DE1207634B

DE1207634B - Pulvermischung zur Herstellung von Stahlgegenstaenden nach bekannten pulvermetallurgischen Verfahren

Info

Publication number: DE1207634B
Application number: DEB70208A
Authority: DE
Inventors: Peter Robert Marshall; Philip James Ridout; Michael Thomas Matty
Original assignee: Birmingham Small Arms Co Ltd
Current assignee: Birmingham Small Arms Co Ltd
Priority date: 1961-11-30
Filing date: 1963-01-03
Publication date: 1965-12-23

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C22c

Deutsche Kl.: 40 b - 39/36

Nummer: 1 207 634

Aktenzeichen: B 70208 VI a/40 b

Anmeldetag: 3. Januar 1963

Auslegetag: 23. Dezember 1965

Die Erfindung betrifft Metallpulvermischungen auf Eisenbasis, "aus denen nach pulvermetallurgischen Verfahren Stahlgegenstände hergestellt werden können.

Die Herstellung von Stahlgegenständen aus Metallpulvermischungen ist bekannt. Diese Gegenstände weisen jedoch keine zufriedenstellende Festigkeit, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsfestigkeit auf. Eine wesentliche Verbesserung dieser Eigenschaften konnte durch Verwendung einer Metallpulvermischung erzielt werden, die 2 bis 8 % Nickel, 0,2 bis 1,4% Mangan, 0,08 bis 1,0% Graphit, wobei der Rest aus Eisen besteht, enthält. Es bestand jedoch ein Bedürfnis, die aus dieser bekannten Metallpulvermischung hergestellten Stahlgegenstände hinsichtlich ihrer Festigkeits- und Dehnungswerte weiter zu verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung von Stahlgegenständen mit verbesserter Festigkeit ohne Duktilitätsverringerung.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Pulver- a° mischung, die sich von einer bekannten Pulvermischung nur durch einen Molybdängehalt von 1% unterscheidet, ermöglicht die Herstellung von Stahlgegenständen mit einer Festigkeitsverbesserung von etwa 250%) bei einer Verringerung der Dehnung um 50%·

Dieser überraschende Fortschritt wird erfindungsgemäß durch eine Pulvermischung zur Herstellung von Stahlgegenständen nach pulvermetallurgischen Verfahren erreicht, die aus folgenden Bestandteilen besteht:

Pulvermischung zur Herstellung von
Stahlgegenständen nach bekannten
pulvermetallurgischen Verfahren

Anmelder:

The Birmingham Small Arms Co. Ltd.,

Birmingham (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. Hauser

und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Peter Robert Marshall, Shirley, Birmingham;

Philip James Ridout, South Yardley,

Birmingham;

Michael Thomas Matty, Solihull, Warwickshire

(Großbritannien)

1 bis 5 Gewichtsprozent Nickel, 0,1 bis 2 Gewichtsprozent Mangan, 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Molybdän, 0,1 bis 1 Gewichtsprozent Kohlenstoff, weise Graphit, Rest Eisen üblichen Verunreinigungen.

vorzugsmit den

Die pulvermetallurgische Herstellung von Stahlgegenständen besteht üblicherweise darin, daß man einzelne Pulver in den zur Erzielung der gewünschten Endzusammensetzung erforderlichen Anteilen miteinander mischt. Auch ist die Verwendung von Pulver aus Stahl der gewünschten Zusammensetzung, der selbst nach üblichen Schmelzmethoden hergestellt wird, bekannt. Da nach der ersteren Methode wesentlich bessere mechanische Eigenschaften erzielt werden, wird auch diese bekannte Verfahrensweise für die erfindungsgemäße Pulvermischung angewendet. Die einzelnen Pulver können aus den elementaren Metallen, aus Legierungen von zwei oder mehreren, jedoch nicht allen der in dem Stahl gewünschten Metalle oder aus Verbindungen der Metalle bestehen. Häufig werden Ferrolegierungen verwendet.

Nachstehend werden die bevorzugten, engeren Bereiche der Zusammensetzung angegeben, die an die Stelle der vorstehenden, weiteren Bereiche treten können:

weniger als 5,

vorzugsweise 2 bis 4,9 Gewichtsprozent Nickel,
0,1 bis 1 Gewichtsprozent Mangan,
0,1 bis 2 Gewichtsprozent Molybdän.

Ein kleiner Teil des Eisengehalts kann durch das gleiche Gewicht eines oder mehrerer anderer Elemente ersetzt werden, die die Festigkeit und die Duktilität des aus den Pulvern erhaltenen Gegenstands nicht ungünstig beeinflussen. Vorzugsweise übersteigt die so ersetzte Eisenmenge nicht 5 % des Gesamtgewichts der Mischung. Nachstehend werden in Frage kommende Elemente angegeben: höchstens 1 Gewichtsprozent Aluminium, höchstens 0,3 Gewichtsprozent Bor, höchstens 5 Gewichtsprozent Chrom, höchstens Gewichtsprozent Kupfer, höchstens 1 Gewichtsprozent Magnesium, höchstens 4 Gewichtsprozent Niob und/oder Tantal, höchstens 0,3 Gewichtsprozent Phosphor, höchstens 1 Gewichtsprozent Silicium,

509 759/455

höchstens 2 Gewichtsprozent Titan, höchstens 4 Gewichtsprozent Wolfram, höchstens 0,3 Gewichtsprozent Vanadin, höchstens 0,6 Gewichtsprozent Zirkon, höchstens 0,6 Gewichtsprozent Selen und höchstens 0,5 Gewichtsprozent Blei.

Das Nickel wird vorzugsweise in Form eines feinen Pulvers, zweckmäßig in Form eines feinen Nickelcarbonylpulvers mit einer Teilchengröße bis zu etwa 10 Mikron zugegeben. Das Mangan kann in Form eines Ferromanganpulvers oder eines Mangancarbonatpulvers mit Teilchengrößen von vorzugsweise etwa 0,053 mm zugegeben werden, d. h., es geht vollständig durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,053 mm hindurch. Das Molybdän kann in Form von Ferromolybdänpulver in einer Teilchengröße von vorzugsweise 0,053 mm zugegeben werden. Das Eisenpulver ist zweckmäßig ein Weicheisenpulver und geht vorzugsweise vollständig durch ein Sieb der lichten Maschenweite 0,152 mm hindurch, wobei 75% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,076 mm und 50% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,053 mm hindurchgehen.

Zwei oder mehr der Legierungsbestandteile können auch dem Eisenpulver in Form eines vorlegierten Pulvers zugemischt werden, und zwar vorzugsweise mit einer solchen Teilchengröße, daß das Pulver vollständig durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,053 mm hindurchgeht.

Zur Herstellung eines Stahlgegenstandes werden diese Pulver in bekannter Weise in den gewünschten

Anteilen abgewogen und unter Erzielung einer homogenen Mischung gründlich gemischt. In diesem Stadium können bekannte Gleitmittel, z. B. Paraffinwachs, Stearate od. dgl., in den gewünschten Anteilen zugegeben werden. Die Pulvermischung wird dann in eine für den fertigen Gegenstand bestimmte Form eingefüllt und mit einem Druck von vorzugsweise mindestens 3150 kg/cm² gepreßt. Das verdichtete Pulver wird dann aus der Form ausgestoßen und in einer nicht oxydierend wirkenden Atmosphäre auf eine Temperatur von vorzugsweise zwischen 1200 und 1400° C so lange erhitzt, bis eine Sinterung erfolgt ist. Vorzugsweise dauert dies mindestens 30 Minuten. Bekanntlich können auch etwas niedrigere Drucke und/oder Temperaturen und/oder kürzere Zeiten unter Erzielung von Produkten angewendet werden, die zwar etwas schlechtere Eigenschaften aufweisen, jedoch für bestimmte Zwecke noch durchaus annehmbar sind; die angegebenen Bedingungen stellen jedoch die niedrigsten Werte dar, die noch ein allgemein brauchbares Erzeugnis ergeben. Ein Beispiel für eine geeignete nichtoxydierende Atmosphäre ist eine Mischung aus 75% Wasserstoff und 25% Stickstoff. Zur Veranschaulichung der verbesserten mechanischen Eigenschaften dienen die in der Tabelle zusammengefaßten Festigkeits- und die Dehnungswerte von Erzeugnissen, die durch Verdichten der Pulvermischung unter einem Druck von etwa 5509 kg/cm^a erhalten und dann 1 Stunde bei 1300° C gesintert wurden.

Mischung	2,0	Mn	IVTn	Kohlenstoff	Eisen und	Festigkeit	Dehnung
Nr.	4,9			(Graphit)	Verunreinigung	kg/cm²	%
1	4,9	0,5	0,5	0,9	Rest	7420	3
2	4,9	0,5	2,0	0,3	Rest	8 560	3
3	0,5	1,0	0,6	Rest	12430	3
4	0,5	2,0	0,9	Rest	11650	3

Nach der Verdichtung und der Sinterung können diese Stahlgegenstände noch bei Drücken bis zu etwa 9450 kg/cm² zur Erhöhung ihrer Festigkeit und Zähigkeit oder zur Verbesserung ihrer Abmessungsgenauigkeit in bekannter Weise nachgepreßt werden. Diese nachgepreßten Gegenstände können dann in üblicher Weise in einer geeigneten Atmosphäre bei einer Temperatur bis zu 1400° C nachgesintert werden.

Die gesinterten oder nachgesinterten Gegenstände können in üblicher Weise einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Ferner lassen sich diese Gegenstände nach bekannten Methoden einsatzhärten, elektroplattieren, phosphatieren oder durch Diffusion mit einem Chromüberzug versehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Pulvermischung zur Herstellung von Stahlgegenständen nach bekannten pulvermetallurgischen Verfahren, bestehend aus:

1 bis 5 Gewichtsprozent Nickel,

0,1 bis 2 Gewichtsprozent Mangan,

0,1 bis 5 Gewichtsprozent Molybdän,

0,1 bis 1 Gewichtsprozent Kohlenstoff, vorzugsweise Graphit, Rest Eisen und den üblichen Verunreinigungen.

2. Pulvermischung nach Anspruch 1, wobei eine

oder mehrere der angegebenen Komponenten in folgenden Gehaltsgrenzen enthalten ist:

weniger als 5,

vorzugsweise 2 bis 4,9 Gewichtsprozent Nickel,
0,1 bis 1 Gewichtsprozent Mangan,
0,1 bis 2 GewichtsprozentMolybdän.

3. Pulvermischung nach Anspruch 1 oder 2, wobei Mangan in Form der entsprechenden Menge Mangancarbonat zugegen ist.

4. Pulvermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Eisen in einer Menge bis zu 5% der gesamten Mischung durch ein gleiches Gewicht aus einem oder mehreren der nachstehenden pulverförmigen Elemente ersetzt ist: höchstens 1 Gewichtsprozent Aluminium, höchstens 0,3 Gewichtsprozent Bor, höchstens 5 Gewichtsprozent Chrom, höchstens 5 Gewichtsprozent Kupfer, höchstens 1 Gewichtsprozent Magnesium, höchstens 4 Gewichtsprozent Niob und/oder Tantal, höchstens 0,3 Gewichtsprozent Phosphor, höchstens 1 Gewichtsprozent Silicium, höchstens 2 Gewichtsprozent Titan, höchstens 4 Gewichtsprozent Wolfram, höchstens 0,3 Gewichtsprozent Vanadin, höchstens 0,6 Gewichtsprozent Zirkon, höchstens 0,6 Gewichtsprozent Selen und höchstens 0,5 Gewichtsprozent Blei.

5. Pulvermischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines oder mehrere der verwendeten Pulver aus zwei oder mehreren der Legierungsbestandteile besteht.

6. Pulvermischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit Ausnahme des Eisenpulvers das gesamte restliche Pulver durch ein Sieb mit 0,053 mm lichter Maschenweite hindurchgeht.

7. Pulvermischung nach Anspruch 6, wobei das Eisenpulver vollständig durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,152 mm hindurchgeht, mit der weiteren Maßgabe, daß davon 75 % durch ein Sieb von 0,076 mm und 50% durch ein Sieb von 0,053 mm lichter Maschenweite hindurchgehen.

8. Verfahren zur Herstellung von Stahlgegenständen aus den Pulvermischungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung unter einem Druck von mindestens 3150 kg/cm² in die gewünschte Form preßt, den Preßling aus der Form ausstößt und dann in einer nicht oxydierenden Atmosphäre mindestens 30 Minuten bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1400⁰C gesintert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung unter einem Druck von 5500 kg/cm² gepreßt und 1 Stunde bei 1300⁰C gesintert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtoxydierende Atmosphäre aus etwa 75% Wasserstoff und 25% Stickstoff besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 587 320.