DE69737265T2

DE69737265T2 - Herstellung nickelenthaltenden, gesinterten, verfestigten, feritischen rostfreien stahls

Info

Publication number: DE69737265T2
Application number: DE69737265T
Authority: DE
Inventors: K. Prasan Raleigh SAMAL; Erhard Raleigh KLAR
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2017-08-02
Also published as: AU3823397A; EP0946324B1; EP0946324A1; ES2279543T3; EP0946324A4; CA2261707C; DE69737265D1; US5976216A; CA2261707A1; WO1998005455A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Verfestigen von gesinterten ferritischen rostfreien Stielen. Derartige Stiele sind bei anspruchsvollen Automobilanwendungen, wie etwa Flanschen für Abgassysteme, nützlich.
Pulvermetallurgie-(P/M)-Teile werden hergestellt, indem Metall-(oder Legierungs-)Pulver in einen Kompaktkörper gepresst werden, gefolgt von Sintern des Kompaktkörpers bei einer hohen Temperatur in einer hohen Schutzatmosphäre. P/M rostfreie Stahlteile werden gewöhnlich hergestellt, indem vorlegierte Pulver der gewünschten Zusammensetzung verwendet werden. Wasseratomisierte vorlegierte, minus 100 Maschenzahlpulver werden typischerweise verwendet, da diese eine gute Grundfestigkeit und Komprimierfähigkeit bieten und kosteneffektiv sind. Obwohl voll vorlegierte Pulver gewöhnlich verwendet werden, liegt das Pulvermetallorgieverfahren der Verwendung von Zusatzstoffen für die Verbesserung der Eigenschaften der gesinterten Teile. Die Hochsintertemperaturen (oberhalb von ca. 2000°F) und langen Sinterzeiten (< 20 Minuten), die verwendet werden, sind in den meisten Fällen für eine substanzielle Diffusion und Legierungsbildung des Zusatzmetalls in der Matrixlegierung ausreichend.
P/M rostfreie Stahlteile bieten Kostenvorteile über deren Schmiedestahl-Gegenstücke, während die notwendige mechanische Festigkeit, Korrosionswiderstand, Oxidationswiderstand und erhöhte Temperaturfestigkeit beibehalten werden. Das P/M-Verfahren ist ganz flexibel und ermöglicht die Verstärkung von einer oder mehreren kritischen Eigenschaften für eine gegebene Anwendung, indem nur geringfügigere Modifikationen in der Legierungszusammensetzung, Verwendung von Zusatzstoffen und/oder Änderungen der Prozess-Parameter gemacht werden.
In einigen Anwendungen kann jedoch die Festigkeit von P/M rostfreien Stahlteilen nicht ausreichend sein. Spezifische Beispiele sind die Flansche, die in Automobil-Abgassystemen verwendet werden. Diese Flansche werden auf den Motor anderer Komponenten des Abgassystems entweder geschweißt oder genietet. Fähigkeiten für derartige Flansche beinhalten Korrosionswiderstand, Oxidationswiderstand, mechanische Festigkeit und Stoßwiderstand, sowohl Umgebungs- als auch erhöhten Temperaturen. Hohe Festigkeit ist zum Beibehalten der Leck-Dichtigkeit der Flansch-zu-Flansch und Flansch-zu-Verteiler genieteten Verbindungen wesentlich, so dass die Abgase nicht aus dem Abgassystem vor dem Eintreten in den katalytischen Umwandler austreten. Rostfreie Schmiedestahlflansche besitzen eine ausreichende Leistung im Allgemeinen; jedoch sind die Geometrie und Größen dieser Flansche der Art, dass das P/M-Verfahren signifikant weniger kosten würde. Das P/M-Verfahren bietet auch eine größere Flexibilität beim Design der Flansche, was die Auswahl des optimalen Designs für die beste Leistung und Gewichtssteuerung für spezifische Stellen und verschiedene Automobilmodelle ermöglicht.
Ferritische Grade von rostfreien Stählen werden fast immer in Automobil-Abgassystemen für Flansche, Rohre, HEGO (Hot Exhaust Gas Oxygen Analyzer) andere Teile und andere Komponenten verwendet. Diese Grade von rostfreiem Stahl sind kosteneffektiv und bieten einen adäquaten Korrosionswiderstand, Oxidationswiderstand und mechanischen Widerstand.
Ferritische rostfreie Stähle werden jedoch im Allgemeinen nicht hitzbehandelt, da sie keiner Phasentransformation unterworfen sind, die die Festigkeit und Härte nach dem Erhitzen und schnellen Abkühlen erhöht. (Martensitische Legierungen, auf der anderen Seite, können durch Hitzebehandlung gehärtet werden.) Wenn eine Anwendung daher gesinterte ferritische rostfreie Stähle von höherer Festigkeit benötigt, wird eine derartige zusätzliche Festigkeit gewöhnlich erreicht, ihre gesinterte Dichte erhöht wird oder der Legierungsgehalt erhöht wird. Zum Beispiel sind die gewöhnlich verwendeten ferritischen P/M rostfreien Stähle AISI-Typen 409L, 410L, 430L und 434L; die Festigkeitszunahme, die mit der Änderung von den niedrig legierten 409L zu dem höher legierten 434L verbunden ist, in dem Bereich von ungefähr 10 bis 15 Prozent, wenn hinsichtlich der Reißfestigkeit (UTS) ausgedrückt. In einigen Fällen kann eine derartige Zunahme nicht ausreichend sein und zudem kosten die höher legierten Grade mehr.
P/M rostfreie Stähle können auch in einer Atmosphäre aus dissoziierten Ammoniak gesintert werden, in welchem Fall die Stiele wesentliche Mengen an Stickstoff absorbieren, welches signifikantes Festlösungshärten bereit stellt.
Ohne schnelles Abkühlen nach dem Sintern wird jedoch der Korrosionswiderstand aufgrund Empfindlichmachung drastisch reduziert werden. Akzeptable Kühlungsraten sind einige hundert Grad Celsius pro Minute, welches nicht kommerziell gegenwärtigen Stand der Technik der Sinterverfahren machbar ist. So wird dieses Verfahren der Verfestigung im Allgemeinen nicht praktiziert, wenn der Korrosionswiderstand wichtig ist.
Auf dem Gebiet der Schmiedestahl-ferritischen rostfreien Stähle, offenbart US-Patent Nr. 2,210,341 eine Nickelzugabe von 0,3 bis 3% zu Schweißstäben, die 8 bis 15% Cr, 0,3 bis 3% Mn, 0,3 bis 3% Mo und 0,02 bis 0,07 Kohlenstoff enthalten, wobei der Rest Eisen ist. Die Zugabe von Nickel fördert eine Feinkornstruktur und macht die Schweißnieten hart und verformbar. Einige der neueren Schmiedestahl-ferritischen rostfreien Stähle enthalten kleine Mengen an Nickel von nützlichem Effekt auf die Härte, beim Herabsetzen der verformbar-zu-brüchig Übergangstemperatur, und auf die Verbesserung der Passivitätseigenschaften. P/M rostfreie Stähle sich keinem Kornwachstum wie Schmiedestahl-rostfreie Stähle, und somit benötigen diese keine Nickelzugabe, um die Kornstruktur zu steuern. Sogar bei Schmiedestahlrostfreien Stählen, wird die Nickelzugabe viel weniger häufig praktiziert, da Nickel enthaltende Schweißdrähte neuerdings angeboten werden, welche Nickel der Schweißzone bereit stellen können.
Demgemäß ist es erwünscht, die Festigkeit der gesinterten ferritischen rostfreien Stähle zu erhöhen, ohne dass ein rasches Nachsinterkühlen benötigt wird, und ohne dass der Korrosionswiderstand verringert wird. Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, gesinterte ferritische rostfreie Stahlzusammensetzungen mit derartigen Eigenschaften herzustellen. Eine andere Aufgabe ist es, Sinterpulver herzustellen, die ferritische rostfreie Pulver umfassen, die Nickel, vorlegierte und/oder vermischte Pulverkomponente enthalten.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese und andere Aufgaben und Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung erreicht, welche auf Metallpulver gerichtet ist, die kleine aber effektive Anteile von Nickel enthalten. Die Erfindung ist in den angefügten Ansprüchen 1 und 7 definiert, wobei die abhängigen Ansprüche sich auf bevorzugte Ausführungsformen beziehen. Die Menge an Nickel, die zugegeben wird, reicht von 0,5 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 2,0 Gew.-% und weiter bevorzugt von 0,5 bis 1,5%, und ist beim Erhöhen der mechanischen Festigkeit des gesinterten Produkts effektiv, verglichen zu ähnlich gesinterten Produkten, denen eine Nickelkomponente fehlt. Das Nickel kann zu den rostfreien Stahlpulvern in teilchenförmiger Form und/oder rostfreiem Stahl selbst legiert, zugegeben werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorstehenden und andere Vorteile der Erfindung Fachleuten aus der Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung, Beispiele und der angefügten Ansprüche offensichtlich werden.
Rostfreier Stahl ist hauptsächlich aus Eisen, das mit wenigstens 10,5% Chrom legiert ist, zusammengesetzt.
Andere Elemente, die aus Silicium, Nickel, Mangan, Molybdän, Kohlenstoff etc. ausgewählt sind, können in spezifischen Graden vorhanden sein. Ferritische rostfreie Stähle sind Legierungen aus Eisen und Chrom, die mehr als 10 Gew.-% Chrom enthalten und eine raumzentrierte kubische kristalline Struktur bei Raumtemperatur besitzen. Diese Legierungen sind magnetisch.
Repräsentative, kommerzielle ferritische P/M rostfreie Stähle und deren Gehalte sind nachstehend gemäß der AISI-Zahlen tabuliert.

*409L enthält auch 0,5 Gew.-% Nb

Die Standard-ferritischen rostfreien Stähle enthalten kein Nickel, außer eine Spur Verunreinigungen in der Größenordnung von kaum feststellbar bis ungefähr 0,3 Gew.-%, in typischen Fällen. Die austenitischen rostfreien Stähle, andererseits, enthalten typischerweise ungefähr 8 bis 12 Gew.-% Nickel. Die am häufigsten verwendeten rostfreien ferritischen Stähle für Automobil-Abgasflansche und HEGO-...teile? sind die vorstehend zitierten 409L-, 410L-, 434L-Stähle und deren Modifikationen. Beim P/M-Verarbeiten beinhalten diese Modifikationen häufig das Vergrößern des Gehalts an Chrom und/oder Molybdän, um 1 oder 2 Prozent. Legierung 409L enthält eine kleine Menge an Niob oder Titan, welches dessen Schweiß-Eigenschaften verbessert. Legierungen 410L und 434L können auch mit kleinen Mengen an Niob und/oder Titan legiert werden, um deren Schweißeigenschaften zu verbessern. Die "L"-Bezeichnung bezieht sich auf den niedrigen Kohlenstoffgehalt der Legierungen (< 0,03 Gew.-%), welches für verbesserten Korrosionswiderstand, Komprimierbarkeit des Pulvers und Schweißbarkeit der Teile wesentlich ist. Stahl der Serien 410L kann in eine martensitische Legierung durch Zugabe von kleinen Mengen (typischerweise 0,22%) von Kohlenstoff verarbeitet umgewandelt werden, welches diese gegenüber Wärmebehandlung ansprechbar macht.
Rostfreie Stahlpulver werden verwendet, um gesinterte Teile für Automobilanwendungen und dergleichen herzustellen, indem die Pulver im geeigneten Gestalten geformt werden und bei Sintertemperaturen (typischerweise ca. 2000°F) für eine Zeitdauer erhitzt werden, die zur Ausbildung eines festen gesinterten Materials effektiv ist. Die Sinterpulver sind typischerweise von einer Maschenzahl 100, mit durchschnittlichen Teilchengrößen von ca. 60–70 Mikron und einer maximalen Teilchengröße von 149 Mikron. In einigen Fällen ist es erwünscht, die so geformten Teile nach dem Sintern schnell abzukühlen, um Korrosionswiderstand beizubehalten, aber häufig sind akzeptable Kühl-Raten zu hoch, um diese in kommerziellen Sinter-Öfen zu erreichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist entdeckt worden, dass der Einbau von Nickel in ferritische rostfreie Stahlpulver, als teilchenförmiger Nickel und/oder eine Legierungskomponente der Stahlteilchen die mechanische Festigkeit von Teilen erhöht, die aus derartigen Pulvern gesintert wurden. Die erhöhte Festigkeit kann von ungefähr 5 bis ungefähr 35 Prozent (wie durch die Reißfestigkeit angegeben) verglichen mit Teilen aus Pulvermaterialien, die kein Nickel enthalten, reichen.
Das Nickel kann als eine Legierungskomponente des rostfreien Stahlpulvers (d.h. "vorlegierte") in zweckmäßigen Anteilen eingeführt werden, wenn der rostfreie Stahl hergestellt wird und in pulverförmiger Form hergestellt wird. Der Nickel kann auch in der Form einer Nickel-tragenden Master-Legierung zugegeben werden. Alternativ oder um diesen Anteil an Nickel in dem Stahl zu ergänzen, kann elementarer Nickel oder Nickelverbindungen in teilchenförmiger Form von geeigneter Größe, vergleichbar zu denjenigen des Stahlmaterials zugegeben werden, und gründlich vermischt oder vermengt werden. Die effektive Menge an Nickel, die zu dem rostfreien Stahlpulver zugegeben wird, reicht von 0,5 bis 4 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 2,0 Gew.-%, und am meisten bevorzugt von 0,5 bis 1,5 Gew.-% der Endlegierung.
Beispiele
Diese Beispiele sind lediglich veranschaulichend und nicht so verstanden werden, Umfang der beanspruchten Erfindung in irgendeiner Weise begrenzend.
Um den Effekt der Nickelzugabe auf einen breiten Bereich von ferritischen Legierungen zu bewerten, wurden Experimente unter Verwendung von 409L und 434L durchgeführt (434 bildet keinen Teil der Erfindung). (Es sei angemerkt, dass 410L in der Zusammensetzung sehr ähnlich zu 409L ist, wenn man annimmt, dass dieses kein Niob enthält.) Diese Experimente wurden unter Verwendung sowohl von vorlegierten Pulvern, die gewünschte Mengen an Nickel enthielten, als auch regulären Pulvern, die mit Nickelpulvern vermischt wurden, durchgeführt. Verschiedene Nickelgehalte wurden in dem Bereich von 0,00 bis 2,00% verwendet. Für das Zumisch-Verfahren wurde ein feiner Grad an Nickelpulver (Carbonylnickel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 Mikron) verwendet, so dass die wesentlichen Legierungsbildung während dem normalen Sinterverfahren stattfinden würde. Es wird jedoch angenommen, dass ein krümmerer Grad an Nickel auch effektiv sein würde, insbesondere wenn die Zeit und/oder Temperatur des Sinterns hoch gehalten wird. Das ganze Sintern wurde in Wasserstoff oder in Vakuum durchgeführt. Sintern in einem Stickstoffträgegas führt zu einer Absorption von Stickstoff, welches eine hohe Festigkeit dem gesinterten Teil verleiht, aber dessen Korrosionswiderstand drastisch herabsetzt. Sintertemperaturen von ungefähr 2200°F bis ungefähr 2400°F wurden verwendet. Alle Pulver wurden mit 1,0% Acrawachs C Feststoffschmiermittelpulver vermengt, um die Kompaktierung zu fördern.
Eine hohe Festigkeit der gesinterten Teile ist für Abgasflanschanwendungen wesentlich, da der Flansch einer Deformation während dem Zusammenbau (und während der nachfolgenden Verwendung) widerstehen muss, sogar wenn unter hohen Bolzendrehmomenten, und die Verbindung leckfrei halten muss. Alternative Mittel zum Erhöhen der mechanischen Festigkeit (in einem begrenzten Ausmaß) des Flansches beinhalten erhöhende Dichte des Flansches oder vergrößernde Dicke. Die Dichtigkeiten von P/M rostfreien Stahlflanschen sind typischerweise in dem Bereich von 6,80 bis 7,30 gm/cc und das Vergrößern der Dichte ist ferner nicht praktisch oder kosteneffektiv. Auf ähnliche Weise ist das Erhöhen der Dicke keine gewünschte Option aufgrund der Tatsache, dass die Abgassysteme bezüglich der Dicken von Schmiedestahlflanschen entworfen sind, und eine Vergrößerung des Gewichts oder Dicke als unerwünscht angenommen wird.
Vergleichsbeispiel 1
Standard Querreistestproben und Zugtestproben ("Hundeknochen"-Gestalt) wurden unter Verwendung von kommerziell hergestellten 434L Pulver (SCM Metallprodukte Los 04506524) hergestellt. Ein Probenset wurde aus dem so hergestellten (-Maschenzahl 100, wasseratomisierten) Pulver hergestellt. Vier Probensets wurden unter Verwendung des vorstehenden Loses von 434L Pulver, das mit verschiedenen Mengen von Nickelpulver vermischt wurde, hergestellt. Die Mengen an Nickel in diesen Sets von Proben betrug 0,5%, 1,00%, 1,25% und 1,50 Gew.-%, respektive. Ein voll vorlegiertes 434L Pulver, das 1,33% Nickel enthielt, wurde auch in diese Experimente eingeschlossen. Alle Proben wurden unter Verwendung von Standardformen kompaktiert, und ein Druck von 50 Tonnen pro Quadratinch. Sintern wurde in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von 2300°F unter Verwendung von 1000 Mikron Hg Agon als die Rückführatmosphäre durchgeführt.
Die Sinterzeitdauer betrug 45 Minuten. Alle gesinterten Proben wurden unter Verwendung von Standardmetallpulver Industries Federation (MPIF) Verfahren getestet. Die Gründichten, gesinterten Dichten, und die mechanischen Eigenschaften aller Proben werden in Tabelle 1(a) und 1(b) gezeigt.
Wie in den Tabellen gezeigt, erhöhen sich die Streckgrenze bzw. Dehngrenze, spezifische Festigkeit [Gegenzug] die Biegebruchfestigkeit und die Härte, wenn der Nickelgehalt sich erhöht. Die Verformbarkeit, gemessen durch Zugverlängerung, nimmt graduell ab, aber ist viel höher als das Minimum, das für die meisten Anwendung benötigt wird. Eine kleinere aber noch akzeptable Verlängerung (12 bis 16%) wird für die voll vorlegierten Proben beobachtet. In den meisten Anwendungen die sich von Abgasflanschen, sind Verlängerungen in der Größenordnung von ungefähr 5,0% ausreichend. Somit kann man von der Nickelzugabe profitieren, um eine Festigkeit um bis zu 33% zu erhöhen, ohne einen signifikanten Verlust der Verformbarkeit.
Vergleichsbeispiel 2
Standard Biegebruchfestigkeitstestproben und Zugtestproben ("Hundeknochen"-Gestalt) wurden unter Verwendung von kommerziell hergestellten 409L Pulver (SCM Metallprodukte Los 04506618) hergestellt. Ein Set von Proben wurde aus dem so hergestellten (-100 Maschenzahl, wasseratomisiertes) Pulver hergestellt. Zwei Sets von Proben wurden unter Verwendung des vorstehenden Loses von 409L Pulver hergestellt, das mit verschiedenen Mengen von Nickelpulver vermischt war, hergestellt. Die Mengen von Nickel in diesen Sets von Proben betrug jeweils 0,5% und 0,75%. Ein voll vorlegiertes 409L Pulver, das 1,0% Nickel enthielt wurde auch in diesen Experimenten eingeschlossen. Alle Proben wurden unter Verwendung von Standardformen kompaktiert, unter einem Druck von 50 Tonnen pro Quadratinch. Sintern wurde in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von 2300°F unter Verwendung von 1000 Mikron Hg Argon als die Rückführatmosphäre durchgeführt. Die Sinterzeitdauer betrug 45 Minuten. Alle gesinterten Proben wurden unter Verwendung von Standardmetallpulver Industries Federation (MPIF) Verfahren getestet. Die Gründichten, gesinterten Dichten, und die mechanischen Eigenschaften aller Proben werden in Tabelle 2(a) und 2(b) gezeigt.
Wie in den Tabellen gezeigt, nehmen die Streckgrenze, spezifische Festigkeit, die Biegebruchfestigkeit und die Härte zu, wenn der Nickelgehalt zunimmt. Die Verformbarkeit, gemessen durch Zugverlängerung, nimmt allmählich ab, aber fällt nicht unterhalb von 10%. In den meisten Anwendungen, einschließlich Abgasflansche, sind Verlängerung in der Größenordnung von ungefähr 5,0% ausreichend. Somit kann man von der Nickelzugabe profitieren, um die Festigkeit bis zu 33% zu erhöhen, ohne einen signifikanten Verlust der Verformbarkeit.
Vergleichsbeispiel 3
Standard Biegebruchfestigkeitstestproben und Zugtestproben ("Hundeknochen"-Gestalt) wurden unter Verwendung von kommerziell hergestellten 434L Pulver (SCM Metallprodukte Los 04506524) hergestellt. Ein Set von Proben wurde aus dem so hergestellten (-100 Maschenzahl, 10 wasseratomisiertes) Pulver hergestellt. Zwei Sets von Proben wurden unter Verwendung des vorstehenden Loses von 434L Pulver hergestellt, das jeweils mit 1,25% und 1,50%, bezogen auf das Gewicht, Nickelpulver vermischt wurde. Ein voll vorlegiertes 434L Pulver, dass 1,33% Nickel enthielt, wurde auch in diese Experimente eingeschlossen. Alle Proben wurden unter Verwendung von Standardformen kompaktiert, unter einem Druck von 40 Tonnen pro Quadratinch. Sintern mit drei Nickel legierten Proben wurden in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von 2300°F, unter Verwendung von 1000 Mikron Hg Argon als die Rückführatmosphäre ausgeführt. Die Sinterzeitdauer betrug 45 Minuten. Die 434L Proben wurden in einer Wasserstoffatmosphäre bei 2400°F für 45 Minuten gesintert. Die mechanischen Eigenschaften der Vakuumwasserstoffgesinterten Proben wurden als ganz ähnlich erwartet. Alle gesinterten Proben wurden unter Verwendung von Standardmetallpulver Industries Federation (MPIF) Verfahren getestet. Die Gründichten, gesinterten Dichten, und die mechanischen Eigenschaften aller Proben sind in Tabellen 3(a) und 3(b) gezeigt.
Wie in diesen Tabellen gesehen werden kann, nehmen die Streckgrenze, spezifische Festigkeit, die Biegebruchfestigkeit und die Härte zu, wenn der Nickelgehalt zunimmt. Die Verformbarkeit, gemessen durch Zugverlängerung, nimmt allmählich ab, aber ist viel höher als das Minimum, das für die meisten Anwendungen benötigt wird. Eine kleiner aber noch akzeptablere Verlängerung wird für voll vorlegierte Proben beobachtet. In den meisten Anwendungen, einschließlich Abgasflansche, sind Verlängerung in der Größenordnung von ungefähr 5,0% ausreichend. Somit kann man von der Nickelzugabe profitieren, um die Festigkeit um bis zu 33% zu erhöhen, ohne irgendeinen signifikanten Verlust der Verformbarkeit.

**gesintert in Wasserstoff bei 2400°F für 45 Minuten

***gesintert in Wasserstoff bei 2400°F für 45 Minuten

Vergleichsbeispiel 4
Standard Biegebruchfestigkeitstestproben und Zugtestproben ("Hundeknochen"-Gestalt) wurden unter Verwendung von kommerziell hergestellten 409L Pulver (SCM Metallprodukte Los 04506618) hergestellt. Ein Set von Proben wurde aus dem so hergestellten (-100 Maschenzahl, wasseratomisiertes) Pulver hergestellt. Zwei Sets von Proben wurden unter Verwendung des vorstehenden Loses von 409L Pulver, das mit 0,50% und 0,75 Gew.-% Nickelpulver vermischt war, hergestellt. Ein voll vorlegiertes 409L Pulver, das 1,00% Nickel enthielt war auch in diesen Experimenten eingeschlossen. Alle Proben wurden unter Verwendung von Standardformen kompaktiert, unter einem Druck von 40 Tonnen pro Quadratinch. Das Sintern von allen Proben wurde in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von 2300°F, unter Verwendung von 1000 Mikron Hg von Argon als die Rückführatmosphäre, ausgeführt. Die Sinterzeitdauer betrug 45 Minuten. Alle gesinterten Proben wurden unter Verwendung von Standardmetallpulver Industries Federation (MPIF) Verfahren getestet. Die Gründichten, gesinterten Dichten, und die mechanischen Eigenschaften von allen Proben werden in Tabelle 4(a) und 4(b) gezeigt.
Wie in diesen Tabellen gesehen werden kann, nehmen die Streckgrenze, spezifische Festigkeit, die Biegebruchfestigkeit und die Härte zu, wenn der Nickelgehalt zunimmt. Die Verformbarkeit, gemessen durch Zugverlängerung, nimmt allmählich ab, aber ist viel höher als das Minimum, das für die meisten gewöhnlichen Anwendungen benötigt wird. Eine größere, aber noch akzeptable Verlängerung wird für die voll vorlegierten Proben beobachtet. In den meisten Anwendungen, einschließlich Abgasflanschen, sind Verlängerungen in der Größenordnung von ungefähr 5,0% ausreichend. Somit kann man von der Nickelzugabe profitieren, um die Festigkeit bis zu 33% zu erhöhen, ohne irgendeinen signifikanten Verlust der Verformbarkeit.
Vergleichsbeispiel 5
Biegebruchfestigkeitstestproben wurden unter Verwendung von kommerziell hergestellten 409L Pulver (SCM Metall Produkte Los 04506618) hergestellt. Ein Set von Proben wurden aus den so hergestellten (-Maschenzahl 100, 10 wasseratomisierten) Pulver hergestellt. Ein anderes Set von Proben wurden unter Verwendung des vorstehenden Loses von 409L Pulver hergestellt, das mit 1,00%, bezogen auf das Gewicht, Nickelpulver hergestellt wurden. Alle Proben wurden unter Verwendung von Standardformen kompaktiert, unter einem Druck von 45 Tonnen pro Quadratinch. Das Sintern von allen Proben wurde in einem Laborrohrofen in einer Atmosphäre von Wasserstoff ausgeführt. Zwei Proben von jedem der vorstehenden zwei Sets wurden bei 2200°F gesintert und zwei andere aus jeweiligen Sets wurden bei 2320°F gesintert. Die Sinterzeitdauer betrug 45 Minuten für beide Sinterdurchgänge. Alle gesinterten Proben wurden für Biegebruchfestigkeit und Härte unter Verwendung von Standardmetallpulver Industrie Federation (MPIF) Verfahren getestet. Die Gründichten, gesinterten Dichten, die Biegebruchfestigkeiten und Härten von allen Proben sind in Tabelle 5 gezeigt.
Wie in dieser Tabelle gesehen werden kann, nehmen die Biegebruchfestigkeit und Härte um 15 bis 30% zu, wenn 1,00% Nickelzugabe zu 409L Legierungspulver durchgeführt wird.

****Alles Sintern wurde in Wasserstoffatmosphäre für 45 Minuten ausgeführt

Claims

Verfahren zum Erhöhen der Festigkeit eines durch Wasser atomisierten ferritischen rostfreien vorlegierten Stahlpulvers, das umfasst: Einbauen von 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent Nickel in das durch Wasser atomisierte ferritische rostfreie vorlegierte Stahlpulver, wobei das durch Wasser atomisierte ferritische rostfreie Stahlpulver aus rostfreiem Stahl 409L oder 410 besteht, der durch 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent Nickel verfestigt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Nickel eine Legierungskomponente ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Nickel eine teilchenförmige Form besitzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Nickel als eine Legierung, in teilchenförmiger Form oder als eine Nickel tragende Masterlegierung oder -verbindung vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Nickel oder Nickel tragende Zusatzstoffe, oder beides, in teilchenförmiger Form in ein ferritisches rostfreies Stahlpulver eingebaut werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 8, wobei das Nickel in teilchentragender Form ein Nickel tragender Zusatzstoff ist.
Verfahren zum Ausbilden eines gesinterten, ferritischen rostfreien Stahlprodukts, das umfasst: (a) Ausbilden in einer gewünschten Gestalt in einer Form ein ferritisches rostfreies Stahlpulver, das enthält: (i) ein durch Wasser atomisiertes ferritisches rostfreies vorlegiertes Stahlpulver, das Nickel enthält, und gegebenenfalls (ii) ein Nickel- oder Nickel tragender Zusatzstoff, oder beides, in teilchenförmiger Form, wobei die Gesamtmenge von Nickel in dem vorlegiertem Pulver und in der teilchenförmigen Form 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent beträgt, und (b) Erhitzen des gebildeten Pulvers bei einer Sintertemperatur für eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um ein festes gesintertes Produkt auszubilden, und wobei das durch Wasser atomisierte ferritische rostfreie Stahlpulver aus rostfreiem Stahl 409L oder 410 besteht, der durch 0,5 bis 3,0 Gewichtsprozent Nickel verfestigt wurde.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das ferritische rostfreie Stahlpulver einen Nickel- oder Nickel tragenden Zusatzstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das durch Wasser atomisierte ferritische rostfreie Stahlpulver Nickel in einer Menge von 0,3 bis 3,0 Gewichtsprozent enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Nickel in der teilchenförmigen Form von 0,3 bis 3,0 Gewichtsprozent beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent Nickel in rostfreien Stahl 409L eingebaut ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent Nickel in rostfreien Stahl 410L eingebaut ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das durch Wasser atomisierte ferritische rostfreie vorlegierte Stahlpulver rostfreien Stahl 409L umfasst und das gesinterte, ferritische rostfreie Stahlprodukt Nickel in einer Menge von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das durch Wasser atomisierte ferritische rostfreie vorlegierte Stahlpulver rostfreien Stahl 410L umfasst und das gesinterte, ferritische rostfreie Stahlprodukt Nickel in einer Menge von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent enthält.