DE3523398A1

DE3523398A1 - Sinterlegierungen auf der basis von schnellarbeitsstaehlen

Info

Publication number: DE3523398A1
Application number: DE19853523398
Authority: DE
Inventors: Barbara Heinze; Hans-Peter Koch; Gundmar Dipl Phys Dr Leuze; Hans Obenaus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-06-29
Filing date: 1985-06-29
Publication date: 1987-01-08
Also published as: WO1987000207A1; JPS63500107A; GB2188062B; IT8620940A0; US4755222A; GB2188062A; IT1204419B; GB8703461D0; EP0226625A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von Sinterlegierungen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Gesinterte Schnellarbeitsstähle zeichnen sich durch hohe Härten, sehr gutes Verschleißverhalten und befriedigende Zähigkeit aus. Pulvermetallurgische Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus solchen Stählen gewährleisten eine sehr hohe Materialausnutzung und einen geringen Energieverbrauch. Trotzdem werden sie bisher im wesentlichen nur im Bereich hochbeanspruchter Schneidwerkzeuge eingesetzt, als Verschleißteile im Maschinen- und Fahrzeugbau konnten sie sich jedoch noch nicht durchsetzen, da die Pulverpreise hoch sind, die Sinterung der Werkstoff zeitaufwendig ist und spezielle Vakuumöfen erfordert und die Maßgenauigkeit der gesinterten Teile unbefriedigend ist, so daß meist eine teure mechanische Nachbearbeitung notwendig ist. Bei den genannten Verschleißteilen im Maschinen- und Fahrzeugbau kommt es oft weniger auf die Ausschöpfung der Verschleißeigenschaften der reinen Schnellstähle bis an die Grenze an, hier ist die Maßhaltigkeit der aus dem Werkstoff hergestellten Teile ein gewichtigeres Argument, solange derartige Sinterstähle mehr Sicherheit bieten als die einsatzgehärteten normalen Sinterstähle.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäßen Sinterlegierungen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs haben demgegenüber den Vorteil, daß sie in normalen Öfen unter Schutzgasen ohne die bei reinen Schnellarbeitsstählen auftretende Schrumpfung gesintert werden können. Dabei sind Temperaturabweichungen vom Sollwert bei der Sinterung im Schutzgasofen, die bei reinen Schnellarbeitsstahl-Pulvern bekanntlich zu starken Maßstreuungen der Formteile führen, praktisch bedeutungslos. Diese Mischwerkstoffe werden im Gegensatz zu den reinen Schnellarbeitsstählen absichtlich nicht auf volle Dichte, sondern auf eine möglichst maßgenaue Verarbeitbarkeit hin optimiert. Durch eine den Schnellstählen entsprechende Wärmebehandlung lassen sich die Eigenschaften dieser Kombinationsstähle ähnlich wie bei den reinen Schnellstählen verbessern, ohne daß ihre Maßhaltigkeit verschlechtert wird. Ein weiterer Vorteil eist darin zu sehen, daß durch den Ersatz eines Teiles des Schnellarbeitsstahl-Pulvers durch billigere Eisenpulver bis zu 40 % der Pulverkosten eingespart werden können. Es wurde oben schon angedeutet, daß die Härte-, Verschleiß- und Biegefestigkeitswerte der reinen Schnellarbeitsstähle von diesen Kombinationswerkstoffen - schon allein wegen der vorhandenen Poren - zwar nicht erreicht, die Werte der einsatzgehärteten normalen Sinterstähle dagegen übertroffen werden. Durch die Anwesenheit der Poren ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Sinterstähle gerade auch dort vorteilhaft, wo harte und verschleißfeste Oberflächen mit Poren zur Aufnahme von Schmierstoffen gefordert sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Sinterlegierungen möglich. Besonders vorteilhaft sind Sinterlegierungen, die aus 65 Gew.-% eines Pulvers eines Schnellarbeitsstahles des Typs S 6.5.2 mit ca. 0,9 % C; 6,3 % W; 5,2 % Mo; 4,2 % Cr; 1,9 % V; Rest Fe und 35 Gew.-% eines phosporlegierten Eisenpulvers mit 0,45 % P; 1,5 - 2 % Si, Rest Fe bestehen, da diese besonders gute Härte- und Verschleißeigenschaften aufweisen und zudem sehr formstabil gesintert werden können.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Unter zahlreichen möglichen Mischsystemen bieten sich aufgrund der niedrigen Pulverpreise, des günstigen Verhaltens beim Sintern sowie der hohen Härte- und Verschleißwerte Mischungen aus dem Schnellarbeitsstahl-Pulvertyp M 2 entsprechend S 6.5.2 mit 0,9 % C; 6,3 % W; 5,2 % Mo; 4,2 % Cr; 1,9 % V; Rest Fe (alle Prozentangaben sind Masse-%) mit ca. 50 Masse-% Reineisenpulver und 0,15 % Kohlenstoffpulver oder 50 % eines diffusionslegierten Eisenpulvers mit 1,5 % Cu; 4 % Ni und 0,5 % Mo und 0,2 % Kohlenstoffpulver. Die geringen Kohlenstoffzusätze verbessern dabei sowohl das Verhalten beim Sintern wie die Eigenschaftswerte. Diese Werkstoffe lassen sich mit Dichten um 7,0 g/cm³ herstellen.

Bei diesen Mischungen bildet die zu dem Schnellarbeitsstahl- Pulver zugegebene Komponente im Gegensatz zu dieser keine Flüssigphase, sie wirkt hier als stützendes Gerüst, das dem Schwindungsbestreben des Schnellstahl-Pulvers entgegenwirkt. Erst bei Gehalten des Schnellarbeitsstahl- Pulvers von über 50 % beginnt sich der Flüssigphasenbildner durchzusetzen, was zur Folge hat, daß der Werkstoff schwindet.

Zur Herstellung der Formteile werden die Komponenten gründlich gemischt und dann unter Preßdrücken von 600 bis 800 MN/m² verdichtet und in Kammeröfen unter reinem Wasserstoff oder Stickstoff/Wasserstoff-Mischgasen bei 1 250 °C eine Stunde lang gesintert. Die Schwindung beim Sintern liegt bei weniger als 0,2 %. Werden die Werkstücke von einer Temperatur von 1 190 °C abgeschreckt und zweimal 60 min bei 550 °C angelassen, werden Härten zwischen 500 und 575 HV3 erreicht. Die Biegefestigkeit liegt bei 1 500 bis 1 800 N/mm².

Mischungen von Schnellarbeitsstahl-Pulvern mit phosphor/ silicium-legiertem Eisenpulver verhalten sich beim Sintern dagegen anders: Ausgehend vom Wert des reinen phosphor/ siliciumlegierten Werkstoffes nimmt die Dichte mit steigendem Schnellarbeitsstahl-Gehalt bis unter die Werte des ungesinterten Materials ab und beginnt erst bei höheren Schnellarbeitsstahl-Gehalten wieder zuzunehmen. Dieses Verhalten war zunächst nicht zu erwarten, da beide Mischpartner Flüssigphasenbildner sind und deshalb auch als Mischungen eine Dichtezunahme beim Sintern zeigen müßten. Es zeigte sich jedoch, daß diese Werkstoffe sich mit einer nur geringen Schwindung, das heißt praktisch maßgenau verarbeiten lassen. Ein Beispiel für eine solche Mischung ist eine aus 65 % des obengenannten Schnellarbeitsstahl- Pulvers und 35 % eines Eisen-Silicium-Phosphor-Pulver- Werkstoffes mit 2 % Si und 0,45 % P bestehende Mischung, die in der gleichen Weise verarbeitet wurde, wie dies oben beschrieben wurde. Die Schwindung beim Sintern liegt auch hier bei kleiner 0,2 %, die Härte HV3 nach der Sinterung bei 550 bis 600 und nach der Wärmebehandlung bei 650 bis 750. Die Biegefestigkeit liegt mit 850 bis 900 N/mm² niedriger als bei den zuvor beschriebenen Mischungen. Die genannte Eisen-Silicium-Phosphor-Legierung ist in der DE-PS 27 08 916 näher beschrieben.

Claims

1. Sinterlegierungen auf der Basis von Schnellarbeitsstählen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Mischung eines Pulvers eines Schnellarbeitsstahles und eines unlegierten oder niedrig legierten Eisenpulvers bestehen.

2. Sinterlegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Mischung eines Pulvers eines Schnellarbeitsstahles und eines keine Flüssigphasen bildenden, unlegierten oder niedrig legierten Eisenpulvers bestehen.

3. Sinterlegierungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das unlegierte oder niedrig legierte Eisenpulver 0,1 bis 5 % enthält und der Schnellarbeitsstahl einen Gewichtsanteil von maximal 50 % ausmacht.

4. Sinterlegierungen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das unlegierte oder niedrig legierte Eisenpulver aus einem Reineisenpulver oder einem diffusionslegierten Eisenpulver mit 1,5 % Cu, 4 % Ni und 0,5 % Mo besteht.

5. Sinterlegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Mischung eines Pulvers eines Schnellarbeitsstahles und eines Flüssigphasen bildenden, legierten Eisenpulvers besteht.

6. Sinterlegierungen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigphasen bildende legierte Eisenpulver ein phosporlegiertes Eisenpulver ist.

7. Sinterlegierungen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das phosporlegierte Eisenpulver aus 0,45 % P; 2 % Si; Rest Fe besteht.

8. Sinterlegierungen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 65 % eines Pulvers eines Schnellarbeitsstahles mit 0,9 % C; 6,3 % W; 5,2 % Mo; 4,2 % Cr; 1,9 % V; Rest Fe und 35 % des phosphorlegierten Eisenpulvers mit 0,45 % P; 2 % Si; Rest Fe besteht (alle Prozentangaben in Masse-%).