Die Erfindung betrifft ein phosphorhaltiges Eisenpulver für die Fertigung
von Sinterteilen mit hoher Festigkeit und geringem Schwund.The invention relates to a phosphorus-containing iron powder for manufacture
of sintered parts with high strength and low shrinkage.
Das Sinterverfahren .zur Massenfertigung von Genauteilen aus Eisen
und Stahl hat sich mit Erfolg in die Reihe der spanlos formgebenden Verfahren eingereiht.
Obwohl die Erkenntnisse der allgemeinen Stahlmetallurgie für die Entwicklung neuer
Sinterstähle nur sehr beschränkt benutzt werden können, sind heute Zugfestigkeitswerte
bis 60 kp/mm2 bei stählen betrieblich einhaltbar. Als Legierungselemente haben sich
hierbei Kupfer, Nickel und -Kohlenstoff (Zugabe als Graphit) bewährt. Als Nachteil
wird bei hochwertigen Sinterstählen einmal der hohe Preis des Kupfers und des Nickels
empfunden; weiterhin zeigte sich, daß die erzielbare Bruchdehnung weiter unter dem
Wert eines vergleichbaren erschmolzenen Stahles liegt. Die Bruchdehnung läßt sich
beim Sinterstahl zwar etwas erhöhen, dies aber mit unwirtschaftlichem Aufwand, wie
z. B. Doppelt-Pressen und -Sintern, Heißpressen u. a. m.The sintering process for the mass production of precision parts made of iron
and steel has successfully joined the series of non-cutting shaping processes.
Although the knowledge of general steel metallurgy for the development of new
Sintered steels can only be used to a very limited extent today are tensile strength values
Operationally maintainable up to 60 kp / mm2 for steels. As alloy elements have
copper, nickel and carbon (added as graphite) have proven their worth. As a disadvantage
In the case of high-quality sintered steels, there is the high price of copper and nickel
felt; Furthermore, it was found that the achievable elongation at break is further below the
Value of a comparable molten steel. The elongation at break can
increase a little with sintered steel, but with uneconomical effort, such as
z. B. double pressing and sintering, hot pressing and others. m.
Es ist bekannt, daß Sintereisen mit einem hohen Phosphorgehalt von
0,3 bis 0,8 Gewichtsprozent, jedoch mit einem niedrigen, vorzugsweise unter 0,02%
liegenden C-Gehalt sehr gute Zugfestigkeit und Bruchdehnung aufweist. Im Schrifttum
werden Mischungen aus Weicheisenpulver mit Zusätzen von Pulvern aus rotem Phosphor,
aus Eisenphosphat oder aus gemahlenem Ferro-Phosphor, mit etwa 14 bis 18% P vorgeschlagen.
Auch vorlegierte Pulver, hergestellt durch Zerstäuben von Schmelzen oder Zerspanen,
sind versucht-worden. Die besten Festigkeits-und Dehnungswerte wurden bei etwa 0,5%
P erhalten. Zum Beispiel ergaben Zerreißstäbe nach einstündigem Sintern bei 1200°
C, 0,520% P, 0,010% C (restliche Verunreinigungen <1,0%) folgende Werte: Zugfestigkeit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 39,0 kp/mm2 Bruchdehnung . . . . . . . . . .
. . . . . . 14,50/0 Dichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,91 g/em3
Maßänderung gegenüber der Matrize d Z . . . . . . . . . . . . -2,100/0 (linear)
Vergleichbare mit Kupfer und Nickel legierte Sinterstähle würden etwa 5% Bruchdehnung,
allerdings etwa -0,10% Maßänderung ergeben. Da die Vorzüge des Sinterns im wesentlichen
darin bestehen, daß auf Sollmaß gefertigt werden kann, ist die große Maßänderung
des Phoshoreisens ein erheblicher Nachteil, die bei den angeführten Mischpulvern
5 his 20% beträgt und äüch bei den vorlegierten noch 2 bis 3% erreicht. ßie starke
Schrumpfung dürfte mit dem Auftreten einer flüssigen Phase beim Sintern und dem
Fe3P-Fe-Eutektikum im Zusammenhang stehen. Die ausgezdiclineten Festigkeitswerte
dieses Werkstoffs würden eine große Verbreitung in der Genauteilefertigung versprechen,
wenn es gelänge, die starke Maßänderung zu unterdrücken. Dann nämlichwäre das Phosphoreisen
dem kupfer- oder nickellegierten Sinterstahl gleichzustellen, hätte aber eine wesentlich
bessere Dehnung und wäre vor allem preisgünstiger. Neben dem Vorzug, daß ein solches
Phosphoreisen bereits bei einmaligem Pressen und Sintern seine vorteilhaften Eigenschaften
erreicht, muß die leichte Verarbeitbarkeit als weiterer Vorteil angeführt werden.It is known that sintered iron with a high phosphorus content of
0.3 to 0.8 percent by weight, but with a low, preferably below 0.02%
lying C content has very good tensile strength and elongation at break. In literature
are mixtures of soft iron powder with additions of red phosphorus powders,
from iron phosphate or from ground ferro-phosphorus, with about 14 to 18% P suggested.
Also pre-alloyed powders, produced by atomizing melts or machining,
have been tried. The best strength and elongation values were around 0.5%
P received. For example, after sintering at 1200 ° for one hour, tear bars gave
C, 0.520% P, 0.010% C (residual impurities <1.0%) the following values: tensile strength
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.0 kp / mm2 elongation at break. . . . . . . . . .
. . . . . . 14.50 / 0 density. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.91 g / cm3
Dimensional change compared to the die d Z. . . . . . . . . . . . -2,100 / 0 (linear)
Comparable sintered steels alloyed with copper and nickel would have about 5% elongation at break,
however, about -0.10% change in dimension result. Because the benefits of sintering are essentially
consist in the fact that it can be manufactured to nominal size, is the big change in size
of phosphorus iron is a considerable disadvantage, which is the case with the mixed powders mentioned
5 to 20% and also reached 2 to 3% for the prealloyed. the strong one
Shrinkage is likely to occur with the occurrence of a liquid phase during sintering and the
Fe3P-Fe eutectic related. The excellent strength values
this material would promise widespread use in the manufacture of precision parts,
if it were possible to suppress the strong change in size. Then namely would be the phosphorus iron
Equal to the copper or nickel alloy sintered steel, but would have one essential
better elongation and, above all, would be cheaper. Besides the advantage that such a
Phosphor iron retains its advantageous properties even after being pressed and sintered once
achieved, the ease of processing must be cited as a further advantage.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, die guten Festigkeits-
und Dehnungswerte des. Phosphoreisens möglichst.. unverändert beizubehalten und
dabei -die nachteilige `Maßänderung soweit wie möglich zu verringern.The invention is therefore based on the object of providing the good strength
and elongation values of the phosphor iron as far as possible ... to maintain unchanged and
thereby -to reduce the disadvantageous change in dimensions as much as possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Eisenpulver
aus der Mischung zweier Eisenpulver besteht, deren einer 60 bis 80 Gewichtsprozent
betragender Anteil nur einen unbeabsichtigten und möglichst niedrigen Phosphorgehalt
hat und deren anderer 40 bis 20 Gewichtsprozent betragender Anteil 0,75 bis 4% Phosphor
in legierter Form enthält. " ' Dabei enthält. das, phosphorarme Eisenpulver des
Gemisches etwa 0,03 % P.This object is achieved according to the invention in that the iron powder
consists of a mixture of two iron powders, one of which is 60 to 80 percent by weight
amount only an unintentional and as low a phosphorus content as possible
and their other 40 to 20 percent by weight proportion 0.75 to 4% phosphorus
contains in alloyed form. "'Contains. The, low-phosphorus iron powder des
Mixture about 0.03% P.
Der Phosphorgehalt des phosphorreichen Eisenpulvers darf nicht wesentlich
über 3 % liegen, da sonst wie beim Ferro-Phosphorzusatz beim Sintern eine flüssige
Phase auftritt, die eine sehr große Maßänderung verursacht. überraschenderweise
hat sich gezeigt, daß die Maßänderungen beim Sintern von Preßlingen aus den Pulvermischungen
viel kleiner sind als bei den aus legierten Pulvern gepreßten Teilen. Dabei haben
die. aus dem gemischten und die aus dem legierten Pulver hergestellten Sinterteile
die gleichen mechanischen Eigenschaften; die Pulvermischung muß demnach völlig homogenisiert
sein.The phosphorus content of the phosphorus-rich iron powder must not be significant
above 3%, otherwise, as with the ferro-phosphorus additive during sintering, a liquid
Phase occurs which causes a very large change in dimension. surprisingly
has been shown that the dimensional changes when sintering compacts from the powder mixtures
are much smaller than the parts pressed from alloy powders. Have along
the. from the mixed powder and the sintered parts made from the alloyed powder
the same mechanical properties; the powder mixture must therefore be completely homogenized
be.
Bei gleichem Gesamtgehalt von 0,5% Phosphor in aus normalem, phosphorarmemEisenpulver
(0,03% P) und mit Phosphor legiertem Eisenpulver bestehenden Pulvermischungen liegen
die_Festigkeiten der daraus hergestellten Sinterkörper zwischen 38 bis 40kp/mms,
jedoch ergeben sich für verschiedene Mischungsverhältnisse unterschiedliche in nachstehender
Tabelle aufgeführte Maßänderungen.
Pulver Maßänderung
(°/o)
1. Homogenes Pulver ............ . . -2,10
2. Mischung:
50 % Weicheisen,
50% Weicheisen mit 1 e/o P .... -0,95
3. Mischung:
66,6% Weicheisenpulver, -
33,3%Eisenpulver reit 1,50/0P -0,43
4. Mischung:
90% Weicheisenpulver,
10% Eisenpulver mit 5 ö/o P . . . . -12,4
Aus einem Vergleich zwischen 1 und 2 bzw. 3 geht deutlich hervor, daß gemäß der
vorliegenden Erfindung durch Anwendung von Mischpulvern sehr kleine Maßänderüngen
beim Sintern erzielt werden können, die-- =die technische Verwertung der vorzüglichen
Eigenschaften von kohlenstoffarmen, phosphorhaltigen Stählen für pulvermetallurgische
Zwecke erst möglich machen. Die unerwartet starke Herabsetzung des Schwundes ist
wahrscheinlich auf den Kirckendahl-Effekt zurückzuführen. Versuch 4 zeigt, daß wegen
Auftretens einer flüssigen Phase mit den bisher angewandten Mischungen aus Weicheisenpulver
und Ferro-Phosphorpulver viel zu hohe Maßänderungen auftreten.With the same total content of 0.5% phosphorus in powder mixtures consisting of normal, low-phosphorus iron powder (0.03% P) and iron powder alloyed with phosphorus, the strengths of the sintered bodies produced from them are between 38 and 40kp / mms, but different mixing ratios result in the following Table of dimensional changes. Powder dimensional change
(° / o)
1. Homogeneous powder ............. . -2.10
2. Mixture:
50% soft iron,
50% soft iron with 1 e / o P .... -0.95
3. Mixture:
66.6% soft iron powder, -
33.3% iron powder equals 1.50 / 0P -0.43
4. Mixture:
90% soft iron powder,
10% iron powder with 5 o / o p. . . . -12.4
A comparison between 1 and 2 or 3 clearly shows that according to the present invention, by using mixed powders, very small dimensional changes can be achieved during sintering, which - = the technical utilization of the excellent properties of low-carbon, phosphorus-containing steels for powder metallurgical purposes make it possible in the first place. The unexpectedly strong reduction in shrinkage is probably due to the Kirckendahl effect. Experiment 4 shows that due to the occurrence of a liquid phase with the previously used mixtures of soft iron powder and ferro-phosphorus powder, dimensional changes that are much too high occur.