DE1962495A1 - Gesinterter Chromstahl und hieraus gefertigte Produkte - Google Patents
Gesinterter Chromstahl und hieraus gefertigte ProdukteInfo
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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
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«0ä 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·»
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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 6V8 /
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.
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 Beispielv 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 ssiiif 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.
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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·
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
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BAD
€>- Pulver bei beiden Fällen surüoksufuhren.
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
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*
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
Spesifi-
•ehe« Oewioht
des geformten eemi8oh.ee
Spesifi- Zugsehes Se- featigwioirfc
der keit gesinterten legierung
Sehnung
£ookwell-C-Härte
Probe A
Probe B
(er-
(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.
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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 |
||||||
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1962485
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· 7t4O g/cea
Härte de· Katerila· Rockwell I 95
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
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
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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 |
Formdruoki
Slnterungt
Fs - 5,0 Cr - 0,5 C
fs 150 ^ ( -100 meshes), fs-40Cr
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 vlrdv notwendig 1st.
Ähnlich, wis bei gewöhnlichen Chromstahl, ktaaen dls
Anwendungegebiete des gesinterten Chromstahls entsprechend
dem Prossntsats an Cr9 wie folgt, klassifiziert werden«
0t 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·
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 0asf 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·
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
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.
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*
¥-PulT«r (durchechnittlioh· Teilchengröße
2 bii 8 )
20 ^ (-325 »«eheβ) 10,
20 ^ (-325 meshes) 4,0*
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 (1)
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
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