DE112020000592T5

DE112020000592T5 - Sinterwerkstoff, Zahnrad und Verfahren zum Herstellen des Sinterwerkstoffs

Info

Publication number: DE112020000592T5
Application number: DE112020000592.5T
Authority: DE
Inventors: Shigeki Egashira; Takayuki Tashiro; Tomoyuki Ishimine; Kosuke TOMINAGA
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-12-16
Also published as: WO2020158788A1; US20220105564A1; JPWO2020158788A1

Abstract

Es wird ein Sinterwerkstoff mit einer Zusammensetzung, die aus einer eisenbasierten Legierung besteht, und einer Struktur, in der die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr kleiner als 200 pro Einheitsfläche von 100 µm × 100 µm in einem Querschnitt ist, vorgesehen, wobei der Sinterwerkstoff eine relative Dichte von 93% oder mehr aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sinterwerkstoff, ein Zahnrad und ein Verfahren zum Herstellen des Sinterwerkstoffs.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der internationalen Anmeldung PCT/JP2019/003261 vom 30. Januar 2019, die hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
Stand der Technik
Die Patentliteratur 1 gibt einen Sinterkörper mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr an.
Referenzliste
PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2017-186625
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Sinterwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf:

eine Zusammensetzung, die aus einer eisenbasierten Legierung besteht, und
eine Struktur, in der die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr kleiner als 200 pro Einheitsfläche von 100 µm × 100 µm in einem Querschnitt ist,
wobei der Sinterwerkstoff eine relative Dichte von 93% oder mehr aufweist.

Ein Zahnrad gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus einem Sinterwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte:

Vorbereiten eines Rohpulvers, das ein eisenbasiertes Pulver enthält,

Ausbilden eines Grünlings mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr aus dem Rohpulver, und Sintern des Grünlings, wobei das eisenbasierte Pulver ein reines Eisenpulver und/oder ein eisenbasiertes Legierungspulver enthält,
wobei das eisenbasierte Pulver in dem Schritt zum Vorbereiten des Rohpulvers einer Reduktionsbehandlung unterworfen wird, und
wobei das eisenbasierte Pulver während der Reduktionsbehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre zu einer Temperatur von 950°C oder mehr und weniger als 1100°C erhitzt wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Zahnrads als eines Beispiels eines Sinterwerkstoffs gemäß einer Ausführungsform.
1B ist eine vergrößerte Querschnittansicht des Bereichs des strichgepunkteten Kreises 1B von 1A.
2 ist eine vergrößerte schematische Querschnittansicht einer Querschnittstruktur eines Sinterwerkstoffs gemäß einer Ausführungsform.
3 ist ein Kurvendiagramm der Beziehung zwischen der Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr pro Einheitsfläche und der Berührungsermüdungsfestigkeit in verschiedenen Proben eines Sinterwerkstoffs in einem Testbeispiel 1.

Problemstellung der vorliegenden Erfindung
Es besteht ein Bedarf für einen eisenbasierten Sinterwerkstoff mit einer verbesserten Ermüdungsfestigkeit.
In Sinterwerkstoffen wirkt ein Hohlraum allgemein als ein Ausgangspunkt für eine Rissbildung und vermindert die Festigkeit wie etwa die Zugfestigkeit und die Ermüdungsfestigkeit. Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, dass neben einem Hohlraum auch ein Verbindungspartikel in einem dichten Sinterwerkstoff mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr als ein Ausgangspunkt für eine Rissbildung wirkt und die Ermüdungsfestigkeit vermindert.
Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sinterwerkstoff mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit vorzusehen. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zahnrad mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit vorzusehen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erzeugen eines Sinterwerkstoffs mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit vorzusehen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Ein Sinterwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Zahnrad gemäß der vorliegenden Erfindung weisen eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf. Ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen Sinterwerkstoff mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit vorsehen.
Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
Im Folgenden werden zuerst Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

(1) Ein Sinterwerkstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf:
- eine Zusammensetzung, die aus einer eisenbasierten Legierung besteht, und
- eine Struktur, in der die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr kleiner als 200 pro Einheitsfläche von 100 µm × 100 µm in einem Querschnitt ist,
- wobei der Sinterwerkstoff eine relative Dichte von 93% oder mehr aufweist.

Ein Sinterwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf. Ein Grund hierfür ist, dass ein Sinterwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung ein dichter Sinterwerkstoff mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr ist. Ein weiterer Grund ist, dass ein Sinterwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung weniger Verbundpartikel mit einer Größe von 0,3 µm (300 nm) oder mehr wenigstens in einer Oberflächenschicht des Sinterwerkstoffs aufweist. Die Verbindungspartikel bestehen aus einer Verbindung wie etwa einem Oxid, einem Sulfid oder einem Nitrid. In dem dichten Sinterwerkstoff, der aus einer eisenbasierten Legierung besteht, kann ein Verbindungspartikel mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr als ein Ausgangspunkt für eine Rissbildung wirken. Wenn dagegen weniger Verbindungspartikel mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr wenigstens in einer Oberflächenschicht des Sinterwerkstoffs vorhanden sind, wirken die Verbindungspartikel auch dann, wenn eine mechanische Spannung auf den Sinterwerkstoff nach innen von der Oberfläche des Sinterwerkstoffs ausgeübt wird, selten als ein Ausgangspunkt für eine Rissbildung. Und auch wenn eine Rissbildung auftritt, entwickeln die Verbindungspartikel kaum einen Riss. Bei einem geringeren Auftreten oder einer langsameren Entwicklung einer Rissbildung kann ein Sinterwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit aufweisen. Ein derartiger Sinterwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung ist für Zahnräder und ähnliches geeignet.
Unter der Oberflächenschicht des Sinterwerkstoffs ist ein Bereich mit einer Tiefe bis zu 200 µm von der Oberfläche des Sinterwerkstoffs zu verstehen. Der Querschnitt kann von der Oberflächenschicht des Sinterwerkstoffs genommen werden.
(2) Ein Sinterwerkstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine relative Dichte von 97% oder mehr auf.
Diese Ausführungsform kann die Ermüdungsfestigkeit aufgrund der höheren Dichte einfacher verbessern.
(3) In einem Sinterwerkstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das Verhältnis von n₂₀ zu n (n₂₀/n) × 100 bei 1% oder weniger, wobei n die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr pro Einheitsfläche angibt und n₂₀ die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 20 µm oder mehr pro Einheitsfläche angibt.
Diese Ausführungsform enthält weniger grobe Verbindungspartikel mit einer Größe von 20 µm oder mehr. Eine derartige Ausführungsform kann das Auftreten oder die Entwicklung einer durch grobe Verbindungspartikel verursachten Rissbildung reduzieren. Diese Ausführungsform kann deshalb die Ermüdungsfestigkeit einfacher verbessern.
(4) In einem Sinterwerkstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die eisenbasierte Legierung wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die C, N, Mo, Mn, Cr, B und Si umfasst, während der Rest aus Fe und Verunreinigungen besteht.
Ein Stahl, der aus einer eisenbasierten Legierung, die das oben genannte Element enthält, und zum Beispiel aus einer eisenbasierte Legierung, die C enthält, besteht, weist eine hohe Festigkeit wie etwa eine Zugfestigkeit auf. Die aus einer eisenbasierten Legierung mit einer hohen Festigkeit bestehende Ausführungsform kann die Ermüdungsfestigkeit einfacher verbessern.
(5) Ein Zahnrad gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht aus dem Sinterwerkstoff gemäß einem von (1) bis (4).
Während der Nutzung übt ein Gegenmaterial eine mechanische Spannung auf die Zahnfläche jedes Zahns des Zahnrads aus. Ein Zahnrad gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch das Auftreten oder die Entwicklung einer durch die Verbindungspartikel in der Oberflächenschicht des Sinterwerkstoffs verursachten Rissbildung reduzieren. Deshalb kann ein Zahnrad gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Sinterzahnrad mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit für eine längere Zeitdauer verwendet werden.
(6) Ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte:

Vorbereiten eines Rohpulvers, das ein eisenbasiertes Pulver enthält;

Ausbilden eines Grünlings mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr aus dem Rohpulver; und Sintern des Grünlings;
wobei das eisenbasierte Pulver ein reines Eisenpulver und/oder ein eisenbasiertes Legierungspulver enthält;
wobei das eisenbasierte Pulver in dem Schritt zum Vorbereiten des Rohpulvers einer Reduktionsbehandlung unterworfen wird; und
wobei das eisenbasierte Pulver während der Reduktionsbehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre zu einer Temperatur von 950°C oder mehr und weniger als 1100°C erhitzt wird.
In einem Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung überlappen die Schritte zum Ausbilden eines Grünlings mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr und zum Sintern des Grünlings mit dem in der Patentliteratur 1 beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines grundlegenden Sinterwerkstoffs. In einem Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein eisenbasiertes Pulver, das zu einer bestimmten Temperatur erhitzt und reduziert wird, als ein Rohpulver verwendet. Das bestimmte reduzierte Pulver wird verwendet, um einen dichten Grünling zu bilden. Durch die Verwendung des bestimmten reduzierten Pulvers kann effektiv die Anzahl von Verbindungspartikeln eines Oxids usw. reduziert werden. Durch ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung kann also ein dichter Sinterwerkstoff hergestellt werden, der eine relative Dichte von 93% oder mehr aufweist und weniger Verbindungspartikel mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr wenigstens in einer Oberflächenschicht des Sinterwerkstoffs aufweist. Aufgrund der geringeren Anzahl von Verbindungspartikeln kann der auf diese Weise hergestellte Sinterwerkstoff ein Auftreten oder eine Entwicklung einer durch die Verbundpartikel verursachten Rissbildung reduzieren. Der Sinterwerkstoff weist also eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf. Ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung kann also einen Sinterwerkstoff und gewöhnlich einen Sinterwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit herstellen.
(7) In einem Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird während der Reduktionsbehandlung die Temperatur 5 Stunden oder länger aufrechterhalten.
In dieser Ausführungsform wird das eisenbasierte Pulver entsprechend reduziert, sodass ein Sinterwerkstoff mit einer kleinen Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr hergestellt werden kann.
[Details von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
Ein Sinterwerkstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Zahnrad gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[Si nterwerkstoff]
Ein Sinterwerkstoff 1 gemäß einer Ausführungsform wird im Folgenden vor allem mit Bezug auf 1 beschrieben.
1A zeigt ein Außenzahnrad als ein Beispiel für den Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform. 1A zeigt einen Querschnitt, in dem eine Vielzahl von Zähnen 3 teilweise ausgeschnitten sind.
(Übersicht)
Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform ist ein dichter Sinterwerkstoff einer eisenbasierten Legierung, die hauptsächlich aus Fe (Eisen) besteht. Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform enthält weniger Verbindungspartikel 2 mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr (2). Insbesondere weist der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform eine Zusammensetzung, die aus einer eisenbasierten Legierung besteht, eine weiter unten beschriebene Struktur auf und eine relative Dichte von 93% oder mehr auf.
In der Struktur liegt die Anzahl von Verbindungspartikeln 2 mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr pro Einheitsfläche in einem Querschnitt des Sinterwerkstoffs 1 bei weniger als 200. Die Einheitsfläche ist 100 µm × 100 µm. „Die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr pro Einheitsfläche von 100 µm × 100 µm in einem Querschnitt“ wird im Folgenden einfach als „Anzahldichte“ bezeichnet.
Weitere Details werden im Folgenden beschrieben.
(Zusammensetzung)
Eine eisenbasierte Legierung ist eine Legierung, die ein zusätzliches Element enthält, während der Rest aus Fe und Verunreinigungen besteht. Das zusätzliche Element kann wenigstens ein Element sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Kohlenstoff (C), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Mangan (Mn), Chrom (Cr), Bor (B) und Silizium (Si) umfasst. Eisenbasierte Legierungen, die das oben genannte Element zusätzlich zu Fe enthalten, weisen eine höhere Festigkeit auf als reines Eisen. Der Sinterwerkstoff 1, der aus einer eisenbasierten Legierung mit einer hohen Festigkeit besteht, weist eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf.
Die Menge des oben genannten Elements basierend auf 100 Massenprozent einer eisenbasierten Legierung kann wie nachfolgend beschrieben sein. Die Festigkeit einer eisenbasierten Legierung neigt zu einer mit dem Anteil des Elements einhergehenden Erhöhung. Der Sinterwerkstoff 1, der aus einer eisenbasierten Legierung mit einer hohen Festigkeit besteht, kann die Ermüdungsfestigkeit einfach verbessern.
<C> 0,1 Massenprozent oder mehr und 2,0 Massenprozent oder weniger;
<Ni> 0,0 Massenprozent oder mehr und 5,0 Massenprozent oder weniger;
<Gesamtmenge von Mo, Mn, Cr, B und Si> 0,1 Massenprozent oder mehr und 5,0 Massenprozent oder weniger;
Mo, Mn, Cr, B und Si können nachfolgend gesammelt als „Element wie etwa Mo“ bezeichnet werden.
Eisenbasierte Legierungen, die C enthalten, wie etwa Kohlenstoffstahl, weisen eine hohe Festigkeit auf. Ein C-Anteil von 0,1 Massenprozent oder mehr kann in einer verbesserten Festigkeit und Härtbarkeit resultieren als ein C-Anteil von weniger als 1 Massenprozent wie zum Beispiel bei reinem Eisen. Ein C-Anteil von 2,0 Massenprozent oder weniger hat eine kleinere Reduktion der Dehnbarkeit oder Härte zur Folge, während gleichzeitig die hohe Festigkeit aufrechterhalten wird. Der C-Anteil kann 0,1 Massenprozent oder mehr und 1,5 Massenprozent oder weniger, 0,1 Massenprozent oder mehr und 1,0 Massenprozent oder weniger oder 0,1 Massenprozent oder mehr und 0,8 Massenprozent oder weniger betragen.
Eisenbasierte Legierungen, die Ni enthalten, können neben einer verbesserten Festigkeit auch eine verbesserte Härte aufweisen. Die Härtbarkeit und die Festigkeit neigen zu einer mit dem Ni-Anteil einhergehenden Erhöhung. Wenn nach dem Sintern ein Abschrecken und ein Tempern durchgeführt werden, resultiert ein Ni-Anteil von 5,0 Massenprozent oder weniger in einem geringen Restaustenitanteil eines Sinterwerkstoffs nach dem Tempern. Dadurch kann eine durch die Bildung einer großen Menge von Restaustenit verursachte Erweichung verhindert werden. Der Sinterwerkstoff 1 neigt also nach einem Abschrecken und Tempern dazu, eine getemperte Martensitphase als eine Hauptstruktur aufzuweisen und eine erhöhte Härte aufzuweisen. Der Ni-Anteil kann 0,1 Massenprozent oder mehr und 4,0 Massenprozent oder weniger oder 0,25 Massenprozent oder mehr und 3,0 Massenprozent oder weniger betragen.
Wenn der Gesamtanteil von Elementen wie etwa Mo bei 0,1 Massenprozent oder mehr liegt, kann die Festigkeit weiter verbessert werden. Wenn der Gesamtanteil von Elementen wie etwa Mo bei 5,0 Massenprozent oder weniger liegt, werden eine Reduktion der Härte oder eine Versprödung unterdrückt, während gleichzeitig die hohe Festigkeit aufrechterhalten wird. Der Gesamtanteil von Elementen wie etwa Mo kann 0,2 Massenprozent oder mehr und 4,5 Massenprozent oder weniger oder 0,4 Massenprozent oder mehr und 4,0 Massenprozent oder weniger betragen. Der Elementanteil kann wie nachfolgend genannt sein.
<Mo> 0,0 Massenprozent oder mehr und 2,0 Massenprozent oder weniger oder 0,1 Massenprozent oder mehr und 1,5 Massenprozent oder weniger;
<Mn> 0,0 Massenprozent oder mehr und 2,0 Massenprozent oder weniger oder 0,1 Massenprozent oder mehr und 1,5 Massenprozent oder weniger;
<Cr> 0,0 Massenprozent oder mehr und 4,0 Massenprozent oder weniger oder 0,1 Massenprozent oder mehr und 3,0 Massenprozent oder weniger;
<B> 0,0 Massenprozent oder mehr und 0,1 Massenprozent oder weniger oder 0,001 Massenprozent oder mehr und 0,003 Massenprozent oder weniger;
<Si> 0,0 Massenprozent oder mehr und 1,0 Massenprozent oder weniger oder 0,1 Massenprozent oder mehr und 0,5 Massenprozent oder weniger.
Eisenbasierte Legierungen, die insbesondere Mo oder Mn enthalten, weisen eine höhere Festigkeit auf. Mn trägt zu einer verbesserten Härtbarkeit und Festigkeit bei. Mo trägt zu einer verbesserten Hochtemperaturfestigkeit und einer reduzierten Temperversprödung bei. Die Anteile von Mo und Mn liegen vorzugsweise in den oben genannten Bereichen.
Die Gesamtzusammensetzung des Sinterwerkstoffs 1 kann zum Beispiel durch eine energiedispersive Röntgenanalyse (EDX oder EDS) oder durch eine hochfrequente Spektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) gemessen werden.
(Struktur)
<Verbindungspartikel>
Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform enthält die Verbindungspartikel 2 (2). Die Verbindungspartikel 2 können aus einem Oxid, Sulfid, Carbid und/oder Nitrid, das wenigstens eines der Bestandselemente des Sinterwerkstoffs 1 und Verunreinigungselemente enthält, bestehen. Die Bestandselemente des Sinterwerkstoffs 1 werden oben in dem Abschnitt „Zusammensetzung“ aufgelistet. Die Verunreinigungselemente können zufällige Verunreinigungen und ein als Desoxidationsmittel hinzugefügtes Element sein. Die Verbindungspartikel 2 können unvermeidlich während des Herstellungsprozesses gebildet werden.
«Anzahl»
Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform enthält eine kleine Anzahl von Verbindungspartikeln 2 mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr innerhalb der Verbindungspartikel 2, die wenigstens in der Oberflächenschicht des Sinterwerkstoffs 1 in einem Querschnitt vorhanden sind. Wenn quantitativ ein 100 µm × 100 µm großer Bereich in einem Querschnitt des Sinterwerkstoffs 1 als ein Bereich mit einer Einheitsfläche definiert wird, ist die Anzahl von Verbindungspartikeln 2 mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr pro Einheitsfläche, d.h. die Anzahldichte, kleiner als 200. Wenn zum Beispiel die Anzahldichte kleiner als 200 ist, wirken auch dann, wenn eine mechanische Spannung auf den Sinterwerkstoff 1 von einer Oberfläche 11 des Sinterwerkstoffs 1 nach innen ausgeübt wird, die Verbindungspartikel 2 in der Oberflächenschicht wie etwa an der Oberfläche 11 und in Nachbarschaft dazu selten als Ausgangspunkte für eine Rissbildung. Weiterhin entwickelt sich kaum ein Riss entlang der Verbindungspartikel 2 in den Sinterwerkstoff 1 hinein. Es ist also weniger wahrscheinlich, dass sich ein großer Riss entwickelt. Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform weist also eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf.
Eine kleinere Anzahldichte resultiert also in einem geringeren Auftreten oder einer langsameren Entwicklung einer durch die Verbindungspartikel 2 verursachten Rissbildung. Der Sinterwerkstoff 1 kann also eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit aufweisen. Die Anzahldichte beträgt vorzugsweise 190 oder weniger und noch besser 185 oder weniger, 170 oder weniger oder 150 oder weniger. Die Anzahldichte beträgt vorzugsweise 100 oder weniger und noch besser 80 oder weniger. Wie weiter oben beschrieben, besteht der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform aus der eisenbasierten Legierung und nicht aus reinem Eisen. Reines Eisen weist eine geringere Hörte und Festigkeit als eisenbasierte Legierungen auf. Deshalb wirkt in typischen Sinterwerkstoffen aus reinem Eisen ein Oxid nicht als ein Ausgangspunkt für eine Rissbildung. Im Gegensatz dazu wirkt in eisenbasierten Legierungen ein Verbindungspartikel eines Oxids oder von ähnlichem als ein Ausgangspunkt für eine Rissbildung. Weiterhin wird ein Oxid in eisenbasierten Legierungen viel einfacher gebildet als in reinem Eisen. Deshalb ist eine kleine Anzahl von Verbindungspartikeln 2 in dem Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform effektiv für eine Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit.
Die Anzahl von Verbindungspartikeln 2 wird zum Beispiel reduziert, indem ein als ein Rohmaterial in dem Herstellungsprozess verwendetes eisenbasiertes Pulver reduziert wird, um die Menge von Oxid wie weiter unten beschrieben zu verkleinern. Das Herstellungsverfahren wird weiter unten im größeren Detail beschrieben.
Die Anzahldichte beträgt idealerweise 0. Mit Rücksicht auf die Produktivität des dichten Sinterwerkstoffs 1 kann die Anzahldichte aber auch 10 oder mehr oder 20 oder mehr betragen.
«Methode zum Messen der Anzahldichte der Verbindungspartikel»
Die Anzahldichte in einem Querschnitt des Sinterwerkstoffs 1 kann wie nachfolgend beschrieben gemessen werden. Eine spezifischere Messmethode wird weiter unten in dem Testbeispiel 1 beschrieben.
(1) Es wird ein Querschnitt des Sinterwerkstoffs 1 genommen. Wie in 1B gezeigt, ist es wünschenswert, dass ein Querschnitt des Sinterwerkstoffs 1 an der Oberfläche 11 des Sinterwerkstoffs 1 oder in Nachbarschaft dazu, d.h. in der Oberflächenschicht, liegt. Wenn nämlich eine mechanische Spannung auf den Sinterwerkstoff 1 von der Oberfläche 11 nach innen während der Verwendung des Sinterwerkstoffs 1 ausgeübt wird, neigen die Verbindungspartikel 2 mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr in der Oberflächenschicht dazu, als Ausgangspunkte für eine Rissbildung zu wirken. In der folgenden Beschreibung liegt der Messpunkt für die Verbindungspartikel 2 in der Oberflächenschicht.
Ein Querschnitt des Sinterwerkstoffs 1 wird derart genommen, dass ein Bereich von bis zu 200 µm in der Tiefe von der Oberfläche 11 des Sinterwerkstoffs 1 betrachtet werden kann. Wenn der Sinterwerkstoff 1 zum Beispiel ein ringförmiges Zahnrad wie in 1A gezeigt ist, kann die Oberfläche 11 die Oberfläche einer Zahnspitze 30 jedes Zahns 3, die Oberfläche einer Zahnfläche 31, die Oberfläche eines Zahnbodens 32, eine Endfläche 40 an einem axialen Ende eines Durchgangslochs 41 oder die Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 41 sein. Insbesondere kann ein Querschnitt der Oberflächenschicht der Zahnfläche 31 oder des Zahnbodens 32, auf die einfach eine mechanische Spannung ausgeübt wird, genommen werden. Der Querschnitt kann eine Ebene senkrecht zu der Axialrichtung des Zahnrads (1B) oder eine Ebene parallel zu der Axialrichtung sein. Insbesondere kann der Querschnitt eine Ebene senkrecht zu der Dickenrichtung des Zahnrads (1B) oder eine Ebene parallel zu der Dickenrichtung des Zahnrads sein.
Wenn der Sinterwerkstoff 1 ein ringförmiges Zahnrad wie in 1A gezeigt ist, kann der Querschnitt auch eine gekrümmte Fläche anstelle einer flachen Fläche sein. Zum Beispiel kann der Querschnitt eine gekrümmte Fläche entlang einer zylindrischen Fläche sein, die koaxial zu der Achse des Zahnrads ist. Die Achse des Zahnrads ist die Achse des Durchgangslochs 41. Die zylindrische Fläche kann die Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 41 sein. Alternativ dazu kann der Querschnitt eine gekrümmte Fläche parallel zu dem Teil der zylindrischen Fläche wie etwa eine gekrümmte Fläche entlang der Oberfläche der Zahnspitze 30 oder der Oberfläche des Zahnbodens 32 sein.
Die äußerste Fläche des Sinterwerkstoffs 1 und die Nachbarschaft dazu werden vorzugsweise entfernt, weil eine Messung in der äußersten Fläche des Sinterwerkstoffs 1 und in der Nachbarschaft dazu aufgrund des Vorhandenseins von Verunreinigungen ungenau sein kann. Die Entfernungsdicke kann im Bereich von ungefähr 10 bis 30 µm liegen. Die Oberfläche 11 des Sinterwerkstoffs 1 ist die Oberfläche, nachdem die äußerste Fläche und die Nachbarschaft dazu entfernt wurden.
(2) Ein Querschnitt des Sinterwerkstoffs 1 wird mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) betrachtet und ein rechteckiger Bereich mit einer Länge von 200 µm wird nach innen von der Oberfläche 11 als ein Messbereich, d.h. als ein Sichtfeld, extrahiert. Der rechteckige Bereich kann eine Breite von 50 µm aufweisen. Es wird eine Beobachtungsvergrößerung zwischen dem 3.000-fachen und dem 10.000-fachen gewählt. Die Anzahl von Messbereichen ist eins oder mehr.
(3) Ein extrahierter Messbereich wird in eine Vielzahl von Teilbereichen geteilt. Die Anzahl k von Teilungen beträgt 50 oder mehr oder 80 oder mehr. Partikel mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr in jedem Teilbereich werden unter Verwendung eines auf dem Markt erhältlichen automatischen Partikelanalysesystems, einer auf dem Markt erhältlichen Software usw. extrahiert. Unter „Partikel mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr“ sind hier Partikel mit einem Durchmesser von 0,3 µm oder mehr zu verstehen.
Der Durchmesser jedes Partikels wird wie nachfolgend beschrieben bestimmt. Die Fläche, d.h. die Querschnittfläche in dieser Ausführungsform, eines extrahierten Partikels wird bestimmt. Der Durchmesser eines Kreises mit der gleichen Fläche wie das Partikel wird bestimmt. Der Durchmesser des Partikels wird als der Durchmesser des Kreises bestimmt.
Extrahierte Partikel können nicht nur Partikel, die aus einer Verbindung wie etwa einem oben genannten Oxid bestehen, sondern auch Hohlräume sein. Es werden also Verbindungspartikel und Hohlräume in den Partikeln durch eine Komponentenanalyse mit einer SEM-EDS oder ähnlichem bestimmt.
Nur die Verbindungspartikel werden aus jedem Teilbereich extrahiert. Dann wird die Anzahl n_k von Verbindungspartikeln bestimmt. Die Gesamtanzahl N von Verbindungspartikeln in einem Messbereich wird durch die Summierung der Anzahl n_k in jedem Teilbereich bestimmt. Die derart bestimmte Gesamtanzahl N und die Fläche S (µm²) des Messbereichs werden verwendet, um die Anzahl n von Verbindungspartikeln in 100 µm × 100 µm zu bestimmen. Die Anzahl n in einem Messbereich wird durch (N × 100 × 100)/S bestimmt. Die Anzahl n wird als die Anzahldichte des Sinterwerkstoffs 1 bestimmt.
«Größe»
Die Größe der Verbindungspartikel 2, d.h. der Durchmesser der Partikel in dieser Ausführungsform, wird vorzugsweise minimiert. Insbesondere wird vorzugsweise die Anzahl von groben Verbindungspartikeln 2 mit einer Größe von 20 µm oder mehr minimiert. Wenn viele der Verbindungspartikel 2 klein sind und wenn die Anzahl von groben Verbindungspartikeln 2 klein ist und eine kleine Anzahl von Verbindungspartikeln 2 von 0,3 µm oder mehr vorhanden ist, kann die Entwicklung einer Rissbildung einfach verhindert werden. Quantitativ kann das Verhältnis (n₂₀/n) × 100 bei 1% oder weniger liegen.
n ist die Anzahl von Verbindungspartikeln 2 mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr pro Einheitsfläche.
n₂₀ ist die Anzahl von Verbindungspartikeln 2 mit einer Größe von 20 µm oder mehr pro Einheitsfläche.
Die Einheitsfläche ist 100 µm × 100 µm.
Das Verhältnis (n₂₀/n) × 100 ist das Verhältnis der Anzahl n₂₀ zu der Anzahl n.
Ein Verhältnis von 1% oder weniger gibt eine kleine Anzahl von groben Verbindungspartikeln 2 an. Ein Verhältnis von 1 % oder weniger gibt an, dass mehr als 99% in der Anzahl n der Verbindungspartikel 2 eine Größe von kleiner als 20 µm aufweist. Mit anderen Worten sind viele der Verbindungspartikel 2 klein. Die Anzahl von n₂₀ nimmt mit einem kleineren Verhältnis ab. Deshalb wirken die groben Verbindungspartikel 2 kaum als Ausgangspunkte für eine Rissbildung. Das Verhältnis beträgt vorzugsweise 0,8% oder weniger, noch besser 0,7% oder weniger und am besten 0% oder weniger.
Die Größe der groben Verbindungspartikel 2 beträgt zum Beispiel vorzugsweise 150 µm oder weniger und noch besser 100 µm oder weniger oder 50 µm oder weniger.
Wenn die Größe von 99% oder mehr in der Anzahl n der Verbindungspartikel 2 kleiner wird, wirken die Verbindungspartikel 2 weniger wahrscheinlich als Ausgangspunkte für eine Rissbildung. Weiterhin entwickeln die Verbindungspartikel 2 weniger wahrscheinlich einen Riss. Zum Beispiel ist die Größe der Verbindungspartikel 2 vorzugsweise kleiner als 20 µm und noch besser 10 µm oder weniger, 5 µm oder weniger oder 3 µm oder weniger. Insbesondere weisen alle Verbindungspartikel 2 in der Einheitsfläche eine Größe von 20 µm oder weniger auf.
«Struktur nach der Wärmebehandlung»
Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform kann ein unbehandelter Sinterwerkstoff sein. Alternativ dazu kann der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform einer Aufkohlungsbehandlung und/oder einer Abschreckungs- und Temperbehandlung nach dem Sintern unterworfen werden. Insbesondere weist der Sinterwerkstoff 1 bessere mechanische Eigenschaften auf, wenn er sowohl einer Aufkohlungsbehandlung als auch einer Abschreckungs- und Temperbehandlung unterworfen wird.
Der Sinterwerkstoff 1, der der Aufkohlungsbehandlung unterworfen wurde, weist eine aufgekohlte Schicht (nicht gezeigt) in einem Bereich bis zu ungefähr 1 mm von der Oberfläche 11 auf. Ein Bereich in der Nähe der Oberfläche 11 des Sinterwerkstoffs 1 mit der aufgekohlten Schicht ist härter als das Innere des Sinterwerkstoffs 1. Der Sinterwerkstoff 1 mit der aufgekohlten Schicht kann also eine verbesserte Verschleißbeständigkeit aufweisen.
Der Sinterwerkstoff 1, der einem Abschrecken und Tempern unterworfen wurde, weist eine aus Martensit bestehende Struktur auf. Das Martensit ist hauptsächlich ein getempertes Martensit. Der Sinterwerkstoff 1 mit der Martensitstruktur ist hart und zäh und weist einfach eine hohe Festigkeit auf. Wenn der Sinterwerkstoff 1 im Wesentlichen vollständig aus Martensit besteht und eine Struktur aufweist, in der der Restaustenitanteil ziemlich klein ist, weist der Sinterwerkstoff 1 eine größere Härte und Zähigkeit auf. Der Sinterwerkstoff 1 weist also eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf.
(Relative Dichte)
Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform weist eine relative Dichte von 93% oder mehr auf. Ein derartiger Sinterwerkstoff 1 ist dicht und weist weniger Hohlräume auf. Deshalb tritt in dem Sinterwerkstoff 1 kaum oder im Wesentlichen keine durch Hohlräume verursachte Rissbildung oder Bruchbildung auf. Der Sinterwerkstoff 1 weist also eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf. Wenn die relative Dichte höher ist, sind es eher Verbindungspartikel 2 als Hohlräume, die dazu neigen, als Ausgangspunkte für eine Rissbildung zu wirken. Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform enthält jedoch wie weiter oben erläutert eine kleine Anzahl von Verbindungspartikeln 2 mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr wenigstens in der Oberflächenschicht. Deshalb können ein Auftreten und eine Entwicklung einer nicht nur durch Hohlräume, sondern auch durch die Verbindungspartikel 2 verursachten Rissbildung in dem Sinterwerkstoff 1 unterdrückt werden. Eine relative Dichte von 95% oder mehr oder 97% oder hat zur Folge, dass der Sinterwerkstoff 1 eine höhere Ermüdungsfestigkeit aufweist und somit zu bevorzugen ist. Die relative Dichte kann 98% oder mehr oder 99% oder mehr betragen. Die relative Dichte beträgt am besten 100%, kann aber mit Rücksicht auf die Produktivität auch 99,6% oder mehr betragen.
Die relative Dichte (%) des Sinterwerkstoffs 1 wird bestimmt, indem eine Vielzahl von Querschnitten von dem Sinterwerkstoff 1 genommen werden, jeder Querschnitt mit einem Mikroskop betrachtet wird und das betrachtete Bild analysiert wird. Das Mikroskop ist zum Beispiel ein SEM oder ein optisches Mikroskop.
Wenn der Sinterwerkstoff 1 zum Beispiel säulenförmig oder rohrförmig ist, wird ein Querschnitt von jedem Endflächenbereich des Sinterwerkstoffs 1 und einem Bereich in der Nähe der Mitte des Sinterwerkstoffs 1 in der Axialrichtung genommen.
Der Endflächenbereich kann ein Bereich mit einer Tiefe von bis zu 3 mm von der Oberfläche des Sinterwerkstoffs 1 sein, was von der Länge des Sinterwerkstoffs 1 in der Axialrichtung abhängt.
Der Bereich in der Nähe der Mitte kann ein Bereich von bis zu 1 mm von der Mitte der Länge zu jeder Endfläche sein, d.h. ein Bereich von insgesamt 2 mm, was von der Länge des Sinterwerkstoffs 1 in der Axialrichtung abhängt.
Der Querschnitt kann eine die Axialrichtung kreuzende Ebene und gewöhnlich eine Ebene senkrecht zu der Axialrichtung sein.
Eine Vielzahl von Betrachtungsfeldern wird aus jedem Querschnitt genommen. Zum Beispiel werden 10 oder mehr Betrachtungsfelder genommen. Die Fläche eines Betrachtungsfelds beträgt zum Beispiel 500 µm × 600 µm = 300.000 µm².
Wenn eine Vielzahl von Betrachtungsfeldern aus einem Querschnitt genommen werden, wird der Querschnitt vorzugsweise in gleiche Teile geteilt und werden Betrachtungsfelder aus jedem geteilten Bereich genommen.
Ein betrachtetes Bild jedes Betrachtungsfelds wird einer Bildverarbeitung unterworfen. Die Bildverarbeitung ist eine Binarisierung, wobei zum Beispiel ein Metallbereich aus dem verarbeiteten Bild extrahiert wird. Die Fläche des derart extrahierten Metallbereichs wird bestimmt. Weiterhin wird das Verhältnis zwischen der Fläche des Metallbereichs und der Fläche des Betrachtungsfelds bestimmt. Dieses Flächenverhältnis wird als die relative Dichte jedes Betrachtungsfelds bestimmt. Die relativen Dichten der Betrachtungsfelder werden gemittelt. Der Durchschnitt wird als die relative Dichte (%) des Sinterwerkstoffs 1 bestimmt.
(Mechanische Eigenschaften)
In Abhängigkeit von der Zusammensetzung und dem Gegenmaterial weist der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform zum Beispiel eine hohe Berührungsermüdungsfestigkeit von 2,3 GPa (2300 MPa) oder mehr auf. Es wird hier auf das weiter unten beschriebene Testbeispiel 1 verwiesen.
(Anwendungen)
Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform kann für verschiedene allgemeine Strukturteile wie zum Beispiel mechanische Teile verwendet werden. Beispiele für mechanische Teile sind Zahnräder, Ritzel, Rotoren, Ringe, Flansche, Riemenscheiben und Lager. Insbesondere übt ein Gegenmaterial eine mechanische Spannung auf die Zahnfläche jedes Zahns eines Zahnrads während der Nutzung aus. Das Gegenmaterial ist zum Beispiel ein Gegenzahnrad oder eine Kette. Aufgrund der Spannungslast sind Zahnräder Teile, für die ein geringeres Auftreten einer Rissbildung in der Oberflächenschicht wünschenswert ist. Wie weiter oben beschrieben, ist der Sinterwerkstoff 1 gemäß dieser Ausführungsform dicht und enthält eine kleine Anzahl von Verbindungspartikeln 2 mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr wenigstens in der Oberflächenschicht. Deshalb tritt kaum eine Rissbildung in der Oberflächenschicht auf. Der Sinterwerkstoff 1 ist also für Zahnräder geeignet. Der Sinterwerkstoff 1, der wie oben beschrieben eine hohe Berührungsermüdungsfestigkeit aufweist, weist also eine bessere Eignung für Zahnräder auf.
[Zahnrad]
Ein Zahnrad gemäß einer Ausführungsform besteht aus dem Sinterwerkstoff 1 gemäß dieser Ausführungsform. Das Zahnrad gemäß der Ausführungsform weist also im Wesentlichen die Zusammensetzung und Struktur des Sinterwerkstoffs 1 gemäß der Ausführungsform auf. Das Zahnrad gemäß der Ausführungsform kann ein Schrägstirnrad wie in 1A gezeigt, ein Stirnrad, ein Kegelrad oder eine Schnecke sein. Das Zahnrad gemäß der Ausführungsform kann ein Außenzahnrad wie in 1A und 1B gezeigt oder ein Innenzahnrad sein.
(Wichtigste vorteilhafte Effekte)
Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform und das Zahnrad gemäß der Ausführungsform weisen eine hohe relative Dichte auf, sind dicht und enthalten eine kleine Anzahl von Verbindungspartikeln 2 mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr. Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform und das Zahnrad gemäß der Ausführungsform weisen eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf. Diese vorteilhaften Effekte werden weiter unten mit Bezug auf das Testbeispiel näher beschrieben.
[Verfahren zum Herstellen des Sinterwerkstoffs]
Der Sinterwerkstoff 1 gemäß der Ausführungsform kann zum Beispiel durch ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß einer Ausführungsform hergestellt werden, das die folgenden Schritte umfasst.
(Erster Schritt) Ein Rohpulver, das ein eisenbasiertes Pulver enthält, wird vorbereitet.
(Zweiter Schritt) Ein Grünling mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr wird aus dem Rohpulver geformt.
(Dritter Schritt) Der Grünling wird gesintert.
Das eisenbasierte Pulver enthält ein reines Eisenpulver und/oder ein eisenbasiertes Legierungspulver.
In dem ersten Schritt wird das eisenbasierte Pulver einer Reduktionsbehandlung unterworfen. Das eisenbasierte Pulver wird während der Reduktionsbehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre zu einer Temperatur von 950°C oder mehr und weniger als 1100°C erhitz.
Die einzelnen Schritte werden nachfolgend ausführlicher beschrieben.
(Erster Schritt: Vorbereitung des Rohpulvers)
<Zusammensetzung des Pulvers>
Die Zusammensetzung des Rohpulvers kann an die Zusammensetzung der eisenbasierten Legierung des Sinterwerkstoffs angepasst werden. Das Rohpulver enthält ein eisenbasiertes Pulver. Das eisenbasierte Pulver ist hier ein Pulver aus einem Metall mit einer Zusammensetzung, die Fe enthält. Das eisenbasierte Pulver ist zum Beispiel ein Legierungspulver aus einer eisenbasierten Legierung mit der gleichen Zusammensetzung wie die eisenbasierte Legierung des Sinterwerkstoffs, ein Legierungspulver aus einer eisenbasierten Legierung mit einer anderen Zusammensetzung als die eisenbasierte Legierung des Sinterwerkstoffs oder ein reines Eisenpulver. Das eisenbasierte Pulver kann durch einen Wasseratomisierungsprozess oder einen Gasatomisierungsprozess erzeugt werden. Spezifische Beispiele des Rohpulvers werden nachfolgend beschrieben.

(a) Das Rohpulver enthält ein Legierungspulver aus einer eisenbasierten Legierung mit der gleichen Zusammensetzung wie die eisenbasierte Legierung des Sinterwerkstoffs.
(b) Das Rohpulver enthält ein Legierungspulver der folgenden eisenbasierten Legierung und ein Kohlenstoffpulver. Die eisenbasierte Legierung enthält wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ni, Mo, Mn, Cr, B und Si umfasst, während der Rest aus Fe und Verunreinigungen besteht.
(c) Das Rohpulver enthält ein reines Eisenpulver, ein Pulver wenigstens eines Elements, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ni, Mo, Mn, Cr, B und Si umfasst, und ein Kohlenstoffpulver.

Wenn das Rohpulver ein Legierungspulver wie in (a) oder (b) beschrieben enthält, kann ein Sinterwerkstoff, der einheitlich Ni und/oder andere Elemente wie etwa Mo enthält, einfach hergestellt werden. Das Rohpulver kann das in (a) und (b) beschriebene Legierungspulver und ein Pulver wenigstens eines in (c) genannten Elements enthalten.
Die Größe des Rohpulvers kann in geeigneter Weise ausgewählt werden. Zum Beispiel können das Legierungspulver und das reine Eisenpulver, die eisenbasierte Pulver sind, eine durchschnittliche Partikelgröße von 20 µm oder mehr und 200 µm oder weniger oder 50 µm oder mehr und 150 µm oder weniger aufweisen. Wenn das eisenbasierte Pulver wie etwa ein Legierungspulver, das als eine Hauptkomponente des Rohpulvers dient, eine durchschnittliche Partikelgröße in dem oben genannten Bereich aufweist, kann das Rohpulver einfach durch Pressen komprimiert werden. Es kann also einfach ein dichter Grünling mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr erzeugt werden. Insbesondere wird das eisenbasierte Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 50 µm oder mehr zuverlässig komprimiert.
Ein aus Ni und/oder anderen Elementen wie etwa Mo bestehendes Pulver weist zum Beispiel eine durchschnittliche Partikelgröße von ungefähr 1 µm oder mehr und 200 µm oder weniger auf. Das Kohlenstoffpulver weist eine durchschnittliche Partikelgröße von ungefähr 1 µm oder mehr und 30 µm oder weniger auf. Das Kohlenstoffpulver kann kleiner als das Legierungspulver oder das reine Eisenpulver sein.
Unter der durchschnittlichen Partikelgröße ist eine Partikelgröße, bei der das kumulative Volumen in einer mit einem Laserbeugung-Partikelgrößen-Verteilungsanalysierer (D50) gemessenen volumetrischen Partikelgrößenverteilung 50% beträgt, zu verstehen.
Das Rohpulver kann ein Schmiermittel und/oder ein organisches Bindemittel enthalten. Wenn der Gesamtanteil des Schmiermittels und des organischen Bindemittels zum Beispiel 0,1 Massenprozent oder weniger basierend auf 100 Massenprozent des Rohpulvers beträgt, kann ein dichter Grünling einfach erzeugt werden. Wenn das Rohpulver kein Schmiermittel und kein organisches Bindemittel enthält, kann ein dichter Grünling einfacher erzeugt werden. Außerdem müssen in diesem Fall das Schmiermittel und das organische Bindemittel nicht in einem folgenden Schritt aus dem Grünling entfernt werden. In dieser Hinsicht trägt ein Verzicht auf ein Schmiermittel oder ein organisches Bindemittel zu einer verbesserten Massenproduktivität des Sinterwerkstoffs 1 bei.
<Reduktionsbehandlung>
Das eisenbasierte Pulver wird einer Reduktionsbehandlung unterworfen. Die Reduktionsbehandlung reduziert einen Oxidfilm, der an der Oberfläche von Partikeln des eisenbasierten Pulvers vorhanden ist, und Sauerstoff an der Oberfläche. Dadurch wird die Sauerstoffkonzentration des eisenbasierten Pulvers vermindert. Ein Rohmaterial, das ein eisenbasiertes Pulver mit einer geringen Sauerstoffkonzentration enthält, wird verwendet, um einen Grünling mit einer geringen Sauerstoffkonzentration zu erzeugen. In einem Grünling mit einer geringen Sauerstoffkonzentration ist es weniger wahrscheinlich, dass sich der Sauerstoff in dem Grünling und ein Element in dem Grünling während des Sinterns verbinden und ein Oxid bilden. Folglich enthält der derart erzeugte Sinterwerkstoff 1 eine kleinere Anzahl von Verbindungspartikeln 2, die aus einem Oxid bestehen.
Die Reduktionsbehandlung wird durch das Erhitzen des eisenbasierten Pulvers in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt. Bei einer Heiztemperatur von 950°C oder mehr wird Sauerstoff zufriedenstellend in dem eisenbasierten Pulver vermindert. Zum Beispiel beträgt die Sauerstoffkonzentration des eisenbasierten Pulvers nur 800 ppm oder weniger, 750 ppm oder weniger oder 600 ppm oder weniger auf einer Volumenbasis. Die Sauerstoffkonzentration des eisenbasierten Pulvers neigt bei einer Erhöhung zu der Heiztemperatur zu einer Verminderung. Dadurch wird die Anzahl von Verbindungspartikeln 2, die aus einem Oxid bestehen, effektiv vermindert. Die Heiztemperatur kann 960°C oder mehr, 980°C oder mehr oder 1000°C oder mehr betragen.
Bei einer Heiztemperatur von weniger als 1100°C kann ein Sintern des eisenbasierten Pulvers verhindert werden. Die Anzahl von Verbindungspartikeln 2 wird mit steigender Heiztemperatur kleiner. Zum Beispiel neigt die Sauerstoffkonzentration des eisenbasierten Pulvers dazu, bei einer Heiztemperatur von 1100°C oder mehr oder von mehr als 1100°C sehr klein zu sein. Dadurch wird die Anzahl von Verbindungspartikeln 2, die aus einem Oxid bestehen, stark vermindert. Bei einer Heiztemperatur von 1100°C oder mehr wird jedoch das eisenbasierte Pulver gesintert und werden Pulverpartikel miteinander verbunden. Es ist deshalb erforderlich, die verbundenen Pulverpartikel zu brechen. Durch das Brechen wird eine mechanische Spannung in die Pulverpartikel eingeführt. Eine Restspannung in den Pulverpartikeln beeinträchtigt die plastische Verformbarkeit. Wenn also das eisenbasierte Pulver mit der Restspannung als ein Rohpulver verwendet wird, kann das eisenbasierte Pulver eine schlechte plastische Verformbarkeit aufweisen und kann kein Grünling mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr ausgebildet werden. Folglich ist es schwierig oder im Wesentlichen unmöglich, den Sinterwerkstoff 1 mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr zu erzeugen.
Im Gegensatz dazu wird bei einer Heiztemperatur von weniger als 1100°C ein Sintern des eisenbasierten Pulvers verhindert. Dadurch kann ein Bruch verhindert werden. Alternativ dazu kann der Bruchgrad vermindert werden. Es kann also ein dichter Grünling mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr zuverlässiger ausgebildet werden. Wenn die Heiztemperatur niedriger ist, wird ein Sintern des eisenbasierten Pulvers zuverlässiger verhindert. Folglich kann ein dichter Grünling zufriedenstellender ausgebildet werden. Die Heiztemperatur kann also 1080°C oder weniger, 1050°C oder weniger oder 1030°C oder weniger betragen.
Die Haltezeit bei der Heiztemperatur in der Reduktionsbehandlung kann in einem Bereich von 0,1 h oder mehr und 10 h oder weniger gewählt werden. Das Heizen wird gestoppt, wenn die Haltezeit abgelaufen ist.
Bei einer gleichen Heiztemperatur neigt die Sauerstoffkonzentration des eisenbasierten Pulvers zu einer Verminderung bei einer zunehmenden Haltezeit. Die Anzahl von Verbindungspartikeln 2, die aus einem Oxid bestehen, neigt zu einer Verminderung. Deshalb beträgt die Haltezeit vorzugsweise 0,5 Stunden oder mehr, mehr als 1 Stunde, mehr als 3 Stunden und insbesondere 5 Stunden oder mehr.
Eine kürzere Haltezeit resultiert in einer kürzeren Verarbeitungszeit und einer kürzeren Erzeugungszeit des Sinterwerkstoffs, wodurch eine verbesserte Produktivität des Sinterwerkstoffs ermöglicht wird. Deshalb kann die Haltezeit 9 Stunden oder weniger oder 8 Stunden oder weniger betragen.
Um die Menge des Oxids zu verkleinern und die Produktionszeit des Sinterwerkstoffs zu verkürzen, kann eine Haltezeit im Bereich von mehr als 3 Stunden und 10 Stunden oder weniger oder 5 Stunden oder mehr und 8 Stunden oder weniger gewählt werden.
Die reduzierende Atmosphäre ist zum Beispiel eine Atmosphäre, die ein reduzierendes Gas enthält, oder eine Vakuumatmosphäre. Das reduzierende Gas kann ein Wasserstoffgas oder ein Kohlenmonoxidgas sein. Insbesondere weist ein Wasserstoffgas eine hohe Reduzierbarkeit auf, weshalb ein Wasserstoffgas zu bevorzugen ist. Der Druck der Vakuumatmosphäre beträgt zum Beispiel 10 Pa oder weniger.
(Zweiter Schritt: Formen)
In diesem Schritt wird das Rohpulver, das das reduzierte eisenbasierte Pulver enthält, komprimiert, um einen Grünling mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr auszubilden. In einem Verfahren zum Erzeugen eines Sinterwerkstoffs gemäß einer Ausführungsform kann ein Grünling mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr verwendet werden, um einen Sinterwerkstoff mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr zu erzeugen. Der Grund hierfür ist, dass der Sinterwerkstoff gewöhnlich die relative Dichte des Grünlings im Wesentlichen beibehält. Die relative Dichte des Sinterwerkstoffs erhöht sich mit der relativen Dichte des Grünlings. Deshalb kann der Grünling eine relative Dichte von 95% oder mehr, 97% oder mehr oder 98% oder mehr aufweisen. Wie weiter oben beschrieben, kann der Grünling mit Rücksicht auf die Produktivität eine relative Dichte von 99,6% oder weniger aufweisen.
Die relative Dichte des Grünlings kann in gleicher Weise bestimmt werden wie die relative Dichte des Sinterwerkstoffs 1. Insbesondere wenn der Grünling durch ein uniaxiales Pressen gebildet wird, kann ein Querschnitt des Grünlings aus einem Bereich in der Nähe der Mitte der Länge des Grünlings in der Pressrichtung oder von einem Endflächenbereich an beiden Enden in der Pressrichtung genommen werden. Der Querschnitt kann eine die Pressrichtung kreuzende Ebene sein und ist gewöhnlich eine Ebene senkrecht zu der Pressrichtung.
Der Grünling kann gewöhnlich mit einer Pressmaschine erzeugt werden, die mit einer uniaxialen Pressform ausgestattet ist. Die Pressform kann eine Form mit einem Durchgangsloch und obere und untere Stößel, die jeweils in obere und untere Öffnungen des Durchgangslochs gepasst sind, umfassen. Die Innenumfangsfläche der Form und die Endfläche des unteren Stößels bilden einen Hohlraum. Der Hohlraum wird mit dem Rohpulver gefüllt. Das Rohpulver in dem Hohlraum kann durch die oberen und unteren Stößel mit einem vorbestimmten Formungsdruck komprimiert werden, um den Grünling zu erzeugen.
Die Form des Grünlings kann der Endform des Sinterwerkstoffs entsprechen oder kann verschieden von der Endform des Sinterwerkstoffs sein. Ein Grünling mit einer von der Endform des Sinterwerkstoffs verschiedenen Form kann einer Verarbeitung wie etwa einem Schneiden in einem auf das Formen folgenden Schritt unterworfen werden. Wie weiter unten beschrieben, wird die Verarbeitung nach dem Formen vorzugsweise an dem Grünling vor dem Sintern durchgeführt, weil dies effizienter ist. In diesem Fall kann die Form des Grünlings eine einfache Form wie etwa eine Säule oder ein Zylinder sein. Ein Grünling mit einer einfachen Form kann einfach und mit einer hohen Präzision ausgebildet werden und weist eine hohe Produktivität auf.
Ein Schmiermittel kann auf die Innenumfangsfläche der Form angewendet werden. Dadurch wird verhindert, dass auch ein Rohpulver ohne ein darin enthaltenes Schmiermittel an der Form haftet. Wenn das Rohpulver kein Schmiermittel enthält, kann ein dichter Grünling einfach wie oben beschrieben ausgebildet werden. Das Schmiermittel ist zum Beispiel eine höhere Fettsäure, eine metallische Seife, ein Fettsäureamid, oder ein höheres Fettsäureamid.
Die relative Dichte des Grünlings neigt zu einer Erhöhung mit dem Formdruck. Es kann also einfach ein dichter Grünling erzeugt werden. Folglich kann ein dichter Sinterwerkstoff einfach erzeugt werden. Der Formdruck beträgt zum Beispiel 1560 MPa oder mehr. Der Formdruck kann 1660 MPa oder mehr, 1760 MPa oder mehr, 1860 MPa oder mehr oder 1960 MPa oder mehr betragen.
(Dritter Schritt: Sintern)
<Sintertemperatur und Sinterzeit>
In diesem Schritt wird der Grünling gesintert, um einen Sinterwerkstoff mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr zu erzeugen.
Die Sintertemperatur und die Sinterzeit können in Entsprechung zu der Zusammensetzung des Rohpulvers ausgewählt werden.
Die Sintertemperatur beträgt zum Beispiel 1100°C oder mehr und 1400°C oder weniger. Die Sintertemperatur kann 1110°C oder mehr und 1300°C oder weniger oder 1120°C oder mehr und weniger als 1250°C betragen. Das Verfahren zum Erzeugen eines Sinterwerkstoffs gemäß der Ausführungsform verwendet wie oben beschrieben einen dichten Grünling. Deshalb kann auf eine Verdichtung durch ein Sintern mit einer hohen Temperatur von 1250°C oder mehr verzichtet werden. Der dichte Sinterwerkstoff wird wie oben beschrieben durch das Sintern mit einer relativ niedrigen Temperatur von weniger als 1250°C erzeugt.
Die Sinterzeit beträgt zum Beispiel 10 Minuten oder mehr und 150 Minuten oder weniger.
<Atmosphäre>
Die Sinteratmosphäre ist zum Beispiel eine Stickstoffatmosphäre oder eine Vakuumatmosphäre. Die Stickstoffatmosphäre oder die Vakuumatmosphäre weist eine geringe Sauerstoffkonzentration auf. Dadurch wird die Bildung eines Oxids unterdrückt. Die Sauerstoffkonzentration beträgt zum Beispiel 1 ppm oder weniger auf einer Volumenbasis. Der Druck der Vakuumatmosphäre beträgt zum Beispiel 10 Pa.
(Andere Schritte)
Das Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß der Ausführungsform kann wenigstens einen ersten Verarbeitungsschritt, einen Wärmebehandlungsschritt und einen zweiten Verarbeitungsschritt wie nachfolgend beschrieben umfassen.
<Erster Verarbeitungsschritt>
In diesem Schritt wird der Grünling nach dem zweiten Schritt oder dem ersten Schritt und vor dem dritten Schritt oder dem Sinterschritt einem Schneiden unterworfen. Das Schneiden kann ein Drehen oder Wenden sein. Eine spezifische Verarbeitung kann ein Zahnschneiden oder Bohren sein. Der Grünling vor dem Sintern weist bessere Schneideigenschaften auf als Sinterwerkstoffe nach dem Sintern oder geschmolzene Werkstoffe. Deshalb trägt ein Schneiden von dem Sinterschritt zu einer besseren Massenproduktivität des Sinterwerkstoffs bei.
<Wärmebehandlungsschritt>
Die Wärmebehandlung in diesem Schritt kann eine Aufkohlungsbehandlung oder ein Abschrecken und Tempern sein. Alternativ dazu kann die Wärmebehandlung in diesem Schritt eine Aufkohlung und ein Abschrecken sein.
Die Aufkohlungsbedingungen können wie folgt sein.
Das Aufkohlungspotential (C.P.) liegt bei 0,6 Massenprozent oder mehr und 1,8 Massenprozent oder weniger.
Die Verarbeitungstemperatur beträgt 910°C oder mehr und 950°C oder weniger.
Die Verarbeitungszeit beträgt 60 Minuten oder mehr und 560 Minuten oder weniger. Die optimale Aufkohlungszeit variiert allgemein mit der Produktgröße des Sinterwerkstoffs. Die oben genannte Zeit ist also lediglich ein Beispiel.
Die Abschreckungsbedingungen umfassen eine Austentisierungstemperatur von 800°C oder mehr und 1100°C oder weniger, eine Austentisierungszeit von 10 Minuten oder mehr und 150 Minuten oder weniger und ein folgendes Abschrecken durch eine Ölkühlung oder eine Wasserkühlung.
Die Temperbedingungen umfassen eine Verarbeitungstemperatur von 150°C oder mehr und 230°C oder weniger und eine Verarbeitungszeit von 60 Minuten oder mehr und 240 Minuten oder weniger.
<Zweiter Verarbeitungsschritt>
In diesem Schritt wird der Sinterwerkstoff nach dem Sintern einer Endbearbeitung unterworfen. Die Endbearbeitung ist zum Beispiel ein Polieren. Die Endbearbeitung vermindert die Oberflächenrauheit des Sinterwerkstoffs und ermöglicht die Erzeugung des Sinterwerkstoffs mit guten Oberflächeneigenschaften. Die Endbearbeitung ermöglicht auch die Erzeugung des Sinterwerkstoffs mit den gewünschten Dimensionen.
(Wichtigste vorteilhafte Effekte)
Das Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß der Ausführungsform kann einen dichten Sinterwerkstoff mit einer hohen relativen Dichte und mit einer kleinen Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr und gewöhnlich dem Sinterwerkstoff 1 gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugen. Das Verfahren zum Herstellen eines Sinterwerkstoffs gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann also den Sinterwerkstoff 1 mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit erzeugen.
[Testbeispiel 1]
Eisenbasierte Pulver mit verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen wurden als Rohpulver verwendet, um Sinterwerkstoffe mit verschiedenen relativen Dichten zu erzeugen. Die Struktur und die Berührungsermüdungsfestigkeit der Sinterwerkstoffe wurden untersucht.
Die Sinterwerkstoffe wurden wie nachfolgend beschrieben vorbereitet.
Ein Rohpulver wurde für das Erzeugen eines Grünlings verwendet.
Der Grünling wurde gesintert.
Auf das Sintern folgen eine Aufkohlung und ein Abschrecken und dann ein Tempern.
Das Rohpulver ist ein gemischtes Pulver, das ein Legierungspulver der folgenden eisenbasierten Legierung und ein Kohlenstoffpulver enthält.
Die eisenbasierte Legierung enthält 2 Massenprozent Ni, 0,5 Massenprozent Mo und 0,2 Massenprozent Mn, während der Rest aus Fe und Verunreinigungen besteht.
Der Kohlenstoffpulveranteil beträgt 0,3 Massenprozent basierend auf 100% der Gesamtmasse des gemischten Pulvers.
Das Legierungspulver weist eine durchschnittliche Partikelgröße (D50) von 100 µm auf. Das Kohlenstoffpulver weist eine durchschnittliche Partikelgröße (D50) von 5 µm auf.
Das auf diese Weise vorbereitete Legierungspulver wurde einer Reduktionsbehandlung unterworfen, um Legierungspulver mit verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen vorzubereiten. Die Heiztemperatur und/oder die Haltezeit der Reduktionsbehandlung wurden geändert, um Legierungspulver mit verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen vorzubereiten. Die Heiztemperatur wird in dem Bereich von 800°C oder mehr und 1000°C oder weniger ausgewählt. Die Haltezeit wird in dem Bereich von 1 Stunde oder mehr und 6 Stunden oder weniger ausgewählt. Die Atmosphäre während der Reduktionsbehandlung ist eine Wasserstoffatmosphäre.
Nach der Reduktionsbehandlung wurde die Sauerstoffkonzentration (Massen-ppm) des Legierungspulvers in jeder Probe gemessen. Die Tabelle 1 enthält die Messergebnisse. Die Sauerstoffkonzentration wurde durch eine Edelgasfusion-Infrarotabsorptionsmethode gemessen. Insbesondere wird das Legierungspulver jeder Probe in einem Edelgas erhitzt und geschmolzen, um Sauerstoff zu extrahieren. Die Menge des extrahierten Sauerstoffs wird gemessen. Die Sauerstoffkonzentration (Massen-ppm) ist ein Massenverhältnis basierend auf 100 Massenprozent des Legierungspulvers.
Die Tabelle 1 zeigt die Heiztemperatur (°C) und die Haltezeit (h) der Reduktionsbehandlung für das Legierungspulver jeder Probe. In Proben, in denen das Legierungspulver eine Sauerstoffkonzentration von 1210 Massen-ppm aufweist, beträgt die Heiztemperatur 900°C. In Proben, in denen das Legierungspulver eine Sauerstoffkonzentration von 1200 Massen-ppm oder weniger aufweist, beträgt die Heiztemperatur 950°C, 980°C oder 1000°C. Für diese Proben beträgt die Haltezeit 5 Stunden mit Ausnahme für die Probe Nr. 10. Bei einer gleichen Haltezeit vermindert sich die Sauerstoffkonzentration des Legierungspulvers mit einer höheren Heiztemperatur. Die Heiztemperatur von Proben mit einer Sauerstoffkonzentration von 400 Massen-ppm beträgt 1000°C. Ein Vergleich zwischen den Proben Nr. 9 und Nr. 10 bei einer gleichen Heiztemperatur zeigt, dass die Sauerstoffkonzentration des Legierungspulvers mit einer längeren Haltezeit kleiner wird.
In Proben, in denen das Legierungspulver eine Sauerstoffkonzentration von 1600 Massen-ppm oder mehr aufweist, beträgt die Heiztemperatur 800°C. Diese Proben weisen aufgrund der verschiedenen Haltezeiten verschiedene Sauerstoffkonzentrationen auf. Und auch in diesen Proben vermindert sich bei der gleichen Heiztemperatur die Sauerstoffkonzentration des Legierungspulvers mit einer längeren Haltezeit. Die Haltezeit von Proben mit einer Sauerstoffkonzentration von 3020 Massen-ppm ist die kürzeste innerhalb dieser Proben.
Das Legierungspulver, das das der Reduktionsbehandlung unterworfene eisenbasierte Pulver ist, wird mit dem Kohlenstoffpulver gemischt. Die Pulver werden in einem V-Typ-Mischer 90 Minuten lang gemischt. Das gemischte Pulver wird als ein Rohpulver verwendet. Das Rohpulver wurde gepresst, um einen ringförmigen Grünling zu erzeugen. Der Grünling weist einen Innendurchmesser von 16 mm, einen Außendurchmesser von 30 mm und eine Dicke von 8 mm auf.
Der Grünling wurde durch das Auswählen des Formdrucks in dem Bereich von 1560 MPa oder mehr und 1960 MPa oder weniger erzeugt, sodass der Grünling jeder Probe eine relative Dichte (%) von 91%, 93%, 95% oder 97% aufwies. Die relative Dichte des Grünlings neigt dazu, sich mit dem Formdruck zu erhöhen. Die Tabelle 1 gibt die relative Dichte (%) des Grünlings in jeder Probe an.
Der Grünling wurde unter den folgenden Bedingungen gesintert. Auf das Sintern folgten eine Aufkohlung und ein Abschrecken und dann ein Tempern unter den folgenden Bedingungen, um ein gesintertes Material jeder Probe zu erzeugen.
(Sinterbedingungen) Sintertemperatur: 1130°C; Haltezeit: 30 Minuten; Atmosphäre: Stickstoff.
(Aufkohlung und Abschrecken) 930°C × 90 Minuten; Kohlenstoffpotential: 1,4 Massenprozent => 850° × 30 Minuten => Ölkühlung
(Tempern) 200°C × 90 Minuten
Ein ringförmiger Sinterwerkstoff mit einem Innendurchmesser von 16 mm, einem Außendurchmesser von 30 mm und einer Dicke von 8 mm wurde wie oben beschrieben vorbereitet. Der Sinterwerkstoff wies eine Zusammensetzung einer eisenbasierten Legierung auf, die 2 Massenprozent Ni, 0,5 Massenprozent Mo, 0,2 Massenprozent Mn und 0,3 Massenprozent C enthielt, während der Rest aus Fe und Verunreinigungen bestand. Die Anzahldichte (/(100 µm × 100 µm)), die Berührungsermüdungsfestigkeit (GPa) und die relative Dichte (%) des Sinterwerkstoffs jeder derart vorbereiteten Probe wurden wie nachfolgend beschrieben gemessen. Unter der Anzahldichte ist hier die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr pro Einheitsfläche in einem Querschnitt des Sinterwerkstoffs zu verstehen. Die Einheitsfläche ist 100 µm × 100 µm.
(Stru ktu rbetrachtu ng)
Ein Querschnitt des Sinterwerkstoffs jeder Probe wurde einer automatischen Partikelanalyse mit einem SEM unterworfen, um die Anzahldichte zu untersuchen. In dem Querschnitt des Sinterwerkstoffs wurde die Anzahl von Verbindungspartikeln an der Oberfläche des Sinterwerkstoffs und in Nachbarschaft dazu, d.h. in der Oberflächenschicht, gemessen. Als automatisches Partikelanalysesystem wurde JSM-7600F, ein von JEOL Ltd. hergestelltes SEM, Verwendet. Als Partikelanalysesoftware wurde INCA von Oxford Instruments verwendet. Die spezifische Messprozedur wird im Folgenden beschrieben.
Ein rechteckig-parallelepipedförmiger Prüfling, der einen Teil der äußersten Fläche des Sinterwerkstoffs enthält, wird aus dem Sinterwerkstoff jeder Probe geschnitten. Die Dimensionen des Prüflings sind 4 mm × 2 mm × 3 mm in der Höhe. Der Prüfling wird derart aus dem Sinterwerkstoff geschnitten, dass er eine Höhe von 3 mm von der äußersten Fläche in der Tiefenrichtung aufweist. In dem Prüfling besteht eine Fläche mit einer Größe von 4 mm × 2 mm aus einem Teil der äußersten Fläche des Sinterwerkstoffs. Ein Bereich von bis zu 25 µm von der äußersten Fläche in der Höhenrichtung wird von dem ausgeschnittenen rechteckig-parallelepipedförmigen Prüfling entfernt. Die Oberfläche nach der Entfernung ist die Fläche der Probe. Eine 4 mm × ungefähr 3 mm große Fläche des Prüflings wird mit einem Querschnittpolierer (CP-Verarbeitung) unter Verwendung von Argon (Ar)-Ionen abgeflacht. Die CP-verarbeitete Fläche wird als eine Messfläche verwendet.
Ein Bereich mit einer Breite von 50 µm auf der Messfläche in einem Bereich mit einer Tiefe von bis zu 200 µm, d.h. in der Höhenrichtung von der Fläche des Prüflings, wird als ein Messbereich verwendet. Der Messbereich ist also ein rechteckiger Bereich mit einer Breite von 50 µm und einer Länge von 200 µm Länge. Es wird jeweils ein Messbereich aus einem Prüfling genommen. 2 ist eine schematische Ansicht eines Messbereichs 12 des Sinterwerkstoffs 1 einer Probe Nr. 5. In 2 geben die Kreise schematisch Verbindungspartikel 2 wieder. Der die Verbindungspartikel 2 enthaltende Bereich ist eine eisenbasierte Legierung, die die Elterphase des Sinterwerkstoffs 1 bildet. Wie in 2 gezeigt, sind die Verbindungspartikel 2 in der Elterphase, die durch die eisenbasierte Legierung gebildet wird, dispergiert. In 2 wird keine Schraffierung verwendet.
Der extrahierte Messbereich wird weiterhin in eine Vielzahl von Teilbereichen geteilt. Dann werden Partikel in jedem Teilbereich extrahiert. Der Messbereich wird in 82 Teile geteilt. Die Anzahl k von Teilungen ist also gleich 82. Die SEM weist eine 10.000-fache Vergrößerung auf. Die Partikel werden basierend auf der Kontrastdifferenz in einem SEM-Betrachtungsbild extrahiert. Ein rückgestreutes Elektronenbild wird als ein SEM-Betrachtungsbild verwendet. Binarisierungsbedingungen werden basierend auf dem Kontrastintensitätsschwellwert eines rückgestreuten Elektronenbilds bestimmt. Partikel werden aus einem binarisierten Bild basierend auf der Kontrastdifferenz extrahiert. Ein binarisiertes Bild wird einer Lochfüllung und Öffnung unterworfen, um Bilder von benachbarten Partikeln zu trennen. Die Fläche jedes extrahierten Partikels wird bestimmt. Der Durchmesser eines Kreises mit der bestimmten Fläche wird bestimmt. Partikel mit einem Kreisdurchmesser von 0,3 µm oder mehr werden extrahiert. Die extrahierten Partikel mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr werden einer Komponentenanalyse mit einem SEM-EDS unterworfen. Die Ergebnisse der Komponentenanalyse werden verwendet, um Partikel, die aus einem Oxid oder ähnlichem bestehen, von Hohlräumen zu unterscheiden. Nur Partikel, die aus einer Verbindung wie etwa einem Oxid bestehen, werden extrahiert. Für die Komponentenanalyse wird eine Zeit von 10 Sekunden benötigt.
Die Anzahl n_k der Partikel, die aus einem Oxid oder ähnlichem bestehen, wird in jedem Teilbereich gemessen. Die Anzahlen n_k in k Subbereichen werden summiert. Die Gesamtanzahl ist die Gesamtanzahl N der aus einem Oxid oder ähnlichem bestehenden Partikel in einem Messbereich. Die Gesamtanzahl N und die Fläche S eines Messbereichs werden verwendet, um die Anzahl n pro 100 µm × 100 µm unter Verwendung von n = (N × 100 × 100)/S zu bestimmen. Die Fläche S ist 50 µm × 200 µm. Die Anzahl n in dem Messbereich in jeder Probe wird als die Anzahldichte in jeder Probe bestimmt. Die Tabelle 1 zeigt die Anzahldichte in jeder Probe.
(Ermüdungseigenschaften)
Ein Zwei-Zylinder-Ermüdungstest mit einem Nishihara-Metallabrasionstester wurde durchgeführt, um die Hertzsche Pressung, die durch eine Berührung mit einem sich drehenden Gegenmaterial verursacht wird, zu bestimmen. Die Hertzsche Pressung wurde als die Berührungsermüdungsfestigkeit bewertet. Die Tabelle 1 gibt die Berührungsermüdungsfestigkeit (GPa) an.
Es kann ein bekannter Nishihara-Metallabrationstester verwendet werden. Der Sinterwerkstoff jeder Probe wird als ein Prüfling verwendet. Das Gegenmaterial, die Testbedingungen und eine Methode zum Bestimmen der Hertzschen Pressung werden nachfolgend beschrieben.
<Gegenmaterial>
Die Zusammensetzung ist SKD11, was ein Typ von Legierungswerkzeugstahl ist.
Die Form ist ringförmig.
Die Dimensionen sind 16 mm im Innendurchmesser, 30 mm im Außendurchmesser, 25 mm im minimalen Außendurchmesser und 8 mm in der Dicke.
Das Gegenmaterial weist einen langen Vorsprung auf, der radial von dem Umfang eines Kreises mit einem Außendurchmesser von 25 mm vorsteht und sich in der Umfangsrichtung erstreckt. Der lange Vorsprung ist in der Mitte des Umfangs des Kreises mit einem Außendurchmesser von 25 mm in der Dickenrichtung angeordnet. Die Dickenrichtung ist eine Richtung parallel zu der Axialrichtung eines Durchgangslochs des Gegenmaterials. Wenn der lange Vorsprung in einer Ebene in der Axialrichtung geschnitten wird, ist die Querschnittform des langen Vorsprungs eine hexagonale Form, in der zwei Ecken eines Rechtecks mit 2,5 mm in der Höhe × 4 mm in der Breite abgeschnitten sind. Der lange Vorsprung der Umfangsflächenseite weist eine Breite von 4 mm auf. Die Außenumfangsfläche des langen Vorsprungs weist eine Breite von 1,5 mm auf. Die Außenumfangsfläche des langen Vorsprungs mit einer Breite von 1,5 mm ist eine Kontaktfläche mit dem Prüfling.
<Testbedingungen>
Die Drehrate ist 800 U/min.
Der Schlupfgrad ist 30%.
Wenn das Gegenmaterial gegen den Sinterwerkstoff jeder als Prüfling dienenden Probe gedrückt wird und eine Last auf diesen ausübt, werden der Prüfling und das Gegenmaterial mit einer Drehrate gedreht. Unter verschiedenen Lasten werden sie 10 Millionen mal gedreht. Die Hertzsche Pressung σ wird aus der Last unter Verwendung der Hertzschen Pressungsgleichung wie weiter unten beschrieben bestimmt. Die maximale Hertzsche Pressung, bei der der Prüfling während der 10 Millionen-fachen Drehung nicht gebrochen wird, wird als die Berührungsermüdungsfestigkeit (GPa) bestimmt. Die Tabelle 1 gibt die Berührungsermüdungsfestigkeit (GPa) an. $(Hertzsche Pressungsgleichung) σ= \sqrt [(F/b) \times {E/ (2 πρ)}]$
In der Hertzschen Pressungsgleichung gibt F die Last (N) an.
b gibt die Breite (mm) der Berührungsfläche in jeder Probe an. Die Breite b beträgt 1,5 mm.
E gibt das Elastizitätsmodul (GPa) an.
p gibt den Krümmungsradius (mm) an.
Das Elastizitätsmodul E und der Krümmungsradius p erfüllen Folgendes: $\begin{array}{l} 1 /E = (1 / 2) \times {(1 - γ_{1}^{2}) {/E}_{1} + (1 - γ_{2}^{2}) / E_{2})} \\ 1 / ρ= (1 / ρ_{1}) + (1 / ρ_{2}) \end{array}$
In diesen Gleichungen gibt E₁ das Elastizitätsmodul jeder Probe an.
γ₁ gibt die Poissonzahl jeder Proben an.
ρ₁ gibt den Krümmungsradius jeder Probe an. Der Krümmungsradius ρ₁ ist der Außendurchmesser/2 = 15 mm.
E₂ gibt das Elastizitätsmodul des Gegenmaterials an.
γ₂ gibt die Poissonzahl des Gegenmaterials an.
ρ₂ gibt den Krümmungsradius des Gegenmaterials an. Der Krümmungsradius ρ₂ ist der Außendurchmesser/2 = 15 mm.
Das Elastizitätsmodul und die Poissonzahl jeder Probe und des Gegenmaterials sind intrinsische physikalische Eigenschaften. Das Elastizitätsmodul und die Poissonzahl können unter Verwendung einer Ultraschallmethode mit einer allgemeinen Messvorrichtung gemessen werden.
(Relative Dichte)

Die relative Dichte (%) des Sinterwerkstoffs wird wie weiter oben beschrieben durch die Bildanalyse eines Mikroskopbilds eines Querschnitts des Sinterwerkstoffs bestimmt. In dem Sinterwerkstoff jeder Probe wird ein Querschnitt von einem Endflächenbereich und einem Bereich in der Nähe der Mitte der Länge des Durchgangslochs des Sinterwerkstoffs in der Axialrichtung genommen. Der Endflächenbereich ist ein Bereich innerhalb von 3 mm von einer ringförmigen Endfläche des Sinterwerkstoffs. Der Bereich in der Nähe der Mitte ist ein restlicher Bereich, nachdem der Endflächenbereich von 3 mm in der Dicke von jeder Endfläche des Sinterwerkstoffs entfernt wurde, d.h. ein Bereich von 2 mm in der Länge in der Axialrichtung. Jeder Bereich wird in einer Ebene senkrecht zu der Axialrichtung geschnitten, um einen Querschnitt zu nehmen. Es werden zehn oder mehr Betrachtungsfelder aus jedem Querschnitt genommen. Die Fläche des Betrachtungsfelds ist 500 µm × 600 µm = 300.000 µm². Ein betrachtetes Bild jedes Betrachtungsbilds wird einer Bildverarbeitung unterworfen. Ein Metallbereich wird aus dem verarbeiteten Bild extrahiert. Die Fläche des Metallbereichs wird bestimmt. Das Verhältnis zwischen der Fläche des Metallbereichs und der Fläche des Betrachtungsfelds wird bestimmt. Das Verhältnis wird als die relative Dichte bestimmt. Die relativen Dichten von insgesamt 30 oder mehr Betrachtungsfeldern werden bestimmt und gemittelt. Der Durchschnitt wird als die relative Dichte (%) des Sinterwerkstoffs bestimmt. Die Tabelle 1 gibt die relative Dichte (%) des Sinterwerkstoffs an. [Tabelle 1]

Probe Nr.	Rohpulver Legierungspulver	Sinterwerkstoff Relative Dichte	Anzahldichte der Verbindungspartikel	Berührungsermüdungsfestigkeit	Reduktionsbehandlung
Probe Nr.	Sauerstoffkonzentration Massen-ppm	%	/(100 × 100) µm²	GPa	Haltezeit h	Heiztemperatur °C
101	400	91	45	1,22	5	1000
102	500		99	1,22	5	980
103	800		198	1,22	5	950
104	1210		399	1,21	5	900
105	1620		789	1,21	4	800
106	2000		1311	1,21	3	800
107	2410		2022	1,21	2	800
108	3020		2410	1,20	1	800
1	400	93	48	2,39	5	1000
2	500		109	2,37	5	980
3	800		199	2,34	5	950
111	1210		389	1,95	5	900
112	1620		801	1,60	4	800
113	2000		1309	1,45	3	800
114	2410		1991	1,36	2	800
115	3020		2395	1,33	1	800
4	400	95	48	2,62	5	1000
5	500		102	2,58	5	980
6	800		196	2,54	5	950
116	1210		401	2,08	5	900
117	1620		789	1,81	4	800
118	2000		1295	1,72	3	800
119	2410		2001	1,67	2	800
120	3020		2393	1,65	1	800
7	400	97	49	3,00	5	1000
8	500		101	2,94	5	980
9	800		199	2,82	5	950
10	700		180	2,87	6	950
121	1210		410	2,25	5	900
122	1620		802	2,06	4	800
123	2000		1311	1,94	3	800
124	2410		2009	1,80	2	800
125	3020		2403	1,71	1	800

Die Tabelle 1 zeigt, dass sich die Berührungsermüdungsfestigkeit mit der relativen Dichte des Sinterwerkstoffs erhöht. Insbesondere weisen die Sinterwerkstoffe der Proben Nr. 1 bis Nr. 10 und Nr. 111 bis Nr. 125 mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr eine höhere Berührungsermüdungsfestigkeit auf als die Proben Nr. 101 bis Nr. 108 mit einer relativen Dichte von weniger als 93%. In den Proben Nr. 1 bis Nr. 10 beträgt die Berührungsermüdungsfestigkeit 2,3 GPa oder mehr bei einer relativen Dichte von 93% oder mehr. Die Berührungsermüdungsfestigkeit beträgt 2,5 GPa oder mehr bei einer relativen Dichte von 95% oder mehr. Die Berührungsermüdungsfestigkeit beträgt 2,8 GPa oder mehr bei einer relativen Dichte von 97% oder mehr. Ein Grund für diese Ergebnisse ist, dass eine höhere relative Dichte in einer kleineren Anzahl von Hohlräumen und einem geringeren Auftreten einer durch die Hohlräume verursachten Rissbildung resultiert.
Weiterhin weisen in den dichten Proben Nr. 1 bis Nr. 10 und Nr. 111 bis Nr. 125 Proben mit einer gleichen relativen Dichte verschiedene Berührungsermüdungsfestigkeiten auf. Alle Sinterwerkstoffe der Proben Nr. 1 bis Nr. 10 weisen eine höhere Berührungsermüdungsfestigkeit auf als die Proben Nr. 111 bis Nr. 125. Die Proben Nr. 1 bis Nr. 10 werden nachfolgend als eine spezifische Probengruppe bezeichnet. Die spezifische Probengruppe weist eine Berührungsermüdungsfestigkeit von mehr als 2,25 GPa oder 2,3 GPa oder mehr auf. Die Sinterwerkstoffe der spezifischen Probengruppe erfüllen die erforderlichen Eigenschaften für Zahnräder, sodass sie für verschiedene Zahnräder geeignet sein sollten.
Ein Grund für die verschiedenen Berührungsermüdungsfestigkeiten der Proben können die verschiedenen Anzahlen von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr pro Einheitsfläche, d.h. die verschiedenen Anzahldichten, in dem Querschnitt des Sinterwerkstoffs sein. Die Anzahldichte in der spezifischen Probengruppe kann 200 oder weniger betragen. In der spezifischen Probengruppe wirken die Verbindungspartikel weniger wahrscheinlich als Ausgangspunkte für eine Rissbildung und entwickeln weniger wahrscheinlich eine Rissbildung und ist die Berührungsermüdungsfestigkeit hoch. Weiterhin konnte bestätigt werden, dass Verbindungspartikel an einer Bruchfläche einer gebrochenen Probe vorhanden sind. Es hat sich herausgestellt, dass Verbindungspartikel mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr in dem Sinterwerkstoff, und insbesondere Verbindungspartikel in der Oberflächenschicht des Sinterwerkstoffs, als Ausgangspunkte für eine Rissbildung wirken.
Außerdem konnte bestätigt werden, dass die spezifische Probengruppe eine kleine Anzahl von groben Verbindungspartikeln und eine große Anzahl von kleinen Verbindungspartikeln enthält. Insbesondere liegt in der spezifischen Probengruppe das Verhältnis (n₂₀/n) × 100 bei 1% oder weniger. n ist die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr pro Einheitsfläche. n₂₀ ist die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 20 µm oder mehr pro Einheitsfläche. Daraus folgt, dass die spezifische Probengruppe das Auftreten oder die Entwicklung einer durch die Verbindungspartikel verursachten Rissbildung verhindern könnte.
Im Gegensatz dazu weisen die Proben Nr. 111 bis Nr. 125 eine Anzahldichte von 200 oder mehr und in dieser Ausführungsform von 385 oder mehr auf. In den Sinterwerkstoffen der Proben Nr. 111 bis Nr. 125 mit höheren Anzahldichten ist eine große Anzahl von Verbindungspartikeln von der Oberfläche des Sinterwerkstoffs nach innen hin vorhanden. In diesen Sinterwerkstoffen wirkt jeder Verbindungspartikel wahrscheinlich als ein Ausgangspunkt für eine Rissbildung und entwickelt wahrscheinlich eine Rissbildung.
Ein Grund für die verschiedenen Anzahldichten von Verbindungspartikeln zwischen der spezifischen Probengruppe und den Proben Nr. 111 bis Nr. 125 kann in den verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen des Rohpulvers liegen. Die Sauerstoffkonzentration des Legierungspulvers in der spezifischen Probengruppe beträgt 800 Massen-ppm oder weniger und ist somit niedriger als die Sauerstoffkonzentration des Legierungspulvers in den Proben Nr. 111 bis Nr. 125, die größer als 1200 Massen-ppm ist. Es ist davon auszugehen, dass sich in der spezifischen Probengruppe, die das Legierungspulver mit einer geringen Sauerstoffkonzentration als eine Hauptkomponente des Rohpulvers enthält, ein Element und Sauerstoff in dem Grünling während des Sinterns weniger wahrscheinlich verbinden und ein Oxid bilden. Folglich kann die spezifische Probengruppe eine verminderte Anzahl von Oxidpartikeln enthalten und kann die Gesamtanzahl von Verbindungspartikeln effektiv vermindert werden. Im Gegensatz dazu enthalten die Proben Nr. 111 bis Nr. 125, die das Pulver mit einer hohen Sauerstoffkonzentration enthalten, eine größere Anzahl von Oxidpartikeln und eine größere Gesamtanzahl von Verbindungspartikeln.
Der Test zeigt auch Folgendes:

(1) Die Effekte der Anzahl von Verbindungspartikeln auf die Berührungsermüdungsfestigkeit verstärken sich mit der relativen Dichte. Dies wird nachfolgend mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist ein Kurvendiagramm der Beziehung zwischen der Anzahldichte (/(100 µm × 100 µm)) und der Berührungsermüdungsfestigkeit (GPa) in dem Sinterwerkstoff jeder Probe. Die horizontale Achse des Kurvendiagramms gibt die Anzahldichte jeder Probe (/(100 µm × 100 µm)) wieder. Die vertikale Achse des Kurvendiagramms gibt die Berührungsermüdungsfestigkeit (GPa) jeder Probe wieder. Die Legenden 91, 93, 95 und 97 in dem Kurvendiagramm geben die relative Dichte jeder Probe wieder.

3 zeigt, dass sich die Berührungsermüdungsfestigkeit auch dann wenig bei einer relativen Dichte von 91% ändert, wenn die Anzahldichte größer oder kleiner wird. Bei einer relativen Dichte von weniger als 93% ist die Berührungsermüdungsfestigkeit des Sinterwerkstoffs im Wesentlichen unabhängig von der Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr.
Bei einer relativen Dichte von 93% oder mehr wird die Aufmerksamkeit auf einen Bereich gerichtet, in dem die Anzahldichte ungefähr größer als 400 ist. Auch bei einer großen Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr weist der Sinterwerkstoff eine höhere Berührungsermüdungsfestigkeit in diesem Bereich auf als bei einer relativen Dichte von 91%. Die Berührungsermüdungsfestigkeit ändert sich in diesem Bereich nicht wesentlich. Im Gegensatz dazu ändert sich die Berührungsermüdungsfestigkeit bei einer Anzahldichte von 400 oder weniger beträchtlich. Es ist zu beachten, dass die Berührungsermüdungsfestigkeit bei einer Verminderung der Anzahldichte zu einer Verbesserung neigt. Insbesondere ist die Berührungsermüdungsfestigkeit bei einer relativen Dichte von 97% oder mehr bei einer Anzahldichte von weniger als 200 verbessert. Deshalb wirken bei einer relativen Dichte von 93% oder mehr oder 97% oder mehr die Verbindungspartikel mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr wahrscheinlicher als Ausgangspunkte für eine Rissbildung als Hohlräume. Um also die Berührungsermüdungsfestigkeit eines dichten Sinterwerkstoffs mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr zu verbessern, wird vorzugsweise die Anzahl von Verbindungspartikeln vermindert.
(2) Bei der gleichen relativen Dichte erhöht sich die Berührungsermüdungsfestigkeit des Sinterwerkstoffs mit einer sich vermindernden Anzahldichte. Die Proben der spezifischen Probengruppe werden hinsichtlich dieses Punkts verglichen. Zum Beispiel beträgt die Ermüdungsfestigkeit bei einer relativen Dichte von 97% oder mehr in dem Test 2,8 GPa oder mehr bei einer Anzahldichte von weniger als 200. Die Ermüdungsfestigkeit beträgt 2,9 GPa oder mehr bei einer Anzahldichte von 150 oder weniger oder 120 oder weniger. Die Ermüdungsfestigkeit beträgt 3,0 GPa oder mehr bei einer Anzahldichte von 100 oder weniger oder 50 oder weniger.
(3) In der Reduktionsbehandlung eines eisenbasierten Pulvers, d.h. eines Legierungspulvers in dieser Ausführungsform, vermindert sich in einem Rohpulver in dem Temperaturbereich von 950°C oder mehr und weniger als 1100°C, die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr mit einer höheren Heiztemperatur. Bei einer Heiztemperatur in dem oben genannten Bereich resultiert eine Haltezeit von 5 Stunden oder mehr in einer kleinen Anzahl von Verbindungspartikeln. Wie in der Proben Nr. 10 gezeigt, neigt die Anzahl von Verbindungspartikeln zu einer Verminderung bei einer längeren Haltezeit. Die Berührungsermüdungsfestigkeit des Sinterwerkstoffs erhöht sich bei einer kleineren Anzahl von Verbindungspartikeln.
Diese Ergebnisse zeigen, dass Sinterwerkstoffe mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr und mit einer kleineren Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr in einem Querschnitt eine hohe Ermüdungsfestigkeit aufweisen. Es hat sich auch gezeigt, dass ein derartiger Sinterwerkstoff erzeugt werden kann, indem ein Grünling mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr unter Verwendung eines eisenbasierten Pulvers, das einer Reduktionsbehandlung unter spezifischen Bedingungen als einem Rohmaterial unterworfen wird, erzeugt wird und der Grünling gesintert wird.
Die vorliegende Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die Ausführungsformen definiert. Der durch die Ansprüche und deren Äquivalente definierte Erfindungsumfang umfasst verschiedene Modifikationen an den hier beschriebenen Ausführungsformen.
Zum Beispiel können in dem Testbeispiel 1 die Zusammensetzung und die Produktionsbedingungen des Sinterwerkstoffs geändert werden. Modifizierbare Parameter der Produktionsbedingungen sind zum Beispiel die Heiztemperatur und die Haltezeit in der Reduktionsbehandlung, die Sintertemperatur, die Sinterzeit und die Sinteratmosphäre.
Bezugszeichenliste

1: Sinterwerkstoff
11: Oberfläche
12: Messbereich
2: Verbindungspartikel
3: Zahn
30: Zahnspitze
31: Zahnfläche
32: Zahnboden
40: Endfläche
41: Durchgangsloch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019003261 PCT [0002]
JP 2017186625 [0004]

Claims

Sinterwerkstoff, der umfasst: eine Zusammensetzung, die aus einer eisenbasierten Legierung besteht, und eine Struktur, in der die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr kleiner als 200 pro 100 µm × 100 µm pro Einheitsfläche in einem Querschnitt ist, wobei der Sinterwerkstoff eine relative Dichte von 93% oder mehr aufweist.
Sinterwerkstoff nach Anspruch 1, wobei die relative Dichte 97% oder mehr beträgt.
Sinterwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verhältnis von n₂₀ zu (n₂₀/n) × 100 bei 1% oder weniger liegt, wobei n die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 0,3 µm oder mehr pro Einheitsfläche wiedergibt und wobei n₂₀ die Anzahl von Verbindungspartikeln mit einer Größe von 20 µm oder mehr pro Einheitsfläche wiedergibt.
Sinterwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die eisenbasierte Legierung wenigstens ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die C, N, Mo, Mn, Cr, B und Si umfasst, und wobei der Rest aus Fe und Verunreinigungen besteht.
Zahnrad, das den Sinterwerkstoff gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 aufweist.
Verfahren zum Erzeugen eines Sinterwerkstoffs, das die folgenden Schritte umfasst: Vorbereiten eines Rohpulvers, das ein eisenbasiertes Pulver enthält, Ausbilden eines Grünlings mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr aus dem Rohpulver, und Sintern des Grünlings, wobei das eisenbasierte Pulver ein reines Eisenpulver und/oder ein eisenbasiertes Legierungspulver enthält, wobei das eisenbasierte Pulver in dem Schritt zum Vorbereiten des Rohpulvers einer Reduktionsbehandlung unterworfen wird, und wobei das eisenbasierte Pulver während der Reduktionsbehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre zu einer Temperatur von 950°C oder mehr und weniger als 1100°C erhitzt wird.
Verfahren zum Erzeugen eines Sinterwerkstoffs nach Anspruch 6, wobei die Temperatur während der Reduktionsbehandlung 5 Stunden oder länger gehalten wird.