DE2537340C3

DE2537340C3 - Process for the production of alloyed sintered steel workpieces

Info

Publication number: DE2537340C3
Application number: DE19752537340
Authority: DE
Inventors: Rudolf M. Dr. 8500 Nuernberg Fichte; Peter 8501 Oberasbach Kunert; Hans-Joachim Dr. 8501 Weiherhof Retelsdorf
Original assignee: Sintermetallwerk Krebsoege GmbH
Current assignee: Sintermetallwerk Krebsoege GmbH
Priority date: 1975-08-21
Filing date: 1975-08-21
Publication date: 1978-07-13
Also published as: AT362409B; DE2537340A1; DE2537340B2; SE7609131L; FR2321358A1; ATA620776A; CH621576A5; GB1504677A; FR2321358B1

Description

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Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Herstellung von legierten Sinterstahlwerkstücken, — 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, — Ferrolegierung bezeichnet Eisenlegierungen von Metallen wie Chrom, Mangan, Molybdän, Vanadium, Niob mit zumeist weniger und beachtlich weniger als 50% Eisen,The invention relates generically to a method for the production of alloyed sintered steel workpieces, - First of all from the alloying elements of the sintered steel workpiece and from iron and Carbon produces a ferro-alloy, crushed and ground it to form a master alloy powder, which Master alloy powder mixed with ductile iron powder and the mixture is pressed and sintered, Ferroalloy refers to iron alloys of metals such as chromium, manganese, molybdenum, vanadium, and niobium 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 Auisgangswerkstoff für die pulvermetallurgische Herstellung von Werkzeugstählen und von Sehnellarbeitsstählen. 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 Kohlenstoffehalt 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 Sehnellarbeitsstählen 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, hauptsächlich mit Mangan und Chrom und/oder Molybdän legierter Baustähle besitzen (vergl. » Stahlschlüssel 1968, Vergütungsstähle und Automatenstähle«). Diese Legierungen werden üblicherweise erschmolzen.The generic method (DT-OS 22 04 886) relates to the production of sintered steel workpieces Alloys known as tool steels and high speed steels, and those as alloying elements contain chromium, tungsten, vanadium, molybdenum, titanium, tantalum or niobium, but not manganese. The subject of the known measures is namely the use of 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, the remainder iron with impurities caused by the melting process, which are caused by grinding or atomization in Powder form are transferred as a starting material for the powder metallurgical production of tool steels and of tendon work steels. The alloy elements are in these ferro alloys and in the Sintered steel workpieces produced therefrom in carbide form. These carbides are experienced in the Sinter metallurgical production of the work pieces no conversion. The carbon content of the finished Sintered steel workpieces are produced by adding graphite to the powder mixture to be pressed Amount is added. All of this has proven itself in itself, but is due to the production of tool steels and Sehnellarbeitssteels limited. In contrast, the invention is concerned with the Manufacture of sintered steel workpieces that do not include the analysis of the mentioned tool steels and high-speed steels which rather have the alloy composition more common, mainly with manganese and chromium and / or molybdenum alloyed structural steels (see »Stahlkey 1968, Quenched and tempered steels and free-cutting steels «). These alloys are usually melted.

Die gattungsgemäße Herstellung von Werkzeugstählen und Sehnellarbeitsstählen 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, kaben aber den Nachteil, eines erheblichen Sauerstoffgehaltes. 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. Man.gangs zu vermeiden. 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 VerfahrenThe generic production of tool steels and sehnell work steels from ferro alloys is relatively new. If other alloyed steels have been produced by sintering metallurgy, full alloyed alloys produced by melting are used, which are then converted into the required powder form by atomization. These alloy powders have the complete composition of the steel to be sintered, but have the disadvantage of a considerable oxygen content. The oxygen content affects the mechanical properties of the finished workpieces. In addition, very high pressures are required for pressing, which are higher by a factor of 2 than the pressures that are customary in powder metallurgy of iron. If you work with lower pressures, the strength values achieved are not sufficient. Steels that contain manganese and chromium and / or vanadium as alloying elements are not feasible in the manner described. In fact, it is very difficult to avoid oxidation of the chromium or manganese added under the sintering atmosphere used in practice. A reduction of the introduced oxides of these alloy elements cannot be achieved in the technical sintering furnace. At least if one tries to work with manganese and chromium and / or vanadium additives, these are therefore those according to the known method

erreichbaren Festigkeiten nicht ausreichend.achievable strengths are not sufficient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von mangan- und chrom- und/oder vanadiiimlegierten 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 dtim 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 Schulzflüssigkeit zu einem Vorlegierungspulver der Körnung unter ΙΟμιη, vorzugsweise unter 5 μπι, vermählen, das Vorlegierungspulver nach Maßgabe der im Sinterst&hlwerkstück angestrebten Analyse mit dem duktilen Eisenpulver vermischt und die Mischung mit den in der Pulvermetallurgie des Eisens üblichen Preßdrücken von etwa 500 MN/m² gepreßt und bei Temperaturen von 1150 bis 1300° C gesintert wird. Vorzugsweise liegt die Sintertemperatur bis 1280⁰C. 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 pius 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 Ferrolegierun,gspulvers zumindest 60% 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 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. Starting from the generic method, the invention solves the above problem in that a ferro-alloy is produced which contains the 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 of the total carbon desired in the sintered steel, that this ferro-alloy is subjected to the usual comminution and then ground under Schulz liquid to a pre-alloy powder of the grain size below ΙΟμιη, preferably below 5 μm, the pre-alloy powder is mixed with the ductile iron powder according to the analysis aimed at in the sintered workpiece and the mixture is pressed with the pressing pressures of about 500 MN / m ^{2, which are} customary in powder metallurgy of iron, and sintered at temperatures of 1150 to 1300 ° C. The sintering temperature is preferably up to 1280 ^° C. In addition, within the scope of the method according to the invention, powder metallurgy is used as is customary in powder metallurgy of iron. Manganese plus vanadium in the complex metal carbides also contains one or more of the alloying elements molybdenum, vanadium or niobium.In addition, the invention recommends that at least 60% of the carbon content sought in the sintered steel workpiece be bound by means of the ferroalloy and thus the ferroalloy powder (and not graphitic Admixture) to be introduced into the sintered steel workpiece. In the context of the invention, complex metal carbides denotes 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 μπι, vorzugsweise unter 5 μίτι 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 1200⁰C und mehr. Störungen durch hohen Oxidgehalt in dem zu Sinterstahlwerkstücken zu verpressenden Pulver und dadurch bedingte Beeinträchtigungen der Festigkeit der hergestellten Sintcirstahlwerkstücke 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 funktionienl auch bei extrem feiner Vermahlung. Beim Sintern diffundieren die Legierungselemente sehr freudig, so daß im fertigen Sintersiahlwerkstuck eine sehr homogene Verteilung der Legierungselemente im Sinterstahlwerkstück erreicht wird, 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 Erfindungsaufgabe von dem gattungsgemäßen Verfah-The invention is based on the surprising fact that a ferro alloy, which consists of the specified complex metal carbides, does not take up oxygen, or at least not interferes with it, during the comminution. The pre-alloy powder can therefore be adjusted to an oxygen content of less than 0.2% without difficulty, even if the milling is extremely fine, if a protective liquid is used when grinding to a grain size below 10 μm, preferably below 5 μm. The master alloy powder then to be processed further within the scope of the method according to the invention has a very surprising resistance to oxidation, specifically up to temperatures of 1200 ^° C. and more. Disturbances due to the high oxide content in the powder to be pressed into sintered steel workpieces and the resulting impairment of the strength of the sintered steel workpieces produced no longer occur. It can be assumed that the complex metal carbides of manganese plus chromium or manganese plus vanadium, especially in combination with the specified setting of the carbon content, provide additional protection against oxidation. This also works with extremely fine grinding. During sintering, the alloying elements diffuse very happily, so that in the finished sintered steel workpiece a very homogeneous distribution of the alloying elements in the sintered steel workpiece is achieved, which has an advantageous effect on the mechanical properties, e.g. B. affects strength and hardenability. The alloy elements are no longer present in the finished sintered steel workpiece in the carbidic form in which they were used. In itself there was no reason to solve the inventive problem from the generic method

iQ ren auszugehen; denn das gattungsgemäße Verfahren lehrt lediglich, dort mit komplexen Ferrolegierungen, die die Legirungselemente in carbidischer Form enthalten, zu arbeiten, wo auch das fertige Sinterstahlwerkstück diese Carbide aufweisen soll.iQ ren to go out; because the generic method only teaches, there with complex ferro-alloys, the alloying elements in carbidic form contain to work, where the finished sintered steel workpiece should also have these carbides.

ij Demgegenüber liegen in den nach dem erfindungsgemäCsn Verfahren hergestellten Sinterstahlwerkstücken die Legierungselemente nicht oder zumindest haupt sächlich nicht mehr in Form dieser Carbide vor. — Ferrolegierungsanalysen, die im Rahmen des <;rfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet sind, sind in den Ansprüchen 4 bis 7 spezifiziertij In contrast, in the according to the invention Sintered steel workpieces produced by the method do not contain the alloying elements or at least at least at all actually no longer in the form of these carbides. - Ferroalloy analyzes carried out within the framework of the <; Processes are particularly suitable are specified in claims 4 to 7

Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele erläutert In the following the invention is explained by means of working examples

"⁵ B e i s ρ i e 1 1" ⁵ B eis ρ ie 1 1

Es möge sich darum handeln, ein Sintrrstahlwerkstück herzustellen, weiches 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 Preßdruck um 500 MN/m² zu einem Formstück, ζ. Β. Zahnrad, verpreßt Das komplexe Metallcarbidpulver enthält: 21 % Cr, 20,8% Mn, 23,1 % Mo sowie 7,8% C.It may be a matter of producing a sintered steel workpiece that contains manganese plus chromium and also molybdenum as alloying elements.Conventional iron powder is intimately mixed with a complex metal carbide powder according to the invention in a ratio of 96% to 4% and with a pressure of around 500 MN / m ² to form a molded piece , ζ. Β. Gear, pressed The complex metal carbide powder contains: 21% Cr, 20.8% Mn, 23.1% Mo and 7.8% C.

Die Mahlung der komplexen Metallcarbide erfolgte im Attritor auf einer Korngröße von 3 μπι nach FSSS. Der Sauerstoffgehalt des Pulvers betrug 0,16%. In den carbidischen Phasen wurde (Fe, Mn₁Cr^Cj und 0-MO2C nachgewiesen. Gesintert wurde bei 1250⁰C in üblichen Sinteröfen, z. B. im Hubbalkenofen unter Ammoniakspaltgasatmosphäre. Eine Prüfung während des Sinterprozesses ergab, daß bis 1200° C keine Oxidation des komplexen Metallcarbidpulvers erfolgte, welches sich bei etwa HOO⁰C beginnend, leicht und vollständig bis 1250⁰C im Eisenpulver auflöst. Wie durch Mikrosondenuntersuchungen nachgewiesen werden konnte, liegen die Legierungselemente Mn, Cr und Mo in homogener Verteilung im Sinterstahl vor.The complex metal carbides were ground in the attritor to a grain size of 3 μm according to FSSS. The oxygen content of the powder was 0.16%. In the carbidic phases (Fe was Mn detected ₁ Cr ^ Cj and 0-Mo2C was sintered at 1250 ⁰ C in conventional sintering furnaces., For. Example, in the walking beam furnace under ammonia cracked gas atmosphere. An examination during the sintering process showed that up to 1200 ° C was no oxidation of the complex metal carbide which at about HOO ⁰ C starting, easily and completely to 1250 ⁰ C in the iron powder dissolves could be detected by microprobe analyzes. How are the alloying elements Mn, Cr and Mo in homogeneous distribution in the sintered steel.

Die Eigenschaften der so erhaltenen Sinterstahlwerkstücke sind denen von Sinterstahlwerkstücken, die mit handelsüblichen Ferrolegierungen legiert wurden, deutlich überlegen.The properties of the sintered steel workpieces obtained in this way are clear to those of sintered steel workpieces that have been alloyed with commercially available ferro alloys think.

Example 2

Es möge sich darum handeln, ein Sinterstahlwerkstück herzustellen, welches die Legierungselemente Mangan plus Vanadin plus Molybdän enthält. Handels übliches Eisenpulver wird mit einem erfindungsgemäßen komplexen Metallcarbidpulver im Verhältnis 97% / 3% innig vermischt und mit 500 MN/m² zu dem gewünschten Formstück verpreßt. Das komplexe Metallcarbidpulver enthält 21% Mn, 22% Mo und 21,4% V sowie 7,9% C.It may be a matter of producing a sintered steel workpiece which contains the alloying elements manganese plus vanadium plus molybdenum. Commercially available iron powder is intimately mixed with a complex metal ^{carbide powder according to the invention in a ratio of 97% / 3% and pressed at 500 MN / m 2} to form the desired molding. 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 μπι nach FSSS, bei einem Sauerstoffgehalt von 0,19% O. An carbidischen Phasen wurde gefunden: VC-MO2C-The powder was again produced by fine grinding in the attritor. The grain size was 5 μm according to FSSS, with an oxygen content of 0.19% O. The following was found on carbidic phases: VC-MO2C-

/liscbkristalle und der M₇C₃-TyP, in dem M hauptsäehch Eisen und Mangan sind.Ice crystals and the M ₇ C ₃ type, in which M are mainly iron and manganese.

Gesintert wurde bei 1280°C unter Ammoniakspalt- ;asatmosphäre. Auch bei dem hier verwendeten omplexen Eisenlegierungscarbidpulver konnte keine Oxidation bis 1200°C festgestellt werden. Mikrosondenprufung zeigte eine sehr homogene Verteilung der Legierungselemente Mn, Mo und V im Sinterstahl, dessen mechanische Eigenschaften teilweise die des s Stahls aus Beispiel 1 übertreffen.It was sintered at 1280 ° C under ammonia cracking ; asatmosphere. Even with the complex iron alloy carbide powder used here, none could Oxidation up to 1200 ° C can be determined. Microprobe testing showed a very homogeneous distribution of the alloying elements Mn, Mo and V in the sintered steel, the mechanical properties of which partly exceed those of the steel from example 1.

Claims

Patent claims:

1. A process for the production of alloyed sintered steel workpieces, initially from the s Alloying elements of the sinter jet and a ferro-alloy from iron and carbon, this is crushed to a master alloy powder and ground, the master alloy powder with ductile Iron powder is mixed and the mixture is pressed and sintered, characterized in that that a ferro-alloy is produced which contains the alloying elements desired in sintered steel Manganese plus chromium or manganese plus vanadium in the form of complex metal carbides of manganese plus of chromium or manganese plus vanadium as well as as much as possible of the whole in that Sintered steel of the desired carbon contains this complex ferroalloy of a common one Subjected to comminution and then under protective liquid to form a master alloy powder Grain size below ΙΟμπι, preferably below 5μΐη, grind the pre-alloy powder in accordance with the analysis aimed at in the sintered steel ductile iron powder mixed and the mixture with the usual in powder metallurgy of iron Press pressing and sintering at temperatures of 1150 to 1300 ° C.

2. Application of the method according to claim 1 to a complex ferro-alloy, which in the complex metal carbides in addition to one or more of the alloying elements molybdenum, vanadium or contains niobium

3. Application of the method according to one of claims 1 or 2 to a complex ferro-alloy, the carbidically bonded contains about 60% of the carbon that is in the sintered steel workpiece is strived for.

4. Application of the method according to one of claims 1 to 3 to a complex ferro-alloy, those made from 20 to 25% manganese, 20 to 25% chromium. 4 to 8% carbon and iron as the remainder with the usual Impurities.

5. Application of the method according to one of claims 1 to 3, on a complex ferro-alloy, those made up of 30 to 35% manganese, 35 to 45% chromium, 5 to 7% carbon and iron as the remainder with the common impurities.

6. Application of the method according to one of claims 1 to 3 to a complex ferro-alloy, those made up of 20 to 25% manganese, 20 to 25% chromium, 20 to 25% molybdenum, 6 to 8% carbon and iron as Remainder consists of the usual impurities.

7. Application of the method according to one of claims 1 to 3 to a complex ferro-alloy, those made from 20 to 25% manganese, 20 to 25% vanadium, 20 to 25% molybdenum, up to 7% carbon and iron the remainder with the usual impurities