DE2250495C3 - Verfahren zum isostatischen Heißpressen von Gegenstanden aus einer gesinterten Stahllegierung - Google Patents

Description

»5 besteht. Beispiele hierfür sind gewöhnlicher Stahl, Schnellstahl, Werkzeugstahl, Vergütungsstahl und rostfreier Stahl. Der Temperaturbereich, bei dem sich mindestens 25 Prozent der auf Eisen basierten Legierung in der »-Phase befinden, bzw. der Temperatur-30 bereich, bei dem sich die Legierung in der y-Phase

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Ober- befindet, variiert mit der Zusammensetzung der Lebegriff des Anspruches 1. Als Druckmittel beim iso- gierung. Nachfolgend werden Beispiele für Stahletatischen Heißpressen wird ein nicht reagierendes legierungen genannt, deren verschiedene Zusammen-Gas verwendet, meistens Argon. Setzungen in Gewichtsprozent angegeben werden

Es ist bekannt, dieses Verfahren bei der Herstellung 35 (die in Klammern genannten Angaben sind die entvon Preßkcrpern aus Stahllegierungen zu verwenden, sprechenden schwedischen Bezeichnungen):
die durch Walzen oder Schmieden in gewünschte Form Gewöhnlicher Stahl (SIS 1240) 0,1% C, max.

gebracht werden. Bei dem bekannten Verfahren wird q 30 §j 0 4% Mn Rest Fe

das isostatische Heißpressen bei Temperaturen ausge- Schnellstahl (SIS 2722) 0,85% C, 0,2% Si, 0,3%

führt bei denen sich die Legierung in der y-Phase 40 _{M 4},₂%Cr, 5,0% Mo, 6,4% W, 1,9% V, befindet, gewöhnlich bei einer Temperatur von unge- j^_est p_e

fähr 1100 C. Ein oft angewandter Druck ist 1000 Bar. Schnellstahl (S 30/STORA) 1,2% C, 0,2% Si,

Unter diesen Bedingungen erhält man keine 100%ige _{03 % Mn> 4 2 % c 50 % Mo> 6>4} y _{w> 10},₃ % _Co>

Dichte beim Heißpressen. Eine solche Dichte wird erst . 3 4*/ V Rest Fe

erreicht, nachdem der heißgepreßte Gegenstand einer 45 Werkzeugstahl (SIS 2310) 1,55% C, 0,3% Si, Weiterbearbeitung durch Walzen oder Schmieden 0,5% Mn, 12,0% Cr, 0.8% Mo, 0,9% V, Rest Fe.

unterworfen worden ist Vergütungsstahl (SIS 2541) 0,35% C, 0,25% Si,

• "^S $Ί 2^eutsc _u ^h<;ⁿ Offenlegungsschrift 2053 842 0,65%Mn, 1,4%Cr, 1.4%Ni, 0,20%Mo, RestFe.

ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Gemisch aus Rostfreier Stahl (SIS 2338) 0,08% C, 0,5% Si,

Eisenpulver und Kohlenstoffpulver zunächst durch so _{xiy M 17 5% c 10 0% Ni 10} . c-Gehalt Nb, konventionelles Pressen zu einem Preßkörper verdich- Rest Fe

let wird und anschließend auf zwei Temperaturstufen

gesintert wird, wobei die erste Temperaturstufe im Für alle diese Stähle gilt, daß die Temperatur, bei

ifc-Phasenbereich und die zweite im y-Phasenbereich der mindestens 25 % des Stahls sich in der α-Phase be- Ut:·_α Bei diesem bekannten Verfahren wird im Ver- 55 finden, bei 700 bis 950' C liegt, und die Temperatur, gleich zu dem Verfahren, auf das sich die Erfindung bei der die Legierung sich ganz in der y-Phase befindet, bezieht, von einem anderen Pulver als Ausgangs- bei 950 bis 1225^CC liegt.

material ausgegangen, und das Sintern findet auch Die untere Temperaturgrenze zum Heißpressen, bei

nicht bei erhöhtem Druck statt. Der Zweck dieses der sich zumindest ein Teil der Stahllegierung in der bekannten Verfahrens besteht darin, einen Sinterkörper 60 «-Phase befindet, liegt gen." w der Erfindung auch für von hoher Zugfestigkeit und Zähigkeit herzustellen. andere als die als Beispiel genannten Legierungen

^p^If■■ l^^er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ver- zweckmäßigerweise bei 700"C. Die obere Temperatur-

'"'" ⁱ⁰ fahren der eingangs genannten Art derart weiter- grenze zum Heißpressen, bei der die Stahllegierung

zuentwickeln, daß bereits durch das isostatische Heiß- sich in der y-Phase befindet, liegt in entsprechender pressen eine praktisch 100%ige Dichte des Materials 65 Weise auch für andere Legierungen zweckmäßigererreicht wird, so daß anschließende Schmiede- und weise bei 1225°C. Die Zeit für das erstgenannte Heiß-Walzarbeiten zur Erhöhung der Materialdichte ent- pressen mit vorhandener «-Phase beträgt mindestens behrlich sind. 1 Std., zweckmäßigerweise 1 bis 10 Std., und die Zeit

für das Heißpressen in der y-Phase mindestens ¹J₂ Std., Nach dem Kaltpressen erwärmt man die Vorpreß-

zweckmäßigerweise ¹I₂ bis 10 Std. körper bei Atmosphärendruck unter gleichzeitigem

Eine denkbare Erklärung für das günstige Resultat, Evakuieren zwecks Entgasen des Pulvers. In der Regel

das man gemäß der Erfindung erhält, ist, daß die wird die Erwärmung in zwei Stufen ausgeführt, einer

Diffusion der verschiedenen Bestandteile des Pulvers 5 Vorerwärmung auf 55O⁰C, während der entgast wird,

an den Korngrenzen bedeutend größeir wird wenn ein und einer Weitererwärmung b.<*i völlig geschlossenem

Teil des Sinterns in «-Phase oder bei teilweise vorhan- Behälter auf die beim isostatischen Heißpressen

dener ^-Phase ausgeführt wird, als wenn es ganz in erforderliche Temperatur.

der y-Phase stattfindet. Dies hat zur Folge, daß das An Hand der in den Figuren dargestellten Dia-Produkt ein homogeneres Gefüge erhält Das Sintern io gramme, die die Temperatur als Funktion der Zeit in der y-Phase führt auf Grund des höheren Tempe- beim isostatischen Heißpressen gemäß der Erfindung raturniveaus zu einem wirksamen plastischen Zu- zeigen, soll die Erfindung näher erläutert werden,
sammenpressen des Pulvers, so daß eine maximale Gemäß F i g. 1 wird der Kaltpreßkörper während Dichte des Materials erreicht wird. Das isostatische einer Zeitspanne ff bei Atmosphärendruck auf die Heißpressen in der «-Phase oder bei teilweise vor- 15 Temperatur Toc erhitzt. Ta. ist eine Temperatur, bei handener α-Phase und das isostatische Heißpressen der mindestens 25% des Stahls in der «-Phase sind, in der y-Phase werden zweckmäßigerweise unmittelbar Danach erfolgt während der Zeitspanne ttx das isonacheinander ausgeführt. Wird das Heißpressen in der statische Heißpressen bei der Temperatur Ta und einem «-Phase zuerst ausgeführt, so wird die Temperatur Druck von 700 bis 3000 Bar. Die Temperatur wird nach abgeschlossener Behandlung in der ot-Phase 20 dann während der Zeitspanne t_u auf die Temperatur Ty direkt auf das für das Heißpressen in der y-Phase erhöht, bei der sich der Stahl in der y-Phase befindet, erforderliche Niveau gebracht. Wird das Heißpressen und das isostatische Heißpressen wird bei der Tempein der y-Phase zuerst ausgeführt, wird die Temperatur ratu^ Ty während der Zeitspanre ty fortgesetzt. Daerst auf einen Wert gesenkt, der unter dem liegt, bei nach ist das Sintern beendet und das heißgepreßte dem die Behandlung beim Vorhandensein von α-Phase 25 Produkt fertig. Während der Zeitspanne t _u und ty ausgeführt wird, um ein Erstarren der y-Phase zu wird ein Druck von 700 bis 30C0 Bar beibehalten. Für verhindern, ehe die Temperatur auf die für die Be- den im Ausführungsbeispiel angegebenen Schnellstahl handlung beim Vorhandensein von *-Phase erforder- können Tx 750 bis 95O⁰C, Ty 1000 bis 1200³C, liehe Temperatur erhöht wird. Der Druck beim iso- la. 1 bis 5 Std., ty 1 bis 5 Std., If 3 Std. und t_u 1 Std. statischen Heißpressen gemäß der Erfindung beträgt 30 betragen. Der zweckmäßige Druck beim isostatischen zweckmäßigerweise 700 bis 3000 Bar. Heißpressen beträgt 1000 Bar.

Die Teilchengröße des Pulvers liegt unter 1000 ,um, Gemäß F i g. 2 wird der Kaltpreßkörper während

vorzugsweise zwischen 50 μηι und 800 μπι. Der der Zeitspanne If bei Atmosphärendruck auf die

Sauerstoffgehalt des Pulvers muß niedrig sein und darf Temperatur Ty gebracht. Danach erfolgt während der

höchstens 200 ppm betragen. 35 Zeitspanne ty das isostatische Heißpressen bei der

Es ist zweckmäßig, das Pulver zwecks Bildung eines Temperatur 7y und einem Druck von 700 bis 3000 Bar. zusammenhängenden Körpers isostatisch kaltzupressen, Danach wird die Temperatur erst auf die Temperaehe es dem beschriebenen isostatischen Heißpressen tür T_n gesenkt, um ein Erstarren der y-Phase beim unterworfen wird. Das Pulver wird dabei in einen fortgesetzten isostatischen Heißpressen bei der Tem-Behälter aus nachgiebigem Material eingeschlossen, 40 peratur Tx zu vermeiden, was während der Zeitder zweckmäßigerweise derselbe ist, der später beim spanne tx geschieht, nachdem der Körper vorher von isostatischen Heißpressen verwendet wird und der der Temperatur T_u avf Tx erwärmt worden ist. Die die Form des herzustellenden Gegenstandes hat. Nach Zeit zum Senken der Temp:ratur von Ty auf T_K und Evakuierung und Versiegelung wird der Behälter zum zum Erhöhen von T_u auf Tx ist mit t_m bezeichnet, isostatischen Kaltpressen in eine Druckkammer ge- 45 Während der Zeitspan "en t_m und ttx wird ein Druck sMzt, wo er einem hohen allseitigen Druck ausgesetzt von 700 bis 3000 Bar beibehalten. Nach der Zeitwird, zweckmäßigerweise mindestens 1000 Bar. Das spanne ta ist das Sintern abgeschlossen und das heiß-Pulver wird dabei gleichförmig von allen Seiten zu- gepreßte Produkt fertig. Für den im Ausführungsbeisammengepreßt, so daß der gebüdete Kaltpreßkörper spiel angegebenen Schnellstahl können Ttx 750 bis ein etwas verkleinertes Abbild des ursprünglichen Be- 5° 95O⁰C, Ty 1000 bis i:00°C, (« 1 bis 5 Std., ty I bis hälters ist. 5 Sid., T_n 650⁰C, t_F 3 Std. und t_m 2 StJ. bitragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

v^'isÖi Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der Patentansprüche: " eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungs- p gemäß die im kennzeichnenden Teil d:s Anspruches 1

1. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen und ergänzend die im Anspruch 2 gern nnten Merkmale •us einer gesinterten Stahltegierung durch iso- 5 aufweist. Das Heißpressen aef der Teniperaturstufe, «tatisches Heißpressen eines Pulvers der betreffen- bei der sich die Stahllegierung zumindest zu 25 / im ien Stahllegierung, wobei das Pulver vor dem α-Phasenbereich befindet, wird vorzugsweise vor dem Pressen in einen Behälter gefüllt und der Behälter Heißpressen auf der Temperaturstufe bei der sich die verschlossen wird, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h- Stahllegierung im y-Phasenbereich befindet, ausge-C et, daß das isostatische Heißpressen in beliebiger io führt. Die Reihenfolge kann jedoch auch umgekehrt Reihenfolge auf zwei Temperaturstufen durchge- sein.

führt wird, wobei die eine Temperaturstufe So liegt, Durch das Verfahren nach der Erfindung kann dem

<laß die Stahllegierung sich zumindest zu 25% in Preßkörper allein durch das isostaüsche Heißpressen «er «-Phase befindet, und die andere Temperatur- eine praktisch 100%ige Dichte verliehen werden, so itufe so liegt, daß die StahUegicrung sich in der 15 daß eine weitere Bearbeitung durch Schmieden oder »-Phase befindet. Walzen zur Steigerung der Dichte nicht erforderlich

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ist Diese Möglichkeit erweist sich besonders vorteilzeichnet, daß in den Fällen, in denen das isosta- haft für Gegenstände mit komplizierten Formen, wie tische Heißpressen zunächst auf der höheren z. B. Zahnradfräser, Zylinder und Matrizen, sowie für Temperaturstufe erfolgt, beim Übergang zum 20 das Formen von Gegenstanden, bei denen eine Weiter-Pressen auf der niedrigeren Temperaturstufe die verarbeitung durch Schmieden und Walzen unprak-Temperatur des Preßkörpers zunächst uiter die tisch ist, wie z. B. bei rohrförmigen Teilen.
Temperatur der niedrigeren Temperaturstufe ge- Mit einer Stahllegierung ist eine Legierung gemeint, senkt wird. die mindestens zu 50 Gewichtsprozenten aus Eisen