DE112020004734T5

DE112020004734T5 - Gesintertes Element und Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Elements

Info

Publication number: DE112020004734T5
Application number: DE112020004734.2T
Authority: DE
Inventors: Chihiro Takenaka
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2022-06-15
Also published as: US20220290278A1; CN114286872B; WO2021065552A1; KR20220050199A; CN114286872A; JPWO2021065552A1; TW202118566A; JP7275465B2

Abstract

Ein gesintertes Element, das Fe als eine Hauptkomponente aufweist, umfasst eine Zusammensetzung, die Ni, Cr, Mo und C umfasst, und einen Rest, der Fe und unvermeidliche Verunreinigungen umfasst, und eine Mischphasenzusammensetzung, die eine Martensitphase und eine verbleibende Austenitphase umfasst, wobei ein Ni-Anteil des gesinterten Elements größer ist als 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 6 Massenprozent ist, wenn ein Gesamtanteil an Elementen, die in dem gesintertes Element enthalten sind, als 100 Massenprozent angesehen wird, und eine Variationsbreite einer Vickershärte von einer Oberfläche zu einer vorbestimmten Tiefe des gesintertes Elements kleiner oder gleich 100 HV ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft gesinterte Elemente und Verfahren zur Herstellung von gesinterten Elementen.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-182667 , die am 3. Oktober 2019 eingereicht wurde und nimmt deren Priorität in Anspruch, wobei deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Hintergrund der Erfindung
Das Patentliteratur 1 beschreibt ein Sintermaterial auf Fe-Ni-Cr-Mo-C-Basis, bei dem der Ni-Anteil 0,5 Massenprozent bis 2,0 Massenprozent beträgt.
Liste von Zitierungen
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Veröffentlichung mit Veröffentlichungsnummer 2016-121367
Zusammenfassung der Erfindung
Ein gesintertes Element gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein gesintertes Element, das Fe als eine Hauptkomponente aufweist, und welches umfasst:

eine Zusammensetzung mit Ni, Cr, Mo und C und einen Rest mit Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen; und
eine Mischphasenzusammensetzung mit einer Martensitphase und einer verbleibenden Austenitphase,
wobei ein Ni-Anteil, der das gesinterte Element einnimmt, größer als 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 6 Massenprozent ist, wenn ein Gesamtgehalt an Elementen, die in dem gesinterten Element enthalten sind, als 100 Massenprozent angesehen wird, und
wobei eine Variationsbreite einer Vickershärte von einer Oberfläche zu einer vorbestimmten Tiefe des gesinterten Elements kleiner oder gleich 100 HV ist.

Ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Elements gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:

einen Prozess zur Vorbereitung eines Pulvers aus Rohmaterial mit einem Pulver aus einer auf Eisen basierenden Legierung, einem Ni-Pulver und einem C-Pulver;
einen Prozess zur Druckformung des Pulvers aus Rohmaterial, um einen Grünling zu bilden; und
einen Prozess zum Sintern des Grünlings,
wobei das Pulver der auf Eisen basierenden Legierung in dem Vorbereitungsprozess eine Zusammensetzung mit Cr und Mo und einen Rest mit Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen aufweist,
wobei ein Gehalt an Ni-Pulver, der das Pulver aus Rohmaterial einnimmt, größer oder gleich 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 6 Massenprozent ist, wenn eine Gesamtheit des Pulvers aus Rohmaterial als 100 Massenprozent angesehen wird, und
eine Abkühlrate in einem Kühlungsprozess des Sinterprozesses wenigstens 1°C/s beträgt.

Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein gesintertes Element gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Diagramm, das die Vickershärte eines gesinterten Elements einer Probe Nr. 2, die Vickershärte eines gesinterten Elements einer Probe Nr. 101 und die Vickershärte eines gesinterten Elements einer Probe Nr. 110 gemäß einer Ausführungsform des gesinterten Elements darstellt.
3A ist eine Mikrofotografie, die einen Querschnitt eines gesinterten Elements einer Probe Nr. 1 gemäß einer Ausführungsform des gesinterten Elements zeigt.
3B ist eine Mikrofotografie, die einen Querschnitt des gesinterten Elements der Probe Nr. 1 gemäß einer Ausführungsform des gesinterten Elements darstellt.
4A ist eine Mikrofotografie, die einen Querschnitt des gesinterten Elements der Probe Nr. 2 gemäß einer Ausführungsform und des gesinterten Elements zeigt.
4B ist eine Mikrofotografie, die einen Querschnitt des gesinterten Elements der Probe Nr. 2 gemäß einer Ausführungsform und des gesinterten Elements zeigt.
5 ist eine Mikrofotografie, die einen Querschnitt des gesinterten Elements der Probe Nr. 101 zeigt.
6 ist eine Mikrofotografie, die einen Querschnitt eines gesinterten Elements der Probe Nr. 102 zeigt.

Modus zur Ausführung der Erfindung
[Durch die vorliegende Erfindung zu lösende Probleme]
Es besteht ein Bedarf an einer Entwicklung von gesinterten Elementen mit hoher Härte und hoher Zähigkeit.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein gesintertes Element bereitzustellen, das sowohl eine hohe Härte als auch eine hohe Zähigkeit aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Elements bereitzustellen, mit dem ein gesintertes Element mit hoher Härte und hoher Zähigkeit hergestellt werden kann.
[Effekte der vorliegenden Erfindung]
Das gesinterte Element gemäß der vorliegenden Erfindung weist sowohl eine hohe Härte als auch eine hohe Zähigkeit auf.
Das Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein gesintertes Element hergestellt werden, das sowohl die hohe Härte als auch die hohe Zähigkeit aufweist.
[Verfahren zum Ausführen der Erfindung]
[Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
Der Erfinder untersuchte gewissenhaft Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Elements mit hoher Härte und hoher Zähigkeit, die weiter gesteigert werden. Als ein Ergebnis wurde festgestellt, dass ein gesintertes Element mit hoher Härte und Zähigkeit erhalten werden kann, indem sowohl (a) als auch (b) unten erfüllt werden.

(a) Anstelle eines Vorbereitens eines Pulvers aus einer auf Eisen basierenden Legierung mit einer großen Menge an Ni als Legierungsbestandteil werden ein Pulver aus einer auf Eisen basierenden Legierung und ein Pulver, das von dem Pulver aus einer auf Eisen basierenden Legierung unabhängig ist und eine große Menge an Ni umfasst, vorbereitet.
(b) Es wird ein schnelles Kühlen in einem Kühlungsprozess eines Sinterprozesses durchgeführt.

Die vorliegende Erfindung basiert auf den obigen Erkenntnissen. Als erstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Folgenden beschrieben.
(1) Ein gesintertes Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein gesintertes Element mit Fe als einem Hauptbestandteil und umfassend
eine Zusammensetzung mit Ni, Cr, Mo und C und einem Rest mit Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen; und
eine Mischphasenzusammensetzung mit einer Martensitphase und einer verbleibenden Austenitphase,
wobei ein Ni-Anteil, der das gesinterte Element einnimmt, größer als 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 6 Massenprozent ist, wenn ein Gesamtgehalt an Elementen, die in dem gesinterten Element enthalten sind, als 100 Massenprozent angesehen wird, und
wobei eine Variationsbreite einer Vickershärte von einer Oberfläche bis zu einer vorbestimmten Tiefe des gesinterten Elements höchstens 100 HV beträgt.
Das oben beschriebene gesinterte Element weist eine hohe Härte und eine hohe Zähigkeit auf. Die hohe Härte wird durch die oben beschriebene Zusammensetzung erreicht, z. B. den nicht zu hohen Ni-Anteil und eine Martensitphase mit hoher Härte. Die hohe Zähigkeit wird durch z. B. einen hohen Ni-Anteil und eine verbleibende Austenitphase mit hoher Zähigkeit erreicht. Darüber hinaus weist das oben beschriebene gesintertes Element auch eine gleichmäßige Härte von einer Oberfläche bis zu einer vorbestimmten Tiefe des gesinterten Elements auf. Dies liegt daran, dass die Variationsbreite der oben beschriebenen Vickershärte gering ist.
(2) Gemäß einer Ausführungsform des oben beschriebenen gesinterten Elements ist z. B.
ein Cr-Anteil größer oder gleich 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 4 Massenprozent,
ein Mo-Anteil größer oder gleich 0,2 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,9 Massenprozent, und
ein C-Anteil größer oder gleich 0,2 Massenprozent und kleiner oder gleich 1,0 Massenprozent.
Das gesinterte Element weist eine hohe Härte auf. Dies liegt daran, dass die Anteile von jedem der oben beschriebenen Elemente den oben beschriebenen Bereich erfüllt, wie später im Detail beschrieben ist.
(3) Gemäß einer Ausführungsform des oben beschriebenen gesinterten Elements
ist z. B. ein Flächenanteil der verbleibenden Austenitphase in einem beliebigen Querschnitt des gesinterten Elements größer oder gleich 5%.
Das oben beschriebene gesinterte Element weist eine ausgezeichnete Zähigkeit auf. Dies liegt daran, dass das Flächenverhältnis der verbleibenden Austenitphase mit hoher Zähigkeit hoch ist.
(4) Gemäß einer Ausführungsform des oben beschriebenen gesinterten Elements ist z. B. eine Spannungsamplitude, die einem Reverse-Bend-Ermüdungstest standhält, der 10⁷-mal während eines Rotating-Bending-Ermüdungstest durchgeführt wurde, größer oder gleich 420 MPa.
Das oben beschriebene gesinterte Element weist eine ausgezeichnete Zähigkeit auf. Dies liegt daran, dass aufgrund der oben beschriebenen hohen Spannungsamplitude eine ausgezeichnete Biegeermüdungsfestigkeit erhalten wird.
(5) Ein Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Elements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst
einen Prozess eines Vorbereitens eines Pulvers aus Rohmaterial mit einem Pulver aus einer auf Eisen basierenden Legierung, einem Ni-Pulver und einem C-Pulver;
einen Prozess eines Druckformens des Pulvers aus Rohmaterial, um einen Grünling zu bilden; und
einen Prozess eines Sinterns des Grünlings, wobei
das Pulver aus der auf Eisen basierenden Legierung in dem Vorbereitungsprozess eine Zusammensetzung mit Cr und Mo und einen Rest mit Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen aufweist,
ein Anteil des Ni-Pulvers, das das Pulver aus Rohmaterial einnimmt, größer oder gleich 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 6 Massenprozent ist, wenn eine Gesamtheit des Pulvers aus Rohmaterial als 100 Massenprozent angesehen wird, und
eine Abkühlrate in einem Kühlungsprozess des Sinterprozesses größer oder gleich 1°C/s ist.
Das Verfahren zum Herstellen des gesinterten Elements kann ein gesintertes Element herstellen, das eine hohe Härte und eine hohe Zähigkeit aufweist. Dies liegt daran, dass das Verfahren zum Herstellen des gesinterten Elements eine Mischphasenzusammensetzung mit der Martensitphase mit hoher Härte und der verbleibenden Austenitphase mit hoher Zähigkeit umfasst, wobei sowohl (a) als auch (b) unten erfüllt sind.

(a) Vorbereiten des Pulvers aus Rohmaterial mit einem Pulver aus einer auf Eisen basierenden Legierung, einer großen Menge an Ni-Pulver unabhängig von dem Pulver aus der auf Eisen basierenden Legierung und C-Pulver.
(b) Es wird ein schnelles Abkühlen in einem Kühlungsprozess des Sinterprozesses durchgeführt.

Darüber hinaus kann durch Erfüllung von (b) oben die Variationsbreite der Vickershärte von der Oberfläche bis zur vorbestimmten Tiefe des gesinterten Elements reduziert werden. Aus diesem Grund kann die Härte von der Oberfläche bis zur vorbestimmten Tiefe des gesinterten Elements einheitlich gestaltet werden.
«Details von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung»
Unten werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
«Ausführungsformen»
[Gesintertes Element]
Mit Bezug auf 1, 2, 3A, 3B, 4A und 4B wird ein gesintertes Element 1 gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Das gesinterte Element 1 umfasst Fe (Eisen) als eine Hauptkomponente davon. Das gesinterte Element 1 weist eine Zusammensetzung mit Ni (Nickel), Cr (Chrom), Mo (Molybdän) und C (Kohlenstoff) und einen Rest gebildet aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen auf. Eines der Merkmale des gesinterten Elements 1 erfüllt die folgenden Anforderungen (a) bis (c).

(a) Weist einen hohen Ni-Anteil auf.
(b) Weist eine spezifische Zusammensetzung auf.
(c) Wird einem Sinterhärtungsprozess unterzogen.

Eine detaillierte Beschreibung findet sich unten.
[Zusammensetzung]
(Ni) Ni erhöht die Zähigkeit des gesinterten Elements 1. Ni trägt auch zur Erhöhung der Härte des gesinterten Elements 1 bei, da die Härtbarkeit in einem Herstellungsprozess des gesinterten Elements 1 verbessert werden kann. Im Folgenden kann der Herstellungsprozess des gesinterten Elements 1 einfach als Herstellungsprozess bezeichnet werden. Der Ni-Anteil ist größer als 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 6 Massenprozent. Das gesinterte Element 1 weist eine ausgezeichnete Zähigkeit auf, wenn der Ni-Anteil größer ist als 2 Massenprozent. Dies liegt daran, dass der Ni-Anteil groß ist. Wenn der Ni-Anteil groß ist, ist ein Teil von Ni mit Fe legiert, aber ein Rest an Ni ist nicht legiert und liegt als reines Ni vor. Dieser Teil, der als reines Ni vorliegt, trägt zur Verbesserung der Zähigkeit bei. Das gesinterte Element 1 weist eine ausgezeichnete Härte auf, wenn der Ni-Anteil höchstens 6 Massenprozent beträgt. Dies liegt daran, dass die Verschlechterung der Härte, die durch einen zu hohen Ni-Anteil verursacht wird, reduziert werden kann. Aus diesem Grund kann das gesinterte Element 1 sowohl eine hohe Härte als auch eine hohe Zähigkeit aufweisen, wenn der Ni-Anteil den oben beschriebenen Bereich erfüllt. Der Ni-Anteil ist vorzugsweise größer oder gleich 2,5 Massenprozent und kleiner oder gleich 5,5 Massenprozent und besonders bevorzugt größer oder gleich 3 Massenprozent und kleiner oder gleich 5 Massenprozent. Der Ni-Anteil bezieht sich auf den Ni-Anteil des gesinterten Elements 1, wenn der Gesamtgehalt der in dem Sinterkörper 1 enthaltenen Elemente als 100 Massenprozent angesehen wird. Das Gleiche gilt für den Anteil an Cr, Mo und C, was später beschrieben ist.
(Cr) Cr erhöht die Härte des gesinterten Elements 1. Dies liegt daran, dass Cr die Härtbarkeit während des Herstellungsprozesses erhöhen kann. Zum Beispiel ist ein Cr-Anteil vorzugsweise größer oder gleich 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 4 Massenprozent. Das gesinterte Element 1 weist eine ausgezeichnete Härte auf, wenn der Cr-Anteil größer oder gleich 2 Massenprozent ist. Die Verschlechterung der Zähigkeit des gesinterten Elements 1 kann verringert werden, wenn der Cr-Anteil kleiner oder gleich 4 Massenprozent ist. Der Cr-Anteil ist vorzugsweise größer oder gleich 2,2 Massenprozent und kleiner oder gleich 3,8 Massenprozent und besonders bevorzugt größer oder gleich 2,5 Massenprozent und kleiner oder gleich 3,5 Massenprozent.
(Mo) Mo erhöht die Härte des gesinterten Elements 1. Dies liegt daran, dass Mo die Härtbarkeit während des Herstellungsprozesses erhöhen kann. Der Mo-Anteil ist vorzugsweise größer oder gleich 0,2 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,9 Massenprozent. Das gesinterte Element 1 weist eine ausgezeichnete Härte auf, wenn der Mo-Anteil größer oder gleich 0,2 Massenprozent beträgt. Die Verschlechterung der Zähigkeit des gesinterten Elements 1 kann verringert werden, wenn der Mo-Anteil kleiner oder gleich 0,9 Massenprozent ist. Der Mo-Anteil ist vorzugsweise größer oder gleich 0,3 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,8 Massenprozent und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,4 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,7 Massenprozent.
(C) C verbessert die Härte des gesinterten Elements 1. C erzeugt leicht eine flüssige Phase von Fe-C im Herstellungsprozess. Diese flüssige Phase des Fe-C neigt dazu, die Ecken von Löchern abzurunden. Aus diesem Grund weist das gesinterte Element 1 weniger scharfe Ecken in den Löchern auf, die zu einer Verschlechterung der Härte führen können. Daher erhöht sich leicht die Härte des gesinterten Elements 1. Zum Beispiel ist ein C-Anteil vorzugsweise größer oder gleich 0,2 Massenprozent und kleiner oder gleich 1,0 Massenprozent. Das gesinterte Element 1 weist eine hohe Härte auf, wenn der C-Anteil größer oder gleich 0,2 Massenprozent ist. Dies liegt daran, dass die flüssige Phase von Fe-C ausreichend erzeugt wird und die Eckbereiche der Löcher während des Herstellungsprozesses leicht und effektiv abgerundet werden können. Das gesinterte Element 1 weist eine ausgezeichnete Maßgenauigkeit auf, wenn der C-Anteil größer oder gleich 1,0 Massenprozent ist. Dies liegt daran, dass eine übermäßige Erzeugung der flüssigen Fe-C-Phase im Herstellungsverfahren leicht zu reduzieren ist. Der C-Anteil ist vorzugsweise größer oder gleich 0,3 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,95 Massenprozent und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,4 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,9 Massenprozent.
Eine Zusammensetzung des gesinterten Elements 1 kann mittels Komponentenanalyse unter Verwendung einer optischen ICP-Emissionsspektrometrie (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry: ICP-OES) oder ähnlichem bestimmt werden.
[Zusammensetzung]
Die Zusammensetzung des gesinterten Elements 1 ist eine Mischphasenzusammensetzung aus der Martensitphase und der verbleibenden Austenitphase (3A, 3B, 4A und 4B). 3A, 3B, 4A und 4B sind Mikrofotografien eines Querschnitts des gesinterten Elements 1, wie später im Detail beschrieben ist. In jeder dieser Abbildungen stellt ein weißer Bereich an der Spitze eines Pfeils die verbleibende Austenitphase dar und der umgebende Bereich der verbleibenden Austenitphase ist die Martensitphase. Das gesinterte Element 1 weist eine hohe Härte auf, da es die Martensitphase aufweist. Das gesinterte Element 1 weist eine hohe Zähigkeit auf, da es die verbleibende Austenitphase aufweist.
Zum Beispiel ist der Flächenanteil der verbleibenden Austenitphase vorzugsweise größer oder gleich 5 %. In diesem Fall weist das gesinterte Element 1 eine ausgezeichnete Zähigkeit auf, da das Flächenverhältnis der verbleibenden Austenitphase mit hoher Zähigkeit hoch ist. Zum Beispiel ist das Flächenverhältnis der verbleibenden Austenitphase vorzugsweise kleiner oder gleich 50 %. In diesem Fall wird das Flächenverhältnis der verbleibenden Austenitphase nicht übermäßig groß. Das heißt, der Flächenanteil der Martensitphase vergrößert sich leicht. Daher weist das gesinterte Element 1 eine hohe Härte und eine hohe Zähigkeit auf. Das Flächenverhältnis der verbleibenden Austenitphase ist vorzugsweise größer oder gleich 10 % und kleiner oder gleich 45 % und besonders bevorzugt größer oder gleich 15 % und kleiner oder gleich 40 %. Das Flächenverhältnis der verbleibenden Austenitphase bezieht sich auf das Verhältnis der Gesamtfläche der verbleibenden Austenitphase zur Gesamtfläche der Mikrofotografie im Querschnitt des gesinterten Elements 1, wie später im Detail beschrieben wird.
[Eigenschaften]
(Härte)
Das gesinterte Element 1 weist eine hohe Härte auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das gesinterte Element 1 eine hohe Vickershärte aufweist und eine Variationsbreite der Vickershärte (kreisförmige Markierungen im Graphen von 2 auf) gering ist. Einzelheiten zum Graphen in 2 sind später beschrieben. Die Vickershärte des gesinterten Elements 1 ist größer oder gleich 615 HV. Die Schwankungsbreite der Vickershärte des gesinterten Elements 1 ist kleiner oder gleich 100 HV. Aus diesem Grund weist das gesinterte Element 1 eine hohe Härte auf, die von der Oberfläche bis in die vorgegebene Tiefe gleichmäßig ist. Da die Schwankungsbreite der Vickershärte des gesinterten Elements 1 gering ist, wird das gesinterte Element 1 einem Sinterhärtungsprozess unterzogen, der beim Kühlungsprozess des Sinterprozesses schnell abkühlt. Nach dem Sintern wird kein Härten und Tempern durchgeführt, da das gesinterte Element 1 dem Sinterhärtungsprozess unterzogen wird. Die Schwankungsbreite der Vickershärte des gesinterten Elements 1, der nicht gesintert, sondern nach dem Sintern gehärtet und einem Tempern unterzogen wird, ist z. B. größer als 100 HV.
Weiter bevorzugt ist die Vickershärte des gesinterten Elements 1 größer oder gleich 620 HV und besonders bevorzugt größer oder gleich 625 HV. Die oben beschriebene Schwankungsbreite der Vickershärte ist vorzugsweise kleiner oder gleich 75 HV, besonders bevorzugt 50 HV. Die Vickershärte des gesinterten Elements 1 ist ein Mittelwert der Vickershärte, die an einer Vielzahl von Punkten zwischen der Oberfläche des gesinterten Elements 1 und der vorbestimmten Tiefe im Querschnitt des gesinterten Elements 1 gemessen wird, wie später im Detail beschrieben wird. Die Variationsbreite der Vickershärte des gesinterten Elements 1 bezieht sich auf die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Vickershärte, die zwischen der Oberfläche und der vorbestimmten Tiefe im Querschnitt des gesinterten Elements 1 gemessen wird, wie später im Detail beschrieben ist.
(Zähigkeit)
Der Sinterkörper 1 weist eine hohe Zähigkeit auf. Dies liegt daran, dass eine Spannungsamplitude, die einem Reverse-Bend-Test widersteht, der in einem Rotating-Bending-Ermüdungstest vom Ono-Typ 10⁷-mal durchgeführt wird, der später im Detail beschrieben wird, groß ist und eine ausgezeichnete Biege-Ermüdungsfestigkeit erzielt wird. Die Spannungsamplitude, die einem Reverse-Bend-Test widersteht, der 10⁷-mal durchgeführt wird, ist vorzugsweise größer oder gleich 420 MPa. Ferner ist die Spannungsamplitude, die einem Reverse-Bend-Test widersteht, der 10⁷-mal durchgeführt wird, vorzugsweise größer oder gleich 423 MPa und besonders bevorzugt größer oder gleich 425 MPa.
[Anwendungen]
Das gesinterte Element 1 gemäß dieser Ausführungsform kann in verschiedenen Arten von Komponenten für allgemeine Strukturen verwendet werden. Die Komponenten für die allgemeine Struktur umfassen zum Beispiel mechanische Komponenten oder ähnliches. Beispiele für mechanische Komponenten sind Nockenkomponenten von elektromagnetischen Kupplungen, Planetenträger, Kettenräder, Rotoren, Zahnräder, Ringe, Flansche, Riemenscheiben, Lager oder ähnliches.
(Funktionen und Wirkungen)
Das gesinterte Element 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann sowohl eine hohe Härte als auch eine hohe Zähigkeit aufweisen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das gesinterte Element 1 aufgrund des hohen Ni-Anteils eine ausgezeichnete Zähigkeit aufweist und die Verschlechterung der Härte dadurch verringert werden kann, dass kein übermäßig hoher Ni-Anteil enthalten ist. Dies liegt auch daran, dass das gesinterte Element 1 eine Mischphasenzusammensetzung aus der hochharten Martensitphase und der hochzähen verbleibenden Austenitphase aufweist. Darüber hinaus weist das gesinterte Element 1 eine gleichmäßige Härte von der Oberfläche bis in die vorgegebene Tiefe auf. Dies liegt daran, dass das gesinterte Element 1 eine geringe Variationsbreite der Vickershärte aufweist.
[Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Elements]
Ein Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Prozess zur Vorbereitung eines Pulvers aus Rohmaterial, einen Prozess zur Vorbereitung eines Grünlings und einen Prozess zum Sintern des Grünlings. Eines der Merkmale des Verfahrens zur Herstellung des gesinterten Elements besteht darin, dass die beiden folgenden Anforderungen (a) und (b) erfüllt sind.

(a) Im Prozess zur Vorbereitung wird ein Pulver, das ein Pulver einer auf Eisen basierenden Legierung, eine große Menge an Ni-Pulver, unabhängig von dem Pulver der auf Eisen basierenden Legierung, und C-Pulver umfasst, als das Pulver aus Rohmaterial vorbereitet.
(b) Im Sinterprozess wird eine schnelle Abkühlung in einem Kühlungsprozess des Sinterprozesses durchgeführt.

Im Folgenden sind die einzelnen Prozesse der Reihe nach beschrieben.
[Vorbereitungsprozess]
Dieser Prozess bereitet das Pulver aus Rohmaterial vor, umfassend das Pulver der auf Eisen basierenden Legierung, das Ni-Pulver und das C-Pulver.
(Pulver aus der auf Eisen basierenden Legierung)
Das Pulver aus der auf Eisen basierenden Legierung weist eine Zusammensetzung, die Cr und Mo umfasst, und einen Rest auf, der Fe und unvermeidliche Verunreinigungen umfasst. Der Cr-Anteil und der Mo-Anteil in der auf Eisen basierenden Legierung werden nach dem später beschriebenen Sinterprozess beibehalten. Insbesondere der Cr-Anteil und der Mo-Anteil der auf Eisen basierenden Legierung werden in dem oben beschriebenen Sinterteil 1 beibehalten. Gemäß der Beschreibung oben ist z. B. der Cr-Anteil in der auf Eisen basierenden Legierung vorzugsweise größer oder gleich 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 4 Massenprozent, und weiter bevorzugt größer oder gleich 2,2 Massenprozent und kleiner oder gleich 3,8 Massenprozent, und besonders bevorzugt größer als 2,5 Massenprozent und kleiner oder gleich 3,5 Massenprozent. Darüber hinaus ist zum Beispiel, wie oben beschrieben, der Mo-Anteil in der auf Eisen basierenden Legierung vorzugsweise größer oder gleich 0,2 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,9 Massenprozent, besonders bevorzugt größer oder gleich 0,3 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,8 Massenprozent und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,4 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,7 Massenprozent. Der Grund für die Festlegung des Cr-Anteiles und des Mo-Anteiles in diesen Bereichen ist wie oben beschrieben. Der Cr-Anteil und der Mo-Anteil beziehen sich entsprechend auf den Cr-Anteil und den Mo-Anteil in der auf Eisen basierenden Legierung, wenn der Gesamtgehalt der in der auf Eisen basierenden Legierung enthaltenen Elemente als 100 Massenprozent betrachtet wird.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Pulvers aus der auf Eisen basierenden Legierung ist beispielsweise größer oder gleich 50 µm und kleiner oder gleich 150 µm. Das Pulver aus der auf Eisen basierenden Legierung mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser innerhalb des oben beschriebenen Bereichs ist einfach zu handhaben und kann leicht druckgeformt werden. Das Pulver aus der auf Eisen basierenden Legierung mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von wenigstens 50 µm kann leichter ein Fließen sicherstellen. Das Pulver aus der auf Eisen basierenden Legierung mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 150 µm oder weniger ermöglicht die einfache Herstellung des gesinterten Elements 1 mit einer dichten Zusammensetzung. Zum Beispiels ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Pulvers aus der auf Eisen basierenden Legierung vorzugsweise größer oder gleich 55 µm und kleiner oder gleich 100 µm. Der „durchschnittliche Teilchendurchmesser“ betrifft den Teilchendurchmesser (D50), bei dem das kumulative Volumen in einer Volumenpartikeldurchmesserverteilung, die mit einem Laserbeugungsmessgerät für die Teilchengrößenverteilung gemessen wurde, 50 % beträgt. Das Gleiche gilt für die durchschnittlichen Teilchendurchmesser des Ni-Pulvers und des C-Pulvers, die später beschrieben sind.
(Ni-Pulver)
Das Ni-Pulver umfasst zum Beispiel reines Ni-Pulver. Der Anteil an Ni-Pulver bleibt auch nach dem später beschriebenen Sinterprozess erhalten. Insbesondere bleibt der Anteil an Ni-Pulver in dem oben beschriebenen gesinterten Element 1 erhalten. Gemäß der Beschreibung oben ist der Anteil an Ni-Pulver vorzugsweise größer als 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 6 Massenprozent, weiter bevorzugt größer oder gleich 2,5 Massenprozent und kleiner oder gleich 5,5 Massenprozent und besonders bevorzugt größer oder gleich 3 Massenprozent und kleiner oder gleich 5 Massenprozent. Durch einen hohen Anteil an Ni-Pulver kann ein Teil von Ni im Sinterprozess mit Fe legiert werden, während ein Rest von Ni als reines Ni vorliegt, ohne legiert zu werden. Darüber hinaus ist es möglich, eine Mischphasenzusammensetzung aus der Martensitphase und der verbleibenden Austenitphase zu bilden. Aus diesem Grund ist es einfach, das gesinterte Element 1 mit einer ausgezeichneten Zähigkeit herzustellen. Außerdem ist es möglich, die Verschlechterung der Härte leicht zu reduzieren, indem man keinen übermäßig hohen Anteil an Ni-Pulver verwendet. Wenn also der Anteil an Ni-Pulver den oben beschriebenen Bereich erfüllt, kann das gesinterte Element 1 mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit hergestellt werden. Der Anteil an Ni-Pulver betrifft den Anteil an Ni-Pulver, der das Pulver aus Rohmaterial einnimmt, wenn eine Gesamtheit des Pulvers des Rohmaterials als 100 Massenprozent betrachtet wird.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Ni-Pulvers beeinflusst den Verteilungszustand der verbleibenden Austenitphase. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Ni-Pulvers ist beispielsweise größer oder gleich 1 µm und kleiner oder gleich 40 µm. Das Ni-Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 40 µm oder weniger kann die verbleibende Austenitphase leicht gleichmäßig verteilen. Das Ni-Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von wenigstens 1 µm ist leicht zu handhaben und kann die Verarbeitbarkeit des Herstellungsprozesses verbessern. Zum Beispiel ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Ni-Pulvers vorzugsweise größer oder gleich 1 µm und kleiner oder gleich 30 µm und besonders bevorzugt größer oder gleich 1 µm und kleiner oder gleich 20 µm.
(C-Pulver)
Das C-Pulver geht während eines Temperaturerhöhungsprozesses des Sinterprozesses in eine flüssige Fe-C-Phase über und rundet die Ecken der Löcher in dem gesinterten Element 1 ab, um die Härte des gesinterten Elements 1 zu verbessern. Der Anteil an C-Pulver wird, ähnlich wie der Anteil an Ni-Pulver oder ähnliches, auch nach dem Sinterprozess, der später beschrieben wird, beibehalten. Das heißt, der Anteil an C-Pulver im Pulver aus Rohmaterial ist in dem oben beschriebenen gesinterten Element 1 beibehalten. Gemäß der Beschreibung oben ist der Anteil an C-Pulver vorzugsweise größer oder gleich 0,2 Massenprozent und kleiner oder gleich 1,0 Massenprozent, weiter bevorzugt größer oder gleich 0,3 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,95 Massenprozent und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,4 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,9 Massenprozent.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des C-Pulvers ist vorzugsweise kleiner als der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Pulvers der auf Eisen basierenden Legierung. Weil das C-Pulver mit dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser, der kleiner ist als der des Pulvers der auf Eisen basierenden Legierung, auf einfache Weise gleichmäßig in dem Pulver der auf Eisen basierenden Legierung dispergiert werden kann, und das Legieren leicht voranschreiten kann. Zum Beispiel ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser des C-Pulvers größer oder gleich 1 µm und kleiner oder gleich 30 µm und vorzugsweise größer als gleich 10 µm und kleiner oder gleich 25 µm. Unter dem Gesichtspunkt der Erzeugung der flüssigen Phase von Fe-C ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser des C-Pulvers vorzugsweise groß, aber wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser zu groß ist, wird die Zeit, die für das Auftreten der flüssigen Phase benötigt wird, lang, wodurch die Löcher zu groß werden und Defekte entstehen.
(Andere)
Das Pulver aus Rohmaterial kann ein Schmiermittel enthalten. Das Schmiermittel verbessert die Gleitfähigkeit während des Formens des Pulvers aus Rohmaterial und verbessert die Verdichtbarkeit. Beispiele für das Schmiermittel sind höhere Fettsäuren, Metallsteine, Fettsäureamide, höhere Fettsäureamide oder Ähnliches. Als solche Schmiermittel können bekannte Schmiermittel verwendet werden. Die vorhandene Form des Schmiermittels ist nicht besonders beschränkt und kann in fester, pulverförmiger, flüssiger oder ähnlicher Form vorliegen. Als Schmiermittel kann mindestens eines dieser Schmiermittel unabhängig voneinander oder eine Kombination solcher Schmiermittel verwendet werden. Wenn das Pulver aus Rohmaterial als 100 Massenprozent aufweisend betrachtet wird, ist zum Beispiel der Schmiermittelgehalt im Pulver aus Rohmaterial größer oder gleich 0,1 Massenprozent und kleiner oder gleich 2,0 Massenprozent, vorzugsweise größer oder gleich 0,3 Massenprozent und kleiner oder gleich 1,5 Massenprozent, und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,5 Massenprozent und kleiner oder gleich 1,0 Massenprozent.
Das Pulver aus Rohmaterial kann ein organisches Bindemittel umfassen. Es kann ein bekanntes organisches Bindemittel verwendet werden. Wenn das Rohstoffpulver als 100 Massenprozent aufweisend betrachtet wird, ist der Anteil an organischem Bindemittel z.B. kleiner oder gleich 0,1 Massenprozent. Wenn der Anteil an organischem Bindemittel höchstens 0,1 Massenprozent beträgt, kann der Anteil des im Pressling enthaltenen Metallpulvers groß gewählt werden, was die Herstellung eines grünen Presslings erleichtert. Wenn kein organisches Bindemittel enthalten ist, muss der Grünling in einem nachfolgenden Prozess nicht gereinigt werden.
[Prozess zur Herstellung von Grünlingen]
In diesem Prozess wird das Pulver aus Rohmaterial unter Druck geformt, um den Grünling herzustellen. Die Form des hergestellten Grünlings kann je nach Bedarf gewählt werden, z. B. säulenförmig, zylindrisch oder ähnliches. Bei der Herstellung des Grünlings kann z. B. eine Matrize verwendet werden, die einachsig gepresst werden kann. Das uniaxiale Pressen bezieht sich auf das Pressformen entlang einer axialen Richtung der säulenförmigen oder zylindrischen Form.
Je höher der Pressdruck ist, desto höher ist die Dichte des Grünlings, so dass das gesinterte Element 1 eine hohe Dichte und eine hohe Härte aufweisen kann. Ein Formdruck ist beispielsweise größer oder gleich 400 MPa, vorzugsweise größer oder gleich 500 MPa und besonders bevorzugt größer oder gleich 600 MPa. Eine Obergrenze für den Formdruck ist nicht besonders begrenzt und kann beispielsweise 2000 MPa, vorzugsweise 1000 MPa und besonders bevorzugt 900 MPa betragen.
Dieser Grünling kann gegebenenfalls einem Schneidprozess unterzogen werden. Für den Schneidprozess kann ein bekanntes Verfahren verwendet werden.
(Sinterprozess)
In diesem Prozess wird der Grünling gesintert. Durch Sintern des Grünlings erhält man das gesinterte Element 1, in dem die Partikel des Pulvers aus Rohmaterial miteinander verbunden sind. Für das Sintern des Grünlings kann ein Durchlaufsinterofen verwendet werden. Der Durchlaufsinterofen umfasst einen Sinterofen und eine Schnellkühlkammer, die sich stromabwärts des Sinterofens befindet und mit diesem verbunden ist.
Die Sinterbedingungen können entsprechend der Zusammensetzung des Pulvers aus Rohmaterial gewählt werden. Die Sintertemperatur kann beispielsweise wenigstens 1050°C und höchstens 1400°C und vorzugsweise wenigstens 1100°C und höchstens 1300°C betragen. Die Sinterzeit kann wenigstens 10 Minuten und höchstens 150 Minuten betragen, vorzugsweise wenigstens 15 Minuten und höchstens 60 Minuten. Für die Sinterbedingungen gelten die bekannten Sinterbedingungen.
Die Abkühlrate im Kühlungsprozess während des Sinterprozesses ist beispielsweise größer oder gleich 1°C/s. Bei einer Abkühlrate von wenigstens 1°C/s wird das gesinterte Element 1 schnell gekühlt. Aus diesem Grund bildet sich leicht eine Mischphasenzusammensetzung aus der Martensitphase und der verbleibenden Austenitphase. Auf diese Weise wird das gesinterte Element 1 mit ausgezeichneter Härte und Zähigkeit hergestellt. Insbesondere wird das gesinterte Element 1 mit einer hohen Härte hergestellt, denn je höher der C-Anteil ist, desto einfacher ist die Bildung der Martensitphase. Darüber hinaus lässt sich das gesinterte Element 1 mit hoher Zähigkeit leicht herstellen, denn je größer die Menge an Ni-Pulvers ist, desto leichter bildet sich die verbleibende Austenitphase. Wenn das gesinterte Element 1 schnell gekühlt wird, lässt sich das gesinterte Element 1 mit einer geringen Variationsbreite der Vickershärte von der Oberfläche bis zur vorbestimmten Tiefe leicht herstellen. Insbesondere wird das gesinterte Element 1 mit einer Variationsbreite der Vickershärte hergestellt, die kleiner oder gleich 100 HV ist. Die Abkühlrate ist vorzugsweise größer oder gleich 2°C/s und besonders bevorzugt größer oder gleich 5°C/s. Eine Obergrenze der Abkühlrate liegt beispielsweise bei 1000°C/s, vorzugsweise bei 500°C/s und besonders bevorzugt bei 200°C/s.
Ein Kühlverfahren umfasst beispielsweise ein Aufsprühen eines Kühlgases auf das gesinterte Element 1. Beispiele für Kühlgase sind z.B. Inertgase, wie Stickstoffgas, Argongas oder dergleichen.
[Andere Prozesse]
Das Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements kann auch andere Prozesse umfassen, wie z. B. einen Endbearbeitungsprozess.
(Endbearbeitungsprozess)
Dieser Prozess passt die Abmessungen des gesinterten Elements 1 an die Konstruktionsmaße an. Die Endbearbeitung kann z. B. ein Dimensionieren, Polieren der Oberfläche des gesinterten Elements 1 oder dergleichen umfassen. Insbesondere kann ein Polierprozess eine Oberflächenrauheit des gesinterten Elements 1 leicht verringern.
[Anwendungen]
Das Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements gemäß einer Ausführungsform kann in geeigneter Weise bei der Herstellung der verschiedenen Arten von Komponenten für die oben beschriebene allgemeine Struktur verwendet werden.
[Funktionen und Effekte]
Das Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das gesinterte Element 1 mit einer hohen Härte und einer hohen Zähigkeit herstellen. Das Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements bereitet das Pulver aus Rohmaterial, das einen großen Anteil an Ni-Pulver umfasst, in einem Vorbereitungsprozess vor und führt eine schnelle Abkühlung in einem Abkühlungsprozess eines Sinterprozesses durch. Aus diesem Grund kann das Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements dazu führen, dass reines Ni mit einer ausgezeichneten Zähigkeit, das nicht legiert ist, vorhanden ist. Darüber hinaus kann das Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements eine Mischphasenzusammensetzung aus der hochharten Martensitphase und der hochzähen verbleibenden Austenitphase bilden. Das Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements bereitet das Pulver aus Rohmaterial vor, wobei der Gehalt an Ni-Pulver im Vorbereitungsprozess nicht übermäßig groß ist, und führt eine schnelle Abkühlung im Kühlungsprozess des Sinterprozesses durch. Daher kann das Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements eine übermäßige Bildung der hochzähen verbleibenden Austenitphase verhindern. Außerdem kann das Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements das gesinterte Element 1 mit einer geringen Variationsbreite der Vickershärte von der Oberfläche bis zur vorbestimmten Tiefe herstellen.
«Testbeispiele»
In den Testbeispielen wurden die Härte und die Zähigkeit des gesinterten Elements bewertet.
[Probe Nr. 1, Probe Nr. 2]
Eine Probe Nr. 1 und eine Probe Nr. 2 des gesinterten Elements wurden durch einen Prozess zur Vorbereitung des Pulvers aus Rohmaterial, einem Prozess zur Herstellung des Grünlings und einem Prozess zum Sintern des Grünlings hergestellt, ähnlich dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung des gesinterten Elements.
[Vorbereitungsprozess]
Es wurde ein gemischtes Pulver mit einem Pulver aus einer auf Eisen basierenden Legierung, einem Ni-Pulver und einem C-Pulver als das Pulver aus Rohmaterial vorbereitet.
Das Pulver aus der auf Eisen basierenden Legierung umfasst eine Mehrzahl von Teilchen der auf Eisen basierenden Legierung, umfassend Cr und Mo, und einen Rest gebildet aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen. Ein Cr-Anteil und ein Mo-Anteil in der Eisenlegierung sind in Tabelle 1 dargestellt. Insbesondere beträgt der Cr-Anteil in der auf Eisen basierenden Legierung 3,0 Massenprozent und der Mo-Anteil der auf Eisen basierenden Legierung beträgt 0,5 Massenprozent. In Tabelle 1 zeigt „-“ an, dass ein entsprechender Eintrag nicht vorhanden ist.
Tabelle 1 stellt die Anteile an Ni-Pulver und an C-Pulver dar, die das Pulver aus Rohmaterial einnehmen. In der Probe Nr. 1 beträgt der Anteil an Ni-Pulver 3 Massenprozent, der Anteil an C-Pulver beträgt 0,65 Massenprozent und ein Rest stellt den Anteil an Fe-Pulver dar. In der Probe Nr. 2 beträgt der Anteil an Ni-Pulver 4 Massenprozent, der Anteil an C-Pulver beträgt 0,75 Massenprozent und der Rest ist das Fe-Pulver.
[Verfahren zur Herstellung des Grünlings]
Ein Grünling wurde durch Druckformung des Pulvers aus Rohmaterial hergestellt. Der Formungsdruck betrug 700 MPa.
[Sinterprozess]
Der Grünling wurde zur Herstellung eines gesinterten Elements gesintert. Der Grünling wurde unter Verwendung eines Durchlaufsinterofens mit einem Sinterofen und einer Schnellkühlkammer auf einer stromabwärts gelegenen Seite und in Durchlaufverbindung mit dem Sinterofen gesintert. Die Sinterbedingungen umfassten eine Sintertemperatur von 1300°C und eine Sinterzeit von 15 Minuten.
(Kühlungsprozess)
Beim Kühlungsprozess des Sinterprozesses wurde ein Sinterhärtungsprozess durchgeführt, um das gesinterte Element schnell zu kühlen. Insbesondere beträgt die Abkühlrate 3°C/s bei einer Umgebungstemperatur vom Beginn der Kühlung bis zu 300°C. Diese Kühlung erfolgte durch Aufsprühen von Stickstoffgas als Kühlgas auf das gesinterte Element.
[Probe Nr. 101, Probe Nr. 102]
Eine Probe Nr. 101 und eine Probe Nr. 102 des gesinterten Elements wurden in ähnlicher Weise wie die Probe Nr. 1 hergestellt, abgesehen vom Anteil an Ni-Pulver und vom Anteil an C-Pulver, die durch das vorbereitete Pulver aus Rohmaterial bereitgestellt werden. Insbesondere beträgt in der Probe Nr. 101 der Anteil an Ni-Pulver, den das Pulver aus Rohmaterial bereitstellt, 1 Massenprozent, und der Anteil an C-Pulver, den das Pulver aus Rohmaterial bereitstellt, 0,7 Massenprozent. In der Probe Nr. 102 beträgt der Gehalt an Ni-Pulver, das das Pulver aus Rohmaterial einnimmt, 2 Massenprozent und der Gehalt an C-Pulver, den das Pulver aus Rohmaterial bereitstellt, 0,7 Massenprozent.
[Probe Nr. 110]
Eine Probe Nr. 110 des gesinterten Elements wurde in ähnlicher Weise wie die Probe Nr. 2 hergestellt, abgesehen von den folgenden Punkten (a) bis (e).

(a) Die Zusammensetzung des vorbereiteten Pulvers der auf Eisen basierenden Legierung umfasst kein Cr, sondern Ni und Cu.
(b) Das Pulver aus Rohmaterial umfasst kein Ni-Pulver.
(c) Der Anteil an C-Pulver im Pulver aus Rohmaterial ist unterschiedlich.
(d) Beim Kühlungsprozess des Sinterprozesses wurde ein langsamer Kühlungsprozess anstelle einer schnellen Kühlung durchgeführt.
(e) Nach dem Sintern wurde ein Härten und Tempern durchgeführt.

Das Pulver der auf Eisen basierenden Legierung umfasst eine Mehrzahl von Teilchen der auf Eisen basierenden Legierung, umfassend Cu, Mo und Ni, und einen Rest, der aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen gebildet ist. Der Cu-Anteil in der auf Eisen basierenden Legierung beträgt 1,5 Massenprozent. Der Mo-Anteil in der auf Eisen basierenden Legierung beträgt 0,5 Massenprozent. Der Ni-Anteil in der auf Eisen basierenden Legierung beträgt 4 Massenprozent. In der Probe Nr. 110 beträgt der Anteil an C-Pulver im Pulver aus Rohmaterial 0,5 Massenprozent, und der Anteil an Fe-Pulver ist der Rest.
Im Kühlungsprozess des Sinterprozesses wurde das gesinterte Element einer langsamen Kühlung anstelle einer schnellen Kühlung unterzogen. Die Abkühlrate beträgt etwa 0,5°C/s.
[Messung der scheinbaren Dichte]
Eine scheinbare Dichte (g/cm³) von jeder Probe des gesinterten Elements wurde unter Anwendung des archimedischen Prinzips gemessen. Die scheinbare Dichte wurde aus „(Trockengewicht des gesinterten Elements)/{(Trockengewicht des gesinterten Elements)-(Gewicht in Wasser von mit Öl imprägnierten Material des gesinterten Elements)}x(Dichte von Wasser)“ ermittelt. Das Gewicht in Wasser des mit Öl imprägnierten Teils des gesinterten Elements bezieht sich auf das Gewicht des Teils, wenn das in Öl getauchte und mit Öl imprägnierte gesinterte Element in Wasser getaucht ist. Es wird eine Zahl N von drei angenommen. Der Durchschnitt der Messergebnisse von drei Sinterkörpern wurde als scheinbare Dichte jeder Probe des gesinterten Elements betrachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Bewertung der Härte]
Die Härte des gesinterten Elements wurde durch Bestimmung der Vickershärte des gesinterten Elements und der Variationsbreite der Vickershärte von der Oberfläche bis zur vorbestimmten Tiefe des gesinterten Elements bewertet.
Die Vickershärte wurde in Übereinstimmung mit JIS Z 2244 (2009) gemessen. Aus dem gesinterten Bauteil wurde ein Prüfstück herausgeschnitten. Die Form des Prüfstücks war rechteckig. Die Größe des Prüfstücks betrug 55 mm x 10 mm x eine Dicke von 10 mm. Das Prüfstück wurde so ausgeschnitten, dass eine Oberfläche des Prüfstücks entlang einer Dickenrichtung von der Oberfläche des gesinterten Elements gebildet wird.
Die Vickershärte wurde an elf Stellen zwischen einer Oberfläche und einer vorbestimmten Tiefe des Prüfstücks im Querschnitt des Prüfstücks gemessen. Die Oberfläche des Prüfstücks ist die eine Oberfläche des Prüfstücks entlang der oben beschriebenen Dickenrichtung. Die vorgegebene Tiefe beträgt 5,0 mm entlang einer Richtung, die senkrecht zur Oberfläche des Prüfstücks verläuft. Die Messstellen umfassen einen Punkt, der 0,1 mm von der Oberfläche entfernt ist, und zehn Punkte, die in einem Abstand von 0,5 mm von der Oberfläche entfernt sind. Es wird angenommen, dass die Zahl N drei beträgt.
Ein Mittelwert der Vickershärte an allen Messpunkten der drei Prüfkörper wurde als Vickershärte des gesinterten Elements angesehen. Eine Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Mittelwerte der Vickershärte an jedem der Messpunkte der drei Prüfkörper wurde als Schwankungsbreite der Vickershärte des gesinterten Elements betrachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Die durchschnittliche Vickershärte an jedem der Messpunkte der drei Prüfstücke des gesinterten Elements der Probe Nr. 2, der Probe Nr. 101 und der Probe Nr. 110 ist in 2 entsprechend durch kreisförmige Markierungen, Kreuzmarkierungen und schwarze rautenförmige Markierungen als repräsentative Beispiele dargestellt. In dem in 2 dargestellten Diagramm gibt die Abszisse die Tiefe (mm) von der Oberfläche an und die Ordinate zeigt die Vickershärte (HV).
[Bewertung der Zähigkeit]
Die Zähigkeit des gesinterten Elements wurde durch Messung der Spannungsamplitude im Ono-Drehbiege-Ermüdungsversuch Ono-Drehbiege-Ermüdungsversuch evaluiert.
Der Ono-Drehbiege-Ermüdungsversuch wurde mit einer Prüfmaschine FTO-100 der Firma Tokyo Koki Testing Machine Co. Ltd. gemäß JIS Z 2274 (1978) durchgeführt. Das Prüfstück wurde aus dem gesinterten Element herausgeschnitten. Das Prüfstück wurde in Übereinstimmung mit dem Prüfstück Nr. 1 von JIS Z 2274 (1978) hergestellt. Insbesondere hatte das Prüfstück die Form einer Hantel. Dieser Prüfkörper weist ein Paar von Abschnitten mit großem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser auf. Jeder Abschnitt mit großem Durchmesser ist an jedem der beiden Enden in axialer Richtung des Prüfkörpers vorgesehen.
Jeder Abschnitt mit großem Durchmesser weist eine zylindrische Form auf. Jeder Abschnitt mit großem Durchmesser weist einen gleichmäßigen Durchmesser entlang einer axialen Richtung des Teils mit großem Durchmesser auf. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser befindet sich zwischen den beiden Abschnitten mit großem Durchmesser. Die beiden Abschnitte mit großem Durchmesser und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser sind durchgehend. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser weist eine zylindrische Form auf. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser weist einen parallelen Abschnitt und ein Paar gekrümmter Abschnitte auf. Der parallele Abschnitt befindet sich in der Mitte entlang einer axialen Richtung des Abschnitts mit kleinem Durchmesser und weist einen gleichmäßigen Durchmesser entlang der axialen Richtung auf. Jeder gekrümmte Abschnitt ist ein Abschnitt, der den parallelen Abschnitt mit dem Abschnitt mit großem Durchmesser verbindet und der Durchmesser jedes gekrümmten Abschnitts nimmt von dem parallelen Abschnitt in Richtung des Abschnitts mit großem Durchmesser zu. Die Länge des Prüfkörpers in axialer Richtung betrug 90,18 mm. Die Länge jedes Abschnitts mit großem Durchmesser entlang der axialen Richtung betrug 27,5 mm und die Länge des Abschnitts mit kleinem Durchmesser entlang der axialen Richtung betrug 35,18 mm. Der Durchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser betrug 12 mm. Der Durchmesser des parallelen Abschnitts betrug 8 mm. Die Länge des parallelen Abschnitts betrug 16 mm.
Als Messbedingung wurde die Rotationsgeschwindigkeit auf 3400 U/min festgelegt. Es wurde die maximale Spannungsamplitude, bei der das Prüfstück nicht bricht, wenn ein Rückbiegeversuch 107 Mal durchgeführt wird, gemessen. Die Anzahl N wurde mit drei angenommen. Die durchschnittliche Spannungsamplitude der drei Prüfstücke wurde als die Spannungsamplitude des gesinterten Elements angesehen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Beobachtungen der Querschnitte]
Es wurden die Querschnitte der Probe Nr. 1, der Probe Nr. 2, der Probe Nr. 101 und der Probe Nr. 102 des gesinterten Elements beobachtet.
Der Querschnitt des gesinterten Elements war ein willkürlicher Querschnitt. Der Querschnitt wurde auf die folgende Weise freigelegt. Es wurde ein Harzpressling hergestellt, indem ein Teil des gesinterten Elements geschnitten wurde, um ein Probestück zu erhalten, und das Probestück in Epoxidharz eingebettet wurde, um einen Harzpressling zu bilden. Der Harzpressling wurde poliert. Der Poliervorgang wurde in zwei Stufen durchgeführt. In einer ersten Stufe wurde das Harz des Harzpresslings poliert, bis eine Schnittfläche des gesinterten Elements freigelegt wurde. In einem zweiten Schritt wurde die freigelegte Schnittfläche poliert.
Für das Polieren wurde eine Spiegelpolitur verwendet. Mit anderen Worten: Der beobachtete Querschnitt war eine spiegelpolierte Oberfläche.
Der Querschnitt wurde mit einem Lichtmikroskop GX51 der Firma Olympus Corporation betrachtet. 3A und 3B, 4A und 4B, 5 und 6 zeigen entsprechend Mikrofotografien der Querschnitte der Probe Nr. 1, der Probe Nr. 2, der Probe Nr. 101 und der Probe Nr. 102 des gesinterten Elements. Die Größe der Mikrofotografien von 3A, 4A, 5 und 6 beträgt etwa 2,82 mm × 2,09 mm. Die Größe der Mikrofotografien von 3B und 4B beträgt ungefähr 1,38 mm × 1,02 mm.
Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der verbleibenden Austenitphase in den vier oben beschriebenen Proben wurde anhand der Mikrofotografien bestimmt. Der Einfachheit halber ist die verbleibende Austenitphase in jeder der Mikrofotografien durch einen Pfeil gekennzeichnet. Der weiße Bereich an der Spitze des Pfeils zeigt die verbleibende Austenitphase an. Ein Bereich, der den weißen Bereich umgibt, zeigt die Martensitphase an. In 5 ist kein Pfeil dargestellt, da keine verbleibende Austenitphase zu erkennen ist.

In den fünf oben beschriebenen Proben wurde das Flächenverhältnis der verbleibenden Austenitphase bestimmt. Ein tragbares Röntgen-Eigenspannungsmessgerät µ-X360 der Firma Pulstec Industrial Co., Ltd. wurde verwendet, um das Verhältnis der Gesamtfläche der verbleibenden Austenitphase zur Gesamtfläche eines Messfelds zu bestimmen. Die Anzahl der Messfelder betrug zwei. Die Seite des Messfelds hatte einen Durchmesser von 2 mm. Als Flächenverhältnis der verbleibenden Austenitphase wurde der Durchschnitt des Verhältnisses der Gesamtfläche der verbleibenden Austenitphase in Bezug auf jedes der Messblickfelder betrachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. [Tabelle 1]

Probe Nr.	Pulver aus Rohmaterial						gesintertes Element
	Pulver aus auf Eisen basierter Legierung				Ni-Pulver	C-Pulver	Dichte	Vickershärte		Spannungsamplitude	verbleibende Austenitphase
	Cr	Cu	Mo	Ni	Ni-Pulver	C-Pulver	Dichte	Durchschnittwert	Variationsbreite	Spannungsamplitude	Flächenverhältnis
	Massenprozent	Massenprozent	Massenprozent	Massenprozent	Massenprozent	Massenprozent	g/cm³	HV	HV	MPa	%
1	3,0	-	0,5	-	3	0,65	7,20	643	42	422	21
2	3,0	-	0,5	-	4	0,75	7,23	636	36	428	25
101	3,0	-	0,5	-	1	0,7	7,15	604	63	378	14
102	3,0	-	0,5	-	2	0,7	7.10	650	48	415	16
110	-	1,5	0,5	4	-	0,5	7,21	608	106	398	43

Gemäß der Darstellung in Tabelle 1 wiesen die Probe Nr. 1 und die Probe Nr. 2 des gesinterten Elements eine hohe Vickershärte, eine geringe Variationsbreite der Vickershärte und eine große Spannungsamplitude auf. Andererseits hatte die Probe Nr. 101 des gesinterten Elements eine kleine Variationsbreite der Vickershärte, aber eine niedrige Vickershärte und eine kleine Spannungsamplitude. Die Probe Nr. 102 des gesinterten Elements hatte eine hohe Vickershärte und eine kleine Variationsbreite der Vickershärte, aber eine kleine Spannungsamplitude. Die Probe Nr. 110 des gesinterten Elements hatte eine niedrige Vickershärte, eine große Variationsbreite der Vickershärte und eine kleine Spannungsamplitude.
Gemäß der Darstellung in 3A, 3B, 4A und 4B wiesen die Probe Nr. 1 und die Probe Nr. 2 des gesinterten Elements eine Mischphasenzusammensetzung aus der Martensitphase und der verbleibenden Austenitphase auf. Andererseits wurde festgestellt, dass die Probe Nr. 101 und die Probe Nr. 102 des gesinterten Elements, wie in 5 und 6 dargestellt, im Wesentlichen aus der Martensitphase gebildet sind und keine oder im Wesentlichen keine verbleibende Austenitphase umfassen. Das Flächenverhältnis der verbleibenden Austenitphase in der Probe Nr. 1 und der Probe Nr. 2 des gesinterten Elements war hoch im Vergleich zu dem Flächenverhältnis der verbleibenden Austenitphase in der Probe Nr. 101 und der Probe Nr. 102 des gesinterten Elements.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern soll alle Modifizierungen im Sinne und Umfang der Ansprüche und deren Äquivalente umfassen.
Bezugszeichenliste

1: gesintertes Element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019182667 [0002]

Claims

Gesintertes Element mit Fe als einer Hauptkomponente davon, umfassend: eine Zusammensetzung, die Ni, Cr, Mo und C umfasst, und einen Rest, der Fe und unvermeidliche Verunreinigungen umfasst; und eine Mischphasenzusammensetzung mit einer Martensitphase und einer verbleibenden Austenitphase, wobei ein Ni-Anteil des gesinterten Elements größer ist als 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 6 Massenprozent ist, wenn ein Gesamtanteil an Elementen, die in dem gesinterten Element enthalten sind, als 100 Massenprozent angesehen wird, und wobei die Variationsbreite der Vickershärte von einer Oberfläche bis zu einer Tiefe von 5,0 mm des gesinterten Elements kleiner oder gleich 100 HV beträgt.
Gesintertes Element nach Anspruch 1, wobei ein Cr-Anteil größer oder gleich 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 4 Massenprozent ist, ein Mo-Anteil größer oder gleich 0,2 Massenprozent und kleiner oder gleich 0,9 Massenprozent ist, und ein C-Anteil größer oder gleich 0,2 Massenprozent und kleiner oder gleich 1,0 Massenprozent ist.
Gesintertes Element nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Flächenverhältnis der verbleibenden Austenitphase in einem beliebigen Querschnitt des gesinterten Elements größer oder gleich 5 % ist.
Gesintertes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Spannungsamplitude, die einem Reverse-Bend-Ermüdungstest standhält, der 10⁷-mal während eines Rotating-Bending-Ermüdungstest durchgeführt wurde, größer oder gleich 420 MPa ist.
Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Elements, umfassend: einen Prozess eines Vorbereitens eines Pulvers aus Rohmaterial mit einem Pulver aus einer auf Eisen basierenden Legierung, einem Ni-Pulver und einem C-Pulver; einen Prozess eines Druckformens des Pulvers aus Rohmaterial, um einen Grünlings zu bilden; und einen Prozess eines Sinterns des Grünlings, wobei das Pulver aus der auf Eisen basierenden Legierung in dem Vorbereitungsprozess eine Zusammensetzung mit Cr und Mo und einen Rest mit Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen aufweist, wobei ein Anteil des Ni-Pulvers des Pulvers aus Rohmaterial größer oder gleich 2 Massenprozent und kleiner oder gleich 6 Massenprozent ist, wenn eine Gesamtheit des Pulvers aus Rohmaterial als 100 Massenprozent angesehen wird, und wobei eine Abkühlrate in einem Kühlungsprozess des Sinterprozesses größer oder gleich 1°C/s ist.