DE69323865T2

DE69323865T2 - Eisenpulver und gemischtes pulver für die pulvermetallurgie und zur herstellung von eisenpulver

Info

Publication number: DE69323865T2
Application number: DE69323865T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Ishikawa; Yoshiaki Maeda; Minoru Nitta; Kuniaki Ogura; Hiroshi Ohtubo; Takeo Omura; Hiroshi Yoshii
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2013-09-18
Also published as: US5458670A; EP0618027B1; JP3273789B2; US5507853A; CA2123881C; WO1994006588A1; EP0618027A1; EP0618027A4; DE69323865D1; CA2123881A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Für Pulvermetallurgie verwendetes Eisenpulver wird grob in zwei Arten von reinem Eisenpulver und legiertem Stahlpulver unterteilt.
Diese Erfindung betrifft Eisenpulver und gemischtes Pulver für die Pulvermetallurgie, welches zu dem obigen erstgenannten Eisenpulver zählt, wie auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Eisenpulvers.

HINTERGRUNDWISSEN

Das bei der Herstellung eines gesinterten Teiles verwendete Eisenpulver für die Pulvermetallurgie weist im allgemeinen eine Dichte von 5.0 bis 7.2 g/cm³ auf, wobei dem Eisenpulver Cu-Pulver, Graphitpulver und ähnliches hinzugefügt und dieses vermischt wird, in einer Form zu einem Vorpreßling geformt, gesintert und, falls nötig ein gesinterter Körper zwecks Dimensionskorrektur kalibriert wird.
Jedoch weist der durch Hinzufügen von Cu-Pulver, Graphitpulver oder ähnlichem zum Eisenpulver hergestellte gesinterte Körper eine hohe Festigkeit auf, so daß er den Nachteil hat, daß die Dimensionskorrektur wegen Rückfederung des gesinterten Körpers nicht bis zu einem zufriedenstellenden Grad durchgeführt werden kann, sogar wenn das Kalibrieren zwecks Dimensionskorrektur durchgeführt wird.
Als ein Verfahren zum Sicherstellen einer gewünschten Dimensionsgenauigkeit ohne Kalibrieren schlägt daher die JP-B-56-12304 eine Technik der Steigerung der Genauigkeit von Dimensionsänderungen durch Verbesserung der Teilchengrößenverteilung des Ausgangspulvers vor und die JP-A-3-142342 schlägt eine Technik zur Steuerung einer gegebenen Größe durch Vorhersage der Dimensionsänderung beim Sintern aufgrund der Form des Pulvers vor.
Jedoch wird dem Eisenpulver für Pulvermetallurgie Cu-Pulver, Graphitpulver, Schmiermittel und ähnliches hinzugefügt oder dieses damit gemischt, um die Eigenschaften in den Schritten von der Pulverbildung bis zum Formen zu vergleichmäßigen, oder es wird überdies zwecks Austausch mit einem neuen Gefäß übergeben, so daß die Eigenschaften, wie die Teilchengrößenverteilung, Form und ähnliches in diesen Schritten geneigt sind, sich zu verändern und auch eine Positionsveränderung der Inhaltsstoffe aufgrund von Absonderung des hinzugefügten Cu-Pulvers oder Graphitpulvers eintritt und demzufolge die erforderliche Dimensionsgenauigkeit nicht bis zu einem zufriedenstellenden Grad erreicht werden kann.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung dient zum vorteilhaften Lösen der obigen Probleme und zur Schaffung von Eisenpulver und gemischtem Pulver für Pulvermetallurgie, welches ermöglicht, einen dichten gesinterten Körper mit einer hohen Genauigkeit durch Steigerung der Genauigkeit von Dimensionsänderungen beim Sintern (konkrete Rohdichte: etwa 6.90 g/cm³, Streuungsbreite der Dimensionsänderungen: innerhalb 0.10%, vorzugsweise 0.06%) ohne Verschlechterung der Kompressibilität wie auch ein Verfahren zum vorteilhaften Herstellen eines solchen Eisenpulvers vorzuschlagen.
Die Erfinder haben vielfältige Studien im Hinblick auf die Zusammensetzung von Eisenpulver und das Compoundierungsverhältnis der Additive durchgeführt, um den obigen Gegenstand zu erhalten und haben die folgenden Erkenntnisse ermittelt:
(1) Die Dimensionsänderung im gesinterten Körper ist stark abhängig von der Menge und der Teilchengröße des zugefügten Graphits zum Eisenpulver;
(2) sogar wenn die Menge und Teilchengröße des Graphits sich ändert, reduziert sich die Streuungsbreite der mit Dimensionsänderung oder die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung, falls ein Oxid eines bestimmten Elementes auf der Oberfläche des Eisenpulvers in einer konstanten Menge oder mehr existiert; und
(3) so wie die Streuungsbreite der Oxidmenge gering wird, wird auch die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung gering.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 6 und 8 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2-5, 7 und 9 definiert.
Die Erfindung basiert auf den obigen Erkenntnissen.
Die Erfindung wird nun vom Standpunkt der experimentellen Ergebnisse der Erfinder beschrieben. Die Erfinder haben herausgefunden, daß der Grad der Dimensionsänderung im gesinterten Körper stark mit der Menge und Teilchengröße des hinzugefügten Graphits korreliert und insbesondere die Streuungsbreite der Dimensionsänderung (d. h. die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung) dazu neigt, größer zu werden, wie die Menge an Graphit größer wird.
Jedoch wurde gelegentlich bestätigt, daß die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung gering wird, obwohl die Menge an zugefügtem Graphit groß ist.
Als Ergebnis von Nachforschungen nach solch einem Grund, daß die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung gering ist, auch wenn die Menge an zugefügtem Graphit groß ist, ist bestätigt worden, daß dies aufgrund der Tatsache, daß eine relativ große Menge an Oxid auf der Oberfläche des Eisenpulvers existiert, der Fall ist.
Jedoch wird die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung nicht notwendigerweise gering, wenn das Oxid auf der Oberfläche des Eisenpulvers existent ist.
Dann wurde ein gemeinsamer Punkt in Betracht gezogen, daß jedes Oxid die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung auf einen geringen Grad steuern könnte. Als ein Ergebnis wurde erklärt, daß ein gutes Ergebnis erhalten wird, wenn alle Elemente verwendet werden, die jeweils einen Wert der freien Standardbildungsenergie des Oxids bei 1000ºC von nicht mehr als -120 kcal/l mol O&sub2; aufweisen.
In Tabelle 1 sind ein Wert der freien Standardbildungsenergie des Oxids bei 1000ºC jedes Elements, eine Zusammensetzung des resultierenden Oxids und eine Bewertung der Genauigkeit der Dimensionsänderung, wenn jedes Oxid auf der Oberfläche des Eisenpulvers gebildet ist (Oxidmenge: 0.1-0.2 Gew.-%) dargestellt. Tabelle 1
O ... Schwankungsbreite der Dimensionsänderung: leicht
x ... Schwankungsbreite der Dimensionsänderung: groß
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, wird eine gute Genauigkeit der Dimensionsänderung erhalten, wenn ein Oxid aus einem Element gewonnen wird, welches einen Wert der freien Standardbildungsenergie des Oxids bei 1000ºC von nicht mehr als -120 kcal/l mol O&sub2; aufweist.
Obwohl der Grund, warum die Genauigkeit der Dimensionsänderung durch die Existenz der obigen Oxide auf der Oberfläche des Eisenpulvers verbessert wird, noch nicht klar ist, wird er wie folgt angenommen.
Nämlich wenn das zuvor erwähnte Oxid auf der Oberfläche des Eisenpulvers bis zu einem gewissen Grad existiert, wird die Diffusion von C (Kohlenstoff) aus dem zugefügten Graphit in die Teilchen des Eisenpulvers während des Sinterns gesteuert und somit die Menge an eingedrungenem und diffundiertem C in das Eisenpulver auf einem nahezu konstanten Wert gehalten, sogar wenn sich die Menge und Teilchengröße des zugefügten Graphits ändert, wodurch ein sogenanntes Cu-Wachstum stabilisiert wird, um letztlich die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung auf eine schmale Spanne im Vergleich zur Schwankungsbreite der Menge des zugefügten Graphits zu steuern.
Die obige Erklärung wird, wie in Fig. 1 gezeigt, dargestellt.
Das heißt, wenn ein konventionelles Eisenpulver, bei dem kein Oxid auf seiner Oberfläche existiert, verwendet wird, was durch eine gekrümmte Linie 1 in obiger Figur gezeigt ist, variiert die Quantität der Dimensionsänderung in hohem Maße mit der Veränderung des C-Gehaltes, während wenn eine adäquate Menge an Oxid auf der Oberfläche des Eisenpulvers existent ist, was durch eine gekrümmte Linie 2 dargestellt ist, die Neigung der gekrümmten Linie gering wird, so daß sogar wenn der C-Gehalt sich verändert, die Quantität der Dimensionsänderung nicht so variiert wird.
Sogar wenn die Menge an zugefügtem Graphit wie oben erwähnt variiert, ist es zum effektiven Reduzieren der Spanne der Dimensionsänderung nötig, daß 0.008-0.5 Gew.-% eines Elements, welches einen Wert der freien Standardbildungsenergie des Oxids bei 1000ºC von nicht mehr als -120 kcal/l mol O&sub2; (nachfolgend einfach als adäquates Element bezeichnet) in das Eisenpulver inkludiert werden und nicht weniger als 20 Gew.-% des obigen Elements in Oxid überführt werden.
Wenn die Menge des adäquaten Elements weniger als 0.008 Gew.-% beträgt, kann die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper nicht auf die Schwankungsbreite des zugefügten Graphits reduziert werden, während wenn sie 0.5 Gew.-% übersteigt, die Kompaktierung beim Formen rapide abnimmt. Des weiteren ist, wenn die Menge an Oxid weniger als 20 Gew.-% beträgt, wie in Fig. 1 dargestellt, die Neigung einer Kurve zwischen der Menge an Graphit und der Quantität der Dimensionsänderung noch stark und somit kann die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper nicht auf die Schwankungsbreite des zugefügten Graphits reduziert werden.
Als adäquates Element sind Cr, Mn, V, Si, Ti und AI vorteilhaft adaptierbar. Auch im Falle der Zufügung dieser Elemente einzeln oder in Mischung kann der gleiche Effekt erzielt werden, wenn der Gehalt innerhalb eines Bereiches von insgesamt 0.008-0.5 Gew.-% liegt. Ferner ist ein bevorzugter Bereich eines jeden einzelnen hinzugefügten Elementes wie folgt:
Cr: 0.05-0.5 Gew.-%, Mn: 0.01-0.3 Gew.-%,
V: 0.008-0.5 Gew.-%, Si: 0.008-0.5 Gew.-%,
Ti: 0.00 -0.5 Gew.-%, Al: 0.008-0.5 Gew.-%.
Ferner wird durch EPMA festgestellt, daß das Oxid in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Eisenpulvers (etwa 10 um von der Oberfläche) verteilt und in Teilchen desselben existent ist. In der Erfindung wurde bestätigt, daß ein gewünschter Effekt erreicht wird, wenn das Oxidbildungsverhältnis nicht weniger als 20 Gew.-% beträgt und der Effekt wird stark, wenn die Position des Vorkommens des Oxids örtlich nahe der Oberfläche existent ist.
Darüber hinaus ist es wichtig, die Konzentration an Sauerstoff im Eisenpulver auf nicht mehr als 0.30 Gew.-% einzuregeln. Wenn Sauerstoff in einer 0.30 Gew.-% überschreitenden Konzentration enthalten ist, verringert sich die Kompressibilität während des Preßformens, was eine Verringerung der Festigkeit des Erzeugnisses ergibt.
Wie oben erwähnt, kann die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper im Vergleich zum konventionellen Fall in hohem Maße verringert werden, wenn eine gegebene Menge des adäquaten Elements im Eisenpulver enthalten ist und nicht weniger als 20% desselben in ein Oxid überführt wird. Als ein Ergebnis weiterer Studien der Erfinder wird erklärt, daß es wirkungsvoll ist, die Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses des adäquaten Elements auf nicht mehr als 50% (vorzugsweise nicht mehr als 30 %) zu begrenzen, um die Genauigkeit der Dimensionsänderung im gesinterten Körper noch weiter zu verbessern.
Das heißt, die Quantität der Dimensionsänderung im gesinterten Körper variiert gemäß des Oxidationsverhältnisses des adäquaten Elements, wie in Fig. 2 dargestellt. Diese Tendenz ist auffallend, wenn das Oxidationsverhältnis klein ist. Zum Beispiel wird im Falle von SiO&sub2; die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung deutlich groß, wenn das Oxidationsverhältnis nicht mehr als 20% beträgt. Daher wird, wenn die Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses groß ist (insbesondere das Oxidationsverhältnis ist klein), die zu dieser zugehörige Streuungsbreite der Dimensionsänderung groß. Umgekehrt wird, wenn die Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses gering ist, die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung effektiv gemindert.
In Tabelle 2 sind Meßergebnisse der Schwankungsbreite der Dimensionsänderung und Rohdichte im gesinterten Körper angegeben, wenn Si als adäquates Element im Eisenpulver in verschiedenen Mengen enthalten ist und die Streuungsbreiten des Oxidationsverhältnisses von Si vielfältig variiert werden. Tabelle 2
Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, wird eine sehr gute Genauigkeit der Dimensionsänderung, so daß die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper nicht mehr als 0.06% beträgt, erhalten, wenn Si innerhalb eines geeigneten Bereiches enthalten ist und sein Oxidationsverhältnis nicht weniger als 20% beträgt und auch die Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses auf nicht mehr als 50% geregelt wird.
Ferner wurden alle im obigen Experiment verwendeten gesinterten Körper erhalten, indem 2 Gew.-% Cu-Pulver, 0.8 Gew.-% Graphitpulver und 1 Gew.-% Zinkstearat als Schmiermittel wasser-atomisiertem und in einer Reduktionsatmosphäre mit einem Taupunkt von 10-60ºC reduzierten Eisenpulver hinzugefügt wurden, zu einem Vorpreßling mit einer Dichte von 6.9 g/cm³ geformt und dann in RX-Gas mit einem CO&sub2;-Gehalt von 0.3% bei 1130ºC während 20 Minuten gesintert wurden. Die Streuung der Dimensionsänderung wird durch eine Schwankungsbreite der Dimensionsänderung beim Sintern auf Basis des Vorpreßlings ausgewertet, der einen gegebenen Außendurchmesser, bezüglich 100 ringförmiger Muster einen Außendurchmesser von 60 mm, einen Innendurchmesser von 25 mm und eine Höhe von 10 mm aufweist. Weiterhin wird die Rohdichte gemessen, wenn 1 Gew.-% Zinkstearat dem gleichen Eisenpulver wie oben erwähnt zugefügt und vermischt wird und unter einem Formdruck von 5 t/cm² geformt wird.
Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Eisenpulvers wird unten beschrieben.
Zunächst ist das Herstellungsverfahren für das Eisenpulver nicht besonderen Beschränkungen erlegen, so daß die herkömmlichen bekannten Verfahren, wie das Wasseratomisierverfahren, ein Reduktionsverfahren und ähnliches adaptierbar sind. Unter diesen ist das Wasseratomisierverfahren besonders vorteilhaft, um effektiv Eisenpulver herzustellen, welches eine gewünschte Teilchengröße aufweist und in welchem eine durchschnittliche Teilchengröße des Eisenpulvers vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von etwa 50-100 um liegt.
Dann ist es notwendig, daß zumindest 20 Gew.-% des enthaltenen adäquaten Elements in Oxid überführt werden, indem das Eisenpulver einer Oxidationsbehandlung in einer geeigneten Oxidationsatmosphäre ausgesetzt wird. Zu diesem Zweck ist es wichtig, daß die Oxidationsbehandlung bei einer Temperatur von 100 bis 200ºC in einer Stickstoffatmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von 2.5-15.0 Vol.-% durchgeführt wird.
Wenn die Konzentration des Sauerstoffs in der Atmosphäre weniger als 2.5 Vol.-% beträgt, ist es schwierig, das Oxid von nicht weniger als 20% sicherzustellen, während wenn sie 15 Vol.-% übersteigt, der Sauerstoffgehalt im Eisenpulver sogar durch eine Reduktionsbehandlung, wie später erläutert, nicht auf nicht mehr als 0.30 Gew.-% geregelt werden kann und die Kompressibilität abnimmt. Der Grund, warum der wesentliche Inhaltsstoff der Atmosphäre Sauerstoff ist, liegt in der Tatsache, daß es einfach ist, die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre zu regeln und dort auch kein Risiko einer Explosion, wie in Wasserstoff oder ähnlichem besteht und der wirtschaftliche Vorzug im Vergleich zu dem Fall, daß ein inertes Gas Ar oder ähnliches verwendet wird, groß ist.
Darüber hinaus reicht es zur Regelung der Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses bei der Bildung des Oxids durch die obige Oxidationsbehandlung auf nicht mehr als 50% aus, die Oxidationsbehandlung unter Rühren des Pulvers durchzuführen. Als Rührapparat sind ein rotierender Trockenofen und ein Rührtrockner vorteilhaft adaptierbar.
Nun werden nicht weniger als 20% des adäquaten Elements durch die zuvor erwähnte Oxidationsbehandlung in ein Oxid überführt, währendderer Eisen selbst oxidiert wird, um ein Eisenoxid zu bilden. Da solch ein Eisenoxid unerwünscht die Kompressibilität verschlechtert, ist es notwendig, daß Eisenoxid zu reduzieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher nur das oxidierte Fe selektiv reduziert, indem es einer Reduktionsbehandlung in einer Reduktionsatmosphäre bei 800-1000ºC nach der obigen Oxidationsbehandlung ausgesetzt wird. Bei der selektiven Reduktionsbehandlung des oxidierten Fe liegt der Grund, warum die Behandlungstemperatur auf den Bereich von 800 bis 1000ºC begrenzt ist, in der Tatsache, daß wenn die Behandlungstemperatur niedriger als 800ºC ist, es schwierig ist, den Sauerstoffgehalt im Eisenpulver auf nicht mehr als 0.30 Gew.-% zu reduzieren, während wenn sie 1000ºC überschreitet, das Oxid des adäquaten Elements ebenfalls reduziert wird und es schwierig ist, die adäquate Menge von nicht weniger als 20 Gew.-% sicherzustellen. Außerdem ist die Behandlungsdauer von etwa 20-60 Minuten ausreichend.
Obwohl das obige die Technik der Steigerung der Genauigkeit der Dimensionsänderung im gesinterten Körper durch Modifikation des Eisenpulvers selbst beschreibt, kann die Genauigkeit der Dimensionsänderung im resultierenden gesinterten Körper durch die Anwendung der obigen Technik auch dann verbessert werden, wenn gewöhnliches Eisenpulver verwendet wird.
Dies bedeutet, daß die zuvor erwähnte Technik darin besteht, daß ein gegebenes adäquates Element im Eisenpulver enthalten ist und ein Teil desselben in ein Oxid überführt wird. Auf der anderen Seite besteht im Hinblick auf die Wirkung substantiell kein Unterschied, sogar wenn eine gegebene Menge an Oxidpulver des adäquaten Elements mit dem gewöhnlichen Eisenpulver als ein Ausgangspulver für den gesinterten Körper vermischt wird.
Als Oxidpulver des adäquaten Elements sind Cr&sub2;O&sub3;, MnO, SiO&sub2;, V&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und ähnliche vorteilhaft adaptierbar. Der gleiche Effekt wir im Falle der Modifikation des Eisenpulvers selbst kann erzielt werden, indem zumindest eines dieser Oxide in einer Menge von insgesamt 0.01-0.20 Gew.-% hinzugefügt wird.
Der Grund, warum die Menge an Oxidpulver auf den Bereich von 0.01-0.20 Gew.-% limitiert ist, liegt darin, daß wenn die Menge geringer als 0.01 Gew.- % ist, die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper nach wie vor groß ist, während wenn sie 0.20 Gew.-% überschreitet, die Rohdichte und somit die Festigkeit des gesinterten Körpers rapide abnimmt.
Im Falle eines solchen gemischten Pulvers werden Bedenken einer Verschlechterung der Genauigkeit aufgrund von Absonderungen des Oxidpulvers wegen eines ungleichförmigen Vermischens hervorgerufen. Dies ist das gleiche wie bei der Streuung des Oxidationsverhältnisses im Eisenpulver selbst. Auch wenn etwa Absonderung hervorgerufen wird, wird keine die Obergrenze des Oxidationsverhältnisses von 50% im Eisenpulver selbst überschreitende Absonderung ausgelöst, so daß hier substantiell kein Problem besteht.
Im Gegenteil kann die Menge an Oxid im gemischten Pulver genau geregelt werden, so daß die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung mit einer höheren Genauigkeit gesteuert werden kann, wenn ein gleichmäßiges Mischen erfüllt ist und somit kann die Quantität der Dimensionsänderung im gesinterten Körper innerhalb eines gewissen Bereiches frei eingestellt werden.
In Tabelle 3 sind die Rohdichte, die Dimensionsveränderungsrate des gesinterten Körpers und die Querbruchfestigkeit des gesinterten Körpers dargestellt, wenn Al&sub2;O&sub3;-Pulver in verschiedenen Mengen als Oxidpulver hinzugefügt wird.
Ferner wird die Dimensionsänderung in Längsrichtung des gesinterten Körpers vor und nach dem Sintern an 100 gesinterten Körpern gemessen, wobei jeder der Körper durch Hinzufügen und Mischen von wasser-atomisiertem Eisenpulver mit 1.5 Gew.-% Cu-Pulver, 0.9 Gew.-% Graphitpulver, 1 Gew.-% eines festen Schmiermittels (Zinkstearat) und 0.01-0.25 Gew.-% feinem Aluminiumpulver, Formen zu einem Verpreßling mit einer Länge von 35 mm, einer Breite von 10 mm und einer Höhe von 5 mm bei einer Rohdichte von 7.0 g/cm³ und dann Sintern mit einem propanmodifizierten Gas bei 1130ºC während 20 Minuten hergestellt wird.
Des weiteren wird die Rohdichte gemessen, wenn das gleiche Eisenpulver wie oben erwähnt mit 1 Gew.-% Zinkstearat zusammengefügt und gemischt wird und unter einem Formdruck von 5 t/cm² geformt wird. Tabelle 3
Die Quantität der Dimensionsänderung im gesinterten Körper basiert auf der Abmessung des Vorpreßlings.
Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, neigt die Dimensionsänderung dazu, mit der Steigerung der Menge an feinem Al&sub2;O&sub3;-Pulver anzusteigen. Wenn die Menge 0.1 Gew.-% beträgt, wird ein Anstieg um etwa 0.2% im Vergleich zu dem Fall, daß kein feines Pulver hinzugefügt wird, hervorgerufen, bei dem substantiell keine Streuung der Dimensionsänderung auftritt.
Somit kann, wenn die Menge an hinzugefügtem Al&sub2;O&sub3;-Pulver innerhalb eines Bereiches von 0.01-0.20 Gew.-% liegt, die Quantität der Dimensionsänderung im gesinterten Körper durch einen gegebenen Wert gemäß der Menge an hinzugefügtem Al&sub2;O&sub3;-Pulver ohne Abnahme der Festigkeit des gesinterten Körpers exakt verändert werden.
Von daher können bei einem solchen gemischten Pulver die Abmessungen des gesinterten Körpers optional eingestellt werden, wenn die Menge an zugefügtem Oxidpulver passend eingestellt ist. Zum Beispiel ist es möglich, mehrere Arten der gesinterten Körper mit unterschiedlichen Abmessungen aus einer einzelnen Form herzustellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Grafik, die ein Verhältnis zwischen der Menge an zugefügtem Graphit und der Quantität der Dimensionsänderung im gesinterten Körper zeigt; und
Fig. 2 ist eine Grafik, die ein Verhältnis zwischen dem Oxidationsverhältnis und der Quantität der Dimensionsänderung im gesinterten Körper zeigt.

Beispiel 1

Verschiedene Eisenpulver mit einer Zusammensetzung gemäß Tabellen 4 - 1 bis 4 - 3 (durchschnittliche Teilchengröße: 50-100 um) werden durch das Wasseratomisierverfahren hergestellt und einer Oxidationsbehandlung und des weiteren einer Reduktionsbehandlung unter den in Tabelle 5 angegebenen Bedingungen unterzogen.
Das resultierende Eisenpulver wird mit 2.0 Gew.-% Cu-Pulver, 0.8 Gew.-% Graphitpulver und 1.0 Gew.-% Zinkstearat als Schmiermittel zusammengefügt und vermischt, zu einem Vorpreßling unter einem Formdruck von 5 t/cm² geformt und dann mit einem propanmodifizierten Gas bei 1130ºC während 20 Minuten gesintert.
Das Oxidationsverhältnis des hinzugefügten Elements nach der Reduktionsbehandlung, die Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses, die Rohdichte und die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung und die Zugfestigkeit des resultierenden gesinterten Körpers werden gemessen, um die in den Tabellen 4-1 bis 4-3 angegebenen Ergebnisse zu erhalten.
Ferner wird die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung über die Streuungsbreite des Dimensionsänderungsverhältnisses beim Sintern von 100 ringförmigen Mustern mit einem Außendurchmesser von 60 mm, einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Höhe von 10 mm auf Basis eines Vorpreßlings mit dem gleichen Außendurchmesser ausgewertet. Andererseits wird die Rohdichte gemessen, wenn das gleiche Eisenpulver wie oben erwähnt mit 1 Gew.-% Zinkstearat zusammengefügt und vermischt wird und unter einem Formdruck von 5 t/cm² geformt wird. Tabelle 4-1 Tabelle 4-2 Tabelle 3-4 Tabelle 5
Wie aus Tabelle 4 ersichtlich, enthalten alle Eisenpulver, die einen gegebenen Bereich eines adäquaten Elements enthalten und erfindungsgemäß der Oxidationsbehandlung und der Reduktionsbehandlung unterworfen werden, nicht weniger als 20% eines Oxids des zugefügten adäquaten Elements. Wenn der gesinterte Körper unter Verwendung eines solchen Eisenpulvers hergestellt wird, beträgt die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper nicht mehr als 0.1%, was im Vergleich zu einem konventionellen bemerkenswert exzellent ist. Des weiteren sind die Rohdichte und die Zugfestigkeit so hoch wie etwa 6.9 kg/mm³ bzw. etwa 40 kg/mm². Wenn insbesondere das Rühren bei der Oxidationsbehandlung durchgeführt wird (akzeptable Beispiele 4-5, 9-10, 14-15, 19-20, 24-25, 29- 30), wird die Streuungsbreite des zugefügten adäquaten Elements auf nicht mehr als 50% gedrückt und somit beträgt die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung nicht mehr als 0.05%, wodurch eine noch exzellentere Genauigkeit der Dimensionsänderung erhalten wird.
Im Gegensatz dazu beträgt in den Vergleichsbeispielen 1, 4 und 7 die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre für die Oxidationsbehandlung 1%, so daß das Oxidationsverhältnis des hinzugefügten adäquaten Elements weniger als 10% beträgt, während in den Vergleichsbeispielen 10, 13 und 16 die Temperatur bei der Reduktionsbehandlung 1000ºC übersteigt, so daß das Oxidationsverhältnis des hinzugefügten adäquaten Elements weniger als 20% ist. In diesen Vergleichsbeispielen wird eine gute Genauigkeit der Dimensionsänderung nicht erreicht. In den Vergleichsbeispielen 2, 5, 8, 11, 14 und 17, in denen die Menge des zugefügten adäquaten Elements weniger als die Untergrenze beträgt, ist die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung, sogar wenn die Herstellungsbedingungen adäquat sind, so groß wie etwa 0.20 %, während in den Vergleichsbeispielen 3, 6, 9, 12, 15 und 18, in denen die Menge des hinzufügten adäquaten Elements exzessiv ist, ein schneller Abfall der Kompressibilität und somit eine Abnahme der Festigkeit im gesinterten Körper beobachtet wird.
Ferner wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre für die Oxidationsbehandlung 15% übersteigt oder wenn die Temperatur bei der Oxidationsbehandlung 200ºC übersteigt, der Sauerstoffgehalt nach der Behandlung zu hoch und es wird eine lange Zeitdauer für die Reduktionsbehandlung benötigt. Auch wird unerwünscht eine lange Reduktionszeit benötigt, wenn die Temperatur bei der Reduktionsbehandlung niedriger als 800ºC ist.

Beispiel 2

Eisenpulver mit einer Zusammensetzung wie in Tabelle 6 angegeben (durchschnittliche Teilchengröße. 50-100 um) werden mit dem Wasseratomisierverfahren hergestellt und dann einer Oxidationsbehandlung und einer Reduktionsbehandlung unter den in der Tabelle 7 dargestellten Bedingungen unterzogen.
Dann werden Vorpreßlinge und gesinterte Körper in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Es wird das Oxidationsverhältnis des zugefügten adäquaten Elements nach der Reduktionsbehandlung, die Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses, die Rohdichte und die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung und die Zugfestigkeit des resultierenden gesinterten Körpers gemessen, um die in der Tabelle 6 gezeigten Ergebnisse zu erhalten. Tabelle 6 Tabelle 7
Wie in Tabelle 6 ersichtlich, wird, sogar wenn eine Mischung von verschiedenen adäquaten Elementen hinzugefügt wird und falls die Menge der hinzugefügten Mischung geeignet ist und die Oxidations- und Reduktionsbehandlungen gemäß der Erfindung durchgeführt werden, nicht weniger als 20% eines jeden hinzugefügten adäquaten Elements im resultierenden Eisenpulver in ein Oxid überführt. Wenn ein solches Eisenpulver dazu verwendet wird, einen gesinterten Körper zu bilden, ist die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper so gering wie nicht mehr als 0.1% und die Rohdichte und Zugfestigkeit sind so hoch wie etwa 6.9 kg/mm³ bzw. etwa 40 kg/mm².
Insbesondere wenn während der Oxidationsbehandlung das Rühren durchgeführt wird (akzeptable Beispiele 32-33, 37, 39), wird die Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses des hinzugefügten adäquaten Elements auf nicht mehr als 50% gedrückt und deshalb beträgt die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung 0.03% und es wird eine besonders exzellente Genauigkeit der Dimensionsänderung erhalten.

Beispiel 3

Eisenpulver (Reinheit: 99.9%, Teilchengröße: 80 um) wird mit einer gegebenen Menge eines in der Tabelle 8 angegebenen Oxids zusammengefügt und mit 2.0 Gew.-% Cu-Pulver, 0.8 Gew.-% Graphitpulver und 1.0 Gew.-% Zinkstearat als Schmiermittel zusammengefügt und vermischt, zu einem Vorpreßling unter einem Preßdruck von 5 t/cm² geformt und dann in einem propanmodifizierten Gas bei 1130ºC während 20 Minuten gesintert.
Es werden die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung und die Zugfestigkeit des resultierenden gesinterten Körpers und die Rohdichte des Vorpreßlings gemessen, um die in der Tabelle 8 angegebenen Ergebnisse zu erhalten.
Ferner wird die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung über eine Streuungsbreite der Dimensionsänderung beim Sintern von 100 ringförmigen Mustern mit einem Außendurchmesser von 60 mm, einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Höhe von 10 mm auf Basis eines Vorpreßlings mit dem gleichen Außendurchmesser ausgewertet. Und auch die Rohdichte wird gemessen, wenn das gleiche Eisenpulver wie oben erwähnt mit 1 Gew.-% Zinkstearat zusammengefügt und vermischt wird und unter einem Formdruck von 5 t/cm² geformt wird. Tabelle 8
Wie aus Tabelle 8 ersichtlich, beträgt die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper nicht mehr als 0.05% und ist im Vergleich mit einem konventionellen bedeutend niedriger, wenn der gesinterte Körper unter Verwendung des erfindungsgemäßen gemischten Pulvers, in welchem die adäquaten Elemente in einer gegebenen Menge hinzugefügt sind, hergestellt wird und auch die Rohdichte und Zugfestigkeit sind so hoch wie etwa 6.9 kg/mm³ bzw. etwa 40 kg/mm².
Im Gegensatz dazu werden, wenn die Menge des hinzugefügten Oxidpulvers den in der Erfindung definierten Bereich übersteigt, eine rapide Abnahme der Kompressibilität und somit auch eine Abnahme der Festigkeit im gesinterten Körper, wie in den Vergleichsbeispielen 2, 4, 6, 8, 10 und 12 beobachtet. Weiterhin ist, wenn die Menge des zugefügten Oxidpulvers geringer als die adäquate Menge ist, die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung so groß wie etwa 0.2%, wie in den Vergleichsbeispielen 1, 3, 5, 7, 9 und 11.
In den Vergleichsbeispielen 13 und 14, die Cu&sub2;O- oder Ni-Pulver mit einem Wert der freien Standardbildungsenergie des Oxids bei 1000ºC von nicht weniger als -120 kcal/l mol O&sub2; verwenden, ist die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung nicht gering.

Beispiel 4

Tabelle 9 zeigt eine chemische Zusammensetzung von verwendetem Eisenpulver. Das Eisenpulver wird durch wasseratomisierten Stahl zur Bildung eines Rohpulvers, Aussetzen des Rohpulvers unter eine Oxidationsbehandlung in einer Stickstoffatmosphäre, enthaltend 3 Vol.-% Sauerstoff bei 140º für 60 Minuten, Reduzieren in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre bei 750-1050ºC für 20 Minuten und dann Pulverisieren und Sieben desselben erhalten.
Bei der Analyse von Cr, Mn als Oxid werden diese Elemente als Inklusion über das alkoholische Jodverfahren extrahiert und in Form von Cr&sub2;O&sub3; und MnO berechnet.
Es werden die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung und Zugfestigkeit, wenn der gesinterte Körper unter Verwendung des obigen Eisenpulvers hergestellt wird, das Oxidationsverhältnis des hinzugefügten adäquaten Elements nach der Reduktionsbehandlung und die Rohdichte des Vorpreßlings gemessen, um die in der Tabelle 10 enthaltenen Ergebnisse zu erhalten.
Bei der Dimensionsänderung des gesinterten Körpers wird ein Einfluß des Graphitgehaltes über eine Differenz zwischen Fe - 2.0% Cu - 1.0% Graphit (nachfolgend als Gr abgekürzt) und Fe - 2.0% Cu - 1.0% Gr, erhalten durch Mischen des Graphitpulvers und Kupferpulvers mit Eisenpulver geprüft. Die Differenz zwischen beiden wird bei 20 Mustern gemessen. Jedes Muster weist eine Ringform mit einem Außendurchmesser von 60 mm, einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Höhe von 10 mm auf und wird durch Formen zu einem Vorpreßling mit einer Rohdichte von 6.85 g/cm³ und dann Sintern in einer Stickstoffatmosphäre bei 1130º während 20 Minuten erhalten.
Darüber hinaus wird die Kompressibilität über eine Rohdichte ausgewertet, wenn das Eisenpulver mit einem 1 Gew.-% Zinkstearat (Fe - 1% ZnSt) vermengt wird und zu einer Tablette von 11 mm φ · 10 mm unter einem Formdruck von 5 t/cm² geformt wird.
Ferner wird die Festigkeit über eine Zugfestigkeit ausgewertet, wenn das Eisenpulver mit Graphitpulver und Kupferpulver gemischt wird, um eine Zusammensetzung von Fe - 2% Cu - 0.8% Gr zu erhalten, in ein JSPM-Standard Zugprobemuser (Rohdichte: 6.85 g/cm³) geformt wird und in einer Stickstoffatmosphäre bei 1130ºC während 20 Minuten gesintert wird. Tabelle 9 Tabelle 10
Wie aus der Tabelle 10 ersichtlich, zeigen alle den erfindungsgemäßen Bedingungen genügenden Eisenpulver eine Genauigkeit der Dimensionsänderung mit einer Schwankungsbreite von nicht mehr als 0.12%. Darüber hinaus werden in den akzeptablen Beispielen gute Werte für die Kompressibilität (ausgewertet über die Rohdichte unter einem Formdruck von 5 t/cm²) und die Festigkeit (ausgewertet über die Zugfestigkeit) gezeigt.
Im Gegensatz dazu beträgt in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 die Menge an oxidiertem Cr im Cr-Gehalt nicht mehr als 20%, so daß die Schwankungsbreite 0.15% übersteigt und die Eigenschaften verschlechtert werden. Im Vergleichsbeispiel 3 betragen die Mengen an Cr und Mn 0.006%, welche unterhalb der Untergrenze des adäquaten Bereichs sind, so daß die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper zur Schwankung der Menge an zugefügtem Graphit 0.15% übersteigt. Im Vergleichsbeispiel 4 übersteigt die Menge an Cr + Mn 0.5 Gew.-%, so daß die Kompressibilität schlecht und die Festigkeit gering ist. Ähnlich verringert sich die Kompressibilität, da die Menge an Cr + Mn im Vergleichsbeispiel 5 0.5 Gew.-% übersteigt und die Sauerstoffkonzentration im Vergleichsbeispiel 6 0.3 Gew.-% übersteigt und die Festigkeit ist gering.

Beispiel 5

Wasseratomisiertes Roheisenpulver mit einer Zusammensetzung von 0.05- 0.5 Gew.-% Cr, 0.01-0.3 Gew.-% Mn und das Verbleibende aus Fe und unvermeidlicher Verunreinigung wird einer Oxidationsbehandlung in einer Stickstoffatmosphäre unter Variieren der Sauerstoffkonzentration ausgesetzt und dann in einer reinen Wasserstoffatmosphähre bei 930ºC für 20 Minuten reduziert und danach wird eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre und dem Verhältnis des oxidierten Cr gemessen, um die in der Tabelle 11 gezeigten Ergebnisse zu erhalten. Tabelle 11
Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, beträgt in allen akzeptablen Beispielen, in denen die Sauerstoffkonzentration in der Stickstoffatmosphäre dem in der Erfindung definierten Bereich genügt, der Sauerstoffgehalt im fertigen Eisenpulver nicht mehr als 0.3 Gew.-% und das Oxidationsverhältnis von Cr auf das gesamte Cr ist nicht niedriger als 20%. Auf der anderen Seite beträgt im Vergleichsbeispiel 7, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Stickstoffatmosphäre nicht die Untergrenze gemäß der Erfindung erfüllt, der Sauerstoffgehalt im fertigen Eisenpulver nicht mehr als 0.3 Gew.-%, aber das Verhältnis des oxidierten Cr ist nicht höher als 20%, während im Vergleichsbeispiel 8, in welchem die Sauerstoffkonzentration in der Stickstoffatmosphäre die erfindungsgemäße Obergrenze übersteigt, der Sauerstoffgehalt im fertigen Eisenpulver 0.3 Gew.-% übersteigt.

Beispiel 6

Jedes der Eisenpulver, enthaltend verschiedene Gehalte an Si, wie in Tabelle 12 angegeben, wird mit 1.5 Gew.-% Cu-Pulver, 0.5 Gew.-% Graphitpulver und 1 Gew.-% Zinkstearat als Schmiermittel zusammengefügt und vermischt, zu einem ringförmigen Vorpreßling mit einem Außendurchmesser von 60 mm, einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Höhe von 10 mm und einer Rohdichte von 6.9 g/cm³ geformt und dann in einem RX-Gas mit einem CO&sub2;- Gehalt von 0.3% bei 1 130ºC während 20 Minuten gesintert.
Die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im erhaltenen gesinterten Körper wird gemessen, um die in der Tabelle 12 angegebenen Ergebnisse zusammen mit Ergebnissen, die über das Oxidationsverhältnis von elementarem Si im Eisenpulver und die Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses gemessen wurden, zu erhalten.
Die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung wird über die Streuungsbreite der Dimensionsänderung beim Sintern von 100 Mustern auf der Basis eines Vorpreßlings mit dem gleichen Außendurchmesser ausgewertet.
Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, wird in allen akzeptablen Beispielen gemäß der Erfindung, die eine adäquate Menge an Si enthalten und von dem nicht weniger als 20% in ein Oxid überführt sind, eine gute Genauigkeit der Dimensionsänderung erhalten, während in den Vergleichsbeispielen die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper stets groß ist. Tabelle 12

Beispiel 7

Gemäß der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 6 wird jedes der die in Tabelle 13 angegebenen verschiedenen Mengen an Si enthaltenden Eisenpulver mit 2.0 Gew.-% Cu-Pulver, 0.8 Gew.-% Graphitpulver und 1 Gew.-% Zinkstearat als Schmiermittel zusammengefügt und vermischt, zu einem ringförmigen Vorpreßling mit einem Außendurchmesser von 60 mm, einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Höhe von 10 mm und einer Rohdichte von 6.9 g/cm³ geformt, wobei 100 Muster hergestellt werden. Dann werden diese Muster in einem AX-Gas bei 1130ºC während 20 Minuten gesintert und die Quantität der Dimensionsänderung beim Sintern wird auf der Basis des Vorpreßlings mit gleichem Außendurchmesser gemessen, um deren Schwankungsbreite zu überprüfen.
Die für die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper gemessenen Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 13 zusammen mit Ergebnissen, die für das Oxidationsverhältnis des elementaren Si im Eisenpulver und für die Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses gemessen wurden, angegeben.
Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, wird in allen diesen akzeptablen Beispielen gemäß der Erfindung, die eine adäquate Menge an Si enthalten, von dem nicht weniger als 20% in ein Oxid überführt ist, eine gute Genauigkeit der Dimensionsänderung erhalten, während in den Vergleichsbeispielen die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper stets groß ist. Tabelle 13

Beispiel 8

Jedes der durch Wasseratomisation geschmolzener Stähle erhaltene und verschiedene Gehalte an Si und Mn aufweisende Rohpulver wird einer Oxidationsbehandlung in einer Stickstoffatmosphäre mit verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen bei 140ºC während 60 Minuten unterzogen und dann einer Reduktionsbehandlung in einer reinen Wasserstoffatmosphäre bei 930ºC während 20 Minuten ausgesetzt, um Eisenpulver (durchschnittliche Teilchengröße: 80 um) mit einer chemischen Zusammensetzung, Oxidmenge und Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses wie in Tabelle 14 dargestellt, zu erhalten.
Dann werden die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung, wenn der gesinterte Körper unter Verwendung dieser Pulver hergestellt wird und die Rohdichte des Vorpreßlings gemessen, um die in der Tabelle 14 angegebenen Ergebnisse zu erhalten.
Die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper wird als Streuungsbreite, ermittelt aus einer Quantität der Dimensionsänderung beim Sintern auf Basis eines Vorpreßlings ausgewertet, der den gleichen Außendurchmesser im Hinblick auf 100 gesinterte Muster aufweist und erhalten wird durch Zusammenfügen und Mischen des Eisenpulvers mit 1.5 Gew.-% Kupferpulver, 0.5 Gew.-% Graphitpulver und 1 Gew.-% Zinkstearat als Schmiermittel, Formen zu einem ringförmigen Vorpreßling mit einer Dichte von 6.9 g/cm³, einem Außendurchmesser von 60 mm, einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Höhe von 10 mm und Sintern in einem propanmodifizierten Gas mit einem CO&sub2;-Gehalt von 0.3% bei 1130ºC während 20 Minuten.
Es wird auch die Rohdichte gemessen, wenn das gleiche Eisenpulver wie oben erwähnt mit 1 Gew.-% Zinkstearat zusammengefügt und vermischt wird und unter einem Formdruck von 5 t/cm² geformt wird.
Außerdem wird die Streuungsbreite des Verhältnisses von oxidiertem Si im Si- Gehalt aus einer Streuungsbreite ermittelt, die durch Aufteilen des Eisenpulvers in 10 Teile und Analysieren eines Verhältnisses der SiO&sub2;-Menge zur gesamten Si-Menge für jeden Teil erhalten wird. Tabelle 14
Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, enthalten die akzeptablen Beispiele 1-7 adäquate Mengen an Si und Mn, bei denen nicht weniger als 20% der Si- und Mn-Mengen in ein Oxid überführt sind und deren Streuungsbreite nicht größer als 50% ist, so daß dort eine exzellente Genauigkeit der Dimensionsänderung von nicht mehr als 0.06% erhalten wird, was weniger als die typische Untergrenze der Dimensionsgenauigkeit nach der Korrektur der Dimensionsänderung durch herkömmliches Kalibrieren ist. Des weiteren ist die Kompressibilität sehr gut.
Im Gegensatz dazu stellen alle Vergleichsbeispiele den Fall dar, daß die chemische Zusammensetzung, Verhältnis der Si + Mn-Menge als Oxid und weiterhin die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre nicht den adäquaten, durch die Erfindung definierten Bereichen genügen, so daß die zufriedenstellenden Ergebnisse bei der Genauigkeit der Dimensionsänderung im gesinterten Körper und der Kompressibilität nicht erhalten werden.

Beispiel 9

Jedes der durch Wasseratomisation geschmolzener Stähle mit verschiedenen Mengen an Si und Mn erhaltenen Rohpulver wird einer Oxidationsbehandlung in einer Stickstoffatmosphäre mit verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen bei 140ºC während 60 Minuten ausgesetzt und dann einer Reduktionsbehandlung in einer reinen Wasserstoffatmosphäre bei 930ºC während 20 Minuten ausgesetzt, um Eisenpulver (durchschnittliche Teilchengröße: 70 um) herzustellen, die eine chemische Zusammensetzung, Oxidmenge und Streuungsbreite des Oxidationsverhältnisses wie in Tabelle 15 angegeben, aufweisen.
Dann werden die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung, wenn der gesinterte Körper unter Verwendung dieser Pulver hergestellt wird und die radiale Druckfestigkeit gemessen, um die in der Tabelle 15 dargestellten Ergebnisse zu erhalten.
Der Zustand von Si-Oxid auf der Teilchenoberfläche des Eisenpulvers wird mittels Auger-Analyse beobachtet.
Die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper wird aus der Quantität der Dimensionsänderung vor und nach dem Sintern ermittelt, wenn reines Eisenpulver mit 0.8 Gew.-% zweier Arten von Graphit mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 34 um und 6 um zusammengefügt und vermischt wird, zu einem ringförmigen Vorpreßling aus Fe - 2% Cu - 0.8% Graphit mit einem Außendurchmesser von 60 mm, einem Innendurchmesser von 25 mm, einer Höhe von 10 mm und einer Rohdichte von 6.80 g/cm³ geformt und in einem propanmodifizierten Gas mit einem CO&sub2;-Gehalt von 0.3% bei 1130ºC während 20 Minuten gesintert wird.
Außerdem wird die radiale Druckfestigkeit des gesinterten Körpers im Hinblick auf einen gesinterten Körper gemessen, der durch Sintern eines ringförmigen Vorpreßlings mit der gleichen Zusammensetzung und Rohdichte wie oben erwähnt und einem Außendurchmesser von 38 mm, einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Höhe von 10 mm in einem propanmodifizierten Gas mit einem CO&sub2;-Gehalt von 0.3% bei 1130ºC während 20 Minuten erhalten wird. Tabelle 15
Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, beträgt die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung nicht mehr als 0.1%, wenn das erfindungsgemäße Eisenpulver verwendet wird (akzeptable Beispiele 1-5). Insbesondere wenn Si-Oxid auf der Teilchenoberfläche des Eisenpulvers in Islandform verteilt ist (akzeptable Beispiele 1-4), ist sogar wenn die durchschnittliche Teilchengröße des zugefügten Graphitpulvers zwischen 34 um und 6 um stark unterschiedlich ist, die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper so sehr niedrig wie nicht mehr als 0.06% und auch die radiale Druckfestigkeit ist so hoch wie nicht weniger als 700 N/mm². Auf der anderen Seite zeigen alle Vergleichsbeispiele den Fall, daß die chemische Zusammensetzung und das Verhältnis der Si-Menge als Oxid nicht den in der Erfindung definierten Bereichen genügen, so daß eine gute Genauigkeit der Dimensionsänderung im gesinterten Körper wie unten erwähnt nicht erhalten wird.
In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ist die Si + Mn-Menge nicht geringer als 0.50% und übersteigt die Obergrenze, so daß die radiale Druckfestigkeit geringer als 700 N/mm² ist.
Im Vergleichsbeispiel 3 ist die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre, wenn wasseratomisiertes Pulver getrocknet wird, 2.0 Vol-% geringer als der definierte Wert, so daß die Schwankung der Dimensionsänderung groß ist.
In den Vergleichsbeispielen 4 und 5 ist der O-Gehalt 0.34 Gew.-% und der Si- Gehalt 0.62 Gew.-%, was jeweils die definierten Obergrenzen übersteigt, so daß nur die radiale Druckfestigkeit von weniger als 700 N/mm² erhalten wird.

Beispiel 10

Wasseratomisiertes Eisenpulver (durchschnittliche Teilchengröße: 70 um) wird mit nicht mehr als 0.3 Gew.-% verschiedener in Tabelle 16 dargestellter Oxidpulver (durchschnittliche Teilchengröße 5 um) zusammengefügt und mit 1.5 Gew.-% elektrolytischem Kupferpulver (durchschnittliche Teilchengröße: nicht mehr als 44 um), 0.9 Gew.-% Graphitpulver (durchschnittliche Teilchengröße: nicht mehr als 10 um) und 1 Gew.-% eines festen Schmiermittels zusammengefügt und vermischt, bei einer Rohdichte von 7.0 g/cm³ zu Testmustern für Querbruchfestigkeit mit einer Länge von 35 mm, einer Breite von 10 mm und einer Höhe von 5 mm geformt und dann in einem propanmodifizierten Gas bei 1130ºC während 20 Minuten gesintert.
Es werden die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung in Längsrichtung des gesinterten Körpers vor und nach dem Sintern und die Querbruchfestigkeit gemessen, um die in der Tabelle 16 angegebenen Ergebnisse zu erhalten. Tabelle 16(a) Tabelle 16(b)
Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, ist bei allen akzeptablen Beispielen, bei denen adäquate Mengen der Oxide zugefügt werden, die Quantität der Dimensionsänderung im gesinterten Körper konstant und die Streuungsbreite sehr klein. Des weiteren ist die Querbruchfestigkeit bis zu 0.1 Gew.-% im wesentlichen konstant.
Auf der anderen Seite neigt, wenn Cu&sub2;O-Pulver oder NiO-Pulver (durchschnittliche Teilchengröße: 5 um) verwendet wird, bei denen ein Wert der freien Standardbildungsenergie des Oxids bei 1000ºC niedriger als -120 kcal/l mol O&sub2; ist, die Abmessung mit der Steigerung der zugefügten Menge an Cu&sub2;O zum Expandieren oder NiO neigt zur Verminderung der Abmessung. In jedem Fall ist die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung leicht unterschiedlich gegenüber dem Fall, daß keine Abmessung geändert wird. Darüber hinaus ist, wenn die zugefügte Menge geringer als 0.01 Gew.-% ist, die Quantität der Einstellung der Dimensionsänderung gering, während wenn sie 0.20 Gew.-% überschreitet, die Rohdichte und die Querbruchfestigkeit des gesinterten Körpers rapide geringer wird.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Das erfindungsgemäße Eisenpulver für Pulvermetallurgie und dessen gemischtes Pulver reduzieren erheblich die Schwankungsbreite der Dimensionsänderung im gesinterten Körper ohne Rücksicht auf die Menge an zugefügtem Graphit und der Teilchengröße beim Sintern nach der Hinzufügung von Cu und Graphit im Vergleich mit dem herkömmlichen Eisenpulver für Pulvermetallurgie, wobei dort die gleiche oder bessere Genauigkeit der Dimensionsänderung als diese nach dem herkömmlichen Kalibrierschritt erhalten werden kann und auch die radiale Druckfestigkeit des gesinterten Körpers stabil erhalten wird. Von daher kann die Gestaltung und Herstellung von gesinterten Teilen mit hoher Festigkeit ohne Durchführung der Kalibrierung einfach erreicht werden.
Insbesondere kann das Oxidationsverhältnis im gemischten Pulver streng geregelt werden, wobei die Dimensionsschwankungsbreite mit höherer Genauigkeit geregelt werden kann. Ferner kann die Quantität der Dimensionsänderung der gesinterten Teile durch Einstellung der Menge an zugefügtem Oxid frei eingestellt werden.

Claims

1. Gemischtes Pulver für Pulvermetallurgie, gebildet durch Hinzufügung von Eisenpulver zu einer Mischung von 0.5-1 Gew.-% Graphitpulver und 1.5-2 Gew.-% Cu-Pulver, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenpulver insgesamt 0.008-0.5 Gew.-% von zumindest einem einen Wert der freien Standardbildungsenergie seines Oxids bei 1000ºC von nicht mehr als -120 kcal/l mol O&sub2; aufweisenden Element, aufweist und nicht mehr als 0.30 Gew.-% Sauerstoff enthält, wobei das Verbleibende (reminder) Fe und unvermeidliche Verunreinigungen sind, und wobei nicht weniger als 20% des obigen Elements ein Oxid ist.

2. Gemischtes Pulver nach Anspruch 1, wobei das Eisenpulver eine Streuungsbreite der Oxidationsrate von nicht mehr als 50% aufweist.

3. Gemischtes Pulver nach Anspruch 1, wobei das Element, welches einen Wert der freien Standardbildungsenergie seines Oxids bei 1000ºC von nicht mehr als -120 kcal/l mol 02 aufweist, ausgewählt ist aus: Cr, Mn, V, Si, Ti und Al.

4. Gemischtes Pulver nach Anspruch 3, wobei die Spanne der Konzentrationen eines jeden Elements, welches einen Wert der freien Standardbildungsenergie seines Oxids bei 1000ºC von nicht mehr als -120 kcal/l mol 02 aufweist, bei Anwesenheit im gemischten Pulver betragen:

Cr: von 0.05 bis 0.5 Gew.-%,

Mn: von 0.01 bis 0.3 Gew.-%,

V: von 0.008 bis 0.5 Gew.-%,

Si: von 0.008 bis 0.5 Gew.-%,

Ti: von 0.008 bis 0.5 Gew.-%, und

Al: von 0.008 bis 0.5 Gew.-%.

5. Gemischtes Pulver nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Pulver eine Menge an Cu von nicht mehr als 2.0 Gew.-% und eine Menge Graphit von nicht mehr als 0.8 Gew.-% enthält.

6. Gemischtes Pulver für Pulvermetallurgie, gebildet durch Hinzufügen von Eisenpulver zu einer Mischung von 0.5-1 Gew.-% Graphitpulver und 1.5-2 Gew.-% Cu-Pulver, dadurch gekennzeichnet, daß das gemischte Pulver insgesamt 0.01-0.20 Gew.-% eines Oxidpulvers von mindestens einem Element enthält, welches einen Wert der freien Standardbildungenergie seines Oxids bei 1000ºC von nicht mehr als -120 kcal/l mol O&sub2; aufweist.

7. Gemischtes Pulver nach Anspruch 6, wobei das Oxid ausgewählt ist aus: Cr&sub2;O&sub3;, MnO, SiO&sub2;, V&sub2;O&sub3;, TiO&sub2; und Al&sub2;O&sub3;.

8. Verfahren zur Herstellung eines gemischten Pulvers für Pulvermetallurgie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Eisenpulver, welches eine Zusammensetzung enthaltend insgesamt 0.008-0.5 Gew.-% von zumindest einem Element mit einem Wert der freien Standardbildungsenergie seines Oxids bei 1000ºC von nicht mehr als -120 kcal/l mol O&sub2; und nicht mehr als 0.30 Gew.-% Sauerstoff, wobei das Verbleibende (reminder) Fe und unvermeidliche Verunreinigungen sind, einer Oxidationsbehandlung bei einer Temperatur von 100-200ºC in einer Stickstoffatmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von 2.5-15.0 Vol.-% ausgesetzt wird und dann einer selektiven Reduktionsbehandlung für oxidiertes Fe in einer Reduktionsatmosphäre bei 800-1000ºC vor der Hinzufügung einer Mischung aus Graphitpulver und Cu-Pulver ausgesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Oxidationsbehandlung des Eisenpulvers unter Rühren durchgeführt wird.