Temperatur in einem Temperaturbereich zu halten, der gleich oder höher als der Punkt A₁ eines Fe-C-Phasendiagramms und niedriger als die Sintertemperatur des Grünlings ist,
(II) die Erwärmungsrate ist auf 12 °C/s oder mehr in einem Temperaturbereich vom Punkt A₁ bis zum Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms eingestellt und
(III) die Aufheizrate ist auf 4 °C/s oder mehr in einem Temperaturbereich vom Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms bis zur Sintertemperatur des Grünlings eingestellt.

Die Temperaturregelung zur Erfüllung der Zustände (I) bis (III) erfüllt die folgenden Bedingungen (i) bis (iii). Dies liegt daran, dass die Zustände (I) bis (III) im Wesentlichen mit den Bedingungen (i) bis (iii) korrelieren. Mit anderen Worten, die Temperaturregelung zur Erfüllung der Bedingungen (i) bis (iii) erfüllt die Zustände (I) bis (III).

(i) Die Umgebungstemperatur wird erhöht, ohne dass sie in einem Umgebungstemperaturbereich gehalten wird, der einem Temperaturbereich entspricht, der gleich oder höher als der Punkt A₁ des Fe-C-Phasendiagramms und niedriger als die Sintertemperatur des Grünlings ist,
(ii) die Erwärmungsrate wird auf 12 °C/s oder mehr in einem Umgebungstemperaturbereich eingestellt ist, der dem Punkt A₁ bis zum Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms entspricht, und
(iii) die Aufheizrate wird auf 4 °C/s oder mehr in einem Umgebungstemperaturbereich entsprechend dem Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms auf die Sintertemperatur des Grünlings eingestellt wird.

Die Umgebungstemperatur ist die Temperatur der Atmosphäre im Aufbewahrungsbehälter und ist die Temperatur, die mit einem Thermoelement (Durchmesser: Φ 3,5 mm) gemessen wird, das 8,5 mm oder weniger vom Grünling entfernt ist. Da die Atmosphäre im Aufbewahrungsbehälter durch die Wärme des induktionsgeheizten Grünlings erwärmt wird, ist die Umgebungstemperatur oft etwas niedriger als die Temperatur des induktionsgeheizten Grünlings. Zum Beispiel ist die dem Punkt A₁ entsprechende Umgebungstemperatur die Temperatur der Atmosphäre zu dem Zeitpunkt, an dem die Temperatur des Grünlings den Punkt A₁ erreicht, und ist oft gleich oder niedriger als der Punkt A₁. Dasselbe gilt für die Umgebungstemperatur, die dem Punkt A₃ entspricht, und die Umgebungstemperatur, die der Sintertemperatur des Grünlings entspricht.
Ein hochfestes Sinterformteil kann hergestellt werden, wenn alle Zustände (I) bis (III) erfüllt sind (alle Bedingungen (i) bis (iii)). Dies liegt wahrscheinlich daran, dass, obwohl C im Temperaturbereich der Bedingung (I) leicht in Fe diffundiert, die Temperatur in diesem Temperaturbereich nicht gehalten und die Erwärmungsrate wie in den Bedingungen (II) und (III) erhöht wird, die Diffusion von C in Fe möglicherweise verhindert wird. Die verhinderte Diffusion von C führt zu einer Restfeststoffphase von C-Partikeln, die z.B. an Fe-Partikel angrenzt, und es bildet sich eine C-reiche Phase (oder C-Phase) an Grenzflächen zwischen den Fe- und C-Partikeln. Die restliche C-reiche Phase auf der Oberfläche von Fe wird bei der Sintertemperatur zu einer flüssigen Fe-C-Phase. Wie aus dem Fe-C-Phasendiagramm ersichtlich ist, ergibt etwa 0,2 Massen-% oder mehr C eine flüssige Phase eines Fe-C-Materials bei 1153 °C oder mehr. Wenn also der Grünling auf eine Sintertemperatur von 1153°C oder mehr erhitzt wird, geht die C-reiche Phase in eine flüssige Phase über. Daher neigt eine Hochgeschwindigkeitserwärmung ohne Aufrechterhaltung der Temperatur in einem Temperaturbereich, in dem C leicht in Fe diffundiert, zur Bildung einer flüssigen Fe-C-Phase. Die Fe-C-Flüssigphase rundet die Kanten der Hohlräume zwischen den Partikeln ab und verringert die Anzahl der scharfen Teile der Hohlräume, die für eine Abnahme der Festigkeit (Bruchursachen) verantwortlich sind. Dadurch kann die Festigkeit, insbesondere die radiale Druckfestigkeit, des Sinterkörpers erhöht werden.
Die Erwärmungsrate kann durch Einstellung der Leistung oder Frequenz der Stromversorgung im Hochfrequenz-Induktionsheizer gesteuert werden. Die Ausgangs- oder Frequenzeinstellung kann die Ausgangs- oder Frequenzeinstellung sein, die die Aufheizrate der Bedingung (II) erfüllt. Die Ausgangs- oder Frequenzeinstellung kann vom Temperaturbereich der Bedingung (II) zum Temperaturbereich der Bedingung (III) beibehalten werden oder kann geändert werden, wenn der Temperaturbereich der Bedingung (II) in den Temperaturbereich der Bedingung (III) verschoben wird. Die Beibehaltung der Ausgangs- oder Frequenzeinstellung vom Temperaturbereich der Bedingung (II) zum Temperaturbereich der Bedingung (III) kann die Aufheizrate der Bedingung (III) erfüllen. Die Beibehaltung des Ausgangs oder der Frequenz führt jedoch dazu, dass die Aufheizrate der Bedingung (III) niedriger ist als die Aufheizrate der Bedingung (II). Eine Änderung der Ausgangs- oder Frequenzeinstellung, wenn der Temperaturbereich der Bedingung (II) in den Temperaturbereich der Bedingung (III) verschoben wird, kann die Aufheizrate der Bedingung (III) weiter erhöhen, möglicherweise auf eine Aufheizrate, die mit der der Bedingung (II) vergleichbar ist.
Eine höhere Aufheizrate im Zustand (II), z.B. 12,5 °C/s oder mehr, wird bevorzugt. Der obere Grenzwert der Aufheizrate der Bedingung (II) kann 50°C/s oder weniger betragen, vorzugsweise 15°C/s oder weniger. Wie in der Bedingung (II) ist die Aufheizrate der Bedingung (III) vorzugsweise so hoch wie möglich und beträgt vorzugsweise 5°C/s oder mehr, vorzugsweise 10°C/s oder mehr, zum Beispiel. Der obere Grenzwert der Aufheizrate der Bedingung (III) kann 50°C/s oder weniger betragen, vorzugsweise 15 °C/s oder weniger.
Beim Erwärmungsprozess wird die Temperatur des Grünlings vorzugsweise so geregelt, dass die Bedingung (IV) oder (V) erfüllt ist:

(IV) Der Grünling hält eine Temperatur in einem Temperaturbereich von 410 °C oder mehr und weniger als der Punkt A₁ des Fe-C-Phasendiagramms nicht ein, und die Aufheizrate in diesem Temperaturbereich beträgt 12 °C/s oder mehr.
(V) Der Grünling hält eine Temperatur in einem Temperaturbereich von 410 °C oder mehr und weniger als der Punkt A₁ des Fe-C-Phasendiagramms für 30 Sekunden oder mehr und 90 Sekunden oder weniger aufrecht.

Die Temperaturregelung zur Erfüllung des Zustands (IV) oder (V) erfüllt die folgende Bedingung (iv) oder (v). Dies liegt daran, dass die Zustände (IV) und (V) im Wesentlichen mit den Bedingungen (iv) und (v) korrelieren. Mit anderen Worten, die Temperaturregelung zur Erfüllung der Bedingung (iv) oder (v) erfüllt den Zustand (IV) oder (V).

(iv) Die Erwärmungsrate wird auf 12 °C/s oder mehr in einem Umgebungstemperaturbereich von 400°C oder mehr und weniger als 700 °C ohne Aufrechterhaltung der Umgebungstemperatur eingestellt.
(v) Die Umgebungstemperatur von 400 °C oder mehr und weniger als 700 °C wird für 30 Sekunden oder mehr und 90 Sekunden oder weniger aufrechterhalten.

Die Erfüllung der Bedingung (IV) oder (iv) kann zur Herstellung eines hochfesten Sinterelements in einer kürzeren Zeit führen als die Erfüllung der Bedingung (V) oder (v). Die Ausgangs- oder Frequenzeinstellung für die Erwärmungsrate der Bedingung (IV) oder (iv) kann die gleiche sein wie die Ausgangs- oder Frequenzeinstellung für die Erwärmungsrate der Bedingung (II) oder (ii). In einem solchen Fall kann die Ausgangs- oder Frequenzeinstellung der Stromversorgung im Hochfrequenz-Induktionsheizer vom Beginn der Erwärmung bis zum Sintern beibehalten werden, und die Umgebungstemperatur darf nicht von der Umgebungstemperatur zu Beginn der Erwärmung auf die Umgebungstemperatur während des Sinterns gehalten werden. Wenn die Umgebungstemperatur während des Sinterns nicht niedriger als die Umgebungstemperatur gehalten wird, kann ein Sinterkörper in kurzer Zeit hergestellt werden. Die Aufheizgeschwindigkeit bei der Umgebungstemperatur der Bedingung (IV) oder (iv) beträgt vorzugsweise 15 °C/s oder mehr, besonders bevorzugt 20 °C/s oder mehr.
Die Erfüllung der Bedingung (V) oder (v) ermöglicht ein leichteres Durchtränken des Grünlings als die Erfüllung der Bedingung (IV) oder (iv). Mit anderen Worten, die Bedingung (V) oder (v) ist besonders geeignet, einen Grünling mit einer komplexen Form zu sintern. Die Erfüllung der Bedingung (V) oder (v) führt ebenfalls zur Herstellung eines hochfesten Sinterkörpers. Der Temperaturbereich der Bedingung (V) beträgt vorzugsweise 735 °C oder weniger, besonders bevorzugt 700 °C oder weniger. Die Umgebungstemperatur der Bedingung (v) beträgt vorzugsweise 600 °C oder weniger, besonders bevorzugt 500 °C oder weniger. Die Haltezeit der Umgebungstemperatur der Bedingung (V) oder (v) beträgt vorzugsweise 45 Sekunden oder mehr und 75 Sekunden oder weniger. Die Aufheizgeschwindigkeit nach Beibehaltung der Temperatur der Bedingung (V) oder der Umgebungstemperatur der Bedingung (v) ist die Aufheizgeschwindigkeit der Bedingung (II), (ii), (III) oder (iii).
(Sinterprozess)
Die Haltezeit bei der Umgebungstemperatur während des Sinterns des Grünlings (Sintertemperatur) kann vorzugsweise 30 Sekunden oder mehr und 90 Sekunden oder weniger betragen, abhängig von der Umgebungstemperatur (Sintertemperatur) und der Größe des Grünlings. Wenn die Haltezeit 30 Sekunden oder mehr beträgt, kann der Grünling ausreichend erwärmt werden, und es kann leicht ein hochfestes Sinterelement hergestellt werden. Wenn die Haltezeit 90 Sekunden oder weniger beträgt, kann aufgrund der kurzen Haltezeit in kurzer Zeit ein Sinterkörper hergestellt werden. Die Haltezeit beträgt vorzugsweise weniger als 90 Sekunden, besonders bevorzugt 60 Sekunden oder weniger. Für einen großen Grünling kann eine Haltezeit von 90 Sekunden oder mehr effektiv sein.
Die Sintertemperatur des Grünlings kann gleich oder höher als die Temperatur sein, bei der die Fe-C-Flüssigphase gebildet wird, und kann 1153 °C oder mehr betragen. Eine Sintertemperatur von 1153 °C oder mehr führt tendenziell zur Bildung der Flüssigphase, zur Bildung von Hohlräumen mit runden Kanten und zur Herstellung eines hochfesten Sinterkörpers. Die Sintertemperatur beträgt z.B. vorzugsweise 1250 °C oder weniger. Wenn die Sintertemperatur 1250 °C oder weniger beträgt, können eine zu hohe Temperatur und eine übermäßige Bildung der flüssigen Phase verhindert und ein Sinterelement mit hoher Maßgenauigkeit leicht hergestellt werden. Die Sintertemperatur beträgt vorzugsweise 1153 °C oder mehr und 1200 °C oder weniger, besonders bevorzugt 1155 °C oder mehr und 1185 °C oder weniger.
Die Umgebungstemperatur während des Sinterns des Grünlings beträgt vorzugsweise 1135 °C oder mehr und weniger als 1250 °C. Wenn die Sintertemperatur des Grünlings 1153 °C oder mehr beträgt, beträgt die Umgebungstemperatur während des Sinterns des Grünlings 1135 °C oder mehr. Genauso, wenn die Sintertemperatur des Grünlings 1250 °C oder weniger beträgt, beträgt die Umgebungstemperatur während des Sinterns des Grünlings weniger als 1250 °C. Die Umgebungstemperatur während des Sinterns beträgt vorzugsweise 1135 °C oder mehr und 1185 °C oder weniger, besonders bevorzugt 1135 °C oder mehr und weniger als 1185 °C.
(Kühlprozess)
Die Abkühlgeschwindigkeit im Abkühlprozess im Sinterschritt wird vorzugsweise erhöht. Eine höhere Abkühlgeschwindigkeit führt tendenziell zur Bildung einer Bainitstruktur, zur Bildung einer Martensitstruktur und zu einem Sinterkörper mit höherer Festigkeit. Die Abkühlgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 1°C/s oder mehr. Eine Abkühlgeschwindigkeit von 1°C/s oder mehr kann zu einer schnellen Abkühlung führen. Die Abkühlgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 2°C/s oder mehr, besonders bevorzugt 5°C/s oder mehr. Die Abkühlgeschwindigkeit kann 200°C/s oder weniger, 100°C/s oder weniger, insbesondere 50°C/s oder weniger betragen.
Der Kühltemperaturbereich mit dieser Abkühlrate kann von einer Temperatur zu Beginn der Abkühlung (der Sintertemperatur des Grünlings) bis zu einer Temperatur am Ende der Abkühlung (z.B. ca. 200°C) reichen. Besonders bevorzugt wird ein Temperaturbereich (Umgebungstemperaturbereich) von einer Grünlingtemperatur (Umgebungstemperatur) von 750°C (700°C) bis 230°C (200°C). Das Abkühlverfahren kann das Aufblasen eines Kühlmittelgases auf das Sinterelement umfassen. Das Kühlgas kann ein Inertgas sein, wie z.B. Stickstoffgas oder Argongas. Eine schnelle Abkühlung kann einen nachgeschalteten Wärmebehandlungsprozess eliminieren.
[Weitere Prozesse]
Das Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers kann mindestens einen Wärmebehandlungsprozess und/oder einen Endbearbeitungsprozess umfassen.
(Wärmebehandlungsprozess)
Die Wärmebehandlung umfasst das Abschrecken und/oder Anlassen des Sinterkörpers. Dadurch werden die mechanischen Eigenschaften, insbesondere Härte und Festigkeit, des Sinterkörpers verbessert.
(Endbearbeitungsprozess)
In der Endbearbeitung werden die Abmessungen des Sinterkörpers an die Konstruktionsabmessungen angepasst. Der Endbearbeitungsprozess kann das Kalibrieren oder Polieren der Oberfläche des Sinterkörpers sein. Insbesondere wird durch das Polieren die Oberflächenrauhigkeit des Sinterkörpers tendenziell verringert.
[Anwendungen]
Ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers gemäß einer Ausführungsform eignet sich zur Herstellung verschiedener allgemeiner Konstruktionsteile (Sinterelemente mechanischer Teile, wie z.B. Kettenräder, Rotoren, Zahnräder, Ringe, Flansche, Riemenscheiben und Lager).
[Betriebliche Vorteile]
Ein hochfestes Sinterelement kann in kurzer Zeit durch ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements gemäß einer dieser Ausführungsformen hergestellt werden. Dies liegt daran, dass eine Hochgeschwindigkeitserwärmung ohne Aufrechterhaltung der Temperatur in einem Temperaturbereich, in dem C leicht in Fe diffundiert, die Fe-C-Flüssigphase effektiv bilden und die Kanten von Hohlräumen zwischen den Partikeln abrunden kann.
[Sinterkörper]
Ein Sinterelement besteht aus gebundenen Metallpartikeln. Das Sinterelement kann durch das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements hergestellt werden. Das Sinterelement hat eine Zusammensetzung, die eine Fe-Legierung mit C enthält. Die Zusammensetzung kann außerdem Cu und/oder das Zusatzelement (Ni, Mo) enthalten.
Das Sinterelement weist Hohlräume mit runden Kanten auf. Die Hohlräume im Sinterelement haben eine Sphärizität von 50% oder mehr und 85% oder weniger. Die Sphärizität wird durch [{Fläche des Hohlraums/(Umfang des Hohlraums)²}/0,0796] × 100 dargestellt. Die Hohlräume in dem Sinterelement, die diesen Sphärizitätsbereich erfüllen, haben eine etwas runde Form und abgerundete Kanten. Dadurch hat das Sinterelement eine hohe Festigkeit (radiale Druckfestigkeit). Die Hohlräume haben vorzugsweise eine Sphärizität von 55% oder mehr und 80% oder weniger, besonders bevorzugt 58% oder mehr und 78% oder weniger. Die Fläche und der Umfang jedes Hohlraums werden wie später beschrieben bestimmt.
Für ein Sinterelement, das Cu enthält, ist das Diffusionsflächenverhältnis von Cu in Fe (im Folgenden als Diffusionsrate bezeichnet) vorzugsweise hoch. Die Diffusionsrate beträgt beispielsweise vorzugsweise 40% oder mehr. Ein Sinterelement mit einer Diffusionsrate von 40% oder mehr hat eine hohe Festigkeit aufgrund eines großen Diffusionsflächenverhältnisses von Cu in Fe. Die Diffusionsrate beträgt vorzugsweise 42% oder mehr, besonders bevorzugt 45% oder mehr. Die obere Grenze der Diffusionsrate liegt z.B. bei etwa 65%.
Die Diffusionsrate wird durch eine Flächenanalyse eines Querschnitts des Sinterkörpers mit einem Elektronensonden-Mikroanalysator (EPMA) bestimmt. Der Querschnitt des Sinterelement kann ein beliebiger Querschnitt sein. Für ein säulenförmiges oder zylindrisches Sinterelement kann der Querschnitt des Sinterelements ein Querschnitt parallel zur axialen Richtung des Sinterelements sein. Es werden drei oder mehr Felder im Querschnitt des Sinterkörpers beobachtet. Bei einem Sinterkörper mit zylindrischer Form beispielsweise wird ein Querschnitt parallel zur axialen Richtung des Sinterkörpers radial in drei gleiche Teile unterteilt, die als ein Innenumfangsbereich, ein mittlerer Bereich und ein Außenumfangsbereich bezeichnet werden, und in jedem Bereich wird mindestens ein Feld beobachtet. Jedes Feld wird bei einer 200-fahcen Vergrößerung beobachtet. Jedes Beobachtungsfeld ist 500µm × 460µm groß. Jedes Beobachtungsfeld wird einer Element-Mapping-Analyse mit EPMA unterzogen und in der Reihenfolge der Cu-Konzentration weiß, rot, orange, gelb, grün, blau, indigo, violett und schwarz eingefärbt. Die Analysebedingungen umfassen eine Beschleunigungsspannung von 15 kV, einen Strahlstrom von 100 nA, einen Strahldurchmesser von 0,1µm und eine Analysedauer von 3 Stunden. Das Verhältnis (α/β)×100 wird aus jedem Abbildungsbild bestimmt, wobei α das Verhältnis die Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 0,4 oder mehr und 0,65 oder weniger mal dem maximalen Cu-Konzentrationswert (fast grün bis fast gelb) bezeichnet und β Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 0,16 oder mehr mal dem maximalen Cu-Konzentrationswert (außer fast schwarz, d.h. weiß bis fast violett) bezeichnet. Die Gesamtflächen α und β können mit Bildanalysesoftware bestimmt werden. Der Durchschnitt aller Verhältnisse wird als Diffusionsrate genommen.
Das Sinterelement hat vorzugsweise eine Perlitstruktur, in der Zementit und Ferrit geschichtet sind. Dies liegt daran, dass die Perlitstruktur die Festigkeit des Sinterkörpers erhöht. Die Perlitstruktur ist vorzugsweise fein. Der Grund dafür ist, dass die feine Perlitstruktur die Festigkeit des Sinterkörpers weiter erhöht. Der Zementit in der Perlitstruktur hat vorzugsweise eine Breite von z.B. 120 nm oder weniger. Zementit mit einer Breite von 120 nm oder weniger neigt dazu, die Perlitstruktur fein zu machen und die Festigkeit des Sinterkörpers zu erhöhen. Der Zementit hat vorzugsweise eine Breite von 100 nm oder weniger, besonders bevorzugt 80 nm oder weniger. Die untere Grenze der Breite des Zementits liegt z.B. bei etwa 60 nm. Der Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits in der Perlitstruktur (Lamellenabstand) beträgt z.B. vorzugsweise 250 nm oder weniger. Ein Abstand von 250 nm oder weniger neigt dazu, die Perlitstruktur feiner zu machen und die Festigkeit des Sinterkörpers zu erhöhen. Der Abstand ist bevorzugterweise 200 nm oder weniger oder 180 nm oder weniger, besonders bevorzugt 150 nm oder weniger oder 130 nm oder weniger. Die untere Grenze des Abstands liegt z.B. bei etwa 100 nm.
Die Breite des Zementits und der Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits sind die durchschnittliche Breite des Zementits bzw. der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits, die wie unten beschrieben bestimmt werden. Drei oder mehr Beobachtungsfelder werden in einem Querschnitt des Sinterkörpers mit einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop ausgewählt. Der Querschnitt des Sinterkörpers und jedes Beobachtungsfeld werden auf die gleiche Weise gewählt wie bei der Bestimmung der Diffusionsrate. Jedes Feld wird bei einer 17.000-facher Vergrößerung beobachtet. Jedes Beobachtungsfeld ist 8,1µm × 5,7µm groß. In jedem Beobachtungsfeld werden die Breite des Zementits und der Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits an 21 Punkten mit einer Bildanalysesoftware gemessen. Die 21 Punkte umfassen 7 Punkte in einem Abschnitt mit einer schmalen Breite oder einem kurzen Abstand, 7 Punkte in einem Abschnitt mit einer breiten Breite oder einem langen Abstand und 7 Punkte in einem Abschnitt mit einer mittleren Breite oder einem mittleren Abstand. Die Breite des Zementits bezieht sich auf die Länge senkrecht zur Längsrichtung des Zementits. Der Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits bezieht sich in seitlich benachbarten Teilen des Zementits auf den Abstand zwischen der rechten Seite des linken Teils des Zementits und der linken Seite des rechten Teils des Zementits. Wenn z.B. bei einem Sinterelement mit zylindrischer Form ein Querschnitt parallel zur axialen Richtung des Sinterelement radial in drei gleiche Teile unterteilt wird, die als ein Innenumfangsbereich, ein mittlerer Bereich und ein Außenumfangsbereich bezeichnet werden, und mindestens ein Feld in jedem Bereich gewählt wird, beziehen sich die Breite des Zementits und der Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits auf den Mittelwert der Breiten des Zementits in allen Bereichen bzw. auf den Mittelwert der Abstände zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits in allen Bereichen.
[Anwendungen]
Ein Sinterelement gemäß einer Ausführungsform eignet sich für verschiedene allgemeine Konstruktionsteile (Sinterelemente von mechanischen Teilen, wie z.B. Kettenräder, Rotoren, Zahnräder, Ringe, Flansche, Riemenscheiben und Lager).
[Betriebliche Vorteile]
Ein Sinterelement gemäß einer dieser Ausführungsformen hat eine hohe Festigkeit (radiale Druckfestigkeit). Hohlräume im Sinterkörper weisen eine etwas runde Form und abgerundete Kanten auf. Daher weist das Sinterelement weniger scharfe Bereiche mit Hohlräumen auf, die als Ursache von Brüchen wirken und die Festigkeit verringern.
<<Testbeispiel 1>>
Unterschiede in der Festigkeit von Sinterkörpern, die mit verschiedenen Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers hergestellt wurden, wurden untersucht.
[Proben Nr. 1 bis Nr. 4]
Es wurden jeweils zwei Sinterkörper der Proben Nr. 1 bis Nr. 4 auf die gleiche Weise vorbereitet wie bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements durch den Vorbereitungsschritt, den Formgebungsschritt und den Sinterschritt.
[Vorbereitungsschritt]
Es wurde ein Mischpulver, das ein Fe-Pulver, ein Cu-Pulver und ein C-Pulver enthielt, als Rohmaterialpulver hergestellt. Das Fe-Pulver hatte eine durchschnittliche Partikelgröße (D50) von 65µm, das Cu-Pulver eine durchschnittliche Partikelgröße (D50) von 22µm und das C-Pulver eine durchschnittliche Partikelgröße (D50) von 18µm. Der Cu-Pulvergehalt betrug 2,0 Massen-%, der C-Pulvergehalt 0,8 Massen-% und der Fe-Pulvergehalt war der Rest.
[Formgebungsschritt]
Das Rohmaterialpulver wurde zu einem zylindrischen (Außendurchmesser: 34 mm, Innendurchmesser: 20 mm, Höhe: 10 mm) Grünling gepresst. Der Formdruck betrug 600 MPa.
[Sinterschritt]
Der Grünling wurde durch Hochfrequenzinduktionserwärmung zu einem Sinterkörper erhitzt. Eine Hochfrequenz-Induktionsheizung, die im vorliegenden Beispiel verwendet wurde, umfasste ein Netzteil, das den Ausgang und die Frequenz steuern konnte, eine mit dem Netzteil gekoppelte Spule (Drahtdurchmesser: 10 mm, Innendurchmesser: 50 mm), einen Aufbewahrungsbehälter, der sich in der Spule befand und den Grünling enthielt, eine Gasversorgungsleitung für die Zufuhr eines Inertgases zum Aufbewahrungsbehälter und eine Gasentladungsleitung für die Ableitung des Gases aus dem Aufbewahrungsbehälter. Der Aufbewahrungsbehälter war aus einem Material gefertigt, das nicht induktiv erwärmt werden konnte (Keramik). Das Inertgas war Stickstoffgas. Der Sinterschritt umfasste in dieser Reihenfolge einen Erwärmungsprozess, einen Sinterprozess und einen Abkühlungsprozess. Bei jedem Prozess wurde die Umgebungstemperatur gemessen. Die Umgebungstemperatur wurde mit einem Thermoelement (Durchmesser: Φ 3,5 mm) gemessen, das 8,5 mm oder weniger vom Grünling im Aufbewahrungsbehälter entfernt war. Im vorliegenden Beispiel befand sich das Thermoelement an der Innenseite der Innenumfangsfläche des Grünlings (in der Mitte des Grünlings).
(Erwärmungsprozess)
Beim Erwärmungsprozess wurden die Leistung und die Frequenz der Stromversorgung in der Hochfrequenz-Induktionsheizeung konstant gehalten, und die Temperatur wurde erhöht, ohne dass sie in einem bestimmten Temperaturbereich gehalten wurde. Genauer gesagt wurde die Temperatur nicht in einem Temperaturbereich gehalten, der gleich oder höher als der Punkt A₁ des Fe-C-Phasendiagramms und niedriger als die Sintertemperatur des Grünlings war. In den Proben Nr. 1 bis Nr. 3 betrug die Leistung etwa 8,0 kW, und die Frequenz betrug 3,5 kHz. In der Probe Nr. 4 betrug die Leistung etwa 8,7 kW, und die Frequenz betrug 3,8 kHz.
(Sinterprozess)
Während des Sinterprozesses wurde der Grünling für eine vorbestimmte Zeit auf einer bestimmten Temperatur gehalten. In den Proben Nr. 1 bis Nr. 3 wurde die Umgebungstemperatur nach Erreichen von 1135°C für 30, 60 oder 90 Sekunden aufrechterhalten. In der Probe Nr. 4 wurde die Umgebungstemperatur nach Erreichen von 1185°C für 30 Sekunden aufrechterhalten. Der Ausgang und die Frequenz wurden gesteuert, um die Umgebungstemperatur von 1135°C oder 1185°C beizubehalten.
(Kühlprozess)
Beim Kühlprozess wurde das Sinterelement durch Einblasen eines Kühlgases (Stickstoffgas) auf das Sinterelement abgekühlt. Wie in Tabelle 1 gezeigt, betrug die Abkühlgeschwindigkeit (°C/s) 1°C/s oder mehr in einem Umgebungstemperaturbereich von einer Temperatur zu Beginn der Abkühlung (Abschluss des Sinterns) bis 200°C. Folglich betrug die Abkühlgeschwindigkeit etwa 3°C/s in einem Temperaturbereich von einer Temperatur zu Beginn der Abkühlung bis 700°C und betrug etwa 1°C/s in einem Temperaturbereich von 700°C bis 200°C.
Die Aufheizrate in einem Umgebungstemperaturbereich, der dem Punkt A₁ bis zum Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms (700°C bis 900°C) entspricht, und die Aufheizrate in einem Umgebungstemperaturbereich, der dem Punkt A₃ bis zur Sintertemperatur des Grünlings (900C bis 1135°C, 900°C bis 1185°C) entspricht, wurden aus der Umgebungstemperaturänderung (Temperaturprofil) in jeder Probe vom Aufheizprozess bis zum Abkühlprozess bestimmt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Aus dem Temperaturprofil wurden die Aufheizrate in einem Umgebungstemperaturbereich von 200°C bis 700°C und die Aufheizrate in einem Umgebungstemperaturbereich von 400°C bis 700°C bestimmt. Die Aufheizraten in diesen Umgebungstemperaturbereichen betrugen 12°C/s oder mehr in jeder Probe. 1 ist ein Temperaturprofil eines Sinterkörpers der Probe Nr. 1. In 1 ist die horizontale Achse die Sinterzeit (s) und die vertikale Achse die Umgebungstemperatur (°C). Die Temperaturprofile der Proben Nr. 2 bis Nr. 4 waren ähnlich wie in 1 der Probe Nr. 1 und sind nicht dargestellt. Bei den Proben Nr. 1 bis Nr. 4 betrug die Zeit vom Beginn der Erwärmung bis zur Beendigung des Sinterns (Beginn der Abkühlung) etwa 2 bis 3 Minuten und die Zeit vom Beginn der Erwärmung bis zur Beendigung der Abkühlung etwa 15 Minuten.
[Probe Nr. 101]

Ein Sinterkörper der Probe Nr. 101 wurde auf die gleiche Weise wie in der Probe Nr. 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass für den Sinterschritt ein Banddurchlauf-Sinterofen verwendet wurde. Wie in Tabelle 1 gezeigt, war die Umgebungstemperatur im Sinterofen so, dass die Sintertemperatur des Grünlings 1130°C betrug. Im Banddurchlaufsinterofen, der eine lange Sinterzeit des Grünlings erfordert, tendiert die Umgebungstemperatur des Sinterofens dazu, sich der Temperatur des Grünlings anzunähern. Aus dem Temperaturprofil der Probe Nr. 101 wurde die Aufheizgeschwindigkeit beim Aufheizen im gleichen Temperaturbereich wie in der Probe Nr. 1 und die Abkühlgeschwindigkeit beim Abkühlen im gleichen Temperaturbereich wie in der Probe Nr. 1 ermittelt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Das Temperaturprofil zeigte, dass die Aufheizgeschwindigkeit der Probe Nr. 101 vom Beginn der Aufheizung bis zu einer Temperatur unterhalb der Sintertemperatur mit 0,7°C/s im wesentlichen konstant war. 13 zeigt ein Temperaturprofil im Sinterschritt des Grünlings der Probe Nr. 101. In 13 ist die horizontale Achse die Sinterzeit (min) und die vertikale Achse die Umgebungstemperatur (°C) im Sinterofen. In der Probe Nr. 101 betrug die Zeit vom Beginn der Erwärmung bis zur Beendigung des Sinterns (Beginn der Abkühlung) etwa 40 Minuten, und die Zeit vom Beginn der Erwärmung bis zur Beendigung der Abkühlung betrug etwa 100 Minuten oder mehr. [Tabelle 1]

Probe Nr.	Sinterschritt
	Verfahren, Gerät	Erwärmungsprozess		Sinterprozess		Kühlprozess
		Aufheizrate (°C/s)		Umgebungstemperatur während des Sinterns (°C)	Haltezeit bei Umgebungstemperatur	Kühlrate (°C/s)	Kühltemperaturbereich
		Umgebungstemperaturbereich
		Entspricht A₁-Punkt bis A₃-Punkt	Entspricht A₃-Punkt bis Sintertemperatur
1	Hochfrequenz-Induktionserwärmung	12,5	4,8	1135	30 s	1,0	1135 °C bis 200 °C
2	Hochfrequenz-Induktionserwärmung	12,5	4,8	1135	60 s	1,0	1135 °C bis 200 °C
3	Hochfrequenz-Induktionserwärmung	12,5	4,8	1135	90 s	1,0	1135 °C bis 200 °C
4	Hochfrequenz-Induktionserwärmung	12,5	4,8	1185	30 s	1,0	1185 °C bis 200 °C
101	Banddurchlaufsintern	0,70	0,70	1130	ungefähr 16 min	0,61	1130 °C bis 200 °C

[Messung der Dichte]
Die scheinbare Dichte (g/cm³) des Sinterelements jeder Probe wurde nach dem archimedischen Prinzip gemessen. Die scheinbare Dichte des Sinterelements wurde bestimmt durch „(das Trockengewicht des Sinterelements)/{(das Trockengewicht des Sinterelements) - (das Gewicht in Wasser eines in Öl getauchten Sinterelements)} × die Dichte von Wasser“. Das Gewicht in Wasser eines in Öl eingetauchten Sinterelements bezieht sich auf das Gewicht eines Sinterelements, das in Öl eingetaucht und mit Öl imprägniert und dann in Wasser eingetaucht wurde. Tabelle 2 listet die gemessene scheinbare Dichte des Sinterelements jeder Probe auf.
[Bewertung der Maßgenauigkeit]
Die Maßgenauigkeit des Sinterelements jeder Probe wurde bewertet, indem die Abmessungen des Grünlings vor dem Sintern und die Abmessungen des Sinterelements nach dem Sintern gemessen und die durch das Sintern bedingten Dimensionsänderungen bestimmt wurden. Die Dimensionsänderungen waren die Änderungsrate des Außen- und Innendurchmessers in X-Achsenrichtung (%), die Änderungsrate des Außen- und Innendurchmessers in Y-Achsenrichtung (%), die Änderungsrate der Höhe (%) und die Rundheit in Bezug auf den Außen- und Innendurchmesser (mm). Die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung beziehen sich auf die radialen Richtungen des Grünlings und des Sinterelements und schneiden sich im rechten Winkel. Die Änderungsrate des Außendurchmessers in X-Achsenrichtung wurde bestimmt durch [den Absolutwert von {(der Außendurchmesser des Sinterelements in X-Achsenrichtung) - (der Außendurchmesser des Grünlings in X-Achsenrichtung)}/(der Außendurchmesser des Grünlings in X-Achsenrichtung)] × 100. Die Änderungsrate des Außendurchmessers in Y-Achsenrichtung , die Änderungsrate des Innendurchmessers in X-Achsenrichtung , die Änderungsrate des Innendurchmessers in Y-Achsenrichtung und die Änderungsrate der Höhe wurden auf die gleiche Weise bestimmt, indem „die X-Achsenrichtung ‟durch ‟die Y-Achsenrichtung ‟, „Außendurchmesser“ durch „Innendurchmesser“ und „Außendurchmesser in X-Achsenrichtung ‟durch „Höhe“ in „die Änderungsrate des Außendurchmessers in X-Achsenrichtung ‟ ersetzt wurden. Die Rundheit in Bezug auf den Außendurchmesser wurde durch den Absolutwert von (der Außendurchmesser in X-Achsenrichtung - der Außendurchmesser in Y-Achsenrichtung)/2 des Sinterelement bestimmt. Die Rundheit in Bezug auf den Innendurchmesser wurde auf die gleiche Weise bestimmt, indem „Außendurchmesser“ durch „Innendurchmesser“ in „die Rundheit in Bezug auf den Außendurchmesser“ ersetzt wurde. Der Außendurchmesser und der Innendurchmesser in X-Achsenrichtung waren die Mittelwerte der Außen- und Innendurchmesser an drei verschiedenen Punkten in Höhenrichtung. Dies gilt auch für den Außendurchmesser und den Innendurchmesser in Y-Achsenrichtung. Die Messpunkte in Höhenrichtung befanden sich in regelmäßigen Abständen. Die Höhe war der Mittelwert der Höhen an vier Punkten in Umfangsrichtung. Die Messpunkte in Umfangsrichtung befanden sich in regelmäßigen Abständen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
[Bewertung der Festigkeit]
Die Festigkeit des Sinterelements jeder Probe wurde durch Messung der radialen Druckfestigkeit und der Rockwell-Härte HRB bewertet.
[Radiale Druckfestigkeit]
Die radiale Druckfestigkeit wurde gemäß dem „Sintermetall-Lager - Bestimmung der radialen Druckfestigkeit JIS Z 2507 (2000)“ gemessen. Genauer gesagt wurde ein rohrförmiges Sinterelement zwischen zwei radial gegenüberliegenden Platten platziert und eine der Platten wurde belastet. Die maximale Belastung, bei der das rohrförmige Sinterelement gebrochen wurde, wurde gemessen. Die maximale Belastung (Durchschnitt, n = 3) wurde als radiale Druckfestigkeit (MPa) bewertet. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
[Rockwell-Härte]

Die Rockwell-Härte HRB wurde gemäß dem „Rockwell-Härteprüfung - Prüfverfahren JIS Z 2245 (2016)“ gemessen. Die Rockwell-Härte HRB wurde an drei Punkten auf jeder der oberen und unteren Endflächen des Sinterelements gemessen und gemittelt. Die Messpunkte auf jeder Stirnfläche befanden sich in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse. [Tabelle 2]

Probe Nr.	Scheinbare Dichte (g/cm³)	Abmessungsgenauigkeit							Stärke
		Änderungsrate (%)					Sphärizität (mm)		Rockwell-Härte HRB		Radiale Druckfestigkeit (MPa)
		Außendurchmesser		Innendurchmesser		Höhe	Außendurchmesser	Innendurchmesser	Rockwell-Härte HRB
		X-Achse	Y-Achse	x-Achse	Y-Achse	Höhe	Außendurchmesser	Innendurchmesser	Obere Stirns eite	Untere Stirnseite
1	6,816	0,132	0,210	0,221	0,210	0,223	0,005	0,003	78,1	75,7	1230,5
1	6,871	0,200	0,223	0,201	0,223	0,210	0,004	0,002	91,2	92,0	1263,8
2	6,866	0,197	0,199	0,200	0,212	0,212	0,003	0,004	81,4	76,7	1243,5
2	6,795	0,232	0,211	0,218	0,235	0,215	0,004	0,002	78,3	79,5	1150,2
3	6,752	0,192	0,225	0,219	0,225	0,193	0,005	0,002	77,2	75,6	890,1
3	6,749	0,186	0,213	0,225	0,217	0,198	0,005	0,002	78,9	78,4	920,3
4	7,114	0,251	0,271	0,258	0,241	0,206	0,006	0,003	96,1	92,9	1380,0
4	7,191	0,260	0,274	0,231	0,242	0,211	0,005	0,004	98,4	93,8	1575,3
101	6,752	0,131	0,138	0,119	0,124	0,194	0,002	0,001	75,8	74,8	877,3
101	6,806	0,125	0,141	0,119	0,124	0,124	0,004	0,001	75,7	73,8	864,8

Tabelle 2 zeigt, dass die scheinbare Dichte und die Maßgenauigkeit jedes Sinterelements der Proben Nr. 1 bis Nr. 3 fast die gleichen sind wie die der Probe Nr. 101. Die scheinbare Dichte und die Maßgenauigkeit des Sinterelements der Probe Nr. 4 liegen nahe bei denen der Probe Nr. 101, aber nicht so nahe bei denen der Proben Nr. 1 bis Nr. 3. Daher kann ein Sinterelement mit hoher Maßgenauigkeit durch Hochfrequenzinduktionserwärmung hergestellt werden.
Tabelle 2 zeigt, dass die radiale Druckfestigkeit und die Rockwell-Härte jedes Sinterelements der Proben Nr. 1 bis Nr. 4 höher sind als die der Probe Nr. 101. Somit kann ein hochfestes Sinterelement in kurzer Zeit hergestellt werden. Insbesondere zeigt ein Vergleich zwischen den Proben Nr. 1 bis Nr. 4, dass jedes Sinterelement der Proben Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 4, das eine relativ kurze Haltezeit im Sinterprozess hatte, eine höhere Festigkeit aufweist als die Probe Nr. 3, die eine relativ lange Haltezeit im Sinterprozess hatte. Ein Vergleich zwischen den Proben Nr. 1 und Nr. 4 zeigt, dass der Sinterelement der Probe Nr. 4, der während des Sinterprozesses bei einer relativ hohen Umgebungstemperatur gehalten wurde, eine höhere Festigkeit aufweist als die Probe Nr. 1, die während des Sinterprozesses bei einer relativ niedrigen Umgebungstemperatur gehalten wurde.
Ein Querschnitt jedes Sinterelement der Proben Nr. 1, Nr. 2, Nr. 4 und Nr. 101 wurde mit einem Mikroskop (Keyence Corporation VH-ZST, Vergrößerung: 1000) beobachtet. Der Querschnitt wurde unter einem Winkel beleuchtet. Die 2 bis 4 und 14 zeigen Mikrofotografien. Der Querschnitt wurde wie folgt beschrieben belichtet. Eine aus dem Sinterelement geschnittene Probe wurde in ein Epoxidharz eingebettet, um eine eingebettete Probe zu bilden. Die eingebettete Probe wurde poliert. Das Polieren wurde in zwei Schritten durchgeführt. Im ersten Schritt wurde das Harz der eingebetteten Probe poliert, um den Querschnitt der Testprobe freizulegen. Im zweiten Schritt wurde der freiliegende Abschnitt der Testprobe poliert. Das Polieren war Spiegelpolieren. Der beobachtete Querschnitt war also eine spiegelpolierte Fläche. Hellgraue Bereiche in jeder Figur sind Hohlräume.
Wie in den 2 bis 4 gezeigt, hatten die Hohlräume in jedem Sinterelement der Proben Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 4 runde Kanten und einige (fast keine) scharfe Bereiche. Wie in 14 gezeigt, hatten die Hohlräume in dem Sinterelement der Probe Nr. 101 Kanten mit spitzen Winkeln.
In den Proben Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 4 führte die Hochgeschwindigkeitserwärmung ohne Aufrechterhaltung der Temperatur in einem Temperaturbereich, in dem C leicht in Fe diffundiert, wahrscheinlich zur Bildung der Fe-C-Flüssigphase, die die Kanten der Hohlräume abrundete. Im Gegensatz dazu führte in der Probe Nr. 101 das Halten der Temperatur über längere Zeiträume in einem Temperaturbereich, in dem C leicht in Fe diffundiert, wahrscheinlich zur Diffusion und festen Lösung von im wesentlichen dem gesamten C in Fe und zur Bildung von im wesentlichen keiner flüssigen Phase. Die Sinterelemente der Proben Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 4 wiesen wenige scharfe Bereiche mit Hohlräumen auf, die als Ursache von Brüchen wirken und die Festigkeit vermindern, hatten Hohlräume mit runden Kanten und daher eine höhere Festigkeit als die der Probe Nr. 101. Wie die Probe Nr. 1 wies auch die Probe Nr. 3, die eine höhere Festigkeit als die Probe Nr. 101 aufwies, wahrscheinlich Hohlräume mit runden Kanten auf.
Die Sphärizität [{Fläche des Hohlraumes/(Umfang des Hohlraumes)²}/0,0796] × 100 jedes Hohlraumes wurde aus dem Querschnittsbild jedes Sinterelements der Proben Nr. 1, Nr. 2, Nr. 4 und Nr. 101 in den 2 bis 4 und 14 bestimmt. Die Fläche und der Umfang jedes Hohlraums wurden aus einem binarisierten Figur mit Hilfe einer Bildanalysesoftware (National Institutes of Health, freie Software ImageJ) bestimmt. 5 zeigt ein binarisiertes Figur des Bildes der Probe Nr. 4 (4) als Beispiel. Die Hohlräume und der Rest wurden durch Binarisierung in Schwarz- und Weißanteile getrennt. 6 ist ein Figur der Umrisse von Hohlräumen, die durch eine Bildanalyse des binarisierten Bildes von 5 extrahiert wurden, um die Fläche und den Umfang jedes Hohlraums zu bestimmen. Binarisierte Bilder und extrahierte Bilder der anderen Proben sind nicht gezeigt. Die Werte [{Fläche des Hohlraums/(Umfang des Hohlraums)²}/0,0796] × 100 von 30 Hohlräumen mit der größten Hohlraumfläche aller Hohlräume im extrahierten Bild von 6 wurden als Sphärizität der Hohlräume des Sinterelements gemittelt. Die Sphärizität der Hohlräume betrug 59,7% in der Probe Nr. 1, 77,8% in der Probe Nr. 2, 76,0% in der Probe Nr. 4 und 38,1% in der Probe Nr. 101.
Das Diffusionsflächenverhältnis von Cu in Fe (Diffusionsrate) wurde im Sinterkörper jeder Probe bestimmt. Die Diffusionsrate wurde durch eine Flächenanalyse eines Querschnitts des Sinterelements mit FE-EPMA (JXA-8530F) von JEOL Ltd. bestimmt. Der Querschnitt des Sinterelements verlief parallel zur Achse des Sinterelements. Der Querschnitt wurde durch Polieren in zwei Schritten, wie oben beschrieben, freigelegt. Somit war der Querschnitt eine spiegelpolierte Fläche. Der Querschnitt des Sinterelements wurde radial in drei gleiche Teile geteilt, die als ein Innenumfangsbereich, ein mittlerer Bereich und ein Außenumfangsbereich bezeichnet wurden, und in jedem Bereich wurde ein Feld beobachtet. Jedes Feld wurde bei einer Vergrößerung von 200 beobachtet. Jedes Beobachtungsfeld war 500µm × 460µm groß.
Jedes Beobachtungsfeld wurde einer Element-Mapping-Analyse mit der FE-EPMA unterzogen. Die Analysebedingungen umfassten eine Beschleunigungsspannung von 15 kV, einen Strahlstrom von 100 nA, einen Strahldurchmesser von 0,1µm und eine Analysedauer von 3 Stunden. Die 7 bis 9 und die 15 bis 17 zeigen Verteilungsdiagramme (Abbildungsbilder) der Elementkonzentrationsverteilung in jedem Sinterkörper der Proben Nr. 1 und Nr. 101 als Beispiele. Die 7 bis 9 sind Abbildungsbilder jedes Beobachtungsfeldes im Innenumfangsbereich, im mittleren Bereich und im Außenumfangsbereich im Querschnitt des Sinterelements der Probe Nr. 1. Die 15 bis 17 sind Abbildungsbilder jedes Beobachtungsfeldes im Innenumfangsbereich, im mittleren Bereich und im Außenumfangsbereich im Querschnitt des Sinterelements der Probe Nr. 101. Das Abbildungsbild in jeder Figur wurde in der Reihenfolge der Cu-Konzentration weiß, rot, orange, gelb, grün, blau, indigo, violett und schwarz eingefärbt. In jedem Abbildungsbild betrug der maximale Cu-Konzentrationswert 600. In jedem Abbildungsbild wurde das Verhältnis (α/β)×100 bestimmt, wobei α die Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 240 oder mehr und 390 oder weniger (0,4 oder mehr und 0,65 oder weniger mal dem maximalen Cu-Konzentrationswert 600) (fast grün bis fast gelb) bezeichnet und β die Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 96 oder mehr (0,16 oder mehr mal dem maximalen Cu-Konzentrationswert) (außer fast schwarz, d.h. weiß bis fast violett) bezeichnet. Die Gesamtflächen α und β wurden mit Bildanalysesoftware (ImageJ) bestimmt. Der Durchschnitt aller Verhältnisse wurde als Diffusionsrate genommen.
Bei dem Sinterelement der Probe Nr. 1 betrug das Verhältnis 46,2% im Innenumfangsbereich, 62,5% im mittleren Bereich und 48,4% im Außenumfangsbereich. Somit hatte das Sinterelement der Probe Nr. 1 eine Diffusionsrate von etwa 52,4% als Mittelwert der Verhältnisse. Im gesamten Innenumfangsbereich, im mittleren Bereich und im Außenumfangsbereich des Sinterelements der Probe Nr. 1 betrug das Verhältnis 40% oder mehr und die Diffusionsrate 40% oder mehr. Obwohl nicht gezeigt, wie im Sinterelement der Probe Nr. 1, in sowohl dem Innenumfangsbereich, dem mittleren Bereich als auch dem Außenumfangsbereich jedes Sinterelement der Proben Nr. 2 bis Nr. 4, betrug das Verhältnis 40% oder mehr und die Diffusionsrate 40% oder mehr. Im Gegensatz dazu betrug das Verhältnis bei dem Sinterelement der Probe Nr. 101 30,8% im Innenumfangsbereich, 19,7% im mittleren Bereich und 25,8% im Außenumfangsbereich. Somit hatte das Sinterelement der Probe Nr. 101 als Mittelwert der Verhältnisse eine Diffusionsrate von etwa 25,4%.
Bei jeder Probe wurde die Struktur des Sinterelements beobachtet. Eine spiegelpolierte Fläche jedes Sinterelement, das wie oben beschrieben hergestellt wurde, wurde geätzt, und die geätzte Fläche wurde mit einem optischen Mikroskop beobachtet. In der Struktur des Teils mit Ausnahme der Hohlräume im Sinterkörper jeder Probe war feiner Perlit 90% oder mehr der Gesamtfläche des Bereichs mit Ausnahme der Hohlräume im Bild, und der Rest war Bainit. Die Struktur jedes Sinterelement der Proben Nr. 1 bis Nr. 3 war feinerer Perlit als die der Probe Nr. 101.
Die 10 bis 12 und die 18 bis 20 sind Bilder der Struktur jedes Sinterelements der Proben Nr. 1 und Nr. 101 als Beispiele. Diese Bilder wurden mit einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (JSM-7600F) der Firma JEOL Ltd. aufgenommen. Die 10 bis 12 sind Bilder der Strukturen im Innenumfangsbereich, im mittleren Bereich bzw. im Außenumfangsbereich im Querschnitt des Sinterelements der Probe Nr. 1. Die 18 bis 20 sind Abbildungen der Strukturen im Innenumfangsbereich, im mittleren Bereich bzw. im Außenumfangsbereich im Querschnitt des Sinterelements der Probe Nr. 101.
Wie in 10 bis 12 dargestellt, bestand die Struktur des Sinterelements der Probe Nr. 1 aus Perlit, in dem Zementit und Ferrit geschichtet waren. Lange Vorsprünge in jeder Figur sind aus Zementit gebildet, und Teile zwischen den Zementitanteilen sind aus Ferrit gebildet. Der Perlit im Sinterkörper der Probe Nr. 1 war sehr fein, was auf eine sehr geringe Breite des Zementits und einen sehr geringen Abstand zwischen benachbarten Zementitteilen zurückzuführen ist. Obwohl nicht gezeigt, hatte jedes Sinterelement der Proben Nr. 2 und Nr. 3 eine ähnliche Struktur wie die Probe Nr. 1.
Wie in der Probe Nr. 1 war die Struktur des Sinterelements der Probe Nr. 101 Perlit, in dem Zementit und Ferrit geschichtet waren, wie in den 18 bis 20 dargestellt. Der Perlit im Sinterkörper der Probe Nr. 101 war jedoch aufgrund einer viel größeren Breite des Zementits und eines viel größeren Abstands zwischen benachbarten Teilen des Zementits grobkörnig als in der Probe Nr. 1.
Die Breite des Zementits und der Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits im Sinterkörper jeder Probe wurden wie folgt beschrieben bestimmt. Zuerst wurde ein Querschnitt parallel zur Achse des Sinterelements gewählt. Der Querschnitt wurde durch Polieren in zwei Schritten, wie oben beschrieben, freigelegt. Die freiliegende spiegelpolierte Fläche wurde mit Nital geätzt. Rückgestreute Elektronenbilder des Innenumfangsbereichs, des mittleren Bereichs und des Außenumfangsbereichs im Querschnitt wurden mit einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (JSM-7600F) bei einer 17.000-fachen Vergrößerung beobachtet. Das Beobachtungsfeld jedes Bereichs war 8,1µm × 5,7µm groß. Die Breite des Zementits und der Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits wurden an 21 Punkten aus dem Bild jedes Bereichs mit Hilfe einer Bildanalysesoftware (ImageJ) bestimmt. Es wurden der Durchschnitt in jedem Bereich und der Durchschnitt in allen Bereichen bestimmt. Die 21 Punkte umfassten 7 Punkte in einem Abschnitt mit einer schmalen Breite oder einem kurzen Abstand, 7 Punkte in einem Abschnitt mit einer großen Breite oder einem langen Abstand und 7 Punkte in einem Abschnitt mit einer mittleren Breite oder einem mittleren Abstand. Abschnitte, die offensichtlich nicht aus Perlit gebildet waren, wurden nicht gemessen. Der Durchschnitt in allen Bereichen wurde als Breite des Zementits und als Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits im Sinterkörper jeder Probe genommen.
Die durchschnittliche Breite des Zementits im Innenumfangsbereich des Sinterelements der Probe Nr. 1 betrug etwa 64 nm. Die durchschnittliche Breite des Zementits im mittleren Bereich des Sinterelements der Probe Nr. 1 betrug ca. 73 nm. Die durchschnittliche Breite des Zementits im Außenumfangsbereich des Sinterelements der Probe Nr. 1 betrug ca. 75 nm. Die durchschnittliche Breite des Zementits in allen Bereichen des Sinterelements der Probe Nr. 1 betrug ca. 71 nm. Der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits im Innenumfangsbereich des Sinterelements der Probe Nr. 1 betrug ca. 177 nm. Der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits im mittleren Bereich des Sinterelements der Probe Nr. 1 betrug ca. 124 nm. Der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits im Außenumfangsbereich des Sinterelements der Probe Nr. 1 betrug ca. 204 nm. Der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits in allen Bereichen des Sinterelements der Probe Nr. 1 betrug etwa 169 nm. Somit betrug die durchschnittliche Breite des Zementits in jedem der Innenumfangsbereiche, dem mittleren Bereich und dem Außenumfangsbereich des Sinterelement der Probe Nr. 1 120 nm oder weniger, und der Durchschnitt in allen Bereichen betrug ebenfalls 120 nm oder weniger. Der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits in jedem der Innenumfangsbereiche, dem mittleren Bereich und dem Außenumfangsbereich des Sinterelement der Probe Nr. 1 betrug 250 nm oder weniger, und der Durchschnitt in allen Bereichen betrug ebenfalls 250 nm oder weniger.
Wie bei dem Sinterelement der Probe Nr. 1, so erfüllten bei dem Sinterelement der Probe Nr. 2 oder Nr. 3 die durchschnittliche Breite des Zementits in jedem der Innenumfangsbereiche, dem mittleren Bereich und dem Außenumfangsbereich und die durchschnittliche Breite des Zementits in allen Bereichen den Wert 120 nm oder weniger. Darüber hinaus, wie in dem Sinterelement der Probe Nr. 1, in dem Sinterelement der Probe Nr. 2 oder Nr. 3, erfüllten der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits in jedem der Innenumfangsbereiche, dem mittleren Bereich und dem Außenumfangsbereich und der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits in allen Bereichen den Wert 250 nm oder weniger.
Die Breite des Zementits im Innenumfangsbereich des Sinterelements der Probe Nr. 101 konnte nicht gemessen werden. Die durchschnittliche Breite des Zementits im mittleren Bereich des Sinterelements der Probe Nr. 101 betrug etwa 134 nm. Die durchschnittliche Breite des Zementits im Außenumfangsbereich des Sinterelements der Probe Nr. 101 betrug ca. 145 nm. Die durchschnittliche Breite des Zementits im mittleren Bereich und im Außenumfangsbereich des Sinterelements der Probe Nr. 101 betrug jeweils ca. 139 nm. Der Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits im Innenumfangsbereich des Sinterelements der Probe Nr. 101 konnte nicht gemessen werden. Der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits im mittleren Bereich des Sinterelements der Probe Nr. 101 betrug ca. 292 nm. Der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits im Außenumfangsbereich des Sinterelements der Probe Nr. 101 betrug ca. 309 nm. Der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Abschnitten des Zementits im mittleren Bereich und im Außenumfangsbereich des Sinterelements der Probe Nr. 101 betrug ca. 300 nm.
<<Testbeispiel 2>>
Es wurden die Unterschiede in der Festigkeit von Sinterkörpern, die aus Rohmaterialpulvern mit unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt wurden, untersucht.
[Proben Nr. 21 bis Nr. 24 und Nr. 201]

Die Sinterelemente der Proben Nr. 21 bis Nr. 24 und Nr. 201 wurden auf die gleiche Weise hergestellt wie in den Proben Nr. 1 bis Nr. 4 und Nr. 101, mit der Ausnahme, dass das Rohmaterialpulver statt reinem Eisen ein ternäres Fe-Ni-Mo-Legierungspulver aus Fe-Ni-Mo enthielt und dass der Cu-Pulvergehalt und der C-Pulvergehalt verändert wurden. Genauer gesagt betrug der Cu-Pulvergehalt des Rohmaterialpulvers 1,5 Masse-%, der C-Pulvergehalt 0,5 Masse-%, und der Fe-4,0 Masse-% Ni-0,5 Masse-% Mo-Legierungspulvergehalt war der Rest. Tabelle 3 listet die Umgebungstemperatur während des Sinterns, die Haltezeit bei der Umgebungstemperatur und die Abkühlgeschwindigkeit in einem Umgebungstemperaturbereich von einer Temperatur zu Beginn des Abkühlens (Beendigung des Sinterns) bis 200°C auf. Tabelle 3 listet die Aufheizgeschwindigkeit in einem Umgebungstemperaturbereich entsprechend dem Punkt A₁ bis zum Punkt A₃ (700°C bis 900°C) und die Aufheizgeschwindigkeit in einem Umgebungstemperaturbereich entsprechend dem Punkt A₃ bis zur Sintertemperatur des Grünlings (900°C bis 1135°C, 900°C bis 1185°C) auf, die aus dem Temperaturprofil jeder Probe wie im Versuchsbeispiel 1 bestimmt wurde. Tabelle 4 zeigt die scheinbare Dichte und Festigkeit (radiale Druckfestigkeit, Rockwellhärte) des Sinterelements, das auf die gleiche Weise wie im Testbeispiel 1 bestimmt wurden. [Tabelle 3]

Probe Nr.	Sinterschritt
	Verfahren, Gerät	Erwärmungsprozess		Sinterprozess		Kühlprozess
		Aufheizrate (°C/s)		Umgebungstemperatur während des Sinterns (°C)	Haltezeit bei Umgebungstemperatur	Kühlrate (°C/s)	Kühltemperaturbereich
		Umgebungstemperaturbereich
		entsprechend dem Punkt A₁ bis zum Punkt A₃	Entsprechend dem Punkt A₃ bis zur Sintertemperatur
21	Hochfrequenz-Induktionserwärmung	12,5	4,8	1135	30 s	1,0	1135 °C bis 200 °C
22	Hochfrequenz-Induktionserwärmung	12,5	4,8	1135	60 s	1,0	1135 °C bis 200 °C
23	Hochfrequenz-Induktionserwärmung	12,5	4,8	1135	90 s	1,0	1135 °C bis 200 °C
24	Hochfrequenz-Induktionserwärmung	12,5	4,8	1185	30 s	1,0	1185 °C bis 200 °C
201	Banddurchlaufsintern	0,70	0,70	1130	ungefähr 16 min	0,61	1130 °C bis 200 °C

[Tabelle 4]

Probe Nr.	Scheinbare Dichte (g/cm³)	Festigkeit
		Rockwell-Härte HRB		Radiale Druckfestigkeit (MPa)
		Obere Stirnseite	Untere Stirnseite	Radiale Druckfestigkeit (MPa)
21	6,810	90,6	81,2	961,0
21	6,836	88,8	81,3	961,8
22	6,825	85,6	82,1	994,7
22	6,846	86,6	81,8	954,1
23	6,853	88,9	85,5	1142,8
23	6,842	88,9	87,7	995,3
24	6860	88,6	82,0	964,9
24	6,841	88,2	81,2	945,7
201	6,809	83,3	80,0	916,1
201	6,831	84,8	80,9	925,1

Tabelle 4 zeigt, dass die scheinbare Dichte jedes Sinterelements der Proben Nr. 21 bis Nr. 24 fast die gleiche ist wie die der Probe Nr. 201. Somit kann ein Sinterelement mit hoher Maßgenauigkeit durch Hochfrequenzinduktionserwärmung sowohl aus dem Rohmaterialpulver, das das Fe-Legierungspulver enthält, als auch aus dem Rohmaterialpulver, das das Fe-Pulver enthält, hergestellt werden.
Tabelle 4 zeigt, dass die radiale Druckfestigkeit und die Rockwell-Härte jedes Sinterelements der Proben Nr. 21 bis Nr. 24 im Allgemeinen höher sind als die der Probe Nr. 201. Somit kann ein hochfester Sinterkörper in kurzer Zeit sowohl aus dem Rohmaterialpulver, das das Fe-Legierungspulver enthält, als auch aus dem Rohmaterialpulver, das das Fe-Pulver enthält, hergestellt werden. Insbesondere ein Vergleich zwischen den Proben Nr. 21 bis Nr. 24 zeigt, dass für das Fe-Legierungspulver enthaltende Rohmaterialpulver im Gegensatz zu dem Fe-Pulver enthaltenden Rohmaterialpulver eine längere Haltezeit im Sinterprozess tendenziell zu einer höheren Festigkeit führt. So hatten die Hohlräume in jedem Sinterelement der Proben Nr. 21 bis Nr. 24, obwohl nicht gezeigt, runde Kanten und einige wenige (fast keine) scharfe Bereiche, wie in den Proben Nr. 1 bis Nr. 4.
<<Testbeispiel 3>>
Es wurde die Festigkeit eines Sinterelements, das durch Aufrechterhaltung einer bestimmten Umgebungstemperatur während des Erwärmungsprozesses hergestellt wurde, bewertet.
[Proben Nr. 31, Nr. 32 und Nr. 301]

Ein Sinterelement von jeder der Proben Nr. 31, Nr. 32 und Nr. 301 wurde auf die gleiche Weise hergestellt wie in der Probe Nr. 1, mit der Ausnahme, dass die Umgebungstemperatur von 400°C, 500°C oder 300°C während des Erhitzungsprozesses 30 Sekunden lang aufrechterhalten wurde. Die Trockendichte, Maßgenauigkeit und Festigkeit wurden auf die gleiche Weise wie in der Probe Nr. 1 untersucht. Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse. [Tabelle 5]

Probe Nr.	Scheinbare Dichte (g/cm³)	Abmessungsgenauigkeit							Festigkeit
		Änderungsrate (%)					Sphärizität (mm)		Rockwell-Härte HRB		Radiale Druckfestigkeit (MPa)
		Außendurchmesser		Innendurchmesser		Höhe	Außendurchmesser	Innendurchmesser	Rockwell-Härte HRB
		X-Achse	Y-Achse	x-Achse	Y-Achse	Höhe	Außendurchmesser	Innendurchmesser	Obere Stirns eite	Untere Stirnseite
31	6,775	0,229	0,263	0,230	0,284	0,443	0,005	0,005	74,2	70,2	903,1
32	6,768	0,211	0,269	0,126	0,274	0,005	0,009	0,015	78,9	68,5	926,7
301	6,774	0,302	0,139	0,388	0,057	0,105	0,029	0,014	75,8	66,4	844,6

Tabelle 5 zeigt, dass die Proben Nr. 31 und Nr. 32 eine höhere radiale Druckfestigkeit hatten als die Proben Nr. 301 und Nr. 101 (siehe Tabelle 2). Somit konnte selbst bei einer Umgebungstemperatur von 400°C oder 500°C während des Erwärmungsprozesses ein hochfestes Sinterelement in kürzerer Zeit hergestellt werden als die Produktion mit einem Banddurchlauf-Sinterofen.
Die vorliegende Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch diese Ausführungsformen definiert. Alle Änderungen, die in den Anwendungsbereich der Ansprüche und deren Äquivalente fallen, sind von den Ansprüchen umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018/019912 [0002]
JP 2017009227 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Sinterelement, das die folgenden Schritte umfasst: Herstellen eines Rohmaterialpulvers, das ein Fe-Pulver oder ein Fe-Legierungspulver enthält und das einC-Pulver enthält; Pressformen des Rohmaterialpulvers zur Herstellung eines Grünlings; und Sintern des Grünlings durch hochfrequente Induktionserwärmung, wobei der C-Pulvergehalt des Rohmaterialpulvers 0,2 Massen-% oder mehr und 1,2 Massen-% oder weniger beträgt, und die Temperatur des Grünlings im Schritt des Sinterns des Grünlings derat gesteuert wird, dass alle folgenden Bedingungen (I) bis (III) erfüllt sind: (I) die Temperatur wird erhöht, ohne die Temperatur in einem Temperaturbereich gleich oder höher als einen Punkt A₁ eines Fe-C-Phasendiagramms und niedriger als die Sintertemperatur des Grünlings zu halten, (II) die Erwärmungsrate wird auf 12 °C/s oder mehr in einem Temperaturbereich vom Punkt A₁ bis zu einem Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms eingestellt, und (III) die Erwärmungsrate wird auf 4 °C/s oder mehr in einem Temperaturbereich vom Punkt A₃ des Fe-C-Phasendiagramms bis zur Sintertemperatur des Grünlings eingestellt.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements nach Anspruch 1, wobei das Rohmaterialpulver ferner 0,1 Massen-% oder mehr und 3,0 Massen-% oder weniger Cu-Pulver enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Haltezeit bei der Sintertemperatur des Grünlings 30 Sekunden oder mehr und 90 Sekunden oder weniger beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Umgebungstemperatur während des Sinterns des Grünlings 1135°C oder mehr und weniger als 1250°C beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Erwärmungsrate auf 12°C/s oder mehr in einem Umgebungstemperaturbereich von 400°C oder mehr und weniger als 700°C eingestellt wird, ohne die Umgebungstemperatur in einem Erwärmungsprozess in dem Schritt des Sinterns des Grünlings aufrechtzuerhalten.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Umgebungstemperatur von 400°C oder mehr und weniger als 700°C für 30 Sekunden oder mehr und 90 Sekunden oder weniger in einem Erwärmungsprozess in der Stufe des Sinterns des Grünlings aufrechterhalten wird.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abkühlungsgeschwindigkeit in einem Abkühlungsprozess im Sinterschritt des Grünlings 1°C/s oder mehr beträgt.
Sinterelement mit einer Zusammensetzung, die eine C-haltige Fe-Legierung enthält, wobei Hohlräume in einem Querschnitt des Sinterelements eine Sphärizität von 50% oder mehr und 85% oder weniger aufweisen, wobei die Sphärizität durch [{Fläche des Hohlraumes/(Umfang des Hohlraums)²}/0,0796] × 100 dargestellt wird.
Sinterelement nach Anspruch 8, wobei die Zusammensetzung ferner Cu enthält, und eine Flächenanalyse eines Querschnitts des Sinterelement mit einem Elektronensonden-Mikroanalysator bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV, bei einem Strahlstrom von 100 nA und bei einem Strahldurchmesser von 0,1µm für eine Analysedauer von 3 Stunden zeigt, dass ein Verhältnis (α/β)×100 40% oder mehr beträgt, wobei α eine Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 0,4 oder mehr und 0,65 oder weniger mal einem maximalen Cu-Konzentrationswert bezeichnet, und β eine Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 0,16 oder mehr mal dem maximalen Cu-Konzentrationswert bezeichnet.
Sinterelement nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Sinterelement eine Perlitstruktur aufweist, in der Zementit und Ferrit geschichtet sind, der Zementit eine Breite von 120 nm oder weniger hat, und der Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits 250 nm oder weniger beträgt.
Sinterelement nach Anspruch 8, wobei das Sinterelement eine Perlitstruktur aufweist, in der Zementit und Ferrit geschichtet sind, die Zusammensetzung ferner Cu enthält, eine Flächenanalyse eines Querschnitts des Sinterelement mit einem Elektronensonden-Mikroanalysator bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV, bei einem Strahlstrom von 100 nA und bei einem Strahldurchmesser von 0,1µm für eine Analysedauer von 3 Stunden zeigt, dass ein Verhältnis (α/β)×100 40% oder mehr beträgt, wobei α eine Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 0,4 oder mehr und 0,65 oder weniger mal einem maximalen Cu-Konzentrationswert bezeichnet, und β eine Gesamtfläche eines Bereichs mit einem Cu-Konzentrationswert von 0,16 oder mehr mal dem maximalen Cu-Konzentrationswert bezeichnet, der Zementit eine Breite von 120 nm oder weniger hat, und ein Abstand zwischen benachbarten Teilen des Zementits 250 nm oder weniger beträgt.