DE2316665B2 - Kupferhaltiges, vorlegiertes Stahlpulver zur Herstellung von gesinterten und pulvergeschmiedeten Konstruktionsteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kupferhaltiges, vorlegiertes Stahlpulver zur Herstellung von gesinterten und pulvergeschmiedeten Konstruktionsteilen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf das Herstellungsverfahren dieser Teile und die Verwendung des Pulvers zur Herstellung von gesinterten und pulvergeschmiedeten Körpern.

Bei herkömmlichen Eisenpulvern für Sinterzwecke werden reine Metallpulver, die als Legierungselemente wirken, wie Zinn-, Kupfer- und Nickelpulver, dem Eisenpulver zugegeben, Graphitpulver hinzugefügt und das erhaltene Pulvergemisch der Verdichtungsverformung und Sinterung unterworfen. Um eine gleichmäßige Verteilung der Legierungselemente nach der Sinterung zu erreichen, ist es erwünscht, daß die reinen Metallpulver eine Größe von weniger als 0,149 mm aufweisen, wobei die maximale Teilchengröße des Pulvers unter 0,177 mm gehalten wird. Darüber hinaus wird bei bekannten Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der resultierenden Sinterteile das Eisenpulver so weich als möglich gemacht, und es werden dem derart erweichten Eisenpulver reine Legierungsmetallpulver hinzugefügt, wodurch die Gründichte des resultierenden Kompaktstoffes erhöht

wird.

Bei vorlegierten Stahlpulvern, die durch Zugabe von Legierungselementen zu geschmolzenem Stahl und Atomisierung der Schmelze erceugt wurden, ergibt sich mit zunehmendem Gehalt der Legierungselemente selbst nach ausreichender Vergütung eine hohe Härte, und die Gründichte kann nach der Verdichtungsverformung nicht erhöht werden. Deshalb weisen die resultierenden Sinterteile schlechte mechanische Eigenschäften auf. Darüber hinaus betragen bei herkömmlichen Konstruktionsteilen, die durch Vermischung verschiedener reiner Metallpulver oder Legierungselemente mit einem Eisenpulver, Erhöhung der Gründichte auf den größtmöglichen Wert und Durchführung der Legierung zu der Zeit der Sinterung erhalten werden, die Dichte nach der Sinterung nur 6,6 bis 7,2 g/cm³, die Zugfestigkeit nach der Sinterung 30 bis 50 kg/mm², die Dehnung etwa 1 bis 5% und die Charpy-Schlagfestigkeit nur etwa 0,5 bis etwa 1 kg · m/cm². Darüber hinaus beträgt nach der Karburierungs-, Abschreckungs- und Anlaßbehandlung die Zugfestigkeit 50 bis 80 kg/mm², die Dehnung etwa 1 %, und die Charpy-Schlagfestigkeit ist sehr gering. Somit sind die mechanischen Eigenschaften derartiger bekannter Konstruktionsteile sehr viel schlechter als jene von Legierungs-Stahlteilen, beispielsweise von jenen, die aus dem japanischen Normsiahl JlS G 4105 SCM 21 (0,13 bis 0,18% C, 0,15 bis 0,35% Si, 0,6 bis 0,85% Mn, 0,9 bis 1,2% Cr und 0,15 bis 0,30% Mo) hergestellt sind, die eine Zugfestigkeit von zumindest 85 kg/mm², eine Dehnung von zumindest 16% und eine Charpy-Schlagfestigkeit von zumindest 7 kg · m/cm² aufweisen. Deshalb können diese Konstruktionsteile kaum unter hoher Festigkeitsbeanspruchung verwendet werden.

In jüngster Zeit ist die Herstellung von Teilen hoher Festigkeit unter Verwendung der Pulverschmiedetechnik versucht worden. Die bei diesen Pulverschmiedungsversuchen verwendeten vorlegierten Stahlpulver umfassen die amerikanischen Normstähle SAE Nr. 1040, 1041,4140,4340,4600,8600,9440 usw.

Es wurden Pulverschmiedungsversuche mit durch Wasser atomisierten vorlegierten Stahlpulvern, die chemische Zusammensetzungen aufwiesen, die bekannten Legierungskonstruktionsstählen einschließlich von Stählen gemäß den amerikanischen Normstählen SAE Nr. 1040, 1041, 4140, 4340, 4600, 8600 und 9440 entsprachen und anderen vorlegierten Stahlpulvern, die verschiedene Legierungselemente aufwiesen, durchgeführt. Durch diese Versuche wurde festgestellt, daß pulvergeschmiedete Teile, die aus vorlegierten Stahlpulvern mit einem hohen Gehalt an Chrom oder Mangan erzeugt wurden, welche eine große Affinität zu Sauerstoff besitzen und deren Oxide daher schwierig zu reduzieren sind, beispielsweise solchen, die einen hohen Chromgehalt von 0,4 bis 1,1% und solchen, die einen hohen Mangangehalt von 0,6 bis 1,7% aufweisen, wie es im Fall der vorstehend erwähnten SAE-Stähle der Fall ist und bei vorlegierten Stahlpulvern, die sowohl Chrom und Mangan enthalten, die mechanischen Eigenschaften schlecht sind, da bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,16 bis 0,24% die Dehnung 0 bis 9% und die Charpy-Schlagfestigkeit mit einer Ü-Kerbe nur 0,2 bis 2 kg · m/cm² beträgt. Diese pulvergeschmiedeten Teile können daher kaum praktisch verwendet werden. Diese pulvergeschmiedeten Teile entsprechen jenen, die aus amerikanischen Normstählen SA E N r. 1040,1041,4140,4340,8600 und 9440 erzeugt wurden.

Darüber hinaus sind kürzlich Versuchsergebnisse der

Pulverschmiedung mit amerikanischen Normstählen der SAE-4600-Serie (Ni-Mo-C-System) mitgeteilt worden. Aus den Versuchsergebnissen geht jedoch hervor, daß bei diesen vorlegierten Stählen die Härtungsfähigkeit schlecht ist und nach der Karburierungs- und s Abschreckhärtung die Härtungstiefe gering und entweder die Kernhärte oder die Schlagfestigkeit niedrig und schlecht sind.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß die Entwicklung der Pulverschmiedung noch in den Anfängen steckt und daß bisher auf diesem Gebiet keine vorlegierten Stahlpulver zur Bildung von Konstruktionsteilen durch Pulverschmiedung entwickelt wurden, die eine ausgezeichnete Vergütbarkeit aufweisen und pulvergeschmiedete Teile mit ausgezeichneten mecharüschen Eigenschaften ergeben.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines gut schmiedbaren, vorlegierten Stahlpulvers zur Herstellung von gesinterten und pulverge^chmiedeten Konstruktionsteilen, die ausgezeichnete Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Wärmebehandlung, Karburierung und Abschreckungshärtung, und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufweisen.

Es wurde gefunden, daß im Fall der Pulverschmiedung vorlegierte Stahlpulver, die grobe Teilchen einer Größe von 0,84 bis 0,18 mm enthalten, die für herkömmliche Sinterteile nicht verwendbar sind, gut verwendet werden können und die vorlegierten Stahlpulver solche Merkmale aufweisen, so daß kein Mischvorgang der Pulver der Legierungselemente erfolgen muß, die Sinterzeit zur Diffusion der Legierungselemente verkürzt wird und eine geringere Abtrennung der Legierungselemente erfolgt. Daher sind die vorlegierten Stahlpulver viel leichter zu handhaben, und die hieraus erhaltenen Teile weisen im Vergleich zu den herkömmlich gemischten Pulvern viel bessere mechanische Eigenschaften auf. Es ist nicht erforderlich, daß die vorlegierten Stahlpulver zum Zeitpunkt der vor der Pulverschmiedung durchgeführten Verdichtungsverformung eine hohe Gründichte aufweisen, sondern es reicht aus, wenn diese eine Gründichte von etwa 6,0 g/cm³ oder weniger aufweisen. Es werden eher ausgezeichnete mechanische Eigenschaften nach der Pulverschmiedung erhalten, wenn die Gründichte gering ist. Aus diesem Grund können vorlegierte Stahlpulver selbst im Fall einer hohen Härte gut verwendet werden. Borlegierte Stahlpulver, wie sie erfindungsgemäß beansprucht werden, weisen eine gute Reduzierbarkeit auf und zeichnen sich durch eine Vickers-Härte unmittelbar nach der Wasseratomisierung von über etwa 300 aus. Selbst Pulver, die einen Sauerstoffgehalt von etwa 0,7% aufweisen, können zu geschmiedeten Materialien mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften durch Sinterung auf eine Gründichte von etwa 5,0 g/cm³ und Schmiedung der gesinterten Pulver geformt werden. Somit wurde gefunden, daß vorlegierte Stahlpulver für die Pulverschmiedung Eigenschaften aufweisen sollten, die gegenüber jenen der Pulver für die Sinterung unterschiedlich sind.

Gemäß der Erfindung wird ein vorlegiertes Stahlpulver zur Herstellung von gesinterten und pulvergeschmiedeten Konstruktionsteilen bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es einen Gehalt von bis zu 0,5% Kohlenstoff, 0,8 bis 5% Kupfer, 0,1 bis 7% Molybdän, 0,3 bis 1,3% Nickel und bis zu 0,6% Mangan, wobei der Rest Eisen und bei Herstellungsverfahren eingebrachte unvermeidbare Verunreinigungen darstellt

Günstige Ergebnisse werden insbesondere bei Kohlenstoffgehalten von 0,1 bis 0,5% erhalten. Ein bevorzugter Bereich der Mangangehalte liegt zwischen 0,1 und 0,55%.

Durch Verwendung des erfindungsgemäßen, vorlegierten Stahlpulvers können pulvergeschmiedete Teile zur Herstellung von Konstruktionsteilen erzeugt werden, welche 0,1 bis 0,5% Kohlenstoff, 0,8 bis 5% Kupfer, 0,1 bis 0,7% Molybdän, 0,3 bis 1.3% Nickel und bis zu 0,6% Mangan enthalten, wobei der Rest Eisen und durch das Herstellungsverfahren unvermeidbar eingebrachte Verunreinigungen darstellt.

Die Erfindung wird nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

In F i g. 1 sind Kurven dargestellt, die Ergebnisse des Jominy-Abschreckungsversuches mit Prüfstücken, die aus verschiedenen pulvergeschmiedeten Teilen ausgeschnitten wurden, wiedergegeben.

Fi g. 2 stellt Kurven dar, die die Beziehung zwischen der Entfernung von der Oberfläche und der Härte in Prüfstücken zeigen, die durch Durchführung der Karburierung, Abschreckungs- bzw. Vergütungsbehandlung nach der Pulverschmiedung erhalten wurden.

Das vorlegierte Stahlpulver gemäß der Erfindung wird durch Atomisierung einer geschmolzenen Stahllegierung, die die gewünschte chemische Zusammensetzung aufweist, mit einem Hochdruckwasser- oder Gasstrahl erzeugt.

Die Funktion jedes der in dem erfindungsgemäßen vorlegierten Stahlpulver eingebrachten Elemente wird nun veranschaulicht.

Der Kohlenstoff stellt ein grundlegendes Element dar, das die mechanische Festigkeit verleiht, und wie bei herkömmlichen Legierungs-Konstruktionsstäben ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung erwünscht, daß der Kohlenstoffgehalt sich innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 0,5% bewegt. Es ist auch möglich, den Kohlenstoffgehalt in dem vorlegierten Stahlpulver unter 0,1% zu verringern und ein feines Graphitpulver vor der Verdichtungsverformung derart einzumischen, daß sich der Gesamtkohlenstoffgehalt innerhalb von 0,1 bis 0,5% bewegt. Der Kupfergehalt dient zur Verbesserung der Härte des pulvergeschmiedeten Teils nach der Vergütung bzw. Abschreckung, zur Erhöhung der Einhärtungstiefe, der Erhöhung der Kernhärte des vergüteten Teils und zur Verleihung von ausgezeichneten Karburierungs- und Vergütungseigenschaften. Diese Wirkungen können bei einem Kupfergehalt von 0,8% oder mehr erhalten werden, wenngleich es bevorzugt ist, zur Sicherstellung dieser Wirkungen einen Kupfergehalt von zumindest 1,0% einzustellen. Jedoch wird bei einem so hohen Kupfergehalt die zur Erzielung dieser Eigenschaften bedeutsame Kristallstruktur instabil und häufig eine Zerfall beobachtet. Darüber hinaus ergibt sich bei einem über 5% hinausgehenden Kupfergehalt, wenn die Pulverschmiedung bei relativ niedrigen Temperaturen, wie z.P. 600 bis 700°C, durchgeführt wird, eine Neigung zur Ausbildung von Rissen in der frei vorstehenden Oberfläche des geschmiedeten Teils. Daher wird die obere Grenze des Kupfergehalts gemäß der Erfindung auf 5% festgelegt. Innerhalb des im Rahmen der. Erfindung angegebenen Kupfergehaltes tritt die Schwierigkeit der Rißbildung bei der Warmverschmiedung nicht auf, und es wird eine gute Schmiedbarkeit erhalten. Es ist bekannt, daß die Gegenwart von Kupfer in einem Schweißstahl im allgemeinen bei der Warmverarbeitung des Stahls zu Rißbildung führt

ledoch wurde im Fall der Warmverschmiedung der vorlegierten Stahlpulver als Ergebnisse der durchge-Führten Versuche gefunden, daß die Schwierigkeiten der oberflächlichen Rißbildung nicht hervorgerufen werden. Es wird angenommen, daß bei der Warmverarbeitung von kupferhaltigen Schweißstählen, wenn die Vorerhitzung für die Warmverarbeitung in einer oxidativen Atmosphäre durchgeführt wird, das Eisen selektiv auf der Stahloberfläche oxidiert wird und das Kupfer unterhalb des gebildeten Oxyds dazu neigt, sich in Form einer kupferreichen Schicht zu konzentrieren, so daß, wenn die Warmverarbeitungstemperatur den Schmelzpunkt von Kupfer übersteigt (1083⁰C), in diesem Zustand Risse gebildet werden.

Man nimmt an, daß die fehlende Rißbildung bei der Warmverarbeitungsstufe der Pulverschmiedung dadurch bedingt ist, daß die Erhitzung zum Sintern und die Vorerhitzung zur Verschmiedung in einer reduzierenden oder inerten Atmosphäre durchgeführt werden und die Wärmeverschmiedung in sehr kurzer Zeit erfolgt, so daß keine oberflächliche Oxidation der gesinterten Vorform erfolgt und somit die Anreicherung des Kupfers vermieden wird und auch weil die Warmverschmiedung des Pulvers bei Temperaturen von 900 bis 1000⁰C durchgeführt wird und höhere Temperaturen nicht erforderlich sind.

Das Molybdän ist wirksam für die Verbesserung der Abschreckhärtbarkeit, sofern es in einer Menge von 0,1 bis 0,7% eingebracht wird. Es ist zum Erhalt einer ausreichenden Härtungstiefe und einer ausreichenden Festigkeit erforderlich. Bei einem Molybdängehalt unter 0,1% können jedoch derartige Wirkungen nicht erwartet werden, und die Dehnungs- und Schlagfestigkeit werden verschlechtert. Wenn andererseits der Molybdängehalt 0,7% übersteigt, so tritt eine Beeinträchtigung der Zähigkeit auf.

Nickel stellt ein zur Verbesserung der Zähigkeit und der Schlagfestigkeit des resultierenden pulvergeschmiedeten Teils wirksames Element dar. Bei einem zu niedrigen Nick'elgehalt kann jedoch eine ausreichende Zähigkeit nicht erreicht werden, weshalb die untere Grenze des Nickelgehaltes auf 0,3% festgelegt ist. Bei einem zu hohen Nickelgehalt tritt jedoch keine spürbare Verbesserung der Härtbarkeit auf, und die Einhärtungstiefe oder die Kernhärte des vergüteten bzw. abgeschreckten Teils wird nicht wesentlich erhöht. Es erfolgt jedoch eine Verringerung der Schlagfestigkeit und Dehnung.

Deshalb ist ein 13% übersteigender Nickelgehalt nicht zu empfehlen. Darüber hinaus wird in einem Fall, wo lediglich Nickel hinzugefügt wird, selbst bei Erhöhung von üessen Gehalt bis auf 3% bei Konstanthaltung des Kohlenstoffgehaltes auf 0,17% die Kernhärte durch die ölvergütung nach der Verschmiedung und Karburierung nicht erhöht, und es tritt eine geringe Einhärtungstiefe auf. Somit genügt es. Nickel in einer Menge zuzugeben, die ausreicht, dem geschmiedeten Teil eine ausreichende Dehnung und Zähigkeit, z. B. Schlagfestigkeit, zu verleihen. Da Nickel teuer ist, wird ein niedrigerer Nickelgehalt bevorzugt, wobei es empfehlenswert ist, daß sich der Nickelgehalt innerhalb eines Bereiches von 03 bis 1,3% bewegt

Die Zugabe von Mangan ist zur Erhöhung der Einhärtungstiefe und der Festigkeit des pulvergeschmiedeten Teiles wirksam. Bei hohem Mangangehalt ist jedoch die Schlagfestigkeit gering. Deshalb wird ein niedriger Mangangehalt von bis zu 0,6% bevorzugt. Besonders günstige Ergebnisse werden bei Mangangehalten von 0,1 bis 0,55% erhalten.

Das erfindungsgemäße vorle&ierte Stahlpulver kann durch Zufügung der Legierungselemente zu geschmolzenem Stahl bis zum Erhalt der gewünschten chemisehen Zusammensetzung, Atomisierung des resultierenden geschmolzenen Stahlflusses durch einen Wasserstrahl oder Gasstrahl, wie z. B. Stickstoff oder Argon, zur Pulverisierung zu Teilchen einer Teilchengrößenverteilung von weniger als 0,84 bis 0,5 mm und Pulververschmiedung der resultierenden Teilchen gegebenenfalls nach deren Reduktions- und Vergütungsbehandlung in einem Vergütungsofen in einer inerten, nicht oxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre erzeugt werden. Wenn das resultierende Pulver in eine

|₅ Form eingebracht wird, in die vorgeschriebene Form mittels einer Presse verdichtet und bei hoher Temperatür gesintert wird und der resultierende, vorgesinterte Körper einer Warm- oder Kaltverschmiedung unterworfen wird, wird ein pulvergeschmiedetes Teil, das die gewünschte Form und eine Dichte, die annähernd 100% der vollen Dichte erreicht, erhalten. Sofern es erforderlich ist, wird ein derartiges pulvergeschmiedetes Teil einer Oberflächenschichtkarburierungsbehandlung unterworfen und in öl od'Sr Wasser abgeschreckt und angelassen. Das derart hergestellte pulvergeschmiedete Teil ist sodann gebrauchsfähig.

Damit die pulvergeschmiedeten Teile ausgezeichnete mechanische Eigenschaften erreichen, wie es bei den verschmiedeten Teilen der Erfindung der Fall ist, ist es erforderlich, daß die Dichte der geschmiedeten Teile höher als 7,6 g/cm³, vorzugsweise mehr als 7,7 g/cm³, ist und annähernd 100% der Volldichte erreicht werden.

Die Dichte des unter Verwendung des vorlegierten Stahlpulvers gemäß der Erfindung erzeugten pulververschmiedeten Teils beträgt meist 7,88 bis 7,93 g/cm³, was nahezu der 100%igen Volldichle gleichkommt, weshalb die pulvergeschmiedeten Teile gemäß der Erfindung ausgezeichnete Schmiedeeigenschaften, Wärmebehandlungs-, Karburierungs- und Vergütungshärtungseigenschaften aufweisen. Beispielsweise besitzt der pulvergeschmiedete Teil gemäß der Erfindung bei Erhitzung auf 880"C während. 30 Minuten, Abschrekkung in Ol und Anlassen bei 450 bis 600⁰C die folgenden mechanischen Eigenschaften:

Zugfestigkeit 85 bis 130 kg/mm²

Dehnung 10 bis 20%

Rockwell-C-Härte 28 bis 35

Charpy- Schlagfestigkeit

mit der tAKerbe 6 bis 12 kg · m/mm²

Diese mechanischen Eigenschaften sind mit den mechanischen Eigenschaften von Konstruktionsteilen herkömmlicher Legierungskonstruktionsstähle vergleichbar oder diesen überlegen.

Darüber hinaus ist, wie in den F i g. 1 und 2 veranschaulicht, die Abseht eckungshärtbarkeit des pulvergeschmiedeten Teils gemäß der Erfindung nach der Pulververschmiedung, Ölvergütung und Karburierung der Abschreckhärtbarkeit von aus herkömmlichen Legierungskonstruktionsstählen erzeugten Konstruktionsteilen vergleichbar oder überlegen. In der F i g-1 sind die Ergebnisse der Jominy-Endabschreckungsversuche an Versuchsstücken, die aus pulvergeschmiedeten

Teilen ausgeschnitten wurden, wiedergegeben. Die Kurve 1 entspricht hierbei Beispiel 1 gemäß der Erfindung, die Kurve 2 gibt die oberen Werte des Jominy-Bandes eines Stahles, JlS 4052-SCM 21H, an,

während Kurve 3, die bezüglich eines pulvergeschmiedeten Vergleichsteils erhaltenen Ergebnisse wiedergibt, der aus einem vorlegierten Stahlpulver erzeugt wurde, das 0,19% Kohlenstoff, 1,85% Nickel, 0,30% Molybdän und 0,6% Mangan enthält.

F i g. 2 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Entfernung von der Oberfläche und der Härte in Versuchsstücken von Schmiedeteilen, welche der Karburierungs-, Abschreckungs- bzw. Vergütungsbehandlung nach der Pulververschmiedung unterworfen waren. Hierbei entspricht die Kurve 1 dem Beispiel 2 gemäß der Erfindung, während die Kurve 2 die Versuchsergebnisse mit einem pulvergeschmiedeten Vergleichsteil wiedergibt, der aus einem vorlegierten Stahlpulver erzeugt wurde, welches 0,18% Kohlenstoff, 1,70% Nickel und 0,15% Molybdän umfaßt. Die Kurve 3 entspricht einem pulvergeschmiedeten Vergleichsteil, das aus einem vorlegierten Stahlpulver erzeugt wurde, welches 0,17% Kohlenstoff und 3,0% Nickel umfaßt, während Kurve 4 mit einem Versuchsstück erhalten wurde, welches aus einem Legierungskonstruktionsstahl JIS G4104 SCr (enthält 0,13 bis 0,18% Kohlenstoff. 0,15 bis 0,35% Silicium, 0,60 bis 0,85% Mangan und 0,9 bis 1,20% Chrom) ausgeschnitten und einer Karburierungs-, Abschreckungs- und Anlaßbehandlung unterworfen wurde.

Ein aus vorlegiertem Stahlpulver gemäß der Erfindung erzeugter pulvergeschmiedeter Konstruktionsteil weist, wie bereits vorstehend erwähnt, ausgezeichnete Karburierungs- und Abschreckungs- bzw. Vergütungseigenschaften und günstige mechanische Eigenschaften auf. Darüber hinaus kann der pulvergeschmiedete Konstruktionsteil gemäß der Erfindung, da billiges Kupfer an Stelle von teurem und knappem Nickel verwendet wird, mit niedrigen Kosten erzeugt werden. Dies stellt einen bedeutenden wirtschaftlichen Wert dar.

Die pulvergeschmiedeten Konstruktionsteile gemäß der Erfindung können als Einsatzstähle für Automobile, Nähmaschinen usw. auf auf allen Gebieten verwendet werden, für welche -Legierungskonstruktionsstahlteile, die aus herkömmlichen Legierungsstahlmaterialien, wie Nickel-Chrom-, Nickel-Chrom-Molybdän-, Chrom-, Chrom-Molybdän-, Mangan-, Mangan-Chrom- und Aluminium-Chrom-Molybdän-Stahlmaterialien ausgeschnitten sind, Anwendung finden.

Die Erfindung wird nachstehend durch Beispiele veranschaulicht Alle Teile und Prozentsätze sind auf das Gewicht bezogen, wenn dies nicht ausdrücklich anders angegeben ist.

Beispiel 1

In einem Hochfrequenzinduktionsofen wurde Stahlschrott mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt geschmolzen und die vorgeschriebenen Legierungselemente der Schmelze unter Erhalt einer gewünschten chemischen Zusammensetzung hinzugefügt Der geschmolzene Stahl wurde sodann aus kleinen Löchern fallengelassen und die geschmolzenen, vorlegierten Stahlströme unter einem Druck von 65 kg/cm² mittels Hochdruckwasser, das aus Düsen ausgestoßen wurde, atomisiert. Das resultierende Pulver wurde getrocknet und 2 Stunden einer Reduktions- und Vergütungsbehandlung bei 730° C in einem reduzierenden Gas ausgesetzt Das vergütete Pulver wies eine chemische Zusammensetzung aus, die 0,02% Kohlenstoff, 2,32% Kupfer, 030% Molybdän, 0,84% Nickel, 0,11 % Mangan, 0,013% Phosphor und 0,01 % Schwefel umfaßte, und war durch eine Mikro-Vickershärte von 175. einen Sauerstoffgehalt von 0,15%, die folgende Teilchengrößenverteilung

0,84 bisO,177mm 36,0%

0,177 bis 0,149 mm 17,7%

0,149 bis 0,099 mm 20,2%

0,099 bis 0,074 mm 17,2%

0,074 bis 0,058 mm 5,9%

0,058 bis 0,044 mm 1,0%

io· kleiner als 0,044 mm 2,0%

ein Schüttgewicht von 3,4 g/cm³ und eine Fließgeschwindigkeit von 18,5 Sek./50g gekennzeichnet. Dieses Pulver wurde mit Graphitpulver vermischt und 1% Zinkstearat eingefügt und sodann das vermischte Pulver einer Verdichtungsverformung unter einem Druck von 4,5 t/cm² zur Ausbildung einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 58 mm und einer Höhe von 40 mm unterworfen. Die Gründichte betrug zu diesem Zeitpunkt 6,2 g/cm³. Der derart gebildete Kompaktstoff wurde in einem disoziierten Ammoniakgas entwachst und während 30 Minuten bei ti20°C gesintert. Sodann wurde er in einer Stickstoff-Inertgas-Atmosphäre (NX-Gas) bei 900°C während 30 Minuten erhitzt und unter einem Druck von etwa 13 t/cm² unter Verwendung einer mechanischen Presse geschmiedet. Der resultierende pulvergeschmiedete Teil wies einen Kohlenstoffgehalt von 0,17% und eine Dichte von 7,87 g/cm³ auf. Sodann wurde dieser pulvergeschmiedete Teil auf 900° C während 30 Minuten in einer Stickstoff-Inertgas-Atmosphäre (NX-Gas) erhitzt und in öl abgeschreckt und bei 600° C während 30 Minuten angelassen. Der resultierende pulvergeschmiedete, hitzebehandelte Teil war durch eine Zugfestigkeit von 113,5 kg/mm², eine Dehnung von 16,17%, eine Rockwell-C-Härte von 31,3 und eine Schlagfestigkeit mit der U-Kerbe von 8,6 kg ■ m/cm² gekennzeichnet, wobei diese mechanischen Eigenschaften den Normen des JIS-G4105-SCM21-Chrom-Molybdän-Stahiteils, der aus herkömmlichen Legierungsstählen ausgeschnitten ist. entsprachen. Unterzieht man eine Probe, die aus diesem pulvergeschmiedeten Teil ausgeschnitten ist, dem Jominy-Test, so zeigt sich aus der Kurve 1 der Fig. 1, daß bei einem Punkt von 2,5 mm von dem abgeschreckten Ende die Rockwell-C-Härte 46 beträgt und an einem Punkt von 10 mm von dem abgeschreckten Ende die Rockwell-C-Härte 34 und an einem Punkt von 40 mm von dem abgeschreckten Ende die Rockwell-C-Härte 24 beträgt. Eine derartige ausgezeichnete Abschreckungshärtbarkeit entspricht im wesentlichen einer in Kurve 2 gezeigten, die durch Verbindung der oberen Werte des Jominy-Bandes von JlS G4052-SCM21H-Stahl erhalten wurde. Zum Vergleich wurde ein pulvergeschmiedeter Teil in der gleichen Weise wie vorstehend aus einem vorlegierten Stahlpulver erzeugt, das 0,19% Kohlenstoff, 135% Nickel, 030% Molybdän und 0,6% Mangar enthielt. Wenn man diesen Vergleichsteil dem Jominy Test unterzieht, so wird die Jominy-Kurve 3 der F i g. 1 erhalten. Wie aus dieser Kurve ersichtlich ist zeig dieser pulvergeschmiedete Vergleichsteil eine sehi schlechte Abschreckungshärtbarkeit

Beispiel 2

Ein die gleiche chemische Zusammensetzung wie ii Beispiel 1 aufweisender geschmolzener, vorlegierte Stahl, mit der Ausnahme jedoch, daß der Kohlenstoffge halt relativ hoch war, wurde in ähnlicher Weis wasseratomisiert und einer reduzierenden Vergütung:

509550/21

behandlung unter Erhalt eines vorlegierten Stahlpulvers unterworfen, der einen Kohlenstoffgehalt von 0,17% und eine Größenverteilung von 25% von Teilchen von 0,54 bis 0,149 mm und 75% von Teilchen einer Größe von weniger als 0,149 mm enthielt.

Auf die Seitenwände einer Form wurde Zinkstearat aufgebracht und das Pulver in die Form eingebracht und einer Verdichtungsverformung unter einem Druck von 4,5 t/cm² bei einer Gründichte von 6,1 g/cm³ unterworfen, so daß ein Kompaktstoff einer Größe von 1Ox 12x55 mm erhalten wurde. Der derart erzeugte Körper wurde bei 1120⁰C während 30 Minuten in Wasserstoffgas gesintert und während 10 Minuten auf 900⁰C in Stickstoff gas erhitzt, wonach er mittels einer mechanischen Presse geschmiedet wurde. Der ge--15 schmiedete Teil wies eine Dichte von 7,84 g/cm³ auf. Diese Probe wurde einem Oberflächenschliff unterworfen und das Oberflächengebiet bei 920⁰C während 2,5 Stunden in einem Gaskarbulierungsofen mit Gas behandelt, wonach die Probe in öl bei 8O⁰C abgeschreckt und sodann bei 200⁰C während 1,5 Stunden getempert und luftgekühlt wurde. Die Beziehung zwischen der Entfernung von der ölabgeschreckten Oberfläche und der Härte in der derart hitzegehärteten Probe ist in Kurve 1 der F i g. 2 gezeigt. Zu Vergleichszwecken wurde eine Probe des pulvergeschmiedeten Körpers, der aus einem vorlegierten Stahlpulver einer chemischen Zusammensetzung, die 0,18% Kohlenstoff, 1,70% Nickel und 0,51% Molybdän enthielt, in der gleichen Weise wie vorstehend behandelt und geprüft, wobei die in Kurve 2 der F i g. 2 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden. Die Versuchsergebnisse einer Probe aus einem pulvergeschmiedeten, karburierten, abgeschreckten und angelassenen Körper aus einem vorlegierten Stahlpulver, einer chemischen Zusammensetzung von 0,17% Kohlenstoff und 3,0% Nickel sind in Kurve 3 der Fig.2 gezeigt. Darüber hinaus wurde ein aus dem Stahl JIS G 4104 SCr 21 ausgeschnittenes Prüfstück in gleicher Weise karburiert, abgeschreckt bzw. vergütet, wobei die Versuchsergebnisse als Kurve 4 der F i g. 2 wiedergegeben sind.

Wie aus Kurve 1 der F i g. 2 hervorgeht, wies der aus dem vorlegierten Stahlpulver gemäß der Erfindung hergestellte pulvergeschmiedete Teil Karburierungsund Abschreckungs- bzw. Vergütungseigenschaften auf, die eine ausreichende Härte nach der Abschreckung und Anlassen, eine ausreichende Einhärtungstiefe und eine ausreichende Kernhärte ergaben, wobei dessen Karburierungs- und Abschreckungseigenschaften mit jenen des herkömmlichen Stahls JIS G 4104 SCr 21, die in Kurve 4 gezeigt sind, vergleichbar oder überlegen sind. Der aus dem vorlegierten Stahlpulver, das Nickel und Molybdän enthielt, erzeugte pulvergeschmiedete Körper, der in Kurve 2 wiedergegeben ist, wies eine geringe Einhärtungstiefe und eine niedrige Kernhärte auf, Weiter zeigt sich bei dem in Kurve 3 gezeigten pulvergeschmiedeten Körper, der 3% Nickel enthielt eine noch sehr viel geringere Einhärtungstiefe und ein sehr viel niedrigerer Kernhärtewert, weshalb diesei pulvergeschmiedete Körper sehr schlechte Karburie· rungs- und Abschreckungseigenschaften aufwies.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorlegiertes Stahlpulver zur Herstellung von gesinterten und pulvergeschmiedeten Konstruktionsteilen, gekennzeichnet durch einen Gehalt von bis zu 0,5% Kohlenstoff, 0,8 bis 5% Kupfer, 0,1 bis 0,7% Molybdän, 03 bis 1,3% Nickel und bis zu 0,6% Mangan, wobei der Rest Eisen und bei dem Herstellungsverfahren eingebrachte unvermeidbare Verunreinigungen darstellt

2. Vorlegiertes Stahlpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupfergehalt 1,0 bis 5,0% beträgt

3. Vorlegiertes Stahlpulver nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Mangangehalt 0,1 bis 0,55% beträgt

4. Vorlegiertes Stahlpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt 0,1 bis 0,5% beträgt

5. Verfahren zum Sintern und Pulverschmieden vorlegierter Stahlpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem vorlegierten Stahlpulver so viel Graphit zugemischt wird, daß der Gesamtkohlenstoffgehalt zwischen 0,1 und 0,5% liegt

6. Verfahren zum Sintern und Pulverschmieden vorlegierter Stahlpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern und Vorerhitzen vor dem Pulverschmieden in einer reduzierenden oder inerten Atmosphäre durchgeführt werden.

7. Verwendung des Pulvers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von gesinterten und pulvergeschmiedeten Körpern mit einer Dichte von 7,60 bis 7,93 g/cm³, vorzugsweise einer Dichte von mehr als 7,7 bis 7,93 g/cir'.

8. Verwendung vorlegierter Stahlpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zur Herstellung von aufzukohlenden Teilen.