EP0779937B1 - Verfahren zum einsatzhärten von höhermolybdänlegierten sinterstählen - Google Patents

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EP0779937B1
EP0779937B1 EP96919584A EP96919584A EP0779937B1 EP 0779937 B1 EP0779937 B1 EP 0779937B1 EP 96919584 A EP96919584 A EP 96919584A EP 96919584 A EP96919584 A EP 96919584A EP 0779937 B1 EP0779937 B1 EP 0779937B1
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    • B22F2201/30—Carburising atmosphere

Definitions

  • the invention relates to a method for case hardening higher molybdenum alloyed sintered steels.
  • the inventive method with the in claim 1 offers the advantage that higher molybdenum alloyed sintered steels are case hardened can without the formation of a brittle Carbide net is coming.
  • the additional heat treatment is applied immediately after the sintering is carried out in one step, the Protective gas atmosphere present during sintering or the vacuum through a carbon donor Means, that is, carbon-containing atmosphere, is replaced.
  • the presence of one Minimum proportion of ⁇ iron of 40% for case hardening Sintered steels necessary. would be from room temperature hoisted, the supply of carbon during the High heating can be blocked because it is also below the two-phase area only ⁇ -iron is present (see Figure 2) and the harmful iron carbide is created in this area would.
  • a long heating-up phase would be necessary ultimately represents a dead process time.
  • To avoid this dead time is from the sintering temperature to the Temperature of the two-phase area ( ⁇ and ⁇ iron) cooled down. This also makes the sintering process supplied thermal energy is used.
  • the heat treatment is preferably at a temperature of 1120 ° C, 40% of the Material volume of the higher molybdenum alloyed sintered steel in the necessary lattice structure area of the ⁇ -iron, if the Molybdenum content is 3.5% by weight. This will make the initial intake of carbon favors.
  • case hardening in addition to the additional heat treatment after sintering then the case hardening in the usual Carry out case hardening temperatures of 840 to 950 ° C. This ensures that by means of between the Sintering and case hardening performed additional Heat treatment activates the higher molybdenum alloy Sintered steel takes place so that the installation of carbon becomes possible without it forming a brittle Carbide network is coming.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the method for Case hardening of higher molybdenum alloyed sintered steels
  • Figure 2 is a state diagram of molybdenum alloys Sintered steels.
  • a first method step 10 the in Molybdenum-containing steel in powder form Molded body of any geometric shape pressed.
  • the molybdenum content of the steel is, for example, 3.5%.
  • a second method step 12 then takes place Sintering of the previously pressed molded body at a Sintering temperature of 1250 ° C.
  • Sintered material such as that shown in Figure 2
  • State diagram of sintered steels containing molybdenum Höganäs is illustrated exclusively in Lattice structure area of the ⁇ -iron.
  • the sintering takes place under a protective gas atmosphere, for example under Hydrogen or in a vacuum.
  • a next method step 14 the previous one sintered higher molybdenum alloy sintered steel of another Heat treatment at a temperature of, for example Subjected to 1120 ° C.
  • This heat treatment takes place under supply of carbon-containing atmosphere instead.
  • the Sintered steel expediently from the sintering temperature cooled down.
  • the heat treatment takes place immediately after sintering.
  • Case hardening of the previously sintered and according Process step 14 heat treated higher molybdenum alloys Sintered steel.
  • This case hardening takes place at temperatures from 840 ° C to 950 ° C while supplying the carbonaceous Atmosphere or other - not to be considered here - carbon donor.
  • the molybdenum alloy was thus activated Sintered steel, so that by case hardening in the Method step 18 also among those given here lower temperatures the installation of carbon in the Edge zones of the molded body is possible without it Formation comes from a brittle carbide network.
  • a special one designated 16 here Use can be supplied.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einsatzhärten von höhermolybdänlegierten Sinterstählen.
Stand der Technik
Es ist bekannt, aus metallischen Pulvern, beispielsweise aus Stahlpulvern, durch Sintern Formkörper beliebiger Geometrie herzustellen. Die metallischen Pulver werden hierbei unter einer bestimmten Temperatur, die wenig unter dem Schmelzpunkt der Sintermaterialien liegt, wärmebehandelt. Bei der Wärmebehandlung von Sinterstählen stellen sich bekannterweise Bereiche mit unterschiedlichen Gitterstrukturen ein, in denen sich sogenanntes α-Eisen, γ-Eisen oder eine Mischstruktur aus α- und γ-Eisen einstellt. Übliche Sinterstähle, die in der Regel Kohlenstoff enthalten, sintern im Bereich des γ-Eisens. Hierbei läuft die Sinterung 102 bis 103 mal langsamer ab als im α-Eisenbereich bei gleicher Temperatur. Werden beispielsweise Stahlpulver mit einem erhöhten Molybdängehalt gesintert, läuft die Sinterung bei Sintertemperaturen von zirka 1250°C im Bereich des α-Eisens ab. Hierbei ist nachteilig, da eine völlig kohlenstoffreine Sinterung stattfinden muß, daß bei einem anschließend erforderlich werdenden Einsatzhärten eine Kohlenstoffaufnahme in den Randbereichen des gesinterten Formkörpers nur schwer möglich ist und es zur Bildung eines spröden Karbidnetzes kommt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß höhermolybdänlegierte Sinterstähle einsatzgehärtet werden können, ohne daß es zu einer Bildung von einem spröden Karbidnetz kommt. Dadurch, daß die Sinterstähle nach dem Sintern einer Wärmebehandlung unter Anwesenheit von Kohlenstoff bei Temperaturen unterzogen werden, bei denen im Sinterstahl ein Mindestanteil an γ-Eisen von 40 % vorliegt, ist es vorteilhaft möglich, insbesondere in den Randbereichen des Sinterstahls, eine derartige Gitterstruktur zu schaffen, die anschließend zur Aufnahme von Kohlenstoff geeignet ist. Die zusätzliche Wärmebehandlung wird unmittelbar anschließend an das Sintern in einem Arbeitsschritt durchgeführt, wobei die während des Sinterns vorhandene Schutzgasatmosphäre beziehungsweise das Vakuum durch ein kohlenstoffabgebendes Mittel, das heißt, Kohlenstoff enthaltende Atmosphäre, ersetzt wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird von der höheren Sintertemperatur auf den Temperaturbereich des Zwei-Phasen-Gebietes, heruntergekühlt, in dem ein Mindestanteil an γ-Eisen von 40 % vorliegt. Insofern ist das Vorhandensein eines Mindestanteils an γ-Eisen von 40 % für das Einsatzhärten von Sinterstählen notwendig. Würde von Raumtemperatur hochgeheißt, müßte die Zufuhr von Kohlenstoff während des Hochheizens gesperrt werden, weil auch unterhalb des Zwei-Phasen-Gebietes lediglich α-Eisen vorliegt (siehe Figur 2) und in diesem Bereich das schädliche Eisenkarbid entstehen würde. Folglich wäre eine lange Aufheizphase notwendig, die letztlich eine tote Prozeßzeit darstellt. Zur Vermeidung dieser Totzeit wird von der Sintertemperatur auf die Temperatur des Zwei-Phasen-Gebietes (α- und γ-Eisen) heruntergekühlt. Dadurch wird zugleich die beim Sintern zugeführte Wärmeenergie ausgenutzt.
Wird die Wärmebehandlung vorzugsweise bei einer Temperatur von 1120°C durchgeführt, befinden sich 40 % des Werkstoffvolumens des höhermolybdänlegierten Sinterstahls in dem notwendigen Gitterstrukturbereich des γ-Eisens, wenn der Molybdän-Gehalt 3,5 Gew% beträgt. Hierdurch wird die anfängliche Aufnahme von Kohlenstoff begünstigt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, neben der zusätzlichen Wärmebehandlung nach dem Sintern anschließend die Einsatzhärtung bei den üblichen Einsatzhärtetemperaturen von 840 bis 950°C durchzuführen. Hierdurch wird erreicht, daß mittels der zwischen der Sinterung und der Einsatzhärtung durchgeführten zusätzlichen Wärmebehandlung eine Aktivierung des höhermolybdänlegierten Sinterstahls erfolgt, so daß das Einbauen von Kohlenstoff möglich wird, ohne daß es zur Bildung eines spröden Karbidnetzes kommt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Blockdiagramm des Verfahrens zum Einsatzhärten von höhermolybdänlegierten Sinterstählen und Figur 2 ein Zustandsschaubild von molybdänlegierten Sinterstählen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Anhand des in Figur 1 dargestellten Flußdiagramms soll der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatzhärten von höhermolybdänlegierten Sinterstählen verdeutlicht werden. In einem ersten Verfahrensschritt 10 wird der in Pulverform vorliegende molybdänhaltige Stahl zu einem Formkörper beliebiger geometrischer Gestalt verpreßt. Der Molybdängehalt des Stahls beträgt beispielsweise 3,5 %. In einem zweiten Verfahrensschritt 12 erfolgt anschließend die Sinterung der zuvor gepreßten Formkörper bei einer Sintertemperatur von 1250°C. Hierbei befindet sich das Sintermaterial, wie anhand des in Figur 2 gezeigten Zustandsschaubildes von molybdänhaltigen Sinterstählen nach Höganäs verdeutlicht wird, ausschließlich im Gitterstrukturbereich des α-Eisens. Die Sinterung erfolgt unter einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise unter Wasserstoff oder im Vakuum.
In einem nächsten Verfahrensschritt 14 wird der zuvor gesinterte höhermolybdänlegierte Sinterstahl einer weiteren Wärmebehandlung bei einer Temperatur von beispielsweise 1120°C unterzogen. Diese Wärmebehandlung findet unter Zufuhr von kohlenstoffhaltiger Atmosphäre statt. Dabei wird der Sinterstahl zweckmäßigerweise von der Sintertemperatur heruntergekühlt. Die Wärmebehandlung findet somit unmittelbar nach dem Sintern statt.
Bei einer Temperatur von 1120°C befinden sich, wie wiederum das Zustandsschaubild in Figur 2 verdeutlicht, 40 % des Werkstoffvolumens des molybdänlegierten Sinterstahls im Bereich des γ-Eisens. Hierdurch wird die Aufnahme von Kohlenstoff aus der umgebenden Atmosphäre in die Gitterstruktur des molybdänlegierten Sinterstahls begünstigt. Die während des Verfahrensschrittes 14 durchgeführte Wärmebehandlung kann sehr vorteilhaft beispielsweise gleich in dem Ofen durchgeführt werden, in dem die Sinterung gemäß dem Verfahrensschritt 12 durchgeführt wird. Bei geringeren Anteilen an gelöstem Kohlenstoff in dem molybdänlegierten Sinterstahl wandelt sich bei der Temperatur von 1120°C, mit der die Wärmebehandlung durchgeführt wird, auch das Restvolumen des Werkstoffs in die Gitterstruktur des γ-Eisens um.
In einem nächsten Verfahrensschritt 18 erfolgt ein Einsatzhärten des zuvor gesinterten und gemäß Verfahrensschritt 14 wärmebehandelten höhermolybdänlegierten Sinterstahls. Dieses Einsatzhärten erfolgt bei Temperaturen von 840°C bis 950°C unter Zufuhr der kohlenstoffhaltigen Atmosphäre oder anderer - hier nicht näher zu betrachtender - kohlenstoffabgebender Mittel. Durch die zuvor durchgeführte Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt 14 erfolgte somit eine Aktivierung des molybdänlegierten Sinterstahls, so daß durch die Einsatzhärtung in dem Verfahrensschritt 18 auch unter den hier gegebenen niedrigeren Temperaturen der Einbau von Kohlenstoff in die Randzonen des Formkörpers möglich ist, ohne daß es zur Bildung von einem spröden Karbidnetz kommt. Nach dem Einsatzhärten im Verfahrensschritt 18 kann der insgesamt erfindungsgemäß behandelte molybdänlegierte Sinterstahl einer hier mit 16 bezeichneten speziellen Verwendung zugeführt werden.
In der Figur 2 ist das bereits erwähnte Zustandsschaubild von molybdänlegiertem Stahl gezeigt. Über den Gewichtsprozenten GP des Molybdängehaltes in Prozent ist die Temperatur T in °C aufgetragen. Anhand der eingetragenen Trennlinien zwischen den sich in dem molybdänlegierten Sinterstahl einstellenden Gitterstruktur bei unterschiedlichen Temperaturen wird der α-Eisenbereich, der γ-Eisenbereich und der zwischen diesen Bereichen liegende Mischbereich aus γ- beziehungsweise α-Eisen verdeutlicht. Beispielhaft ist ein Molybdängehalt von 3,5 % eingetragen, wobei deutlich wird, daß bei einer Sintertemperatur von 1250°C, wie im Verfahrensschritt 12 zu Figur 1 erläutert, sich der molybdänlegierte Sintrestahl ausschließlich in seinem α-Eisen-Bereich befindet.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Einsatzhärten von höhermolybdänlegierten Sinterstählen mit einem Molybdängehalt von ≥ 2 Gewichtsprozent, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterstähle unmittelbar nach dem Sintern, auf einen Temperaturbereich abgekühlt werden, bei dem im Sinterstahl ein Mindestanteil an γ-Eisen von 40% vorliegt, und dass in diesem Temperaturbereich die Sinterstähle einer Wärmebehandlung unter Anwesenheit von Kohlenstoff unterzogen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 1050°C bis 1200°C, vorzugsweise 1120°C durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Wärmebehandlung die molybdänlegierten Sinterstähle mit einem kohlenstoffabgebenden Mittel beaufschlagt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterstahl einen Molybdängehalt von 2 bis 4 Gew%, vorzugsweise von 3,5 Gew% aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Wärmebehandlung die Einsatzhärtung bei Temperaturen von 840°C bis 950°C durchgeführt wird.
EP96919584A 1995-06-07 1996-05-25 Verfahren zum einsatzhärten von höhermolybdänlegierten sinterstählen Expired - Lifetime EP0779937B1 (de)

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