DE2648262C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein phosphorhaltiges Stahlpulver zur Herstellung von Sinterkörpern mit guter Zähigkeit sowie Festig­ keit, das aus einer Grundmasse eines hauptsächlich phosphor­ freien Stahlpulvers mit guter Preßbarkeit besteht, in die ein bei niedriger Temperatur schmelzendes Ferrophosphorpulver mit einem Phosphorgehalt von mindestens 2,8%, vorzugsweise zwi­ schen 12 und 17%, in einer solchen Menge innig eingemischt ist, daß der Phosphorgehalt der Mischung 0,2 bis 1,5% beträgt. Diese Pulvermischungen können außer Eisen und Phosphor andere in der Pulvermetallurgie übliche Legierungsstoffe wie Kupfer, Nickel, Molybdän, Chrom und Kohlenstoff enthalten.

Die Verwendung von Phosphor als Legierungsbestandteil in der Pulvermetallurgie ist seit den 40er Jahren bekannt. Mit Phosphor legierter Sinterstahl besitzt im Vergleich zu nicht legiertem Sinterstahl stark verbesserte Festigkeitseigenschaf­ ten. Schon zeitig wurden zu diesem Zwecke Mischungen aus reinem Eisenpulver und Pulver aus Eisenphosphor verwendet. Der zuerst benutzte Eisenphosphor hatte jedoch eine Zusammensetzung, die ihn äußerst hart machte und einen starken Werkzeugverschleiß verursachte. Diesen Verschleiß hat man nun durch Anwendung ei­ nes Eisenphosphorpulvers mit niedrigerem Phosphorgehalt und demzufolge niedrigerer Härte auf einen annehmbaren Stand redu­ ziert, siehe schwedisches Patent 3 72 293.

Manchmal weisen jedoch durch Pressen und Sintern solcher Stahl­ pulvermischungen hergestellte Sinterteile eine Sprödigkeit auf, die nicht hingenommen werden kann. Dies zeigt sich beispiels­ weise dadurch, daß eine Reihe von gesinterten Probestäben aus diesen Mischungen einzelne Stäbe mit sehr geschwächten mecha­ nischen Eigenschaften, vor allem Schlagzähigkeit und Bruchdeh­ nung, enthalten kann. Da der Vorteil bei phosphorlegiertem Sinterstahl in starker Festigkeit, die mit sehr guten Dehnungs­ eigenschaften kombiniert ist, besteht, sind die vorgenannten Sprödigkeitsrisiken sehr ernst zu nehmen.

Es hat sich gezeigt, daß dieses Sprödigkeitsrisiko vorliegt, wenn der Eisenphosphor eine solche Zusammensetzung hat, daß er bei der Sintertemperatur eine Schmelzphase verursacht. Bei gewöhnlich vorkommenden Sintertemperaturen, 1040°C und mehr, bedeutet dies, daß ein über 2,8% liegender Phosphorgehalt im Eisenphosphor ein Sintermaterial ergibt, bei dem zunehmende Sprödigkeitsgefahr vorliegt. Daß man trotzdem Eisenphosphor mit hohem Phosphorgehalt verwendet, ist auf den günstigen Sinter­ verlauf zurückzuführen, den die Schmelzphase bewirkt und auf die für ein schnelles Eindiffundieren vorteilhafte Verteilung von Phosphor durch die vom Eisenphosphor gebildete Schmelzphase.

Daher haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, eine Lösung der erwähnten Sprödigkeitsprobleme zu finden, die bei Sinter­ stahl auftreten, der aus einer Mischung von Eisenpulver und einem Eisenphosphorpulver mit einem über 2,8% liegenden Phos­ phorgehalt hergestellt ist. Es zeigte sich, daß die Lösung in der Anwendung eines Eisenphosphorpulvers mit kleiner maximaler Partikelgröße liegt.

Ein erfindungsgemäßes, phosphorhaltiges Stahlpulver zur Her­ stellung von Sinterteilen, die eine äußerst geringe Spröd­ bruchtendenz aufweisen, besteht hauptsächlich aus phosphor­ freiem, mit einem Eisenphosphorpulver gemischten Eisen- oder Stahlpulver, das durch eine maximale Partikelgröße von 10 µm gekennzeichnet ist. Der Phosphorgehalt des Eisenphosphorpul­ vers muß über 2,8% liegen, und um den Werkzeugverschleiß zu reduzieren, muß der Phosphorgehalt unter 17% liegen. Wenn das Eisenphosphorpulver durch Zermahlen von stückigem Material hergestellt wird, muß der Phosphorgehalt über 12% und mög­ lichst zwischen 14 und 16% liegen. Der Phosphorgehalt der bevorzugten Mischung liegt zwischen 0,2% und 1,5%.

Wenn wie in diesem Falle ein großer Unterschied zwischen der Partikelgröße der Pulverkomponenten der Mischung besteht, ist das Risiko einer Abscheidung oder Entmischung besonders groß, wobei man eine ungleichmäßige Verteilung der Legierungsele­ mente erhält. Damit die Mischung weniger dazu neigt, sich nach dem Mischvorgang zu entmischen, können während des Mischvor­ ganges 50-200 g dünnflüssiges Mineralöl pro Tonne Pulver einge­ mischt werden. Dies trägt dazu bei, daß die kleineren Legie­ rungspartikel an den größeren Eisenpulverpartikeln anhaften.

Zur weiteren Verbesserung des Schutzes gegen eine Entmischung wird die Eisen-Eisenphosphormischung mit oder ohne Zusatz von Öl in reduzierender Atmosphäre auf eine zwischen 650 und 900°C liegende Temperatur erhitzt und zwar 15 Minuten bis zu 2 Stunden. Hierbei sintert die Pulvermasse lose zusammen, so daß eine nachfolgende vorsichtige Zerkleinerung erforder­ lich ist, um die ursprüngliche Partikelgröße wiederherzustel­ len. Das so erhaltene Pulver hat Teilchen aus Eisen mit fest­ gesinterten Teilchen des feinkörnigen Eisenphosphorpulvers.

Die hier beschriebenen Methoden zur Vermeidung der Entmischung können bei einer Mischung mit einem erhöhten Gehalt des phos­ phorhaltigen Pulvers durchgeführt werden. Das so erhaltene Kon­ zentrat wird dann auf den im Endprodukt gewünschten Phosphor­ gehalt mit Eisenpulver vermischt.

Nachstehend werden zwei Beispiele gebracht, aus denen der Vor­ teil einer erfindungsgemäßen Pulvermischung hervorgeht.

Beispiel 1

Ein Eisenphosphorpulver mit einem Phosphorgehalt von 15,8 Gewichts-% wurde mit einer Windsiebausrüstung in die Größenklas­ sen 0-5 µm, 5-10 µm, 10-20 µm und 20-40 µm eingeteilt. Die ver­ schiedenen Pulverfraktionen wurden mit einem sehr reinen Eisen­ pulver mit einer maximalen Partikelgröße von 150 µm vermischt. Der Phosphorgehalt der Mischung betrug 0,6 Gewichts-%, da fest­ gestellt worden war, daß bei diesem Gehalt eine große Sprödig­ keitstendenz des gesinterten Materials vorlag. Aus jeder Mi­ schung wurden sieben Schlagzähigkeitsstäbe bei 588 MPa gepreßt. Diese wurden bei 1120° 60 Minuten in zersetztem Ammoniak ge­ sintert. Die Schlagzähigkeit der Stäbe wurde bei Zimmertempe­ ratur in einem Charpy-Apparat bestimmt. Der Mittelwert der Schlagzähigkeit (I) dieser sieben Stäbe ist als Funktion der Partikelgröße des Phosphorgehaltes in Fig. 1 dargestellt. Die Standardabweichung (σ _I ) der gemessenen Werte ist aus Fig. 2 ersichtlich.

Beispiel 1 zeigt deutlich, daß das aus der Mischung mit einer zwischen 5 und 10 µm liegenden Partikelgröße des Eisenphosphor­ pulvers hergestellte Material die größte Zähigkeit aufweist. Dagegen ergibt Material mit Eisenphosphorteilen, die größer als 15 µm sind, spröde Sinterteile.

Beispiel 2

Ein Eisenphosphorpulver mit einem Phosphorgehalt von 15,8 Ge­ wichts.-% wurde mit einer Windsiebausrüstung in die Größenklas­ sen 0-5 µm, 5-10 µm und 10-40 µm eingeteilt. Die einzelnen Pul­ verfraktionen wurden mit sehr reinem Eisenpulver mit einer ma­ ximalen Partikelgröße von 150 µm gemischt. Der Phosphorgehalt der Mischung betrug 0,6 Gewichts-%. Aus jeder Mischung wurden bei 588 MPa sieben Ziehprobenstäbe gepreßt. Diese wurden bei 1120°C 60 Minuten in zersetztem Ammoniak gesintert. Dann wur­ den die Probestäbe bis zum Bruch belastet und die Bruchdehnung (δ) bestimmt, die ein gutes Maß für die Zähigkeit eines Materi­ als darstellt. Zähes Material hat eine große Dehnung, sprödes Material dagegen eine kleine Dehnung. Ferner wurde die Stan­ dardabweichung (σδ ) der Dehnungwert der sieben Stäbe be­ rechnet. Eine hohe Standardabweichung bedeutet große Streuung der Werte, eine niedrige aber eine kleine Streuung. Das Resul­ tat des Experimentes geht aus Fig. 3 und 4 hervor.

Aus vorstehendem Beispiel ist klar ersichtlich, daß eine hohe Partikelgröße des Eisenphosphors ein sprödes Bruchverhalten be­ günstigt und eine kleine Partikelgröße ein zähes. Beide unter­ suchten Eigenschaften zeigen dies eindeutig an.

Die vorliegende Erfindung ist also eine Lösung der durch sprö­ des Bruchverhalten bedingten Probleme, die bei Sinterstahl, bei dessen Herstellung man von einer Mischung aus Eisenpulver und Eisenphosphorpulver ausgeht, in gewissen Fällen auftreten. Die Lösung liegt in der Verwendung eines Eisenphosphorpulvers mit einer unter 10 µm, liegenden Partikelgröße.

Claims (8)

1. Phosphorhaltiges Stahlpulver zur Herstellung von Sinterkörpern mit guter Zähigkeit sowie Festigkeit, das aus einer Grundmasse eines hauptsächlich phosphorfreien Stahlpulvers mit guter Preßbarkeit besteht, in die ein bei niedriger Temperatur schmelzendes Ferrophosphorpulver mit einem Phosphorgehalt von mindestens 2,8%, vorzugsweise zwischen 12 und 17%, in einer solchen Menge innig eingemischt ist, daß der Phosphorgehalt der Mischung 0,2 bis 1,5% beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrophosphorpulver eine maximale Partikelgröße von 10 µm aufweist.

2. Phosphorhaltiges Stahlpulver nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es zur Verbindung der Entmischung außerdem 0,005 bis 0,02% eines dünnflüssigen Mineralöls enthält.

3. Phosphorhaltiges Stahlpulver nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Verhinderung der Entmischung die Eisen­ phosphorteilchen durch Sintern hauptsächlich an die Stahlpul­ verteilchen zum Anhaften gebracht sind.

4. Verfahren zur Herstellung von phosphorhaltigem Stahlpulver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundmasse aus Stahlpulver innig mit dem Eisenphosphorpulver vermischt wird und daß die Eisenphosphorteilchen durch Ein­ mischung von 0,005 bis 0,02% dünnflüssigem Mineralöl zum An­ haften an die Stahlpulverteilchen gebracht werden.

5. Verfahren zur Herstellung von phosphorhaltigem Stahlpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundmasse aus Stahlpulver innig mit dem Eisenphos­ phorpulver vermischt wird und daß die Eisenphosphorteilchen durch Ansintern mit nachfolgender vorsichtiger Zerkleinerung des gebildeten Sinterkuchens zum Anhaften an die Stahlpulver­ teilchen gebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsphosphorpulver zuerst mit einem Teil des Stahl­ pulvers unter Zusatz von 0,005 bis 0,02% dünnflüssigem Mine­ ralöl zu einem Konzentrat vermischt wird und daß danach der Rest des Stahlpulvers gegebenenfalls zusammen mit Schmiermit­ telzusätzen eingemischt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenphosphorpulver zuerst mit einem Teil des Stahl­ pulvers zu einem Konzentrat vermischt wird, das Konzentrat einem Sinter- und Zerkleinerungsvorgang unterworfen wird und danach der Rest des Stahlpulvers gegebenenfalls zusammen mit Schmiermittelzusätzen eingemischt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines unlegierten Stahlpul­ vers Legierungspulver eingemischt wird.