DE2220673B2 - Metallische Sinterlegierung, insbesondere Sinterstahllegierung - Google Patents

Metallische Sinterlegierung, insbesondere Sinterstahllegierung

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Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Sinterlegierung, insbesondere Sinterstahllegierung aus einem aus Metall und Legierungsbestandteilen und/oder einem Legierungspulver bestehenden Gemisch, welches verpreßt und gesintert, gegebenenfalls kalt oder warm nachverdichtet wird.
Es ist bekannt, legierte Sinterstähle aus Eisenpulver, Kohlenstoff und Legierungselementen in metallischer Form, oder aber aus Legierungspulver, d. h. eine in der chemischen Zusammensetzung fertige Legierung in pulverisiertem Zustand, wie sie z. B. durch Verdüsen entsprechend legierter Schmelzen gewonnen werden kann, herzustellen.
Es sind nach dem Sinterverfahren hergestellte Karbidhartlegierungen bekannt (deutsche Auslegeschriften 2000257 und 2 008 197), die Karbide der Elemente der 4., 5. und 6. Gruppe des Periodensystems der Elemente in hochgekohlter Form enthalten. Bei Legierungen dieser Art werden die hochgekohlten Karbide als Härteträger zugegeben.
Andererseits ist es bekannt (österreichische Patentschrift 247 891), zur Herstellung legierter Schnellarbeitstähle nach dem pulvermetallurgischen Verfahren sogenannte eta-Karbide als Legierungskomponenten zu verwenden. Bei diesen Karbiden handelt es sich um zwei Metalle enthaltende Doppelkarbide. Sie sind intermediäre Phasen mit begrenztem Homogenitätsbereich vom Strukturtyp M6C. Aus Chrom und Mangan aufgebaute eta-Karbide sind nicht bekannt und überdies strukturtheoretisch nicht möglich.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Chrom und/oder Mangan enthaltende Legierungen auf pulvermetallurgischem Wege herzustellen, die in ihren Eigenschaften, beispielsweise hinsichtlich ihrer Zähigkeit, den schmelzmetallurgisch hergestellten chrom- und/oder manganlegierten Stählen gleichkommen und somit die herkömmlichen wenig duktilen Sinterlegierungen übertreffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer metallischen Sinterlegierung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Gemisch 0,5 bis 50% an Karbidzusätzen enthält, die vollständig oder überwiegend aus kohlenstoffarmen Chrom- und/oder Mangankarbiden und/oder Mischkarbiden dieser Elemente vom Strukturtyp M23C6, M7C1 oder M3C bestehen, wobei
1S M Chrom oder Mangan und C Kohlenstoff bedeutet. Gegenüber dem Stand der Technik enthält die erfindungsgemäße Legierung im vorliegenden Zusammenhang neuartige Karbidtypen, welche kristallographisch gegenüber den bekannten hochgekohlten Karbiden und den bekannten eta-Karbiden eindeutig abgrenzbar sind. Treten die kohlenstoffarmen Karbide der Elemente Chrom und Mangan im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre nebeneinander in der Legierung auf, so bilden sie einen homogenen Mischkristall mit einem den Ausgangskarbiden isomorphen Gitter.
Durch das Zulegieren der eine hohe Sauerstoffaffinität besitzenden Elemente Chrom und Mangan in Form von Karbiden des erfindungsgemäß verwendeten Strukturtyps gelingt es, die nachteiligen Oxidationen zu vermeiden und damit die Porosität bzw. den Anteil der oxydischen Verunreinigungen zu reduzieren.
Gegenüber den bekannten hochgekohlten Karbiden der Elemente Chrom und Mangan konnte bei den erfindungsgemäß legierten Karbiden dieser Elemente die Löslichkeit in der Metallmatrix erheblich verbessert werden.
Die erfindungsgemäße Legierung eignet sich für die üblichen Verwendungsarten von Baustählen, Werkzeugstählen, Ventilstählen od. dgl., aber auch bei Verwendung einer Nichteisenmatrix, beispielsweise zur Herstellung von dynamisch hochbelastbaren, korrosionsbeständigen und hochtemperaturfesten Konstruktionswerkstoffen.
Die erfindungsgemäße Legierung wird durch Pressen und Sintern des Gemisches aus Metall oder legiertem Metallpulver, insbesondere Eisen- oder Stahlpulver, Legierungspulver und aus den gekennzeichneten Karbiden, wobei gegebenenfalls weitere Legierungselemente zugegeben werden, hergestellt und kann durch eine nachfolgende Kalt- oder Warmverformung, wie z. B. Kalibrieren, Heißpressen, Gesenkschmieden, Strangpressen od. dgl. zur Herstellung von hochdichten Formkörpern verwendet werden.
Zur Beeinflussung bestimmter Eigenschaften der Sinterlegierung werden erfindungsgemäß Karbidzusätze gemäß den Unteransprüchen 2 bis 5 vorgeschlagen.
So Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen erläutert, wobei die Prozentangaben Gewichtsprozente bedeuten.
Beispiel 1
Ein Gemisch aus Eisenpulver und 2% Chrom-Mangan-Mischkarbidpulver (Cr : Mn im Verhältnis 1/1,25) wurde unter Zusatz von 0,5% Preßhilfsmittel zu einem Vorformkörper mit einer Dichte von 6,5 g/
cmJ verpreßt und während 30 Minuten bei 1200" C gesintert. Der verpreßte und gesinterte Vorformkörper erreichte eine Dichte von 7,1 g/cm1 und eine Brinellhärte HB 2,5/187,5 von 150 kp/qmm.
Der Sinterkörper wurde anschließend im Gesenk verformt, wobei die Dichte auf 7,79 g/cm3 und die Brinellhärtc HB 2,5/187,5 auf 250 kp/qmm anstieg.
Beispiel 2
Ein Gemisch aus legiertem Eisenpulver (1,6% Nikkei) und 2% Chrom-Mangan-MischkarbidpulveT (Cr: Mn im Verhältnis 1 :(),3) unter Zusatz von 0,05 Kohlenstoff und 1 % Preßhilfsmittel wurde zu einem Vorformkörper mit einer Dichte von 6,0 g/cm1 verpreßt und bei 1250° C während 30 Minuten gesintert. Die Dichte des Sinterkörpers betrug 6,8 g/cm3, die Brinellhärte HB 5/5 100 kp/qmm. Der Sinterkörper wurde mit einem Druck von 7 t/qcm bei 1150° C auf eine Dichte von 7,76 g/cm1 nachgepreßt. Die Legierung wies bei einer Brinellhärte HB 2,5/187,5 von 230 kp/qmm eine Zugfestigkeit von 87 kp/qmm auf.
Beispiel 3
Ein Gemisch aus Eisenpulver, 12% Nickelpulver und 10% Chrom-Mangan-Mischkarbidpulver (Cr: Mn im Verhältnis 1:1) wurde unter Zusatz von 1 % Preßhilfsmittel zu einem Vorformkörper mit einer Dichte von 6,3 g/cm3 verpreßt und bei 1200° C während 60 Minuten auf eine Dichte von 7,0 g/cm1 gesintert. Der Formkörper wurde anschließend im Gesenk in zwei Verformungsschritten auf eine Enddichte von 7,97 g/cm1 kompaktiert. Die Zugfestigkeit der Legierung betrug 75 kp/qmm.
Beispiel 4
Ein Gemisch aus Stahlpulver (0,5% Mn, 0,4% Si) und 20% Chromkarbid mit Gehalten an Molybdän
ίο und Vanadin (Cr:Mo:V im Verhältnis 18:1:0,1) wurde unter Zusatz von 1 % Preßhilfsmittel zu einem Vorformkörper mit einer Dichte von 6,1 g/cm3 verpreßt und bei 1230° C während 30 Minuten auf eine Dichte von 6,9 g/cm3 gesintert. Der Sinterkörper wurde mit einem Druck von 6 bis 8 t/qcm bei 1200° C auf eine Dichte von 7,66 g/cm3 nachgepreßt. Die Legierung wurde auf 56 HRc vergütet.
Beispiel 5
Ein Gemisch aus Eisenpulver, 7% Chrom-Mangan-Mischkarbid (Cr: Mn im Verhältnis 1:1) und 20% einer pulverisierten Ferromanganlegierung (75 % Mn, 5 % N) wurde unter Zusatz von 1,5 % Preßhilfsmittel zu einem Vorformkörper mit einer Dichte von 6,2 g/cm1 verpreßt und bei 1180° C 60 Minuten gesintert. Der Sinterkörper wurde im Gesenk umgeformt und anschließend kalt kalibriert. Bei einer Enddichte von 7,75 g/cm1 betrug die Zugfestigkeit der Legierung 72 kp/mm2.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Metallische Sinterlegierung, insbesondere Sinterstahllegierung aus einem aus Metall und Legierungsbestandteilen und/oder einem Legierungspulver bestehendem Gemisch, welches verpreßt und gesintert, gegebenenfalls kalt oder warm nachverdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch 0,5 bis 50 % an Karbidzusätzen enthält, die vollständig oder überwiegend aus kohlenstoffarmen Chrom- und/oder Mangankarbiden und/oder Mischkarbiden dieser Elemente vom Strukturtyp M23C6, M7C, oder M3C bestehen, wobei M Chrom oder Mangan und C Kohlenstoff bedeutet.
2. Sinterlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Karbidzusätze Fe und/ oder Co und/oder Ni enthalten.
3. Sinterlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Karbidzusätze Elemente der 4., 5. und/oder 6. Gruppe des Periodensystems der Elemente, gegebenenfalls in Form von Mischkarbiden enthalten.
4. Sinterlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Karbidzusätze Bor enthalten.
5. Sinterlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Karbidzusätzen kohlenstoffhaltige Ferrolegierungen verwendet werden.
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