DE3412565A1 - Verfahren zum herstellen eines zaeh-harten werkstoffes fuer werkzeuge und/oder verschleissteile und nach diesem verfahren hergestellter werkstoff - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines zaeh-harten werkstoffes fuer werkzeuge und/oder verschleissteile und nach diesem verfahren hergestellter werkstoff

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DE3412565A1
DE3412565A1 DE19843412565 DE3412565A DE3412565A1 DE 3412565 A1 DE3412565 A1 DE 3412565A1 DE 19843412565 DE19843412565 DE 19843412565 DE 3412565 A DE3412565 A DE 3412565A DE 3412565 A1 DE3412565 A1 DE 3412565A1
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Hellmut F. Prof. Dr.phil. 7000 Stuttgart Fischmeister
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Sintermetallwerk Krebsoege GmbH
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    • C22C33/02Making ferrous alloys by powder metallurgy
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    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
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Description

Patentanwalt DipU-lng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
Verfahren zu« Herstellen eines zäh-harten Werkstoffes für Werkzeuge und/oder Verschleißteile und nach diesen Verfahren hergestellter Merkstoff
Gegenstand der Erfindung
Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zum Herstellen eines zäh-harten Werkstoffes für Werkzeuge und/oder Verschleißteile.
Des weiteren bildet Gegenstand der Erfindung ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Werkstoff.
Stand der Technik
Es ist bekannt, daß Gefüge harter Werkstoffe, die auf schmelzmetallurgischem Vieg erzeugt worden sind, aus weicheren Bereichen - herrührend von den Dendritenstämmen und -armen des Erstarrungsgefüges - bestehen, die von einem mehr oder weniger kontinuierlichen Netzwerk größerer Härte umgeben sind, das von der interdendritisch erstarrten Restschmelze herrührt. Dieser härtere Gefügebestandteil besteht bei den ledeburitischen Stählen aus Karbiden -
Patentanwalt Dipl.-lng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen 6
-Zf-
typisch MC und M.C -, die in dichter Häufung in eine ferritische Matrix eingelagert sind. Bei der Umformung wird das Netzwerk der harten Gefügebestandteile gestreckt. Dies führt bei den ledeburitischen Stählen zu der bekannten Karbidzeiligkeit.
Die Rißfortpflanzung in einem solchen Gefüge folgt in der Regel dem vom härteren Gefügebestandteil vorgezeichneten Weg. Insbesondere bei den ledeburitischen Stählen pflanzen sich die Risse stets längs der Karbidzeilen fort.
A u f g a Ib e
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, mit dem es möglich ist, einen Werkstoff herzustellen, der zäher ist als übliche Schnellarbeitsstähle und Hartmetalle und dabei eine Verschleißfestigkeit von ähnlicher Größenordnung aufweist, wie sie den Schnellarbeitsstählen eigen ist.
Patentanwalt Dipl.-lng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
-Sr-
Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen vorteilhaften Werkstoff gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bereitzustellen.
Lösung der Aufgabe betreffend! das Merfahree
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, auf pulvermetallurgischem Wege ein Gefüge zu schaffen, bei dem harte Bereiche umgeben sind von einer weicheren Matrix. Wenn die Dicke der weicheren, zäheren Zwischenschichten gegenüber der Größe der härteren Bereiche zweckmäßig abgestimmt ist, wird die Rißfortpflanzung in solchen Gefügen erschwert, die Zähigkeit erhöht.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens (Aufgabe und Lösung) können Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen auf z.B. folgender, an sich bekannter Basis zur Anwendung kommen:
1. Beispiel: Alle Pulvertypen mit besonders angereichertem Karbidgehalt bis zu 50 Volumenprozenten sowie an Vanadium, Nfiob, Wolfram und Molybdän angereicherte Schnellarbeitsstahl-Pulversorten.
2. Beispiel: Fe + 4 % Chrom + 6 % Wolfram + 5 % Molybdän + 2 % Vanadium + 0,9 % Kohlenstoff (alle Angaben als Gewichtsprozente).
Patentanwalt Dipl.-lng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
Für die Bindephase kann eingesetzt werden:
3. Beispiel: Mangan 20?ό bis 60?i + Nickel 2 0?i bis 5Οι
+ Fe O % bis 60% + C 1% bis 4% (alle Angaben als Gewichtsprozente ) .
Erfindungsgemäß werden die Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen zweckmäßigerweise in eine austenitische Bindephase eingebracht, die die weichere, zähere Matrix bildet.
Für die Erzeugung des erfindungsgemäßen Gefüges nach dem vorgeschlagenen Verfahren bieten sich grundsätzlich zwei Wege an:
Gemäß iPateimtamspriuicihi 3 erfolgt eine Beschichtung von Schnellarbeitsstahl-Teilchen mit Nickel, etwa nach dem Sherritt-Gordon-Verfahren oder durch Electroless Plating mit nachfolgendem isostatischem Heißpressen oder Schmieden. Beim "Electroless Plating" erfolgt eine Belegung der Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen mit Nickel ohne Einwirkung von elektrischem Strom.
Der zweite Weg wird in Pateinitainisproch 4 aufgezeigt. Hierbei handelt es sich um ein Flüssigphasensinterη von Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen mit einer Schmelze
Patentanwalt DIpI.-Ing. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
aus Austenitbildnern. Dafür können z.B. Nickel-Manganoder Nickel-Hangan-Kupfer-Legierungen in Betracht kommen.
Der in Pateinitainispriuiclbi 4 aufgezeigte Weg hat vor allem den Vorteil guter Wirtschaftlichkeit technischer Großproduktion. Gegenüber dem gängigen Verfahren der Supersolidus-Sinterung von Schnellarbeitsstahlpulvern bringt er den Vorteil eines leichter beherrschbaren Sinterkorridors. Die Bildung von Mangankarbiden muß verhindert u/erden. Dies kann z.B. durch Zulegieren von Bor und Silizium zur Bindephase geschehen. Alternativ können die Stahl-Pulverteilchen durch Zementation zuerst mit Kupfer überzogen uerden, bevor sie mit der Nickel-Mangan - oder Nickel-Mangan-Kupfer-Schmelze in Kontakt gebracht werden (Patentanspruch 5) .
In Patentanspruch 6 ist eine vorteilhafte Verfahrensweise für die Erzeugung einer niedrigschmelzenden Bindephase beschrieben.
In den Patentansprüchen 1 und 8 sind vorteilhafte Varianten hierzu beschrieben. Im angesprochenen Konzentrationsbereich des Systems Ni-Mn treten mehrere intermetallische Phasen auf, die leicht mahlbar sind. In diesem Zustand
Patentanwalt Dip|.-lng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
-M- - Jowird auch die Karburierung des Mn verzögert.
Lösuimg der Aufgabe betreffend den Merkstoff
Diese Aufgabe wird durch die in Pateimtamispriticlhi 9 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
Die Pateinitainispnrücltne 10 und II beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Werkstoffes.
In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 Ein Gefügebild in starker Vergrößerung gemäß dem Stand der Technik und
Fig. 2 ein Gefügebild eines erfindungsgemäßen Werkstoffes.
In Fig. 1 sind mit dem Bezugszeichen 1 relativ weiche Werkstoffbestandteile bezeichnet, die in einem Netzwerk eines relativ harten Gefügebestandteils 2 eingelagert sind. Der Riß 3 in einem solche Gefüge folgt in der Regel dem vom härteren Gefügebestandteile 2 vorgezeichneten Weg. Insbesondere bei den ledeburitschen Stählen pflanzen sich die Risse stets längs den Karbid
Patentanwalt Dipl.-Ing. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
- yt -
zeilen fort.
Unter Anwendung der Pulvermetallurgie wird erfindungsgemäß ein Gefüge vom umgekehrten Typ geschaffen, indem harte Gefügebestandteile 4 von einer M/eicheren Matrix 5 ganz oder teilweise umgeben sind. Wenn die Dicke der weichen Zwischenschicht 5 gegenüber der Größe der harten Bestandteile 4 zweckmäßig abgestimmt ist, wird in solchen Gefügen die Rißfortpflanzung erschwert und die Zähigkeit erhöht.
Die in der Beschreibung, in der Zusammenfassung und in den Patentansprüchen beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Patentanwalt Dip|.-|ng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
Bezugszeiclh) e im 1 i s t e
1 weiche Gefügebestandteile
2 harte Gefügebestandteile
4 harte Gefügebestandteile
5 weiche Matrix, Zwischenschicht, Bindephase

Claims (11)

Patentanwalt Dip|.-|ng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines zäh-harten Werkstoffes für Werkzeuge und/oder Verschleißteile, dadurch gekennzeichnet, daß pulvermetallurgisch vorbereitete, geeignete harte Werkstoff-Teilchen (3) in einer weicheren Matrix (4) vollständig oder teilweise eingelagert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen (3) in einer austenitischen Bindephase (4) eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen (3) mit dem Werkstoff der weicheren Bindephase (4), z.B. Nickel, beschichtet und anschließend isostatisch heißgepreßt oder geschmiedet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen (3) mit einer Schmelze aus Austenitbildnern, z.B.
Patentanwalt Dipl.-lng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
-ι -
aus Nickel-Mangan- dder Nickel-Mangan-Kupfer, flüssigphasengesintert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadiuirclhi gekennzeichnet., daß die Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen (3) durch Zementation zuerst mit Kupfer überzogen und anschließend mit der Nickel-Mangan- oder der Nickel-Mangan-Kupfer-Schmelze in Kontakt gebracht werden und/oder dieser Schmelze Bor und Silizium, z.B. 1?Ä bis 2% Silizium und 0,3% Bor, zulegiert «/erden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dladliuurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der niedrigschmelzenden Bindephase (4) eine Vorlegierung wasserato misiert wird, anschließend das Aussieben feiner Teilchen und Vermählen mit dem Schnellstahlpulver vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, dadhiurclh] gekennzeichnet, daß elementare Pulver, z.B. Carbonylnickel, Elektrolytkupfer und Elektrolytmangan, zur Erzeugung der niedrigschmelzenden Bindephase (4) gemischt u/erden.
Patentanwalt Dipl.-Jng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine geeignete Vorlegierung auf der Basis des -Mangan-Kohlenstoff-Mischkristalls mit bis zu 2,6% C mit Fe und Ni hergestellt wird.
9. Ein gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 8 hergestellter zäh-harter Werkstoff für Verschleißteile und/oder Werkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß auf pulvermetallurgischem Wege hergestellte, harte Werkstoffteilchen (3), insbesondere Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen (3), in einer weicheren Matrix (4) eingelagert sind.
10. Werkstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weichere Matrix-Bindephase (4) z.B. aus folgenden Bestandteilen gebildet wird:
1. Ni + 45?ί bis 70?ά Mn, vorzugsweise 55% bis 65% Hn; oder:
2. Cu + 20?i bis 50?Ä Mn, vorzugsweise 30?£ bis 40?ό.Μη; oder
3. Ni 35 ΐ 105S, vorzugsweise ΐ 558 + Mn 35 ΐ 105Ϊ, vorzugsweise - 5% + Cu 30 - 10%, vorzugsweise - 5% (alle Angaben in Gewichtsprozenten)
Patentanwalt Dipl.-Ing. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
11. Werkstoff nach Anspruch 9 oder 10, dladurclhi gekeimirs-
zeithnet, daß die Größe der härteren Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen (3) 10 bis 500 jjm, vorzugsweise 20 pm bis 100 ^im und die Größe der Bereiche der
weicheren Bindephase (4) 0,1 bis 20 pm, vorzugsweise 0,2 bis 5 ^Jm, beträgt.
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