DE1962495A1

DE1962495A1 - Gesinterter Chromstahl und hieraus gefertigte Produkte

Info

Publication number: DE1962495A1
Application number: DE19691962495
Authority: DE
Inventors: Kenya Motoyoshi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1968-12-13
Filing date: 1969-12-12
Publication date: 1971-02-04
Also published as: SE376856B; GB1259550A; US3698877A; FR2027598A1; DE1962495B2; DE1962495C3

Description

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL.-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

telefon: 555476 8000 MÜNCHEN 15, 12. DeZ. 1969

TELEGRAMME: KARPATENT NUSSBAUMSTRASSE 10

W. 14 608/69 - Io/t

Sunitomo Sleetrio Industrie· Ltd. Osaka, Japan

Gesinterter Chromstahl und hitrau· gtfertigt· Produkt·

Erfindungsgegenstand ist ein g·«intert»r Chromstahl Ton hoher Diohte, hoher festigkeit und hoher Wärmebeetändigkeit, weloher duroh Veraisehen einer auf weniger als 10 ja pulverisierten intermetallisahen Verbindung F«0r in der sogenannten d - 7ha·· «it lisenjmlTer und Kohlenstoffpulver und gewüneohtenfalla mit weiteren Legierungspulvern und dureh lorarung und Sinterung des dabei erhaltenen aemieohes erhalten wurde.

Bi* Irfindung betrifft die Herstellung τοη gesinterten Haterialien von hon·? Diohte, die Ohren und lohlenstoff enthalt·*·

Di« Pulvermetallurgie, wobei Metallpulver verpraßt, gtfonst und gesintert werden, wird lur lerstellune von Masehiatateilen in immer weitere» Gebieten i«r leshnlk angewandt und veroahiedeae Arten τοη Kate?lali«» werden nach Fiesta ?e*f ehren herieetellt· ton den lisennateri« «lies si&i 4«.# leihen fs-'C', fe-£u«0_ä fe»Ii»9 uaA Je-Ii-Cu«<3 lie hauptfttehliehem Sutnueaeiteetsuiieen und ft^r lies» lieh §p#ii$lle Sweeke .fi'si es roüt&ei® itihl·»

₃ p mi®

nsä4 €1·

sprechend den Erfordernissen der Anwendung variiert, so daS die Mechanisch· festigkeit und dl· physikalisch· ixt derselben in geeigneter Weise variiert werden. Weiterhin wurde sum Zweck der Verbesserung der mechanischen Festigkeit des gesinterten Materials ein weiterer Zusats Ton Mn, Mo₉ W oder dergl· versucht und susammen mit dem Fortschritt der Pulvermetallurgieverfahren gewinnen verschiedene Gebiet· der Anwendung Interesse. Beispielsweise dehnt sieh die Anwendung von gesinterten Materialien von ™ den üblichen leichten statischen Belastungen auf schwer· dynamisch· Belastungen aus und auch auf solch· Materialien, bei denen WÄr*ebeständigkeit und Abntttsungsb«ständigk«it — erforderlich ist.

9m sufriedenstellende Srgebnlss« bei diesen Anwendungen au erhalten» wurde versuchte eine starker· Dicht· der gesintertes. Materialien su ersielsn oStr verschieden« Leglerungsstahle mit verbesserter Festigkeit und verbessertem T«rhalte& su erhalten· Su diesem Xweok warden verschieden· Eisenpulver entwickelt und em wurd«m Verfahren sum fressen sur Brsi«luni von höherer Dicht« aufgefunden.

JeSoals, %mr&«& Chromstähle, die eise hohe Zugfestigkeit t tu&ä sii^ höh« Wär^beatändlgkeit besits«n und di· im weiten umfang mm. Kaschiaenbau verwendet werden, bis jetst noch aieat n^eb eins^ üblichen Pulvermetallurgie gesintert und btl "fewmimhwA sw fi«rst«lluii{| you 'gesinterten Chromstählen.

«rialieÄ »it Mh®£®¥ lidhte als 6_V8 / lsi dem ü¥li#kfm 'ftfffal^«^ besteht das isiaa? Htsstelluag w& ibi^srämllcA tsh

Stsf

to·

<W-tftftft/129Q BAD ORIGINAL

Gesintert· Chrom·tahle aus der Reih· der Legierung Pe-Cr-C haben jedoch einen starken Widerstand gegen Verformung, so daß das oben beschriebene Eekompressionsverfahren nicht angewandt werden kann· Venn man deshalb einen gesinterten Chromstahl Mit sehr als 6,8 g/com hermu-βteilen wünscht, müßte ein Verfahren ähnlieh su dem Verfahren angewandt werden, daS sur Herstellung von gesinterten rostfreien Stählen angewandt wird. D.h. das gesinterte Fe-Cr-Material wird weiterhin einer Carburisierbehandlung unterworfen. Venn Jedoch dieses Verfahren angewandt wird, ist die Kohlenetoffkoncentratlon in den dadurch hergestellten Produkten unterschiedlieh «wischen der Oberfläche und dem Mittelteil und eine einheitliehe Legierung kann nicht erhalten werden· Velterhln dauert die Carburisierbehandlung su lange«

Sie Hauptaufgabe der rorliegenden Erfindung besteht in einem gesinterten Chromstahl von hoher Diehte, der eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Värmebeständigkeit und Abnütsungsbeständigkeit besltst.

Eine weitere Aufgab· der Erfindung besteht in einem gesinterten Chromstahl (Fe-Cr-C) alt einer Diente τοη mehr als 7,2 g/com.

Sine weitere Aufgab« der Erfindung besteht in einem neuen Verfahren sur Herstellung ein·· gesinterten Chromstahls mit einer Diehte τοη mehr als 7»2 g/eem.

Diese und ander· Aufgaben der Erfindung können gelöst werden, wenn eine iatermetallieehe Verbindung FeCr hergestellt wird, die sehr brüchig ist und in einer allgemein als G -Phase beseiehneten Phase im Paasendiagrama der Legierungen der fe-Cr-leihe vorliegt, die auf diese Weise hergestellte Verbindung auf weniger als 10 » pulverisiert wird, die pulverisierte intermetallische Verbindung

009886/1290

nit feinen Pulvern τοη Fe und C vermischt wird und die vermischten Pulver gefärbt und in üblicher Weiee gesintert werden·

Insbesondere wird die intermetallische Verbindung FeCr in der β-Phase, die anschließend einfach als € -Verbindung beselohnet wird, sunächst erhalten, indem eine Legierung der Fe-Cr Reihe, die etwa 40 bis 60£ Cr enthält, bei einer Temperatur im Bereich von 600 bis 800¹C getempert wird und die dabei erhaltene 6-Verbindung dann su feinen Pulverkörnern mit einer Größe von weniger als 10 α pulverisiert wird und die pulverisierte ^Verbindung, das nachfolgend als 6-Pulver bezeichnet wird, alt einer geeigneten Menge an Fe-Pulver und Kohlenstoff pulver vermieeht wird und geformt und gesintert wird, so daß ein gesinterter Chromstahl mit einer Dichte von mehr als 7 »2 g/oom erhalten wird.

Die Grundlagen, Art und Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung ergeben sieh aus der folgenden Besehreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.

In den Zeichnungen sind

die Fig. 1,2 und 3 Diagramme, die jeweils die Struktüren von gesinterten Chromstählen gemäß der Erfindung zeigen,

die Fig. 4 eine graphische Wiedergabe der Härte eigenschaften bei hoher Temperatur« wobei der gesinterte stahl gemäß der Erfindung bei seiner Anwendung als altering mit demjenigen aus einem üblichen Material gliohes, ist,

!ig* 5 ein© waiter« ermphleeh.« Baretell&sg γ@α

_B äf.<§ ®3?&sli.«?s. WiXUm^₉ wesn das ü@w ^rfisÄMag in d«i? Fsssis Ib *

BAD ORIGINAL

dl· fig. 6, 7, 8, 9, 10« 1t und 12 Wiedergaben τοη mikroskopischen Aufnahmen, die die Strukturen der Chromstähle gemäß der Erfindung «eigen.

Zunächst werden die üblichen Verfahren sur Herstellung von gesinterten Materialien der Reihe ϊβ-Cr-C Ib einseinen beschrieben· Diese Materialien wurden naeh einem.der folgenden Verfahren hergestellt!

(1) Milchverfahren:

Die PulTer τοη Ie₉ Cr und C wurden miteinander im gewünsohten Verhältnis remai seht, unter Druek gefomt und dann gesintert· Bei diesem Verfahren ist eine Ein- . heitliehkelt der Legierungsstruktur aufgrund der Oxydation τοη Cr während des SinterungsTerfahreas und der Bildung τοη Chromcarbid durch umsetsung swisehen Cr und C schwierig su erhalten, so daß kein gesintertes Material τοη hoher Sichte erhalten werden kann»

(2) Legierungspulrerrerf ahrens

Ein LegierungspulTer aus Pe-Cr-C mit dem gewünschten Verhältnis der Bestandteile wird al« Ausgangsmaterial verwendet und das PulTer anschließend preßgeformt und gesintert. Der Nachteil dieses Verfahrene liegt in der niederen Verpreßbarkeit des LegierungspulTers und in dem schlechten Fortschritt su einer hohen Siehte während des Sint enmgsverfahrene·

Bei ein·τ Abwandung diese· Verfahrens wird ein Legierungspulver aus Pe-Cr verwendet, welches mit pulverförmig«« 0 im gewttnsohttn Verhältnis gemischt wird» Jedoch verbleibt die Schwierigkeit der Verpregbarkett auch •el die··» Verfahren und dl· unitureicheadc Diffusion des 0 ergibt ein· uneinheitliche Struktur, «o dal dl· gewünscht« einheitliche Struktur Ten heber Sieht* nicht eraalten werden kann.

009888/12IÖ

(3) Sa wird das bei der gewBhnliohen Sehmelsstahlherstellung verwendete Perroehrompulver verwendet und das Pulver Mit Pe-Pulver und G-PulY*r vermisch, geformt und gesintert· Obwohl das Perroehrompulver ChroB in einer Menge ▼on 60 bis 65 £ enthält« i»t seine Struktur im α-Bereich ▼on klebriger Art, so daß ein feines Pulver hiervon schwierig su erhalten ist· Wenn infolgedessen dieses Pulper mit Fe-Pulve? und C-Pulver ve mischt und gesintert wird»

fc ist eine einheitliehe Struktur aufgrund der unsureichenden Legierungswirkung schwierig su erhalten und auch die Dichte hiervon wird niedrig· Die naoh diesem Verfahren erhältliehe maximale Dichte betragt etwa 6,7 g/cem und die mechanische festigkeit ist niedrig, weshalb die Anwendung hiervon nioht stärker als bei den üblichen gesinterten Elsenmateriälien ausgedehnt werden kann·

Im (tegenaats su den vorstehend beschriebenen üblichen Verfahren sur Herstellung von gesinterten Chromstählen wird beim erfindungsgemieen Verfahren eine intermetallische Verbindung von Fe-Cr im 6-Bereioh verwendet, die brüchig ist und leieht durch irgendein übliches Wählverfahren pulverisiert werden kann, wahrend das Sinterungeverfahren in der

w folgenden Weise ablaufen dürfte·

Vor der Sinterung besteht dl· geformte Substans aus dem in Pig· 1 geseigten Qemlseh aus dem 6 -Pulver, Pe-Polver und G-Pulver« Die geformt· Substans wird in Wasserstoff atmosphäre wärmebehandeltι so daß die Sinterung aufgrund der Diffusion der F«~, Qr- und C-Atoee eintritt. In ng· S ist die Struktur der g«fomt«xi Substans naoh einer derartigen Sinterung bsi 12CHK während 1 stund« geseigt» M* Matrix besteht aus einer Pe-C-Legierung usA ias ^-Pulver fü0x> ist innerhalb dies«? Matrix verteilt· Di· Struktur naoh dev Sinterung bei 13(XW wälurend t Stunde ist in Flg. 5

009886/1290 mdobbw«.

1962'[£5

gezeigt, wo das ChPulver verschwunden ist und eine einheitliche Struktur, die kristalline Matrices der Fe-Cr-C-Legierung enthält, erhalten wurde· Der Grund für das Terschwinden des tf-Pulvers ist bis jetzt nicht klar. Es wird Jedoch angenommen, daß die oxydierte Schicht an der Oberfläche des ö'-Pulvers durch das sieh ausdehnende Tolumen BU dem Zeitpunkt, wo die €f -Phase in die α-Phase überführt wird, weggebrochen wird und die Metallatome des 6 "Bereiches mit den Matrices, die den 6 -Bereich umgeben, in Berührung kommen. Weiterhin nimmt aufgrund der Diffusion der Cr-Atome in das Fe der Prosentsatz an Cr in der Matrix allmählich zu, wodurch die Matrix τοη der γ-Phase in die α-Phase überführt wird. Durch die Zunahme des Volumens zu diesem Zeitpunkt werden die Poren oder Spalten innerhalb der Struktur zusammengepreßt und die Sichte innerhalb eines kurzen Zeitraumes erhöht.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Teilchengröße des in der Fe-Cr-Legierung verwendeten 6 - Pulvers die Dichte der gesinterten Substanz nicht beeinflußt und ein Material von hoher Dichte mit wenigen Poren erhalten wird. Wenn jedoch C zusätzlich zu diesen beiden Bestandteilen zugesetzt wird, beeinflußt die Teilchengröße des d-Pulvers die Dicht· des gesinterten Produktes stark. Insbesondere findet im ersteren Fall eine wechselseitige Diffusion, zwisehen des Teil, wo das ^-Pulver vorliegt, und dem Matrixteil statt, wodurch ein Produkt von hoher Dichte mit gleichen Konzentrationen an Fe und Cr erhalten wird. Jedoch sind im letzteren Fall, falls die Teilchengröße des d-Pulvera einen durchschnittlichen Xornduröhmeaeer von etwa 20 p. C-^325 meshes) besitzt, die Teile, die den vt?sciiwun&®n®n Anteilen dea?£»-Phase entsprechen, in der gesictertcn. Struktur

009888/1230

teilt und» da dies« Teilt eine Ieigung but Bildung τοη Poren oder Spalten innerhalb der Struktur «eigen, kann die maximale Pichte derselben den Wert τοη 6,8 g/ccm nicht übersteigen·

Falls jedoch die Korngröße des 6-PulTera und die üblicherweise angewandte Teilchengröße Terringert wird» so daß die durchschnittliche Teilchengröße weniger als 10 ά beträgt, kann die Dichte des gesinterten Fe-Cr-C-Materials auf mehr als 7,2 g/com erhöht werden und lediglieh einige minimale Poren Terbleiben in der Struktur des gesinterten. Materials.

Diese Tatsache läßt sieh im einseinen wie folgt erläutern* Sin 6-PulTer mit einem durchschnittlichen Korndurohmesser τοη etwa 20 ä (-325 meshes), Fe-PulTer, C-PulTer und eine geeignete Menge eines Gleitmittel», wie Stearinsäure oder Zlnkstearat, werden susammengemisoht, so daß das gewünschte GehaltsTerhältnls erhalten wird. Das dabei erhaltene Gemisch wird dem gleichseitigen Yermisehen und Mahlen, beispielsweise durch eine Vibrieraühle oder eine Kugelmühle, unterworfen und einerseits wird dabei das 6 -PulTer weiterhin su einer durchschnittlichen Korngröße τοη weniger als 10 a pulverisiert und andererseits werden dabei Fe-Pulrer, C-PulTer und das 6-PulTer steif miteinander Terbunden· Zu diesem Zeitpunkt bedeckt das Schmiermittel, wie Stearinsäure, die Oberfläche dieser PulTtr und die sur Verhinderung der exothermen Oxydation dieser PulTer aufgrund der Zunahme der spesifIschen Oberfläche« Falls diese PulTer preßTerformt und gesintert werden» erfolgt die Diffusion der Fe~, Cr- und C-Atome ausreichend und «in® feine Struktur der gesinterten Substans kann erhalte» werden.

009886/1290

?all* hingegen «in 6 - Pulver sit tinea durchschnittlichen Korndurchnesser you etwa 20 ja ( -325 Jöeehes) uns Fe- und C-Pulver mit einem Xorndurohaesser von etwa 20 xt (-325 meehe») in einer üblichen Misehaasehlne« beiSpielsweis« eine« Mischer vom V-t|yp, ein·» Ludlge-Mleoher« eines Doppelkonuemiecher, vermischt werden, wird die Pulverlalerung dea 6-pulvers auf weniger el· 10 ä nicht teewirkt und die eteife Verbindung diener Pulrer findet nioht statt, wodurch, falle die auf di*ee Weiee genieohten Pulver preßrerforat und gesintert werden« die Verkleinerung 4er Struktur nioht so« wie %m roreteheaden Beispiel_v fortschreitet und die maximale Dichte den Vert von 6,8 g/oo* nicht übersteigen kann»

Vie vorstehend ausgeführt, beeinflussen bei der Herstellung der gesinterten Fe-Cr-C-Leglerung unter Anwendung des c-Pulvere die TeilohengrOee des (i-Pulrerii und das Miecaverfahren direkt die sohlleeiieh erhaltene Dichte der gesinterten Legierung und ein gesintertes Material von hoher Dichte kann nicht nach der üblionen Pulvermetallurgie erhalten werden« bei der Pulver »it einer Korngroe· von etwa 20 it (-325 s*shss) einfaoh mittels einer aseehanisohen Hlsehaaschins vermischt werden* Wenn das Ö-Pwlnn·? dureh ein Mieob- imd Sohlelfverfahren weiterhin ptaverisiert wir*, wie es erfisdnngsgeaftS vorgesohrisbea ist« kaira von Anfaag an ei» gesinterter Ohroejstaili tös hoher Sieht· erhalten werden.

VaiXtthin könnea in dei? gesimterleii ^sgieswog geaaft der Srf&Retasif £egi«rMiis»®I#nest9₉ wie 11« Ue₉ Mfe$ Si» W₉ Al₉ ti» ?₉ 0« woä dergl·» iugfisetet ssiii_f wi* in fell «er ttblloke» !««itffttBgSB der 9®-C>*-Ö-^elfe», vm üi% mi ifrgolX^llmsbmn llgesyteiiatfea s« verlesseim»

009918/1210

Ein weiter·· Merkmal der gesinterten Legierung gemäß der Erfindung liegt in der Tatsache, daß die selbsthärtende Eigenschaft de· Cr stark auftritt, da das Cr-Slement in xufriedenstellender Weise sum Zeitpunkt der Sinterung diffundiert wird, so daß eine einheitliehe Legierung erhalten wird, und daß die wärmegehärtete Struktur lediglich dureh Abkühlen der gesinterten Legierung von ihrer Sinterung·temperatur erhalten werden kann, so daB das gesinterte Material τοη hoher Festigkeit in einfächer Weise erhältlieh ist.

Vm weiterhin die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der gesinterten Chromlegierung su verbessern, kann die gesinterte Legierung einem Ealtsohmled- oder Heißschmiedrerfahren unterworfen werden und auf diese Weise die Dichte des gesinterten Chromstahls weiterhin erhöht werden oder dessen Struktur weiterhin rerfslnert werden. Zum Zweck der Verlesserung der Dlasnaioasgenaulgkelt kann die gesinterte Legierung ela«a? Ütasrsug·-» oder Kjalibrierbehandlung, wie die anderen gesinterten Materialien,unterworfen werden·

Ma folgenden Beispiel« dienen «ur weiteren Erläuterung Erfindung«

mit folgender Susammsnsetsung werden nach swei hergestellt» wvon die eine in einem einfaoh@ii mM ilMiithen meohaaisehen Ml««lnrerfahr«n und die im KiätO- wtä JtehlTerfalimii gemäB der Srflndung be-

« wod%gr«M ämad «-WVÜ.W9W weiterhin su einer feilohen- von weai&w mim 10 μ serkleinert wurde.

009886/1290

1962425

6-Pulrer Fe-Pulrer

(40 Äew.-fll Cr-Fe) Korngröße 20 Ά (-325 Meeheb)

Kohlenstoff- (1 Us 2 u puTrer '

20* 8OjC

0,5

Diese HischpulTer wurden nit 5 t/o« rerpreßt und die Metallkompaktetücke in einer hochreinen Atmosphäre bei 1300⁰C eährend 1 Stunde gesintert. Die charakteristischen Werte der dabei erhaltenen swei Arten τοη gesinterten. Materialien Bind in nachfolgender Tabelle I aufgeführt·

tabelle I

Verfahren Spesivi- Spesifi- Zug- Dehnung 80h.es Qe- sohes Oe- festigwioht der wioht der keit geformten gesinter-Substana ten Legierung

Rookwell C-härte

(1) übli ches Ver fahren	6	.20	6	.43	69	kg/ii .5	Z !•on	12
(2) er- findungs- gemäfi	6	,17	7	.42	104	.3	2,0	33

Bei der Untersuchung der Struktur der gesinterten Chromstähle wurde festgestellt, dafi (1) beim übliohen Terfahren verhältnieaäöig groß· Poren, wie aus Fig· 6 ersichtlich, gebildet wurden, während (2) bein erfindungsgemäßen Verfahren lediglich einige sehr kleine Poren, wie aus fig. 7 ersichtlich, rerblieben. Die eretere bestand aus grobem Martensit und die sweite feine« Kartensit. Der Unterschied ist auf die unterschiedliche Teilchengröße der

009886/1290

^BAD

€>- Pulver bei beiden Fällen surüoksufuhren.

Beispiel 2

Misohpulver nit der naohf olgenden ZusasuBsnaetsungen wurden unter Verwendung einee handelsüblichen FerroehrompulTers Vr. 2 ( 68* Cr) und 6 - Pulver (40* Cr) hergestellt, so da8 ein Gehalt der Elemente an ϊβ-5* Cr-0,5* C erhalten wurde.
Probe At

PerrochroapulTer 150 xl (400 meshes) 12,7* ?e-Pulver 150 ^t (-100 meshes) 87,3* Kohlenstoff pulver ( 1 bis 2 it) 0,5*

Probe Bs

6>- Pulrer (weniger als 10 η) 20,0*

*e-Pulver 150 f (-100 seshes) 80,0*

Kohlenstoff pulver ( 1 bii2a) 0,5*

Sie Probeoasssn A und S wurden vemisoht und in einer Yibrieraühle su de« Ausnafi gemahlen, daß das darin enthalten· 6 - Pulver su einer loragröß· von weniger als 1Ou geaahlen wurde, und beide Proben vollständig unter den gleichen Bedingungen behandelt. Di· beiden Proben A und B wurden dann in Metallforaen bei einen Druck von 5 t/o» verpreBt und die auf diese Weise geformten Gemische dann in einer hochreinen Atmosphäre bei 130052 während 1 Stunde gesintert. Sie charakteristischen Werte der dabei erhaltenen gesinterten Legierungen aus den beiden Proben sind in nachfolgender Tabelle II aufgeführt.

009886/1290 ^BAD

tabelle

Spesifi-

•ehe« Oewioht des geformten eemi8oh.ee

Spesifi- Zugsehes Se- featigwioirfc der keit gesinterten legierung

Sehnung

£ookwell-C-Härte

Probe A

Probe B
(er-

findungs-

gemäß)

6,3

6,7 7,5

65 kg/i 92

3,5

10 60

Sie Mikrostrukturen der beiden Arten amie gesinterten Materialien sind in den fig· 8, 9, 10 und 11 wiedergegeben. Ton diesen Wiedergaben seigt Fig. 8 die £r-Konsentration in der Probe A unter Anwendung eines HöntgenstrafclKiks·©- analyaators und fig. 9 «ine gewuhnliehs pfa^tomikroekepieone Wiedergabe der Struktur der Prob· A. Aus diesen Wiedergaben last sieh deutlieh die Segregation von Cr erkennen und es wird auoh die gewöhnliehe Perlit + Ferrit-Struktur beobaehtet. Die Fig. 10 seigt die Cr-Konsentration in der Probe B genau der Erfindung, die dureh den Röntgen*trahl-Hikroanaljaator erhalten wurde« Auf diese Wiedergabe seigt aloh deutlich, dafi die Cr-£Le*ente einheitlieh innerhalb der Probe verteilt aind· Sie Fig. 11» die dia alkroekoplaehe Wiedergabe der Struktur des Probestücke» B seigt» ergibt, daB die Probe B aua einer dichten Struktur von Martensit besteht und einige kleine runde Poren darin verteilt sind. Aufgrund dieser Struktur «eigen Dicht» u&A Festigkeit des erfindungsgeaieen gesinterten Probestückes höhere Warte.

009886/1290

Beispiel 3

Unter Verwendung τοη £>-PulT«*r Bit einer durohechnittliehen Korsigrb'Se von 20 η (-325 meshes) und Fe-PuTrer wurde ein Geaisoh aus Fe-5J* Cr hergestellt* Bee Geaisoh wurde weiterhin C-PulTer in einer Menge Ton O,5# bzw. 1,QJi sugesetst. Sie dabei erhaltenen Materialien Fe-5> Cr und die beiden Geoiache alt eines Gehalt -von 0,5 £ und 1,0# C-Pulver wurden weiterhin Mit 1ji eines Gtleitnlttale, beispielsweise Zinkstearat, Tersetst und dann in einer Yibrieraühle Teraischt und gemahlen» bis das darin enthaltene 6 -PulTer sa einer Korngröfle τοη weniger als 10 ja Teraahlen war· Die geaisohten und Teraahlenen Proben srurden dann in Metallbörsen bei 5 t/o» Druok gepreßt und in einer hochreines Atmosphäre in «inea Xesperaturbereieh τοη 1250% bis 1300"C während 1 Stunde erhitzt· Die dabei erhaltenen drei Arten an gesinterten Chreaetählen gemäß der Erfindung wurden alt üblichen gesinterten Sisenmaterialien vergliehenj dl« Brgsbnisse sind in Tabelle IZI enthalten.

	Dicht«	Tabelle	46,0 60,0	III	Bockwell- harte	Hersteilungs- Terfahren
JSussjnsnse tsung	Zug- Del festig keit	UlUBg	BC 50 BC 60 BC 61	erfincUmge- gemäfi
f *-5Jt Cr ?β-5#ΚΟ,5# C	g/eoB kg/mar 7,52 67,6 7,47 91,8 7,42 116,4		BB 85 BB 83	eine Pressung und eins
Fe-2 Cu -1,0 C Fe-4Cu-2Ii-10	6,82 6,87	5,0 3,5 2,2
	2,0 3.0

009886/1290

1962485

Tabelle III (lOrtsetsung)

	Sichte	Zug festig keit	Sehnu	ng Rockwell«	■ Her stellungs verfahren
Zusammensetzung	7,20 7,20 7,20 7,70	35,0 42,0 65,0 70,0		härte	2 Fres sungen und 2 Sinterun gen gesinter tes Ma terial heiS geschmiedet
F6-2CU Fe-3Cu-2Wi Fe-3Cu-51"i Fe-3Ki-O,5Mn-O,5C			12,0 6,0 6,5 5,0	BB 55 BB 64 BB 82 BB 80

Wie sich aus Tabelle III ergibt, besitzen die erfindungsgemäß hergestellten Proben höhere mechanische Festigkeiten als die Üblichen gesinterten Materialien, die einer einfachen Fressung und einer einfachen Sinterung in ähnlicher Weise, wie erfindungsgesäS, unterworfen wurden. Sie drei Arten an Probestücken, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, seigen höhere Zugfestigkeiten, Härten und Sichten als die in üblicher Weise gesinterten Materialien, die swei aal gesintert wurden. Insbesondere haben die Probestücke gemäß der Erfindung gleichwertige Eigenschaften, wie die geschmiedeten gesinterten Materialien, die «.Zt. in weiten Umfang Terwendet werden. Die hohe Härte der gesinterten Materialien gemäß der Erfindung ist auf die selbsthaltende Eigenschaft ron Cr surüoksuftthren, welches ein» Mart»neitwära»hartungs»truktur ergibt, wenn das gesinterte Material τοη der Sintertemperatur abgekühlt wird· Bei den üblichen gesinterten Materialien wurde diese Struktur durch »in getrenntes WiraehärtungsTerfahren erhalten· BIe vorstehend beschriebene Art des g·-

009886/1290

«interten Material« ist besonder« vorteilhaft, wenn da« Material al« Strukturbauteil verwendet wird, wo «in« stark« Abnütsung«beetändigk«it erforderlich ist. Weiterhin kann der gesintert« Chromstahl gemäß der Erfindung hineichtlich »einer Struktursusaam«ns«tsung oder «einer Sig*n«ehaft«n variiert werden, indem die Abkühlgeschwindigkeit variiert wird oder «her einer Wärmebehandlung, beispielsweise einem Anlaß verfahr en, wie in fall der durch ein gewöhnliche« Schnellverfahren erhaltenen Chromstahl«

" untersogen wird·

Beiepjel 4

Sin 6 - Pulver mit einer Korngrufie von 20 η (-32$ meehe«), Pe-PuIver mit einer Korngröße von 150 μ (-100 mesh·«) und Kohlenetoffpulver mit einer Korngröße von 1 bis 2 Ii wurd«n im folgenden Verhältnis vermiaoht und in einer Tibriermühle gemahlen, bia die KorngrttB· d«s 6-PuIver« auf weniger als 10 ja verringert war, wobei «in aealaeh mit F« - 2Jt Cr - 1,5* C erhalten wurde.

β-Pulver (40* Cr) 5 % Fe-Pulver 150 a (-100 meshes) 95 J* C-Pulver < 1 bis 2 p.) 1,5 *

Bas Mieehpulvtr ward« in einer Metallform bei einem Druck von 5 t/em preSverformt und das auf die·« Weise geformt« £«mi««h in einer hochreinen Atmosphäre bsi 125O«C während 1 Stunde erhitat. Si« oharakterietieehen ligsn- «ohaft«n de« dabei erhaltenen gesinterten Matefiale waren folgend«t

@AD ORIGINAL

009886/1290

*· 17 -

Dicht· d·· gesinterten Material· 7_t4O g/cea Härte de· Katerila· Rockwell I 95

Struktur 4·· Materials Dispersionestruk-

tur »it »ehr kleinen Carbldkurnern, wie in fig. 12 gegeigt.

Da· gesinterte Materila wurde erneut in einer niehtoxydierenden Ataoephäre bei einer Temperatur τοη 950 bis 1100¹C erhltst und anschließend 1» heißen Zustand gesohmiedet· Sie Eigenschaften de* dabei erhaltenen Materials waren folgend·!

Dichte des geeohaiedeten Material· 7,β g/oem Hart· Rockwell 1 110 und

Reekwell 0 35

Struktur Dlsferelonaetruk-

tür alt eehr kleinen Carbidkörnern

Bs ergibt sieh au· dem Tor stehenden» dm· dis Bläht· der Produkte gesteigert werden kann und deren Hirt· erhöht werden kann, wenn da· gesinterte Material §·■!§ der lrfindung Ib heiften Zustand gesohmiedet vlrd. Is ist darauf hinsuweisen» daß, fall· ein gesintertes Material alt einer groben Struktur auf diese V·!·· gesehaiedet wird» Al« Struktur am einer kleinen Struktur aufbrieht und sl··- lioh ähnliehe Kigensohaften erhalten ward·» kVnnan, wie sie

ie« Ubliehen Sohaels- und SehaiedeTerfahren erhalten keimen·

Wie In aaatliehen Torstehenden Belspielea angegeben, wird geaii A«r *rfinduag ein aeals«a au· 6 - &Δψ**₉ 7*~ fuller «ad CUfulTer Termls«ht und gleieaseltig geaahlen» •o AaS Al· langrllS· de· 6 -PuTrer« weiter Terrlngert viii uaA Ale B«nthrmmg awivalMtt Α·κ Yulrem wtlterkln Terk«aa«rt

009886/1290

1962425

wird. Infolgedessen wird «in gesinterter Chromstahl Ton hoher Dicht·, dtr bisher als unmöglich betrachtet wurde, durch die Sinterung leicht erhalten und die Bigenechaften des dabei erhaltenen gesinterten Chronstahls sind denjenigen der üblicherweise unter Anwendung der Pulvermetallurgie gebildeten gesinterten Sisenmaterialien weit überlegen und entsprechen denjenigen τοη gesinterten Materialien _v die anschließend la heißen lustand gesehmiedet wurden· Ss ergibt sieh auch, da£ der gesinterte Chromstahl genie der Erfindung weiterhin im helSen Zustand gesehmiedet werden kann und das dessen Eigenschaften gleioh denjenigen von gewöhnlichen Chromstählen gemacht werden kennen» die nach des Senmelzverfahren hergestellt wurden·

lachfolgend wird das Misehverhlltnis de· 6 - Pulvers in die fs- und CMPulver abgehandelt. Wenn der Gehalt des 6 -Pulvers durch den Gehalt an Cr in Prozent angegeben wird, kann bei weniger als O»5j6 Or kein merklicher Effekt beobachtet werden» wtnrcnd» falls der Prozentsatz an Cr den Wert Ton 20jf übersteigt« die Terpreflbarkelt des gemischten Pulvers abnimmt und keine ausreichend hohe Pestlgkelt erhalten werden kann· Deshalb sollte das 6-Pulver einen solchen Gehalt haben, dal ein Cr-Prosentsats von 0,5 bis 2OjC dabei erhalten wird·

Hinsichtlich der Misch· und Kahlbedlngungen sind, da diese durch die Konstruktion der Misch·» und Mahlmaeohine, der eingebrachten Pulvermenge, der Größe der Kugeln und &9**n Anzahl, der Drehgeschwindigkeit dt& llasehine und des ArbeitsseitrauBes variiert werden« die gfiiuftigetcn Bedingungen sehr schwierig anzugeben· Deshalb sind die Besiehungen »wischen 4er Mahlceit» der EorngrVie des 4 -Pulvers und den charakteristischen Werten des gesinterten Produktes ta der folgenden Tabelle eueaBa»ng«fasiit·

BAD

009886/1230

Schlcif- seit (Std.)	KoragrSSe des C-PuI-	Spsslfl- schss Ss- wioht des geformten Pulrera	Spesifi- aehes Oe- wicht dsr geainter- tsn Le gierung	Rockwell- härte
O (me chani sches Mischen)	duroh- sohnltt- lioh 20 f.	6,74	6,44	0 10
3	15	6,66	7,01	C 15
5	12	6,41	7,20	C 25
10	10	6,34	7,40	C 33

PulTergrttfist

Formdruoki Slnterungt

Fs - 5,0 Cr - 0,5 C

fs 150 ^ ( -100 meshes), fs-40Cr

C-Pttlrer 1 bis 2

1250-C, 1 Stund·

Aus den Torateheaten Ergebnissen seigt es sieh, 4*8 dl· Diente dss gesinterten Produktes dvreh einen Ml boa- und Mahlexbeitagmng erhöht wird, dureh den eine Korngrufie ron etwa 15 Ji des 6 - Pulrere eorhalten vird. Wenn dieser Arbeitegsng wihrsnd 10 StunAsn fortgesetst wird, wird die Korngröße Ass 6-PulTere auf 10 χ Terringert und dl« «us dies·« aeaisoh erhaltenen gesinterten Produkte haben die höh« Diehte τβη 7,40· Aus diesen Srgebniesen selgt es sieb deutlich, das «In Miaoh- und Hahlarbeltsgang τοη *1 3 Stunden, so daß die KorngruBe des 6- Pulrere weniger als 15 ρ vlrd_v notwendig 1st.

Ähnlich, wis bei gewöhnlichen Chromstahl, ktaaen dls Anwendungegebiete des gesinterten Chromstahls entsprechend

dem Prossntsats an Cr₉ wie folgt, klassifiziert werden«

0_t 5 bis 53* Crt Maaehinenbauteile und Werkzeugstahl,

die Abntitsungsbeständigkeit erfordern.

5 bis 10 1* Crt Maschinenbaustahl, der Abnütsungsbe-

etändigkeit und Wärmebeständigkeit erfordert.

10 bis 203* Cn Baustahl, der Korrosionsbeständigkeit,

Oxidationsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit erfordert.

20 bis 40 £ Crt Konstruktlonsmatsrial, das Wärmebe~

ständigkeit und Oacydationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen erfordert.

Der Pro«enteat* an C, der gleichseitig mit dem roretehend angegebenen Cr enthalten ist, liegt in Bereich ron .0,1 bis 2,5ji und die Gehalte an Cr und C werden in Abhängigkeit vom Anwendungsgebiet gewählt.

Xaehfolgend wird als Anwendung der gesinterten Chroestähle gemäfi der Erfindung ein Fall belegt, wobei ein derartiger gesinterter Stahl als Sitsring eines Ventils für einen Kraftfahrzeugmotor verwendet wurde, der hohe Yäraebeständigkelt und Abntttsungsbeständigkeit erfordert·

Beispiel 5

Ss wurde ein gesinterter Chromstahl (Fe - 8jt Cr 0,5 % 0) gemäß der Erfindung, ein Vi - Cr-Gufieisen, welches als üblicher Sitsring eine· Tentils verwendet wird, und ein aesenkstahl (SKS 1) verwendet und diese Materialien Im Vakuum von etwa 10~² mm Ig erhitst und deren Härte im Temperaturbereich von Baumtemperatur bis 6OCW gemessen·

009886/1290

Di· erhalten·!! Ergebnisse sind in Pig, 4 dargestellt· Wie «ich. aus dieser figur ergibt» zeigten die übliohen Materialien «in· signifikante Verringerung der Hart« bei Temperaturen oberhalb 500⁰C* Hingegen selgte das gesinterte Material gemäß der Erfindung lediglich «in« gering« Verringerung der Härte und der Wert war beträchtlich hoaer als bei den üblichen Materialisn· Ba der Sitsring insbeeondere in der Abgassslte slnss Motors ststs sinsr hohen Temperatur τοη mehr als 50O⁸C ausgesetst ist, ist das ge« sinterte Material gemäß der Erfindung in dieser Hinsieht weit besser als die üblichen Materialien. Insbesondere 1st di« Dichte eines gesinterten Materials nach der üblichen Pulvermetallurgie höchstens 6,8 g/oom , wie sieh aus Beispiel 2 ergibt» und sin· Ansah! τοη Poren sind gegenseitig Innerhalb der Struktur gebunden· Venn das gesinterte Material als Sitsring verwendet wird, sickert das das Ton hohem Druck beim Kompressionsgang des Kolbenmotors teilweise aus dem Motor durch diese Toren aus, so daß nachteilige Merkmals, wie Verringerung der Kraftabgab« und Störungen durch das aussickernde 0as_f hierdurch auftreten» Deshalb kennen die auf übliche Welse gesinterten Materialien nicht in der Praxis als Sltsringe für Motoren Terwendet werden und es ist darauf hinsuwclsen, daß hier sum ersten KmI ein Sitsring unter Anwendung eines gesinterten Materials gcmäf dsr Erfindung erhalten wurde.

Das gesinterte Material gemäß der Erfindung wurde In einem Motor als Sitsring verwendet und einem Standversuch τοη 200 Stuaaen unterworfen· Das Gewicht der Sitsring· τογ und naeh dem Standversuch wurde sur Bestimmung der Wärmebeständlgkelt und AbnUtsungsbeatlndigkeit des gesinterten Materials bestimmt. Dl· erhaltenen Werte sind in ng» 5 dargestellt· WIs sieh aus dsn Yersuehsergebnissen seigt.

009886/1290

dl« AbnUtzungemengender Sitzringe, dl· aus dem gesinterten Material gemäß der Erfindung bestehen, bemerkenswert niedriger als diejenigen von Sit«ringen, die aus üblichen Materialien gefertigt sind. Dit aus den üblichen Materialien gefertigten Sltsringe ergaben, daß die an die Ventile anstoßenden Oberflächen derselben einer beträchtlichen Abnützung unterworfen wear en, die ein Aue« sickern τοη das bei« Komprimiergang durch die Spalten swi-

) sehen de» Sitering und dem Tentll ergaben» wodurch eine Verringerung der Abgabe des Motors verursacht wurde. Jedoch konnte im Fall der Sltsringe unter Anwendung des gesinterten Materials goals der Erfindung eine Verformung der Sltsringe aufgrund τοη Abnützung nicht festgestellt werden und es wurden praktisch keine Störungen mit den Sitzringen erkalten, die aus den gesinterten Materialien gemäß der Erfindung gefertigt waren.

Als welter· Anwendung der Materialien gemäß der Erfindung wirft ein Beispiel sur Herstellung eines Schneller belt sstahlee, der «Ine erhöhte Hirt« bei honen Temperaturen erfordert» unter Zusats von anderen Metallelementen

. nachfolgend gegeben·

Beispiel »

unter Anwendeng eines 6- Pulvers alt siner Teilchengröße von weniger als 1Oi wurde ein Mlsohpulver eines Sehnellarbeitsstahlee vom Typ 18-4-1 entsprechend folgender Zusammensetzung hergestelltt

Ö-Pulver (40 öew,-* Cr-Ys) 10,0 Jt

fe-Pulver 20 ρ (-925 Meshes) 69*2 *

V-Pulver (durchschnittliche Teilchen- 18,0 <fi grus· 2 bis 3 /u)

fs - V -Legiurmngspulver (50 <lsw,-j( V-fe)

20 fk (-525 meshes) 2,0 ft

Kohlenetoffpulver (*«rohschi4ttlioi»e Teilihenerefle 1 bis 2 ft ) 0,8 Jt

00-9886/1290 bad original

19624S5

Das vorstehend· Gemisch wurde in einer Metallfora bei einem Druck von 5 t/em gepreßt und da· dabei erhaltene geformte Material bei einer Temperatur von in einer Schulatmosphäre während 1 Stund· gesintert.

Das spezifische öewioht des auf die·· Weise gesinterten Materials betrug 7,90 und dessen Roekwell-C« Härte 60. Die mikroskopisch beobachtete Struktur des gesinterten Materials war gegenüber derjenigen eines gewöhnlichen nach dem Schmelz-verfahren erhaltenen Schnellarbeitsstahles unterschiedlieh und es waren susammengesetzte Carbide dispergiert in Austenit und vermischt mit Martensit su sehen.. Die Dispersion der susammengesetsten Carbide war äueeerst gleichmäßig und von feiner Struktur· Weiterhin konnten die verbliebenen Poren oder Spalten leicht beseitigt werden« indem das gesinterte Material einer zusätzlichen Schmiede- oder Ziehbehandlung im heißen Zustand unterworfen wurde und dabei eine dichte Struktur erhalten wurde. Abschrecken, Tempern eöer Anlassen könnt· ebenfalls, wie im Fall der gewöhnlichen Schnellarbeitsstähle, durchgeführt werden und das auf dl··· Weis« wärmebehandelte gesinterte Material konnte auf verschiedenen Gebieten als Schneidwerkzeug verwendet werden.

Beispiel 7

Ein Pulvergemisch für einen Sehnellarbeitsstahl vom Typ 6-5-2 wurde unter Anwendung von feinem (-»-Pulver hergestellt· Die Zusammensetsung war in diesem Pail folgendes

009886/1290

ό-PulTer (40 Gew,-)i Gr - Pe) 10,0*

Fe-PulTor 20 ρ {-325 Msh··) 69,0*

¥-PulT«r (durchechnittlioh· Teilchengröße 2 bii 8 )

Fe - Mo-iulrer (50 C«w.-* Ho-?·)

20 ^ (-325 »«eheβ) 10,

Fe-Y-PulTer (50 Gew.-£ Y-Fe)

20 ^ (-325 meshes) 4,0*

Kohlenstoffpulrer (durcheehnlttlich· Teilchengröße 1 bis 2 yu) 1,0*

Bas Hieohpulrer wurde statisch in einer Metall form bei eines Druck τοη 3 t/«a gepreßt und eine geformte SubstsjUE ait 100 Durohmeeser χ 400 am erhalten. Sie gefornte Sub·tans wurde dann in einer SehutsatmoSphäre bei einer Teaperatur τοη 125O⁴C! während 1 Stunde gesintert und ein gesintertes Material mit einem epe»iflachen Gewioht τοη 8,0 und einer Rookwell-C-Härte τοη 61 erhalten· Die nikroskopiseh festgestellte Struktur und die anschließende Behandlung waren gleieh, wie beim vorstehenden Beispiel 6.

£s ergibt sich aus der Torstehenden Beschreibung, daß das gesinterte Material gemäß der Erfindung ein Chromstahl τοη hoher Sichte ist, wie er bisher durch die Übliche PulTermetallurgie als schwierig herstellbar betrachtet wurde und dat dessen Anwendungsbereich» wie bei gewöhnliche! Chromstahl, durch Yariierung der Prosentsätse an Cr und C ausgedehnt werden kann· Weiterhin kann das gesinterte Material noeh in seinen Eigenschaften dureh Sehmieden im heißen oder kalten Sustand Tcrbeescrt werden und die mechanischen und physikalischen Eigenschaften desselben kttanen noeh dureh Xusats verschiedener Legienuagselemente, wie Vi, Me, Xb₉ Si₉ W, Al₉ 9I₉ T₉ Cu und dergl., einge-

009886/1290 «»o«aw«.

regelt v#r*«n, wi· «β auoh bei den üblichen nach de« Schaelrrerfahren hergestellten Chroeetählen der lall ist· Sa· gesintert· Material graue der Erfindung kann aueh wäraebehandelt werden, belipieleweiee nitt·!· Wäraehärtung oder Anlaeeen.

009886/12 90

Claims

Patentansprüche

1. Geeintester Stahl τοη hoher Dichte» dadureh gekennsolohnet» daß er au« eines MlsehpulTer» das aue feinst pulTerisiertcm ^-Pulrer im finnisch mit C-Pulrer und Fe-Pulrer besteht» hergestellt» weiterhin Tcrformt und gesintert wurde»

2» Gesinterter Chromstahl τοη hoher Blehte» dadurch gekennseiehnet» daß sr aus einem MisehpulTsr» das aus * feinst pulrerlsiertsm 6 * PnlTer i« eealsoh, alt C-Pulrer» fe-PulT«r und weiteren Pulresn τοη Iegiemngselenenten besteht» hergestellt» anschließend gefönt und gesintert wurde»

5* Sebrauehegegenstlnde» erhalten aus dem gesinterten Stahl tob hoher Blehte nach Anspruch 1» die weiterhin einer Kalt· oder Warmbearbeitung, beispielsweise Sehmieden» Ziehen oder Waisen» unterworfen wurden.

4· debraitohsgegenstlsde aus dem gesinterten Chromstahl τοη hoher Blähte naoh Anspruch 2» die weiterhin einer Kalt- oder Warabearbeitung, belsplelswslee Sshmieden» liehen oder Waisen, unterworfen wurden.

BAD OHiGlNM. ι

000886/1290 ZZj

Leerseite