DE19520354C2 - Verfahren zum Einsatzhärten von höhermolybdänlegierten Sinterstählen - Google Patents
Verfahren zum Einsatzhärten von höhermolybdänlegierten SinterstählenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einsatzhärten von
höhermolybdänlegierten Sinterstählen.
Aus dem Fachbuch Werkstoffkunde, Stahl, Band 1: Grundlagen,
1984, Springer-Verlag, Seiten 522 bis 525, ist beispielsweise
bekannt, daß zum Einsatzhärten Stähle mit Kohlenstoffgehalten
zwischen 0,1 und 0,25% in der Randschicht auf den
eutektoidischen Kohlenstoffgehalt aufgekohlt und anschließend
gehärtet werden. Dies geschieht vorzugsweise mittels
kohlenstoffhaltigen Gasen, die während der Wärmebehandlung
zugeführt werden. Die Aufkohltemperatur liegt bei 900°C. Als
Voraussetzung wird angegeben, daß bei der gewählten Temperatur
und dem vorgesehenen größten Kohlenstoffgehalt keine Karbide
entstehen, da in Zwei-Phasen-Gebieten der Kohlenstoffgehalt
nicht gezielt eingestellt werden kann.
Unter dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit wird in der DE-Fachzeitschrift
HTM, Härterei-Technische Mitteilungen, 34
(1979), Heft 6, Seite 253 bis 259, angegeben, daß beim
Aufkohlen in Vakuum-Öfen zur Einsparung von Arbeits- und
Energiekosten auf die unproduktive Aufheizzeiten verzichtet
werden sollte.
Es ist ferner bekannt, aus metallischen Pulvern, beispielsweise
aus Stahlpulvern, durch Sintern Formkörper beliebiger Geometrie
herzustellen. Die metallischen Pulver werden hierbei unter
bestimmten Drücken verpreßt und anschließend bei einer
bestimmten Temperatur, die wenig unter dem Schmelzpunkt der
Sintermaterialien liegt, wärmebehandelt. Bei der
Wärmebehandlung von Sinterstählen stellen sich bekannterweise
Bereiche mit unterschiedlichen Gitterstrukturen ein, in denen
α-Eisen, γ-Eisen oder eine Mischstruktur aus α- und γ-Eisen
vorliegt. Übliche Sinterstähle, die in der Regel Kohlenstoff
enthalten, sintern im Bereich des γ-Eisens. Hierbei läuft die
Sinterung 102- bis 103mal langsamer ab als im γ-Eisenbereich
bei gleicher Temperatur. Werden beispielsweise Stahlpulver mit
einem erhöhten Molybdängehalt gesintert, läuft die Sinterung
bei Sintertemperaturen von zirka 1250°C im Bereich des γ-Eisens
ab. Hierbei ist nachteilig, da eine völlig
kohlenstoffreie Sinterung stattfinden muß, daß bei einem
anschließend erforderlich werdenden Einsatzhärten eine
Kohlenstoffaufnahme in den Randbereichen des gesinterten
Formkörpers nur schwer möglich ist und es zur Bildung eines
spröden Karbidnetzes kommt.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten
Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß
höhermolybdänlegierte Sinterstähle einsatzgehärtet werden
können, ohne daß es zu einer Bildung von einem spröden
Karbidnetz kommt. Dadurch, daß die Sinterstähle nach dem
Sintern einer Wärmehandlung unter Anwesenheit von Kohlenstoff
bei Temperaturen unterzogen werden, bei denen im Sinterstahl
ein Mindestanteil an γ-Eisen vorliegt, ist es vorteilhaft
möglich, insbesondere in den Randbereichen des Sinterstahls,
eine derartige Gitterstruktur zu schaffen, die zur Aufnahme von
Kohlenstoff geeignet ist. Die zusätzliche Wärmebehandlung wird
unmittelbar anschließend an das Sintern in einem Arbeitsschritt
durchgeführt werden, wobei die während des Sinterns vorhandene
Schutzgasatmosphäre beziehungsweise 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.
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.
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 Verfahrens schritt 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 (2)
1. Verfahren zum Einsatzhärten von höhermolybdänlegierten
Sinterstählen mit einem Molybdängehalt von 2 Gew.-%, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sinterstähle unmittelbar nach dem
Sintern auf einen Temperaturbereich des Zwei-Phasen-Gebietes
von 1050 bis 1200°C abgekühlt werden, bei dem im Sinterstahl
ein Mindestanteil an γ-Eisen von 40% vorliegt, und daß in
diesem Temperaturbereich die Sinterstähle einer Wärmebehandlung
unter Anwesenheit von Kohlenstoff unterzogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmebehandlung bei 1120°C durchgeführt wird.
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