DE69024582T2 - Stahllegierung zum Anwenden in spritzgegossenen pulvermetallurgisch hergestellten gesinterten Formkörpern - Google Patents
Stahllegierung zum Anwenden in spritzgegossenen pulvermetallurgisch hergestellten gesinterten FormkörpernInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung spritzgegossener Produkte aus einer Stahllegierung mit verbesserter Härte.
- Sinterformteile mit komplizierten, dreidimensionalen Formen werden zur Zeit pulvermetallurgisch unter Verwendung eines Spritzgußverfahrens hergestellt. Dieses Verfahren umfaßt die nachfolgenden Schritte:
- zunächst Kneten eines Bindemittels mit einem Pulver aus Metallen, reinem Eisen, einer Fe-Ni-System-Legierung, einer Fe-Ni- C-System-Legierung, Schnellstahl, präzipitationsgehärtetem Stahl, Edelstahl und gesintertem Karbid; Spritzguß der gekneteten Mischung und Sintern des bindemittelfreien Formstücks. Durch dieses Verfahren hergestellte, gesinterte Legierungen werden im allgemeinen einer Nachbehandlung oder Nachbearbeitung unterzogen. Hierzu gehören Dimensionierung mit nachfolgenden Behandlungen wie Walzen, Rundhämmern oder Stanzen, Trommelpolieren und ähnliche Verfahren als auch Hitzebehandlungen wie Härtungstempern, Entfestigen, magnetisches Tempern, Altern und Hipping (isostatisches Heißpressen), um hierdurch die Endprodukte zu erhalten. Es gab jedoch ein vermehrtes Bedürfnis, daß die derart gesinterten Produkte eine ausgezeichnete Nachbearbeitbarkeit aufweisen und daß sie eine günstige Abrasionsbeständigkeit besitzen, die nach Härten und Tempern in einer günstigen Oberflächenhärtbarkeit resultieren sollte.
- Demnach wurde Fe-Ni-C-Legierungen als Material verwendet, das den oben genannten Anforderungen am besten entspricht. Die so gesinterten Fe-Ni-C-Legierungen weisen-tatsächlich eine gute Nachbearbeitbarkeit auf; ihre Härtbarkeit ist jedoch weiter verbesserungsfähig. Das heißt, daß es unmöglich ist, hieraus ein ölgehärtetes und getempertes Produkt zu erhalten, daß eine Härte (Hv) von über 700 aufweist; deshalb war die Abrasionsbeständigkeit weiterhin von Nachteil.
- Die FR-A-2333052 offenbart ein Legierstahlpulver, das 0,5 bis 3,0 Gew.-% Cr und/oder Mn und 0,3 bis 1,0 Gew.-% C enthält; das Pulver wird zur Formung eines Produkts gesintert.
- Die DE-A-2432338 offenbart niedriglegierte Stahlpulver, die 0,9 bis 2,5 % Mn, 0,35 bis 1,5 % Cr, 0,1 bis 1,0 % Mo, 1,7 bis 3,1 % Mn + Cr, maximal 0,1 % Si und als Rest Fe plus Verunreinigungen enthalten. Diese Pulver werden zur Herstellung abrasionsbeständiger sintergeschmiedeter Produkte verwendet.
- Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines spritzgegossenen Stahlprodukts mit einer Härte (Hv) von über 700 und mit 0,5 bis 3,0 Gew.-% Cr und/oder Mn, 0,3 bis 1 Gew.- % C und als Rest Fe, umfassend die Schritte: Spritzgießen von gekneteten Stahlpulver und Bindemittel zur Formung eines Produkts; Entfernen des Bindemittels aus dem Produkt; Sintern des Produkts; Nachbearbeitung des Produkts zu einer Endform; und Härten des Produkts.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Pulver zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt, das aus einer Mischung einer Fe-Cr-Legierung besteht, die 30 Gew.-% Cr und Carbonyl-Eisenpulver, enthaltend 0,9 Gew.-% Kohlenstoff und natürliches Graphitpulver, enthält, wobei die Fe-Cr-Legierung einen mittleren Teilchendurchmesser von 30 um, das Eisenpulver einen mittleren Teilchendurchmesser von 5 um und das Kohlenstoff- und das natürliche Graphitpulver einen mittleren Teilchendurchmesser von 22 um aufweisen.
- Alternativ dazu kann das Pulver zur Anwendung im erfindungsgemäßen Verfahren aus einer Mischung einer Fe-Mn-Legierung, die 77 Gew.-% Mn enthält, und einem Carbonyl-Eisenpulver, das 0,5 oder 0,9 Gew.-% an Kohlenstoff oder natürlichem Graphitpulver enthält, bestehen, wobei die Fe-Mn-Legierung einen mittleren Teilchendurchmesser von 8 um, das Carbonyl-Eisenpulver einen mittleren Teilchendurchmesser von 5 um und das Kohlenstoff- und natürliche Graphitpulver einen mittleren Teilchendurchmesser von 22 um aufweisen.
- Die durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildete Legierung umfaßt Cr und/oder Mn als essentielle Elemente zur Verbesserung der Härtbarkeit und weiterhin C als essentielles Element um die günstige Härtbarkeit zu erhalten. Wenn die Cr- und/oder Mn-Anteile unter 0,5 Gew.-% liegen und/oder C unter 0,3 Gew.- %, bleibt die Härtbarkeit der erhaltenen Legierung weiterhin nicht zufriedenstellend; wenn der Anteil an Cr und/oder Mn über 3 Gew.-% liegt und/oder der von C 1 Gew.-% übersteigt, wird die Nachbearbeitbarkeit beeinträchtigt, da das erhaltene, derart gesinterte Produkt zu hart wird. Demnach wird der Anteil an Cr und/oder Mn auf einen Bereich von 0,5 bis 3 Gew.-% und der von C im Bereich von 0,3 bis 1 Gew.-% eingestellt.
- Nachfolgend wird die Erfindung weiter unter Bezugnahme auf nicht beschränkende Ausführungsbeispiele dargestellt.
- Ein wasserzerstäubtes feines Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser 30 um) aus einer Fe-Cr-Legierung mit 30 Gew.-% Cr (nachfolgend als Fe- 30 Gew.-% Cr-Legierung bezeichnet) als Mutterlegierung wurde mit Carbonyl-Eisenpulver (mittlerer Teilchendurchmesser 5 um), das 0,9 Gew.-% an Kohlenstoff- und natürlichem Graphitpulver (mittlerer Teilchendurchmesser 22 um) enthält, in den in der Tabelle 1 gezeigten Verhältnissen vermischt, und zur Mischung wurde weiterhin ein organisches Bindemittel bis zu einer Gesamtmenge von 10 Kg zugegeben. Die erhaltene Mischung wurde geknetet und in eine Metallform spritzgegossen, um ein Teststück von 10 mm Breite, 10 mm Dicke und 55 mm Länge zu erhalten. Auf diese Weise wurden die Teststücke Nr. 1 bis Nr. 7 erhalten.
- Die geformten Teststücke wurden in Stickstoffatmosphäre bei 300ºC von Bindemittel freigemacht und in einem halbkontinuierlichem Vakuum-Sinterofen bei 1.250ºC unter 5 x 10&supmin;² Torr Vakuum einer Sinterung unterzogen, um fehlerfreie Sinterformstücke zu erhalten. Die Sinterformstücke wiesen eine relative Dichte im Bereich von 93 % bis 95 % in Abhängigkeit von der Zusammensetzung auf.
- Die Vickers-Härte der Sinterformstücke wurde durch Auflegen eines Gewichts von 10 kg bestimmt. Die Sinterformstücke wurden anschließend in Öl abgeschreckt und getempert. Das Abschrecken wurde durch das Abschrecken eines 30 Minuten lang bei 830ºC gehaltenen Sinterformstücks in Öl durchgeführt. Das Tempern umfaßte das Kühlen des bei 170ºC 60 Minuten lang gehaltenen Sinterformstücks in Luft. Die Vickers-Härte bei einem Gewicht von 10 kg wurde dann wiederum bei jedem hitzebehandelten Sinterformstück bestimmt.
- Das Teststück Nr. 8 wurde dann in gleicher Weise wie oben beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme das ein Carbonyl-Eisenpulver (mittlerer Teilchendurchmesser 5 um) mit 0,9 Gew.-% Kohlenstoff- und Carbonyl-Nickelpulver (mittlerer Teilchendurchmesser 7 um) in den in der Tabelle 1 gezeigten Mengen verwendet wurde. Die Vickers-Härte wurde an diesem Sinterformstück mit einer relativen Dichte von 95 % ebenfalls bestimmt.
- Die bestimmte Härte für das Sinterformstück und die hitzebehandelten Produkte sind in der Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) Vickers Härte (Hv) wie gesintert hitzebehandelt Erfindung Vgl.Beisp. Stand der Technik Rest
- Die Tabelle 1 zeigt, daß die erfindungsgemäß gesinterten Legierungen einen niedrigen Hv-Wert von 260 oder darunter aufweisen. Dies bestätigt, daß die Nachbearbeitbarkeit der erfindungsgemäßen Legierungen im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Legierungen gut ist. Die hitzebehandelten erfindungsgemäßen Legierungen weisen eine Härte von über 700 auf, was deutlich die überlegene Härtbarkeit zeigt.
- Ein mechanisch zerkleinertes feines Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser 8 um) aus einer Fe-Mn-Legierung mit 77 Gew.-% Mn (nachfolgend Fe-77 Gew.-% Mn-Legierung) als Mutterlegierung wurde mit Carbonyl-Eisenpulver (mittlerer Teilchendurchmesser 5 um) mit 0,5 Gew.-% oder 0,9 Gew.-% an Kohlenstoff- und natürlichem Graphitpulver (mittlerer Teilchendurchmesser 22 um) in den in der Tabelle 2 gezeigten Anteilen vermischt, und zur Mischung wurde weiterhin ein organisches Bindemittel bis zu einer Menge von insgesamt 10 kg zugegeben. Die so erhaltene Mischung wurde geknetet, und das geknetete Produkt wurde in eine Metallform spritzgegossen, um ein Teststück von 10 mm Breite, 10 mm Dicke und 55 mm Länge zu erhalten. Auf diese Weise wurden die Teststücke Nr. 9 und Nr. 15 erhalten.
- Die geformten Teststücke wurden in der gleichen wie im Beispiel 1 beschriebenen Weise gesintert, um Sinterformstücke mit einer relativen Dichte im Bereich von 92 bis 95 % in Abhängigkeit von der Zusammensetzung zu erhalten.
- Die Härte der Sinterformstücke wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1 beschrieben bestimmt. Die anschließende Hitzebehandlung und die Härtemessung an den hitzebehandelten Sinterstücken wurden gemäß dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren durchgeführt.
- Die gemessene Härte für die Sinterformstücke und die hitzebehandelten Produkte sind in der Tabelle 2 angegeben. TABELLE 2 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) Vickers Härte (Hv) wie gesintert hitzebehandelt Erfindung Vgl.Beisp. Stand der Technik Rest
- Die Tabelle 2 zeigt, daß die erfindungsgemäß gesinterten Legierungen einen niedrigen Hv-Wert von 270 oder darunter aufweisen. Dies zeigt, daß die Nachbearbeitbarkeit der erfindungsgemäßen Legierungen im Vergleich zu den aus der Stand der Technik bekannten Legierungen gut ist. Die hitzebehandelten erfindungsgemäßen Legierungen weisen eine Härte von mehr als 700 auf, was deutlich die Überlegenheit in der Härtbarkeit zeigt.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines spritzgegossenen
Stahlprodukts mit einer Härte (Hv) von über 700 und mit 0,5
bis 3,0 Gew.-% Cr und/oder Mn, 0,3 bis 1 Gew.-% C und als
Rest Fe, umfassend die Schritte:
Spritzgießen von gekneteten Stahlpulver und Bindemittel
zur Formung eines Produkts;
Entfernen des Bindemittels aus dem Produkt;
Sintern des Produkts;
Nachbearbeitung des Produkts zu einer Endform; und
Härten des Produkts.
2. Pulver zur Verwendung im Verfahren nach Anspruch 1,
bestehend aus einer Mischung aus einer Fe-Cr-Legierung, die
30 Gew.-% Cr und Carbonyleisenpulver, enthaltend 0,9
Gew.-% Kohlenstoff- und natürliches Graphitpulver
enthält, wobei die Fe-Cr-Legierung einen mittleren
Teilchendurchmesser von 30 um, das Eisenpulver einen mittleren
Teilchendurchmesser von 5 um und das Kohlenstoff- und das
natürliche Graphitpulver einen mittleren
Teilchendurchmesser von 22 um aufweisen.
3. Pulver zur Anwendung im Verfahren nach Anspruch 1,
bestehend aus einer Mischung aus einer Fe-Mn-Legierung,
enthaltend 77 Gew.-% Mn, und ein Carbonyleisenpulver,
enthaltend 0,5 Gew.-% oder 0,9 Gew.-% Kohlenstoff- und das
natürliche Graphitpulver, wobei die Fe-Mn-Legierung einen
mittleren Teilchendurchmesser von 8 um, das
Carbonyleisenpulver einen mittleren Teilchendurchmesser von 5 um
und das Kohlenstoff- und natürliches Graphitpulver einen
mittleren Teilchendurchmesser von 22 um aufweisen.
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| 8331 | Complete revocation |