DE2537340A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING ALLOY SINTER STEEL PIECES - Google Patents
PROCESS FOR MANUFACTURING ALLOY SINTER STEEL PIECESInfo
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Description
Gesellschaft für Elektrometallurgie mbH 4000 Düsseldorf 1, Grafenberger Allee 159Gesellschaft für Elektrometallurgie mbH 4000 Düsseldorf 1, Grafenberger Allee 159
"Verfahren zur Herstellung von legierten Sinterstahlwerkstücken" "Process for the production of alloyed sintered steel workpieces"
Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Herstellung von legierten Sinterstahlwerkstucken, - wobei zunächst aus den Legierungselementen des Sinterstahlwerkstückes sowie aus Eisen und Kohlenstoff eine Ferrolegierung erzeugt, diese zu einem Vorlegierungspulver zerkleinert und vermählen, das Vorlegierungspulver mit duktilem Eisenpulver vermischt und die Mischung verpreßt und gesintert wird. -The invention relates generically to a method for the production of alloyed sintered steel workpieces, - wherein First a ferro alloy from the alloy elements of the sintered steel workpiece and from iron and carbon generated, crushed and ground to a master alloy powder, the master alloy powder with ductile iron powder mixed and the mixture is compressed and sintered. -
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Ferrolegierung bezeichnet Eisenlegierungen von Metallen wie Chrom, Mangan, Molybdän, Vanadium, Niob mit zumeist weniger und beachtlich weniger als 50 % Eisen.Ferroalloy refers to iron alloys of metals such as chromium, manganese, molybdenum, vanadium, niobium with mostly less and considerably less than 50% iron.
Das gattungsgemäße Verfahren (DT-OS 22 04 886) betrifft die Herstellung von Sinterstahlwerkstücken aus Legierungen, die als Werkzeugstähle und Schnellarbeitsstähle bekannt sind, und die als Legierungselemente zwar Chrom, Wolfram, Vanadin, Molybdän, Titan, Tantal oder Niob enthalten, nicht jedoch Mangan. Gegenstand der bekannten Maßnahmen ist nämlich die Verwendung durch Erschmelzen hergestellter, kohlenstoffhaltiger, komplexer Ferrolegierungen mit 1 bis 15 % Kohlenstoff, 5 bis 30 % Chrom, 1 bis 35 % Wolfram, 1 bis 25 % Vanadium und einem oder mehreren der nachfolgenden Elemente in Mengen bis zu 30 % Molybdän, bis zu 15 % Titan, bis zu 15 % Tantal, bis zu 15 % Niob, Rest Eisen mit schmelzbedingten Verunreinigungen, die durch Vermählen oder Verdüsen in Pulverform überführt sind, als Ausgangswerkstoff für die pulvermetallurgische Herstellung von Werkzeugstählen und von Schnellarbeitsstählen. Die Legierungselemente liegen in diesen Ferrolegierungen und in den daraus hergestellten Sinterstahlwerkstücken in carbidischer Form vor. Diese Carbide erfahren bei der sintermetallurgischen Herstellung der Werkstücke keine Umwandlung. Der Kohlenstoffgehalt der fertigen Sinterstahlwerkstücke wird erzeugt, indem der zu verpressenden Pulvermischung Graphit in entsprechender Menge beigegeben wird. Das alles hat sich an sich bewährt, ist aber auf die Herstellung von Werkzeugstählen und Schnellarbeitsstählen beschränkt. Demgegenüber beschäftigt sich die Erfindung mit der Herstellung von Sinterstahlwerkstücken, die nicht die Analyse der genannten Werkzeugstähle und Schnellarbeitsstähle aufweisen, die vielmehr die Legierungszusammensetzung üblicher, haupt-The generic method (DT-OS 22 04 886) relates to the production of sintered steel workpieces from alloys that are known as tool steels and high-speed steels, and the alloying elements are chrome, tungsten, vanadium, molybdenum, Contains titanium, tantalum or niobium, but not manganese. The subject of the known measures is namely the use by melting produced, carbon-containing, complex ferro-alloys with 1 to 15% carbon, 5 to 30% Chromium, 1 to 35% tungsten, 1 to 25% vanadium and one or more of the following elements in amounts up to 30% Molybdenum, up to 15% titanium, up to 15% tantalum, up to 15% Niobium, remainder iron with impurities caused by the melting process, which are converted into powder form by grinding or atomization, as Base material for the powder metallurgical production of tool steels and high-speed steels. The alloying elements are in these ferro-alloys and in those made from them manufactured sintered steel workpieces in carbidic form. These carbides experience during sinter-metallurgical production of the workpieces no conversion. The carbon content of the finished sintered steel workpieces is generated by the Add graphite powder mixture in the appropriate amount will. All of this has proven itself, but applies to the production of tool steels and high-speed steels limited. In contrast, the invention deals with the production of sintered steel workpieces that do not do the analysis of the mentioned tool steels and high-speed steels, which rather have the alloy composition of the usual, main
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sächlich mit Mangan und Chrom und/oder Molybdän legierter Baustähle besitzen (vergl. "Stahlschlüssel 196 8, Vergütungsstähle und Automatenstähle"}. Diese Legierungen werden üblicherweise erschmolzen.have structural steels alloyed mainly with manganese and chromium and / or molybdenum (cf. "Steel key 196 8, quenched and tempered steels and free-cutting steels "}. These alloys are usually melted.
Die gattungsgemäße Herstellung von Werkzeugstählen und Schnellarbeitsstählen aus Ferrolegierungen ist verhältnismäßig jung. Soweit man andere legierte Stähle sintermetallurgisch hergestellt hat, arbeitet man mit vollegierten, auf dem Schmelzwege hergestellten Legierungen, die anschließend durch Verdüsen in die erforderliche Pulverform überführt werden. Diese Legierungspulver weisen die vollständige Zusammensetzung des zu sinternden Stahles auf, haben aber den Nachteil, eines erheblichen Sauterstoffgehaltes. Der Sauerstoffgehalt beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften der fertigen Werkstücke. Im übrigen sind für das Verpressen sehr hohe Drücke erforderlich, die um einen Faktor 2 höher liegen, als die Drücke, die bei der Pulvermetallurgie des Eisens üblich sind. Arbeitet man mit niedrigeren Drücken, so reichen die erreichten Festigkeitswerte nicht aus. Stähle, welche Mangan und Chrom und/oder Vanadin als Legierungselemente enthalten, sind in der beschriebenen Weise gar nicht machbar. Tatsächlich ist es sehr schwierig, unter der in der Praxis benutzten Sinteratmosphäre eine Oxidation des zugesetzten Chroms bzw. Mangans zu ver- ' meiden. Eine Reduktion von eingebrachten Oxiden dieser Legierungselemente ist im technischen Sinterofen nicht zu bewerkstelligen. Zumindest wenn man versucht, mit Mangan- und Chrom- und/oder Vanadiumzusätzen zu arbeiten, sind daher die nach dem bekannten Verfahren erreichbaren Festigkeiten nicht ausreichend.The generic production of tool steels and Ferro-alloy high-speed steels are relatively young. As far as other alloyed steels are sintered metallurgically has produced, one works with fully alloyed, melted alloys, which then through Atomization can be converted into the required powder form. These alloy powders have the full composition of the steel to be sintered, but have the disadvantage of one considerable oxygen content. The oxygen level affects the mechanical properties of the finished workpieces. In addition, very high pressures are required for pressing required, which are a factor of 2 higher than that Pressures that are common in iron powder metallurgy. If you work with lower pressures, those achieved are sufficient Strength values are not sufficient. Steels containing manganese and chromium and / or vanadium as alloying elements are included in the described way not feasible at all. In fact, it is very difficult under the sintering atmosphere used in practice to avoid oxidation of the added chromium or manganese. A reduction of introduced oxides of these alloy elements cannot be achieved in a technical sintering furnace. At least if you try to work with manganese and chromium and / or vanadium additives, they are The strengths that can be achieved by the known process are not sufficient.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von mangan- und chrom- und/oder vanadiumlegierten Sinterstahlwerkstücken anzugeben, welches zu Produkten führt, die in bezug auf Festigkeit und Dichte allen Anforderungen genügen und darüber hinaus auch einfach verpreßt werden können. Ausgehend von dem gattungsgemäßen Verfahren löst die Erfindung die vorstehende Aufgabe dadurch, daß eine Ferrolegierung erzeugt wird, welche die im Sinterstahlwerkstück angestrebten Legierungselemente Mangan plus Chrom oder Mangan plus Vanadin in Form komplexer Metallcarbide des Mangans plus des Chroms oder des Mangans plus des Vanadins sowie möglichst viel des gesamten, in den Sinterstahl angestrebten Kohlenstoffs enthält, daß diese Ferrolegierung einer üblichen Zerkleinerung unterworfen und danach unter Schutzflüssigkeit zu einem Vorlegierungspulver der Körnung unter 10 pm, vorzugsweise unter 5 um, vermählen, das Vorlegierungspulver nach Maßgabe der im SinterStahlwerkstück angestrebten Analyse mit dem duktilen Eisenpulver vermischt und die Mischung mit den in der Pulver-The invention is based on the object of specifying a method for the production of manganese and chromium and / or vanadium alloyed sintered steel workpieces, which leads to products which meet all requirements in terms of strength and density and, moreover, can also be easily pressed. Based on the generic method, the invention solves the above problem in that a ferro-alloy is produced, which the desired alloying elements manganese plus chromium or manganese plus vanadium in the form of complex metal carbides of manganese plus chromium or manganese plus vanadium and as much as possible in the sintered steel workpiece of all the carbon desired in the sintered steel contains that this ferro-alloy is subjected to the usual comminution and then ground under protective liquid to a pre-alloy powder with a grain size of less than 10 μm, preferably less than 5 μm, the pre-alloy powder according to the analysis aimed at in the sintered steel workpiece with the ductile iron powder mixed and the mixture with the in the powder
metallurgie des Eisens üblichen Preßdrücken von etwa 500 MN/mmetallurgy of iron usual pressing pressures of about 500 MN / m
gepreßt und bei Temperaturen von 1150 bis 1300° C gesintert wird. Vorzugsweise liegt die Sintertemperatur bis 1280 C. Im übrigen wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens pulvermetallurgisch so gearbeitet, wie es in der Pulvermetallurgie des Eisens üblich ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird eine Ferrolegierung erzeugt, die neben den Legierungselementen Mangan plus Chrom bzw. Mangan plus Vanadium in den komplexen Metallcarbiden auch eines oder mehrerer der Legierungselemente Molybdän, Vanadin oder Niob enthält. Im übrigen empfiehlt die Erfindung, mittels der Ferrolegierung und damit mittels des Ferrolegierungspulvers zumindest 60 %pressed and sintered at temperatures of 1150 to 1300 ° C will. The sintering temperature is preferably up to 1280 C. Im Otherwise, powder metallurgy is used in the process according to the invention as it is in powder metallurgy of iron is common. According to a preferred embodiment of the Invention, a ferro-alloy is produced which, in addition to the alloying elements manganese plus chromium or manganese plus vanadium the complex metal carbides also contain one or more of the alloying elements molybdenum, vanadium or niobium. In addition, the invention recommends using the ferro-alloy and thus by means of the ferro-alloy powder at least 60%
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des in dem Sinterstahlwerkstück angestrebten Kohlenstoffgehaltes gebunden (und nicht in graphitischer Beimischung) in das Sinterstahlwerkstück einzubringen. Komplexe Metallcarbide bezeichnet im Rahmen der Erfindung Carbide aus zumindest zwei der angegebenen Elemente und Eisen, zumeist in Form von Mischkristallen. the desired carbon content in the sintered steel workpiece Bound (and not in graphitic admixture) to be brought into the sintered steel workpiece. Complex metal carbides called In the context of the invention, carbides composed of at least two of the specified elements and iron, mostly in the form of mixed crystals.
Die Erfindung geht von der überraschenden Tatsache aus, daß eine Ferrolegierung, die aus den angegebenen komplexen Metallcarbiden besteht, bei der Zerkleinerung Sauerstoff nicht oder zumindest nicht störend aufnimmt. Das Vorlegierungspulver kann daher, wenn beim Vermählen auf eine Körnung unter 10 um, vorzugsweise unter 5 um mit einer Schutzflüssigkeit gearbeitet wird, ohne Schwierigkeiten auf einen Sauerstoffgehalt unter 0,2 % eingestellt werden, auch wenn das Vermählen extrem fein erfolgt. Das im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens dann weiter zu verarbeitende Vorlegierungspulver besitzt eine ganz überraschende Oxidationsbeständigkeit, und zwar bis zu Temperaturen von 1200° C und mehr. Störunge^ durch hohen Oxidgehalt in dem zu Sinterstahlwerkstücken zu verpressenden Pulver und dadurch bedingte Beeinträchtigungen der Festigkeit der hergestellten Sinterstahlwerkstücke treten nicht mehr auf. Es kann angenommen werden, daß die komplexen Metallcarbide des Mangans plus des Chroms bzw. des Mangans plus des Vanadins, insbesondere in Kombination mit der angegebenen Einstellung des Kohlenstoffgehaltes, einen zusätzlichen Oxidationsschutz bewirken. Dieser funktioniert auch bei extrem feiner Vermahlung. Beim Sintern diffundieren die Legierungselemente sehr freudig, so daß im fertigen Sinterstahlwerkstück eine sehr homogene Verteilung der Legierungselemente im Sinterstah!werkstück erreicht wird,The invention is based on the surprising fact that a ferro alloy, which consists of the specified complex metal carbides exists, does not take up oxygen or at least not interferes with the comminution. The master alloy powder can therefore, if when grinding to a grain size below 10 µm, preferably a protective liquid is used below 5 µm, can be adjusted to an oxygen content below 0.2% without difficulty, even if the grinding is extremely fine. The master alloy powder then to be further processed within the scope of the method according to the invention has a very surprising one Oxidation resistance, up to temperatures of 1200 ° C and more. Disturbances ^ due to high oxide content in the Powder to be pressed into sintered steel workpieces and the resulting impairment of the strength of the manufactured Sintered steel workpieces no longer occur. It can be assumed that the complex metal carbides of manganese plus des Chromium or manganese plus vanadium, especially in combination with the specified setting of the carbon content, cause additional protection against oxidation. This also works with extremely fine grinding. During sintering, the alloying elements diffuse very happily, so that im finished sintered steel workpiece a very homogeneous distribution of the alloy elements in the sintered steel workpiece is achieved,
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was sich vorteilhaft auf die mechanischen Eigenschaften, z.B. auf Festigkeit und Härtbarkeit, auswirkt. Die Legierungselemente liegen in dem fertigen Sinterstahlwerkstück nicht mehr in der carbidischen Form vor, in der sie eingesetzt sind. An sich bestand keine Veranlassung, zur Lösung der Erfindungsaufgäbe von dem gattungsgemäßen Verfahren auszugehen; denn das gattungsgemäße Verfahren lehrt lediglich, dort mit komplexen Ferrolegierungen, die die Legierungaä.emente in carbidischer Form enthalten, zu arbeiten, wo auch das fertige Sinterstahlwerkstück diese Carbide aufweisen soll.which has a beneficial effect on the mechanical properties, e.g. strength and hardenability. The alloy elements are no longer in the finished sintered steel workpiece carbidic form in which they are used. In itself existed no reason to solve the invention problem to proceed from the generic procedure; because the generic The process only teaches, there with complex ferroalloys that contain the alloy elements in carbidic form, to work where the finished sintered steel workpiece should also have these carbides.
Demgegenüber liegen in den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sinterstahlwerkstücken die Legierungselemente nicht oder zumindest hauptsächlich nicht mehr in Form dieser Carbide vor. - Ferrolegierungsanalysen, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet sind, sind in den Ansprüchen 4 bis 7 spezifiziert.In contrast, the alloying elements are located in the sintered steel workpieces produced by the method according to the invention not or at least mainly no longer in the form of these carbides. - Ferroalloy analyzes carried out within the scope of the invention Processes are particularly suitable are specified in claims 4 to 7.
Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is explained below by means of exemplary embodiments.
Es möge sich darum handeln, ein Sinterstahlwerkstück herzustellen, welches als Legierungselemente Mangan plus Chrom und außerdem Molybdän enthält. Handelsübliches Eisenpulver wird mit einem erfindungsgemäßen komplexen Metallcarbidpulver im Verhältnis 96 % zu 4 % innig vermischt und mit einem PreßdruckIt may be a matter of making a sintered steel workpiece, which contains manganese plus chromium and also molybdenum as alloying elements. Commercially available iron powder will with a complex metal carbide powder according to the invention in a ratio of 96% to 4% intimately mixed and with a pressure
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um 500 MN/m zu einem Formstück, z.B. Zahnrad, verpreßt. Das komplexe Metallcarbidpulver enthält: 21 % Cr, 20,8 % Mn,
23,1 % Mo sowie 7,8 % C.2
pressed by 500 MN / m to form a shaped piece, e.g. a gear. The complex metal carbide powder contains: 21% Cr, 20.8% Mn, 23.1% Mo and 7.8% C.
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Die Mahlung der komplexen Metallcarbide erfolgte im Attritor auf einer Korngröße von 3 um nach FSSS. Der Sauerstoffgehalt des Pulvers betrug 0,16 %. In den carbidischen Phasen wurde (Fe/Mn,Cr)-C_ und ß-Mo0C nachgewiesen. Gesintert wurde bei 1250 G in üblichen Sinteröfen, z.B. im Hubbalkenofen unter Ammoniakspaltgasatmosphäre. Eine Prüfung während des Sinterprozesses ergab, daß bis 12OO° C keine Oxidation des komplexen Metallcarbidpulvers erfolgte, welches sich bei etwa 1100° C beginnend, leicht und vollständig bis 1250° C im Eisenpulver auflöst. Wie durch Mikrosondenuntersuchungen nachgewiesen werden konnte, liegen die Legierungselemente Mn Cr und Mo in homogener Verteilung im Sinterstahl vor.The grinding of the complex metal carbides took place in the attritor to a grain size of 3 µm according to FSSS. The oxygen content of the powder was 0.16%. (Fe / Mn, Cr) -C_ and ß-Mo 0 C were detected in the carbidic phases. Sintering was carried out at 1250 G in conventional sintering furnaces, for example in a walking beam furnace under an ammonia cracked gas atmosphere. A test during the sintering process showed that there was no oxidation of the complex metal carbide powder up to 1200 ° C, which, beginning at around 1100 ° C, dissolves easily and completely in the iron powder up to 1250 ° C. As could be proven by microprobe investigations, the alloying elements Mn Cr and Mo are present in a homogeneous distribution in the sintered steel.
Die Eigenschaften der so erhaltenen Sinterstahlwerkstüeke sind denen von Sinterstahlwerkstücken, die mit handelsüblichen Ferrolegierungen legiert wurden, deutlich überlegen.The properties of the sintered steel work pieces thus obtained are clearly superior to those of sintered steel workpieces that have been alloyed with commercially available ferro alloys.
Es möge sich darum handeln, ein Sinterstahlwerkstück herzustellen, welches die Legierungselemente Mangan plus Vanadin plus Molybdän enthält. Handelsübliches Eisenpulver wird mit einem erfindungsgemäßen komplexen Metallcarbidpulver im Ver-It may be a matter of making a sintered steel workpiece, which the alloying elements manganese plus vanadium plus contains molybdenum. Commercially available iron powder is mixed with a complex metal carbide powder according to the invention
2 hältnis 97 % / 3 % innig vermischt und mit 500 MN/m zu dem gewünschten Formstück verpreßt. Das komplexe Metallcarbidpulver enthält 21 % Mn, 22 % Mo und 21,4 % V sowie 7,9 % C.2 ratio 97% / 3% intimately mixed and with 500 MN / m to the desired fitting pressed. The complex metal carbide powder contains 21% Mn, 22% Mo and 21.4% V and 7.9% C.
Die Herstellung des Pulvers erfolgte wieder durch Feinstmahlung im Attritor. Die Korngröße betrug 5 um nach FSSS, bei einem Sauerstoffgehalt von Q,19 % 0. An carbidischen Phasen wurdeThe powder was again produced by fine grinding in the attritor. The grain size was 5 µm according to FSSS, with one Oxygen content of Q, 19% 0. On carbidic phases was
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_ Q_ Q
gefunden: VC-Mo^C-Mischkristalle und der M_C_-Typ, in dem M hauptsächlich Eisen und Mangan sind.found: VC-Mo ^ C mixed crystals and the M_C_ type, in which M are mainly iron and manganese.
Gesintert wurde bei 1280 C unter Ammoniakspaltgasatmosphäre. Auch bei dem hier verwendeten komplexen Eisenlegierungscarbidpulver konnte keine Oxidation bis 1200° C festgestellt werden. Mikrosondenprüfung zeigte eine sehr homogene Verteilung der Legierungselemente Mn, Mo und V im Sinterstahl, dessen mechanische Eigenschaften teilweise die des Stahls aus Beispiel 1 übertreffen.Sintering was carried out at 1280 C under an ammonia cracked gas atmosphere. Even with the complex iron alloy carbide powder used here no oxidation could be detected up to 1200 ° C. Microprobe examination showed a very homogeneous distribution of the Alloy elements Mn, Mo and V in sintered steel, the mechanical properties of which are partly those of the steel from Example 1 surpass.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |