DE19520354A1 - Verfahren zum Einsatzhärten von höhermolybdänlegierten Sinterstählen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einsatz­ härten von höhermolybdänlegierten Sinterstählen.

Stand der Technik

Es ist bekannt, aus metallischen Pulvern, beispiels­ weise aus Stahlpulvern, durch Sintern Formkörper be­ liebiger Geometrie herzustellen. Die metallischen Pulver werden hierbei unter bestimmten Drücken ver­ preßt und anschließend bei einer bestimmten Tempera­ tur, die wenig unter dem Schmelzpunkt der Sinterma­ terialien liegt, wärmebehandelt. Bei der Wärmebehand­ lung von Sinterstählen stellen sich bekannterweise Bereiche mit unterschiedlichen Gitterstrukturen ein, in denen sich sogenanntes α-Eisen, γ-Eisen oder eine Mischstruktur aus α- und γ-Eisen einstellt. Übliche Sinterstähle, die in der Regel Kohlenstoff enthalten, sintern im Bereich des γ-Eisens. Hierbei läuft die Sinterung 10² bis 10³ mal langsamer ab als im α-Eisenbereich bei gleicher Temperatur. Werden bei­ spielsweise Stahlpulver mit einem erhöhten Molybdän­ gehalt gesintert, läuft die Sinterung bei Sinter­ temperaturen von zirka 1250°C im Bereich des α-Eisens ab. Hierbei ist nachteilig, da eine völlig kohlen­ stoffreie Sinterung stattfinden muß, daß bei einem anschließend erforderlich werdenden Einsatzhärten eine Kohlenstoffaufnahme in den Randbereichen des ge­ sinterten Formkörpers nur schwer möglich ist und es zur Bildung eines spröden Karbidnetzes kommt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß höhermolybdänlegierte Sinterstähle einsatzgehär­ tet werden können, ohne daß es zu einer Bildung von einem spröden Karbidnetz kommt. Dadurch, daß die Sin­ terstähle nach dem Sintern einer Wärmehandlung unter Anwesenheit von Kohlenstoff bei Temperaturen unter­ zogen werden, bei denen im Sinterstahl ein Mindest­ anteil an γ-Eisen vorliegt, ist es vorteilhaft mög­ lich, insbesondere in den Randbereichen des Sinter­ stahls, eine derartige Gitterstruktur zu schaffen, die anschließend zur Aufnahme von Kohlenstoff ge­ eignet ist. Die zusätzliche Wärmebehandlung kann vor­ zugsweise anschließend an das Sintern in einem Ar­ beitsschritt durchgeführt werden, wobei die während des Sinterns vorhandene Schutzgasatmosphäre bezie­ hungsweise das Vakuum durch ein kohlenstoffabgebendes Mittel, das heißt, Kohlenstoff enthaltende Atmosphä­ re, ersetzt wird. Wird die Wärmebehandlung vorzugs­ weise bei einer Temperatur von 1120°C durchgeführt, befinden sich zirka 40% des Werkstoffvolumens des höhermolybdänlegierten Sinterstahls in dem notwendi­ gen Gitterstrukturbereich des γ-Eisens, wenn der Molybdän-Gehalt 3,5 Gew% beträgt. Hierdurch wird die anfängliche Aufnahme von Kohlenstoff begünstigt.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, neben der zusätzlichen Wärmebehandlung nach dem Sintern anschließend eine Einsatzhärtung bei den üblichen Einsatzhärtetemperaturen von 840 bis 950°C durchzuführen. Hierdurch wird erreicht, daß mittels der zwischen der Sinterung und der Einsatzhärtung durchgeführten zusätzlichen Wärmebehandlung eine Ak­ tivierung des höhermolybdänlegierten Sinterstahls er­ folgt, so daß das Einbauen von Kohlenstoff möglich wird, ohne daß es zur Bildung eines spröden Karbid­ netzes kommt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs­ beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Verfahrens zum Einsatzhärten von höhermolybdänlegierten Sinterstählen und

Fig. 2 ein Zustandsschaubild von molybdänlegierten Sinterstählen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Anhand des in Fig. 1 dargestellten Flußdiagramms soll der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatzhärten von höhermolybdänlegierten Sinterstäh­ len verdeutlicht werden. In einem ersten Verfahrens­ schritt 10 wird der in Pulverform vorliegende molyb­ dänhaltige Stahl zu einem Formkörper beliebiger geo­ metrischer Gestalt verpreßt. Der Molybdängehalt des Stahls beträgt beispielsweise 3,5%. In einem zweiten Verfahrensschritt 12 erfolgt anschließend die Sin­ terung der zuvor gepreßten Formkörper bei einer Sin­ tertemperatur von 1250°C. Hierbei befindet sich das Sintermaterial, wie anhand des in Fig. 2 gezeigten Zustandschaubildes von molybdänhaltigen Sinterstählen nach Höganäs verdeutlicht wird, ausschließlich im Gitterstrukturbereich des α-Eisens. Die Sinterung er­ folgt unter einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise unter Wasserstoff oder im Vakuum.

In einem nächsten Verfahrensschritt 14 wird der zuvor gesinterte höhermolybdänlegierte Sinterstahl einer weiteren Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1120°C unterzogen. Diese Wärmebehandlung findet un­ ter Zufuhr von kohlenstoffhaltiger Atmosphäre statt.

Bei einer Temperatur von 1120°C befinden sich, wie wiederum das Zustandsschaubild in Fig. 2 verdeut­ licht, zirka 40% des Werkstoffvolumens des molybdän­ legierten Sinterstahls im Bereich des γ-Eisens. Hierdurch wird die Aufnahme von Kohlenstoff aus der umgebenden Atmosphäre in die Gitterstruktur des molybdänlegierten Sinterstahls begünstigt. Die wäh­ rend des Verfahrensschrittes 14 durchgeführte Wärme­ behandlung kann sehr vorteilhaft beispielsweise gleich in dem Ofen durchgeführt werden, in dem die Sinterung gemäß dem Verfahrensschritt 12 durchgeführt wird. Bei geringeren Anteilen an gelöstem Kohlenstoff in dem molybdänlegierten Sinterstahl wandelt sich bei der Temperatur von 1120°C, mit der die Wärmebehand­ lung durchgeführt wird, auch das Restvolumen des Werkstoffs in die Gitterstruktur des γ-Eisens um.

Entsprechend dem gewünschten Einsatz der mittels der Verfahrensschritte 10 bis 14 behandelten höher­ molybdänlegierten Sinterstähle können diese anschlie­ ßend gleich einer hier lediglich allgemein mit 16 be­ zeichneten Verwendung zugeführt werden. Dies ist bei­ spielsweise der Einbau in bestimmte Maschinenteile, für die die mittels der Wärmebehandlung unter gleich­ zeitiger Zufuhr von Kohlenstoff gemäß dem Verfahrens­ schritt 14 erreichten Bauteileigenschaften ausrei­ chen.

Reichen die bei dem Verfahrensschritt 14 erreichten Bauteileigenschaften für den späteren Anwendungsfall nicht aus, erfolgt in einem nächsten Verfahrens­ schritt 18 ein Einsatzhärten des zuvor gesinterten und gemäß Verfahrensschritt 14 wärmebehandelten hö­ hermolybdänlegierten Sinterstahls. Dieses Einsatzhär­ ten erfolgt bei Temperaturen von 840 bis 950°C unter Zufuhr der kohlenstoffhaltigen Atmosphäre oder ande­ rer - hier nicht näher zu betrachtender - kohlen­ stoffabgebender Mittel. Durch die zuvor durchgeführte Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt 14 erfolgte somit eine Aktivierung des molybdänlegierten Sinter­ stahls, so daß durch die Einsatzhärtung in dem Ver­ fahrensschritt 18 auch unter den hier gegebenen niedrigeren Temperaturen der Einbau von Kohlenstoff in die Randzonen des Formkörpers möglich ist, ohne daß es zur Bildung von einem spröden Karbidnetz kommt. Nach dem Einsatzhärten im Verfahrensschritt 18 kann der insgesamt erfindungsgemäß behandelte molyb­ dänlegierte Sinterstahl einer hier wiederum mit 16 bezeichneten speziellen Verwendung zugeführt werden.

In der Fig. 2 ist das bereits erwähnte Zustands­ schaubild von molybdänlegiertem Stahl gezeigt. Über den Gewichtsprozenten GP des Molybdängehaltes in Pro­ zent ist die Temperatur T in °C aufgetragen. Anhand der eingetragenen Trennlinien zwischen den sich in dem molybdänlegierten Stahl einstellenden Gitter­ struktur bei unterschiedlichen Temperaturen wird der α-Eisenbereich, der γ-Eisenbereich und der zwischen diesen Bereichen liegende Mischbereich aus γ- bezie­ hungsweise α-Eisen verdeutlicht. Beispielhaft ist ein Molybdängehalt von 3,5% eingetragen, wobei deutlich wird, daß bei einer Sintertemperatur von 1250°C, wie im Verfahrensschritt 12 zu Fig. 1 erläutert, sich der molybdänlegierte Sinterstahl ausschließlich in seinem α-Eisen-Bereich befindet.

Claims (6)

1. Verfahren zum Einsatzhärten von höhermolybdänle­ gierten Sinterstählen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterstähle nach dem Sintern einer Wärmebehand­ lung unter Anwesenheit von Kohlenstoff bei Tempera­ turen unterzogen werden, bei denen im Sinterstahl ein Mindestanteil an γ-Eisen vorliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wärmebehandlung in einem Tempera­ turbereich von 1050 bis 1200°C, vorzugsweise 1120°C, durchgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wärmebe­ handlung unmittelbar anschließend an die Sinterung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der zusätzlichen Wärmebehandlung die molybdänlegierten Sinterstähle mit einem kohlenstoffabgebenden Mittel beaufschlagt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sinterstahl einen Molybdängehalt von 2-4 Gew%, vorzugsweise 3,5 Gew%, enthält.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Wär­ mebehandlung eine Einsatzhärtung bei Temperaturen von 840°C bis 950°C durchgeführt wird.