DE2646444C2

DE2646444C2 - Pulvergemisch als Zusatz zu einem Eisenpulver

Info

Publication number: DE2646444C2
Application number: DE2646444A
Authority: DE
Inventors: Stanislaw Windsor Ontario Mocarski
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1975-12-08
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1987-04-16
Also published as: JPS5761081B2; DE2646444A1; JPS5717931B2; JPS5269808A; JPS565947A; US4071354A

Description

In der Pulvermetallurgie wird zur Erzielung einer genügenden Homogenität eines niedriglegierten, aushärtbaren Vorformlings allgemein entweder mit vorlegierten Pulvern und/oder mit Pulvergemischen gearbeitet, denen die Legierungsanteile erst während des Sinterns eines solchen Vorformlings zugesetzt wird. Die vorlegierten Pulver sind dabei im Vergleich zu Eisenpulver oder herkömmlich hergestellten Eisen verhältnismäßig teuer, so daß sie nur entsprechend beschränkt eingesetzt werden und in der Regel nur dort Verwendung finden, wo nicht auf andere Ersatzmöglichkeiten für herkömmliche Knetlegierungen zurückgegriffen werden kann. Es wird folglich allgemeiner Praxis entsprechend aktuell hauptsächlich mit Pulvergemischen gearbeitet, denen beliebige Legierungselemente erst während des Sinterns eines Vorformlings zugesetzt werden, wobei aber bis jetzt die Erkenntnis grundsätzlich fehlt, wie bei dem Zusatz der einzelnen Legierungselemente eine genügende Homogenisierung bzw. Durchlegierung derselben überhaupt erreicht wird.
Um den mit dieser Verfahrensvariante verbundenen Kostenvorteil voll ausschöpfen zu können, besteht folglich die Zielsetzung, für das einem Eisenpulver zuzusetzende Pulvergemisch eine entsprechend optimale Zusammensetzung zu finden. Dabei ist ausschlaggebend, welches Verfahren im Einzelfall anzuwenden ist, um für diesen erst später erfolgenden Zusatz der einzelnen Legierungsanteile deren entsprechend optimale Durchlegierung zu erhalten. Bekannt ist, daß bei dem sog. Diffusionsprozeß von Feststoffteilchen diese Durchlegierung im wesentlichen von der Anzahl der in Berührung stehenden Teilchen abhängt. Weil diese Anzahl von in Berührung stehenden Teilchen relativ beschränkt ist, kann mit einem solchen Diffusionsprozeß jedoch kaum eine optimale Durchlegierung erhalten werden, es sei denn, daß Zuschlagsstoffe verwendet werden, die als Folge einer Vergasung eine Vermehrung dieser gegenseitigen Teilchenberührung bewirken. Da es nur relativ wenige Elemente gibt, die sich zu einer solchen Vergasung eignen, sind dieser Variante entsprechend enge Grenzen gesetzt. Die gegenseitige Berührung der Teilchen kann andererseits auch damit gesteigert werden, daß der Zusatz des Pulvergemisches zu dem Eisenpulver während des Sinterns in einer flüssigen Phase durchgeführt wird, wobei wiederum die Zusammensetzung des Pulvergemisches den für die Durchlegierung erreichbaren Wirkungsgrad bestimmt. Hierzu liegt bis heute im wesentlichen nur der Vorschlag vor, als Pulvergemisch ein Eisen-Kohlenstoff- Eutektikum zu verwenden, das sich während des Sinterns im wesentlichen gleichartig wie Kupfer bei den herkömmlichen Herstellungsverfahren von Legierungen verhält. Anders als die Nichteisen-Legierungszusätze ergeben diese Zweikomponenten- Pulvergemische eine ziemlich hohe Löslichkeit, wobei aber noch der Nachteil auftritt, daß zur Erzielbarkeit eines optimalen Lösungsvermögens eine ziemlich sorgfältige Abstimmung unter den einzelnen Gemischanteilen zu erfolgen hat und ein möglichst niedriger und weitgehend enger Temperaturbereich für die Aufschmelzung des Pulvergemischs einzuhalten ist. Die Verwendung eines solchen Eisen-Kohlenstoff- Eutektikums wird weiter dadurch eingeengt, daß es bei der Erwärmung noch vor der erst bei der maßgeblichen Schmelztemperatur erreichten vollständigen Verflüssigung ausdiffundiert, so daß also einzelne Kohlenstoffinseln gebildet werden, die beim Aushärten unterschiedliche Härtegrade ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein als Zusatz zu einem Eisenpulver geeignetes Pulvergemisch zur Verfügung zu stellen, dessen einzelne Anteile sich innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen bei den für eine Verflüssigung maßgeblichen Schmelztemperaturen für eine Benetzung der einzelnen Teilchen des Eisenpulvers für eine optimalere Durchlegierung gut miteinander vertragen und damit die maßgebliche Voraussetzung insbesondere für eine optimale Härtbarkeit des Endproduktes ergeben.
Diese Ausgabe wird erfindungsgemäß mit einem Pulvergemisch als Zusatz zu einem Eisenpulver mit der durch die einzelnen Patentansprüche gekennzeichneten Zusammensetzung gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaubild zur Darstellung der Härtbarkeit in Abhängigkeit von dem prozentualen Kohlenstoffanteil bei einem Zusatz von 1,6 Gew.-% des Pulvergemisches zu dem Eisenpulver und
Fig. 2 und 3 entsprechende Schaubilder zur Veranschaulichung der Verhältnisse bei einem Zusatz von 2,5 Gew.-% bzw. von 1,5 Gew.-% des Pulvergemisches zu dem Eisenpulver bzw. zu einem mit 0,3 Gew.-% Molybdän vorlegierten Eisenpulver.
Im Rahmen verschiedener Voruntersuchungen, wurde zunächst gefunden, daß durch die Hinzufügung von Kupfer zu einem Pulvergemisch aus Molybdän und Nickel die Schlagfestigkeit des heißgeformten Pulvers wesentlich gesteigert wird. Daraus ist ableitbar, daß Kupfer bei einem in flüssiger Phase durchgeführten Sintern die noch nicht reduzierten Oxidfilme in kugelige oder massive Formen verwandelt, die unschädlich bezüglich der physikalischen Eigenschaften des heißgeformten Pulvermetalls sind. Die mechanischen Eigenschaften der Kupfer enthaltenden Proben sind dabei zumindest gleich und in der Regel besser als diejenigen herkömmlicher Stähle gleicher Zusammensetzung. Für das pulvrige Kupfer wurde eine Schmelztemperatur von 1083°C gemessen und festgestellt, daß es ziemlich rasch in das Basispulver diffundierte und dadurch dessen Härtbarkeit entsprechend steigerte.
Anschließend wurde das Verhalten eines binären Kupfer-Gemisches aus 35 Gew.-% Mangan und 65 Gew.-% Kupfer untersucht, das eine Schmelztemperatur von 865°C ergab und ebenfalls einem legierten Basispulver beigemischt wurde. Hierbei ergab sich ein Diffusionsprozeß, der sich bei einer niedrigeren Temperatur und wesentlich rascher abspielte als vergleichsweise bei einem Zusatz allein von reinem Kupfer. Hieraus ist ableitbar, daß ternäre und quarternäre Pulvergemische aus Kupfer, Mangan, Nickel und/oder Molybdän zu bevorzugen sind, sofern dabei gleichzeitig das zugesetzte Pulvergemisch in einer solchen ausgeglichenen Menge dem unlegierten oder vorlegierten Basispulver beigemischt wird, daß der Vorformling in einer in bestimmten Grenzen gehaltenen flüssigen Phase gewonnen wird. Bei weiteren Untersuchungen zeigte sich jedoch, daß prozentual größere Kupfermengen zur Erzielung dieser flüssigen Phase beim Sintern nicht mit Molybdän konkurrieren können und daß die Anwesenheit von Eisen zwingend ist, sofern Molybdän und/oder Chrom verwendet wird, weil sonst die Schmelztemperatur nicht genügend erniedrigt werden kann. Diese Metalle haben bekanntlich eine sehr hohe Schmelztemperatur, nämlich von 2623°C bei Molybdän und von 1865°C bei Chrom. Weiter wurde hierbei noch erkannt, daß die Hinzufügung solcher Legierungsanteile in einer ziemlich kritischen Dosierung zu erfolgen hat, weil es sonst nicht möglich ist, den Sinterungsprozeß in einem vergleichsweise engen und niedrigen Temperaturbereich durchzuführen.
Untersucht wurde dann ein Pulvergemisch, bestehend aus 28,20 Gew.-% Nickel, 10,52 Gew.-% Eisen, 40,78 Gew.-% Mangan, 5,37 Gew.-% Molybdän und 15,15 Gew.-% Chrom. Es wurde damit gemäß den in der späteren Tabelle für das Gemisch Nr. 342 zu findenden Angaben eine Liquidus-Temperatur von 1171°C, und eine Solidus- Temperatur von 999°C gemessen, was somit einen Schmelzbereich von 172°C ergab. Dieses Pulvergemisch wurde dann in einer Menge von 2½ Gew.-% in vier verschiedenen Proportionen gemeinsam mit natürlichem Graphit einem Eisenpulver beigemischt, und es schloß sich daran das übliche Vorverdichten, Sintern in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1232°C und Heißformen bei 982°C an. Das Endprodukt enthielt 1,0 Gew.-% Mangan, 0,03 Gew.-% Kupfer, 0,82 Gew.-% Nickel, 0,14 Gew.-% Molybdän und 0,42 Gew.-% Chrom, Rest Eisen. Die auf einen Verdichtungsgrad von 99% verdichteten Vorformlinge wurden unter Verwendung einer elektronischen Mikrosonde analysiert, mit dem Ergebnis, daß die relative Diffusionsgeschwindigkeit bei Mangan am höchsten ist, während sie bei Molybdän, Nickel und Chrom nur etwa ein Drittel dieser Diffusionsgeschwindigkeit von Mangan beträgt. Mangan ergab außerdem eine sehr enge Streubreite oder Abweichung in der Mikrozusammensetzung, so daß es also das am meisten erwünschte Element für eine Durchlegierung in flüssiger Phase ist. Bei diesen Untersuchungen wurde weiter erkannt, daß je niedriger die Schmelztemperatur ist desto besser das Benetzungsvermögen und auch die Verflüssigung des Pulvergemisches ist, so daß dadurch auch eine entsprechend verbesserte Homogenität des Endproduktes erhalten wird.
Auf der Suche nach einer weiteren Steigerungsmöglichkeit für das Benetzungsvermögen des Pulvergemisches wurden als Benetzungsmittel Silizium und Seltene Erden in unterschiedlichen Mengen zugesetzt. Bei einer Hinzufügung von nur ½ Gew.-% Silizium zeigte sich eine überraschend starke Verbesserung des Diffusionsvermögens. Die Anwesenheit von Silizium in dieser Menge ergab nämlich eine mehr als doppelte Eindringtiefe des Pulvergemisches in das Eisenpulver. Dabei wurden selbstverständlich die übrigen Parameter für diesen Vergleich unverändert beibehalten, d. h. es wurde die Aufschmelzung unter gleichen Bedingungen mittels eines zerstäubten inerten Gases vorgenommen. Andererseits wurde gleichzeitig festgestellt, daß die Hinzufügung eines Seltenen Erdmetalls eine günstige Auswirkung auf das Verhältnis der Liquidus-Temperatur zu der Solidus-Temperatur ergab, insbesondere bei der Anwesenheit von Silizium, dessen Verhalten auf eine solche günstige Beeinflussung des Diffusionsvermögens damit erklärt werden könnte, daß es mit den restlichen Oxidfilmen reagiert.
Innerhalb einer anderen Versuchsreihe wurde das Verhalten binärer Pulvergemische auf der Basis von Nickel und Mangan untersucht, und zwar gemäß der Gemisch-Nr. 528 der Tabelle I in der Zusammensetzung 25 Gew.-% Nickel und 75 Gew.-% Mangan. Dabei zeigten sich bei einem teilweisen Ersatz durch Silizium, Seltene Erdmetalle und auch Yttrium vergleichbar günstige Auswirkungen. Indem hier auch festgestellt werden mußte, daß Nickel nur verhältnismäßig langsam diffundiert und besonders bei niedrigeren Temperaturen zu einer Art Klumpenbildung mit zurückgehaltenem Austenit neigt, wurde es innerhalb dieser Versuchsreihe auch teilweise durch Kupfer ersetzt, was zu einer Steigerung der Eindringtiefe und des Benetzungsvermögens führte. Im Vergleich zu Silizium hat sich dabei Kupfer jedoch als weniger günstig erwiesen. Sofern das Pulvergemisch kein Chrom und Molybdän enthält, besteht mithin seine bevorzugte Zusammensetzung aus 72 Gew.-% Mangan, 12,5 Gew.-% Nickel, 12,5 Gew.-% Kupfer, 2,0 Gew.-% Silizium und 1,0 Gew.-% Seltene Erdmetalle.
Hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften pulvermetallurgischer Stähle gelten im allgemeinen etwa dieselben Kriterien wie für die herkömmlich gefertigten Stähle, so daß also insbesondere eine hinreichende Abhängigkeit von jeder Wärmebehandlung, was über die Härtbarkeit gemessen wird, gegeben sein muß. Die Härtbarkeit eines verdichteten Vorformlings kann über den Idealdurchmesser ausgedrückt werden, der abhängig ist von verschiedenen Multiplikanten für die verschiedenen Legierungsanteile, so daß sich also dieser Idealdurchmesser aus dem Produkt dieser verschiedenen Multiplikanten sowie einem Faktor berechnet, der gewisse empirische Gegebenheiten berücksichtigt. Der Idealdurchmesser ist mithin der Durchmesser eines Stabes, der in seinem Zentrum auf einen Anteil von 50% Martensit aushärtet.
Bei den untersuchten Pulvergemischen tragen zu dieser Härtbarkeit am meisten Molybdän und Mangan bei. Im Vergleich dazu liefert Chrom nur einen mittleren Beitrag, während Nickel praktisch nur dann die Härtbarkeit fördert, wenn es prozentual nur in einer sehr kleinen Menge anwesend ist. Hierbei ist noch zu erwähnen, daß für die vorerwähnten Multiplikanten in der Literatur ziemlich unterschiedliche Werte zu finden sind, hauptsächlich abhängig von dem jeweiligen Kohlenstoffgehalt, was vorliegend nur insoweit von Interesse ist, daß beispielsweise für Molybdän ein Multiplikant von 1,8 für einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und ein Multiplikant von 2,6 für einen höheren bis höchsten Kohlenstoffgehalt angenommen wird. Nickel beeinflußt die Härtbarkeit nur wenig, es verbessert jedoch die Ermüdungsschlagfestigkeit beträchtlich, was beispielsweise auf dem Gebiet der Zahnräder und ähnlicher einsatzgehärteter Teile entsprechende Vorteile bringt.
Mithin kann davon ausgegangen werden, daß im wesentlichen zwei Gruppen eines Pulvergemisches ein verbessertes Diffusionsverhalten ergeben, nämlich einmal ein Vielkomponenten-Pulvergemisch, aus den Elementen Molybdän, Mangan, Chrom, Nickel und Eisen, und andererseits ein binäres Pulvergemisch aus den Elementen Nickel und Mangan, wobei Nickel teilweise durch Kupfer ersetzt sein kann. Das Diffusionsverhalten kann dabei noch gesteigert werden, indem kleine Mengen zwischen etwa 1,0 und 5,0 Gew.-% Silizium, etwa 0,2 bis 1,5 Gew.-% Seltene Erdmetalle und/oder etwa 0,1 Gew.-% Yttrium hinzugefügt werden, wobei insbesondere bezüglich des Molybdäns noch festzuhalten ist, daß dieses Element auch bei einem Zusatz in sehr kleinen Mengen von nur 0,15 Gew.-% zum Eisen eine beträchtliche Steigerung der Härtbarkeit ergibt. Auch kann zu Molybdän noch festgehalten werden, daß es die sonst bei der Wärmebehandlung auftretenden Schwierigkeiten bezüglich einer Versprödung des Materials unterdrückt, und zwar insbesondere dann, wenn es in dem Endprodukt in einer Menge bis zu etwa 0,08 Gew.-% enthalten ist.
In der folgenden Tabelle I sind die wichtigsten Zusammensetzungen des Pulvergemisches zusammengestellt, die unter den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen. °=c:310&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz30&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Für das Pulvergemisch mit der Nr. 342 wurden die einzelnen Gemischanteile mittels eines Inertgases zerstäubt und dann auf eine 0,074-mm-Maschengröße gesiebt. Das Pulvergemisch wurde in einer Menge von 2½ Gew.-% dem durch eine Wasserzerstäubung gewonnenen reinen Eisenpulver beigemischt, und zwar gemeinsam mit vier verschiedenen Anteilen an natürlichem Graphit und 1,0 Gew.-% eines zur Schmierung der Form benötigten Wachses. Das Gemisch wurde in Formlinge mit einem Durchmesser von 75 mm verdichtet, und die Formlinge wurden dann in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1232°C gesintert und anschließend in einer Stickstoff-Schutzatmosphäre durch Induktion auf 982°C wieder erwärmt. Nach dieser Wiedererwärmung wurden die Formlinge zu Zylindern mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Höhe von 28 mm heißgeformt, wodurch eine Dichte von nahezu 100% erreicht wurde. Aus diesen Zylindern wurden die Probestäbe entnommen, die zur Ermittlung der Härtbarkeit nach Jominy benötigt werden, sowie die Probestäbe für die Ermittlung der Zugfestigkeit und der Schlagfestigkeit.
Die Probestäbe hatten bei einer Ermittlung mittels der Röntgenstrahl- Fluoreszenz die Zusammensetzung: 1,02 Gew.-% Mangan, 0,14 Gew.-% Molybdän, 0,82 Gew.-% Nickel, 0,42 Gew.-% Chrom, Rest Eisen. Die nach dem Verfahren von Jominy bei einem Kriterium von 50% Martensit ermittelte Härtbarkeit brachte die in der folgenden Übersicht festgehaltenen Werte, wobei noch darauf hinzuweisen ist, daß die Messungen jeweils unter den genormten SAE-Bedingungen durchgeführt wurden: °=c:100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Der Probestab mit 0,31 Gew.-% C wurde auf seine mechanischen Eigenschaften untersucht, nachdem er auf eine Rockwell C-Härte 26 gehärtet worden war. Es ergab sich für ihn eine Zugfestigkeit von 820 MPa, eine Streckgrenze von 696 MPa, eine Dehnung von 24% und eine Reduzierung der Querschnittsfläche von 48%. Bei dem Kerbstabversuch nach Charpy an einem Probestab mit 10 mm Kantenlänge ergaben sich schließlich die Werte von 53 Joules bei -51°C bzw. 46 Joules bei -18°C bzw. 61 Joules bei 23°C.
Hinsichtlich der Härtbarkeit ergibt sich mindestens eine Gleichwertigkeit mit dem heute allgemein benutzten Metallpulver der Bezeichung MOD-4600. Bei dem Pulvergemisch mit der Nr. 342 zeigten sich noch einige allerdings sehr kleine Flächen von ungelösten Restmengen in der Matrix. Hinsichtlich der Härtbarkeit wurden Werte zwischen 70 und 90% ermittelt, was ebenfalls mit den Werten von herkömmlich vorlegierten Stählen einer gleichen chemischen Zusammensetzung vergleichbar ist, selbst wenn dabei ein Härtefall am Anfang der Jominy-Kurven auftritt. Bezüglich der mechanischen Eigenschaften wurden schließlich ebenfalls Werte ermittelt, die dem vorerwähnten Metallpulver der Bezeichnung MOD-4600 nahezu entsprechen und sich deshalb auch mit allen herkömmlichen Stählen vergleichen lassen, so daß ihr Anwendungsgebiet entsprechend uneingeschränkt ist.
Sofern dem Pulvergemisch auch noch Silizium und Seltene Erdmetalle beigemischt sind, so kann damit für den Wirkungsgrad der Durchlegierung ein Wert von nahezu 90% erreicht werden, was bedeutet, daß die nach dem Sintern und dem Heißformen vorliegende Härtbarkeit nahezu 90% der Härtbarkeit eines vorlegierten Stahls gleicher Zusammensetzung beträgt. Der Sinterungsprozeß wird dabei über eine halbe Stunde bei einer Sintertemperatur von 1232°C in einer Atmosphäre durchgeführt, die einen relativ niedrigen Sauerstoffanteil hat. Bei einer höheren Sintertemperatur könnte diese Zeit ohne weiteres verkürzt werden.
In Fig. 1 sind die Härtbarkeitszonen für verschiedene SAE-Normstähle der 4000 H- und 4600 H-SAE-Serien gezeigt sowie die errechneten Härtbarkeits-Kurven C für das Pulvergemisch mit der Nr. 534 gemäß der Tabelle I, wobei die eine Kurve für einen Anteil von 1,6 Gew.-% und die andere Kurve für einen Anteil von 2,0 Gew.-% als Zusatz zu einem reinen Eisenpulver gilt. Auf der Ordinate des Schaubildes ist dabei die durch den Idealdurchmesser ausgedrückte Härtbarkeit abgetragen und auf der Abszisse der Kohlenstoffgehalt. Die Härtbarkeit der SAE-Normstähle ist durch die Rechtecke B festgehalten, deren vertikale Begrenzungskanten den durch die SAE-Normen vorgeschriebenen Kohlenstoffgehalt bezüglich seiner oberen und unteren Grenzwerte ergeben, während die horizontalen Begrenzungskanten die errechneten Minimal- und Maximalwerte der Härtbarkeit dieser Stähle angeben. Für diesen Vergleich kann nun ausgesagt werden, daß überall dort, wo die Streubreite der Härtbarkeit, die für die untersuchten Pulvergemische ermittelt werden kann, die beiden vertikalen Begrenzungskanten der Rechtecke B durchkreuzt, bezüglich der Härtbarkeit eine völlige Gleichwertigkeit mit den herkömmlichen Stählen vorliegt. Dabei ergibt sich dann der besondere Vorteil, daß die Härtbarkeit der Pulvergemische doch wesentlich enger gesteuert werden kann als diejenige bei den herkömmlichen Stählen, indem dafür lediglich eine entsprechende Veränderung in der zugesetzten Menge des Pulvergemisches vorzunehmen ist. So reicht beispielsweise ein Pulvergemisch mit einem Anteil von 1,6 Gew.-% in der Zusammensetzung gemäß der Nr. 534 aus, die Stähle der SAE-4000 H-Serien zu ersetzen, weil die betreffende Kurve die beiden vertikalen Begrenzungskanten jeder einzelnen Zone schneidet. Etwa 2,0 Gew.-% desselben Pulvergemisches wird hingegen als Ersatz für den SAE-4620 H-Stahl benötigt und auch für den vorlegierten MOD 4600-P/M-Stahl, wenn das Kriterium die Erreichbarkeit einer äquivalenten Härtbarkeit ist.
In Fig. 2 ist die tatsächliche Härtbarkeit von Stählen der SAE 8600 H-Serien mit den Zonen E festgehalten und weiterhin die errechnete Härtbarkeit eines Pulvergemisches mit der Nr. 534, die auch hierbei wieder in einer Menge von 2,5 Gew.-% einem reinen Eisenpulver zugesetzt ist und einen Wirkungsgrad der Durchlegierung von ebenfalls 90% ergibt nach einem Sinterungsprozeß von einer halben Stunde bei einer Temperatur von 1232°C in einer nur wenig Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre. Ausweislich des Verlaufs der Kurve F tritt hierbei im Vergleich zu Fig. 1 eine doch beträchtlich größere Härtbarkeit auf als bei dem heute am häufigsten benutzten Metallpulver der Bezeichnung MOD 4600-P/M- Stahl, dessen Verhalten durch die Kurve H ausgewiesen wird. Der nach allen Seiten befriedigende Ersatz betrifft dabei die Stähle der 8630 H- und 8640 H-Serien, wobei noch bezüglich der Härtbarkeit des Kerns feststellbar ist, daß hier die Kurve durch die Mitte der Rechtecke geht, welche für die 8617 H- und 8620 H-Stähle eingezeichnet sind. Was andererseits die Härtbarkeit an der Oberfläche anbetrifft, so liegt diese geringfügig niedriger als die Härtbarkeit bei den Stählen der 8600 H-Serien. Ein Grund dafür ist, daß die herkömmlichen Stähle gewöhnlich zwischen 0,20 und 0,35 Gew.-% Silizium enthalten, während die P/M-Stähle nur Restmengen besitzen. Wie gezeigt wurde, trägt aber Silizium beträchtlich zur Härtbarkeit eines Stahls mit hohem Kohlenstoffgehalt bei, und zwar in der Größenordnung von immerhin 15 bis 25% im Falle der Oberflächenhärtung von herkömmlichen Stählen. Der im Vergleich dazu etwas niedrigere Wert, der für die Oberflächenhärtung der P/M- Stähle erreichbar ist, ist aber praktisch ohne größere Bedeutung für kleinere Konstruktionsteile, so daß dafür doch eine vollwertige Ersatzmöglichkeit bejaht werden kann. Es sei auch hier noch darauf hingewiesen, daß die Stähle der 8650 H- und 8660 H-Serien entsprechend der Kurve G eine größere Menge des Pulvergemisches benötigen, nämlich etwa 2,7 Gew.-%, um einen genügend vollwertigen Ersatz zu ergeben, womit dann gleichzeitig auch für die 8617 H- und 8620 H-Stähle eine Oberflächenhärte erreicht wird, die innerhalb des Bereichs der 8600 H-Stähle liegt.
Die vorstehenden Darlegungen können mithin dahin zusammengefaßt werden, daß Mangan das stärkste bzw. schnellste Diffusionselement ist, während Nickel, Chrom und Molybdän innerhalb der untersuchten Bedingungen nur etwa ein Drittel dieses Diffusionsvermögens aufweisen. Der wirtschaftlichste Weg, um aus diesen Elementen ein Pulvergemisch für Dosierungen mit größter Härtbarkeit zu erhalten, kann dabei vorzugsweise wie folgt aussehen: Es wird ein Basispulver bereitgestellt, bei dem Eisen ausschließlich mit Molybdän zu einem Anteil von 0,3 Gew.-% vorlegiert ist, also keine weiteren Legierungselement, enthält. Dieses Basispulver ist relativ billig herzustellen, und da Molybdän edler als Eisen in bezug auf eine eventuelle Oxydierung ist, kann unterstellt werden, daß alle sich doch eventuell bildenden Molybdänoxide während des auf die Wasserzerstäubung folgenden Ausglühens bzw. Temperns des Pulvers reduziert werden. Diesem Basispulver kann das erfindungsgemäße Pulvergemisch mit dem gewünschten Mangangehalt zugeschlagen werden, ggf. zusammen mit einigem Nickel und/oder Kupfer. Weiterhin solle vorzugsweise vorgesehen sein, daß auch ein Benetzungsmittel und ein die Diffusion förderndes Mittel zugeschlagen wird, wobei insbesondere Silizium, Seltene Erden und/oder Yttrium in Frage kommen, dabei jedoch ohne Molybdän und Chrom. Ausweislich der Fig. 3 zeigen die Jominy-Kurven eine gewisse Streubreite, sofern das Pulvergemisch weder ein Benetzungsmittel noch einen Diffusionsbeschleuniger enthält. Diese unerwünschte Streuwirkung kann auf ein Minimum reduziert werden, wenn Silizium, Seltene Erden und/oder Yttrium dem Pulvergemisch zugesetzt werden.
Hinsichtlich der durch die Jominy-Kurven der Fig. 3 ausgewiesenen Härtbarkeit ist Molybdän ein sehr wichtiges Legierungselement, indem es bei einem höheren Kohlenstoffgehalt einen im Vergleich zu einem niedrigen Kohlenstoffgehalt wesentlich höheren Multiplikanten ergibt. Molybdän ist deshalb für die Einsatzhärtung von Stählen sehr wichtig. Bezüglich des Eisenpulvers gilt, daß bei Anwendung der Wasserzerstäubung im Rahmen des sog. P/M-Verfahrens kein Silizium enthalten sein darf, da Silizium bei dieser Wasserzerstäubung regelmäßig oxidiert und die gebildeten Siliziumoxidfilme nicht reduzierbar sind. Eine Sinterung und ein Abbau der Qualitätseigenschaften heißgeformter P/M-Stähle würde dadurch verhindert werden. Wie oben unter Hinweis auf die Fig. 2 bereits näher erläutert wurde, liefert aber Silizium einen beträchtlichen Beitrag in der Einsatzhärtung an der Oberfläche, wobei es in dieser Hinsicht die Wirkung von Molybdän ergänzt, so daß es das Molybdän ist, das bei Abwesenheit von Silizium im Eisenpulver diesem zugemischt werden sollte, wenn die Vorstellung nach einer höheren Härtbarkeit des Kerns und der Oberfläche erfüllt werden soll.
Für die Durchlegierung ist ein Wirkungsgrad von nahezu 100% erreichbar, wenn ein mit Molybdän vorliegendes Eisenpulver in der Kombination mit einem an Mangan reichen Pulvergemisch verwendet wird. Weiter ist über die Fig. 3 ausgewiesen, daß diese Kombination in gleichen anteiligen Mengen der Legierungselemente erfolgt wie bei den genormten Stählen der SAE-8600 H-Serie.

Claims

1. Pulvergemisch als Zusatz zu einem ggf. mit 0,08 bis 0,4 Gew.-% Molybdän vorlegierten Eisenpulver für ein pulvermetallurgisches Herstellungsverfahren von Halbzeug oder Fertigteilen durch Schmelzsintern, dadurch gekennzeichnet, daß es aus wenigstens zwei bis maximal allen Elementen aus der Gruppe:
Mangan mit 36 bis 75 Gew.-%,
Molybdän mit 5 bis 15 Gew.-%,
Nickel mit 10 bis 30 Gew.-%,
Eisen mit 1,0 bis 40 Gew.-%,
und Chrom besteht,
wobei die Anteile des Pulvergemisches so ausgewählt werden, daß es eine Schmelztemperatur zwischen 982°C und 1232°C und einen Schmelzbereich von weniger als 176°C aufweist.

2. Pulvergemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich mindestens ein Benetzungsmittel aus der Gruppe:
Silizium mit 1 bis 5 Gew.-%,
Seltene Erden mit 0,2 bis 1,5 Gew.-%,
Yttrium mit 0,05 bis 0,20 Gew.-% enthält.

3. Pulvergemisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Anteil von Silizium und Seltenen Erden nicht mehr als 5 Gew.-% beträgt.

4. Pulvergemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 40 bis 44 Gew.-% Mangan, 5 bis 11 Gew.-% Molybdän, 25 bis 30 Gew.-% Nickel, 0 bis 15 Gew.-% Chrom und 10 bis 19 Gew.-% Eisen besteht.

5. Pulvergemisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 40 Gew.-% Mangan, 5 Gew.-% Molybdän, 30 Gew.-% Nickel, 15 Gew.-% Chrom und 10 Gew.-% Eisen besteht.

6. Pulvergemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 56 Gew.-% Mangan, 5 Gew.-% Molybdän, 14 Gew.-% Nickel, 15 Gew.-% Chrom und 10 Gew.-% Eisen besteht.

7. Pulvergemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 45 Gew.-% Mangan, 10 Gew.-% Molybdän, 27 Gew.-% Nickel und 18 Gew.-% Eisen besteht.

8. Pulvergemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Anteil von Molybdän und Eisen nicht mehr als 30 Gew.-% beträgt.

9. Pulvergemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenanteil etwa doppelt so groß wie der Molybdän-Anteil ist.

10. Pulvergemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 72 Gew.-% Mangan, 14 Gew.-% Nickel und zusätzlich 14 Gew.-% Kupfer besteht.

11. Pulvergemisch nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 52 Gew.-% Mangan, 6 Gew.-% Molybdän, 22 Gew.-% Nickel, 8 Gew.-% Chrom und 12 Gew.-% Eisen sowie zusätzlich 2,5 Gew.-% Silizium und 1,0 Gew.-% Seltenen Erden besteht.

12. Pulvergemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 40 bis 56 Gew.-% Mangan und 14 bis 30 Gew.-% Nickel enthält.