DE2206942A1

DE2206942A1 - Pulverförmige Eisenlegierung und Ver fahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2206942A1
Application number: DE19722206942
Authority: DE
Inventors: Gordon J Ann Arbor Sto larski Boniface Grosse Pointe Woods Mich LeBrasse (V St A ) P
Original assignee: Federal Mogul Corp , Detroit, Mich (V St A)
Priority date: 1971-02-17
Filing date: 1972-02-14
Publication date: 1972-10-26
Also published as: AU3904272A; GB1387901A; CA934579A; SE384533B; BE779423A; US3676103A; AU463961B2; IT948626B; JPS5428367B1; ES399894A1; FR2125520B1; FR2125520A1

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. CURT WALLACH . β München 2, | T F;

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH kaufingerstrasse β

TELEFON 240275

DR. TINO HAIBACH

UNSER ZEICHEN: I3 603

FEDERAL-MOGUL CORPORATION Detroit, Michigan, V.St.A.

Pulverförmige Eisenlegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Auf dem Gebiet der Pulvermetallurgie "bezeichnet der Ausdruck "niedriglegiertes¹¹ Eisenpulver ein Eisenpulver, bei dem die Legierungsbestandteile insgesamt weniger als yjo ausmachen. Die bis jetzt bekannten niedriglegierten Eisenpulver, die eine gute Härtbarkeit und gute i'estigkeitseigenschaften auf v/eisen, werden hergestellt, indem man dem Eisen mit dem gewünschten Kohlenstoffgehalt als Legierungsstoffe Mangan, _AJiekel und Molybdän in Pulverform in einer Menge von je e.twa 0,5>° beimischt. Pulverförmiges Nickel ist jedoch sehr teuer und steht nur in begrenzten !.!engen zur Verfügung, und zeitweilige Unterbrechungen der Versorgung nit ITiekel, die z.B. auf Arbeitskämpfe zurückzuführen waren, haben in der pulvermetallurgischen Industrie schon zu sehr schwerwiegenden Folgen geführt, Die Verwendung von Mangan ist sehr erwünscht, um die wärmebehandlung zu erleichtern, denn durch eine Beigabo von Liangan wird das härten erleichtert. Ein sehr großer ITachteil des Mangans besteht jedoch in seiner leichten Oxidierbarkeit, die bis jetzt die Versorgung der Hersteller von Teilen aus Metallpulvern mit pulverfürmigem Mangan verhindert hat, da uieoe Oxidation dazu führt, da^ auf den Erzeugnissen Teilcnen aus Oxiden des Mangans uberr/Age bilden. Auch j/ioen, Molybdän unJ Jilizium bilden Oxide, vr^nn jie geschmolzen und aerstrlubt v/erden. Diese Oxide verunreinigen die

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BAD ORIGINAL

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Legierung, da sie als Fremdkörper wirken, die ihrerseits zum Entstehen eines unregelmäßigen metallurgischen i'eingefüges führen. Durch das Vorhandensein solcher Oxide werden die gesinterten Metallpulverlegierungen schwer verarbeitbar, und es tritt eine erhebliche Verringerung der Dehnung, der 3toßfestigkeit und der Zusammendrückbarkeit ein. Silizium wird bis jetzt der geschmolzenen Legierung häufig beigefügt, um das FlieQvermögen der Legierung zu steigern und so ihr Verhalten beim Zerstäuben zu verbessern, doch bildet Jilizium beim Oxidieren saure unlösliche Stoffe, so daß unerwünschte Kieselsäure entsteht. Diese unerwünschten Oxide und Fremdkörper werden daher vom Pulvermetallurgen als Verunreinigungen bezeichnet.

Das bekannte siliziumhaltige Eisenlegierungspulver nach der Vorschrift ä.A.E. 4400, das gemäß der Erfindung durch ein verbessertes Eisenlegierungspulver ersetzt werden soll, hat die folgende Zusammensetzung:

Mangan 0,45 bis 0,65$ Silizium 0,20 bis 0,35;« Molybdän 0,45 bis 0,60$

Rest Eisen und Kohlenstoff

nach Bedarf

Das ebenfalls bekannte nickelhaltige Eisenlegierungspulver nach der Vorschrift S.A.E. 4600, das gemäß der Erfindung ebenfalls durch ein verbessertes Eisenlegierungspulver ersetzt werden soll, hat die folgende Zusammensetzung:

Mangan 0,20$
Nickel 1,75$
Molybdän 0,25$

Rest Eisen und Kohlenstoff

nach Bedarf

Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein vorlegiertes, nickel- und siliziumfreies niedriglegiertes Eisenpulver mit einem minimalen Gehalt an Oxiden vorgeschlagen, das als Legierungsbestandteile Mangan und Molybdän in Mengen von je 0,5$ sowie Eisen und die gewünschte Menge an Kohlenstoff

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enthält; dieses rulver wird in der weiter unten beschriebenen Weise unter desoxidierenden Bedingungen hergestellt, und es ermöglicht die Vermeidung der genannten Nachteile der bekannten niedriglegierten Eisenpulver ohne eine Verwendung von Nickel oder Silizium, wobei gleichzeitig der Gehalt an schädlichen Oxiden auf ein Minimum verringert wird, während außerdem im "Vergleich zu den bekannten Legierungen ein erheblich besseres metallurgisches Feingefüge erzielt wird, wie es aus den beigefügten Mikrophotographien ersichtlich ist. Umfangreiche Versuche, die weiter unten beschrieben sind, und deren Ergebnisse graphisch dargestellt bzw. in Tabellen zusammengefaßt sind, zeigen, daß das mit A bezeichnete vorlegierte, nickel- und siliziumfreie Eisenpulver nach der Erfindung mit einem minimalen üüdgehalt, das mit Hilfe des noch zu beschreibenden Verfahren nach der Erfindung hergestellt ist, im Vergleich zu den erheblich teureren nickelhaltigen Eisenlegierungen Eigenschaften aufweist, die zum größten Teil den entsprechenden Eigenschaften der bekannten nickelhaltigen Legierungen gleichkommen und sie in einigen Fällen sogar überschreiten. Mit anderen Worten, bei dem erfindungsgemäßen Eisenlegierungspulver ist zwar die Nickelbeigabe fortgelassen, die bis jetzt für erforderlich gehalten wurde, um einem Eisenlegierungspulver gute physikalische und chemische Eigenschaften zu verleihen, doch weist das erfindungegemäße Pulver die erwünschten Eigenschaften nach wie vor in einem so befriedigenden Ausmaß auf, daß es in den meisten Anwendungsfällen anstelle der bekannten nickelhaltigen Legierungspulver verwendet werden kann.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen und Mikrophotographien an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einen Fließbild schematisch die ochritte des Verfahrens zum Herstellen des erfindungsgemäßen vorlegierten nickel- und siliziamfreien, mit A bezeichneten Eisenlegierungspulvers;

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Pig. 2 in einer graphischen Darstellung Jominy-Härteprüfungskurven, die für die nickel- und siliziumfreie vorlegierte pulverförmige Legierung A mit minimalem Oxidgehalt nach der Erfindung gelten;

Pig. 3 in einer graphischen Darstellung Jominy-Härteprüfungskurven für eine mit B bezeichnete bekannte nickelhaltige pulverförmige Legierung;

Pig. 4 Jominy-Härteprüfungskurven für ein mit C bezeichnetes bekanntes nickel- und kupferhaltiges Legierungspulver;

Pig. 5 Jominy-Härteprüfungskurven for ein mit D bezeichnetes nickelhaltiges Legierungspulver;

Pig. 6 Jominy-Härteprüfungskurven für ein mit E bezeichnetes bekanntes nickelhaltiges Legierungspulver;

Pig. 7 in einer graphischen Darstellung zu Vergleichszwecken Verdichtbarkeitskurven für das erfindungsgemäße Legierungspulver A und die bekannten Legierungspulver B, C, D und E;

Pig. 8 in einer graphischen Darstellung zu Vergleichszwecken die Zugfestigkeitseigenschaften des erfindungsgemäßen Legierungspulvers A mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und der bekannten Legierungspulver B, G, D und E mit niedrigem Kohlenstoffgehalt;

Pig. 9 in einer graphischen Darstellung zu Vergleichszwecken die Zugfestigkeitseigenschaften eines erfindungsgemäßen Legierungspulvers A mit hohem Kohlenstoffgehalt und der bekannten Legierungspulver B, C, D und E mit hohem Kohlenstoffgehalt ;

Pig. 10 in einer graphischen Darstellung zu Vergleichszwecken die Charpy-Kerbschlagfestigkeit des erfindungsgemäßen Legierungspulvers A mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und der bekannten Legierungspulver B, C, D und E mit niedrigem Kohlenstoffgehalt;

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Pig. 11 in einer graphischen Darstellung zu Vergleichszwecken die Charpy-Kerbschalgfestigkeit des erfindungsgemäßen Legierungspulvers A mit hohem Kohlenstoffgehalt und der bekannten legierungspulver B, 0, D und B mit hohem Kohlenstoffgehalt;

Pig. 12 in einer Mikrophotographie in 300-facher Vergrößerung das Gefüge einer niedriggekohlten, wärmebehandelten, mit Hital geätzten, gesinterten Pulvermetallprobe, die aus de» vorlegierten, nickel- und siliziumfreien erfindungsgemäßen Eisenpulver A mit minimalem Oxidgehalt hergestellt wurde;

Pig. 13 in einer Mikrophotographie in 300-facher Vergrößerung das G-efüge einer niedriggekohlten, wärme behandelten, auf ähnliche Weise geätzten, gesinterten Pulvermetallprobe, die aus dem bekannten nickelhaltigen Bisenlegierungspulver B hergestellt wurde;

Pig. 14 in einer Mikrophotographie in 300-facher Vergrößerung das G-efüge^iner niedriggekohlten, wärmebehandelten, auf ähnliche V/eise geätzten, gesinterten Pulvermetallprobe, die aus dem bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulver C hergestellt wurde;

Pig. 15 in einer Mikrophotographie in 300-facher Vergrößerung eine niedriggekohlte, wärmebehandelte, auf ähnliche Weise geätzte, gesinterte Pulvermetallprobe, die aus dem bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulver D hergestellt wurde; und

Pig. 16 in einer Mikrophotographie in 300-facher Vergrößerung eine niedriggekohlte, wärmebehandelt, auf ähnliche Weise geätzte, gesinterte Pulvermetallprobe, die aus dem bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulver E hergestellt wurde?

Zum Herstellen des vorlegierten, nickel- und siliziumfreien niedriglegierten erfindungsgemäßen Eisenpulvers mit minimalem Oxidgehalt wird gemäß Pig. 1 Eisen in einem Ofen

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zum Schmelzen gebracht. Während sich das, Eisen im geschmolzenen Zustand befindet, werden ihm metallisches Mangan und metallisches Molybdän in den gewünschten Mengen beigefügt. Die so hergestellte Legierung wird dann im geschmolzenen Zustand über eine Düse unter der Wirkung eines unter hohem Druck stehenden Fludes, z.B. von Dampf oder eines anderen Druckmittels, abgegeben, um das geschmolzene Metall in ein vorlegiertes Metallpulver zu verwandeln. Jedes Teilchen des vorlegierten Metallpulvers enthält Eisen, Mangan und Molybdän in den gleichen anteiligen Mengen. Düsen zum Zerstäuben geschmolzener Metalle sind z.B. in den U.S.A.-Patentschriften 2 968 062 und 3 253 783 beschrieben, während das angewendete Verfahren in einem Artikel in der Zeitschrift "Precision Metal Molding" (Februar 1959) beschrieben ist. Das so erhaltene vorlegierte Pulver wird durch einen Ofen geleitet, der eine reduzierende Atmosphäre, z.B. Wasserstoff oder dissoziiertes Ammoniak, enthält, uij die unerwünschten Oxide zu entfernen.

Das vorlegierte Eisenpulver nach der Erfindung verläßt unter der Einwirkung der Sintertemperatur den Ofen in Form eines gesinterten Legierungspulverkuchens, dessen Teilchen fest miteinander verbunden verbunden sind. Die bei diesem Desoxidationsvorgang angewendete Sintertemperatur liegt bei etwa 985 C, und der Bereich der anwendbaren Temperaturen erstreckt sich von etwa 760 bis 1090° C.

Während des ^eduktionsvorgangs nach dem Zerstäuben der geschmolzenen Legierung werden die Oxide in der Legierung zu den betreffenden Metallen reduziert, während die übrigen Reaktionsprodukte in i'orm von Grasen ausgetrieben werden. Wenn mit einer Wasserstoffatmosphäi gearbeitet wird, entsteht somit als Reaktionsprodukt Wasser.

Hierauf läßt man den gesinterten Kuchen aus der pulverförmigen Eisenlegierung abkühlen; dann wird der Kuchen z.B. durch Mahlen pulverisiert, so daß feine Teilchen entstehen, die im Gegensatz zu den beim Zerstäuben entstehenden

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annähernd kugelförmigen Teilchen keine kugelförmige Gestalt mehr aufweisen. Wenn das erfindungsgemäße vorlegierte, nickel- und siliziumfreie Eisenpulver mit minimalem Oxidgehalt mit Hilfe einer Brikettierpresse bekannter Art zu Preßlingen ver-,dichtet wird, verankern sich daher die Teilchen aneinander und bleiben wegen ihrer unregelmäßigen Form fest miteinander verbunden, was zur Folge hat, daß die Preßlinge und die daraus hergestellten Erzeugnisse aus dem gesinterten Metallegierungspulver bei Vergleichsversuchen zeigen, daß sie mechanische! Eigenschaften besitzen, die in den meisten Fällen den Eigenschaften gleichkommen oder die Eigenschaften übertreffen, die Erzeugnisse aufweisen, welche aus den bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulvern hergestellt worden sind.

Zu Vergleichszwecken wurden gesinterte Proben aus dem mit A bezeichneten erfindungsgemäßen vorlegierten, nickelfreien, niedriglegierten Eisenpulver und aus den bekannten handelsüblichen nickelhaltigen, niedriglegierten Eisenpulvern B, G, D und E untersucht. Die genaue chemische Zusammensetzung der untersuchten Proben wurde durch chemische Analysen ermittelt; die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I Ghemiscl
Werkstoff

Chemische Zusammensetzung	Wenig	Mn	ITi	Mo	Cu
Viel	G
0	0,28	0,48	—_	0,59	_—
0,59	0,29	0,13	1,69	0,45	0,13
0,63	0,32	—	1,75	0,50	1,50
0,66	0,32	0,46	0,31	0,52	—_
0,72

Legierung A
Legierung E
Legierung C
Legierung B
Legierung D 0,61 0,26 — 1,70 0,50

Die fünf Eisenlegierungspulver wurden dann bezüglich ihrer scheinbaren Dichte und ihres Fließvermögens untersucht! die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

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	-8-	see
	Tabelle II	34
Scheinbare		27
Werkstoff		34
	Dichte und Fließgeschwindigkeit	24
Legierung A	Scheinbare Dichte Fließgeschwindigkeit	34
Legierung E	b/cm³
Legierung 0	2,53
Legierung B	2,94
Legierung D	2,79
3,22
2,77

Aus den fünf Eisenlegierungspulvern wurden dann ähnliche Preßlinge in Gestalt flacher Zugstäbe nach der Norm MPIP 10-63 hergestellt, wobei zum Verdichten ein Druck von etwa 4700 kg/cm aufgebracht wurde. Ferner wurde zu Vergleidhszweeken die Verdichtbarkeit der fünf Eisenlegierungspulver untersucht} die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Fig. 7 dargestellt.

Proben jedes der fünf Eisenlegierungspulver in Form von unbehandelten Preßlingen wurden nach dem Aufbringen eines Verdichtungsdrucks von etwa 5000 kg/cm bezüglich ihrer Festigkeit im frischen Zustand untersucht. Die Ergebnisse dieser ünterauehung, die auf durchschnittlich drei Proben aus jeder Legierung beruhen, sind in der folgenden Tabelle III zusammengestellt.

Tabelle III

Ilickelfreies Eigenlegierungspulver A 124

Nickelhaltiges üisenlegierungspulver E 108

Nickelhaltiges Eisenlegierungspulver C 148

Nickelhaltiges Eisenlegierungspulver B 86

Nickelhaltiges Eigenlegierungspulver D 130

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Die in der Tabelle III angegebenen Werte gelten für einen

Verdichtungsdruck von etwa 5000 kg/cm .

Zwei Sätze von flachen Zugstäben der genannten Art,

die durch Aufbringen eines Drucks von etwa 4700 kg/cm verdichtet worden waren, wurden unter den in der folgenden Tabelle IV angegebenen typischen Bedingungen gesintert. Die Zugstäbe aus den Legierungen A und E wurden gemäß dem oberen Teil der Tabelle IV gemeinsam gesintert. Die bekannten Legierungspulver B, 0 und D, die erst nach dem Beginn des VersuchsprogrammM eintrafen, wurden entsprechend dem mittleren und dem unteren Teil der Tabelle IV unter ähnlichen Bedingungen gesintert wie die Legierungspulver A und E.

Tabelle Ti	815° σ
	1120° G
Sinterbedingungen für das erfindungsgemäße Legierungspulver A und das bekannte Legierungspulvur E	1120° σ
Temperatur der Vorwärmzone	endothermes Gas
Heiße Zone 1	4,45 - 5,55° 0
Heiße Zone 2	ITr. 8
Atmosphäre	die bekannten B und 0
Taupunkt (haiße Zone)	815° 0
Geschwindigkeitseinstellung	1120° 0
Sinterbedingungen für Legierungspulver	1120° C
Temperatur der Vorwärmzone	endothermes Gas
Heiße Zone 1	2,8 - 3,9° C
Heiße Zone 2	6,5 min/m
Atmosphäre
Taupunkt (heiße Zone)
Geschwindigkeit

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Tabelle IY, Forts.· Sinterbedingungen für das bekannte Legierungepulver D

Temperatur der Vorwärmzone 650 0

Heiße Zone 1 1040° G

.Heiße Zone 2 1115° C

Atmosphäre exo-/enclcthermes Gas

Taupunkt (Generator) o° 0

Geschwindigkeit 8,2 min/m

Einer der Sätze von Probestäben wurde zum Zweck der Untersuchung im gesinterten Zustand bei geringer Dichte belassen, während die Probestäbe des anderen Satzes gemeinsam einer Wärmebehandlung unterzogen wurden, -^i e Bedingungen der Wärmebehandlung der Brobestäbe von geringer Dichte sind in der folgenden Tabelle V zusammengestellt.

Tabelle V Wärmebehandlung der Probestäbe von geringer Dichte

Temperatur 845° G

Dauer 45 min

Atmosphäre endothermes Gas

Taupunkt 7,2 - 10° C

Abschrecken in warmem Öl

Anlassen, 1 Stunde bei 150° G

Beide Sätze von Probestäben wurden geschliffen, um ihnen eine ebene Form zu geben, und dann bezüglich ihrer Zugfestigkeit untersucht. Die Ergebnisse dieser Zugversuche an den niedriggekohlten Probestäben sind in der folgenden Tabelle VI zusammengestellt.

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Tabelle VI Probestäbe von geringer Dichte

T/erkstoff

Dichte' Nach dem

bei Sintern

4700 ₂

kg/cm Zug- Deh-

fest.g ^nun§ kg/mm $

Nach der Wärmebehandlung

Zug- Deh- Scheinb,

fest. 2 ¹¹^²¹S Härte kg/mm % Rc

Erfindungsgem. nickelfreie Leg. A

Bekannte nikkeihalt ige
Legierung E

Bekannte nikkelhaltige
Legierung C

6,78 39,6

6,40 38,1

6,34 35,8

68,8 60,5 57,2

1 36/39 0,60

1 33/34 0,78

0,74

30/35

Bemerkung: In diesem Fall wurden alle Pulver mit 0,70$ Graphit hergestellt. Die bekannten nickelhaltigen Legierungen B und D stand für diese Untersuchung nicht zur Verfugung.

Um die fünf Eisenlegierungspulver bei hoher Dichte zu vergleichen, wurden aus jedem Pulver unter Aufbringen eines Drucks von etwa 4700 kg/cm Probestäbe mit einem Gewicht von 218 g, einer Breite von etwa 16,5 mm, einer Höhe von etwa 25,4 mm und einer Länge von etwa 75 mm hergestellt. Aus jedem Legierungspulver wurden Probestäbe aus Gemischen hergestellt, die einen niedrigen Kohlenstoffgehalt (0,3$ Graphit) bzw· einen hohen Kohlenstoffgehalt (0,7$ Graphit) hatten, um im Einsatz härtbare bzw. durchhärtbare v/erkstoffe nachzuahmen. Die Probestäbe wurden dann gemäß der vorstehenden Tabelle IV gesintert; hierbei wurden die Probestäbe aus bestimmten bekannten Werkstoffen getrennt gesintert, da/jdie betreffenden Pulver, wie erwähnt, erst später eintrafen.

Diese Probestäbe wurden dann hinreichend erhitzt und durch einen Schmiedevorgang zu fertigen Probestäben verarbeitet; zu diesem Zweck wurde jeweils ein einziger Schlag mit einem geeigneten Schmiededruck ausgeübt.

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Bei diesen Probestäben lag die Dichte nach dem Schmieden zwischen einem theoretischen Wert von 98,2>'o bei den schwerer zu schmiedenden Werkstoffen und einem theoretäehen Wert von 99,6$ bei den leichter zu schmiedenden Werkstoffen. Nach dem Schmieden wurden die Probestäbe durch eine Uormalisierungskammer geführt, in dem die Atmosphäre aus einem handelsüblichen endothermen Gas bestand, wie es durch Kracken aus natürlichem Methangas entsteht. Die geschmiedeten Probestäbe hatten Abmessungen von etwa 19 x 19 x 75 mm. Diese Probestäbe wurden auf der Drehbank vorgeschruppt, um runde Zugstäbe mit einer Schleifzugabe zu erhalten. Die Wärmebehandlung dieser rohen Probestäbe wurde dann bei den Sätzen von Stäben mit niedrigem bzw. hohem Kohlenstoffgehalt getrennt unter den in der folgenden Tabelle VII angegebenen Bedingungen durchgeführt.

Tabelle VII

Wärmebehandlung der	Probestäbe von hoher Dichte	855° C
A) Gruppe mit niedrigem Kohlenstoffgehalt	1 Stunde
Temperatur	endothermes Gas
Dauer	14,5° C
Atmosphäre	in warmem öl
Taupunkt	5 St. bei 150° 0
Abschrecken	Kohlenstoffgehalt
Anlassen, 1 -* 1,5	845° 0
B) Gruppe mit hohem	1 Stunde
Temperatur	endothermes Gas
Dauer	5,55 - 6,6° C
Atmosphäre	in warmem öl
Taupunkt	bei 150° C
Abschrecken	bei 150° 0 und bei 513° 0
Anlassen, Gruppe 1,5 Stunden
Anlassen, Gruppe 1,5 Stunden 1 Stunde

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Aus einem oatz von stäben jeder Gruppe geschmiedeter Probestäbe wurden durch maschinelle Bearbeitung Jominy-Probestäbe zum Prüfen der Härtbarkeit hergestellt. Biese Jominv-Probestäbe wurden im Ofen erhitzt und in einem neuen Jominy-^&erät gemäß der Torschrift S.A.E. J-406a abgeschreckt. Die Rockwell-Härte wurde in Abständen von etwa 1,6 mm (1/16 Zoll) in der für das Jominy-Härtbarkeitsprüfνerfahren vorgeschriebenen «/eise gemessen. Die Ergebnisse sind für die erfindungsgemäße Legierung A in Fig. 2 und für die bekannten Legierungen B, C, D und B in den Figuren 3 bis 6 dargestellt.

Einige dieser geschmiedeten Probestäbe wurden auch zur Herstellung, von Oharpy-Kerbschlagproben mit V-förmiger Kerbe nach der A.S.T.M.-Vorschrift E-23 verwendet. Nach ihrer Vorbearbeitung wurden diese Probestäbe zusammen mit den beschriebenen Zugprobestäben einer V/ärmebehandlung unter den Bedingungen gemäß der vorstehenden Tabelle VII unterzogen. Dann wurden die Probestäben fertig geschliffen, woraufhin die Kerbschlagversuche durchgeführt wurden. Die Ergebnisse der Vergleichszugversuche sind für die Probestäbe mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in Fig. 8 und für die Probestäbe mit hohem Kohlenstoffgehalt in Fig. 9 dargestellt. Die Ergebnisse der Kerbschlagversuche sind für die Probestäbe mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in Fig. 10 und für die Probestäbe mit hohem Kohlenstoffgehalt in Fig. 11 dargestellt. Die Ergebnisse der verschiedenen Versuche mit Probestäben von hoher Dichte sind in der folgenden Tabelle VIII für die Probestäbe mit niedrigem bzw. hohem Kohlenstoffgehalt zusammengestellt.

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	Tabelle VIII	Deh nung <	A	157	7,0	von hoher	Dichte	Härte Hc	49-50	Kohlen stoff
	Probestäbe	1. Niedriger Kohlenstoffgehalt;	E	165	8,0	Härte Ro	Kerb schlag probe mkg	je 3 Proben	47-49
./erkstoff	Zug fest. kg/mm	Nickelfreie erf gem. Legierung	C	162	3,0	Mittel aus		1,27	49-50	0,28
	Nickelhaltige bek. Legierung	B	159	4,5	45-50*		1,05	47-48	0,29
	Nickelhaltige bek. Legierung	D	154	5,0	48-50	0,48	44-45	0,32
	Nickelhaltige bek. Legierung	46-48	0,81		0,32
	Nickelhaltige bek. Legierung	47-50	0,81		0,26
44-45

2ο Hoher Kohlenstoffgehalt; Mittel aus je 7 Proben

Nickelfreie erf.- . .

gem. Legierung A 183 4,2 49-50 0,39 00-62 0,59 Nickelhaltige

bek. Legierung E 178 5,0 48-49 0,46 58-61 0,63 Nickelhaltige

bek. Legierung G 157 1,2 48-50 0,32 58-60 0,66 Nickelhaltige

bek. Legierung B 186 1,5 49-51 0,25 61-63 0,72 Nickelhaltige

bek. Legierung D 179 2,2 47-49 0,25 59-60 0,61

Härte und Eigenschaften nach dem Anlassen bei 150 C. Härte und Eigenschaften nach dem Anlassen bei 313° X.

Bemerkung: Die angegebenen .Verte gelten jeweils als Mittelwert für alle untersuchten Proben.

Die bei den Zugfestigkeitsprüfungen erhaltenen Bruchstücke wurden dann mit dem Mikroskop auf ihre vergleichsweise Reinheit untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in der folgenden Tabelle IX zusammengestellt.

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Tabelle IX Mikroskopische Untersuchung

Vorbereitete Proben aus jeder Gruppe von Probestäben wurden mit den nachstehenden Ergebnissen untersucht:

Untersuchung auf Sauberkeit (ohne Ätzen)

Erfindungsgemäße nickelfreie enthält eine annehmbare Menge Eisenlegierung A an Oxiden oder nichtmetalli

schen Stoffen

Bekannte nicicelhaltige enthält eine annehmbare Menge Eisenlegierung E an großen, dunklen, grauen

Teilchen

Bekannte nickelhaltige sehr stark verschmutzt; große Eisenlegierung G Menge an sowohl fein- alä

auch grobkörnigen nichtmetallischen Stoffen und Oxiden

Bekannte nickelhaltig enthält anscheinend feine Eisenlegierung B verstreute silikatähnliche

Einschlüsse

Bekannte nickelhaltige enthält mäßige Mengen an Eisenlegierung D mittelgroßen dunklen, grauen

nichtmetallischen Teilchen

Die übrigen für die mikroskopische Untersuchung bereitgestellten Probestücke wurden mit "Nital" geätzt, und es wurden Mikrophotographien bei 300-facher Vergrößerung hergestellt. Mikrophotographien der erfindungsgemäßen Legierung und der bekannten Legierungen sind in i'ig. 12 bis 16 wiedergegeben. Zum Vergleich sind die Ergebnisse der mikroskopischen Untersuchung dieser geätzten Probestücke in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

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Tabelle X Mikroskopische Untersuchung

Geätzte Probestücke zur Untersuchung des Mikrogefüges:

Erfindungsgemäße nickelfreie Eisenlegierung A

Bekannte nickelhaltige Eisenlegierung E

Bekannte nickelhaltige Eisenlegierung C

Bekannte nickelhaltige Eisenlegierung B

Bekannte nickelhaltige Eisenlegierung D

gutes umgewandeltes Gefüge

sehr gleichmäßiges gutes Gefüge

Gemisch aus rnartensit- und nickelreichen Zonen

gutes Gefüge, in einem gewissen Ausmaß umgewandelt

Martensitgefüge mit verstreuten nickelreichen Zonen und umgewandeltem Material

Die Vergleichsversuche, die an Probestücken aus dem erfindungsgemäßen vorlegierten nickelfreien und siliziumfreien Eisenpulver A mit minimalem Oxidgehalt und an Probestücken aus den bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulvern B, G, D und E durchgeführt wurden, lassen die folgenden Schlußfolgerungen zu:

1. Bei Berücksichtigung aller Paktoren ist das erfindungsgenffie vorlegierte, nickelfreie, siliziumfreie niedriglegierte Eisenpulver mit der besten der bekannten Legierungen, d.h. der nickelhaltigen Eisenlegierung E in Pulverform vergleichbar; somit könnte man das Eisenlegierungspulver nach der Erfindung in Fällen-verwenden, in denen bis jetzt das bekannte nickelhaltige Legierungspulver B verwendet wird, und zwar nicht nur für gesinterte Teile aus Metallpulver mit der üblichen Dichte, sondern auch für nachträglich geschmiedete Teile aus Metallpulver, die eine hohe Dichte aufweisen.

2. Bezüglich der Verdichtbarkeit, des Fließvermögens und der Festigkeit im frisch gepreßten Zustand läßt sich das erfindungsgemäße nickelfreie Eisenlegierungspulver A gut mit den vier bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulvern vergleichen.

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3. Bezüglich der Regelmäßigkeit des Mikrogefüges laßt sich das erfindungsgemäße nickelfreie Eisenlegierungspulver A nach Fig. 12 gut mit dem bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulver E (Pig. 16) vergleichen, und es ist in dieser Beziehung den übrigen bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulvern B, C und D (Fig. 13» H und 15) deutlich überlegen.

4. Bezüglich der Härtbarkeit zeigen die Jominy-Härtekurven in Fig. 2 bis 6, daß das erfindungsgemäße nickelfreie Eisenlegierungspulver A dem bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulver B überlegen ist, daß es sich gut mit den bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulvern D und E vergleichen läßt, und daß es über einen erheblichen Bereich von Entfernungen vom abgeschreckten Ende von der bekannten nickelhaltigen Legierung 0 übertroffen wird.

5. Bezüglich der Zugfestigkeit im BEreich niedrigen Kohlenstoff gehalts (Fig. 8) wird das erfindungsgemäße Eisenlegierungspulver A nur von den bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulvern G und E übertroffen, und es ist den bekannten nickelhaltigen Legierungspulvern 1 und D überlegen.

6. Bezüglich der Zugfestigkeit im Bereich hohen Kohlenstoff gehalts (Fig. 9) wird das erfindungsgemäße Legierungspulver A nur von der bekannten nickelhaltigen Legierung B übertroffen, und es ist den bekannten Legierungspulvern G, D und E überlegen.

7. Bezüglich der ^erbschlagfestigkeit im Bereich niedrigen Kohlenstoffgehalts (Fig. 10) ist das erf£adungsgemäße Legierungspulver A allen vier bekannten nickelhaltigen Legierungspulvern B, C, D und E bei weitem überlegen, während im Bereich hohen Kohlenstoffgehalts (Fig. 11) das nickelfreie Eisenlegierungspulver A nach der Erfindung nur von dem bekannten nickelhaltigen Legierungspulver E übertroffen wird, jedoch den nickelhaltigen Legierungen B, C und D überlegen ist.

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Auf der Basis des Nachweises, der sich aus den beschriebenen Untersuchungen ergibt, ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße vorlegierte, nickelfreie, siliziumfreie Eisenlegierungspulver A mit minimalem Oxidgehalt, das mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens hergestellt ist, auf eine im allgemeinen zufriedenstellende ./eise als Ersatz für die erheblich teureren bekannten nickelhaltigen Eisenlegierungspulver B, C, D und B verwendet werden kann, und daß es seine Verwendung gleichzeitig ermöglicht, die Produktionskrisen zu vermeiden, die auftreten, sobald sich die Versorgung mit Nickel verringert oder vollständig unterbrochen wird.

AnsOriiche:

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Erzeugen eines vorlegierten nickelfreien Eisenpulvers von hoher festigkeit mit einem minimalen Gehalt an Oxiden, dadurch gekennzeichnet , daß Eisen, Liane an und Molybdän unter Ausschluß von ITi ekel gemeinsam geschmolzen werden, um eine Legierung herzustellen, daß die Legierung im geschmolzenen Zustand zu einem vorlegierten Pulver zerstäubt wird, das Oxide der Legierungsbestandteile enthält, daß das vorlegierte, die Oxide enthaltende Pulver in einer eine reduzierende Atmosphäre enthaltenden Kammer gesintert wird, um einen Legierungskörper aus zusammengeflossenen vorlegierten Eisenteilchen zu bilden, während die Oxide in von dem Legierungskörper trennbare Reaktionsprodukte umgewandelt werden, daß die Reaktionsprodukte der Oxide von dem Legierungskörper getrennt werden, und daß der Legierungskörper zu einem im wesentlichen oxid£reien, vorlegierten Eisenpulver pulverisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der ochmelzvorgang in der V/eise durchgeführt wird, daß das Sisen durch Erhitzen in den geschmolzenen Zustand gebracht wird, und daß das Mangan und das Molybdän dem Sisen beigefügt wird, während es sich im geschmolzenen Zustand befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Oxide in flüchtige Reaktionsprodukte umgewandelt werden, und daß das Trennen der Reaktionsprodukte der Oxide von dem Legierungskörper Maßnahmen umfaßt, um die flüchtigen Reaktionsprodukte aus dem Legierungskörper abzuziehen.

4. Verfahren nadh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die geschmolzene Legierung zum Zweck des Zerstäubens der Wirkung eines Stroms eines unter hohem Druck stehenden Fludes ausgesetzt wird.

2098AA/0669

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die reduzierende Atmosphäre aus Wasserstoffgas besteht»

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die reduzierende Atmosphäre aus dissoziiertem Ammoniakgas besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dem im wesentlichen oxidfreien vorlegierten Eisenpulver ein Kohlenstoffbestandteil beigefügt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Kohlenstoffbestandteil Graphit umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Pulverisieren des Legierungskörpers das Vermählen des Legierungskörpers zu hauptsächlich nicht kugelförmigen Teilchen umfaßt.

10. Vorlegiertes nickelfreies, siliziumfreies niedriglegiertes Eisenpulver mit einem minimalen Gehalt an Oxiden zum Herstellen von Erzeugnissen hoher Festigkeit aus einer gesinterten pulverisierten Eisenlegierung, dadurch g e kennzeich not , daß vorlegierte Eisenpulver eine Legierung umfaßt, die 97,0$ bis 99,0$ Eisen, 0,25$ bis 1,50$ Mangan, 0,25$ bis 1,00$ Molybdän und weniger als 0,20$ Metalloxide enthält.

11. Vorlegiertes nickelfreies, siliziumfreies niedriglegiertes Eisenpulver mit einem minimalen Gehalt an Oxiden nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilchen des vorlegierten Pulvers hauptsächlich eine nicht kugelförmige Gestalt haben.

209844/0669

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