DE69819384T2

DE69819384T2 - Metallpulvermischung auf Eisenbasis

Info

Publication number: DE69819384T2
Application number: DE69819384T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Chuo-ku Uenosono; Kuniaki Chuo-ku Ogura; Jibin Niigata-shi Yang
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2018-02-25
Also published as: DE69819384D1; EP0861698B1; US5938814A; EP0861698A2; JPH10324944A; EP0861698A3; JP3862392B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Pulvergemische auf Eisenbasis für die Pulvermetallurgie. Sie betrifft insbesondere Pulvergemische auf Eisenbasis für die Pulvermetallurgie, die ein gesintertes Material erzeugen, das hervorragende maschinelle Verarbeitbarkeit und Gleiteigenschaft aufweist. Sie betrifft in einer Ausführungsform ebenfalls solche Gemische, die ein Ni-, Mo-, und/oder Cu-haltiges gesintertes Material bereitstellen, und die sich sogar nach dem Sintern zur Klassierung anpassen lassen.
Beschreibung des dazugehörigen Fachgebietes
Im Allgemeinen wird die Pulvermetallurgie als Technologie bezeichnet, bei der ein Metallpulver in einer Form gepresst wird, und danach der resultierende grüne Pressling gesintert wird, wodurch eine Form hergestellt wird, wie ein Maschinenteil oder dergleichen. Es kann bspw. Eisenpulver, wenn es als Metallpulver eingesetzt wird, mit Cu-Pulver, Graphitpulver und dergleichen gemischt werden, und dann gepresst und gesintert werden, so dass ein gesintertes Material erhalten wird, das gewöhnlich eine Dichte in der Größenordnung von 5,0 bis 7,2 g/cm³ aufweist. Die Pulvermetallurgietechnik kann ein Maschinenteil mit komplizierter Form und akkuraten Abmessungen produzieren. Zur Herstellung eines Maschinenteils mit noch besserer Abmessungsgenauigkeit muss jedoch ein solches gesintertes Material weiter geformt werden, bspw. durch maschinelle Verarbeitung, Bohren oder dergleichen.
Das gesinterte Material lässt sich gewöhnlich schlecht maschinell verarbeiten, und es verringert somit die Arbeitsfestigkeit eines Maschinenwerkzeugs, das zu seiner maschinellen Verarbeitung verwendet wird, verglichen mit einem verarbeiteten Stahl, der bspw. beim Walzen eines durch Strangguss erhaltenen Gussstücks erhalten wird. Eine solche maschinelle Verarbeitung erfordert zusätzliche Kosten.
Die gesinterten Materialien eigene schlechte maschinelle Verarbeitbarkeit lässt sich auf die vorhandenen Poren zurückführen. Die Poren bewirken, dass das Material nur diskontinuierlich maschinell verarbeitet werden kann, oder dass die Wärmeleitfähigkeit eines solchen gesinterten Material reduziert und somit die Temperatur an den Abschnitten des gesinterten Materials erhöht wird, wo es maschinell verarbeitet wird.
Es wurden bereits viele Versuche gemacht die maschinelle Verarbeitbarkeit des gesinterten Materials zu verbessern. Diese umfassen das Mischen des Eisenpulvers mit S oder MnS. Der Grund für die Verwendung von S oder MnS ist, dass ein solches Material maschinell verarbeiteten Schrott leicht brechbar macht, oder es kann einen dünnen S- oder MnS-Film auf der Spanfläche eines verwendeten Maschinenwerkzeugs bilden. Ein solcher dünner Film kann bei der maschinellen Verarbeitung des gesinterten Materials eine Gleitwirkung ausüben.
Die japanische geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 3-25481 offenbart bspw. ein Eisenpulver für die Pulvermetallurgie, das aus der Verdüsung eines geschmolzenen Stahls mit Wasser oder Gas herrührt. Der schmelzflüssige Stahl besteht aus reinem Eisen, das mit 0,1 bis 0,5 Gew.-% Mn und mit S, C oder dergleichen und zudem mit 0,03 bis 0,07 Gew.-% S gemischt ist. Ein aus diesem Eisenpulver gemischtes gesintertes Material kann die maschinelle Verarbeitbarkeit nur um das etwa zweifache des entsprechenden gesinterten Materials verbessern, das aus einem Eisenpulver im allgemeinen Gebrauch erhalten wird. Folglich besteht weiterhin ein Bedarf zur weiteren Verbesserung.
Die japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen Nr. 7-233401 und 7-233402 lehren darüber hinaus, dass verdüste Stahlpulver jeweils S, Cr und Mn enthalten. Gemäß den Lehren der beiden vorhergegangenen Veröffentlichungen zeigt ein gesintertes Material, das von jedem dieser Stahlpulver hergeleitet ist, eine starke Verbesserung der maschinellen Verarbeitbarkeit, weil Graphit in den Poren des Materials bleibt, und MnS sich gleichzeitig in den Eisenteilchen ablagert. Der Grund dafür, dass Graphit dort bleibt, ist vermutlich, dass Cr und S Graphit beim Sintern des Stahlpulvers vor der Diffusion in die Eisenteilchen bewahren.
Das resultierende Stahlpulver hat jedoch den Fehler, dass das Sintern in einer H₂ enthaltenden Atmosphäre ein gesintertes Material ergibt, das reduzierte maschinelle Verarbeitbarkeits- und Abriebbeständigkeits-Eigenschaften besitzt. Eine weitere Verbesserung wird jedoch stark gewünscht.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 8-176604 offenbart, dass eine verbesserte maschinelle Verarbeitbarkeit mit einer erhöhten Menge Graphit durch Sintern eines Eisenpulvers erzielt werden kann, das 0,001 bis 0,03 Gew.-% Bor, 0,02 bis 0,07 Gew.-% Cr, weniger als 0,1 Gew.-% Mn und ein oder mehrere Elemente aus S, Se, und Te in einer Gesamtmenge von 0,03 bis 0,15 Gew.-% enthält. Die Technologie dieser Veröffentlichung ermöglicht, dass Graphit in dem gesinterten Material bleibt, aber höchstens in einer Menge von etwa 0,42 Gew.-%. Es besteht somit ein Bedarf an einem Eisenpulver, welches gewährleistet, dass eine größere Menge Graphit in dem gesinterten Material bleibt.
Bei der Herstellung von Getrieben zur Verwendung als Autoteile mittels Pulvermetallurgie, wobei die Getriebe hohe Festigkeits- und hohe Abriebbeständigkeits-Eigenschaften aufweisen müssen, werden dagegen gewöhnlich bestimmte Legierungselemente zur Verstärkung dieser Eigenschaften dazugegeben. Die japanische geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 45-9649 offenbart die Zugabe von Legierungskomponenten, wie Ni, Cu und Mo zu einem reinen Eisenpulver, durch partielles Dissusionslegieren. Das Stahlpulver, das sich von diesem Produktionsverfahren herleiten lässt, kann einen grünen Pressling mit hervorragender Komprimierbarkeit und gesinterten Stahl mit Festigkeit hervorbringen. Das resultierende gesinterte Material ist jedoch insofern nachteilig, als es nach dem Sintern übermäßig hart ist und sich fast vollständig nicht an das Klassieren anpassen lässt und eine schlechte maschinelle Verarbeitbarkeit hat.
Das US-Patent 5 326 526 betrifft eine gesinterte Legierungs-Zusammensetzung mit besonders für Gleitelemente bei Ventil-Arbeitssystemen geeigneter hervorragender maschineller Verarbeitbarkeit und Schleiffestigkeit. Die Zusammensetzung wird aus einem Pulvergemisch hergestellt, das 1,5 bis 2,5 Gew.-% Kohlenstoff, 0,5 bis 0,9 Gew.-% Mangan, 0,1 bis 0,2 Gew.-% Mangan, 0,1 bis 0,2 Gew.-% Schwefel, 1,9 bis 2,5 Gew.-% Chrom, 0,15 bis 0,3 Gew.-% Molybdän, 2 bis 6 Gew.-% Kupfer, nicht mehr als 0,3 Gew.-% Wolfram und/oder Vanadium und Magnesiummetasilikatmineral und/oder Magnesiumorthosilikatmineral besteht, wobei der Rest Eisen ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zur Bewältigung der vorstehend genannten Probleme des Standes der Technik bietet die vorliegende Erfindung als Hauptaufgabe ein Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie, das ein gesintertes Material erzeugen kann, das in Bezug auf die maschinelle Verarbeitbarkeit und Gleiteigenschaft viel besser als herkömmliche gesinterte Materialien ist. Die Erfindung betrifft auch ein gesintertes Material, das Legierungselemente enthält, wobei das Material hochfest ist, sich angemessen zur Klassierung (Größenkorrektur) nach dem Sintern einstellen lässt und effizient und wirksam maschinell verarbeitbar und gleitfähig ist.
Gegenüber der oben zitierten japanischen unveröffentlichten Patentveröffentlichung Nr. 8-176604 haben die Erfinder ein neues gesintertes Material mit wichtigen Verbesserungen der maschinellen Verarbeitbarkeits- und Gleiteigenschaften erzeugt. Die Erfinder haben unerwarteterweise entdeckt, dass sich mit S-haltigem Eisenpulver nahezu 100% B in einem B-haltigen Eisenpulver als Borsäure auf der Oberfläche eines solchen Eisenpulvers absondert, wie es durch die Auger-Analyse von B auf der Oberfläche des Eisenpulvers bestimmt wurde. Die Erfinder stellten ein Eisenpulver her, das eine bestimmte spezifische Menge S enthält, mit einem oder mehreren Borverbindungen, wie pulverförmiger Borsäure oder pulverförmigem H-BN gemischt ist und das Graphitpulver und ein Gleitmittel enthält, wobei das Gemisch formbar ist und es sich zu einem bemerkenswerten gesinterten Material sintern lässt. Den Erfindern zufolge erzeugte das so gebildete gesinterte Material überraschend eine größere Menge freies Graphit als ein gesintertes Material, das durch Sintern eines grünen Presslings, bestehend aus einem B-haltigen Eisenpulver, Graphitpulver und einem Gleitmittel, hergestellt wurde. Ein weiterer Befund der Erfinder ist, dass mehr als 1 Gew.-% Rest-Graphit die Gleiteigenschaften erheblich verbessert, und dass 0,05 bis 1,0 Gew.-% MnS-Zuschlag zu einer weiteren Verbesserung der maschinellen Verarbeitbarkeit beiträgt.
Die Erfinder fanden ebenfalls, dass sich die oben erörterten Eigenschaften weiter verstärken lassen, indem eine B-haltige Verbindung durch eine absonderungsfreie Behandlung veranlasst wird, an der Oberfläche eines ausgewählten Eisenpulvers zu binden.
Erfindungsgemäß wird ein Gemisch für die Pulvermetallurgie bereitgestellt, umfassend ein Eisenpulver, ein Graphit-Pulver, ein Pulver von einer oder mehr als einer B-haltigen Verbindung, das in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als B-Gehalt der einen oder mehr als einen B-haltigen Verbindung, zugegen ist, gegebenenfalls ein MnS-Pulver in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-% und gegebenenfalls ein Kupferpulver in einer Menge von bis zu aber nicht mehr als 4 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmengen von Eisenpulver, Graphitpulver, Pulver einer B-haltigen Verbindung, MnS-Pulver und Kupferpulver, und gegebenenfalls ein Gleitmittel, wobei das Eisenpulver umfasst:
0,03 bis 0,30 Gew.-% Schwefel,
0,05 bis 0,40 Gew.-% Mangan, und gegebenenfalls

(1) ein oder beide Metalle, ausgewählt aus der Gruppe: 0,5 bis 7,0 Gew.-% Nickel und 0,05 bis 6,0 Gew.-% Molybdän, oder
(2) ein oder mehrere Metalle, ausgewählt aus der Gruppe: 0,5 bis 7,0 Gew.-% Nickel, 0,5 bis 7,0 Gew.-% Kupfer und 0,05 bis 3,5 Gew.-% Molybdän, die diffus an dem Eisenpulver haften, so dass sie partiell damit legiert sind, wobei der Rest des Eisenpulvers Eisen und zufällige Verunreinigungen sind.

In dieser Erfindung kann das oben angegebene Eisenpulver vorzugsweise in Form eines verdüsten Eisenpulvers vorliegen, das 0,03 bis 0,30 Gew.-% S und 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mn umfasst, und als Rest Fe und zufällige Verunreinigungen enthält. Alternativ kann das angegebene Eisenpulver in Form eines verdüsten Eisenpulvers vorliegen, das 0,03 bis 0,30 Gew.-% S, 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mn und ein oder beide Metalle, ausgewählt aus 0,5 bis 7,0 Gew.-% Ni und 0,05 bis 6,0 Gew.-% Mo enthält, und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen enthält. Das angegebene Eisenpulver kann durch die Verwendung von einem oder mehreren Metallen hergeleitet sein, ausgewählt aus 0,5 bis 7,0 Gew.-% Ni, 0,5 bis 7,0 Gew.-% Cu und 0,05 bis 3,5 Gew.-% Mo enthält und in Bezug auf ein verdüstes Eisenpulver 0,03 bis 0,30 Gew.-% S und 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mn und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen umfasst. Das angegebene Eisenpulver kann ebenfalls durch Adhäsion des vorstehend genannten Pulvers, das die B-haltige Verbindung enthält, an die Oberfläche des ersteren Pulvers erhalten werden.
Die Erfindung stellt ein Pulvergemisch auf Eisenbasis für die Pulvermetallurgie bereit, umfassend ein Eisenpulver mit 0,03 bis 0,30 Gew.-% S, einem Pulver, das eine oder mehr als eine B-haltige Verbindung enthält, ein Kupferpulver oder ein Graphitpulver und ein Gleitmittel, wobei das Pulver von der B-haltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als B, und das Kupferpulver in einer Menge von nicht mehr als 4 Gew.-% in Bezug auf die Gesamtmenge von Eisenpulver, Pulver von der B-haltigen Verbindung, Kupferpulver und Graphitpulver, zugegen sind. Erfindungsgemäß ist das angegebene Eisenpulver vorzugsweise ein verdüstes Eisenpulver, das 0,03 bis 0,30 Gew.-% S und 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mn und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen umfasst. Das angegebene Eisenpulver kann durch Adhäsion des vorstehend genannten Pulvers von der B-haltigen Verbindung an die Oberfläche des ersteren Pulvers erhalten werden.
Die Erfindung stellt ein Pulvergemisch auf Eisenbasis für die Pulvermetallurgie bereit, umfassend ein Eisenpulver mit 0,03 bis 0,30 Gew.-% S, ein Pulver von einer oder mehr als einer B-haltigen Verbindung, ein MnS-Pulver, ein Graphit-Pulver, oder ein Graphitpulver und ein Gleitmittel, wobei das Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als B, gemischt wird, und wobei das MnS-Pulver in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-% in Bezug auf die Gesamtmenge aus Eisenpulver, dem Pulver von einer oder mehr als einer B-haltigen Verbindung, dem MnS-Pulver und dem Graphit-Pulver gemischt wird. Das angegebene Eisenpulver ist vorzugsweise in Form eines verdüsten Eisenpulvers, das 0,03 bis 0,30 Gew.-% S und 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mn und als Rest Fe und zufällige Verunreinigungen enthält. Dieses angegebene Eisenpulver kann in Form eines verdüsten Eisenpulvers vorliegen, das 0,03 bis 0,30 Gew.-% S, 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mn und ein oder beide Metalle aus 0,5 bis 7,0 Gew.-% Ni und 0,05 bis 6,0 Gew.-% Mo und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen enthält. Zusätzlich und alternativ kann das angegebene Eisenpulver durch die Verwendung von einem oder mehreren Metallen hergeleitet sein, ausgewählt aus 0,5 bis 7,0 Gew.-% Ni, 0,5 bis 7,0 bis 7,0 Gew.-% Cu und 0,05 bis 3,5 Gew.-% Mo, und es kann mit einem verdüsten Eisenpulver partiell legiert sein, das 0,03 bis 0,30 Gew.-% S und 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mn und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen umfasst. Das angegebene Eisenpulver ist ebenfalls erhältlich durch Adhäsion des vorstehenden Pulvers einer B-haltigen Verbindung an die Oberfläche des ersteren Pulvers.
Die Erfindung stellt zudem ein Pulvergemisch auf Eisenbasis für die Pulvermetallurgie bereit, umfassend ein Eisenpulver, das 0,03 bis 0,30 Gew.-% S, ein Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung, MnS-Pulver, Kupferpulver, ein Graphitpulver, oder ein Graphitpulver und ein Gleitmittel, wobei das Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,03 Gew.-%, ausgedrückt als B, das MnS-Pulver in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-% und das Kupferpulver in einer Menge von 4 Gew.-% oder weniger, in Bezug auf die Gesamtmenge von Eisenpulver, dem Pulver einer borhaltigen Verbindung, dem MnS-Pulver, dem Kupferpulver und dem Graphit-Pulver gemischt werden. Das angegebene Eisenpulver kann vorzugsweise in Form eines verdüsten Eisenpulvers vorliegen, umfassend 0,03 bis 0,30 Gew.-% S und 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mn und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen. Alternativ kann das angegebene Eisenpulver durch Adhäsion des vorstehend genannten Pulvers einer borhaltigen Verbindung an die Oberfläche des ersteren Pulvers erhalten werden.
Gesintertes Material kann hergestellt werden durch Mischen eines Eisenpulvers, das 0,03 bis 0,30 Gew.-% S enthält, mit einem Pulver von einer oder mehr als einer B-haltigen Verbindungen, einem Graphitpulver oder einem Graphitpulver und einem Gleitmittel, und bei Bedarf einem Kupferpulver in einer Menge bis zu 4 Gew.-%, wodurch ein Pulvergemisch hergestellt wird, Pressformen des Pulvergemischs, so dass ein grüner Pressling erhalten wird, und anschließendes Sintern des grünen Presslings, wobei das Pulver von einer oder mehr als einer B-haltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,30 Gew.-%, ausgedrückt als B in Bezug auf die Gesamtmenge von Eisenpulver, dem Pulver von der B-haltigen Verbindung, dem Graphit-Pulver und dem Kupferpulver, gemischt wird.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Materials, umfassend die Schritte:
Mischen eines Eisenpulvers, umfassend 0,03 bis 0,30 Gew.-% S, mit einem Pulver von einer B-haltigen Verbindung, einem Graphit-Pulver, einem Gleitmittel und wo gewünscht einem Kupferpulver in einer Menge bis zu 4 Gew.-%, wodurch ein Pulvergemisch hergestellt wird, Pressformen des Pulvergemischs, so dass ein grüner Pressling erhalten wird, und anschließendes Sintern des grünen Presslings, wobei das Pulver von einer oder mehr als einer B-haltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,30 Gew.-%, ausgedrückt als B, in Bezug auf die Gesamtmengen von Eisenpulver, dem Pulver von einer B-haltigen Verbindung, dem Graphitpulver und dem Kupferpulvergemischt wird, kann der Schritt Herstellen des Pulvergemischs umfassen: das Mischen des Eisenpulvers mit einer flüssigen Fettsäure bei Raumtemperatur, Zugabe und Mischen des Pulvers von einer B-haltigen Verbindung, des Graphitpulvers und wo gewünscht eines Cu-Pulvers und einer Metallseife zu und mit dem resultierenden Pulvergemisch, Formen und Mischen eines eutektischen Gemischs der Fettsäure und der Metallseife mit einem Anstieg der Temperatur während oder nach der Mischschritt der B-haltigen Verbindung, und Zugabe und Mischen einer Fettsäure oder eines Wachses beim Kühlen nach dem eutektischen Schritt.
Hält man es für wünschenswert, kann der Schritt Mischen der B-haltigen Verbindung und des Graphit-Pulvers durch einen Schritt Mischen des Eisen-Fettsäure-Pulvers mit dem Pulver von einer B-haltigen Verbindung und der Metallseife ersetzt werden, und der Schritt Mischen von Fettsäure oder Wachs kann durch einen Schritt ersetzt werden, bei dem das Graphit-Pulver und wo gewünscht das Kupferpulver und die Metallseife oder das Wachs während des Kühlens nach der eutektischen Bildung zugefügt und gemischt werden.
Alternativ kann der Schritt Herstellen des Pulvergemischs umfassen: das Mischen des Eisenpulvers mit dem Pulver von einer B-haltigen Verbindung, dem Graphitpulver und bei Bedarf, dem Kupferpulver und zwei oder mehr Wachsen verschiedener Schmelzpunkte, Formen und Mischen einer partiellen Schmelze der Wachse mit einem Anstieg der Temperatur während oder nach dem Eisenpulver-Mischen, und den Schritt Kühlen und dann Erhärten der Partialschmelze, so dass zumindest das Pulver der B-haltigen Verbindung an dem Eisenpulver auf seinen Teilchen haftet, und anschließend Zugeben und Mischen einer Metallseife und/oder eines Wachses während des Kühlens. Der Schritt Mischen des Eisenpulvers kann durch einen Schritt ersetzt werden, bei dem das Eisenpulver in das Pulver der B-haltigen Verbindung und die zwei oder mehrere Wachse unterschiedlicher Schmelzpunkte eingebracht und damit gemischt wird, und die Durchführung des eutektischen Schrittes kann durch einen Schritt ersetzt werden, bei dem das Graphitpulver und bei Bedarf das Kupferpulver und die Metallseife oder das Wachs zugefügt werden, und beim Mischen gekühlt werden.
Das gesinterte Material kann hergestellt werden durch Mischen eines Eisenpulvers mit 0,03 bis 0,30 Gew.-% S mit einem Pulver von einer oder mehr als einen B-haltigen Verbindung, einem MnS-Pulver, einem Graphitpulver, oder einem Graphitpulver und einem Gleitmittel und Bedarf einem Kupferpulver in einer Menge bis zu 4 Gew.-%, wodurch ein Pulvergemisch hergestellt wird, Pressformen des Pulvergemischs, so dass ein grüner Pressling erhalten wird, und anschließendes Sintern des grünen Presslings, wobei das Pulver der einen oder mehr als einen B-haltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,30 Gew.-%, ausgedrückt als B und das MnS-Pulver in einer Menge bis zu 0,05 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von Eisenpulver, dem Pulver von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen, dem MnS-Pulver, dem Graphit-Pulver und dem Kupferpulver, gemischt werden.
Das gesinterte Material kann hergestellt werden durch Mischen eines Eisenpulvers, umfassend 0,03 bis 0,30 Gew.-% S, mit einem Pulver von einer oder mehr als einen B-haltigen Verbindung, einem MnS-Pulver, einem Graphit-Pulver, und bei Bedarf einem Kupferpulver in einer Menge bis zu 4 Gew.-%, wodurch ein Pulvergemisch hergestellt wird, Zugabe eines Gleitmittels zu dem Pulvergemisch und und Mischen damit, Pressformen des resultierenden Gemischs, so dass ein grüner Pressling erhalten wird, und anschließendes Sintern des grünen Presslings, wodurch das Pulver von der einen oder mehr als einen B-haltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,30 Gew.-% (ausgedrückt als B) und das MnS-Pulver in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-% gemischt werden. Der Schritt Herstellen des Pulvergemischs kann umfassen: das Mischen des Eisenpulvers mit einer flüssigen Fettsäure bei Raumtemperatur, Zugabe und Mischen des Pulvers der B-haltigen Verbindung, des Graphitpulvers und bei Bedarf, des Kupferpulvers und einer Metallseife zu und mit dem erhaltenen ersten Pulvergemisch, Bilden und Mischen eines eutektischen Gemischs der Fettsäure und der Metallseife mit einem Anstieg der Temperatur während oder nach einem zweiten Mischschritt und Zugabe und Mischen einer Fettsäure oder eines Wachses während des Kühlens nach dem eutektischen Mischschritt.
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen die wichtigen Eigenschaften der Erfindung. Sie sind spezifische Ausführungsformen, die als veranschaulichend ausgewählt werden, und die den Rahmen der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, nicht umgrenzen oder einschränken sollen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1A eine schematische Ansicht eines durch Mischen erhaltenen Pulvergemischs;
1B eine ähnliche schematische Ansicht wie 1A, jedoch zeigt sie ein Pulvergemisch, das zugefügtes MnS-Pulver umfasst;
2 eine schematische Ansicht eines durch das Mischverfahren 2A erhaltenen erfindungsgemäßen Pulvergemischs;
3 eine schematische Ansicht eines weiteren durch das Mischverfahren 3A erhaltenen erfindungsgemäßen Pulvergemischs;
4 eine schematische Ansicht eines weiteren durch das Mischverfahren 4A erhaltenen erfindungsgemäßen Pulvergemischs;
5 eine schematische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Pulvergemischs, erhalten durch eine weitere erfindungsgemäße Form, nämlich Mischverfahren 5A.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das erfindungsgemäße Eisenpulver umfasst ein S-haltiges Eisenpulver, ein Pulver von einer oder mehr als einen B-haltigen Verbindung, ein Graphitpulver oder ein Graphitpulver und ein Gleitmittel, und bei Bedarf ein Kupferpulver. Dieses Pulvergemisch auf Eisenbasis kann weiterhin zudem ein MnS-Pulver enthalten.
Hinsichtlich des von dem erfindungsgemäßen Pulvergemisch hergeleiteten gesinterten Materials nehmen die Erfinder an, das freies Graphit leicht entsteht durch Wechselwirkung von im Eisenpulver enthaltenem S, oder solchen im Eisenpulver enthaltenen Einschlüssen wie MnS, FeS und dergleichen, wobei B in dem Pulver der B-haltigen Verbindung enthalten ist. Der Mechanismus ist zwar noch nicht genau bekannt, jedoch wird dieser Gedanke durch die Tatsache gestützt, dass keine Bildung von freiem Graphit in einem gesinterten Material nachgewiesen werden kann, was auf dem Mischen eines reinen Eisenpulvers mit einem niedrigen S-Gehalt (S = ungefähr 0,02 Gew.-%) mit einer oder mehr als einen B-haltigen Verbindung beruht. Wird der S-Gehalt in dem Eisenpulver genau wie in der Erfindung angegeben überwacht, kann sich freies Graphit leicht bilden, selbst wenn Ni, Cu, Mo und dergleichen zu dem Eisenpulver durch partielles Legieren zugegeben werden oder Ni und Mo zu einem Eisenpulver durch Vorlegieren zugegeben werden. Dieser freie Graphit dient der Verstärkung der maschinellen Verarbeitbarkeit des resultierenden gesinterten Materials und der Verbesserung des gesinterten Materials durch Selbstschmieren durch den Graphit.
Zur weiteren Verbesserung der maschinellen Verarbeitbarkeit und der Gleiteigenschaften des gesinterten Materials ist es erfindungsgemäß wichtig, ein gesintertes Material herzustellen durch Mischen eines Eisenpulvers, das S in einer angegebenen Menge enthält, mit einem Pulver von einer oder mehr als einen B-haltigen Verbindung, einem Graphitpulver oder einem Graphitpulver und einem Gleitmittel. Ein Kupferpulver wird bei Bedarf zugegeben, und ein MnS-Pulver kann zugefügt werden.
Nachstehend wird erklärt, welche Anforderungen die Komponenten erfindungsgemäßen müssen.
S-Gehalt im Eisenpulver: 0,03 bis 0,30 Gew.-%
S steigert die Menge an freiem Graphit, das in einem gesinterten Material entsteht. Weniger als etwa 0,03 Gew.-% S kann die Menge an freiem Graphit nicht liefern, das in dem gesinterten Material bleiben soll. Umgekehrt führt mehr als etwa 0,30 Gew.-% S zur Rußbildung beim Sintern, wodurch das resultierende Maschinenteil gegenüber Rosten empfindlich wird. Somit sollte der S-Gehalt im Eisenpulver von 0,03 bis 0,3 Gew.-% reichen.
Wünschenswerterweise wird erfindungsgemäß ein verdüstes Eisenpulver mit 0,03 bis 0,3 Gew.-% S, etwa 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mn und als Rest Fe und zufällige Verunreinigungen bevorzugt.
Mn-Gehalt im Eisenpulver: 0,05 bis 0,40 Gew.-%
Das Element Mn neigt zur Reduktion der Menge an freiem Graphit in einem gesinterten Material. Ist der Gehalt an Mn, das durch Vorlegieren in das Eisenpulver gelangt, größer als etwa 0,40 Gew.-%, wird die Menge an erzeugtem freiem Graphit unzureichend, so dass das gesinterte Material schließlich weniger maschinell verarbeitbar und weniger gleitfähig wird. Obwohl der Gehalt von Mn vorzugsweise so niedrig wie möglich ist, sollte die untere Grenze etwa 0,05 Gew.-% betragen, damit die zum Senken des Mn-Gehaltes während der Herstellung der zu schmelzenden Komponenten nötigen Aufbereitungskosten und die maschinelle Verarbeitbarkeit des gesinterten Materials gut ausgeglichen sind. Der Mn-Gehalt im Eisenpulver reicht wünschenswerterweise von etwa 0,07 bis 0,15 Gew.-%.
Wenn nötig, kann das verdüste Eisenpulver ein oder beide Metalle, ausgewählt aus 0,5 bis 0,7 Gew.-% Ni und 0,05 bis 6,0 Gew.-% Mo, durch Vorlegieren erhalten.
Ni und Mo können durch Vorlegieren zugefügt werden, damit die Festigkeit eines gesinterten Materials verstärkt wird. Weniger als etwa 0,5 Gew.-% Ni und weniger als etwa 0,05 Gew.-% Mo sind zur Erzielung einer verbesserten Festigkeit des gesinterten Materials ineffektiv, wohingegen mehr als etwa 7,0 Gew.-% Ni und mehr als etwa 6,0 Gew.-% Mo eine scharfe Abnahme der maschinellen Verarbeitbarkeit des gesinterten Materials verursachen und ebenfalls eine Korrektur der Größe des letzteren Materials erschweren. Im Falle der Zugabe bei der Vorlegierung, sollte der Ni-Gehalt von 0,5 bis 7,0 Gew.-% und der Mo-Gehalt 0,05 bis 6,0 Gew.-% betragen.
Das verdüste Eisenpulver kann durch Trocknen eines durch Zerstäuben hergeleiteten Rohpulvers unter Verwendung von Hochdruckwasser, Schmelzstahl, der so formuliert ist, dass er die vorstehend genannte Zusammensetzung hat, gefolgt von einer Reduktions-Wärmebehandlung, Pulverisierung und Klassierung des reduzierten Pulvers hergestellt werden. Hier können die Trocknungs- und Reduktionsbehandlungen auf bekannte Weise und ohne besondere Einschränkung darauf durchgeführt werden.
Bei Bedarf können ein oder mehrere Metalle, ausgewählt aus 0,5 bis 7,0 Gew.-% Ni, 0,5 bis 7,0 Gew.-% Cu und 0,05 bis 3,5 Gew.-% Mo, durch partielles Legieren zu einem verdüsten Eisenpulver zugegeben werden, das 0,03 bis 0,30 Gew.-% S, 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mn, und als Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen enthält.
Ebenfalls können Ni, Cu, und Mo vorzugsweise partiell legiert werden, indem Pulver von Ni, Cu und Mo oder MoO₃ mit dem verdüsten Pulver gemischt werden und dann die par tiell legierten Pulver zur diffusen Haftung an dem Pulver gebracht werden. Ni, Cu, und Mo werden zur Verstärkung der Festigkeit des gesinterten Materials dazugegeben. Im Falle der partiellen Legierung werden ein oder mehrere Metalle eingesetzt, ausgewählt aus 0,5 bis 7,0 Gew.-% Ni, 0,5 bis 7,0 Gew.-% Cu, und 0,05 bis 3,5 Gew.-% Mo. Anteile unter der unteren Grenze jedes dieser Elemente ergibt keine Verbesserung der Festigkeit des gesinterten Materials. Oberhalb der oberen Grenze der jeweiligen Komponenten kommt es zu einem deutlichen Anstieg der maschinellen Verarbeitbarkeit des gesinterten Materials, was ein schwieriges oder unmögliches Klassieren des Produkts erfordert.
Bei Beendigung der Blankhärtungs- und Carburierungs-Behandlung löst sich ein Teil des freien Graphits wieder in dem Eisenpulver, so dass eine sehr feste Struktur mit überwiegend enthaltenem Bainit und Martensit erhalten wird.
Gehalt an Pulver von einer B-haltigen Verbindung: 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als B
Der Gehalt an Pulver von einer B-haltigen Verbindung sollte im Bereich von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als B, bezogen auf den Gesamtgehalt von Eisenpulver, dem Pulver von einer B-haltigen Verbindung, dem Graphitpulver und wo verwendet dem Kupferpulver liegen.
Als Pulver von einer B-haltigen Verbindung eignen sich die Boroxide, Bornitride, Borsäuresalze und dergleichen. Von diesen bevorzugt sind B₂O₃, H₃BO₃, Ammoniumborat und hexagonales BN. Sie können wünschenswerterweise als eine oder mehrere Kombinationen verwendet werden.
Werden Pulver mit einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen in einer Menge von etwa 0,001 Gew.-% oder mehr, ausgedrückt als B, zugefügt, steigt die Menge des freien Graphits in dem gesinterten Material deutlich an, was somit erheblich zu weiteren Verbesserungen der maschinellen Verarbeitungs- und Gleiteigenschaften des gesinterten Materials führt. Umgekehrt führt eine Menge über etwa 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als B, zu einer reduzierten Komprimier barkeit des gesinterten Materials. Somit sollte die Menge des oder der zuzugebenen Pulver von einer B-haltigen Verbindung von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als B, reichen.
MnS-Pulvergehalt: 0,05 bis 1,0 Gew.-%
MnS-Pulver wird vorzugsweise in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmengen von Eisenpulver, Pulver von einer B-haltigen Verbindung, MnS-Pulver, Graphit-Pulver, und wo verwendet, Kupferpulver, zugegeben. Das MnS-Pulver wird bei Bedarf verwendet, damit eine weitere verbesserte maschinelle Bearbeitung erzielt wird. Weniger als 0,5 Gew.-% MnS-Pulver kann diese Eigenschaft Effizient verbessern, wohingegen mehr als 1,0 Gew.-% keine besseren Ergebnisse nur unter zusätzlicher Kostenbelastung produziert. Somit sollte die hinzuzugebene Menge MnS-Pulver im Bereich von 0,05 bis 1,0 Gew.-% liegen.
Graphit-Pulver-Gehalt: etwa 0,5 bis 3,0 Gew.-%
Ein Graphit-Pulver wird vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,5 bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmengen von Eisenpulver, Pulver von einer oder mehr als einer B-haltigen Verbindung, Graphitpulver und wo verwendet Kupferpulver, dazugegeben.
Das Graphitpulver wird als Quelle für die Graphitzufuhr verwendet, damit das Graphit in den Poren des gesinterten Materials verweilt, so dass verbesserte Gleiteigenschaften und maschinelle Verarbeitung erzielt werden, oder damit es sich in dem resultierenden Eisen löst, so dass eine erhöhte Festigkeit erzielt wird. Weniger als etwa 0,5 Gew.-% führt zu verringerten Gleiteigenschaften und Festigkeit, wohingegen mehr als etwa 3,0 Gew.-% zu einem erhöhten Perlit-Anteil führt, was eine reduzierte maschinelle Verarbeitbarkeit verursacht.
Kupferpulvergehalt; nicht mehr als 4 Gew.-%
Das Kupferpulver (Cu) kann in einer Menge von 4 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmengen von insgesamt Eisenpulver, einem Pulver von einer oder mehr als einen B-haltigen Verbindung, Graphit-Pulver und Kupferpulver zugegeben werden.
Das Kupferpulver wird bei Bedarf verwendet, damit die Festigkeit ohne Verringerung der maschinellen Verarbeitbarkeit verbessert wird. Mehr als 4 Gew.-% bewirkt eine schlechte maschinelle Verarbeitbarkeit.
Anschließend kann ein Gleitmittel in einer Menge von etwa 2,0 Gew.-Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen des Eisenpulvers, Pulver der B-haltigen Verbindung, Graphitpulver, MnS-Pulver wo verwendet, und Kupferpulver, wo verwendet, zugegeben werden. Das resultierende Gemisch kann für eine Zeit lang auf herkömmliche Weise, wie bspw. durch einen V-Mischer, gemischt werden.
Die Gleitmittel umfassen vorzugsweise Zinkstearat, Ölsäure, Gemische von Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid, Lithiumstearat und dergleichen.
Zwei- oder mehrmaliges Batchmischen kann ebenfalls brauchbar sein. In diesem Fall werden das Eisenpulver und das Pulver von einer B-haltigen Verbindung gemischt, wie mit einem V-Mischer, gefolgt von Mischen des resultierenden Pulvergemischs mit dem Graphitpulver, Gleitmittel, bei Bedarf MnS-Pulver und bei Bedarf Kupferpulver, wie mit einem V-Mischer.
Zusätzlich kann das Pulver von einer B-haltigen Verbindung nach der absonderungsfreien Behandlung gemischt werden, so dass das Eisenpulver an seiner Oberfläche haftet. Ein solches Mischverfahren kann wie vorstehend beschrieben durchgeführt werden.
Das Mischen erfolgt, wobei das Eisenpulver mit einer flüssigen Fettsäure bei Raumtemperatur gemischt wird, und das weitere Mischen erfolgt dann, wobei das Pulver von einer B-haltigen Verbindung, das Graphitpulver, bei Bedarf das MnS-Pulver, und bei Bedarf das Kupferpulver zugegeben und gemischt werden. Ein eutektisches Gemisch einer Fettsäure und einer Metallseife wird mit einem Anstieg der Temperatur während und nach dem Mischen gebildet. Anschließend erfolgt das Mischen, wobei das eutektische Ge misch unter Kühlen verfestigt wird, so dass mindestens das Pulver von der B-haltigen Verbindung dazu veranlasst wird, an der Oberfläche des Eisenpulvers durch Bindung des eutektischen Gemischs zu haften, und das Mischen erfolgt, wobei eine Metallseife oder ein Wachs beim Kühlen zugegeben und gemischt wird. Diese absonderungsfreie Behandlung führt zu einem Eisenpulver, bei dem das Pulver von der B-haltigen Verbindung an dessen Oberfläche haftet. Somit ist die Menge an freiem Graphit, das sich in dem gesinterten Material gebildet hat, größer als beim einfachen Mischen mit einem V-Mischer.
Die so definierten Mischschritte können auf viele Weisen modifiziert werden. Das Pulver von der B-haltigen Verbindung und die Metallseife können bspw. zuerst gemischt werden und das Graphitpulver, bei Bedarf das Kupferpulver, und die Metallseife, oder das Wachs können während des nachfolgenden Mischens zugegeben werden.
Alternativ kann das Mischen durchgeführt werden, wobei das Eisenpulver mit dem Pulver von einer B-haltigen Verbindung und dem Graphitpulver gemischt wird und wo gewünscht mit dem MnS-Pulver und/oder wo gewünscht mit dem Kupferpulver und zwei oder mehr Wachsen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten gemischt werden können. Eine partielle Schmelze der Wachse wird gebildet, wobei es während oder nach dem Mischen zu einem Temperaturanstieg kommt. Weiteres Mischen erfolgt dann, wobei die Partialschmelze unter Kühlen verfestigt wird, mit dem Ergebnis, dass mindestens das Pulver von der B-haltigen Verbindung dazu veranlasst wird, an der Oberfläche des Eisenpulvers zu haften, und zwar durch Binden der Partialschmelze, und es erfolgt weiteres Mischen, wobei eine Metallseife und/oder ein Wachs zugegeben wird und beim Mischen gekühlt wird. Die vorstehend genannten Mischschritte können ebenfalls zum Teil modifiziert werden, wobei das Pulver von der B-haltigen Verbindung und die zwei oder mehreren Wachse verschiedener Schmelzpunkte zuerst während des einen Mischvorgangs zugegeben werden und das Graphitpulver, Kupferpulver bei Be darf und die Metallseife oder das Wachs während eines anderen Mischvorgangs zugegeben werden.
Nach der Beendigung des Mischens kann ein Pressformen wünschenswert sein, damit man einen grünen Pressling mit festgelegter Dichte erhält, der dann gesintert wird, so dass man ein gesintertes Material erhält.
Die Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Verfahren zur Durchführung des Verfahrens, das in den nachstehenden Beispielen eingehend beschrieben wird.
Die 1A der Zeichnungen, eine schematische Ansicht, zeigt die Beziehungen in einem erfindungsgemäß erhaltenen Pulvergemisch. Die Zahl 1 bezeichnet ein Eisenpulverteilchen, 2 steht für ein Teilchen einer B-haltigen Verbindung, 3 steht für ein Graphitteilchen und 5 für ein Gleitmittelteilchen. Diese Zeichnung ist zwar eine schematische Abbildung, sie gibt jedoch an, wie die Teilchen 2, 3 und 4 am Teilchen 1 von Eisen gebunden sind.
1B ähnelt 1A, zeigt aber erfindungsgemäß ein Teilchen 5, nämlich ein Mangansulfidpulver (MnS).
2 zeigt eine alternative Form der Erfindung, wobei ein eutektisches Gemisch 6 eingeschlossene Teilchen 2, 3 an verschiedenen Stellen auf der Oberfläche des Teilchens 1 hat, wodurch diese zusammen haften.
3 ist eine ähnliche Ansicht wie 2, zeigt jedoch das Material 7, ein partiell geschmolzenes Teilchen, das eingeschlossene Teilchen 2 und 3 besitzt und diese am Eisenpulver 1 gebunden sind. 3 zeigt kein Mangansulfid. Wird es bei Bedarf eingemischt, wird MnS an dem Eisenpulver durch das partiell geschmolzene Teilchen 7 gebunden, wenn das Pulver 2 von der B-haltigen Verbindung wie in 3 gezeigt ist.
Die 4 zeigt eine schematische Ansicht der Pulverstruktur, die durch das Mischverfahren 3A erhalten wird. Das Teilchen 2 mit den B-haltigen Verbindungen haftet über das partiell geschmolzene Teilchen 7 an der Oberfläche des Eisenpulvers. Das Graphitteilchen 3 oder das MnS-Teilchen, wenn zugegeben, und das Gleitmittel 4 sind nicht an dem Eisenpulver gebunden.
5 zeigt eine etwas ähnliche Anordnung, jedoch unter Verwendung des Materials 7, das nachstehend eingehender beschrieben wird, das die B-haltige Verbindung 2 einschließt und selbst am Eisenpulver 1 bindet. In 5 ist das Material 3, d. h. das Graphit-Pulver so gezeigt, dass es zu dem bestimmten betroffenen Zeitpunkt nicht an dem Eisenpulver gebunden ist, was auch für das MnS-Pulver gilt, wenn es zugegeben wird.
BEISPIELE
Beispiel 1
Ein verdüstes Eisenpulver wurde hergestellt, das so formuliert wurde, dass es S und Mn wie in Tabelle 1 gezeigt und Fe und zufällige Verunreinigungen als Rest enthielt.
Zuerst wurde ein schmelzflüssiger Stahl (1630°C), der so eingestellt war, dass er eine festgelegte Zusammensetzung aufwies, mit Wasser zu einer Pulverform verdüst. Nach dem Trocknen in einer Stickstoffatmosphäre bei 140°C für 60 min wurde das resultierende Pulver einer Reduktionsbehandlung in einer Nur-Wasserstoff-Atmosphäre 20 min bei 930°C unterworfen. Beim Kühlen wurde das so behandelte Pulver aus dem Reduzierofen entnommen, pulverisiert und klassiert, so dass ein verdüstes Eisenpulver erhalten wurde.
Das vorstehend erhaltene verdüste Eisenpulver wurde mit einem Pulver von einer B-haltigen Verbindung, einem MnS-Pulver, einem Graphitpulver, einem Cu-Pulver und einem Gleitmittel gemischt. Das Mischen erfolgte mit den nachstehend weiter beschriebenen Mischverfahren 1 bis 5. Die jeweilige zuzufügende Menge des Pulvers von der B-haltigen Verbindung, des Graphitpulvers, MnS-Pulvers, MnS-Pulvers und Cu-Pulvers ist angegeben als Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge an Eisenpulver, Pulver der B-haltigen Verbindung, Graphitpulver und Cu-Pulver. In Tabelle 1 sind die Mengen der Pulver von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen als B-Gehalt in dem Pulver von den B-haltigen Verbindungen angegeben.
Mischverfahren 1

(1) Zu dem verdüsten Eisenpulver wurde eine oder mehrere Substanzen aus Borsäure (H₃BO₃), Boroxid (B₂O₃), Ammoniumboratpulver und hexagonalem Bornitrid gegeben, deren Mengen in Tabelle 1 aufgeführt sind, zusammen mit 1,5 Gew.-% eines Graphitpulvers und 2,0 Gew.-% eines Cu-Pulvers. Zu einigen der verdüsten Eisenteilchenproben wurden weiter ein MnS-Pulver in solchen Mengen gegeben, wie sie in der Tabelle 1 angegeben sind, und Zinkstearat in einer Menge von 1 Gew.-Teil, bezogen auf eine Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen der verwendeten Komponenten. Das Mischen erfolgte 15 min mit einem V-Mischer für.

Mischverfahren 2

(1) Zu dem verdüsten Eisenpulver wurden 0,3 Gew.-% Ölsäure gesprüht, und das resultierende Eisenpulver wurde 3 min gleichförmig gemischt.
(2) Anschließend wurden Pulver von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen in den in Tabelle 1 angegebenen Mengen und wenn wie in Tabelle 1 aufgeführt verwendet, 1,5 Gew.-% Graphitpulver, 2,0 Gew.-% Kupferpulver und Zinkstearat in einer Menge von 0,4 Gew.-Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen der Komponenten zugegeben und vollständig gemischt. Das Mischen wurde dann unter Erhitzen bei 110°C durchgeführt.
(3) Das Kühlen erfolgte unter fortgesetztem Mischen bei 85°C oder darunter, damit das Graphitpulver und die Pulver der B-haltigen Verbindung an den Eisenpulverteilchen hafteten, und zwar mit einem eutektischen Gemisch von Ölsäure und Zinkstearat als Bindemittel, wodurch Pulvergemische hergestellt wurden.
(4) Zu dem resultierenden Pulvergemisch wurde Zinkstearat in einer Menge von 0,3 Gew.-Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen Eisenpulver, Ölsäure, den Pulvern von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen, Graphitpulver und Cu-Pulver, zugegeben. Dann wurde das ganze Gemisch gleichförmig gemischt.

Mischverfahren 3

(1) Zu dem verdüsten Eisenpulver wurden Pulver von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen in den in Tabelle 1 angegebenen Mengen, 1,5 Gew.-% Graphitpulver, 2,0 Gew.-% Cu-Pulver und 0,4 Gew.-% eines Gemischs aus Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid gegeben, und das resultierende Gemisch wurde vollständig gemischt. Weiteres Mischen erfolgte durch Erhitzen bei 110°C.
(2) Das Kühlen erfolgte unter fortgesetztem Mischen bei 85°C oder darunter, damit das Graphitpulver und das Pulver der B-haltigen Verbindung an den Eisenpulverteilchen hafteten, und zwar mit einem partiell geschmolzenen Gemisch von Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid als Bindemittel, wodurch Pulvergemische hergestellt wurden.
(3) Zu dem resultierenden Pulvergemisch wurde Zinkstearat in einer Menge von 0,30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen Eisenpulver, Pulver der B-haltigen Verbindung, Graphitpulver, Cu-Pulver und Gemisch aus Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid zugegeben. Das ganze Gemisch wurde gleichförmig gemischt.

Mischverfahren 4

(1) Zu dem verdüsten Eisenpulver wurden 0,3 Gew.-% Ölsäure gesprüht, und das resultierende Eisenpulver wurde 3 min gleichförmig gemischt.
(2) Anschließend wurden Pulver von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen in den in Tabelle 1 aufgeführten Mengen und Zinkstearat in einer Menge von 0,4 Gew.-Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen Eisenpulver, Ölsäure, Graphitpulver und Cu-Pulver, zugegeben und vollständig gemischt. Das Mischen erfolgte unter Erhitzen bei 110°C
(3) Das Kühlen erfolgte unter fortgesetztem Mischen bei 85°C oder weniger, damit die Pulver von den B-haltigen Verbindungen an den Eisenpulverteilchen hafteten, und zwar mit einem eutektischen Gemisch aus Ölsäure und Zinkstearat als Bindemittel, wodurch Pulvergemische hergestellt wurden.
(4) Zu dem resultierenden Pulvergemisch wurden 1,5 Gew.-% Graphitpulver, 2,0 Gew.-% Cu-Pulver und Zinkstearat in einer Menge von 0,3 Gew.-Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen Eisenpulver, Pulvern der B-haltigen Verbindung, Graphitpulver, Cu-Pulver und Ölsäure, gegeben. Das ganze Gemisch wurde gleichförmig gemischt.

Mischverfahren 5

(1) Zu dem verdüsten Eisenpulver wurden Pulver von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen in den in Tabelle 1 angegebenen Mengen, und 0,4 Gew.-% eines Gemischs aus Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid gegeben, und das resultierende Gemisch wurde vollständig gemischt. Weiteres Mischen erfolgte unter Erhitzen bei 110°C.
(2) Das Kühlen erfolgte unter fortgesetztem Mischen bei 85°C oder weniger, damit Pulver von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen an den Eisenteilchen hafteten, und zwar mit einem partiell geschmolzenen Gemisch von Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid als Bindemittel, wodurch Pulvergemische hergestellt wurden.
(3) Zu dem resultierenden Pulvergemisch wurden 1,5 Gew.-% Graphitpulver, 2,0 Gew.-% Cu-Pulver und Zinkstearat in einer Menge von 0,3 Gew.-Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teile Eisenpulver, das Gemisch aus Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid, Graphitpulver und Cu-Pulver, zugegeben. Das gesamte Gemisch wurde gleichförmig gemischt.

Die vorstehend bereitgestellten Pulvergemische wurden gepresst, so dass ein grüner Pressling erhalten wurde.
Die Pressbarkeit wurde eingestellt, indem die Dichte des grünen Presslings, der aus dem vorstehend genannten Pulvergemisch zu einer zylindrischen Form von 10 ϕ × 10 mm unter 6 Tonnen/cm² hergestellt wurde, bestimmt wurde. Je höher die Dichte, desto besser die Komprimierbarkeit.
Sowohl die Menge an freiem Graphit als auch die maschinelle Verarbeitbarkeit wurden durch die Verwendung ei nes gesinterten Materials bewertet, das durch Pressen des Pulvergemischs zu einer zylindrischen Form mit 6,85 g/cm³ Dichte und dann durch Sintern des resultierenden grünen Presslings in einer Atmosphäre mit 10 Vol.% Wasserstoff und 90 Vol.% Stickstoff bei 1130°C für 20 min erhalten wurde.
Die Menge an freiem Graphit in dem gesintertem Material wurde bestimmt durch Infrarotabsorption eines Filtrates, das aus dem Lösen eines Teils (Testprobe) des gesinterten Materials in Salpetersäure und von der anschließenden Entfernung des resultierenden Rückstands durch Filtration stammte. Darüber hinaus wurde die maschinelle Bearbeitbarkeit durch Zählen der durchschnittlichen Zahl an Bohrlöchern (durchschnittlicher Zahlenwert durch Verwendung von 3 Bohrungen) bestimmt, die erforderlich waren, damit eine Hochgeschwindigkeits-Stahlbohrung mit 2 mm ϕ im Durchmesser funktionsunfähig waren, wenn sie unter Bedingungen von 10000 U/min und 0,012 mm/Umdr. gebohrt wurden. In diesem Fall wurde ein gesintertes Material mit zylindrischer Form mit 60 mm ϕ Außendurchmesser und 10 mm Höheverwendet. Je größer der Zahlenwert, desto besser die maschinelle Verarbeitbarkeit.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
Aus Tabelle 1 geht hervor, dass ein sichtbarer Anstieg der maschinellen Verarbeitbarkeit in den gesinterten Materialien erhalten wurde (Nr. 1 bis Nr. 4 und Nr. 9 bis Nr. 13), hergestellt aus dem erfindungsgemäßen Pulvergemisch auf Eisenbasis für die Pulvermetallurgie. Bei dem gesinterten Material Nr. 6, wobei die Mengen der Pulver der B-haltigen Verbindung außerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens lagen, sank die Pressbarkeit, obwohl die maschinelle Verarbeitbarkeit sich nicht merklich verschlechterte. Das gesinterte Material Nr. 5, bei dem keine Borsäure (H₃BO₃) zugegen war, das gesinterte Material Nr. 7, bei dem der S-Gehalt zu klein war, und das gesinterte Material Nr. 8, bei dem der Gehalt von Mn zu groß war, hatten jeweils mangelnde Mengen an vorhandenem freien Graphit und hatten somit eine schlechte maschinelle Verarbeitbarkeit. Bei einem Vergleich zwischen den gesinterten Materialien Nr. 3, Nr. 10 und Nr. 11 bis Nr. 13, wobei Borsäure jeweils in der gleichen Menge zugegeben wurde, jedoch mit unterschiedlichen Mischverfahren, ergaben die gesinterten Materialien Nr. 10 und Nr. 11 bis 13, die einer absonderungsfreien Behandlung unterzogen wurden, größere Mengen an freiem Graphit, und somit eine höhere maschinelle Verarbeitbarkeit als das gesinterte Material Nr. 3. Die gesinterten Materialien mit darin enthaltenem MnS-Pulver (Nr. 14 und Nr. 15) zeigen eine längere Arbeitsfestigkeit eines Maschinenwerkzeugs als das gesinterte Material Nr. 1, und dies bedeutet, dass die Zugabe von MnS-Pulver zu einer weiteren Verbesserung der maschinellen Verarbeitbarkeit führt.
Beispiel 2
Ein verdüstes Eisenpulver, das so formuliert wurde, dass es S und Mn in der in Tabelle 2 gezeigten Menge enthielt, wurde hergestellt und als Ausgangspulver verwendet.
Zuerst wurde ein Schmelzstahl (1630°C), der so eingestellt war, dass er eine festgelegte Zusammensetzung enthielt, wurde mit Wasser zu einer Pulverform verdüst. Nach dem Trocknen in einer Stickstoffatmosphäre bei 140°C für 60 min wurde das resultierende Pulver einer Reduktionsbehandlung in einer Nur-Wasserstoff-Atmosphäre 20 min bei 930°C unterworfen. Beim Kühlen wurde das so behandelte Pulver aus dem Reduzierofen entnommen, pulverisiert und klassiert, so dass ein verdüstes Eisenpulver als Ausgangspulver erhalten wurde.
Das vorstehend genannte Ausgangspulver wurde mit einem Carbonyl-Ni-Pulver, einem Mo-Trioxid-Pulver und einem Cu-Pulver gemischt, so dass die in Tabelle 2 aufgeführte Zusammensetzung erhalten wurde. Das resultierende Gemisch wurde in einem Wasserstoffgas bei 875°C für 60 min geglüht, mit dem Ergebnis, dass diese Komponentenpulver dazu veranlasst wurden, diffus am Ausgangspulver auf dessen Oberfläche zu binden, wodurch die Legierungsstahlpulver partiell legiert wurden. Hier sind die jeweiligen Mengen von Ni, Mo und Cu wie in der Tabelle 2 gezeigt, ausgedrückt als Gewichtsprozentsatz im Eisenpulver.
Das Legierungsstahlpulver wurde mit Pulvern von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen in den in Tabelle 2 angegebenen Mengen, MnS-Pulver, Graphit-Pulver, Cu-Pulver und einem Gleitmittel gemischt. Das Mischen erfolgte unter Verwendung der Mischverfahren 1A bis 5A, die nachstehend beschrieben werden. Hier wird die jeweilige zugegebene Menge des Pulvers der B-haltigen Verbindung, des MnS-Pulvers und Graphitpulvers, in der Tabelle durch Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge des Legierungs-Stahlpulvers, des Pulvers der B-haltigen Verbindung, MnS-Pulvers und Graphitpulvers ausgedrückt. In Tabelle 2 sind die Mengen des Pulvers von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen gezeigt als B-Gehalt in Pulvern von B-haltigen Verbindungen.
Mischverfahren 1A

(1) Die Legierungsstahlpulver wurden mit den angegebenen Mengen Borsäure (H₃BO₃), Boroxid (B₂O₃), Ammoniumborat-Pulver und hexagonalem Bornitrid versetzt, deren Mengen in Tabelle 2 angegeben sind, zusammen mit 1,5 Gew.-% Graphitpulver versetzt. Etwas des verdüsten Eisenpulvers wurde mit einem MnS-Pulver in den in Tabelle 2 angegebenen Mengen und Zinkstearat in einer Menge von 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen der verwendeten Komponenten versetzt. Das Mischen erfolgte mit einem V-Mischer für 15 min, wodurch Pulvergemische hergestellt wurden.

Die 1A der Zeichnungen ist eine schematische Ansicht, die die Verhältnisse in einem Pulvergemisch zeigt, das durch das erfindungsgemäße Mischverfahren 1A erhalten wurde. 1B ähnelt 1A, zeigt jedoch ein Pulvergemisch mit einem dazu gegebenen MnS-Pulver.
Die Zahl 1 bezeichnet ein Eisenpulver, 2 ist ein Pulver von einer B-haltigen Verbindung, 3 ist ein Graphitpulver, 4 ein Gleitmittel und 5 (1B) ein MnS-Pulver.
Mischverfahren 2A

(1) Zu dem Legierungsstahlpulver wurde 0,3 Gew.-% Ölsäure gesprüht, und das resultierende Eisenpulver wurde 3 min gleichförmig gemischt.
(2) Anschließend wurde das Pulver von der B-haltigen Verbindung in den in Tabelle 2 angegebenen Mengen, 1,5 Gew.-% Graphitpulver und Zinkstearat in einer Menge von 0,4 Gew.-Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen Eisenpulver, Pulver von B-haltigen Verbindungen und Graphitpulver zugegeben und vollständig gemischt. Das Mischen erfolgte dann unter Erhitzen bei 110°C.
(3) Das Kühlen erfolgte unter fortwährendem Mischen bei 85°C oder weniger, und das Graphitpulver und das Pulver von der B-haltigen Verbindung wurden veranlasst, an den Eisenpulverteilchen zu haften, und zwar mit einem eutektischen Gemisch von Ölsäure und Zinkstearat als Bindemittel, wodurch die Pulvergemische hergestellt wurden.
(4) Zu dem resultierenden Pulvergemisch wurde Zinkstearat in einer Menge von 0,3 Gew.-Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen Eisenpulver, Ölsäure, B-haltigem Verbindungspulver und Graphitpulver, zugegeben. Dann wurde das gesamte Gemisch gleichförmig gemischt.

Die 2 der Zeichnungen, eine schematische Ansicht, zeigt ein Pulvergemisch, das durch das erfindungsgemäße Mischverfahren 2A erhalten wurde. Der Teil, der die Bezugszahl 6 hat, ist das eutektische Gemisch.
Mischverfahren 3A

(1) Zu dem Legierungsstahlpulver wurden Pulver von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen in den in Tabelle 2 angegebenen Mengen, 1,5 Gew.-% Graphitpulver und 0,4 Gew.-% eines Gemischs von Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid zugegeben, und das resultierende Gemisch wurde vollständig gemischt. Das weitere Mischen wurde unter Erhitzen bei 110°C durchgeführt.
(2) Das Kühlen erfolgte bei fortwährendem Mischen bei 85°C oder darunter, und das Graphitpulver und das Pulver von der B-haltigen Verbindung wurden veranlasst, an den Eisenpulverteilchen zu binden, und zwar mit einem partiell geschmolzenen Gemisch von Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid als Bindemittel, wodurch Pulvergemische hergestellt wurden.
(3) Zu dem resultierenden Pulvergemisch wurde Zinkstearat und N,N'-Ethylenbisstearamid in einer Menge von 0,3 Gew.-Teilen gegeben, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen Eisenpulver, wobei beide Gleitmittel jeweils in einer Menge von 0,15 Teilen vorlagen, Pulvern von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen, Graphitpulver und das Gemisch von Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid. Das gesamte Gemisch wurde gleichförmig gemischt.

3 ist eine schematische Ansicht eines Pulvergemischs, das durch das Mischverfahren 3A der Zeichnungen erhalten wurde.
Mischverfahren 4A

(1) Zu dem Legierungsstahlpulver wurde 0,3 Gew.-% Ölsäure gesprüht, und das resultierende Stahlpulver wurde 3 min gleichförmig gemischt.
(2) Anschließend wurden die Pulver von der B-haltigen Verbindung in den in Tabelle 2 angegebenen Mengen, und Zinkstearat in einer Menge von 0,4 Gew.-Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen Eisenpulver, Ölsäure und Graphitpulver zugegeben und vollständig gemischt. Das Mischen erfolgte dann unter Erhitzen bei 110°C.
(3) Das Kühlen erfolgte unter fortwährendem Mischen bei 85°C oder weniger, damit das Graphitpulver und das Pulver von der B-haltigen Verbindung an den Eisenpulverteilchen hafteten, und zwar mit einem eutektischen Gemisch von Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid als Bindemittel, wodurch die Pulvergemische hergestellt wurden.
(4) Zu dem resultierenden Pulvergemisch wurde 1,5 Gew.-% Graphitpulver und 0,3 Gew.-% Zinkstearat, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen Eisenpulver, Pulver von einer B-haltigen Verbindung, Graphitpulver und Ölsäure gegeben. Dann wurde das gesamte Gemisch gleichförmig gemischt.

Die 4 der Zeichnungen, eine schematische Ansicht, zeigt ein Pulvergemisch, das durch das erfindungsgemäße Mischverfahren 4A erhalten wurde.
Mischverfahren 4A

(1) Zu dem Legierungsstahlpulver wurden die Pulver von der B-haltigen Verbindung in den in Tabelle 2 angegebenen Mengen, und 0,4 Gew.-% eines Gemischs von Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid gegeben, und das erhaltene Gemisch wurde vollständig gemischt. Weiteres Mischen erfolgte dann unter Erhitzen bei 110°C.
(2) Das Kühlen erfolgte unter fortwährendem Mischen bei 85°C oder weniger, damit die Pulver von der B-haltigen Verbindung an den Eisenpulverteilchen hafteten, und zwar mit einem eutektischen Gemisch von Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid als Bindemittel, wodurch die Pulvergemische hergestellt wurden.
(3) Zu dem resultierenden Pulvergemisch wurde 1,5 Gew.-% Graphitpulver und Zinkstearat und N,N'- Ethylenbistearamid in einer Menge von 0,3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gew.-Teilen Eisenpulver, Gemisch von Stearamid und N,N'-Ethylenbisstearamid, Graphitpulver und Pulver von einer B-haltigen Verbindung, gegeben. Dann wurde das gesamte Gemisch gleichförmig gemischt.

Die 5 der Zeichnungen, eine schematische Ansicht, zeigt ein Pulvergemisch, das durch das erfindungsgemäße Mischverfahren 5A erhalten wurde.
Die Pulvergemische auf der Basis der Mischverfahren 5A wurden gepresst, so dass dadurch grüne Presslinge erhalten wurden.
Sowohl die Menge des freien Graphits als auch die maschinelle Verarbeitung wurden wie in Beispiel 1 bestimmt durch Verwendung eines gesinterten Materials, das erhalten wurde durch Pressformen des Pulvergemischs in eine zylindrische Form mit 7,0 g/cm³ Dichte, und dann durch Sintern des resultierenden grünen Presslings in einer Atmosphäre, die 10 Vol.% Wasserstoff und 90% Vol.% Stickstoff bei 1250°C für 60 min.
Die Pressbarkeit wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt.
Beispiel 1
Weiterhin wurde die Möglichkeit der Klassierung nach dem Sintern in jedem Fall untersucht. Zudem wurde die Zugfestigkeit nach dem Blanktempern gemessen, indem das gesinterte Material in einer Atmosphäre von 0,8% Kohlenstoffpotential bei 850°C 30 min erhitzt, und dann das behandelte gesinterte Material in einem Öl bei 160°C gehärtet wurde.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 2 aufgeführt.
Aus der Tabelle 2 geht hervor, dass die gesinterten Materialien (Nr. 2-1 bis 2-7 und Nr. 2-15 bis 2-19), die aus der Verwendung der erfindungsgemäßen Pulvergemische auf Eisenbasis für die Pulvermetallurgie hervorgingen, freies Graphit in Mengen von nicht weniger als 0,60 Gew.-% enthielten und eine Arbeitsfestigkeit eines Maschinenwerkzeugs von mehr als 190 Stücken oder mehr als Zahl für die maschinelle Verarbeitbarkeit aufwiesen, so dass sie eine bemerkenswerte Verbesserung der maschinellen Verarbeitbarkeit ergaben. Wegen der Zugabe von Ni, Cu, und Mo, haben diese gesinterten Materialien ebenfalls eine Zugfestigkeit nach dem Blankhärten von 700 bis 960 MPa, und somit eine sehr hohe Festigkeit. Trotzdem und bemerkenswerterweise ist die Klassierung wie-gesintert möglich.
Bei den gesinterten Materialien Nr. 2-9, bei denen die Mengen des Pulvers der B-haltigen Verbindung vom Rahmen der Erfindung abwichen, war die Pressbarkeit reduziert, obwohl die maschinelle Verarbeitbarkeit nicht so stark gesenkt war. Gesintertes Material Nr. 2-8, wobei das Pulver der B-haltigen Verbindung fehlte, gesintertes Material Nr. 2-10, wobei der Gehalt an S zu klein war, und gesintertes Material Nr. 2-11, wobei der Gehalt an Mn zu groß war, waren in Bezug auf maschinelle Verarbeitung zu schwach und konnten nicht an die Klassierung angepasst werden. Bei den gesinterten Materialien Nr. 2-12, Nr. 2-13 und Nr. 2-14, wobei die Mengen der Legierungen zu groß waren, war die maschinelle Verarbeitbarkeit am stärksten herabgesetzt und die Klassierung unmöglich.
Beim Vergleich zwischen den gesinterten Materialien Nr. 2-2, Nr. 2-16 und 2-17, wobei der B-Gehalt in der gleichen Menge, jedoch unter Einsatz verschiedener Mischverfahren zugefügt wurde, ergaben die gesinterten Materialien Nr. 2-16 und Nr. 2-17, die so behandelt waren, dass sie frei von Absonderungen waren, große Mengen an freiem Graphit und somit eine hohe maschinelle Verarbeitbarkeit, verglichen mit dem gesinterten Material Nr. 2-2. Die gesinterten Materialien mit darin enthaltenem MnS-Pulver (Nr. 2-20 und Nr. 2-21) zeigten eine verlängerte Arbeits festigkeit von Maschinenwerkzeug, im Gegensatz zu dem gesinterten Material 2-1, was bedeutet, dass die Zugabe von MnS-Pulver eine weitere verbesserte maschinelle Verarbeitbarkeit erbrachte.
Beispiel 3
Ein verdüstes Eisenpulver wurde hergestellt, das so formuliert wurde, dass es S, Mn, Ni und Mo, wie in Tabelle 3 gezeigt und Fe und zufällige Verunreinigungen als Rest enthielt.
Zuerst wurde ein auf eine festgelegte Zusammensetzung eingestellter geschmolzener Stahl mit Wasser zu einer pulverisierten Form verdüst. Nach dem Trocknen in einer Stickstoff-Atmosphäre bei 140°C für 60 min wurde das resultierende Pulver einer Reduktionsbehandlung in einer Nur-Wasserstoffatmosphäre bei 930°C 20 min unterworfen. Beim Kühlen wurde das so behandelte Pulver aus dem Reduzierofen entnommen, pulverisiert, und klassiert, so dass ein verdüstes Eisenpulver (Legierungsstahlpulver) erhalten wurde.
Das Legierungsstahlpulver wurde mit dem Pulver von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen in den in Tabelle 3 aufgeführten Mengen, MnS-Pulver, Graphitpulver und einem Gleitmittel gemischt. Das Mischen erfolgte unter Verwendung der in Beispiel 2 gezeigten Mischverfahren 1A bis 5A, wodurch Pulvergemische bereitgestellt wurden. Diese Pulvergemische wurden gepresst, so dass grüne Presslinge erhalten wurden. Hier ist jeweils die zuzugebene Menge des Pulvers der B-haltigen Verbindungen, MnS-Pulvers, und des Graphitpulvers ausgedrückt als Gew.-Prozent auf der Basis der Gesamtmenge des Eisenpulvers, des Pulvers der B-haltigen Verbindung, MnS-Pulvers und des Graphitpulvers. In der Tabelle 3 ist die zugegebene Menge des Pulvers von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen gezeigt als B-Gehalt in dem Pulver von den B-haltigen Verbindungen.
Sowohl die Menge an freiem Graphit und die maschinelle Verarbeitbarkeit wurden wie in Beispiel 1 anhand eines gesinterten Materials untersucht, das durch Pressen des Pulvergemischs zu einer zylindrischen Form mit 7,0 g/cm³ Dichte, und dann durch Sintern des resultierenden grünen Presslings in einer Atmosphäre mit 10 Vol.% Wasserstoff und 90 Vol.% Stickstoff bei 1250°C für 60 min erhalten wurde.
Die Pressbarkeit wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bewertet.
Die Klassierungsmöglichkeit nach dem Sintern und die Zugfestigkeit nach dem Blankhärten wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 untersucht.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 3 angegeben.
Aus der Tabelle 3 geht hervor, dass die erfindungsgemäßen gesinterten Materialien (Nr. 3-1 bis Nr. 3-5 und Nr. 3-12 bis Nr. 3-15) freies Graphit in Mengen von nicht weniger als 0,80 Gew.-% und eine Arbeitsfestigkeit eines Maschinenwerkzeugs von über 180 Stücken oder mehr als Zahl für die maschinelle Verarbeitbarkeit besitzen und somit eine bemerkenswerte Verbesserung aufweisen. Aufgrund der Zugabe von Ni und Mo haben diese gesinterten Materialien eine Zugfestigkeit nach dem Blankhärten von sogar 720 bis 1050 MPa und somit eine hohe Festigkeit. Die Klassierung ist wie-gesintert auch möglich. Im gesinterten Material Nr. 3-7, wobei die Mengen des Pulvers der B-haltigen Verbindung vom Rahmen der Erfindung abwichen, war die Pressbarkeit reduziert, obwohl die maschinelle Verarbeitbarkeit nicht so stark sank. Das gesinterte Material Nr. 3-6, bei dem die Pulver mit den B-haltigen Verbindungen fehlten, das gesinterte Material Nr. 3-8, bei dem der S-Gehalt zu gering war, und das gesinterte Material Nr. 3-9, bei dem der Mn-Gehalt zu groß war, hatten jeweils nicht genug freies Graphit und hatten eine äußerst niedrige maschinelle Verarbeitbarkeit und konnten nicht an das Klassieren angepasst werden. Die gesinterten Materialien Nr. 3-10 und Nr. 3-11, bei denen die Mengen der Legierungen zu groß waren, hatten jeweils eine schlechte maschinelle Verarbeitbarkeit und konnten nicht an die Klassierung angepasst werden.
Beim Vergleich der gesinterten Materialien Nr. 3-3, Nr. 3-12 und 3-13, wobei die gleichen Komponenten in der gleichen Menge, jedoch unter Einsatz verschiedener Mischverfahren, zugefügt wurden, ergaben die gesinterten Materialien Nr. 3-12 und Nr. 3-13, die so behandelt waren dass sie frei von Absonderungen waren, große Mengen an freiem Graphit und somit eine hohe maschinelle Verarbeitbarkeit verglichen mit dem gesinterten Material Nr. 3-3. Die gesinterten Materialien mit darin enthaltenem MnS-Pulver (Nr. 3-16 und Nr. 3-17) zeigten eine verlängerte Arbeitsfestigkeit von Maschinenwerkzeug, im Gegensatz zu dem gesinterten Material 3-1, was bedeutet, dass die Zugabe von MnS-Pulver eine weitere verbesserte maschinelle Verarbeitbarkeit hervorbringt.
Beispiel 4
Ein verdüstes Eisenpulver wurde hergestellt, das so formuliert wurde, dass es S und Mn wie in Tabelle 4 enthielt, und es wurde als Ausgangspulver verwendet.
Zuerst wurde ein auf eine festgelegte Zusammensetzung eingestellter geschmolzener Stahl mit Wasser zu einer pulverisierten Form verdüst. Nach dem Trocknen in einer Stickstoffatmosphäre bei 140°C für 60 min wurde das resultierende Pulver einer Reduktionsbehandlung in einer Nur-Wasserstoffatmosphäre bei 930°C 20 min unterworfen. Beim Kühlen wurde das so behandelte Pulver aus dem Reduzierofen entnommen, pulverisiert und klassiert, so dass ein verdüstes Eisenpulver als Ausgangspulver bereitgestellt wurde.
Das oben erhaltene Ausgangspulver wurde mit einem Carbonyl-Ni-Pulver, einem Mo-Trioxid-Pulver und einem Cu-Pulver gemischt, so dass die in Tabelle 4 aufgeführte Zusammensetzung erhalten wurde. Das resultierende Gemisch wurde in Wasserstoffgas bei 875°C 60 min geglüht, damit diese Legierungskomponentenpulver unterschiedlich an das Ausgangspulver auf dessen Oberfläche banden, wodurch partiell legierte Stahlpulver erhalten wurden. Hier sind die in Tabelle 4 gezeigten Mengen von Ni, Cu, und Mo Gewichtsprozente im Eisenpulver.
Das Legierungsstahlpulver wurde mit Pulvern von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen in den in der Tabelle 4 aufgeführten Mengen, 1,5 Gew.-% Graphitpulver und einem Gleitmittel gemischt. Das Mischen erfolgte unter Verwendung der in Beispiel 2 gezeigten Mischverfahren 1A bis 5A, wodurch die Pulvergemische bereitgestellt wurden. Hier ist die jeweils zuzugebene Menge des Pulvers der B-haltigen Verbindung und des Graphitpulvers ausgedrückt als Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge des Eisenpulvers, des Pulvers der B-haltigen Verbindung und des Graphitpulvers.
Diese Pulvergemische wurde zu grünen Presslingen geformt. In der Tabelle 5 sind die Mengen der Pulver von einer oder mehreren B-haltigen Verbindungen gezeigt als B-Gehalt in Pulvern von einer B-haltigen Verbindung.
Die Menge an freiem Graphit und die Gleiteigenschaften wurden anhand einer zylindrischen Testprobe mit 10 ϕ mm Innendurchmesser, 20 ϕ mm Außendurchmesser und 8 mm Höhe bewertet, die aus einem wie vorstehend hergestellten gesinterten Material hergestellt wurden. Eine Welle aus S45C wurde um die Testprobe mit einem Abstand von 20 μm in Bezug auf die poröse Wand der Testprobe eingefügt. Die Untersuchung der Abriebfestigkeit erfolgte, indem die Welle mit einer Drehgeschwindigkeit von 100 m/min unter trockenen Bedingungen und durch steigende Kontaktlast schrittweise von einer niedrigen Last angetrieben wurde. Die Gleiteigenschaft des gesinterten Materials wurde bestimmt durch die Kontaktlast, die erforderlich ist, damit die Welle und die innere Umfangswand aneinander haften. Die bessere Gleiteigenschaft tritt dann auf, wenn die Kontaktlast auf einem höheren Niveau ist, wenn die Haftung zuerst erfolgt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt.
Aus der Tabelle 4 geht hervor, dass die gesinterten Materialien (Nr. 4-1 bis 4-3 und Nr. 4-7 bis Nr. 4-12), die aus der Verwendung der erfindungsgemäßen Pulvergemische auf Eisenbasis für die Pulvermetallurgie hervorgehen, freies Graphit in Mengen von nicht weniger als 1,1 Gew.-% enthalten und eine Kontaktlast von sogar 6 kgf/mm² haben. Mengen an freiem Graphit von 1 Gew.-% oder mehr verstärken die Gleiteigenschaft deutlich. Das gesinterte Material Nr. 4-4, bei dem Pulver von einem B-haltigen Material fehlten, das gesinterte Material Nr. 4-5, bei dem die S-Menge zu klein war, und das gesinterte Material Nr. 4-6, bei dem der Mn-Gehalt zu groß war, hatten jeweils nicht genug freies Graphit und geringe Gleitfähigkeit. Die gesinterten Materialien Nr. 4-7 bis 4-10, die so behandelt waren, dass sie frei von Absonderung waren, ergaben erhöhte Menge an freiem Graphit und somit eine verbesserte Gleiteigenschaft.
Die Erfindung stellt wie oben beschrieben und veranschaulicht ein gesintertes Material bereit, das hervorragende maschinelle Verarbeitbarkeit und Gleiteigenschaft gegenüber demjenigen aufweist, das aus der Verwendung eines herkömmlichen Eisenpulvers oder Pulvergemischs hervorgeht. Maschinenteile, die aus dem erfindungsgemäßen gesinterten Material hergestellt wurden, haben eine hohe Genauigkeit der Abmessungen und eine lange Arbeitsfestigkeit, und somit ist die Erfindung industriell äußerst wertvoll.

Claims

Gemisch für die Pulvermetallurgie, umfassend: ein Eisenpulver, ein Graphitpulver, ein Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als Bor-Gehalt der einen oder mehr als einen borhaltigen Verbindung, gegebenenfalls ein MnS-Pulver in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-%, und gegebenenfalls ein Kupferpulver in einer Menge bis zu 4 Gew.-% aber nicht mehr, bezogen auf die Gesamtmengen von Eisenpulver, Graphitpulver, Pulver der borhaltigen Verbindungen, MnS-Pulver und Kupferpulver, und gegebenenfalls ein Gleitmittel, wobei das Eisenpulver umfasst: 0,03 bis 0,30 Gew.-% Schwefel, 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mangan, und gegebenenfalls (1) ein oder beide Metalle, ausgewählt aus der Gruppe: 0,5 bis 7,0 Gew.-% Nickel und 0,05 bis 6,0 Gew.-% Molybdän, oder (2) ein oder mehrere Metalle, ausgewählt aus der Gruppe: 0,5 bis 7,0 Gew.-% Nickel, 0,5 bis 7,0 Gew.-% Kupfer und 0,05 bis 3,5 Gew.-% Molybdän, die diffus an dem Eisenpulver haften, so dass sie partiell damit legiert sind, wobei der Rest des Eisenpulvers Eisen und zufällige Verunreinigungen sind.
Gemisch nach Anspruch 1, das speziell das Gleitmittel umfasst.
Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: das Eisenpulver das Graphitpulver das Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als Borgehalt in der einen oder mehr als einen borhaltigen Verbindung, und gegebenenfalls das Gleitmittel, wobei das Eisenpulver besteht aus: 0,03 bis 0,30 Gew.-% Schwefel, und 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mangan, wobei der Rest des Eisenpulvers Eisen und zufällige Verunreinigungen sind.
Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: das Eisenpulver, das Graphitpulver, das Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als Borgehalt in der einen oder mehr als einen borhaltigen Verbindung, das Kupferpulver in einer Menge von bis zu 4 Gew.-% aber nicht mehr, und gegebenenfalls das Gleitmittel, wobei das Eisenpulver besteht aus: 0,03 bis 0,30 Gew.-% Schwefel und 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mangan, wobei der Rest des Eisenpulvers Eisen und zufällige Verunreinigungen sind.
Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: das Eisenpulver, das Graphitpulver, das Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als Borgehalt in der einen oder mehr als einen borhaltigen Verbindung, das MnS-Pulver in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-% und gegebenenfalls das Gleitmittel, wobei das Eisenpulver besteht aus 0,03 bis 0,30 Gew.-% Schwefel und 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mangan, wobei der Rest des Eisenpulvers Eisen und zufällige Verunreinigungen sind.
Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: das Eisenpulver, das Graphitpulver, das Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als Borgehalt in der einen oder mehr als einen borhaltigen Verbindung, das MnS-Pulver in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-%, das Kupferpulver in einer Menge von bis zu 4 Gew.-% aber nicht mehr, und gegebenenfalls das Gleitmittel, wobei das Eisenpulver besteht aus 0,03 bis 0,30 Gew.-% Schwefel und 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mangan, wobei der Rest des Eisenpulvers Eisen und zufällige Verunreinigungen sind.
Gemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Eisenpulver verdüstes Eisenpulver ist.
Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: das Eisenpulver, das Graphitpulver, und das Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als Borgehalt in der einen oder mehr als einen borhaltigen Verbindung, und gegebenenfalls das Gleitmittel, wobei das Eisenpulver verdüstes Eisenpulver ist, bestehend aus 0,03 bis 0,30 Gew.-% Schwefel 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mangan, und einem oder beiden Metallen aus der Gruppe, bestehend aus 0,5 bis 7,0 Gew.-% Nickel und 0,05 bis 6,0 Gew.-% Molybdän, wobei der Rest des Eisenpulvers Eisen und zufällige Verunreinigungen sind.
Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: das Eisenpulver, das Graphitpulver, das Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als Borgehalt in der einen oder mehr als einen borhaltigen Verbindung, das MnS-Pulver in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-% und gegebenenfalls das Gleitmittel, wobei das Eisenpulver verdüstes Eisenpulver ist, bestehend aus: 0,03 bis 0,30 Gew.-% Schwefel, 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mangan, und einem oder beiden Metallen aus der Gruppe, bestehend aus 0,5 bis 7,0 Gew.-% Nickel und 0,05 bis 6,0 Gew.-% Molybdän, wobei der Rest des Eisenpulvers Eisen und zufällige Verunreinigungen sind.
Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: das Eisenpulver, das Graphitpulver, das Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als Borgehalt in der einen oder mehr als einen borhaltigen Verbindung, und gegebenenfalls das Gleitmittel, wobei das Eisenpulver verdüstes Eisenpulver ist, bestehend aus: 0,03 bis 0,30 Gew.-% Schwefel 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mangan, und einem oder mehreren Metallen aus der Gruppe, bestehend aus 0,5 bis 7,0 Gew.-% Nickel, 0,5 bis 7,0 Gew.-% Kupfer, und 0,05 bis 3,5 Gew.-% Molybdän, die diffus an dem Eisenpulver haften, wobei der Rest des Eisenpulvers Eisen und zufällige Verunreinigungen sind.
Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: das Eisenpulver, das Graphitpulver, das Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, ausgedrückt als Borgehalt in der einen oder mehr als einen borhaltigen Verbindung, das MnS-Pulver in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-% und gegebenenfalls das Gleitmittel, wobei das Eisenpulver verdüstes Eisenpulver ist, bestehend aus: 0,03 bis 0,30 Gew.-% Schwefel 0,05 bis 0,40 Gew.-% Mangan, und einem oder mehreren Metallen aus der Gruppe, bestehend aus 0,5 bis 7,0 Gew.-% Nickel, 0,5 bis 7,0 Gew.-% Kupfer, und 0,05 bis 3,5 Gew.-% Molybdän, die diffus an dem Eisenpulver haften, wobei der Rest des Eisenpulvers Eisen und zufällige Verunreinigungen sind.
Gemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Pulver von einer oder mehr als einer borhaltigen Verbindung an der Oberfläche des Eisenpulvers haftet.