DE4125212C2 - Verfahren zum Herstellen einer ferritischen Legierung mit einer verschleißbeständigen Aluminiumoxid-Oberflächenschicht - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer ferritischen Legierung mit einer verschleißbeständigen Aluminiumoxid-OberflächenschichtInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Herstel
len einer ferritischen Legierung gerichtet, die an ihrer
Oberfläche mit einer Oxid-Oberflächenschicht aus Aluminium
oxid ausgebildet ist, die eine verbesserte Verschleißbestän
digkeit und mechanische Festigkeit aufweist.
Keramische Stoffe oder Legierungen wurden in der Technik zur
Bildung von Schneidwerkzeugen und mechanischer Elemente, wie
Zahnräder und Achsen, verwendet, die eine erhöhte Ver
schleißbeständigkeit erfordern. Keramische Stoffe liefern
bekanntlich eine erhöhte Verschleißbeständigkeit und eine Ober
flächenhärte von etwa 2000 Hv, sie leiden aber unter
dem inhärenten Nachteil unzureichender Zähigkeit, was zu
Riß- oder Bruchbildung führt. Andererseits sind Legierun
gen bekannt, die eine ausreichende Zähigkeit aufweisen, aber
nur eine geringe Oberflächenhärte von etwa 1100 Hv ergeben.
Dementsprechend wurde vorgeschlagen, auf
der Legierungsoberfläche eine zusätzliche Schicht mit über
legener Verschleißbeständigkeit vorzusehen, beispielsweise
eine TiN- oder ZrN-Schicht, und zwar durch Aufsprühungs-
oder chemische Aufdampfungs-(CVD-)Techniken. Es hat sich
jedoch herausgestellt, daß eine solche zusätzliche Schicht
eine ziemlich geringe Haftfähigkeit auf der Grundlegierung
aufweist, zusätzlich dazu, daß es schwierig ist, sie mit
ausreichender Dicke auszubilden, was in der Praxis zu einer
schlechten Leistung führt.
Aus der GB 2 105 752 A ist ein Verfahren zur Behandlung von
ferritischen Legierungen bekannt, bei denen ein gepreßter und
gesinterter Formkörper zur Verbesserung des Korrosionsschutzes
einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Ferner ist es aus der US-PS 3 992 161 bekannt, zur Verbesserung
der Oxidationsbeständigkeit eine Wärmebehandlung der gebildeten
Legierung unter gleichzeitiger Bearbeitung wie Walzen
oder Ziehen durchzuführen. Eine derartig gebildete Schutzschicht
wird jedoch nicht zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit
gegen Abrieb vorgeschlagen.
Um die eingangs geschilderten Nachteile zu überwinden, hat ferner die jüngere Tech
nologie heißoxidationsbeständige Legierungen vorgeschlagen,
die an ihrer Oberfläche eine Aluminiumoxid-Oberflächen
schicht unter heißen Oxidationsatmosphären bildet. Bei
spielsweise offenbart die ältere deutsche Patentanmeldung
P 40 35 114.9 ferritische Legierungen, die imstande sind, an
ihrer Oberfläche eine Aluminiumoxid-Oberflächenschicht zu
bilden, d. h. eine Aluminiumoxid-Oberflächenschicht mit ver
besserter Verschleißbeständigkeit, Zähigkeit und überlegener
Haftfähigkeit der Oberflächenschicht an der Matrix. Die fer
ritische Legierung wird dadurch hergestellt, daß man eine
flüssige Legierung in eine Form gießt, um
einen Barren zu erhalten, der nachfolgend zu der gewünschten
Form spanend bearbeitet wird. Dann wird das resultierende
Erzeugnis in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt, um auf
seiner Oberfläche die Aluminiumoxid-Oberflächenschicht zu
bilden. Bei diesem Verfahren ist es schwierig, nicht nur ein
Erzeugnis mit komplizierter Form herzustellen, sondern auch
eine erhöhte Dicke der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht zu
erhalten, und zwar weil die Oxidation
im wesentlichen auf den hautnahen Bereich der Oberfläche
des Produkts begrenzt ist. In anderen Worten,
wegen der dichten Oberflächenstruktur des gegossenen Pro
dukts wird das oxidierende Gas lediglich der Oberfläche des
Produktes zugeführt,
so daß eine weitere Bildung der Aluminiumoxid-
Oberflächenschicht im Tiefenbereich verhindert wird. Da fer
ner die Dicke der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht im we
sentlichen nur von dem Zustand Heißoxidation
abhängt, besteht wenig Flexibilität bei der Kontrolle
der Dicke der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht.
Es ist dementsprechend ein Hauptziel der vorliegenden Erfin
dung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer ferri
tischen Legierung vorzusehen, die eine verschleißbeständige
Aluminiumoxid-Oberflächenschicht aufweist, und das dazu im
stande ist, die Aluminiumoxid-Oberflächenschicht mit einer
erhöhten Dicke zu bilden und die Dicke mühelos zu kontrol
lieren, wobei sogar noch eine verbesserte Verschleißbestän
digkeit und Haftfähigkeit der Oberflächenschicht hergestellt
sein sollen.
Die obigen Nachteile und Unzulänglichkeiten wurden bei der
vorliegenden Erfindung ausgeräumt, die ein verbessertes Ver
fahren zur Herstellung einer ferritischen Legierung mit
einer verschleißbeständigen Aluminiumoxid-Oberflächenschicht
vorsieht. Das verbesserte Verfahren in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung weist die Schritte auf, ein fer
ritisches Legierungspulver, das Aluminium enthält, zu einem
Pulverpreßling mit einer gewünschten Ausbildung zu pressen,
den Pulverpreßling in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre zu
sintern, um ein gesintertes Produkt zu erzielen
und das gesinterte Produkt in einer oxidierenden Gasatmo
sphäre wärmezubehandeln, um das Aluminiumoxid in der Ober
fläche in Form einer Aluminiumoxid-Oberflächenschicht als
verschleißbeständige Oxid-Oberflächenschicht auszufällen. Da
das gesinterte Erzeugnis eine poröse Struktur aufweist, ist
es dem oxidierenden Gas gestattet, tief in das Produkt ein
zudringen, um hierbei die Oxidation der Produktoberfläche
zu der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht mit einer erhöhten
Tiefe oder Dicke zu erleichtern. In diesem Zusammenhang kann
die Oxidationstiefe zusätzlich zu den Oxidationsparametern
von Temperatur und Zeit durch die Dichte des gesinterten
Produkts gesteuert werden, die beim Schritt der Formung des
Pulverpreßlings mühelos erhalten wird. Ferner weist die re
sultierende Aluminiumoxid-Oberflächenschicht eine verbes
serte Schicht-Haftfähigkeit auf, die sich aus der ferriti
schen Struktur der Legierung ergibt.
Obwohl eine Fe-Cr-Al-Legierung verwendet werden kann, wo
eine verhältnismäßig geringere Oberflächenhärte von etwa 200 Hv
erforderlich ist, ist eine Fe-Cr-Ni-Al-Legierung bevor
zugt, um eine überlegene Oberflächenhärte zu erzielen, die
so hoch wie 300 Hv oder höher ist, wobei diese Legierung
aus 20 bis 35 Gew.-% Chrom, 2 bis 25 Gew.-%
Nickel, 2 bis 8 Gew.-% Aluminium, 0,5 Gew.-% oder weniger an
Titan, 0,05 bis 1,0 Gew.-% von mindestens einem Element, das
aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zirkon, Yttrium, Haf
nium, Cer, Lanthan, Neodym, Gadolinium besteht, sowie dem
Rest im wesentlichen aus Eisen besteht. Das entsprechende Legierungspulver, das
entweder durch Zerstäuben oder durch Mahlen erhalten werden
kann, wird mit einem organischen Bindemittel versetzt und
durch Spritzgießen oder eine isostati
sche Preßtechnik zu einem Pulverpreßling gepreßt, der in der
gewünschten Ausbildung der endgültigen Form so nahe wie mög
lich kommt, was ein Mindestmaß an sekundärer Nachbearbeitung
erfordert. Das organische Bindemittel umfaßt beispielsweise
Polyvinylalkohol und Ethylenglykol. Der Verdichtungsdruck
liegt bevorzugt über 400 MPa, um einen präzisen
Pulverpreßling zu liefern.
Der Pulverpreßling wird in einer nicht-oxidierenden Atmo
sphäre bis auf eine Temperatur von 1250 bis 1400°C,
vorzugsweise von 1300 bis 1400°C, erwärmt, innerhalb dessen
der Pulverpreßling gesintert werden kann, ohne daß man
irgendeine wesentliche flüssige Phase beim Sintervorgang
verursacht, um eine Härte von 300 Hv zu ergeben,
sowie eine Zugfestigkeit, die bei 1000 N/mm²
oder höher liegt, also kräftig genug, um Maschinenelemente
zu bilden. Die nicht-oxidierende Atmosphäre ist beim Sintern
wesentlich, weil ansonsten kein effektiver Sintervorgang er
zielt würde und das oxidierte, gesinterte Produkt unter ver
ringerter Zähigkeit leiden würde. Die nicht-oxidierende
Atmosphäre kann durch ein Inertgas, wie etwa Argon und He
lium, verwirklicht werden, durch ein reduzierendes Gas, wie
etwa Wasserstoff, oder durch Vakuum. Infolge der ferriti
schen Struktur kann das so erhaltene gesinterte Produkt ohne
weiteres spanend oder durch Stromentladung zu einer präzisen
endgültigen Form geformt werden, bevor das Aluminiumoxid in
der Oberfläche hiervon dadurch ausgefällt wird, daß man es
einer heißen, oxidierenden Umgebung aussetzt. Dann wird das
gesinterte Produkt auf eine Temperatur von über 1000°C in
der oxidierenden Atmosphäre
so erwärmt, daß das gesinterte Produkt die dichte
Schutz-Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid bildet,
die eine starke Haftfähigkeit an das verbleibende Substrat
sowie eine merklich verbesserte Verschleiß
beständigkeit aufweist. Ferner kann die Aluminiumoxid-Ober
flächenschicht in einer Dicke von 10 bis 50 µm geformt werden,
und zwar bei diesem Heiß-Oxidations
vorgang und infolge der porösen Natur des gesin
terten Produkts. Das resultierende Legierungsprodukt weist
deshalb eine verbesserte Verschleißbeständigkeit an der Alu
miniumoxid-Oberflächenschicht auf, die stark in der Matrix
verankert ist, und behält eine verbesserte Zähigkeit an der
Matrix, die aus der ferritischen Struktur der Legierung her
rührt.
Wegen der hervorragenden Verschleißbeständigkeit und der
verbesserten mechanischen Eigenschaften kann die durch die
vorliegende Erfindung erhaltene Legierung am besten als Ma
terial benutzt werden, das die nachfolgend aufgelisteten Ar
tikel bildet:
- 1) Schneidwerkzeuge für Heimgebrauch, die Klingen für Trockenrasierer umfassen; Klingen für Scheren bzw. Haarschneidemaschinen, insbesondere für den Gebrauch im Garten oder den Gebrauch an Haustieren, wo die An wesenheit von Kieselsteinen oder ähnlichen Fremdkör pern im Gras oder den Haustierhaaren wahrscheinlich ist; Klingen für Rasenmäher, Klingen für Geräte zum Verarbeiten oder Zurichten von Nahrungsmitteln, Küchenmesser, Scheren und Sägen;
- 2) Schneidwerkzeuge für den Industriegebrauch, die Messer für kraftgetriebene Sägen, Drehbankwerkzeuge, Gesenke und Schrauben für Kneteinrichtungen umfassen; und
- 3) verschleißbeständige mechanische Elemente, die Bohrer spitzen und Spannfutter für kraftgetriebene Bohrer, Zahnräder, rotierende Wellen und Lagerun gen umfassen.
In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine Mikrophotographie mit 700facher Vergrö
ßerung der Oberflächenstruktur eines gesinterten Legierungs
erzeugnisses, das im Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung
erhalten wurde, mit einer Nickelplattierung, die auf einer
Aluminiumoxid-Oberflächenschicht der Legierung für die
Beobachtung der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht
hinzugefügt wurde,
Fig. 2 eine Skizze, die schematisch die Oberflä
chenstruktur des Legierungsproduktes des Beispiels 4 in
Übereinstimmung mit der Mikrophotographie der Fig. 1 erläu
tert, und
Fig. 3 eine Mikrophotographie mit 700facher Vergrö
ßerung der inneren Struktur des gesinterten Legierungspro
dukts des Beispiels 4.
Die folgenden Beispiele zeigen Vergleichsergebnisse.
Alle
Prozentsätze beruhen auf der Gewichtsbasis.
Eine Legierung, die aus 24% Cr, 4% Ni, 3,5% Al, 0,05% Zr und
dem Rest Fe bestand, wurde in einem Hochfrequenz-Induktions
ofen geschmolzen, um einen Barren vorzusehen, der nachfol
gend zu einem 1 mm bis 2 mm dicken Blech ausgewalzt wurde.
Das Blech wurde dann in quadratische Schnipsel mit 2 bis
3 mm zerhackt, wonach deren Mahlvorgang zu einem entspre
chenden ferritischen Legierungspulver folgte, das eine Par
tikelgröße von 350 µm oder weniger aufwies. Das resultie
rende Legierungspulver wurde mit Polyvinylalkohol (PVA) ver
setzt und wurde in einen eine Zahnstange formenden Hohlraum
eingefüllt und isostatisch so gepreßt, daß es einen zahn
stangenförmigen Pulverpreßling bildete. Der Pulverpreßling
wurde dann im Vakuum bei 10-4 Torr bei einer Temperatur von
1250°C 5 Stunden lang gesintert, um ein gesintertes Produkt
zu erhalten. Nachfolgend wurde das gesinterte Produkt bei
einer Temperatur von 1150°C in atmosphärischer Umgebung 10
Stunden lang wärmebehandelt, um Aluminiumoxid an der
Oberfläche des gesinterten Produktes auszufällen, woraufhin sich
eine graue Oxid-Oberflächenschicht aus Alumini
umoxid bildete.
Eine Legierung, die aus 30% Cr, 21% Ni, 6% Al, 0,5% Ti, 0,2%
Zr und dem Rest Fe bestand, wurde in einem Hochfrequenz-
Induktionsofen geschmolzen, wonach sie zu einem entsprechen
den ferritischen Legierungspulver zerstäubt wurde, das eine
Partikelgröße von 50 µm oder weniger aufwies. Das resultie
rende Legierungspulver wurde äuf dieselbe Weise und unter
denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 verarbeitet, so daß eine
gesinterte Zahnstange aus der
ferritischen Fe-Cr-Ni-Al-Legierung mit einer Oxid-Oberflä
chenschicht aus Aluminiumoxid bildete.
Eine Legierung, die aus 26% Cr, 21% Ni, 6,5% Al, 0,2% Zr und
dem Rest Fe bestand, wurde in einem Hochfrequenz-Induktions
ofen geschmolzen und nachfolgend in ein entsprechendes fer
ritisches Legierungspulver zerstäubt, das eine Partikelgröße
von 50 µm oder weniger aufwies. Das resultierende Legie
rungspulver wurde auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 ver
arbeitet, um einen zahnstangenförmigen Pulverpreßling zu
bilden. Der Pulverpreßling wurde in einer Wasserstoffgasat
mosphäre bei einer Temperatur von 1350°C 5 Stunden lang ge
sintert, um ein gesintertes Erzeugnis zu erhalten, welches
nachfolgend bei einer Temperatur von 1150°C in einer atmo
sphärischen Umgebung 10 Stunden lang wärmebehandelt wurde,
um das Aluminiumoxid in der Oberfläche hiervon auszufällen,
was eine Zahnstange aus der ferritischen Fe-Cr-
Ni-Al-Legierung mit einer grauen Oxid-Oberflächenschicht aus
Aluminiumoxid ergab. Die Zahnstangen
der Beispiele 1 bis 3 wurden hinsichtlich der Oberflä
chenhärte, der Matrixhärte (Härte des inneren Abschnitts der
Legierung), des Aluminiumoxid-Anteils (Gew.-%) in der oxi
dierten Schicht und Dicke der Alumi
niumoxid-Oberflächenschicht gemessen, wobei die Ergebnisse
in der Tabelle 1 aufgelistet sind. Es wurden auch die Alumi
niumoxid-Oberflächenschichten der Beispiele 1 bis 3 durch
ein Elektronenmikroskop beobachtet, woraus bestätigt wurde,
daß das Aluminiumoxid ein nadelartig ausgebildet ist und
in die Matrix hineinwächst, so daß sie fest hieran für
eine vergrößerte Haftfähigkeit der Oberflächenschicht veran
kert ist. In diesem Zusammenhang wurde die Dicke der Alumi
niumoxid-Oberflächenschicht als Maximalwert an einem Ab
schnitt gemessen, der sich tief in das Legierungsprodukt
hineinerstreckte. Die Tabelle 1 umfaßt auch zum Zweck des
Vergleichs die entsprechenden Daten für ein Sinter-Carbider
zeugnis (das gemäß der japanischen Industrienorm als SKH-5
klassifiziert ist) sowie auch eine Aluminiumoxid-Keramik.
Anhand der Tabelle 1 wird ohne weiteres bestätigt, daß die
Beispiele 1 bis 3 die Aluminiumoxid-Oberflächenschicht bil
den können, die eine erhöhte Oberflächenhärte aufweist, die
so hoch ist wie bei Aluminiumoxid-Keramik.
Eine Legierung, die aus 32% Cr, 21% Ni, 6,5% Al, 0,8% Zr und
dem Rest Fe bestand, wurde in einem Hochfrequenz-Induktions
ofen geschmolzen und nachfolgend zu einem entsprechenden
ferritischen Legierungspulver mit einer Partikelgröße von
50 µm oder weniger zerstäubt. Das resultierende Legierungs
pulver wurde mit einem PVA-Bindemittel versetzt und unter
450 MPa (Megapascal) zu einem Block-Pulverpreßling mit einem
Durchmesser von 10 mm und einer Länge von 10 mm gepreßt. Der
Pulverpreßling wurde dann im Vakuum bei einer Temperatur von
1350°C 3 Stunden lang gesintert, um ein entsprechendes ge
sintertes Produkt zu erhalten. Nachdem es in die endgültige
gewünschte Form zurechtgeschliffen wurde, wurde das gesin
terte Produkt in einer atmosphärischen Umgebung bei einer
Temperatur von 1150°C 20 Stunden lang wärmebehandelt und
nachfolgend bei einer erhöhten Temperatur von 1250°C 30
Minuten lang erwärmt, um das Aluminiumoxid an der Oberfläche
des gesinterten Produkts auszufällen. Das resultierende Pro
dukt wurde an Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa
100°C pro Sekunde abgekühlt, um ein Produkt aus einer ferri
tischen Fe-Cr-Ni-Al-Legierung mit einer Oxid-Oberflächen
schicht aus Aluminiumoxid zu bilden. Die Fig. 1 und 2 zeigen
die Oberfläche des Legierungsproduktes in einer Mikrophoto
graphie mit 700facher Vergrößerung bzw. einer entsprechenden
Zeichnung hiervon, wobei eine Nickelplattierung 1 auf die
Aluminiumoxid-Oberflächenschicht 2 hinzugefügt wurde,
um ein deutliches
Erkennen der Oberflächenausbildung der Aluminiumoxid-Ober
flächenschicht zu liefern. Fig. 3 zeigt die innere Struktur
der Legierungsmatrix 3 in einer Mikrophotographie bei
700facher Vergrößerung. In den Mikrophotographien der Fig. 1
und 3 weist die Matrix 3 nach der Darstellung kleine Hohl
räume als schwarze Flecken und intermetallische Ni-Al-Ver
bindungen als graue Flecken im weißen Hintergrund der ferri
tischen Phase auf. Wie in den Figuren zu sehen, sind die
kleinen intermetallischen Ni-Al-Verbindungen gleichmäßig in
der Matrix infolge der ferritischen Struktur der Legierung
verteilt, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen, die auch
die Härte und Zähigkeit umfaßt.
Ein ähnliches ferritisches Legierungserzeugnis wurde durch
identische Verfahren wie beim Beispiel 4 erhalten, mit der
Ausnahme, daß der Pulverpreßling mit einem Druck von 600 MPa
erzeugt wurde.
Ein ferritisches Fe-Cr-Ni-Al-Legierungspulver, das im Bei
spiel 1 erhalten wurde, wurde mit einem PVA-Bindemittel ver
setzt und bei einem Druck von 1000 MPa zu einem blockförmi
gen Pulverpreßling mit derselben Ausbildung (10 mm ⌀×10 mm)
wie jener des Beispiels 4 gepreßt. Der resultierende
Block wurde in einer Argon-Gasatmosphäre bei einer Tempera
tur von 1300°C 5 Stunden lang gesintert.
Nachdem es zur gewünschten endgültigen
Form geschliffen worden war, wurde das gesinterte Produkt in
einem identischen Zustand wärmebehandelt wie im Beispiel 4.
Eine Legierung, die aus 35% Cr, 21% Ni, 7% Al, 0,4% Zr und
dem Rest Fe bestand, wurde in einem Hochfrequenz-Induktions
ofen geschmolzen und nachfolgend zu einem entsprechenden
ferritischen Legierungspulver mit einer Partikelgröße von
50 µm oder weniger zerstäubt. Das resultierende Legierungs
pulver wurde mit PVA-Bindemittel versetzt und unter 700 MPa
zu einem blockförmigen Pulverpreßling mit derselben Ausbil
dung (10 mm ⌀×10 mm) wie jene des Beispiels 4 gepreßt. Der
Pulverpreßling wurde dann im Vakuum bei einer Temperatur von
1350°C 4 Stunden lang gesintert, um ein entsprechendes ge
sintertes Produkt zu erhalten. Nachdem das gesinterte Pro
dukt zur endgültigen Form geschliffen wurde, wurde es
wie im Beispiel 4 wärmebehandelt.
Ein ferritisches Fe-Cr-Ni-Al-Legierungsprodukt mit einer
Oxid-Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid wurde auf identi
sche Weise wie im Bei
spiel 7 erzeugt, mit der Ausnahme, daß der Pulverpreßling
bei einem Druck von 900 MPa gepreßt und bei einer Temperatur
von 1300°C gesintert wurde.
Das Legierungspulver des Beispiels 4 wurde gesiebt, um ein
feines Pulver mit einer Partikelgröße von 30 µm oder weniger
zu erhalten. Das so gesiebte Legierungspulver wurde mit
einem organischen Binder versetzt, der hauptsächlich aus 10%
Paraffinwachs und Stearinsäure zusammengesetzt war, und es
wurde bei einer Temperatur von 150°C zu einem Pulverpreßling
der gewünschten Form spritzgeformt. Der resultierende Pul
verpreßling wurde dann im Vakuum bei einer Temperatur von
40°C 50 Stunden lang erwärmt, um eine Übermenge des Binde
mittels freizusetzen. Der somit von Bindemittel befreite
Pulverpreßling wurde dann im Vakuum innerhalb eines Ofens
bei einer Temperatur von 1350°C 3 Stunden lang gesintert und
nachfolgend bei einer Temperatur von 1250°C in Anwesenheit
von Sauerstoffgas, das in den Ofen eingeleitet
wurde, 30 Minuten lang erwärmt, um Aluminiumoxid an der
Oberfläche des gesinterten Produkts auszufällen.
Ein spritzgeformter Pulverpreßling, der auf identische Weise
wie im Beispiel 9 erhalten wurde, wurde in einer Argon-
Gasatmosphäre bei einer Temperatur von 500°C 50 Stunden lang
von Bindemittel freigesetzt. Der vom Bindemittel befreite
Preßling wurde in einer Argon-Gasatmosphäre innerhalb eines
Ofens bei einer Temperatur von 1350°C 3 Stunden lang gesin
tert und nachfolgend bei einer Temperatur von 1250°C 30 Mi
nuten in Anwesenheit von Sauerstoffgas erwärmt, das in den
Ofen eingeleitet wurde, wodurch das Aluminiumoxid in der
Oberfläche der Legierung ausgefällt wurde.
Das Legierungspulver, das im Beispiel 7 erhalten wurde,
wurde zu einem feinen Pulver gesiebt, das eine Partikelgröße
von 30 µm oder weniger aufwies. Das feine Pulver wurde auf
identische Weise wie im
Beispiel 9 komprimiert und gesintert.
Ein Produkt aus ferritischer Fe-Cr-Ni-Al-Legierung wurde auf
identische Weise wie im Bei
spiel 4 erhalten, mit der Ausnahme, daß der Sintervorgang
bei der abgesenkten Temperatur von 1200°C durchgeführt wurde.
Ein Produkt aus ferritischer Fe-Cr-Ni-Al-Legierung wurde auf
identische Weise wie im Bei
spiel 6 erhalten, mit der Ausnahme, daß der Pulverpreßling
bei einem verringerten Druck von 350 MPa gepreßt wurde.
Die Legierungsprodukte der Beispiele 4 bis 13 wurden hin
sichtlich der Eigenschaften der Aluminiumoxid-Oberflächen
schicht, der Matrixhärte, der Abmessungsgenauigkeit und der
Oberflächenschichtdicke bewertet, und die Ergebnisse sind in
Tabelle 2 aufgelistet. Die Eigenschaft der Aluminiumoxid-
Oberflächenschicht wird als gut bewertet, wenn die Alumini
umoxid-Oberflächenschicht über die gesamte Oberfläche der
Legierung festgehalten ist, ohne nach einem Wärmeschock ab
zublättern, der bei der Luftkühlung hiervon erfahren wird,
und wenn gleichzeitig die Aluminiumoxid-Oberflächenschicht
eine Mindestdicke von 2 bis 3 µm behält. Die Abmessungsgenauigkeit
wird als gut bewertet, wenn das endgültige Legierungserzeug
nis 5% Toleranz oder weniger gegenüber dem geschliffenen und
gesinterten Produkt aufweist. Die Dicke der Aluminiumoxid-
Oberflächenschicht wurde an einem Abschnitt, der sich tief
in das Legierungsprodukt hineinerstreckt, als Maximalwert
gemessen. Obwohl in Tabelle 2 nicht aufgelistet, weisen die
Legierungsprodukte der Beispiele 4 bis 13 eine überlegene
Oberflächenhärte von 2000 Hv oder mehr auf. Wie aus Tabelle
2 erkennbar ist, ist die Matrixhärte des Beispiels 12 auf
400 Hv verringert, was nicht ausreichend sein kann, wenn sie
zu einem Schneidwerkzeug oder einem ähnlichen Teil geformt
werden soll, das eine verhältnismäßig hohe mechanische Fe
stigkeit erfordert. Es weist Beispiel 13 auch eine schlechte
Oberflächenschichteigenschaft mit einer Anzahl kleiner Ab
blätterungen, verringerter Matrixhärte und eine unannehmbare
Abmessungsgenauigkeit von mehr als 5% Toleranz auf. Deshalb
wird es in den meisten Fällen bevorzugt, das Legierungspul
ver zum Pulverpreßling bei einem hinlänglich hohen Druck zu
pressen und auch den Sintervorgang bei einer erhöhten Tempe
ratur von 1300 bis 1400°C für die ferritische Legierung
durchzuführen, um die überlegenen Eigenschaften zu erhalten,
die in dem Legierungsprodukt gefordert sind, das zur Bildung
eines Schneidwerkzeuges, eines mechanischen Elements oder
dergleichen benutzt wird.
In
folge der dem gesinterten Produkt inhärenten porösen Natur
kann das oxidierende Gas ohne weiteres tief in die Oberflä
che des gesinterten Produkts eindringen, um die Oxidation
der Produktoberfläche zu der Aluminiumoxid-Oberflächen
schicht zu erleichtern, zusätzlich dazu kann die Oxidie
rungstiefe kontrolliert werden, etwa durch die Dichte des
Produkts, was es möglich macht, ohne weiteres die Dicke der
Aluminiumoxid-Oberflächenschicht zu steuern. Die resultie
rende Aluminiumoxid-Oberflächenschicht weist infolge der
ferritischen Struktur der Legierung eine verbesserte Ober
flächenschicht-Anhaftung auf.
Claims (5)
1. Verfahren zum Herstellen einer ferritischen Legierung,
die in ihrer Oberfläche eine verschleißbeständige Oxid-Ober
flächenschicht aufweist, mit den folgenden Schritten:
- - Pressen eines ferritischen, aluminiumhaltigen Legierungspulvers das, in Gew.-% angegeben, aus 20 bis 35% Chrom, 2 bis 25% Nickel, 2 bis 8% Aluminium, 0,5% oder weniger Titan, 0,05 bis 1% mindestens eines Elements, das aus der Gruppe auswählt ist, die aus Zirkon, Yttrium, Hafnium, Cer, Lanthan, Neodym und Gadolinium besteht, und im Rest aus im wesentlichen Eisen besteht, zu einem Pulverpreßling mit einer gewünschten Formgebung,
- - Sintern des Pulverpreßlings in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, um ein resultierendes gesintertes Erzeugnis zu erzielen, und
- - Wärmebehandeln des gesinterten Erzeugnisses in einer oxidierenden Gasatmosphäre, um das Aluminiumoxid an der Oberfläche des gesinterten Produkts in Form einer Aluminiumoxid-Oberflächenschicht als die genannte verschleißbeständige Oxid-Oberflächenschicht auszufällen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Pulverpreßling bei einer Temperatur von 1300 bis 1400°C
in der nicht-oxidierenden Atmosphäre gesintert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die nicht-oxidierende Atmosphäre eine Inertgasatmosphäre ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die nicht-oxidierende Atmosphäre eine reduzierende Gasatmosphäre
ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die nicht-oxidierende Atmosphäre ein Vakuum ist.
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