DE2728287A1

DE2728287A1 - Phosphorhaltiges stahlpulver und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2728287A1
Application number: DE19772728287
Authority: DE
Inventors: Lars-Erik Svensson; Jan Robert Tengzelius
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1976-06-24
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1978-01-05
Also published as: ATA444077A; IT1079253B; CA1084308A; DE2728287C2; US4126452A; SE393635B; AT375406B; FR2355598A1; AU516012B2; AU2638077A; JPS531607A; GB1546017A; FR2355598B1

Description

GLAWE₁ DELFS, MOLL & PARTNER

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. RICHARD GLAWE. MÖNCHEN
DIPL-ING. KLAUS DELFS. HAMBURG
DIPL.-PHYS. DR. WALTER MOLL, MÖNCHEN DIPL.-CHEM. DR. ULRICH MENGDEHL, HAMBURG

8000 MÖNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05

MÜNCHEN

A 81

2000 HAMBURG 13 POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE 58 TEL. (040)41020 08 TELEX 21 29 21

HÖGANÄS AB Höganäs / Schweden

Phosphorhaltiges Stahlpulver und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft phosphorhaltige Stahlpulvergemische zur Verwendung in der Pulvermetallurgie
Außer Eisen und Phosphor können diese Pulvergemische
andere, in dieser Technik häufig verwendete Ligierungselemente, z.B. Kupfer, Nickel, Molybdän, Chrom und
Kohlenstoff, enthalten.

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Die Verwendung von Phosphor als Legierungselement in der Pulvermetallurgie ist seit den vierziger Jahren bekannt. Phosphorlegierter gesinterter Stahl weist im Vergleich zu nicht legiertem gesintertem Stahl eine wesentlich verbesserte Festigkeit auf. Gemische aus reinem Eisenpulver und Ferrophosphorpulver werden bereits seit langem zu diesem Zweck verwendet. Der zuerst verwendete Ferrophosphor wies eine Zusammensetzung auf, durch die er außerordentlich hart war und an den Verdichtungswerkzeugen erheblichen Verschleiß verursachte. Dieser Nachteil ist durch die Verwendung eines Ferrophosphorpulvers mit einem niedrigeren Phosphorgehalt und einer dadurch verringerten Härte auf ein annehmbares Ausmaß verringert worden, vg. SW-PS 372 293-

Gesinterte Komponenten, hergestellt durch Pressen und Sintern solcher Stahlpulvermischungen, zeigen jedoch manchmal eine Brüchigkeit, die nicht akzeptiert werden kann. Dies ergibt sich beispielsweise aus dem Umstand, daß eine Anzahl von gesinterten Testbarren, hergestellt aus Mischungen von Eisen- und Ferrophosphorpulver, einzelne Individuen enthalten kann, die außerordentlich verringerte mechanische Eigenschaften, insbesondere bezüglich Schlagfestigkeit und Bruchdehnung, aufweisen. Da der Vorteil von phosphorlegierten gesinterten Stählen in deren hoher Festigkeit in Kombination mit

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einer sehr guten Duktilität begründet ist, ist die oben genannte Gefahr einer Brüchigkeit sehr ernst zu nehmen.

Es wurde gezeigt, daß die Gefahr der Bildung der Brüchigkeit besteht, wenn der Ferrophosphor eine solche Zusammensetzung aufweist, daß sich bei der Sintertemperatur eine flüssige Phase ausbildet. Bei den normalerweise verwendeten Sintertemperaturen, d.h. 1040⁰C und mehr, bedeutet dies, daß Phosphorgehalte von mehr als 2, 8 ^ in dem Perrophosphor

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ein gesintetes Material ergeben, bei dem ein größeres Risiko bezüglich einer Sprödigkeit besteht. Der Umstand, daß man Perrophosphor mit einem hohen Phosphorgehalt trotz dieses Nachteils verwendet, ist in den günstigen Sinterbedingungen begründet, die von der Anwesenheit der flüssigen Phase herrühren. Die flüssige Phase bedeutet auch eine günstige Verteilung des Phosphors in bezug auf eine schnelle Diffusion des Phosphors in das Eisen.

Die Erfindung ist auf die Lösung des Problems bezüglich

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der Sprödigkeit von gesintetem Stahl, der aus einem Gemisch von Eisenpulver und einem Perrophosphorpulver mit einem Phosphorgehalt von mehr als 2,8 ^ hergestellt ist, gerichtet. Die Lösung des Problems besteht erfindungsgemäß darin, daß man ein Perrophosphorpulver mit einem bestimmten

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Kohlenstoffgehalt verwendet. Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden, wenn das Perrophosphorpulver darüber hinaus eine geringe maximale Teilchengröße aufweist.

Das phosphorhaltige Stahlpulver gemäß der Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung von gesinterten Komponenten mit einer außerordentlich geringen Tendenz zu Sprödigkeitsbrüchen besteht aus einem Eben- oder Stahlpulver, das im wesentlichen frei von Phosphor ist, gemischt mit einem Perrophosphorpulver, wobei das Ferrophosphorpulver einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,3 #» vorzugsweise von mehr als 0,5 #, aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungeform des phosphorhaltigen Stahlpulvers der Erfindung soll der Kohlenstoffgehalt des Ferrophosphorpulvers 2,5 1> nicht übersteigen. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß das Perrophosphorpulver eine maximale Teilchen-

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größe von/um, vorzugsweise von 10 um, aufweist. Der Phosphorgehalt des Perrophosphorpulvers soll 2,8 # übersteigen und weniger als 17 l· betragen, um den Verschleiß der Komprimierungswerkzeuge zu verringern. Wenn das Perrοphosphorpulver durch Mahlen hergestellt wird, sollte der Phosphorgehalt 12 i» übersteigen und vorzugsweise zwischen H und 16 ^C liegen. Der Phosphorgehalt der bevorzugten Mischung liegt zwischen 0,2 und 1,5 1*·

Die großen Unterschiede zwisohen der Teilchengröße der Pulverkomponenten in einem derartigen Gemisch führen zu einem besonders großen.Risiko der Segregation bew. Entmischung

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und somit zu einer ungleichen Verteilung der Legierungselemente. Um die Tendenz des Gemisches zur Entmischung nach dem Vermischen zu verringern, kann man 50 bis 200g eines leichtflüssigen Mineralöls pro metrischer Tonne Pulver während des Mischens zugeben. Dadurch kann erreicht werden, daß die feineren Legierungsteilchen an den gröberen Eisenpulverteilchen haften.

Um eine weitere Verbesserung bezüglich des Entmischungsschutzes zu erreichen, kann man das Eisen-ZFerrophosphor- pulvergemisch mit oder ohne ölzusatz in einer reduzierenden Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 650 und 900°C für einen Zeitraum von 15 Minuten bis 2 Stunden erhitzen. Dadurch sintert das Pulver lose zusammen, so daß eine anschließende vorsichtige Zerkleinerung durchgeführt werden muß, um die ursprüngliche Teilchengröße wieder herzustellen. Das auf diese Weise erhaltene Pulver weist Eisenteilchen mit angesinterten feinkörnigen Ferrophosphorpulverteilchen auf.

Die oben genannten Verfahren zur Verhinderung der Entmischung können bei einem Gemisch angewendet werden, das einen größeren Anteil an dem Ferrophosphor enthaltenden Pulver aufweist. Dae so erhaltene Konzentrat kann mit Eisenpulver gemischt werden, um den gewünschten Phosphorgenalt in dem Endprodukt sicherzustellen.

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Der Bereich des Kohlenstoffgehalts, der erfindungsgemäß bevorzugt ist, ergibt sich aus den folgenden Beispielen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, den Zeichnungen und den Ansprüchen. Beispiel

Drei Eisen-Phosphor-Schmelzen mit einem Gehalt von 16 ia Phosphor und kontrollierten Kohlenstoff gehalten von jeweils 0,007, 0,55 und 3 »37 #, sowie einen zusätzlichen Gehalt an Verunreinigungen von ^ 0,01 # und wurden hergestellt. Anschließend ließ man sie erstarren. Danach wurden sie zu einem Pulver vermählen, dem zwei Teilchengrößenklassen entnommen wurden, d.h. 0-10 um und 10-40um. Diese phosphorhaltigen Pulver wurden mit extrem reinem Eisenpulver mit einer maximalen Teilchengröße von 150 um vermischt, so daß die erhaltene Mischung einen Phosphorgehalt von 0,6 i» aufwies. Danach wurde das Gemisch zu Zugfestigkeitstestbarren gemäß MPIP Standard 10-63 gepreßt Danach wurden die Barren in Cracked-Ammoniak bei 1120⁰C gesintert. Es wurde die Zugfestigkeit und Dehnung bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Zeichnung dargestellt, deren Werte sich auf die Mittelwerte einschließlichder Standardabweichung für 7 Barren beziehen.

Die Kurven zeigen, daß sich sowohl die Zugfestigkeit als auch die Dehnung vergrößert, wenn das Perrophosphorpulver einen vergrößerten Kohlenstoffgehalt aufweist. Die

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sich auf gesintertes Material, das ein kohlenstofffreies Ferrophosphorpulver enthält und eine Teilchengröße von 10 bis 40 um aufweist, beziehenden Werte
zeigen ein Sprödigkeitsbruchverhalten für dieses
Material, weil bereits bei einem Gehalt von 0,3 #
Kohlenstoff in dem Ferrpphosphormaterial erheblich
bessere Werte liefert, die ein zähes Bruchverhalten
angeben. Auch für die Fraktion des Ferrophosphorpulvers mit der geringen Teilchengröße wird eine Verbesserung der gemäß den obigen Angaben gemessenen Eigenschaften erreicht. Um das günstigste Material zu erhalten, sollte der Kohlenstoffgehalt des Ferrophosphorpulvers jedoch 0,5 # betragen. Wenn jedoch der Kohlenstoffgehalt zu
sehr gesteigert wird, zeigt das Beispiel, daß die Dehnung bzw. das Dehnungsvermögen eine Tendenz zum Geringerwerden zeigt. Aus diesem Grunde sollte der Kohlenstoffgehalt des Ferrophosphors weniger als 2,5 ^ betragen.

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Claims

Patentansprüche

1. Phosphorhaltiges Stahlpulver zur Verwendung bei der Herstellung von gesinterten Komponenten mit hoher Zähigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß es aus einem im wesentlichen phosphorfreien Stahlpulver guter Kompressibilität besteht, daß mit einem Ferrophosphorpulver mit einem Phosphorgehalt von mehr als 2,8 Gewichtsprozent, vorzugsweise 12 bis 17 Gewichtsprozent, innig gemischt ist, und zwar in einer Menge, daß der Phosphorgehalt des Gemisches 0,2 bis 1,5 $> beträgt, wobei das Ferrophosphorpulver einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,3 ^, vorzugsweise von mehr als 0,5 %, aufweist.

2. Phosphorhaltiges Stahlpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kohlenstoffgehalt des Ferrophosphorpulvers weniger als 2,5 $> beträgt.

3· Phosphorhaltiges Stahlpulver nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Gesamtgehalt an Verunreinigungen in dem kohlenstoffhaltigen Ferrophosphorpulver, die leichter als Eisen oxydiert werden, weniger als 4 $> beträgt.

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4. Phosphorhaltiges Stahlpulver nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Ferrophosphorpulver eine maximale Teilchengröße von 20 um, vorzugsweise von 10 um, aufweist.

5· Phosphorhaltiges Stahlpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Perrophosphorteilchen durch Sinterung zur Vermeidung der Entmischung im wesentlichen an den Stahlpulverteilchen haften.

6. Verfahren zur Herstellung eines phosphorhaltigen Stahlpulvers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Stahlpulver als Grundmaterial innig mit einem Ferrophosphorpulver mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,3 5ί, vorzugsweise von mehr als 0,5 %, mischt, die Ferrophosphorteilchen an dem Stahlpulver durch Zugabe von 0,005 bis 0,02 $> flüssigem Mineralöl und/oder durch loses Ansintern der Ferrophosphorteilchen an die Stahlpulverteilchen mit anschließender Zerkleinerung des so ausgebildeten Kuchens anhaften läßt.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß man das Ferrophosphorpulver zunächst mit einem Teil des Stahlpulvers zu einem Konzentrat mischt, gegebenenfalls unter Zugabe von 0,005 bis 0,02 56 eines

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flüssigen Mineralöls, und daß Konzentrat sintert und zerkleinert, wonach man das Konzentrat gegebenenfalls zusammen mit Schmiermitteln und, falls das Stahlpulver nicht legiert ist, gegebenenfalls zusammen mit legierungspulver zu dem Rest des Stahlpulvers gibt.

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