EP0747154A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Sinterteilen - Google Patents

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EP0747154A1
EP0747154A1 EP96250118A EP96250118A EP0747154A1 EP 0747154 A1 EP0747154 A1 EP 0747154A1 EP 96250118 A EP96250118 A EP 96250118A EP 96250118 A EP96250118 A EP 96250118A EP 0747154 A1 EP0747154 A1 EP 0747154A1
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zone
temperature
sintering
cooling
sintered parts
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Karl-Heinz Lindner
Rudolf Schneider
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Sinterwerke Herne GmbH
QMP Metal Powders GmbH
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BT Magnet Technologie GmbH
Mannesmann AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a method for producing sintered parts with high wear resistance and at the same time good dynamic strength properties from pressed molded articles according to the preamble of claim 1 and a device for performing this method.
  • Such a manufacturing process provides components with good static (tensile strength, hardness, wear resistance) and at the same time also good dynamic strength properties.
  • the dimensional accuracy and its uniformity occasionally leave something to be desired: the achievable tolerance class is approximately IT10.
  • the object of the invention is to modify a method of the generic type in such a way that, while ensuring good dynamic strength properties and at the same time good wear properties, a significantly improved dimensional accuracy (tighter manufacturing tolerances) is achieved, the procedural and the system engineering outlay being kept as low as possible.
  • a device for performing this method is to be specified.
  • a device for carrying out the method according to the invention has the features of patent claim 9 and is advantageously characterized by those in subclaims 10 to 12 specified features can be further configured.
  • the invention is based on the fact that for the production of the sintered parts a hardened and tempered steel powder is used which is made from a fully alloyed steel, that is (with the exception of the C content) has a uniform distribution of the alloy components. The latter therefore does not have to be striven for by means of diffusion processes correspondingly extended over time during the sintering.
  • the previously required separate heat treatment of the sintered parts after sintering to set the good dynamic strength properties with high wear resistance is eliminated. Rather, these properties are set directly in the course of the sintering treatment.
  • the steel powder used consists of an air-hardening material.
  • an oil bath which is undesirable for environmental protection reasons, in order to achieve a deterrent effect can be dispensed with.
  • the carbon content of the sintered parts is added in the usual way separately in the form of graphite, so that the steel powder remains soft enough to ensure sufficient compressibility. During the sintering process, the graphite diffuses into the interconnected powder particles.
  • Fig. 1 shows schematically, in the immediate connection to the sintering (section a) to cool the sintered parts from the sintering temperature to a first holding temperature which is in a temperature range from Ar 3 to a maximum of 150 ° C. above Ar 3 .
  • the cooling (section b) from the sintering temperature to the first holding temperature is expediently carried out at a cooling rate of 0.5-1.5 ° C./s.
  • the sintered parts are held at the first holding temperature for about 5 to 25 minutes (first holding time, section c). This results in a smaller austenite grain size.
  • the first holding temperature in a range of at most 50-100 ° C. above Ar 3 .
  • a useful duration of the first stopping time is 10-20 minutes.
  • section d convective gas cooling leads to accelerated cooling (section d) to a second holding temperature.
  • a cooling rate in the range of 3 - 6 ° C / s is recommended for this.
  • This second holding temperature is selected on the basis of the ZTU diagram associated with the respective material in such a way that the area of ferrite formation is avoided and a bainitic structure begins to form.
  • the holding time at this second holding temperature (section e) is extended at least until a structure component of the bainite of at least 50% has set in. However, a complete transformation of the structure into bainite is generally not desirable. With a maximum of 95% bainite, the holding at the second holding temperature should expediently be ended at the latest. A proportion of bainite in the order of 60-80% has proven to be particularly advantageous.
  • the sintered parts are then cooled in the usual way to room temperature (normal cooling, section f).
  • the procedure according to the invention ensures particularly good part quality. This not only results in a comparatively high dimensional accuracy, but the tolerances that occur are significantly narrower than in the conventional method of production.
  • the quality class IT8 can now be achieved. This is all the more surprising since it is even possible to completely do without a separate calibration process. This makes a complete more complex Work step saved. Furthermore, there is no need for energy and handling for a separate heat treatment process.
  • the device according to the invention which is designed as an electronically controlled continuous sintering furnace, is shown schematically in its simplest form.
  • An arrow on the left-hand side indicates that the sintered parts are introduced into a first zone, which functions as a heating zone and in which the lubricants (e.g. waxes) contained in the green compacts are evaporated.
  • This first zone is therefore also referred to as dewaxing zone 1.
  • the actual sintering zone 2 in which the sintered parts are kept at the sintering temperature (at least 1000 ° C.) for a sufficiently long time. Since the sintered parts are moved through the entire system at a constant speed, the sintering zone 2 has a corresponding length.
  • an oxygen-free atmosphere (protective gas atmosphere) is maintained in the entire system.
  • an austenitizing zone 3 in which the sintered parts are first cooled and kept at the austenitizing temperature.
  • a rugged cooling zone 4 which is equipped with a corresponding gas shower (not shown) in order to bring about a sufficiently intensive convective gas cooling.
  • the sintered parts have reached the second holding temperature, they enter the bainitization zone 7 and are kept at this temperature for a sufficiently long time so that a bainite fraction of at least 50% can form in the structure.
  • the bainitis riveting zone 7 has a corresponding length. After a sufficient bainitization time, if possible before reaching a 95% share, the sintered parts enter a final normal cooling zone 5, where they are cooled from the bainitization temperature to near room temperature.
  • FIG. 3 shows the diagram of a system modified compared to FIG. 2, which differs in that the green compacts used in the device can optionally pass through two different paths.
  • the arrangement from the dewaxing zone 1 to the rugged cooling zone 4 is completely the same as that shown in FIG.
  • the material flow direction can be optionally set behind the rugged cooling zone 4.
  • the direction of transport is expediently opposite to the first part of the device.
  • This is followed by a normal cooling zone 5b, in which the parts treated according to the invention are cooled to room temperature.
  • This modified device thus has two normal cooling zones.
  • Such a system thus offers particular flexibility with regard to the range of products to be processed.
  • the illustrated embodiment has the advantage that it has a comparatively short overall length.
  • the dimensional accuracy corresponded to the tolerance class IT9.
  • Compressed bodies of the same type as in the previous example were produced from a completely alloyed steel powder of the composition Fe-4 Ni-0.5 Mo, to which 1% Cu and 0.6% graphite and customary lubricants were added.
  • the sintering was carried out at a temperature of 1120 ° C. over a period of 30 min in an endogas atmosphere with controlled C potential.
  • a rugged cooling with a cooling rate of 3 ° C / s and the bainitization according to the invention followed by a normal cooling to room temperature.
  • a bainitic structure emerged in the components with the following properties: tensile strenght 750 - 800 N / mm 2 Hardness level 350 - 450 HV1 Elongation at break A3 until 6 %
  • the dimensional accuracy of the parts produced according to the invention was also significantly better. It corresponded to the tolerance class IT8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sinterteilen mit hoher Verschleißfestigkeit und guten dynamischen Festigkeitseigenschaften aus Formkörpern, die als Grünlinge aus einem fertiglegierten lufthärtenden Vergütungsstahlpulver mit einem in Form von Graphit zugesetzten Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,3 % gepreßt worden sind, durch Sintern unter Schutzgas bei einer Sintertemperatur von mindestens 1000 °C und nachfolgende Abkühlung. Dabei werden die Sinterteile unmittelbar im Anschluß an das Sintern von der Sintertemperatur auf eine erste Haltetemperatur im Bereich von Ar3 bis maximal 150 °C oberhalb Ar3 abgekühlt und über eine erste Haltezeit von 5 - 25 min auf dieser Temperatur gehalten (Austenitisierungsphase), die Sinterteile unmittelbar anschließend durch eine konvektive Gaskühlung beschleunigt bis auf eine zweite Haltetemperatur abgekühlt und über eine zweite Haltezeit auf dieser Temperatur gehalten, wobei die zweite Haltetemperatur in einem Temperaturbereich liegt, in dem sich ein Bainit-Gefüge ausbildet, und die zweite Haltezeit so bemessen wird, daß sich ein Gefügeanteil des Bainit von mindestens 50 % einstellt, und die Sinterteile erden danach auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung hierzu. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sinterteilen mit hoher Verschleißfestigkeit und gleichzeitig guten dynamischen Festigkeitseigenschaffen aus gepreßten Formkörpern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Mechanisch hochbeanspruchte Bauteile aus Stahl wie etwa Getriebezahnräder müssen nicht nur eine hohe Maßgenauigkeit aufweisen, sondern müssen darüber hinaus insbesondere auch sehr gute dynamische Festigkeitseigenschatten und gleichzeitig eine hohe Verschleißfestigkeit zeigen. Die Herstellung derartiger Teile durch zerspanende Fertigungsverfahren mit anschließender Einsatzhärtung erschien lange Zeit als einzig gangbarer Weg. Zur Reduzierung des Formgebungsaufwandes ist es jedoch auch möglich, pulvermetallurgische Verfahren anzuwenden. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, aus einem diffusionslegierten ölhärtenden Stahlpulver, dem Graphit in der dem gewünschten C-Gehalt entsprechenden Menge sowie übliche Schmiermittel zugesetzt wurden, entsprechende Preßkörper als Grüninge zu formen, diese im Durchlaufverfahren in einem Ofen zu sintern und anschließend auf Raumtemperatur abzukühlen. Zur Verbesserung der Maßgenauigkeit erfolgt anschließend auf einer Kalibrierpresse ein erneuter Preßvorgang. Anschließend wird eine Einsatzhärtung mit Abschreckung in Öl vorgenommen, dem sich eine Anlaßbehandlung anschließt. Die so hergestellten Bauteile zeigen ein typisches Anlaßgefüge.
  • Ein solches Herstellverfahren liefert Bauteile mit guten statischen (Zugfestigkeit, Härte. Verschleißfestigkeit) und gleichzeitig auch guten dynamischen Festigkeitseigenschaften. Trotz des Aufwandes der durch einen zweiten Preßvorgang (Kalibrierung) getrieben wird, läßt dennoch die Maßgenauigkeit und deren Gleichmäßigkeit gelegentlich Wünsche offen: Die erreichbare Toleranzklasse beträgt etwa IT10.
  • Weiterhin ist es bekannt. Sinterteile aus Preßkörpern herzustellen, die aus fertiglegierten, lufthärtenden Stahlpulvern gepreßt wurden. Hierbei wird durch Abkühlung an Luft bis unter die Martensitstarttemperatur ein martensitisches Gefüge erzeugt. Derartige Sinterteile zeigen wegen ihrer hohen Härte zwar gute Verschleißeigenschaften, sind jedoch aufgrund der niedrigen Bruchdehnung für dynamische Beanspruchungsarten, wie sie bei Zahnrädern regelmäßig auftreten, ungeeignet. Auch im Hinblick auf die erreichbare Maßgenauigkeit (Toleranzklasse IT9) können derartig hergestellte Sinterteile vielfach nicht befriedigen.
  • Schließlich ist es aus der DE 40 01 899 C1 bekannt, daß zur Herstellung hochfester Sinterteile-Grünlinge aus fertiglegiertem Stahlpulver mit einem in Form von Graphitpulver zugesetztem Massenanteil von 0,3 bis 0,7% Kohlenstoff gepreßt, bei einer Temperatur im Bereich von 1120 bis 1280 °C gesintert, durch Abkühlung gehärtet und anschließend angelassen wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so zu modifizieren, daß bei Gewährleistung guter dynamischer Festigkeitseigenschaffen und gleichzeitig guten Verschleißeigenschaffen eine deutlich verbesserte Maßhaltigkeit (engere Fertigungstoleranzen) erreicht wird, wobei der verfahrensmäßige und der anlagentechnische Aufwand möglichst gering bleiben sollen. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben werden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Merkmale des Patentanspruchs 9 auf und ist in vorteilhafter Weise durch die in den Unteransprüchen 10 bis 12 angegebenen Merkmale weiter ausgestaltbar.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines ZTU-Schaubildes und
    Fig. 2 und 3
    schematische Darstellungen eines Sinterofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Erfindung geht davon aus, daß zur Herstellung der Sinterteile ein an sich bekanntes Vergütungsstahlpulver verwendet wird, das aus einem fertiglegierten Stahl hergestellt ist, also (mit Ausnahme des C-Gehalts) eine gleichmäßige Verteilung der Legierungsbestandteile aufweist. Letzteres muß also nicht erst durch entsprechend zeitlich ausgedehnte Diffusionsvorgange wahrend des Sinterns angestrebt werden. Die bisher erforderliche separate Wärmebehandlung der Sinterteile nach dem Sintern zur Einstellung der guten dynamischen Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig hoher Verschleißfestigkeit entfällt. Die Einstellung dieser Eigenschaften wird vielmehr im Zuge der Sinterbehandlung direkt durchgeführt. Hierfür ist es wesentlich, daß das eingesetzte Stahlpulver aus einem lufthärtenden Werkstoff besteht. Dadurch kann auf den Einsatz eines aus Umweitschutzgrunden ohnehin unerwünschten Ölbades zur Erzielung eines Abschreckeffektes verzichtet werden.
  • Der Kohlenstoffgehalt der Sinterteile wird in üblicher Weise separat in Form von Graphit zugesetzt, damit das Stahlpulver zur Gewährleistung einer ausreichenden Verpreßbarkeit weich genug bleibt. Während des Sinterprozesses diffundiert der Graphit in die sich untereinander verbindenden Pulverpartikel hinein.
  • Die Erfindung sieht vor, wie Fig. 1 schematisch zeigt, im unmittelbaren Anschluß an das Sintern (Abschnitt a) die Sinterteile von der Sintertemperatur bis auf eine erste Haltetemperatur abzukühlen, die in einer Temperaturspanne von Ar3 bis maximal 150 °C oberhalb Ar3 liegt. Die Abkühlung (Abschnitt b) von der Sintertemperatur auf die erste Haltetemperatur erfolgt zweckmäßig mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 0,5 - 1,5 °C/s. Die Sinterteile werden für etwa 5 - 25 min (erste Haltezeit, Abschnitt c) auf der ersten Haltetemperatur gehalten. Dadurch wird eine kleinere Austenitkorngröße erreicht.
  • In der Austenitisierungsphase (Abschnitt c) empfiehlt es sich, das C-Potential in der Schutzgasatmosphäre, die wahrend des Sintervorgangs aufrechterhalten werden muß, ein erhöhtes, eine Aufkohlung bewirkendes C-Potential einzustellen. Hierdurch werden die Sinterteile in der äußeren Oberfläche mit Kohlenstoff angereichert, so daß im Oberflächenbereich eine besonders hohe Härte erreichbar ist. Dies ist für eine gute Verschleißfestigkeit von großer Bedeutung. Im Inneren der Sinterteile bleibt dagegen ein niedrigerer Kohlenstoffgehalt erhalten und führt zu besonders guten dynamischen Festigkeitseigenschaften (Härteprofil). Besonders vorteilhaft ist es, die erste Haltetemperatur in einem Bereich von maximal 50 - 100 °C oberhalb Ar3 zu wählen. Eine zweckmäßige Dauer der ersten Haltezeit betragt 10 - 20 min.
  • Im unmittelbaren Anschluß an die erste Haltezeit erfolgt durch eine konvektive Gaskühlung eine beschleunigte Abkühlung (Abschnitt d) bis auf eine zweite Haltetemperatur. Hierfür empfiehlt sich eine Abkühlgeschwindigkeit im Bereich von 3 - 6°C/s. Diese zweite Haltetemperatur ist anhand des zum jeweiligen Werkstoff gehörigen ZTU-Schaubilds so ausgewählt, daß das Gebiet der Ferritbildung gemieden wird und sich ein bainitisches Gefüge auszubilden beginnt. Die Haltezeit auf dieser zweiten Haltetemperatur (Abschnitt e) wird mindestens so lange ausgedehnt, bis sich ein Gefügeanteil des Bainits von mindestens 50 % eingestellt hat. Eine vollständige Umwandlung des Gefüges in Bainit ist jedoch im allgemeinen nicht erwünscht. Bei maximal 95 % Bainit sollte das Halten auf der zweiten Haltetemperatur zweckmäßigerweise spätestens beendet werden. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Anteil des Bainit in einer Größenordnung von 60 - 80 % erwiesen. Anschließend werden die Sinterteile in üblicher Weise bis auf Raumtemperatur abgekühlt (Normalkühlung, Abschnitt f).
  • Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise eine besonders gute Teilequalität gewährleistet wird. Es ergibt sich nämlich nicht nur eine vergleichsweise hohe Maßgenauigkeit, sondern die auftretenden Toleranzen liegen bedeutend enger als bei der herkömmlichen Hersteilungsweise. Anstelle der bisher bei Ölhärtung und Vergütung erreichbaren Güteklasse IT10 läßt sich nun die Güteklasse IT8 erreichen. Dies ist um so überraschender, als sogar auf die Durchführung eines separaten Kalibriervorgangs vollständig verzichtet werden kann. Dadurch wird ein kompletter aufwendiger Arbeitsschritt eingespart. Weiterhin erübrigt sich der Energie- und Handhabungsaufwand für ein separates Wärmebehandlungsverfahren.
  • In Figur 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung, die als elektronisch gesteuerter Durchlauf-Sinterofen ausgebildet ist, in ihrer einfachsten Form schematisch dargestellt. Durch einen Pfeil an der linken Seite ist angedeutet, daß die Sinterteile in eine erste Zone eingeführt werden, die als Aufheizzone fungiert und in der die in den Grünlingen enthaltenen Schmierstoffe (z.B. Wachse) ausgedampft werden. Diese erste Zone wird daher auch als Entwachszone 1 bezeichnet. Unmittelbar anschließend in Transportrichtung ist die eigentliche Sinterzone 2 angeordnet, in der die Sinterteile auf Sintertemperatur (mindestens 1000 °C) über eine ausreichend lange Zeit gehalten werden. Da die Sinterteile mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit durch die gesamte Anlage bewegt werden, weist die Sinterzone 2 eine entsprechende Länge auf. Um eine Oxidation der Sinterteile zu vermeiden, wird in der gesamten Anlage eine sauerstofffreie Atmosphäre (Schutzgasatmosphäre) aufrechterhalten. Unmittelbar an die Sinterzone 2 schließt sich eine Austenitisierungszone 3 an, in der die Sinterteile zunächst abgekühlt und auf Austenitisierungstemperatur gehalten werden. Danach folgt eine Schroffkühlzone 4, die mit einer entsprechenden (nicht dargestellten) Gasdusche ausgestattet ist, um eine ausreichend intensive konvektive Gaskühlung zu bewirken. Sobald die Sinterteile die zweite Haltetemperatur erreicht haben, treten sie in die Bainitisierungszone 7 ein und werden über eine zweite Haltezeit ausreichend lange auf dieser Temperatur gehalten, damit sich ein mindestens 50 % betragender Bainit-Anteil im Gefüge ausbilden kann. Hierzu weist die Bainitisietungszone 7 eine entsprechende Länge auf. Nach ausreichender Bainitisierungszeit, möglichst vor Erreichen eines 95 %-Anteils, treten die Sinterteile in eine abschließende Normalkühlzone 5 ein, wo sie von der Bainitisierungstemperatur bis in die Nähe der Raumtemperatur abgekühlt werden.
  • In Figur 3 ist das Schema einer gegenüber Figur 2 abgewandelten Anlage dargestellt, die sich dadurch unterscheidet, daß die in die Vorrichtung eingesetzten Grünlinge wahlweise zwei unterschiedliche Wege durchlaufen können. Die Anordnung von der Entwachszone 1 bis zur Schroffkühlzone 4 stimmt mit der in Figur 1 dargestellten vollständig überein. Hinter der Schroffkühlzone 4 kann die Materialflußrichtung wahlweise eingestellt werden. Entweder treten die erzeugten Sinterteile unmittelbar in eine separate Normalkühlzone 5a ein und können die Anlage als "normal" gesinterte, also als in nicht erfindungsgemäßer Weise hergestellte Teile verlassen; oder sie werden für die erfindungsgemäße Verfahrensfolge nach Verlassen der Schroffkühlzone 4 über eine wahlweise zuschaltbare Quertransporteinrichtung 6, wie dies durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet ist, in eine parallel zum ersten Teil der gesamten Vorrichtung angeordnete Bainitisierungszone 7 eingeführt. Zweckmäßigerweise ist die Transportrichtung hier entgegengesetzt zum ersten Teil der Vorrichtung. Anschließend folgt wiederum eine Normalkühlzone 5b, in der die erfindungsgemäß behandelten Teile auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Diese abgewandelte Vorrichtung weist also zwei Normalkühlzonen auf. Damit bietet eine solche Anlage eine besondere Flexibilität im Hinblick auf das zu verarbeitende Produktspektrum. Selbstverständlich wäre es möglich, die Bainitisierungszone 7 und die zweite Normalkühlzone 5b um 180° verdreht anzuordnen, also die ursprüngliche Materialflußrichtung beizubehalten. Ebenso wäre es ohne weiteres möglich, die Anordnung der Normalkühlzone 5a und des aus der Bainitisierungszone 7 und der Normalkühlzone 5b gebildeten Anlagenstrangs miteinander zu vertauschen. Die dargestellte Ausführungsform weist jedoch den Vorteil auf, daß sie eine vergleichsweise kurze Baulänge hat.
  • Die Wirksamkeit der Erfindung wird anhand der nachfolgenden beiden Beispiele näher erläutert.
    • Vergleichsbeispiel
  • Aus einem fertiglegierten Stahlpulver mit der Zusammensetzung Fe -4 Ni - 0,5 Mo, dem elementar 1 % Cu, 0,6 % Graphit und übliche Schmiermittel zugesetzt wurden, wurden Preßkörper mit einer Dichte von 6,80-6,90 g/cm3 hergestellt. Die Teile wurden bei einer Temperatur von 1150 °C während einer Dauer von 30 min gesintert. Dabei wurde eine aus Endogas bestehende Schutzgasatmosphäre mit kontrolliertem C-Potential aufrechterhalten. Nach konvektiver Gaskühlung der Teile (Abkühlgeschwindigkeit 3 - 6 °C/s) unter die Martensitstarttemperatur und anschließende Normalkühlung bis auf Raumtemperatur wurden folgende Eigenschaften ermittelt:
    Zugfestigkeit 650 N/mm2
    Härteniveau 550 - 700 HV1
    Bruchdehnung A3 0,3 - 0,6 %
  • Die Maßhaltigkeit entsprach der Toleranzklasse IT9.
    • Erfindungsgemäßes Beispiel
  • Aus einem fertiglegierten Stahlpulver der Zusammensetzung Fe - 4 Ni - 0,5 Mo, dem 1 % Cu und 0.6 % Graphit sowie übliche Schmiermittel zugesetzt wurden, wurden gleichartige Preßkörper wie im vorhergehenden Beispiel erzeugt. Die Sinterung wurde bei einer Temperatur von 1120 °C über eine Dauer von 30 min in einer Endogasatmosphäre mit kontrolliertem C-Potential durchgeführt. Nach der Austenitisierung erfolgte eine Schroffkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 3 °C/s sowie die erfindungsgemäße Bainitisierung und eine anschließende normale Abkühlung bis auf Raumtemperatur. Dabei stellte sich in den Bauteilen ein bainitisches Gefüge mit folgenden Eigenschaften ein:
    Zugfestigkeit 750 - 800 N/mm2
    Härteniveau 350 - 450 HV1
    Bruchdehnung A3 bis 6 %
  • Die Maßgenauigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Teile war außerdem signifikant besser. Sie entsprach der Toleranzklasse IT8.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich bei Bauteilen im Sinterzustand gleichzeit hohe Zähigkeiten mit hohen Festigkeiten kombinieren, die sonst auch mit einer separaten Wärmebehandlung nicht erreicht werden können, wobei eine deutlich verbesserte Maßtoleranz gewährleistet werden kann.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung von Sinterteilen mit hoher Verschleißfestigkeit und guten dynamischen Festigkeitseigenschaften aus Formkörpern, die als Grünlinge aus einem fertiglegierten lufthärtenden Vergütungsstahlpulver mit einem in Form von Graphit zugesetzten Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,3 % gepreßt worden sind, durch Sintern unter Schutzgas bei einer Sintertemperatur von mindestens 1000 °C und nachfolgende Abkühlung, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Sinterteile unmittelbar im Anschluß an das Sintern von der Sintertemperatur auf eine erste Haltetemperatur im Bereich von Ar3 bis maximal 150 °C oberhalb Ar3 abgekühlt und über eine erste Haltezeit von 5 - 25 min auf dieser Temperatur gehalten werden (Austenitisierungsphase),
    - daß die Sinterteile unmittelbar anschließend durch eine konvektive Gaskühlung beschleunigt bis auf eine zweite Haltetemperatur abgekühlt und über eine zweite Haltezeit auf dieser Temperatur gehalten werden, wobei die zweite Haltetemperatur in einem Temperaturbereich liegt, in dem sich ein Bainit-Gefüge ausbildet, und die zweite Haltezeit so bemessen wird, daß sich ein Gefügeanteil des Bainit von mindestens 50 % einstellt, und
    - daß die Sinterteile danach auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die erste Haltetemperatur maximal 50 - 100 °C oberhalb Ar3 liegt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die erste Haltezeit 10 - 20 min beträgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die konvektive Gaskühlung mit 3 - 6 °C/s erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abkühlung auf die erste Haltetemperatur mit 0,5 - 1,5 °C/s erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die zweite Haltezeit nach oben so begrenzt wird, daß der Gefügeanteil des Bainit höchstens 95 % beträgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die zweite Haltezeit so bemessen wird, daß der Gefügeanteil des Bainit 60-80 % beträgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Schutzgasatmosphäre in der Austenitisierungsphase auf ein eine Aufkohlung der Sinterteile bewirkendes C-Potential eingestellt wird.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend einen als Durchlaufaggregat ausgebildeten, elektronisch gesteuerten Sinterofen mit einer Sinterzone (2), einer hinter der Sinterzone (2) angeordneten Schroffkühlzone (4) mit Gaskühlung und mit einer hinter der Schroffkühlzone (4) angeordneten Normalkühlzone (5),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen der Sinterzone (2) und der Schroffkühlzone (4) eine Austenitisierungszone (3) angeordnet ist und daß zwischen der Schroffkühlzone (4) und der Normalkühlzone (5, 5b) eine Bainitisierungszone (7) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwei Normalkühlzonen (5a, 5b) vorgesehen sind, die materialflußtechnisch parallel zueinander angeordnet sind, wobei eine der beiden Normalkühlzonen (5b) über eine Quertransporteinrichtung (6) beschickbar ist und die andere Normalkühlzone (5a) zur wahlweisen Umgehung der Bainitisierungszone (7) unmittelbar an die Schroffkühlzone (4) angeschlossen ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Quertransporteinrichtung (6) zwischen der Schroffkühlzone (4) und der Bainitisierungszone (7) angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die zweite Normalkühlzone (5b) und die Bainitisierungszone (7) eine zur Transportrichtung der Sinterzone (2), der Austenitisierungszone (3) und der Schroffkühlzone (4) entgegengesetzte parallele Transportrichtung aufweisen.
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