DE3050264C2

DE3050264C2 - Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen von Erzeugnissen aus Werkzeugstahl

Info

Publication number: DE3050264C2
Application number: DE3050264T
Authority: DE
Inventors: Vladimir N. Elektrostal &Zcaron;uchin; Vladimir B. Moskva Akimenko; Aleksandr F. Zaporo&zcaron;e Klimenko; Aleksei K. Zaporo&zcaron;e Petrov; Jurij N. Skornyakov; Elena N. Smirnova; Aleksei G. Tsipunov
Original assignee: UKRAINSKIJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT SPECIAL'NYCH STALEJ SPLAVOV I FERROSPLAVOV ZAPOROZ'E SU
Current assignee: UKRAINSKIJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT SPECIAL'NYCH STALEJ SPLAVOV I FERROSPLAVOV ZAPOROZ'E SU
Priority date: 1980-02-13
Filing date: 1980-02-13
Publication date: 1985-04-11
Also published as: DE3050264T1; WO1981002264A1; FR2480640A1; ATA913880A; AT377718B; SE8106066L; JPS57501331A; US4427626A; FR2480640B1

Description

Das beanspruchte Verfahren betrifft die Herstellung von Erzeugnissen aus Werkzeugstahlpulver.

Bisher hat man die Qualität der nach der konventionellen metallurgischen Technologie hergestellten Erzeugnisse aus Werkzeugstahl auf dem Wege der Komplizierung von deren chemischer Zusammensetzung erhöht Dabei stieß man auf erhebliche Schwierigkeiten, die auf eine Senkung der fertigungstechnischen Plastizität von Gußmetall sowie die Ausbeute des zur Weiterverarbeitung geeigneten Metalls zurückzuführen sind.

Durch Anwendung von modernen fertigungstechnischen Verfahren (Elektroschlackenumschmelzen, Verwendung von Großblöcken und deren Hochtemperaturbehandlung vor der Preßformung sowie Strangpressen von Blöcken) wurde die Qualität einigermaßen verbessert und die Metallausbeute bei Verarbeitung von We-rkzeugstählen erhöht, konnte aber das gesamte Problem nicht gelöst werden.

Eine der Möglichkeiten zur Lösung des besagten Problems besteht in der Herstellung von Erzeugnissen aus Werkzeugstählen nach dem pulvermetallurgischen Verfahren. Solche Stähle unterscheiden sich vorteilhaft von den Gußstählen durch chemische Homogenität, wobei deren Struktur durch die Größe und Verteilungsweise von Karbiden bestimmt ist. wodurch die fertigungstechnische Plastizität von Stahl bedeutend verbessert sowie die Nutzmetallausbeute und die Betriebseigenschaften der Erzeugnisse erhöht werden können.

Es ist ein Verfahren zur Hersteilung von Erzeugnissen aus Nirosta-Pulvern bekannt (s. beispielsweise UdSSR-Urheberschein 4 18 271. Ausgabetag, 09. 06. 1977), welches darin besteht, daß eine Kapsel mit Pulver gefüllt, erwärmt, luftdicht verschlossen und verformt wird. Dabei wird die mit Pulver gefüllte Kapsel in Wasserstoffatmosphäre bis auf die Verformungstemperatu^r erwärmt und bei dieser Temperatur 1 bis b h gehalten. Danach wird die Kapsel in einem Ofen luftdicht verschlossen.

Das beschriebene Verfahren gestattet es. Oxide an den Metallteilchen zu reduzieren und ein Metall mit dichter Struktur zu gewinnen. Durch die Notwendigkeit, kostspielige Ausrüstungen für spezielle Öfen mit einer Atmosphäre aus hochgereinigtem Wasserstoff einzusetzen, deren Bedienung besonderer Sicherheits-¹ maßnahmen bedarf, wird jedoch seine industrielle Anwendbarkeit in einem bedeutenden Maße erschwert.

Seinem verfahrenstechnischen Ablauf und dem erzielten Nutzeffekt nach liegt ein Verfahren zum Herstellen von Erzeugnissen aus Schnellarbeitsstahl dem beanspruchten Verfahren am nächsten (s. UdSSR-Urheberschein 4 17 246, Ausgabetag 09.06.1972). Dieses Verfahren besteht darin, da"ß die Kapsel mit Pulver gefüllt, evakuiert, hermetisch abgeschlosen, erwärmt und verformt wird. Die mit Pulver gefüllte Kapsel wird dabei bis auf eine Temperatur von 1050 bis 1150⁰C erwärmt und bei einem Umformgrad von 70 bis 90% stranggepreßt.

Das Verfahren ist verhältnismäßig einfach und billig. Durch Vorhandensein von Oxiden im umgeformten Metall werden aber dessen Festigkeits- und Betriebseigenschäften herabgesetzt Dies ist darauf zurückzuführen, daß infolge der Vorwärmung der Kapsel vor dem Umformen in ihr umkehrbare, mit der Reduktion der Oxide durch den im Stahlpulver enthaltenen Kohlenstoff und die dabei vor sich gehende Bildung von CO und CO2 im Zusammenhang stehende Oxydations-Reduktions-Vorgänge stattfinden. Das CO? ist ein aktives Oxydationsmittel für das Metall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen von Er-Zeugnissen aus Werkzeugstahl zu entwickeln, das es geststtst den Oxid^ehslt in? umgeformten Metall wesentlich herabzusetzen und somit die Festigkeits- und Betriebseigenschaften des Stahls zu verbessern.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen von Erzeugnissen aus Werkzeugstahl, bei dem das Pulver in eine Kapsel eingefüllt, diese luftdicht verschlossen, erwärmt und anschließend stranggepreßt wird, die mit Pulver gefüllte, luftdicht verschlossene Kapsel bis auf eine Temperatur von 700 bis 1000⁰C erwärmt, für den Luftzutritt wieder geöffnet und darauffolgend bis auf eine an sich bekannte Strangpreßtemperatur von 1050 bis 1200⁰C erwärmt wird.
Im Verlauf der Erwärmung der mit Pulver gefüllten Kapsel bis auf eine Temperatur von 1050 bis 1200⁰C finden in ihr umkehrbare Oxydations-Reduktions-Prozesse unter Bildung von gasförmigen Produkten der Reduktionsreaktionen, wie Wasserdampf, CO. CO2 statt. Die letztgenannten entstehen infolge der direkten Reduktion der Oxide mit dem im Stahl enthaltenden Kohlenstoff, der an die Oberfläche des Metallteilchens difundiert. CO2 ist ein aktives Oxydationsmittel, so daß seine Anwesenheit in der Kapsel es nicht gestattet, die Oxide in ausreichendem Maße zu reduzieren, weil dabei die sekundäre Oxidation in Erscheinung tritt. Infolge der Entfernung von gasförmigen Produkten der Reduktion durch Öffnen der Kapsel im erwähnten Temperaturbereich wird eine vollständigere Reduktion der Oxide sichergestellt und die Qualität des Pulvprmetalls verbessert.

Zweckmäßigerweise wird die mit Pulver gefüllte Kapsel vor deren luftdichtem Abschluß mit Stickstoff unter einem Druck von 1 bis 5 - 10⁵ Pa gefüllt. Dadurch wird es möglich, die Er.värmungsdauer der Kapsel vor der Verformung um 10 bis 20% infolge der Verbesserung der Wärmeleitung zu verkürzen.

Ein Erzeugnis wird aus Werkzeugstahlpulver erfindungsgemäß in folgender Weise hergestellt.
Werkzeugstahlpulver mit einer Teilchengröße von höchstens 800 μττι wird in eine zylindrische Kapsel eingefüllt, in deren Deckel eine Bohrung vorhanden ist. Die !Kapsel und der Deckel sind aus köhlenstöffarmem Stahl gefertigt. Dann wird die Kapsel mit Stickstoff unter einem Druck von 1 bis 5 · 10⁵ Pa gefüllt und durch Zulöten der Bohrung mit bei einer Temperatur von 700 bis 1000⁰C schmelzendem Lot luftdicht abgeschlossen. Die derartig hergerichtete Kapsel wird in einem elektrischen Kammerofen bis auf eine Temperatur von 1050

bis 1200⁰C im Laufe von 4 bis 14 h erwärmt. Die vorhergehende Füllung der Kapsel mit Stickstoff bietet die Möglichkeit, deren Erwärmungsdauer vor dem Umformen um 10 bis 20% zu verkürzen. Die.^c kommt infolge der Verbesserung der Wärmeleitung zustande. Während der Erwärmung schmilzt das Lot und gibt den Luftzutritt in die Kapsel wieder frei. Nach der Erwärmung der mit Pulver gefüllten Kapsel unter den erwähnten Bedingungen wird sie stranggepreßt Im Ergebnis erhält man Stangen mit einem Durchmesser von 30 bis 150 mm, die dann geglüht werden.

Aus den Stangen werden Probestücke gefertigt und einer Härtung sowie einer dreifachen Glühung unterzogen (die Temperaturführungen der Härtung und Glühung hängen von den Eigenschaften ab, die dem Werkzeug verliehen werden sollen). Im weiteren werden die besagten Proben auf Härte, Kerbschlagzähigkeit und Biegefestigkeit geprüft.

Beispiel 1

Ein Erzeugnis aus Werkzeugstahlpulver mit folgender Zusammensetzung (in Masseprozent):

unter den erwähnten Bedingungen wurde sie durch eine Matrize zu Stangen mit einem Duchmesser von 100 mm auf einer Strangpresse mit einer Preßkraft von 6300 Mp stranggepreßt Die Dichte des erzeugten Pulvermetalls betrug 100%.

Die hergestellten Stangen wurden unter Einhaltung folgender Betriebsführung geglüht:

— Erwärmung auf eine Temperatur von 850⁰C und ίο Halten bei dieser Temperatur im Verlaufe von 4 h;

— Abkühlen bis auf eine Temperatur von 500⁰C mit einer Geschwindigkeit von höchstens 20°C/h;

— weitere Abkühlung an der Luft.

Aus den nach der vorstehend beschriebenen Technologie hergestellten Stangen wurden Probestücke gefertigt und einer Härtung bei einer Temperatur von 1220⁰C sowie einer dreifachen Glühung bei einer Temperatur von 540⁰C unterzogen. Danach wurden die Probestücke auf Härte, Kerbschlagzähigkeit und Biegefestigkeit geprüft. Die Ergebnisse der durchgeführten Prüfungen sind nachstehend zusammengestellt:

ρ	1,0;
Mn -	0,4;
Si -	0,4;
Cr -	3,9;
W -	6,0;
Mo -	4,8;
V -	1,7;
Co -	4,8;
S -	0,03;
P -	0,03;
Fe -	Rest

wurde erfindungsgemäß in folgender Weise hergestellt Das staubfeine Werkzeugstahlpulver mit einer Teilchengröße von höchstens 800 μιτι wurde in eine Kapsel aus kohlenstoffarmem Stahl mit folgender Zusammensetzung (in Masseprozent):

C -	0,2;
Mn -	0.6;
Si -	03;
P -	0,04;
S -	0,05;
Fe -	Rest

mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Höhe von 700 mm mit einer :m Kapseldeckel gelegenen und zum Austritt von gasförmigen Produkten aus dieser bestimmten Bohrung eingefüllt. Danach wurde die Kapsel mit Stickstoff unter einem Druck von 1 · 10⁵ Pa gefüllt und die Bohrung mit einem Lot luftdicht zugelötet, das folgende Zusammensetzung (in Masseprozent):

Zn - 35,0;
Ni - 5,0;
Cu - 60,0

^aufweist und bei einer Temperatur von 900⁰C schmelzbar ist. Die derartig hergerichtete Kapsel wurde in einem elektrischen Kammerofen bis auf eine Temperatur von 115O⁰C im Laufe von 12 h erwärmt. Während der Erwärmung schmolz das Lot bei einer Temperatur von 900⁰C und gab den Luftzutritt in die Kapsel wieder frei. Nach der Erwärmung der mit Pulver gefüllten Kapsel Härte, HRC

Kerbschlagzähigkeit, kpm/cm²
Biegefestigkeit, kpm/mm²

Beispiel 2
(negativ)

68
2,2
350

C -	1.1;
Mn -	0,1;
Si -	0,1;
Cr -	4,1;
W -	6.3;
Mo -	5,0:
V -	2,0;
Co -	5,2;
S -	0,01;
P -	0,01;
Fe -	Rest

wurde im wesentlichen auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt. Im Unterschied zur erfindungsgemäßen Technologie wurde aber der Luftzutritt in die Kapsel erst bei einer Temperatur von 1050⁰C freigegeben. Zu diesem Zweck kam ein Lot mit folgender Zusammensetzung zur Anwendung (in Masseprozent):

Si - 5,0;
Ni - 30,0;
Cu - 60,0,

dessen Schmelztemperatur 1050"C beträgt. Im weiteren wurde so vorgegangen, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist. Die Dichte des erzeugten Pulvermetalls betrug 99,9O°/o. Die Probestücke wurden auf Härte, Kerb- ^;;schlagzähigkeit und Biegefestigkeit geprüft.

Die Ergebnisse der durchgeführten Prüfungen sind nächstehend zusammengestellt:

B5 Härte, HRC 67

Kerbschlagzähigkeit, kpm/cm² 1,2

Biegefestigkeit, kp/mm² 230

Eine derartige Freigabe des Luftzutrittes in die Kapsel hat eine unvollständige Reduktion der Oxide infolge einer teilweisen Sinterung des Pulvers zur Folge. Dabei werden die mechanischen und die Betriebseigenschaften des Fertigerzeugnisses beeinträchtigt

ίο

15

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen von Erzeugnissen aus Werkzeugstahl, bei dem das Pulver in eine Kapsel eingefüllt, diese luftdicht verschlossen, erwärmt und anschließend stranggepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Pulver gefüllte, luftdicht verschlossene Kapsel bis auf eine Temperatur von 700 bis 1000⁰C erwärmt, für den Luftzutritt wieder geöffnet und darauffolgend bis auf eine Strangpreßtemperatur von 1050 bis 1200⁰C erwärmt wird.