DE2358720A1

DE2358720A1 - Schmieden von metallpulvern

Info

Publication number: DE2358720A1
Application number: DE2358720A
Authority: DE
Inventors: Hellmut Prof Fischmeister
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-11-27
Filing date: 1973-11-26
Publication date: 1974-05-30
Also published as: GB1449809A; SE403496B; SE7315936L

Description

Schmieden von Metallpulvern

Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf das Sehmieden vom Metallpulverh. . .

Pulver schmieden ist eine an sich bekannte Methode, Metallpulver durch Kompaktieren (Verdichten) bei hoher Temperatur und für gewöhnlich in geschlossenen Werkzeugen zu im Wesentlichen porenfreien Fertigteilen zu ve^dichtien» Öas Metallpulver kann zuerst mittels gebräuchlicher Methoden zu einem ¥orf ormling verdichtet werden, dessen Form jener des fertigen Sehmiedeteils ähnlieh ist. Die Dichte des iTörförmlings liegt niedriger als die des fertigen Schmiedetei-ls und beträgt fto gewöhnlich 60 - 80 % der theoretischen Dichte des

Beim Fülversehmiedeh von Maschinenteilen aus lisen- oder Stahlpulvern verwendet maß. häufig iiegierungselemente wie Ifickel und Molybdän zusammen üit Kohlenstoff zur Verbesserung der Härtbarkeit. Diese gUsatziöetalle sind teuer»

Die Anwendung weniger teurer Iiegierungsmetalle, wie Mangan und Chrom* steht ihre Öxydationsneigüng beim Erhitzen e&tgegen* wenn der Zusatz einfach in Form einer Mischung von unlegierten pulvern geschieht * Dies gilt auch dann, wenn das Material in einer Schutz-

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gasatmosphäre erhitzt wird, weil die meisten Pulver Oberflächenschichten aufweisen, die Sauerstoff oder Wasserdampf enthalten.

Die Oxydation beeinträchtigt nicht nur die gewünschte Funktion der Legierungszusätze, sondern die vom Oxid des Zusatzelementes gebildeten nichtmetallischen Einschlüsse wirken sich auch schädlich aus, indem sie die Dauerfestigkeit und Duktilität des Schmiedeteils herabsetzen.

In der herkömmlichen pulvermetallurgischen Technik, gibt es zwei hauptsächliche Arten, Legierungszusätze einzubringen. Bei der Vorlegierungsmethode wird der Zusatz in eine Eisen- oder Stahlschmelze eingebracht und die legierte Schmelze dann atomisiert, so dass Jedes Teilchen die gewünschte Zusammensetzung, im wesentlichen in homogener Verteilung, aufweist.

In der Zumischmethode, manchmal als "Diffusionsiegieren" bezeichnet, bringt man die Legierungselemente in der Form elementarer oder Vorlegierungspulver ein, indem man sie einigermassen gleichmassig mit dem Eisen- oder Stahlpulver mischt und die Homogenisierung der Legierung durch Diffusion während späterer Wärmebehandlungen vollzieht. Das Diffusionsiegieren erfordert für gewöhnlich teure Wärmebehandlungen, die häufig den Preisvorteil unlegierter Eisenpulver gegenüber vorlegierten Pulvern wirkungslos machen.

In der Technik des Pulverschmiedens hat sich eine Tendenz zur Bevorzugung vorlegierter Pulver herausgebildet, hauptsächlich deswegen, weil der Preisplafond der Produkte die Anwendung der teuren und langwierigen Wärmebehandlungen verbietet, die zur Homogenisierung metallischer Legierungszusätze erforderlich wären. Nur Kohlenstoff wird für gewöhnlich in feinverteilter· Form durch. Zumischen eingebracht, da er viel schneller diffundiert als die Metalle, In ähnlicher Weise strebt man auch aus Wirtschaftlichkeitsgründen beim Erhitzen der Vorformlinge auf Sehmiedetemperatur an, den Gebrauch geregelter Of enatmosphären zu vermeiden. Ein bekannter Weg hierzu ist die elektrische Induktionserhitzung graphitüberzogener Vorform-

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linge, wobei der Erhitzungszyklus kurz genug ist, um bei niedrigem Gehalt des Vorformlings an leichtoxidierbaren Elementen unerwünschte Oxidation zu vermeiden. In diesem Fall werden die Vorteile der billigeren Erhitzungsmethode zum Teil dadurch abgetragen, dass man gezwungen ist, relativ teure, weniger oxidationsempfindliche Legierungsstoffe zu' wählen.

In der Tat ergibt die hohe Sauerstoffaffinität der billigeren, härtbarkeitsfördernden Elemente Schwierigkeiten schon bei der Herstellung vorlegierter Pulver, indem sie besondere Massnahmen zur Vermeidung von Oxidation während des Atomisierens nötig macht.

Die Probleme der Oxidation und der Diffusion der Legierungselemente behindern auf diese Weise ernstlich die Verwirklichung billiger Herstellungsgänge beim Pulverschmieden.

Es wurde nun gefunden, dass es möglich ist, die Legierungselemente beim Pulverschmieden mit gutem Resultat in Form von Pulvern oder Teilchen gewisser Zusatz-Legierungen einzubringen.

Im vorliegenden Zusammenhang muss unterschieden werden zwischen "vorlegierten (Eisen-) Pulvern", die durch Legieren der Schmelze vor dem Zerstäuben als Ganzes die gewünschte-Endzusammensetzung des Schmiedematerials bekommen, und hochkonzentrierten Vorlegierungen, die einem niedrig- oder unlegierten Pulver in geringer Menge zugesetzt werden, um nach der Homogenisierung die gewünschte Endzusammensetzung zu ergeben. Der deutlicheren Unterscheidung wegen wird für die letzteren hier die Bezeichnung "Zusatz-Legierung" oder "Zusatz-Vor ie gierung" verwendet.'

Eine Ausführungsart der Erfindung sieht somit eine Methode des PulverSchmiedens vor, bei der Eisenpulver oder ein hauptsächlich Eisen enthaltendes Pulver zusammen mit Legierungsstoffen durch

beispielsweise ο ' '

Erhitzen auf^TOO - 1250 C und Heisskompaktieren verdichtet wird, wobei die Legierungsstoffe dem Pulver in Form einer Zusatz-Legierung in Pulverform zugemischt werden und wobei das" Zusatz-Legierungs-Pulver während der Erhitzung schmilzt.

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Die Zusatz-Legierung sollte, wie angedeutet, so gewählt werden, dass sie während des Erhitzungszyklus im Rahmen des Schmiedeprozesses schmilzt. Beim Pulverschmieden sind Temperaturen von 700 1250⁰C gebräuchlich, und die Zusatzlegierung sollte somit ihren Schmelzpunkt inner- oder unterhalb dieses Bereiches haben. Selbstverständlich muss ihr Schmelzpunkt unter dem des verwendeten Eisenoder Eisenkohlenstoff-Misch-Pulvers liegen. Gegebenenfalls kommen auch höhere Temperaturen, beispielsweise bis zu I5OO C in Betracht, was von der Art der Erhitzung abhängt, beispielsweise Induktionsheizung. Bei Benützung von Eisenpulvern, die nicht mit Kohlenstoff vorlegiert sind, ist 850 - 1100⁰C ein bevorzugter Schmelzpunkt-Bereich. Die in der Zusatz-Legierung verwendeten Elemente müssen auch vom Eisen bei hoher Temperatur in der ganzen Menge, in der sie in der schliesslichen Pulvermischung vorliegen, in feste Lösung aufgenommen werden können.

Bei der Pulverschmiedemethode gemäss der vorliegenden Erfindung bleibt die Zusatz-Legierung während des Aufheizens genügend lange flüssig, um sich durch Kapillarwirkung über die Oberflächen der Eisenteilchen ausbreiten zu können. Hierdurch vermindern sich die zur Homogenisierung erforderlichen durchschnittlichen Diffusionswege von der Grössenordnung mehrerer Teilchendurchmesser - wie sie beim normalen Zumischen typisch ist - auf höchstens den halben Teilchendurchmesser der Eisenteilchen. Damit wird es möglich, das Material schon beim Erhitzen auf die Schmiedetemperatur genügend zu homogenisieren, ohne dass hierzu weitere Wärmebehandlungen gebraucht würden.

Die Anwesenheit einer Schmelze zwischen den Teilchen könnte Rotbrüchigkeit verursachen, aber das Pulverschmieden geschieht in der Regel in geschlossenen Werkzeugen, die den Werkstoff gegen Ende des Schmiedestreichs reinen Druckspannungen aussetzen, und deshalb kann häufig eine kleine Menge von Schmelze geduldet werden.

Während des Aufheizens werden die Teilchen der Zusatz-Vorlegierung bis zu einem gewissen Grad oxidiert. Bei der erfindungsgemässen Vorgangsweise wird aber die Oxidhaut an der Teilchenoberfläche durch die Schmelzeausdehnung gesprengt, und die Ausbreitung der Schmelze über die Eisenpulverteilchen verläuft unbehindert. Es ist sogar kennzeichnend für die vorliegende Erfindung, dass leicht

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oxidierbare Metalle wie Mangan oder Chrom in der Zusatz-Legierung vorliegen können.

Ohne die Diffusionswege zu verlängern, kann man nötigenfalls die Oxidation während des Aufheizens, dadurch auf ein Minimum reduzieren, dass die Zusatz-Legierung in der Form grosser (beispielsweise bis zu 1 mm Durchmesser) kugeliger oder kugelähnlicher Teilchen eingebracht wird, wie man sie etwa beim Atomisieren unter Inertgas erhält. Alternativ oder zusätzlich kann im Vorformling elementarer Kohlenstoff eingebracht werden, sodass während des - Aufheizens auf Schmiedetemperatur in seinem Inneren eine reduzierende oder neutrale Atmosphäre aufrechterhalten wird.

Als Zusatz-Legierung kann allgemein eine ZweistoffIegierung dienen, aber Drei- oder Mehr st off legierungen sind liegen ihrer überlegenen festigkeitssteigernden Wirkung den einfachen Zweistofflegierungen vorzuziehen.

Was die Zusammensetzung der Zusatz-Legierung anbetrifft, so sollte sie natürlich solche Legierungselemente enthalten, die für das fertige Schmiedeprodukt wünschenswert sind. Unter der Voraussetzung·, dass die oben angeführten allgemeinen Eigenschaften erhalten bleiben, können diese Elemente entweder miteinander legiert werden, oder mit solchen Elementen, deren Anwesenheit im fertigen Schmiedeteil zumindest unschädlich ist.

Besonders wünschenswerte Komponenten der Zusatz-Vorlegierung sind Elemente wie Mangan, Chrom, Nickel, Molybdän, Kupfer ader Kobalt, die die Härtbarkeit des fertigen Teils erhöhen, obgleich verschiedene Metalle in verschiedener Weise wirken. Mangan und/oder Chrom stellen besonders bevorzugte Legierungskomponenten dar, und es ist weiterhin empfehlenswert, kleine Mengen von Nickel mit einem oder beiden von diesen Elementen zu kombinieren. Es wurde gefunden, dass dies die Zähigkeit der fertigen Teile viel stärker verbessert als in konventionell hergestellten Stählen, weil die verhältnismässig hohe Nickelkonzentration* die sich auf Grund der langsamen Diffusion dieses Elements an den Teilchengrenzen einstellt, den

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Werkstoff weniger empfindlich für interkristallinen Bruch macht.

Kupfer, Zinn und Zink sind weitere bevorzugte Grundkomponenten erfindungsgemässer Zusatz-Legierungen. Diese Stoffe bilden mit Mangan entweder Mischkristalle- oder intermetallische Phasen von (geeignet) niedrigem Schmelzpunkt, und die Legierungen können zusätzlich Chrom aufnehmem. Legierungen mit einem oder mehreren dieser drei Elemente sind im Eisen allgemein genügend löslich, um beispielsweise 1 - 4 % (bezogen auf das Gewicht des fertigen Teils) Mangan mitführen zu können, ohne das Schmiedeverhalten zu beeinträchtigen. Die genannte Manganmenge entspricht dem wünschenswerten Endgehalt. Es ist hierbei festzustellen, dass die genannten drei Grundkomponenten bisher in Schmiedestählen vermieden worden sind, weil sie zu Rotbrüchigkeit oder anderen Schwierigkeiten Anlass geben.

Aluminium, Silizium, Phosphor und Bor können ebenfalls Grund- oder Nebenkomponenten erfindungsgemässer Zusatz-Legierungen sein. Die drei letztgenannten sind besonders bevorzugt aufgrund ihres starken Effektes auf Festigkeit und Härtbarkeit des geschmiedeten Werkstoffes, der geringen erforderlichen Legierungsmenge, wenn sie In Verbindung mit Mangan benützt werden, ihrer schnellen Diffusion im Eisen und ihrer Billigkeit. Silizium ist eine besonders geeignete Komponente für Zusatz-Legierungen mit Mangan, da es mit diesem ein niedrigschmelzendes Eutektikum von hohem Mangangehalt bildet; solche Legierungen können darüberhinaus auch noch Chrom und Nickel aufnehmen. Silizium ist ferner eine wünschenswerte VorIegierungskomponente für Stähle,, die vergütet werden sollen, und hat dazu die allgemein nützliche Nebenwirkung, dass es die Benetzung der Eisenteilchen durch die Zusatz-Vor legierung verbessert.

Weitere erfindungsgemässe Komponenten der Zusatz-Legierungen sind Erdalkalimetalle wie Calcium und Magnesium, oder seltene Erdmetalle wie Cer.

Kohlenstoff kann zweckmässigerweise In der Zusatz-Legierung enthalten sein, da er die Härtbarkeit des fertigen Materials erhöht.

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Der Kohlenstoffgehalt kann bis zum Sättigungsniveau der jeweiligen Zusatz-Legierung beliebig gewählt werden; im allgemeinen wird man Kohlenstoff gehalte bis zu 5 $, beispielsweise 0,03 - 5 %* oder Ο,1 - 5 % wählen.

Es versteht sich von selbst, dass viele verschiedene Kombinationen der oben genannten Elemente verwendet werden können. Einige Beispiele werden in den folgenden Tabellen angeführt, deren Angaben, in Gewichtsprozent sind.

Tabelle 1 - Zweistofflegierungen

Mn-Cu mit 30 - 90 % Cu Mn-Sn mit 20 - 60 % Sn Mn - Zn mit 15 -90 % Zn Mn-Si mit 5 -- 25 % Si ' Mn - Ni mit 15 - 75 % Ni Mn-P mit 0,1 - 50 % P Mn-B mit 2 - 20 £"B Mn - Al mit 25 - 65 % Al

Tabelle 2 - Dreistofflegierungen

(A) Legierungen auf Mn-Ni-Basis mit einem Mn:Ni-Verhältnis zwischen 7:1 und 1:3 und einem der folgenden zusätzlichen Elemente:

-Mo (1 - 50 %)

Cr (1 - 35 ^)

Si (0,5 - 30 %)

B (0,1 - 20 ^)

P (0,1 - 25 ^)

Al (1 - 50 %) ■

Sn (0,5 - 10 %)

Zn (0,5 - 70 %)

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Mg (0,5 - 15 %) Ca (0,5 - 20 %) Ce (0,05 - 25 %)

(B) Legierungen auf Mn-Cu- Basis mit einem Mn:Cu - Verhältnis zwischen 7:j5 und 1:9 und einem der in Tabelle 2 (A) angeführten Elemente in der dort angegebenen Menge

(C) Mn-Cu-Ni mit 1 - 75 fo Mn, 1 - 90 ^ Cu und 1 - 75 % Ni

(D) Mn - Mo - B mit 1 - 10 % Mo und 0,1 - 20 $ B

Tabelle 3 - Vierstofflegierungen

(A) Vierstofflegierungen auf der Basis Mn-Cu-Ni in den Mengenverhältnissen entsprechend Tabelle 2 (C)., unter Zusatz eines der in Tabelle 2 (A) angeführten Elemente in dort angegebener Menge.

(B) Mn-Ni-Co-Cr Mn-Ni-Mo-Cr Mn-Ni-Mo-B Mn-Ni-Mo-Si Mn-Cr-Cu-Mo Mn-Mo-Cu-B Mn - Mo^ -Co-B

Tabelle 4 - Fünfstofflegierungen

(A) Fünfstofflegierungen auf der Basis Mn-Ni-Mo-Cr, unter Zusatz eines der in Tabelle 2 (A) angeführten Elemente.

(B) Fünfstofflegierungen auf der Basis Mn-Ni-Cu-Cr, unter Zusatz eines der in Tabelle 2 (A) angeführten Elemente.

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(C) Mn-Ni-Co-Cu-B
Mn-Ni- Co - Cu - P
Mn-Ni-Co-Cu-Si
Mn - Ni -' Co -Cu-Mg
Mn-Ni- Co - Cu — Ca
Mn-Ni - Co - Cu - Al '
Mn-Ni-Co-Cu-Ce
Mn - Mo - Ni - Cu - B

Beispiele für Zusatz-Legierungen rait sechs Komponenten ergeben sich durch Zusatz von Kupfer zu den in Tabelle 4 (A) beschriebenen Legierungen, wobei dieses in einer Menge vorhanden ist, um den erfindungsgemässen Zweck zu erfüllen. -

In den oben beschriebenen Zusatz-Vprlegierungen können Mangan, ■ Kupfer, Nickel und Chrom bis zu 50 fo der jeweils angegebenen Gehalte durch Eisen ersetzt werden. Wie bereits angedeutet,, können die Zusatz-Vorlegierungen auch zusätzlich Kohlenstoff enthalten, beispielsweise in Mengen bis zu 5 %· ~^! ·

Mit Ausnahme einiger der Zweistofflegierungen (Cu-Mn, Ni-Mn) stellen die gemäss der Erfindung zu verwendenden Vorlegierungen neue Pulver-Materialien dar und machen somit ein weiteres Kennzeichen der Erfindung aus. "

Die zur erfindungsgemässen "Verwendung vorgesehenen Zusatz-Legierungen können nach üblichen Methoden hergestellt werden. Beispielsweise kann Bor in die Zusatz-Legierung, wie auch anderweitig üblich, als Ferrobor eingetragen werden, Cer als Mischmetall oder unreines Ferro-Cer. ,■ . .

In der fertigen Zusatz-Legierung kann Bor beispielsweise bis zu 5 Gewichtsprozent, beispielsweise 0,1-5 Gew.-^ enthalten sein, Magnesium und Calcium bis zu 50 #, beispielsweise 0,1 - 50 % Aluminium und Silizium bis zu 10 Gewichtsprozent, beispielsweise 0,1-10 Gewichtsprozent.

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Insbesondere bevorzugte Ausführungsbeispiele sind Zusatz-Legierungen auf Manganbasis mit Zusätzen von ungefähr 55 % Zn, etwa 50 $> Al, etwa 8 $> P, etwa 12 % Si oder etwa 5 fo B (Gewichtsprozente), entweder einzeln oder in Kombination miteinander, sowie in weiterer Kombination mit Chrom, Nickel und Molybdän. Schmelzpunkt und Netzfähigkeit solcher Legierungen lassen sich nötigenfalls durch Zusäta von Kupfer und/oder Kohlenstoff Justieren. Ein bevorzugter Zusammensetzungsbereich für Mangan-Zink-basierte Legierungen enthält 20 - 50 % Mn, 10 - 30 f> Ni oder Ni + Cu (bei Anwesenheit von Cu soll dessen Gehalt zwischen 0,1 und 25 % liegen), und gegebenenfalls bis zu 25 % Mo (z.B. 5 - 25 %) und gegebenenfalls bis zu· 25 % Cr (z.B. 0,1 - 25 Jg), Rest Zink.

Die Verwendung von Cu, Mo und Cr in dieser Vorlegierung ist wahlfrei; als weiterer wahlfreier Legierungsbestandteil kann Kohlenstoff zugesetzt werden.
Weitere Beispiele erfindungsgemässer Mn-Zn-Legierungen sind:

50 % Mn, 20 $.Zn, JO $ Ni + Cu,

50 fo Mn, 20 fo Zn, 20 fo Ni, 10 ^ Mo + Cr,

65 fo Mn, 20 fo Co, 15 % Zn,

60 % Mn, 15 % Co, 10 fo Cr + Ni, 15 % Zn.

Legierungen auf Kupfer-Mangan-Basis sind weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, wobei der Mangangehalt zwischen 10 und 70 Gewichtsprozent liegt (z.B. eine Legierung mit βθ fo Mn und 40 f> Cu). Solche Vorlegierungen können wahlweise Zusätze von Chrom, Kobalt, Nickel oder Molybdän einzeln oder in Kombinationen enthalten, weiterhin wahlweise Kohlenstoff. Beispielsweise können derartige Vorlegierungen enthalten:

10 - 70 $ Mn, 5 - 25 % Ni, gegebenenfalls bis 25 fo'Mo (z.B. 5 25 %)* und gegebenenfalls bis zu j50 fo Cr (z.B. 0,1 - 30 %), als Rest Kupfer (jedoch mindestens 20 %) .·

Es hat sich gezeigt, dass die Diffusion der Zusatz-Vorlegierung in die Eisenpulverteilchen besonders wirksam wird, wenn der Schmelz-

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punkt der Zusatz-Vorlegierung auf eine Temperatur unterhalb oder knapp oberhalb (z.B. 20⁰C) jener der Austenitbildung eingestellt wird (910°C in unlegiertem Eisen, niedriger in kohlenstofflegiertem Eisen). - .

Beispielsweise ergeben Zusatz-Vorlegierungen auf der Basis der. binären Systeme Mn-Zn und Mn-Cu (eventuell mit Zusätzen entsprechend Tabelle 1 und 2) schnellere Homogenisierung als solche, die ihre Basis- in dem höherschmelzenden Zweistoffsystem Pe-C (mit Zusätzen härtbarkeits^fordernder Elemente) haben.

Eine besonders bevorzugte Endzusammensetzung.liegt im Zusammensetzungsbereich 1-3 % Cu, 1 - \ % (oder 2 - J> <fo) Mn, 0,15 Ο, kO io Mo, 0,10 - 1,0 % Ni (wobei diese Elemente zusammen als Vorlegierung zugesetzt werden), 0,15 - 0,50 fo öder 0,15 - O,8o % C, Rest Fe.

Wie schon erwähnt, ist das Pulver, zu dem die. Zusatz-Legierung zugesetzt werden soll, gewöhnlich ein unlegiertes Eisenpulver oder eine Mischung von Eisen- und Kohlenstoff pulver .■ Es sei Jedoch hervorgehoben, dass unter gewissen Umständen auch Pulver von Eisenlegierungen verwendet werden können, z.B. partiell vorlegierte Pulver, das sind Pulver, die weniger als den gewünschten Endgehalt an Legierungselementen enthalten. Legierungselemente, die in dieser Weise vorliegen können, sind z.B. jene, die bei der Pulverherstellung nicht oxidiert werden, insbesondere Mo und Ni. Diese Legierungselemente können im Pulver homogen oder inhomogen verteilt sein.

Die Vorformlinge für das erfindungsgemässe Verfahren können, durch einfaches Mischen der Zusatz-Legierung"in Pulverform mit Eisenoder Stählpulver und darauffolgende Verdichtung der Mischung in einem Presswerkzeug hergestellt werden. Soll elementarer Kohlenstoff zugesetzt werden, so geschieht dies vorzugsweise zuletzt in der Form von Graphit oder Russ. Die Vorformlinge werden dann auf übliche Weise geschmiedet. Wie die unten angeführten Beispiele zeigen, ist. es vorteilhaft, die Vorf ormlinge einige Minuten vor

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dem Heissverdichten auf der Schmiedetemperatur zu halten.

Es ist zu beachten, dass die Verdichtungswirkung beim Schmieden alle beim Schmelzen der Zusatz-Legierung während des Aufheizzyklus zurückgelassenen Poren eliminiert. Das ist der Grund, weshalb niedrigschmelzende Zusatz-Legierungen beim Pulverschmieden gut verwendbar sind, während sie in der gewöhnlichen Sinterpraxis bekanntlich ernstliche Schwierigkeiten mit sich bringen.

Die geschmiedeten Teile können schliesslich konventionellen Nachbehandlungen unterworfen werden. Beispielsweise kann man sie weiteren Wärmebehandlungen unterziehen, wie Vergüten, thermomechanischer Behandlung oder mechanischen Prozessen,wie Kalibrieren (Nachpressen) .

Die folgenden Beispiele zeigen die Ausführung der Erfindung:

Beispiel 1

20 g eines Zusatz-Vorlegierungspulvers aus 50 % Cu und 50 % Mn wurden mit 9977 g Eisenpulver gemischt und 3 g Graphit zugemischt. Die Mischung wurde dann in einem Presswerkzeug zu Vorformlingen verdichtet. Die" Presslinge wurden danach 20 Minuten lang bei HOO⁰C erhitzt und schliesslich in einem geschlossenen Werkzeug geschmiedet. Die geschmiedeten Stücke wurden in Luft erkalten gelassen, bei 95O°C 30 Minuten lang austenitlsiert, in öl abgeschreckt und bei verschiedenen Temperaturen (200, 500, 650⁰C) JO Minuten lang angelassen.

Das Gefüge des abgeschreckten Materials war völlig martensitisch. Seine Zusammensetzung war 1 % Cu, 1 % Mn, 0,2 % C, Rest Pe. Seine mechanischen Eigenschaften nach dem Anlassen waren wie folgt:

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■ * ι? -

Anlass temperatur	Bruch grenze	Streck grenze	Bruch- . dehnung	Bruch- *e ins chnürung
%	N/mm²	N/mm²	- '■■■* · :■"
200	1150	950		⁷ ' I
500	970	850	7	15 I
650	700	630	12	26 j

Messlänge =5x Durehmesser des Probe Stabes,

Beispiel 2 *

2 Gewichtsprozent einer Zusatz-Legierung der Zusammensetzung 50 fo Mn, 50 fa Cu wurden atomisiertem Eisenpulver zugemischt und Ο,Λ Gewichtsprozent Graphit zugesetzt. Kaltgepresste Stäbe wurden verschieden lange bei 1200⁰C erhitzt, bei dieser Temperatur geschmiedet, ' von 850⁰C in öl abgeschreckt und schliesslich 1/2 Stunde bei 600°C getempert. Fig. 1 zeigt in Abhängigkeit von der Glühzeit vor dem Schmieden die" Veränderung der Festigkeitseigenschaften des so hergestellten Werkstoffes, wobei die Festigkeitseigenschaften vertikal und die Glühzeit vor dem Schmieden horizontal aufgetragen, sind. Die Figur zeigt, dass eine Glühzeit von nur 2 Minuten, bei 1200⁰C technisch befriedigende Eigenschaften durch Wärmebehandlung nach dem Sehmieden zu entwiekeln erlaubt. Dies ist von Bedeutung, wenn man induktiv erhitzen will.

Gleichwertige Ergebnisse wurden bei niedrigeren Glühtemperaturen mit entsprechend längeren Zeiten erzielt., Beispielsweise ergibt 8-minütige Qlühung bei UOO⁰C die gleichen Eigenschaften wie 2-minütige Glühung bei 1200⁰C.

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Beispiel j5 .

Figur 2 zeigt die Härtbarkeit pulvergeschmiedeter Stähle, die erfindungsgemäss hergestellt wurden, ermittelt mit Hilfe der Stirnabschreckprobe nach Jominy. Die Härte ist vertikal aufgetragen, der Abstand von der abgeschreckten Stirnfläche horizontal. Die Proben wurden auf gleiche Weise hergestellt wie in Beispiel 2, aber mit einer Glühtemperatur von HOO⁰C statt 1200⁰C. Die unterste Kurve zeigt die Härtbarkeit eines 1 % Mn - 1 % Cu - Stahles mit 0,35 % C, der nach 8-minütiger Glühung bei 110O⁰C geschmiedet wurde, während die anderen Kurven für einen Stahl mit 2,5 <fo Mn, 1,0 % Cu und 0,3 % C gelten, der mit einem Zusatz-Legierungspulver der Zusammensetzung 70 $ Mn, j50 % Cu hergestellt wurde. Die mit ⁿ0 min" bezeichnete Kurve zeigt die Härtbarkeit, die sich ergab, wenn die Probe nur von Raumtemperatur auf die Schmiedetemperatur aufgeheizt und dann sofort geschmiedet wurde (Aufheizzeit 4 Min.); das Band zuoberst in der Figur gilt für Haltezeiten zwischen 4 und 8 Min. nach dem Aufheizen. Man sieht, dass die Entwicklung der Härtbarkeit im Verlauf der Glühung nach 8 Min. bei HOO⁰C praktisch abgeschlossen ist. Bei einer Glühtemperatur von 1200⁰C wäre die erforderliche Zeit 2 Minuten.

Beispiel 4

Atomisiertes Eisenpulver wurde mit 1,54 % einer Zusatz-Legierung der Zusammensetzung 55 % Mn, 45 % Zn vermischt und 0,4 % Graphit zugesetzt. Die Mischung wurde kaltgepresst, bei HOO⁰C 4 Minuten geglüht und geschmiedet. Nach Austenitisierung bei 900⁰C, ölabschrecken und Anlassen während j50 Minuten bei 600°C, wurden die folgenden mechanischen Eigenschaften erreicht:

Bruchgrenze 680 K/mm

Streckgrenze (0,2 % Dehnung) 590 N/mm Bruchdehnung B_1n 1? %

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Pulverschmieden von Eisen- oder eisenhaltigen Pulvern zusammen mit Legierungselementen durch Erhitzen und sofortiges Verdichten, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungselemente dem Eisenpulver in Form einer vorlegierten, pulverförmigen Zusatz-Legierung zugemischt werden und dass sich die Züsatz-Legierung während des Aufheizens auf Schmiedetemperatur zeitweilig in geschmolzenem Zustand befindet.

2„ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung auf 800 - 125O⁰C erhitzt wird. . ..

Jo Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Pulver eine" Eisen-Kohlenstoff-rLegierung verwendet

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz-Legierung in Form kugeliger oder im wesentlichen kugelähnlicher Teilchen zugeführt wird.

5ο Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz-Legierung eine solche mit einem oder mehreren der Elemente Nickel, Molybdän, Mangan, Kupfer und Chrom verwendet wird, in Mengen, die zur Verbesserung der Härtbarkeit der konsolidierten Pulvermischung ausreichen.

β=, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz-Legierung eine der in Tabelle 1 beschriebenen Legierungen verwendet wird. ■

7* Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5* dadurch gekennzeich«. net., dass als Zusatz-Legierung eine der in Tabelle 2 beschriebenen Legierungen verwendet wird.

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8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz-Legierung eine der in Tabelle 3 beschriebenen Legierungen verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz-Legierung eine der in Tabelle 4 beschriebenen Legierungen verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz-Legierung eine der in Tabelle 4(A) beschriebenen Legierungen mit zusätzlichem Gehalt von Kupfer ist.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz-Legierung aus Mangan, Kupfer, Nickel oder Chrom besteht und dass höchstens 50 % jedes Elements durch Eisen ersetzt sind.

12. Verfahren nach einem'der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz-Legierung eine Mangan-Kupfer-Basislegierung ist, mit 10- - 70 fo Mn, 5 - 25 fo Ni, gegebenenfalls bis zu 25 % Mo und gegebenenfalls bis zu 30 fo Cr, Rest Kupfer, aber mindestens

20 $. ■ ■

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz-Legierung eine Mangan-Zink-Basislegierung ist, mit dem Zusammensetzungsbereich 20 - 50 % Mn, 10 - 30 % Ni oder Ni + Cu (falls Cu eingeht, soll sein Gehalt zwischen 0,1 und 25 % liegen), gegebenenfalls bis zu 25 % Mo und gegebenenfalls bis zu 25 % Cr, Rest Zink.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5* wobei die Zusatz-Legierung aus Kupfer, Mangan, Molybdän und Nickel besteht und das Pulver eine Eisen-Kohlenstoff-Mischung ist, .gekennzeichnet dadurch, dass die Endzusammensetzung des geschmiedeten Werkstoffes im wesentlichen im Bereich 1 - 3 % Cu, 1 - 4 % Mn, 0,15 - Ο,4θ % Mo, 0,10 1,0 % Ni, 0,15 - O,8o % C, Rest Eisen, liegt.

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15. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz-Legierung Kohlenstoff bis zu 5 % enthält. ,

16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt der Zusatz-Legierung unterhalb des Austenitpunktes des Eisenpulvers liegt, oder aber höchstens 20°C darüber.

17· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung von Zusatz-Legierungs- und Eisenpulver auf 800 - 1100^pC erhitzt wird.

18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Pulver eine pulverförmig Eisenlegierung ist.

19· Formkörper oder Bauteile, hergestellt nach einem der in den vorstehenden Ansprüche beschriebenen Verfahren.

20. Ein binäres Legierungspulver auf Manganbasis, das als zweite Komponente 20 - 6ö % Sn oder 15 - 90 % Zn oder 5 - .25 % Si oder 0,1 - 50 % P oder 2 - 20 Ji B oder 25 - 65 % Al enthält.

21. Ein ternäres Legierungspulver auf. Mangan-Niekel- oder Mangan-Kupfer-Basis, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mn:Ni im Bereich 7:1 bis 1:3 bzw. das Verhältnis Mn:Cu im,Bereich 7:3 1:9 liegt und dass es als dritte Komponente 1 - 50 % Mo oder 1 35 % Cr oder 0,5 - 30 fo Si oder 0,1 - 20 # B oder 0,1 - 25 Ji P oder 1 - 50 % Al oder 0,5 - 10 % Sn oder 0,5 - 70 % Zn oder 0,5 15 % Mg oder 0,5 - 20 % Ca oder 0,05 - 25 % Ce enthält.

22. Ein ternäres Legierungspulver, dadurch gekennzeichnet, dass es 1 - 75- Ji Mn, 1 - 90 % Cu und 1 - 75 % Ni enthält.

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23. Ein ternäres Legierungspulver, dadurch gekennzeichnet, dass es Mangan mit Zusätzen von 1 - IO % Mo und 0,1 - 20 fo B enthält.

24-. Ein Vierstoff-Legierungspulver auf Mn-Cu-Ni-Basis mit 1 75 ^ Mn, 1 - 90 $ Cu, 1 - 75 ^- Ni, dadurch gekennzeichnet, dass es als seine vierte Komponente entweder 1 - 50 $ Mo oder 1 - 35 $ Cr oder 0,5 - 30 # Si oder 0,1-20^B oder 0,1 - 25 $ P oder 1 - 50 % Al oder 0,5 - 10 $ Sn oder 0,5 - 70 % Zn oder 0,5 15 # Mg oder 0,5 - 20 # Ca oder 0,05 - 25 Jg Ce enthält.

25. Ein Fünf stoff-Legierungspulver auf der Basis Mn-Ni-Mo-Cr oder Mn-Ni-Cu-Cr, dadurch gekennzeichnet, dass es als fünfte Komponente entweder 1 - 35 % Cr, bzw. 1 - 50 % Mo oder 0,5 - 30 % Si oder 0,1 - 20 % B oder 0,1 - 25 % P oder 1 - 50 % Al oder 0,5 - 10 % Sn oder 0,5 - 70 % Zn oder 0,5 - 15 $ Mg oder 0,5 - 20 % Ca. oder 0,05 - 25 ^ Ce enthält.

26. Ein Fünf stoff-Legier'ungspulver auf der Grundlage von Mn-Ni-Mo-Cr nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich Kupfer enthält.

27. Ein Legierungspulver entsprechend einem der Ansprüche 20 - 26, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu 50 % der Gehalte an Mn, Cu, Ni oder Cr durch Pe ersetzt sind. ■ ■

28. Ein Legierungspulver nach einem der Ansprüche 20 - 27, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich bis zu 5 % Kohlenstoff enthält.

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