DE3206475A1

DE3206475A1 - Oelverduestes niedrig legiertes stahlpulver und herstellung desselben

Info

Publication number: DE3206475A1
Application number: DE19823206475
Authority: DE
Inventors: Minoru Ohtsu Shiga Ichidate; Isamu Yamato-Kooriyama Nara Karasuno; Toshihiko Chiba Kubo; Eijiro Hirakata Osaka Tamura; Masahide Nara Umino
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-02-24
Filing date: 1982-02-23
Publication date: 1982-09-16
Also published as: GB2094834A; FR2500483A1; US4437891A; IT1149667B; FR2500483B1; JPS57164901A; DE3206475C2; IT8219814A0; GB2094834B

Description

Die Erfindung bezieht sich, auf ein ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls (nachstehend als "ölverdüstes niedrig legiertes Stahlpulver" bezeichnet) ' und ein Verfahren zur■Herstellung desselben/ wobei das Pulver eine verbesserte Verpreßbarkeit, Verdichtbarkeit und Härtbarkeit aufweist und sich zur Herstellung pulvermetallurgischer Gegenstände eignet,

Pulvermetallurgische Gegenstände, die aus Eisenpulver, dem Pulver einer Stahllegierung usw. als Ausgangsmatärial hergestellt werden, umfassen Kraftfahrzeugteile,Maschinenteile, Lager, Teile aus Gleitmaterialien usw. Das pulvermetallurgische Verfahren ist von Vorteil, da diese pulvermetallurgischen Gegenstände in hohen Stückzahlen mit. . \[-sehr genauen Abmessungen hergestellt werden können, so daß es beispielsweise in der Automobil- und Maschinenbauindustrie in weitem ümfana eingesetzt wird, wobei die ^; Anwendung dieses Verfahrens in der letzten Zeit beträchtlich zugenommen hat.

. / ;■-■". ■.;■ :- Auf dem pulvermetallurgischen Gebiet hat man sich deshalb sehr eingehend damit beschäftigt, pulvermetallurgische Gegenstände herzustellen, die eine Festigkeit und Zähigkeit aufweisen, die größer ist als die der herkömmlichen Gegen-: stände, um das Verfahren auf die Herstellung weiterer Gegenstände zu erweitern.· Dieses Ziel läßt sich erreichen, wenn ein Stahlpulver zur Verfügung gestellt wird, das eine verbesserte Verpreßbarkeit, Verdichtbarkeit und Härtbarkeit

aufweist. 30

Die herkömmlichen niedrig legierten Stahlpulver umfassen teure Ni-Mo-Stahlpulver, wie AISI 4600 (0,2 % Mrt-2,0 % ΝΙΟ, 5 % Mo) und ein etwas weniger teures Cr-Mo-Stahlpulver, wie AISI 86 00 (0,8 % Mn-O,5 % Ni-O,5 % Cr-O,2% Mo). Es existiert jedoch kein Pulver, das eine gute Verpreßbarkeit und Verdichtbarkeit sowie eine gute Härtbarkeit aufweist. Diese Eigenschaften sind bei den herkömmlichen Materialien gleichzeitig nicht immer vorzufinden. Beispielsweise ist

-δ-

eine gute Verpreßbarkeit und Verdichtbarkeit vorhanden, jedoch die Härtbarkeit des Materials schlecht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges niedrig legiertes Stahlpulver und ein Verfahren zur Herstellung desselben zur Verfügung zu stellen, wobei das Pulver eine verbesserte Verpreßbarkeit (Kompressibilität) und Verdichtbarkeit (Kompaktibilitä.t) sowie eine verbesserte Härtbarkeit aufweist.

. Durch Versuchsserien wurde der Einfluß von Sauerstoff und Kohlenstoff auf die Verpreßbarkeit, Verdichtbarkeit und Härtbarkeit festgestellt, wobei sich zeigte, daß man bei einer Beschränkung des Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalts

15 auf höchstens 0,02 % bzw. höchstens 0,15.% zu einem

niedrig legierten Stahlpulver mit verbesserten Verpreßbarkeits-, Verdichtbarkeits- und Wärmebehandlungseigenschaften (z. B. Härtbarkeit) und damit zur vorliegenden-Erfindung gelangt.

Eines der herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Metallpulver besteht ferner in der Wasserverdüsung, wobei Wasser als Verdüsungsmedium benutzt wird. Da niedrig legierter Stahl jedoch leicht oxidierbares Chrom, Mangan usw. enthält, weist das gebildete Pulver eine relativ große Menge Sauerstoff auf. Der Sauerstoffgehalt kann nicht auf ein Niveau unterhalb 0,2 % vermindert werden, selbst wenn über einen langen Zeitraum·bei einer hohen Temperatur nach, dem Verdüsen ein Reduktionsverfahren

^O zur Anwendung kommt. Andererseits kann der Kohlenstoffgehalt auf ein sehr niedriges Niveau während der Herstellung des geschmolzenen Stahls vor dem Verdüsen herabgesetzt werden. Es ist jedoch auch in diesem Fall schwierig, sowohl den Kohlenstoff- wie den Sauerstoff-

35 gehalt gleichzeitig herabzusetzen.

Zur weiteren Herabsetzung des Sauerstoffgehalts ist vor kurzem ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem Kohlen-

stoff zu dem geschmolzenen Stahl vor der Verdüsung zugesetzt wird. Der zugesetzte Kohlenstoff dient als Reduktionsmittel nach der Gleichung: C + O = CO während des Reduktions-

0 schritte im Vakuum'.

Beispielsweise geht aus den japanischen Of fenlegungsschriften Nr. 100308/1977 und Nr. 62101/1980 die Wasserverdüsung zur Herstellung eines niedrig legierten Stahlpulvers hervor, das Kohlenstoff in einer Menge von

10 höchstens 0,05 % und Sauerstoff in einer Menge von

höchsten? 0,25 % nach der Reduktion aufweist. Dieses Verfahren ist jedochfmit folgenden Nachteilen behaftet: (i) dieses Verfahren erfordert die Erwärmung des Pulvers auf eine relativ hohe Temperatur (maximal 1400⁰C) im Vakuum,

15 und das gebildete Pulver ist sehr kostspielig,

(ii) es ist ein' Zusatz an Kohlenstoff erforderlich, der die Menge übersteigt, die zur Reduktion notwendig ist, wobei ein Teil des so zugesetzten Kohlenstoffs im allgemeinen in dem Pulver nach der Reduktion verbleibt, und (iii) es kann zwar ein Stahlpulver erhalten werden, das 0,010 % C und 0,124 % Sauerstoff enthält, jedoch eine Preßkörperdichte von 6,62 g/cm (bei einem Verdichtungsdruck von 5 Tonnen/cm ) aufweist, was relativ gering ist. Sofern die. Wasserverdüsung angewendet wird, ist die Bildung von Oxiden an der Oberfläche der Teilchen unvermeidbar. Es wird angenommen, daß, da die so gebildeten Oxide sehr hart sind, die vorstehend beschriebene Reduktion des gesamten Sauerstoffgehalts auf ein relativ niedriges

Niveau nicht zu einer Zunahme der Preßkörperdichte führt. 30

Andererseits ist eine ölverdüsung zur Herstellung von Eisenpulver (nicht niedrig legiertem Stahlpulver) vorgeschlagen worden, bei dem ein öl als Vergasungsmittel verwendet wird . Durch den Einsatz eines Öls als Verdüsungs- ^u mittel kann der Sauerstoffgehalt in einem- Eisenpulver auf ein extrem niedriges Niveau gesenkt werden (vgl. US-Anmeldung Nr. 275 506).

-ιοί Obwohl die ölverdüsung als solche bereits aus der US-PS 4 124 377 hervorgeht, ist darin nichts über die Bedeutung des Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalts in einem niedrig legierten Stahlpulver, noch irgend etwas über ein niedrig legiertes Stahlpulver offenbart.

Mit der vorstehend erwähnten ölverdüsung ist es möglich, den Sauerstoffgehalt auf weniger als 0,15 %, im allgemeinen weniger als 0,10 % herabzusetzen. Es wurde festgestellt, jQ daß ein ölverdüstes niedrig legiertes Stahlpulver, in dem der Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt auf höchstens 0,02 % bzw. höchstens 0,15 % nach der Entkohlung beschränkt ist, eine hohe Preßkörperdichte von mindestens 6,8 g/cm , im allgemeinen mindestens 6,9 g/cm aufweist.

15 ' .

Es ist allerdings erforderlich, den Kohlenstoffgehalt herabzusetzen, ohne die anderen Legierungselemente, wie Cr, Mn und Nb, die im allgemeinen in einem niedrig legierten Stähl vorhanden sind und ziemlich leicht oxidiert werden, zu oxidieren. Durch Versuchsreihen wurde festgestellt, daß es unter Erzielung von Vorteilen möglich ist, ein niedrig legiertes Stahlpulver mit einem während der Entkohlung auf ein extrem niedfiges Niveau verminderten Kohlenstoffgehalt ohne Oxidation der·Legierungselemente, wie Cr, Mn und/oder Nb, zu erhalten, indem die Entkohlung des verdüsten Pulvers unter besonderen Bedingungen, einschließlich der Gegenwart von Wasserstoff, erfolgt, um so zur Erfindung zu gelangen.

30 In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Figur 1 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der PreBkörperdichte und dem Kohlenstoffgehalt des erfindungsgemäßen niedrig legierten Stahlpulvers wiedergibt; ^!> .

' Figur 2 ein Diagramm, das die' Beziehung zwischen der

Preßkörperdichte und dem Preßdruck wiedergibt;

3208475

Figur'3 ein Diagramm, das durch Auftragen der Werte

der Mikro-Vickers-Härte im Abstand von der'; Oberfläche erhalten wurde; . . . \

und · ' """■

. ■■■"■'. "■"/ ■ ~. . ^: .-'.■-"■;■

Figur 4 ein Diagramm, das die Beziehung .zwischen

der Zugfestigkeit und dem Kohlenstoffgehalt wiedergibt; . "'-. _; 'V ; V

Die Erfindung besteht also in einem ölverdüsten niedrig legierten Stahlpulver mit verbesserter Verpreßbarfceit (Kompressibilität) und Verdichtbarkeit (Kompaktibiiitätl ; sowie mit verbesserter Härtbarkeit, das nach der Entkohlung folgende chemische Zusammensetzung aufweist:

C: höchstens 0,02..%",. ' , ■ V

Mn: 0,3 bis 2,0 % '

Säuerstoff: höchstens 0,15 %, · ;

einen oder mehrere folgender Bestandteile: Cr: 0,1 bis 2,0 %, Mo: 0,05 bis 1,0 %,\.

V: 0,03 bis 0,5 %, Nb: 0,05 bis 0,S %, Ni: 0>1 bis 2,0 % und Cu: 0,2 bis 2,0 %",

und als Rest im wesentlichen Eisen, wobei das Pulver ²^ eine Preßkörperdichte von mindestens 6,8 g/cm und einen; Rattler-Wert von höchstens 1,0 % aufweist, wenn das Pulver/ 0,8 % Zink Stearat als preßerleichterndem Zusatz ver~

2 ■ mischt und bei einem Druck von 5 Tonnen/cm gepreßt wird.

Darüber hinaus besteht die Erfindung in einem Verfahren

zur Herstellung des vorstehend angegebenen ölverdüsten ■ niedrig legierten Stahlpulvers, wobei ein ölverdüstes niedrig legiertes Stahlpulver hergestellt und dann eine Entkohlung in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre bei

einer Temperatur von 550 bis 1250⁰C, vorzugsweise 750 bis 125O⁰C durchgeführt wird. Die wasserstoffhaltige Atmosphäre kann zu 100 % aus Wasserstoff bestehen oder eine Atmosphäre sein, die ein Inertgas sowie Wasserstoff in· einer Menge ent

hält, um eine reduzierende Atmosphäre zu erhalten, oder eine Atmosphäre, die-Wasserdampf in einer Menge enthält, um . folqende Forderung zu erfüllen: P„ r,/P_rT = höchstens 0,1,

η « U η«

vorzugsweise höchstens 0,04.

Im allgemeinen ist der Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt des erfindungsgemäßen niedrig legierten Stahlpulvers höchstens 0,02 % bzw. höchstens 0,10 % , wobei die Preßkörperdichte desselben mindestens 6,9 g/cm beträgt.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Stahlzusammensetzung ist

folgende Zusammensetzung:

C: höchstens 0,02 %, 15 Mn: 0,5 bis 1,8 %,

Cr: 0,5 bis 1,5%,

Sauerstoff: höchstens 0,15 %, vorzugsweise höchstens

0,10 %, und als Rest im wesentlichen Eisen.

Mo kann in einer Menge von 0,1 bis 0,5 % dazugegeben werden.

Die Erfindung ist also dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff, der mit Mn oder Cr sich leicht unter Bildung von Oxiden verbindet und damit zu einer Verschlechterung der Härtbarkeit und der Festigkeit des gesinterten Produkts führt, auf ein extrem niedriges Niveau herabgesetzt und der Kohlenstoffgehalt, der einen nachteiligen Einfluß auf die Preßkörperdichte ausübt, gleichfalls auf ein extrem niedriges Niveau vermindert wird. Wenn das gebildete

2 Pulver mit einem Druck von 5 Tonnen/cm gepreßt wird, wird erfindungsgemäß ein Preßkörper mit einer Preßkörperdichte von mindestens 6,8 g/cm , im allgemeinen mindestens '6,9 σ/cra · erhalten, also mit einem erheblich höheren Wert als der herkömmlicher Leaierungsstahlpulver. Es ist folglieh möglich, mit der Erfindung pulvermetallurgische Gegenstände mit hoher Festigkeit und Zähigkeit zu erhalten.

Das öl, das bei der erfindungsgemäßen ölverdüsung verwendet

wird, kann ein Mineralöl, ein tierisches oder pflanzliches öl oder ein nichtpolares Lösungsmittel sein. Dem öl können Wasser, ein Alkohol, ein Ester usw.. in einer Menge von etwa 20 % oder weniger als Mittel, das die Karburierung

5 verhindert, zugesetzt werden.

Da erfindungsgemäß die Ölverdüsung zur Herstellung eines

Stahlpulvers angewendet wird, ist ein gewisses Ausmaß

der Karburierung während der Verdüsung unvermeidbar, selbst wenn ein die Karburjeruna verhinderndes Mittel zu dem olverdüsenden Medium hinzugefügt wird. Es ist deshalb notwendig, das so verdüste Stahlpulver nach der Verdüsung zu entkohlen. Nach einer bevorzugten Aus.führungsform der Erfindung wird die Entkohlung durch Erhitzen des ölverdüsten Pulvers in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 550 und 1250⁰C, vorzugsweise zwischen 750 und 1250⁰C durchgeführt. Bei einer Temperatur von mehr als 1250⁰C tritt ein so starkes Verschmelzen der Teilchen auf, daß es ziemlich schwierig wird, die verschweißten Teilchen nach der Entkohlung selbst beispielsweise mit einem Brechwerk zu vereinzeln, was zu einer Abnahme des Anteils kleiner Teilchen gegenüber der Gesamtmenge des gebildeten Stahlpulvers führt. Die Gegenwart eines gewissen Anteils kleiner Teilchen ist jedoch bei der Pulvermetallurgie unerläßlich. Andererseits ist bei einer Temperatur von weniger als 550⁰C die .Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs in dem Stahl zu niedrig, um eine Entkohlung zu bewerkstelligen, selbst in einer Entkohlungsatmosphäre.

Die Entkohlungsatmosphäre kann Wasserstoff in einer Menge enthalten, wie sie notwendig ist, um eine für die Entkohlung wirksame Atmosphäre aufrechtzuerhalten, im allgemeinen in einer Menqe von mindestens 20 Volumen-%. Der Rest besteht aus einem Inertgas, wie N₂, Ar oder der-

³⁵ gleichen.

Die Entkohlung wird beschleunigt, wenn Wasserdampf der Atmosphäre in einer solchen Menge zugefügt wird, daß das P« ri/Ptt -Verhältnis auf höchstens 0,1, vorzugsweise höchstens 0,04 eingestellt wird. Wenn das Verhältnis größer ist als 0,1 tritt eine merkliche Oxidation auf. Es ist ratsam, die Entkohlung solange fortzusetzen, bis die Oxidation in einem merklichen Ausmaß stattzufinden beginnt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß es nicht erforderlich ist, der Atmosphäre Dampf zuzusetzen, wenn die Verdüsung mit einem ölverdtisenden Medium durchgeführt worden ist, das ein die Karburierung verhinderndes Mittel enthält, da es dann möglich ist, ein verdüstes Pulver mit einem verminder-

15 tem Kohlenstoffgehalt ohne Entkohlung zu erhalten.

Nachstehend ist angegeben, warum die erfindungsgemäße Stahlzusaramensetzung wie vorstehend angegeben zu definieren ist.

Kohlenstoff: Kohlenstoff ist für Stahl ein Bildner einer . interstitiellen festen Lösung und bewirkt eine Verstärkung . der ferritischen Matrix. Beim Pressen des Stahlpulvers mit einem Stempel nach dem pulvermetallurgischen Verfahren ist die mechanische Festigkeit des gebildeten gesinterten Produkts um so größer je größer die Preßkörper-: dichte ist. Es ist deshalb erwünscht, den Kohlenstoff auf einen möglichst niedrigen Wert herabzusetzen. Um eine Preßkörperdichte von mindestens 6,8 g/cm , im

³^ allgemeinen von mindestens 6,9 g/cm zu erhalten, solle der Kohlenstoffgehalt auf 0,02 % oder weniger herabgesetzt werden.

Sauerstoff: Sauerstoff beeinflußt die Preßkörperdichte ³^ .und Verdichtbarkeit sowie die Wärmebehandlungseigenschaften, wie die Karburierungsfähigkeit und die * Härtbarkeit der .gebildeten Sinterprodukte. Je niedriger

1 der Sauerstoffgehalt ist um so besser. Um eine

homogene Metallstruktur zu erhalten ist es notwendig, den Sauerstoffgehalt auf0,15 % oder weniger, vorzugsweise 0,10 % oder weniger zu beschränken.

Mangan: Mangan ist für die Verbesserung der Härtbarkeit der gebildeten Sinterprodukte von wesentlicher Bedeutung» Die Gegenwart von Mn bis 0,3 % zeigt keine'spürbare Wirkung. Wenn hingegen Mn in einer IQ Menge von mehr als 2,0 % zugegeben wird, bleibt bei Raumtemperatur nach dem Kühlen ein.e Austenitphase zurück und eine Verschlechterung der Preßkörperdichte ist unvermeidbar. Mn wird vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 1,8 % zugegeben.

15 - -'■■- .

Chrom: Chrom stellt ein Element dar, das die Härtbarkeit verbessert. Wenn es zugegeben wird, ist es notwendig, es in einer Menge von 0,1 bis 2,0 %, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 % einzuverleiben, um

20 ' nach dem Abkühlen eine Äbs.chreckaustenitphase und damit eine Verschlechterung der Preßkörperdichte nach dem Pressen zu vermeiden.

Molybdän: Durch Molybdän wird die Härtbarkeit verbessert. Außerdem bewirkt es eine Verbesserung der Warmfestigkeit und eine Verminderung der Warmsprödigkeit. Mo in einer Menge von weniger als 0,05 % zeigt keine spürbare Wirkung. Die obere Grenze von Mo ist 1,0 %, da Mo teuer ist und die Gegenwart großer Mengen an Mo zu einer Verminderung der Preßkörperdichte führt. Vorzugsweise wird Mo in einer Menge von 0,1 bis 0,5 % zugesetzt.

Nickel: Nickel verbessert die Zähigkeit sowie die Härtbarkeit. Wenn es in einer Menge von weniger als 0,1 % zugegeben wird, ist keine spürbare Wirkung feststellbar. Wenn es in einer Menge von mehr als 2,0 zugegeben wird, ist eine Verminderung der Preßkörper-

dichte unvermeidbar.

Kupfer: Kupfer verbessert die Härtbarkeit. Es bewirkt außerdem ein Aushärten aufgrund der Ausscheidung einer Legierungsphase. Wenn Kupfer in einer Menge von weniger als 0,2 % einverleibt wird, zeigt die Kupferzugabe keine spürbare
Wirkung. Wenn es andererseits in einer Menge von mehr als 2,0 % zugegeben wird, verschlechtert sich die Verpreßbarkeit.

Was die Zusatzelemente: Cr, Mo, Ni und Cu angeht, so kann wenigstens eines derselben der Stahlzusammensetzung des erfindungsgemäßen niedrig legierten Stahlpulvers einverleibt werden.

Vanadium, Niob: Vanadium und Niob bewirken durch die Bildung von Karbiden eine Verbesserung der Festigkeit. Mindestens eines dieser Elemente

sollte der erfindungsgetnäßen Stahlzusammensetzung neben oder anstelle der vorstehend
angegebenen Zusatzelemente: Cr, Mo, Ni und·Cu einverleibt, werden. Die Gegenwart von weniger als 0,03 % V bzw. 0,05 % Nb wirkt sich zu

^° dem genannten Zweck nicht aus, während die

Preßkörperdichte herabgesetzt wird, wenn dieselben in einer Menge von mehr als 0,5 % zugesetzt werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von·Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurden niedrig legierte Stahlpulver hergestellt, die
die in der Tabelle 1 angegebene chemische Zusammensetzung aufweisen. Die erfindungsgemäßen Stahlpulver wurden unter folgenden Bedingungen hergestellt:

Verdüsung: ölverdüsung

Temperatur des geschmolzenen Stahls : 16θΟ°0 Verdüsungsmittel: Härteöl, 160 l/min

Verdüsungsdruck: 150 kg/cm .

15 ' -

Nach der Verdüsung wurde das öl entfernt und das erhaltene verdüste Pulver wurde einer Entkohlung unter den nachstehend angegebenen Bedingungen unterworfen, um·ein niedrig legiertes Stahlpulver mit extrem niedrigem Kohlenstoff-

20 und Sauerstoffgehalt zu erhalten:

Entkohlungsbedingungen:

Atmosphäre: H₂ 72,8 Vol.-'%

24,3 Vol.-i

25 H₂O 2,9 Vol.-%

^PH₂O^/PH₂ ⁼ °'⁰³
30 900⁰C χ ΙΟ min, Dampfzugabe

Zum Vergleich wurden AISI 4600 und AISI 4100 Stahlpulver, die im Handel erhältlich sind, verwendet, wobei die Stahlzusammensetzunq derselben gleichfalls in Tabelle 1 angegeben ist.

Nach der JSPM-Norm 1-64 (Verpreßbarkeitstest für Metallpulver) und JSPM-Norm 4-6 9 (Rattler-Test der Ve'rdichtbarkeit

- 18 -

des Metallpulvers) wurde die Preßkörperdichte und der Rattler-Wert dieser niedrig legierten Stahlpulver bestimmt. Die Preßkörperdichte ist diejenige, die erhalten wird, wenn das Pulver mit 0,8 % Zink-Stearat als preßerleichterndem Zusatz vermischt und dann bei

einem Druck von 5 Tonnen/cm gepreßt wird. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Der Rattler-Wert wird durch das Verhältnis der· Gewichte des Versuchskörpers vor und nach dem Verschleißtest definiert:

Rattler-Wert (%) = A-B _{χ 1Qfl}

wobei A das Gewicht vor dem Test und B das Gewicht nach dem Test ist.

Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich, ist bei sämtlichen

erfindungsgemäßen niedrig legierten Stahlpulvern

im Vergleich zu den herkömmlichen Stahlpulvern sowohl die Preßkörperdichte wie der Rattler-Wert spürbar verbessert.

	•Η	1	ω σι	i	¹ Si	co O	bo cn	2	• s	ζ	usai	-	ί	-	to ο	st»W.	«Mn.	μ α	Nb	0	O	.073	■ O	.0009	,0013	Cu	Schein bare	Cn	02	Battler- Wert	60	I	CO
	crtfi	2		C i	0.01				0.014		Ni		-	Tabelle 1		V .		-'		.058	,089		,0011	,0001		Dichte (g/cm		.96	0.	.56	**■	KJ)
		3	0.009	0.01		Chemische	0.014			.47		-	-		-		0.070	.086		.0010	.0028		2.98		.99	0	.67	I	CD
		4	0.005	0.01	"T—' ' I Mn	P			.96	■iimepse	0.22	-		-		0	.038		,0008	.0066	-	2.86		.03	0	.48
		5	0.014	0.01	1.87	0.013			-	Cr	.·■		-	Ό	.044	N	0.0015		¹ - ■ ■	3.03		.00	. 0	.37
Pulver	6	0.016	<0.01	0.83	0..012			.81	0.35	„■■	0.36	0,29	0	,097	0.0013	0	—.	3.05		.92	0	_#
Nr.	7	0.003	0.02	1.44	0.010	O.O13^; 1		.02	1.08	■■.■ ■	■ "		0	.170	0	ο	*: -*	2.97		.91	0	.64
	8*	Ό. Oil	<o.or	1.58	0.017	0.015 _	0		1.10	0.21			0	,097	0	0	0,47	3,05		94	0	.72,
	9	0.008	.0.01	1.60	0.008		0		. -■	0.16		.■'■' -¹-:	0		0	0		3,01	^:Ppeßkörper- . eigenschaften	68;	ο	32
	ίο	0.013	I 0.01	' 0.66	0.007	0.016;			-	0*25	_. ■ ■	*. -*	Q		0		-'	3,13	Preß- kcrper-		1.	78 ;
		0.006	I j 0.02	1.40	0.015	0.014 j	1		0.98	X), 4 9	■ ■'-.■■ ■..		0				3.09	7.		0.
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Teilchengrößenverteilung der Stahlpulver Nr. 1 bis ist in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefaßt. Solange die Teilchengrößenverteilung in diese Bereiche fällt ist keine merkliche Streuung in bezug auf die Preßkörperdichte und den Rattler-Wert vorhanden.

Tabelle

Mesch	60/100 100/145 i	. t ■ 145/200 j 200/250 250/350	-350
%	5-10 ! 13-18 I I	25-30 12 - 17 20 - 25 i	10-15

Beispiel 2

Es wurde ein niedrig legiertes Stahlpulver, dessen chemische Zusammensetzung als Pulver Nr. 3 in der Tabelle angegeben ist, unter folgenden Bedingungen hergestellt:

Verdüsungsbedingungen: 30 Verdüsung: ölverdüsung Temperatur des geschmolzenen Stahls: 1650⁰C Verdüsungsmittel: Maschinenöl + 5 Vol.-% Wasser, 350 1/m.in Verdüsungsdruck: 200 kg/cm Entkohlungsbedingungen:

Atmosphäre: Wasserstoff 100 Vol.-% Entkohlung: 1000⁰C χ 30 min.

Wie im Beispiel 1 wurde die Preßkörperdichte und der Rattler-Wert des gebildeten Stahlpulvers bestimmt. Die Versuchsergebnisse sind gleichfalls in Tabelle 1 als Pulver Nr. 8 wiedergegeben.

Beispiel 3 · .

Bei diesem Beispiel wurde die Wirkung des Kohlenstoffgehalts, auf die Preßkörperdichte bestimmt.

10 ' · ■

Ein ölverdüstes niedrig legiertes Stahlpulver mit der folgenden Grundzusammensetzung wurde entsprechend dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellt. Der Kohlenstoffgehalt wurde innerhalb des Bereichs 0,005 bis 0,05 %

15 variiert. ·

Tabelle 3

20 Chemische Zusammensetzung (GeW.-%)

C Mn · Cr Mo Sauerstoff

25 0,005- 0,83 1,08 0,22 0,07 0,05 ' · ·

Die erhaltenen Pulver wurden mit 0,8 % Zink-Stearat (preßerleichternder Zusatz) vermischt und dann bei einem Druck von 5 Ti
zu bestimmen.

Druck von 5 Tonnen/cm gepreßt, um die Preßkörperdichte

Die erhaltene Beziehung zwischen der Preßkörperdichte und dem Kohlenstoffgehalt dos niedrig legierten Stahlpulvers ist in Figur 1 dargestellt. Da der Sauerstoffgehalt weniger als 0,10 % beträgt, ist die erhaltene Preßkörperdichte größer als 6,9 g/cm , wenn der Kohlenstoff-

gehalt 0,02 % oder weniger beträgt. Wenn der Sauerstoffgehalt nicht größer als 0,15 % ist, beträgt die Preßkörperdichte bei einem Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,02 % mindestens

6,8 g/cm .

Beispiel 4

Mit diesem Beispiel wurde die Beziehung zwischen der Preßkörperdichte und dem Preßdruck bestimmt.

Entsprechend dem Beispiel 1 wurde ein Stahlpulver mit der In der nachstehenden Tabelle 4 angegebenen chemischen Zusammensetzung hergestellt. Es wurden die Stahlpulver Nr. und 10 der Tabelle 1 zum Vergleich verwendet. Als preßerleichternder Zusatz wurde Zink-Stearat (0,8 %) eingesetzt.

Die Ergebnisse sind in Figur 2 zusammengefaßt, in der das Symbol "0" sich auf die Erfindung bezieht und " A " " und " £j " den Stahl Nr. 9 bzw. 10 wiedergeben. Die Preßkörperdichte des erfindungsgemäßen niedrig legierten Stahlpulvers ist stets höher als die der herkömmlichen Pulver.

Tabelle 4

■ Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Mn C£ Mp; Sauerstoff

0,005 0,70 0,87 0,26 0,080

Beispiel· 5

Bei diesem Beispiel wurde die Wirkung des Sauerstoffgehalts auf die Härtbarkeit bestimmt.

Es wurde ein ölverdüstes niedrig legiertes Stahlpulver

mit folgender Grundzusammensetzung hergestellt, in dem das Beispiel 1 wiederholt wurde. Der Sauerstoffgehalt wurde in dem Bereich zwischen 0,038 % und 0,635 % variiert. _;

Tabelle 5 '■'■". ·. ^'- \

Chemische Zusammensetzung (Gew.—%) C Mn Gr Mo Sauerstoff

0,005 0,83 1,08 0,22 0>038 -0,635

15 Jedes der erhaltenen Pulver wurde mit Graphitpulver

in einer Menge vermischt, die erforderlich ist, um den Kohlenstoffgehalt des gesinterten Probestücks auf 0,25 % einzustellen, desgleichen mit Zink-Stearat als preßerleichterndem Zusatz! (0,8 %), worauf es zu einem Stab mit einem Durchmesser von 25 mm bei einem Preßdruek von 5 Tonnen/cm gepreßt wurde.

Die erhaltenen Preßkörper wurden in einer Wasserstoffatmosphäre·eine Stunde bei einer Temperatur von 1150⁰C gesintert. Die gesinterten Preßkörper wurden dann einer Karburierung unterworfen, abgeschreckt und vergütet. D. h. die gesinterten Probestücke wurden zunächst in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre (Kohlenstof.fpotential 0,9 %) bei 92O⁰C drei Stunden aufbewahrt, dann mit ÖL abgeschreckt und dann zur Vergütung zwei Stunden auf 180⁰C erwärmt.

Der Kohlenstoffgehalt der Matrix betrug nach dem Sintern 0,25 %. Die erhaltenen Probestücke in Stangenform wurden in bezug auf die Mikro-Vickers-Härte in der Nachbarschaft der Oberfläche im Schnitt untersucht.

Die Versuchsergebnisse sind in Figur 3 zusammengefaßt. Aus den in Figur 3 angegebenen Daten ist ersichtlich, daß

die Härtbarkeit in einem niedrig legierten Stahlpulver mit zunehmenden Sauerstoffgehalt sich verschlechtert. Insbesondere wenn der Sauerstoffgehalt'mehr als 0,15 % beträgt, d. h. falls der Sauerstoffgehalt 0,213 % und 0,635 % ist, ist die Härte in der Nachbarschaft der Oberfläche spürbar verringert. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Kohlenstoff aufgrund der Gegenwart relativ großer Sauerstoffmengen in dem Oberflächenbereich nicht in diesen Bereich defundiert.

Beispiel 6

Mit diesem Beispiel wird der Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Zugfestigkeit eines Sinterprodukts bestimmt. Das niedxig legierte Stahlpulver Nr. 2 der Tabelle 1, das ein. erfindungsgemäßes Stahlpulver ist, und das herkömmliche Pulver Nr. 10 der Tabelle 1 wurde

2 mit einem. Preßdruck von 5 Tonnen/cm gepreßt, wobei die Menge des dem Pulver zugesetzten Graphits so geändert wurde, daß der Kohlenstoffgehalt des Sinterprodukts in dem Bereich zwischen 0,2 % und 0,8 % variierte. Als preßerleichternder Zusatz wurde Zink-Stearat verwendet.

Die Probestücke für den Zugfestigkeitstest wurden entsprechend der JSPM-Norm 2-64 hergestellt. Der Zugfestigkeitstest wurde nach einstündigem Sintern der Probestücke in einer Wasserstoff atmosphäre bei 1150⁰C durchgeführt..

Die Versuchsergebnisse sind in Figur 4 wiedergegeben. Figur 4 ist zu entnehmen, daß die Zugfestigkeit' des Sinterprodukts, das aus dem erfindungsgemäßen Stahlnulver her-

2
gestellt wurde, um 10 bis 20 kg/mm größer ist als diejenige des Sinterprodukts, das aus dem herkömmlichen Stahlpulver hergestellt wurde. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das herkömmliche Stahlpulver eine relativ große Menge Kohlenstoff enthält, wobei es eine Preßkörperdichte ergibt, die kleiner ist als die bei dem erfindungsgemäßen Stahlpulver.

Darüber hinaus wurde anhand von Versuchskörpern (C = 0,5 %) die Härtbarkeit nach dem Abschrecken und Vergüten bestimmt. D. h. die Probestücke mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,5 % wurden bei einer Temperatur von 87O⁰C eine Stunde erwärmt, mit öl abgeschreckt, dann bei einer Temperatur von 180⁰C zwei Stunden gehalten und mit Luft gekühlt. Der Zugfestigkeitstest wurde mit den erhaltenen Versuchsstücken gleichfalls durchgeführt. Die Ve'rsuchsergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 6 wiedergegeben. ··

Den darin angegebenen Daten ist zu entnehmen, daß, da die Dichte nach dem Sintern groß ist, die Zugfestigkeit des Sinterprodukts, das aus dem erfindungsgemäßen Stahlpulver

hergestellt worden ist, um 10 kgf/mm größer ist als die des aus herkömmlichem Pulver hergestellten Sinterprodukts. Die Dehnung ist im erfindungsgemäßen Fall ebenfalls beträchtlich.

Tabelle 6

Stahl pulver	Sintern Abschrecken Vergüten	Dichte nach: dem Sintem (g/cm3)	Zugfestig keit j (kgf/ππΓ)	Dehnung (%)
Nr. 2 Erfin dung	115O⁰C χ 1 h in H₂ 87O⁰C χ 1 h Öl-Abschreckung 18O⁰C χ 2 h Luftkühlen	7,1	83,5	3,4
i Nr. 10 ^; Stand der I Technik j	6,7	72,4	1,3

- 26 -

Den vorstehenden Ausführungen ist zu entnehmen, daß, da das erfindungsgemäße ölverdüste niedrig legierte Stahlpulver extrem niedrige Kohlenstoff- und Sauerstoffmengen aufweist, das Pulver eine hohe Preßkörperdichte nach dem Preßen und ferner eine verbesserte Härtbarkeit aufweisen kann. Es ist also erfindungsgemäß möglich, pulvermetallurgische Gegenstände herzustellen, die eine große Festigkeit und Zähigkeit aufweisen, wodurch auch solche Maschinenteile geschaffen werden können, die eine Festigkeit verlangen, die viel größer ist/ lals sie durch den Stand der Technik erreichbar ist.

Leerseite

Claims

Haft · Berngruber · Czybulka Patentanwälte

20760

SUMITOMO METAL INDUSTRIES, LTD.

15, Kitahama

5-chome

Higashi-ku

Osaka-shi

Osaka, Japan

ölverdüstes niedrig legiertes Stahlpulver und Herstellung

desselben

Patentansprüche

1. ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls mit hoher Verpressbarkeit, Verdichtbarkeit und Härtbarkeit, ge kennzeichnet durch folgende chemische Zusammensetzung nach der Entkohlung:

C: höchstens 0,02 % Mn: 0,3 bis 2,0 % Sauerstoff: höchstens 0,15 % einen oder mehrere der Bestandteile:

Cr: 0,1 bis 2,0 %, Mo: 0,05 bis 1,0 %,

Ni: 0,1 bis 2,0 %', Cu: 0,2 bis 2,0 %, V: 0,03 bis 0,5 % und Nb: 0,05 bis 0,5 %,

5 und als Rest im wesentlichen Eisen,

wobei das Pulver eine Preßkörperdichte von mindestens

3
6,8 g/cm und einen Rattler-Wert von höchstens 1,0 %

aufweist, wenn das Pulver mit 0,8 % Zink-Stearat als preßerleichterndem Zusatz vermischt und dann bei ^ einem Druck von 5 Tonnen/cm gepreßt wird.

2. ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Stahlzusammensetzung:

C: höchstens 0,02 %, Mn: 0,3 bis 2,0 %, Sauerstoff: höchstens 0,15 %, einen oder mehrere folgender Bestandteile: Cr: 0,1 bis 2,0 %, . " Mo: 0,05 bis 1 ,0 %.,

Ni: 0,1 bis 2,0 % und Cu: 0,2 bis 2,0 %,

und als Rest im wesentlichen Eisen.

3. ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch'folgende Stahlzusammensetzung:

3Q ' C: höchstens 0,02 %,.Mn: 0,3 bis 2,0 %,

Sauerstoff: höchstens 0,15 %, einen oder mehrere folgender: Bestandteile: V: 0,03 bis 0,5 % und Nb: 0,05 bis 0,5 %., '

35 ■ ■ .

und als Rest im wesentlichen Eisen.

4. .ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Stahlzusammensetzung: . .-'■'·. _i - ' '·

C: höchstens 0,02 %, Mn: 0,3 bis 2,0 %,.

Sauerstoff: höchstens 0,15 %, einen oder mehrere folgender Bestandteile» Cr: 0,1 bis 2,0 %, Mo: 0,05 bis 1 ,0 %.,; ' Ni: 0,1 bis 2,0 % und Cu: 0,2 bis 2,0 %, . einen oder mehrere folgender Bestandteile:

V: 0,03 bis 0,5 % und Nb: 0,05 bis 0,5 %,

und als Rest' im wesentlichen Eisen. . ' .,

5. ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgenden Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt:

C: höchstens 0,02 % und

Sauerstoff: höchstens 0,10 %,

wobei die Preßkörperdichte mindestens 6,9 g/cm beträgt,

6. ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls nach 25

Anspruch 1,2 oder 4, gekennzeichnet durch folgende

Stahlzusammensetzuncf: .

C: höchstens 0,02 %, Mn: 0,5 bis 1,8 %,

Sauerstoff: höchstens 0,15 %, 30

Cr: 0,5 bis 1,5%,

und als Rest im wesentlichen Eisen.

7. ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt höchstens 0,10 % beträgt. ·

1 8. ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem 0,1 bis 0,5 % Mo aufweist.

5 9. ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er.nach der Zerstäubung in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre einer Entkohlung bei einer Temperatur zwischen 550° und -1250⁰C unterworfen wird.

' ■ ·

10. ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkohlung bei einer Temperatur zwischen 750⁰C und 1250⁰C durchgeführt wird.

11. ölverdüstes Pulver nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkohlung in einer wasserstoff- und wasserdampfhaltigen Atmosphäre durchgeführt

• wird, wobei das P .P -Verhältnis höchstens 0,1

π^υ/ ti»

beträgt.

12. ölverdüstes Pulver eines niedrig legierten Stahls nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das ^PH_c/^PH.,-Verhältnis höchstens 0,04 beträgt.

13. Verfahren zur Herstellung eines ölverdüsten Pulvers eines niedrig, legierten Stahls mit hoher Verpreßbarkeit, Verdichtbarkeit und Härtbarkeit, gekennzeichnet

durch folgende chemische Zusammensetzung nach der 30

Entkohlung:

C: höchstens 0,02 %, Mn: 0,3 bis 2,0 %,

Sauerstoff: höchstens 0,15 %, 35

einen oder mehrere folgender Bestandteile:

Cr: 0,1 bis 2,0 %, Mo: 0,05 bis 1,0 %,

Ni: 0,1 bis 2,0 %, Cu: 0,2 bis 2,0 %,

V: 0,03 bisr 0,5 % und Nb: 0,0 5 bis 0,5 %,

- 5 - ' 1 und als Rest im wesentlichen Eisen,

wobei das Pulver eine Preßkörperdichte von mindestens 6,8 g/cm und einen Rattler-Wert von höchstens 1,0 % aufweist, wenn das Pulver mit 0,8 % Zink-Stearat'· als preßerleichterndem Zusatz vermischt und dann bei einem Druck von 5 'Tonnen/cm gepreßt wird., und bei .dem der geschmolzene Stahl ölverdüst und das erhaltene Stahlpulver entkohlt wird, indem es auf eine Temperatur von 550 bis T250°C in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre erhitzt wird, ohne daß eine wesentliche Oxidation des Pulvers erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch"13, dadurch gekennzeichnet, daß

das Entkohlen bei einer Temperatur zwischen 750 und 1250⁰C durchgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserstoffhaltige Atmosphäre außerdem Wasserdampf in einer Menae enthält, um ein P„ ~/Ρ« -Verhältnis von

HnU Hp

höchstens 0,1 einzustellen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,. daß das P_u ^/P« -Verhältnis höchstens 0,04 beträgt.

H₁U Ho

25 ^{2 2}

17. Verfahren nach einem der Ansprüche'13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur ölverdüsung ein öl verwendet wird, das ein Mittel enthält, das zu keiner Karburierung

führt. 30

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet', daß das öl aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Mineralöl, tierischem öl, pflanzlichem öl und einem nichtpolaren Lösungsmittel besteht.

19. Verfahren nach Ansnruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das zu keiner Karburierung führende Mittel aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Wasser, einem Alkohol

- 6 1 und einem Ester besteht.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das zu keiner Karburierung führende Mittel'Wasser ist.