DE3206475C2

DE3206475C2 -

Info

Publication number: DE3206475C2
Application number: DE3206475A
Authority: DE
Inventors: Masahide Nara Jp Umino; Eijiro Hirakata Osaka Jp Tamura; Isamu Yamato-Kooriyama Nara Jp Karasuno; Minoru Ohtsu Shiga Jp Ichidate; Toshihiko Chiba Jp Kubo
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-02-24
Filing date: 1982-02-23
Publication date: 1989-08-17
Also published as: IT8219814A0; US4437891A; FR2500483B1; DE3206475A1; JPS57164901A; FR2500483A1; GB2094834A; IT1149667B; GB2094834B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines niedriglegierten Stahlpulvers, bei dem eine Stahlschmelze mittels eines Öls oder eines nichtpolaren Lösungsmittels verdüst wird.

Pulvermetallurgische Gegenstände, die aus Eisenpulver, Stahllegierungspulver usw. hergestellt werden, umfassen Kraftfahrzeugteile, Maschinenteile, Lager, Teile aus Gleitmaterialien usw. Das pulvermetallurgische Verfahren hat den Vorteil, daß diese Gegenstände in hohen Stückzahlen mit sehr genauen Abmessungen hergestellt werden können. Es wird daher beispielsweise in der Automobil- und Maschinenbauindustrie in weitem Umfang eingesetzt, 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 hohe Festigkeit und Zähigkeit aufweisen, 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.

Die herkömmlichen niedriglegierten Stahlpulver umfassen teure Ni-Mo-Stahlpulver, wie AISI 4600 (0,2% Mn-2,0% Ni-0,5% Mo) und ein etwas weniger teures Cr-Mo-Stahlpulver, wie AISI 8600 (0,8% Mn-0,5% Ni-0,5% Cr-0,2% Mo). Es existiert jedoch kein Pulver, das eine gute Verpreßbarkeit und Verdichtbarkeit sowie eine gute Härtbarkeit aufweist. Diese Eigenschaften sind bei den herkömmlichen Materialien nicht gleichzeitig vorzufinden. Beispielsweise kann eine gute Verpreßbarkeit und Verdichtbarkeit vorhanden, jedoch die Härtbarkeit des Materials schlecht sein.

Aus der DE-OS 29 43 601 ist es bekannt, niedriglegierte Stahlpulver durch Verdüsen der Stahlschmelze mit Wasser und Glühen des so erhaltenen Rohpulvers in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre herzustellen. Das danach erhaltene Stahlpulver, das einen C-Gehalt von weniger als 0,05% und einen Sauerstoff-Gehalt von höchstens 0,25% aufweist, besitzt eine Preßkörperdichte von mindestens 6,60 g/cm³ (bei einem Verdichtungsdruck von 500 N/mm²) und eine Verdichtbarkeit, gemessen als Trommel-Wert, von mehr als 1,20%.

Zur weiteren Herabsetzung des Sauerstoff-Gehalts ist es bekannt, der Stahlschmelze vor der Verdüsung Kohlenstoff zuzusetzen. Der zugesetzte Kohlenstoff dient als Reduktionsmittel nach der Gleichung: C+O=CO während des Reduktionsschritts im Vakuum.

Beispielsweise geht aus den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 100308/1977 und Nr. 62101/1980 die Wasserverdüsung zur Herstellung eines niedriglegierten Stahlpulvers hervor, das Kohlenstoff in einer Menge von höchstens 0,05% und Sauerstoff in einer Menge von höchstens 0,25% nach der Reduktion aufweist. Dieses Verfahren ist jedoch mit folgenden Nachteilen behaftet:

(i) Dieses Verfahren erfordert die Erwärmung des Pulvers auf eine relativ hohe Temperatur (maximal 1400°C) im Vakuum, 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% und 0,124% Sauerstoff enthält, jedoch eine Preßkörperdichte von 6,62 g/cm³ (bei einem Verdichtungsdruck von 500 N/mm²) 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.

Aus der US-PS 41 24 377 ist es bekannt, Stahlpulver durch Verdüsen einer Stahlschmelze mit Öl oder einem nicht polaren Lösungsmittel herzustellen. Das gebildete Pulver weist jedoch einen sehr hohen C-Gehalt auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines niedriglegierten Stahlpulvers bereitzustellen, das hinsichtlich Verpreßbarkeit, Verdichtbarkeit sowie Härtbarkeit verbesserte Eigenschaften aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen 2 bis 14 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, den Sauerstoffgehalt des Fertigpulvers auf weniger als 0,15% im allgemeinen weniger als 0,10% herabzusetzen.

Es wurde festgestellt, daß ein ölverdüstes niedriglegiertes 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/cm³, im allgemeinen mindestens 6,9 g/cm³ aufweist.

Es ist allerdings erforderlich, den Kohlenstoffgehalt, herabzusetzen, ohne die anderen Legierungselemente, wie Cr, Mn und Nb, die im allgemeinen in einem niedrig le gierten Stahl vorhanden sind und ziemlich leicht oxidiert werden zu oxidieren.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein niedrig legiertes Stahlpulver mit einem während der Entkohlung auf ein extrem niedriges Niveau verminderten Kohlenstoffgehalt ohne Oxidation der Legierungselemente, wir Cr, Mn und/oder Nb, erhalten.

In den beigefügten Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Preßkörperdichte und dem Kohlenstoffgehalt eines niedriglegierten Stahl pulvers wiedergibt;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Preßkörperdichte und dem Preßdruck wiedergibt;

Fig. 3 ein Diagramm, das durch Auftragen der Werte der Mikro-Vickers-Härte im Abstand von der Oberfläche erhalten wurde; und

Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und dem Kohlenstoffgehalt wiedergibt.

Bevorzugt wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Stahlschmelze derart eingestellt, daß das Fertigpulver aus

C: höchstens 0,02%,
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 besteht. Mo kann in einer Menge von 0,1 bis 0,5% dazuge geben werden.

Erfindungsgemäß wird also der Sauer stoff, 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. Wenn das gebildete Pulver mit einem Druck von 500 N/mm² gepreßt wird, wird ein Preßkörper mit einer Preßkörper dichte von mindestens 6,8 g/cm³, im allgemeinen mindestens 6,9 g/cm³ erhalten. Es ist folg lich möglich, mit der Erfindung pulvermetallurgische Gegenstände mit hoher Festigkeit und Zähigkeit zu erhalten.

Dem Öl, das bei der erfindungsgemäßen Ölverdüsung verwendet wird, können Wasser, ein Alkohol, ein Ester usw. in einer Menge von etwa 20% oder weniger als Mittel, das die Karburierung 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 Karburierung verhinderndes Mittel zu dem ölverdüsenden Medium hinzugefügt wird. Es ist deshalb notwendig, das so verdüste Stahlpulver nach der Verdüsung zu entkohlen. Nach der Erfindung wird die Entkohlung durch Erhitzen des ölverdüsten Pulvers in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre unter Zufuhr von Wasserdampf bei einer Temperatur zwischen 550 und 1250°C, vorzugsweise zwischen 750 und 1250°C durchgeführt. Bei einer Temperatur von mehr als 1250°C 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 550°C die Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlen stoffs in dem Stahl zu niedrig, um eine Entkohlung zu bewerkstelligen, selbst in einer Entkohlungsatmosphäre.

Die Entkohlungsatmosphäre enthält Wasserstoff in einer Menge, wie sie notwendig ist, um eine für die Ent kohlung wirksame Atmosphäre aufrechtzuerhalten, im allge meinen in einer Menge von mindestens 20 Volumen-%. Der Rest besteht aus einem Inertgas, wie N₂, Ar oder der gleichen.

Die Entkohlung wird erfindungsgemäß dadurch beschleunigt, daß Wasserdampf der Atmosphäre in einer solchen Menge zugefügt wird, daß das P_H₂O/P_H₂-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.

Nachstehend ist angegeben, warum die erfindungsgemäße Stahlzusammensetzung 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 Ver fahren ist die mechanische Festigkeit des gebildeten gesin terten 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/cm³, im allgemeinen von mindestens 6,9 g/cm³ zu erhalten, solle der Kohlenstoffgehalt auf 0,02% oder weniger herab gesetzt werden.

Sauerstoff: Sauerstoff beeinflußt die Preßkörperdichte und Verdichtbarkeit sowie die Wärmebehandlungseigen schaften, wie die Karburierungsfähigkeit und die Härtbarkeit der gebildeten Sinterprodukte. Je niedriger der Sauerstoffgehalt ist um so besser. Um eine homogene Metallstruktur zu erhalten ist es notwendig, den Sauerstoffgehalt auf 0,15% oder weniger, vorzugsweise 0,10% oder weniger zu beschränken.

Mangan: Mangan ist für die Verbesserung der Härtbar keit der gebildeten Sinterprodukte von wesentlicher Bedeutung. Die Gegenwart von Mn bis 0,3% zeigt keine spürbare Wirkung. Wenn hingegen Mn in einer Menge von mehr als 2,0% zugegeben wird, bleibt bei Raumtemperatur nach dem Kühlen eine Aus tenitphase zurück und eine Verschlechterung der Preß körperdichte ist unvermeidbar. Mn wird vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 1,8% zugegeben.

Chrom: Chrom stellt ein Element dar, das die Härt barkeit 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 nach dem Abkühlen eine Abschreckaustenitphase und damit eine Verschlechterung der Preßkörper dichte nach dem Pressen zu vermeiden.

Molybdän: Durch Molybdän wird die Härtbarkeit verbessert. Außerdem bewirkt es eine Verbesserung der Warmfestigkeit und eine Verminderung der Warm sprödigkeit. 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 Aus scheidung 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 Stahl zusammensetzung 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 erfindungsgemäßen Stahlzusammen setzung 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 Ausführungsbei spielen näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurden niedriglegierte 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: 1680°C
Verdüsungsmittel: Härteöl, 160 l/min
Verdüsungsdruck: 1500 N/cm²

Nach der Verdüsung wurde das Öl entfernt und das erhaltene verdüste Pulver wurde einer Entkohlung unter den nach stehend angegebenen Bedingungen unterworfen, um ein niedrig legiertes Stahlpulver mit extrem niedrigem Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt zu erhalten:

Entkohlungsbedingungen:

Atmosphäre:
H₂ 72,8 Vol.-%
H₂O 2,9 Vol.-%
N₂ 24,3 Vol.-%

P_H₂O/P_H₂ = 0,03

900°C × 10 min, Dampfzugabe

Zum Vergleich wurden AISI 4600 und AISI 4100 Stahlpulver, die im Handel erhältlich sind, verwendet, wobei die Stahl zusammensetzung derselben gleichfalls in Tabelle 1 ange geben ist.

Nach der JSPM-Norm 1-64 (Verpreßbarkeitstest für Metall pulver) und JSPM-Norm 4-69 (Rattler-Test der Verdichtbarkeit des Metallpulvers) wurde die Preßkörperdichte und der Trommel-Wert dieser niedriglegierten 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 500 N/mm² gepreßt wird. Die Ver suchsergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

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

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 Trommel-Wert spürbar verbessert.

Die Teilchengrößenverteilung der Stahlpulver Nr. 1 bis 9 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 Trommel-Wert vorhanden.

Tabelle 2

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wurde die Wirkung des Kohlenstoff gehalts auf die Preßkörperdichte bestimmt.

Ein ölverdüstes niedriglegiertes Stahlpulver mit der folgenden Grundzusammensetzung wurde entsprechend dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellt. Der Kohlenstoff gehalt wurde innerhalb des Bereichs 0,005 bis 0,05% variiert.

Tabelle 3

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Die erhaltenen Pulver wurden mit 0,8% Zink-Stearat (preßerleichternder Zusatz) vermischt und dann bei einem Druck von 500 N/mm² gepreßt, um die Preßkörperdichte zu bestimmen.

Die erhaltene Beziehung zwischen der Preßkörperdichte und dem Kohlenstoffgehalt des niedriglegierten Stahl pulvers ist in Fig. 1 dargestellt. Da der Sauerstoff gehalt weniger als 0,10% beträgt, ist die erhaltene Preßkörperdichte größer als 6,9 g/cm³, 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/cm³.

Beispiel 3

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. 8 und 9 der Tabelle 1 zum Vergleich verwendet. Als preß erleichternder Zusatz wurde Zink-Stearat (0,8%) eingesetzt.

Die Ergebnisse sind in Fig. 2 zusammengefaßt, in der das Symbol "○" sich auf die Erfindung bezieht und "∆" und "" den Stahl Nr. 8 bzw. 9 wiedergeben. Die Preß körperdichte des erfindungsgemäß hergestellten niedriglegierten Stahl pulvers ist stets höher als die der herkömmlichen Pulver.

Tabelle 4

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Beispiel 4

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

Es wurde ein ölverdüstes niedriglegiertes 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.-%)

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 preß erleichterndem Zusatz (0,8%), worauf es zu einem Stab mit einem Durchmesser von 25 mm bei einem Preßdruck von 500 N/mm² gepreßt wurde.

Die erhaltenen Preßkörper wurden in einer Wasserstoff atmosphäre eine Stunde bei einer Temperatur von 1150°C gesintert. Die gesinterten Preßkörper wurden dann einer Karburierung unterworfen, abgeschreckt und vergütet. Das heißt die gesinterten Probestücke wurden zunächst in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre (Kohlenstoffpotential 0,9%) bei 920°C drei Stunden aufbewahrt, in Öl abgeschreckt und dann zur Vergütung zwei Stunden auf 180°C 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 Fig. 3 zusammengefaßt. Aus den in Fig. 3 angegebenen Daten ist ersichtlich, daß die Härtbarkeit in einem niedriglegierten 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 Ober fläche spürbar verringert. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Kohlenstoff aufgrund der Gegenwart relativ großer Sauerstoffmengen in dem Oberflächenbereich nicht in diesen Bereich diffundiert.

Beispiel 5

Mit diesem Beispiel wird der Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Zugfestigkeit eines Sinterprodukts bestimmt. Das niedrig legierte Stahlpulver Nr. 2 der Tabelle 1, das ein erfindungsgemäß hergestelltes Stahlpulver ist, und das herkömmliche Pulver Nr. 9 der Tabelle 1 wurden mit einem Preßdruck von 500 N/mm² 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 preß erleichternder Zusatz wurde Zink-Stearat verwendet.

Die Probestücke für den Zugfestigkeitstest wurden ent sprechend der JSPM-Norm 2-64 hergestellt. Der Zugfestig keitstest wurde nach einstündigem Sintern der Probestücke in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1150°C durchgeführt.

Die Versuchsergebnisse sind in Fig. 4 wiedergegeben. Fig. 4 ist zu entnehmen, daß die Zugfestigkeit des Sinter produkts, das aus dem erfindungsgemäß hergestellten Stahlpulver her gestellt wurde, um 100 bis 200 N/mm² 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 und damit eine Preßkörperdichte ergibt, die kleiner ist als die bei dem erfindungsgemäß hergestellten Stahl pulver.

Darüber hinaus wurde anhand von Versuchskörpern (C=0,5%) die Härtbarkeit nach dem Abschrecken und Vergüten bestimmt. Das heißt die Probestücke mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,5% wurden bei einer Temperatur von 870°C eine Stunde erwärmt, in Öl abgeschreckt, dann bei einer Temperatur von 180°C zwei Stunden gehalten und mit Luft gekühlt. Der Zugfestigkeitstest wurde mit den erhaltenen Ver suchsstücken gleichfalls durchgeführt. Die Versuchser gebnisse 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 100 N/mm² größer ist als die des aus herkömmlichem Pulver hergestellten Sinterprodukts. Die Dehnung ist im erfindungsgemäßen Fall ebenfalls be trächtlich.

Tabelle 6

Den vorstehenden Ausführungen ist zu entnehmen, daß, da das erfindungsgemäß hergestellte niedriglegierte Stahl pulver extrem niedrige Kohlenstoff- und Sauerstoffmengen aufweist, das Pulver eine hohe Preßkörperdichte nach dem Pressen und ferner eine verbesserte Härtbarkeit aufweisen kann. Es ist also möglich, mit diesem Pulver pulvermetallur gische Gegenstände herzustellen, die eine große Festig keit und Zähigkeit aufweisen, wodurch auch solche Maschinen teile geschaffen werden können, die eine Festigkeit ver langen, die viel größer ist, als sie durch den Stand der Technik erreichbar ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines niedriglegierten Stahlpulvers, bei dem eine Stahlschmelze mittels eines Öls oder eines nichtpolaren Lösungsmittels verdüst und das so erhaltene Rohpulver in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre zwischen 550°C und 1250°C unter Zufuhr von Wasserdampf derart geglüht wird, daß ein Fertigpulver mit max. 0,02% C,
max. 0,15% O,
0,3 bis 2,0% Mn und
einem oder mehreren Bestandteilen von
0,1 bis 2,0% Cr,
0,05 bis 1,0% Mo,
0,1 bis 2,0% Ni,
0,2 bis 2,0% Cu,
0,03 bis 0,5% V und
0,05 bis 0,5% Nb sowie
als Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungengebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre aus einem Inertgas, vorzugsweise Ar oder N₂, Wasserdampf und mindestens 20 Vol.-% Wasserstoff gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Wasserstoffs zum Wasserdampf so eingestellt wird, daß in der Entkohlungsatmosphäre ein P_H₂O/P_H₂-Verhältnis von höchstens 0,1 vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das P_H₂O/P_H₂-Verhältnis höchstens 0,04 beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkohlung bei einer Temperatur zwischen 750 und 1250°C durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Mineralöl, tierischem Öl oder pflanzlichem Öl besteht.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verdüsungsmittel ein karburierungsverhinderndes Mittel zugesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das karburierungsverhindernde Mittel aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Wasser, einem Alkohol und einem Ester besteht.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschmelze derart eingestellt wird, daß das Fertigpulver aus max. 0,02% C,
max. 0,10% O,
0,3 bis 2,0% Mn und
einem oder mehreren Bestandteilen von
0,1 bis 2,0% Cr,
0,05 bis 1,0% Mo,
0,1 bis 2,0% Ni,
0,2 bis 2,0% Cu,
0,03 bis 0,5% V und
0,05 bis 0,5% Nb sowie
als Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungenbesteht.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl in seinen metallischen Elementen aus einem oder mehreren der folgenden Bestandteile: 0,1 bis 2,0% Cr,
0,05 bis 1,0% Mo,
0,1 bis 2,0% Ni und
0,2 bis 2,0% Cu, sowie
als Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungenbesteht.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl in seinen metallischen Elementen aus einem oder mehreren der folgenden Bestandteile: 0,03 bis 0,5% V, und
0,05 bis 0,5% Nb, sowie
als Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungenbesteht.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl in seinen metallischen Elementen aus einem oder mehreren der folgenden Bestandteile: 0,1 bis 2,0% Cr,
0,05 bis 1,0% Mo,
0,1 bis 2,0% Ni, und
0,2 bis 2,0% Cu, und
aus einem oder mehreren der folgenden Bestandteile:
0,03 bis 0,5% V, und
0,05 bis 0,5% Nb, sowie
als Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungenbesteht.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl in seinen metallischen Elementen aus einem oder mehreren der folgenden Bestandteile: 0,5 bis 1,8% Mn, und
0,5 bis 1,5% Cr, sowie
als Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungenbesteht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl außerdem 0,1 bis 0,5% Mo aufweist.