DE4207255C1

DE4207255C1 -

Info

Publication number: DE4207255C1
Application number: DE4207255A
Authority: DE
Inventors: Niels Strathe Tjele Dk Mikkelsen; Mogens Haderslev Dk Jensen
Original assignee: FERRITSLEV JERNWAREFABRIK AS; Grundfos AS
Current assignee: FERRITSLEV JERNWAREFABRIK AS; Grundfos AS
Priority date: 1992-03-07
Filing date: 1992-03-07
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2012-03-08
Also published as: EP0564778A1; EP0564778B1; ES2113446T3; DK0564778T3; ATE162229T1; DE59307965D1

Abstract

The powder for making the sintered object consists of a base material and an additive material, the base material amounting to at least 90% by weight of the finished powder. The base material consists of an austenitic steel with at least 12% of chromium, 6% of nickel, 1% of molybdenum, at most 1% of silicon and at most 0.05% of carbon. The additive material contains at least 55% of iron, 10 to 20% of phosphorus and 10 to 20% of molybdenum. This powder can be sintered under a pressing force of 500 to 800 MPa to give a pressed part and subsequently between 1,100 DEG C and 1,200 DEG C to give a shaped object which is corrosion-resistant, weldable and dense and can be inexpensively produced in a continuous process.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sinterwerkstoff, also insbesondere die Ausgangsstoffe und die Verfahrensparameter zur Herstellung dieses Werkstoffs.The invention relates to a sintered material, in particular the Starting materials and the process parameters for producing this Material.

Sinterwerkstoffe haben sich in den letzten Jahren für Bauteile der Massenfertigung mehr und mehr durchgesetzt. Es ist bekannt, daß Werkstücke aus Sintermaterial bei hohen Stückzahlen die Fertigungskosten im Vergleich zu konventionell hergestellten Werkstücken senken können, insbesondere durch ihre hohe Maßhaltigkeit im Vergleich zu Gußteilen oder anderen durch Kalt- oder Warmverformung erzeugten Werkstücken bei vergleichsweise geringen Werkstückkosten.Sintered materials have become components of the Mass production more and more prevalent. It is known that Workpieces made of sintered material with large quantities reduce the manufacturing costs compared to conventionally manufactured workpieces can lower, especially due to their high dimensional accuracy in comparison to castings or others by cold or hot working produced workpieces at comparatively low workpiece costs.

Der Einsatz von Sinterwerkstoffen bietet sich daher prinzipiell auch bei der Fertigung von in großen Stückzahlen hergestellten Pumpen, insbesondere Gehäuseteilen von Heizungsumwälzpumpen an. Eine wirtschaftliche Anwendung von Sinterwerkstoffen für den vorgenannten Zweck scheiterte jedoch bisher an den Materialanforderungen. Denn neben den üblichen Festigkeitseigenschaften muß der Werkstoff für diesen Einsatzzweck wasserdicht, korrosionsbeständig und nach Möglichkeit auch schweißbar sein. Ein solcher Sinterwerkstoff ist jedoch nicht bekannt. Zwar sind austenitische Sinterwerkstoffe als solche bekannt, diese erfüllen zwar die Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit, sind jedoch entweder nicht schweißbar oder nicht dicht.In principle, the use of sintered materials therefore also offers itself in the production of pumps manufactured in large quantities, especially housing parts of heating circulation pumps. A economical application of sintered materials for the aforementioned To date, however, the purpose has failed due to the material requirements. Because in addition to the usual strength properties, the material for this purpose waterproof, corrosion-resistant and after Possibility to be weldable. Such a sintered material is however not known. Although austenitic sintered materials are considered known, although they meet the requirements for corrosion resistance, however, are either not weldable or not tight.

Umgekehrt sind Sinterwerkstoffe ferritischer Basis bekannt, die dicht und auch schweißbar sind, sie erfüllen jedoch nicht die hier gestellten Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit.Conversely, sintered materials based on ferrites are known to be tight and are also weldable, but they do not meet the requirements set here Corrosion resistance requirements.

Der vorliegenden Erfingung liegt daher die Aufgabe die zugrunde, einen Ausgangswerkstoff sowie ein Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung eines korrosionsfesten, schweißbaren und dichten Sinterkörpers zu schaffen.The present invention is therefore based on the task a starting material and a process for economic Production of a corrosion-resistant, weldable and dense sintered body to accomplish.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Pulver mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst, das nach dem in Anspruch 11 angegebenen Verfahren zu einem Sinterkörper verarbeitet wird. Die Unteransprüche 2 bis 9 sowie 11 bis 16 stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Zusammensetzung der Ausgangsstoffe sowie der Verfahrensparameter dar.According to the invention, this object is achieved by a powder with the in Features listed claim 1 solved that according to the claim 11 specified processes processed into a sintered body becomes. Subclaims 2 to 9 and 11 to 16 represent advantageous embodiments of the composition of the starting materials and the process parameters.

Der erfindungsgemäße Sinterwerkstoff ist aufgrund seines austenitischen Grundwerkstoffes in ausreichendem Maße korrosionsbeständig, er ist zudem schweißbar und auch dicht. Letztere Eigenschaft beruht im wesentlichen auf der Wahl des Zusatzwerkstoffs. Insbesondere der im Zusatzwerkstoff enthaltene Phosphor bzw. die Phosphorverbindung bildet während des Sinterns mit dem Grundwerkstoff eine flüssige Phase, die aufgrund von Kapillarwirkung die Zwischenräume des Grundwerkstoffs ausfüllt. Es können sich hierbei durchaus größere Hohlräume zwischen den Teilchen des Grundwerkstoffs bilden, jedoch wird der Gesamtverbund dieser Teilchen durch die flüssige Phase geschlossen. Hierdurch entsteht ein vollständig dichter Werkstoff.The sintered material according to the invention is due to its austenitic Sufficiently corrosion-resistant base material, it is also weldable and also leakproof. The latter property is based essentially on the choice of filler material. Especially the phosphorus or the phosphorus compound contained in the filler material forms a liquid with the base material during sintering Phase, which due to capillary action the gaps of the Fills the base material. There may be larger ones Form voids between the particles of the base material, however is the total composite of these particles by the liquid Phase closed. This creates a completely dense material.

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, diese durch Phosphor und ein weiteres Element gebildete flüssige Phase zu schaffen, beispielsweise durch Nickel-, Zinn-, Chrom- oder Kupferphosphorverbindungen. Bevorzugt wird jedoch eine Phosphor-Eisen-Verbindung in den beanspruchten Mengenverhältnisse eingesetzt. Es können auch Phosphor und die weiteren Legierungselemente des Zusatzwerkstoffs einzeln zugegeben werden. Dann erfolgt während des Sinterns zunächst eine partielle Legierung des Zusatzwerkstoffs und dann das vorbeschriebene Eindringen in die Zwischenräume des Grundwerkstoffs.There are numerous ways to do this through phosphorus and one to create another element formed liquid phase, for example through nickel, tin, chromium or copper phosphorus compounds. However, a phosphorus-iron compound is preferred in the claimed Ratios used. It can also be phosphorus and the other alloying elements of the filler material individually be added. Then one takes place during the sintering partial alloy of the filler and then the above Penetration into the gaps in the base material.

Versuche haben ergeben, daß der Zusatzwerkstoff nur aus Anteilen von Eisen und Phosphor bestehen kann, d. h., daß der Zusatz von Molybdän ggf. auch entfallen kann. Insbesondere für das vorgenannte Anforderungsprofil hat es sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, dem Zusatzwerkstoff auch Molybdän in den angegebenen Mengen zuzusetzen.Tests have shown that the filler material consists only of proportions can consist of iron and phosphorus, d. that is, the addition of Molybdenum can also be omitted if necessary. Especially for the above However, the requirement profile has proven to be particularly advantageous the filler material also molybdenum in the specified amounts to add.

Es ist seit etwa der Mitte dieses Jahrhunderts bekannt, Phosphorlegierungen, insbesondere Eisenphosphit zum Sintergrundwerkstoff hinzuzusetzen, es wird hier beispielsweise auf DE 26 48 262 C2 verwiesen. Solcher Zusatz von Phosphor, wie er im Stand der Technik beschrieben ist, erfolgt jedoch stets bei nicht austenitischen Grundwerkstoffen. Auch dort bildet der Phosphor beim Sintern die vorerwähnte flüssige Phase, mit dem wesentlichen Unterschied jedoch, daß das in der flüssigen Phase befindliche Phosphor in Abhängigkeit von der Sinterdauer diffundiert, d. h. mit dem Grundwerkstoff eine chemische Verbindung eingeht. Hierdurch werden bei kleinen Phosphorgehalten die Festigkeitseigenschaften sowie auch die Fließfähigkeit gesteigert, insbesondere die Abriebfestigkeit; eine dichtende Wirkung, wie sie bei der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auftritt, ist dort jedoch nicht zu beobachten, da die flüssige Phase bereits vor dem Erstarren nicht mehr existent ist.It has been known since around the middle of this century, phosphor alloys, especially iron phosphite to the background material add, it is here for example on DE 26 48 262 C2 referred. Such addition of phosphorus as used in the prior art is described, but always takes place with non-austenitic Base materials. Here too, the phosphorus forms the sintering the aforementioned liquid phase, but with the essential difference, that the phosphorus in the liquid phase is dependent diffused from the sintering time, d. H. with the base material a chemical compound is formed. This will help small phosphorus the strength properties as well as the Flowability increased, especially the abrasion resistance; a sealing effect, as advantageous in the present invention Wise occurs, however, can not be observed there, because the liquid phase no longer exists before solidification.

Der durch die Erfindung geschaffene Formkörper weist neben den vorerwähnten Vorzügen, wie Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Dichtheit, weitere für die Praxis bedeutsame Vorteile auf. Hierbei ist insbesondere die hohe Dimensionsstabilität zu beobachten. Gerade bei dem aus dem Stand der Technik bekannten ferritischen Sintergrundwerkstoffen, denen als Zusatzwerkstoff eine Phosphorverbindung zugesetzt worden ist, ist ein hoher Schwund nach dem Sintern festzustellen, der beispielsweise in einer Größenordnung von 6% bis 7% liegt.The molded body created by the invention has in addition to the the aforementioned advantages, such as corrosion resistance, weldability and tightness, other practical advantages. Here the high dimensional stability can be observed in particular. Just in the ferritic background materials known from the prior art, a phosphorus compound as a filler has been added is a high shrinkage after sintering determine, for example, in the order of 6% to 7% lies.

Der erfindungsgemäße Sinterwerkstoff bietet verfahrenstechnisch den besonderen Vorteil, daß die Sintertemperatur unter 1200=C, in der Regel sogar unter 1150°C (je höher der Phosphoranteil, desto niedriger die Sintertemperatur) liegt, so daß das Sintern in konventionellen Durchlauföfen unter Schutzgasatmosphäre, beispielsweise Wasserstoff oder Stickstoff, erfolgen kann. Bauteile können also in einer kontinuierlichen Fertigung hergestellt werden, was zum einen kostengünstig und zum anderen vom Fertigungsablauf her günstiger ist.The sintered material according to the invention offers the process engineering particular advantage that the sintering temperature is below 1200 = C, in which Usually even below 1150 ° C (the higher the phosphorus content, the lower the sintering temperature), so that the sintering in conventional continuous furnaces under a protective gas atmosphere, for example Hydrogen or nitrogen. Components can So be produced in a continuous production, what for one inexpensive and the other from the manufacturing process is cheaper.

Um die Dichtheit des späteren Formkörpers sicherzustellen, sollte neben den in den Ansprüchen angegebenen Verfahrensparametern, wie Preßdruck, Sinterdauer und Sintertemperatur, die Teilchengröße ausreichend klein sein. Für den Grundwerkstoff sollte die Größe nicht über 150 µm liegen. Beim Zusatzwerkstoff hat sich ein mittlerer Teilchendurchmesser bis zu 45 µm als brauchbar erwiesen. Besonders gute Ergebnisse sind bei einem Durchmesser bis zu 30 µm erreicht worden.To ensure the tightness of the later molded body should in addition to the process parameters specified in the claims, such as Pressing pressure, sintering time and sintering temperature, the particle size is sufficient be small. For the base material, the size should not be over 150 µm. The filler material has an average particle diameter up to 45 µm proved to be useful. Especially good results are with a diameter up to 30 µm been achieved.

Um den ersten Preßvorgang zur Herstellung des Preßlings zu optimieren, sollte dem Pulver ein Schmierstoff zugemischt werden, bevorzugt in einer Größenordnung von etwa einem Gewichtsprozent. Derartige Schmierstoffe sind in der Sintertechnik bekannt. Damit der Schmierstoff das Sintern nicht behindert, wird dieser durch ein Vorsintern bei etwa 400°C nach dem Pressen entfernt. Daran schließt sich der eigentliche Sintervorgang zwischen 1100°C und 1200°C an. Die Sintertemperatur ist im wesentlichen abhängig vom Phosphoranteil im Zusatzwerkstoff und dem Verhältnis zwischen Zusatzwerkstoff und Grundwerkstoff. Bei dem nachfolgend aufgeführten bevorzugten Ausgangsmaterial liegt die Sintertemperatur bei etwa 1150°C bei einer Sinterzeit von etwa 40 Minuten.In order to optimize the first pressing process for the production of the compact, if a lubricant is added to the powder, preferably on the order of about one percent by weight. Such lubricants are known in sintering technology. So that Lubricant does not hinder sintering, it is Pre-sintered at about 400 ° C after pressing. Connects to that the actual sintering process is between 1100 ° C and 1200 ° C at. The sintering temperature is essentially dependent on the proportion of phosphorus in the filler metal and the relationship between the filler metal and base material. With the preferred listed below The raw material is the sintering temperature at around 1150 ° C with a sintering time of about 40 minutes.

Nachfolgend wird die Zusammensetzung eines bevorzugtgen Pulvers für die Herstellung eines Sinterkörpers, beispielsweise ein Teil eines Pumpengehäuses, angegeben:The following is the composition of a preferred powder for the production of a sintered body, for example part of a Pump housing, specified:

Als Grundwerkstoff wird AISI 316 L eingesetzt, es handelt sich hierbei um einen austenitischen Stahl in Pulverform mit folgenden Legierungsanteilen (in Gewichtsprozenten):AISI 316 L is used as the base material an austenitic steel in powder form with the following Alloy proportions (in percentages by weight):

16 bis 18% Chrom
10 bis 14% Nickel
2 bis 3% Molybdän
max. 1% Silizium
max. 2% Mangan
max. 0,03% Kohlenstoff16 to 18% chromium
10 to 14% nickel
2 to 3% molybdenum
Max. 1% silicon
Max. 2% manganese
Max. 0.03% carbon

Das Pulver hat einen mittleren Teilchendurchmesser von 80 µm.The powder has an average particle diameter of 80 µm.

Als Zusatzwerkstoff wird eine Mischung aus Fe₃P und reinem ungebundenen Molybdän eingesetzt. Bezogen auf das fertige Pulver (Grundmaterial und Zusatzstoff) beträgt der Fe₃P-Anteil 6% bis 7% und der Molybdän-Anteil 0,5% bis 1%.As a filler, a mixture of Fe₃P and pure unbound Molybdenum used. Based on the finished powder (Base material and additive) the Fe₃P content is 6% to 7% and the molybdenum content 0.5% to 1%.

Claims

1. Powder for the production of a sintered body, consisting of a base material and an additional material, each in powder form and the following compositions:
Base material at least 90%

- austenitic steel with the following alloying elements (in percentages by weight based on the base material):
- - at least 12% chromium
- - at least 6% nickel
- - at least 0.5% molybdenum
- - maximum 2% silicon
- - maximum 0.1% carbon
- - rest of iron

Filler metal maximum 10%

- With proportions of iron, phosphorus and molybdenum in the following composition (in percentages by weight based on the filler material):
- - 5 to 20% phosphorus
- - 0 to 25% molybdenum
- - at least 55% iron

2. Powder according to claim 1, characterized in that the Base material has a particle size of up to 150 microns.

3. Powder according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the filler has an average particle diameter of up to 45 microns, preferably about 15 microns.

4. Powder according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the powder from 93% to 94.5% base material and 5.5% to 7% filler material.

5. Powder according to claim 4, characterized characterized in that the filler material from Fe₃P and unbound There is molybdenum.

6. Powder according to claim 5, characterized characterized in that the filler material from 78% to 95% Fe₃P and 5% to 22% molybdenum.

7. Powder according to claim 4, characterized in that the filler material consists of Fe₃P and Fe _x Mo _y .

8. Powder according to claim 7, characterized characterized in that the filler material is 74% iron, too 16% consists of phosphorus and 10% of molybdenum.

9. Powder according to one of claims 1, 2 or 4, characterized characterized in that it uses AISI 316 L as the base material becomes.

10. A process for producing a corrosion-resistant, weldable and dense molded body, characterized by the following process steps:

a) pressing a powder composed according to one of claims 1 to 9 under a pressure of 500 to 800 MPa
b) sintering the compact in a protective gas atmosphere or vacuum at a temperature which is above the solidus temperature of the phase formed by the filler material and the base material, but below the solidus temperature of the base material,
c) if necessary, calibration by re-pressing

11. The method according to claim 10, characterized in that the Pressure is 600 MPa.

12. The method according to claim 10, characterized characterized in that the sintering temperature in the range of 100 K. is below or above the solidus temperature of the filler material.

13. The method according to claim 12, characterized characterized in that the sintering temperature between 1100 ° C and 1200 ° C, preferably 1150 ° C.

14. The method according to claim 10, characterized characterized in that the sintering time is 20 to 120 min., preferably 30 up to 45 min. is.

15. The method according to any one of claims 10 to 14, characterized characterized in that the powder up to the first pressing operation 1, 2 wt .-% lubricant is added.

16. The method according to any one of claims 10 to 15, characterized characterized in that the compact at a temperature of about 400 ° C is pre-sintered.