SE414191B

SE414191B - LIKE TO LIKE THE PATENT 7612217-5 MAKE IRON-BASED POWDER

Info

Publication number: SE414191B
Application number: SE7805205A
Authority: SE
Inventors: L-E Svensson
Original assignee: Hoeganaes Ab
Priority date: 1978-05-03
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1980-07-14
Also published as: GB2023184A; ES480145A0; GB2023184B; FR2424967B2; DE2917882A1; FR2424967A2; JPS552791A; ES8100771A2; SE7805205L; JPH0140081B2; DE2917882C2

Description

e 7805205 -7 l0 15 20 25 30 35 40 |'\J procedur tillater. Detta astadkommes genom ytterligare en pressoperation, kalibrering, da detaljen bibringas ett ytterst noggrant matt. e 7805205 -7 l0 15 20 25 30 35 40 | '\ J procedur tillater. This is achieved by another pressing operation, calibration, as the part is given an extremely accurate mat.

För att detaljer tillverkade på pulvermetallurgisk väg skall få de hållfastheter som många gånger krävs användes legeringspulver som utgångsmaterial. Idag an- vändes i huvudsak tvâ typer av sådana legeringspulver, nämligen pulverblandningar och s.k. atomiserade pulver. 0 Pulverblandningar beredas genom att blanda in ett pulver av legeringsämnet, antingen i elementär form eller som en under sintringsprocessen nedbrytbar för- ening i järnpulvret. De s.k.'atomiserade stâlpulvren tillverkas genom att en stålsmälta innehållande de önskade legeringselementen sönderdelas till pulver.In order for parts manufactured in a powder metallurgical way to have the strengths that are often required, alloy powder was used as starting material. Today, two types of such alloy powders are mainly used, namely powder mixtures and so-called atomized powders. Powder mixtures are prepared by mixing a powder of the alloying substance, either in elemental form or as a compound which can be degraded during the sintering process in the iron powder. The so-called atomized steel powders are manufactured by decomposing a steel melt containing the desired alloying elements into powder.

En av nackdelarna med pulverblandningar är den risk för segregering som före- ligger beroende på att pulver med olika karaktäristika, t.ex. olika partikel- storlek är blandade med varandra utan att vara mekaniskt förenade. Denna segreger- ing leder till varierande sammansättning hos de av pulverblandningen tillverkade presskropparna och som effekt härav till varierande dimensionsändringar under sintringen av dessa. En annan nackdel med pulverblandningar är deras benägenhet att damma, särskilt då legeringsämnet föreligger med mycket fin partikelstorlek.One of the disadvantages of powder mixtures is the risk of segregation that exists due to the fact that powders with different characteristics, e.g. different particle sizes are mixed with each other without being mechanically joined. This segregation leads to varying composition of the compacts made of the powder mixture and as a result to varying dimensional changes during their sintering. Another disadvantage of powder mixtures is their tendency to dust, especially when the alloying element is present with a very fine particle size.

Detta kan naturligtvis orsaka miljöproblem.This can, of course, cause environmental problems.

Det atomiserade pulvret å andra sidan saknar helt segregeringsrisk eftersom varje pulverpartikel har den önskade legeringssammansättningen. Damningsrisken är inte heller så stor eftersom inte något legeringsämne med liten partikelstorlek ingår.The atomized powder, on the other hand, has no risk of segregation at all because each powder particle has the desired alloy composition. The risk of dusting is also not so great because no alloy substance with a small particle size is included.

Det förlegerade atomiserade pulvret har däremot en annan stor nackdel, nämligen dess låga pressbarhet, som beror på den lösningshärdande effekt som legerings- ämnena har på varje pulverparikel. En hög pressbarhet är väsentlig då man önskar erhålla en detalj med hög täthet, vilket är en förutsättning för hög hållfasthet.The pre-alloyed atomized powder, on the other hand, has another major disadvantage, namely its low compressibility, which is due to the solution-curing effect that the alloying elements have on each powder particle. A high compressibility is essential when it is desired to obtain a detail with a high density, which is a prerequisite for high strength.

För en pulverblandning å andra sidan är pressbarheten i det närmaste densamma som det ingående järnpulvrets. Detta jämte den flexibilitet vad gäller legerings- sanmansättning som kännetecknar pulverblandningar har gjort pulverblandningar till den mest använda formen av legeringspulver.For a powder mixture, on the other hand, the compressibility is almost the same as that of the constituent iron powder. This, together with the flexibility in alloy composition that characterizes powder mixtures, has made powder mixtures the most widely used form of alloy powder.

Det är sedan länge känt att använda koppar som hållfasthetshöjande legerings- tillsats vid framställning av järnbaserade sinterdetaljer. Likaså är det känt att detaljer av järn-koppar-blandningar genomgår en svällning under sintringen.It has long been known to use copper as a strength-enhancing alloy additive in the manufacture of iron-based sintered parts. It is also known that details of iron-copper mixtures undergo swelling during sintering.

Vid framställning av detaljer i långa serier kan dimensionsökningen variera från detalj till detalj på ett icke önskat sätt. Denna variation är främst beroende på den ovan nämnda segregeringsrisken i pulverblandningar. 10 20 25 30 35 40 3 vaoszos-7 I huvudpatentet anges en metod för framstallning av kopparhaltigt järnpulver där risken för segregering är liten, vilket resulterar i att variationen i dimensionsändring blir mindre för detaljer framställda i stora serier.When producing details in long series, the dimension increase can vary from detail to detail in an undesirable way. This variation is mainly due to the above-mentioned risk of segregation in powder mixtures. 10 20 25 30 35 40 3 vaoszos-7 The main patent discloses a method for producing copper-containing iron powder where the risk of segregation is small, which results in the variation in dimensional change being smaller for details produced in large series.

Det har nu visat sig vara möjligt att ytterligare förbättra stabiliteten i dimensionsändringen genom att pulver enligt huvudpatentet legeras med fosfor.It has now been found possible to further improve the stability of the dimensional change by alloying powder according to the main patent with phosphorus.

Den överraskande effekt som därvid uppnås är både en minskning av dimensions- ändringens absolutvärde och en minskad spridning av absolutvärdet.The surprising effect that is achieved is both a reduction in the absolute value of the dimensional change and a reduced spread of the absolute value.

Pulver framställt pa sättet enligt föreliggande uppfinning gör det sålunda möjligt att avsevärt förenkla tillverkningen av precisionsdetaljer, som har höga krav på mâttoleranser och samtidigt har hög hållfasthet.Powders produced in the method according to the present invention thus make it possible to considerably simplify the manufacture of precision parts which have high requirements for dimensional tolerances and at the same time have high strength.

Framställning av pulver enligt uppfinningen sker pâ följande sätt: Det med koppar diffusionslegerade järnpulvret framställt enligt patentet 7612217-5 blandas med rent järnpulver för att ge blandningen önskad kopparhalt, varefter fosfor till- sattes i form av ferrofosfor till önskad fosforhalt. Den enligt uppfinningen före- dragna fosforhalten uppgår till 1.5 vikts-2, företrädesvis 0.15-1.0 vikts-% fosfor.Powder according to the invention is prepared as follows: The copper diffusion alloyed iron powder prepared according to patent 7612217-5 is mixed with pure iron powder to give the mixture the desired copper content, after which phosphorus was added in the form of ferrophosphorus to the desired phosphorus content. The preferred phosphorus content according to the invention amounts to 1.5% by weight, preferably 0.15-1.0% by weight of phosphorus.

I det följande exemplifieras uppfinningen och redovisas försök som gjorts med pulver enligt uppfinningen och de överraskande resultat som därvid uppnåtts.In the following, the invention is exemplified and experiments made with powders according to the invention and the surprising results obtained thereby are reported.

Exempel 1 Tre pulverblandningar, H, I och K med en sammansättning enligt nedanstående tabell bereddes: Blandning H: 94.2 % järnsvamppulver med en maximal partikelstorlek av 147 pm, 5.0 z kopparpulver med en maximal partikelstorlek av 147 pm, 0,8 z zinkstearatpulver.Example 1 Three powder mixtures, H, I and K with a composition according to the table below were prepared: Mixture H: 94.2% iron sponge powder with a maximum particle size of 147 μm, 5.0 z copper powder with a maximum particle size of 147 μm, 0.8 zinc zinc stearate powder.

Blandning I: 49.2 % järnsvamppulver med en maximal partikelstorlek av 147 pm 50.0 z diffusionslegerat järnpulver innehållande 10.0 2 koppar och med en maximal partikelstorlek av 147 pm, 0.8 2 zinkstearatpulver.Mixture I: 49.2% iron mushroom powder with a maximum particle size of 147 μm 50.0 z diffusion alloyed iron powder containing 10.0 2 copper and with a maximum particle size of 147 μm, 0.8 2 zinc stearate powder.

Blandning K: 46.2 2 järnsvamppulver med en maximal partikelstorlek av 147 pm, 50.0 . diffusionslegerat järnpulver innehallande 10.0 1 koppar med en maximal partikelstorlek av 147 pm, '7805205-'7 l0 l5 -20 25 30 35 40 3.0 ferrofosfor med lå storlek av 44 pm, 0.8 fosfor och med en maximal partikel- zinkstearatpulver.Mixture K: 46.2 2. Mushroom powder with a maximum particle size of 147 μm, 50.0. diffusion alloyed iron powder containing 10.0 l of copper with a maximum particle size of 147 μm, '7805205-'7 l0 l5 -20 25 30 35 40 3.0 low size ferrophosphorus, 0.8 phosphorus and with a maximum particle-zinc stearate powder.

Av respektive blandning pressades 2500 rektangulära stavar med dimensionen l0xl0x30 mm i en automatpress av fabrikat Dorst. Detaljerna sintrades därefter i bandugn i 30 minuter vid ll20°C i endogasatmosfär. Efter sintringen uttogs ett ur statistisk synpunkt tillräckligt antal detaljer, för vilka dimensionsstabili- teten bestämdes. Härvid erhölls för blandning H ett totalt spridningsmått pâ 42 pm, för blandning I ett totalt spridningsmått på 22 pm och för blandning K ett totalt spridningsmâtt på 12 pm. Resultatet, även presenterat i figur l, visar att spridningen för dimensionsändringen är betydligt mindre för material K än för H och I.From each mixture, 2500 rectangular rods with the dimension l0xl0x30 mm were pressed in an automatic press made by Dorst. The details were then sintered in a belt furnace for 30 minutes at 120 ° C in an endogas atmosphere. After sintering, a sufficient number of details were taken from a statistical point of view, for which dimensional stability was determined. In this case, for mixture H a total dispersion of 42 [mu] m was obtained, for mixture I a total dispersion of 22 [mu] m and for mixture K a total dispersion of 12 [mu] m. The result, also presented in Figure 1, shows that the spread of the dimensional change is significantly smaller for material K than for H and I.

Detta i sin tur innebär att uppställda krav på dimensionsnoggrannhet, d.v.s. uppställda màttoleranser, lättare kan innehållas då material K användes. Den mâttnoggrannhet som uppnåtts med material K i ovan relaterade försök motsvarar toleransklassen IT6 medan detaljer tillverkade av material H uppnådde en mått- gnoggrannhet som motsvarar toleransklassen IT9 och detaljer tillverkade av material I uppnådde en mâttnoggrannhet som motsvarar toleransklassen IT7. Detaljer med måttnoggrannhet motsvarande toleransklass IT6 uppvisar mer än väl kalibrerad tolerans, d.v.s. tolerans uppnådd efter ytterligare en pressningsoperation efter sintring.This in turn means that set requirements for dimensional accuracy, i.e. set measurement tolerances, can be more easily contained when material K is used. The dimensional accuracy achieved with material K in the above related experiments corresponds to tolerance class IT6 while details made of material H achieved a dimensional accuracy corresponding to tolerance class IT9 and details made of material I achieved a dimensional accuracy corresponding to tolerance class IT7. Details with dimensional accuracy corresponding to tolerance class IT6 show more than well-calibrated tolerance, i.e. tolerance achieved after another pressing operation after sintering.

Exempel 2 . .Example 2. .

Sex pulverblandningar, N a, b; 0 a, b; P a, b med sammansättning enligt nedanstaende tabell bereddes: ßiananingiNa= 93.75 L Fe 5.0 ß Cu som Cu-pulver 0.45 % P 0.8 : zinkstearat Blandning Ûa: 93.65 % Fe ? 5.0 I Cu som Cu-pulver 0.45 % P 0.4 % C 0.5 i zinkstearat 10 15 20 25 30 35 40 iaoszos-vi 5 B1andning Pa: 94.10 . Fe 5.0 Cu som Cu-pu1ver 0.4 - C 0.5 ' zinkstearat B1andning Nb: 93.75 Fe 5.0 ï Cu som 10 3-ig Cu-Dista1oy 0.45 3 P 0.8 § zinkstearat B1andning 0b: 93.65 Z Fe 5.0 3 Cu som 10 m-ig Cu-Dista1oy 0.45 2 P 0.4 ï C 0.5 3 zinkstearat B1andnin9 Pb: 94.10 Fe 5.0 L Cu som 10 2-ig Cu-0ista1oy 0.4 . C 0.5 zinkstearat Av de sex b1andningarna pressades provstavar vid 590 MPa:s tryck. Provstavarnaï sintrades vid 112006 under 30 minuter i endogasatmosfär med 1ämp1ig ko1potentia1.Six powder mixtures, N a, b; 0 a, b; P a, b with composition according to the table below was prepared: ßiananingiNa = 93.75 L Fe 5.0 ß Cu as Cu powder 0.45% P 0.8: zinc stearate Mixture Ûa: 93.65% Fe? 5.0 I Cu as Cu powder 0.45% P 0.4% C 0.5 in zinc stearate 10 15 20 25 30 35 40 iaoszos-vi 5 B1andning Pa: 94.10. Fe 5.0 Cu as Cu powder 0.4 - C 0.5 'zinc stearate B1andning Nb: 93.75 Fe 5.0 ï Cu as 10 3-ig Cu-Dista1oy 0.45 3 P 0.8 § zinc stearate B1andning 0b: 93.65 Z Fe 5.0 3 Cu as 10 m-ig Cu -Dista1oy 0.45 2 P 0.4 ï C 0.5 3 zinc stearate B1andnin9 Pb: 94.10 Fe 5.0 L Cu som 10 2-ig Cu-0ista1oy 0.4. C 0.5 zinc stearate Of the six mixtures, test rods were pressed at a pressure of 590 MPa. The test rods were sintered at 112006 for 30 minutes in an endogas atmosphere with suitable carbon potential.

Provstavarnas mekaniska egenskaper uppmättes, varvid fö1jande resu1tat erhö11s: Materia1 Sintrad Dimensions- Hårdhet Brottgräns Brottför- tätheš ändring B 2 1ängning J g/cm .. N/mm % Na 6.8 +0.28 120 _ 410 3.5 oa 6.7 +o.1s iss eos 2.0 Pa 6.7 +0.56 105 305 4.5 Nb 6.8 +0.26 120 410 3.0 Ob 6.7 +0.15 150 600 2.0 Pb 6.7 +0.52 110 310 4.5 Av resu1taten framgår att den ha11fasthetsnivà som erhä11es då kopparpulver b1andas med järnpu1ver inte paverkas da kopparpu1vret ersätts med ett med koppar diffusions1egerat järnpu1ver. Detaljer ti11verkade av med koppar diffusions1egerat järnpulver erha11er sa1unda god ha11fasthet särskilt da det är 1egerat med ko1 och fosfor samtidiqt som de dimensionstoleranser som uppnas hitinti11s endast kunnat uppnas genom en efter sintrinqen efterföljande bearbetninqsoperation.The mechanical properties of the test rods were measured, the following result being obtained: Material Sintered Dimensional Hardness Fracture limit Fracture density change B 2 1 elongation J g / cm .. N / mm% Na 6.8 +0.28 120 _ 410 3.5 oa 6.7 + o.1s iss eos 2.0 Pa 6.7 +0.56 105 305 4.5 Nb 6.8 +0.26 120 410 3.0 Ob 6.7 +0.15 150 600 2.0 Pb 6.7 +0.52 110 310 4.5 The results show that the level of strength obtained when copper powder is mixed with iron powder is not affected when the copper powder is replaced with the copper powder. diffusion1egated iron powder. Details made of copper diffusion-alloyed iron powder thus obtain good strength, especially since it is alloyed with carbon and phosphorus at the same time as the dimensional tolerances obtained hitherto could only be obtained by a subsequent operation after sintering.

Claims

7.805205-7 PATENT REQUIREMENTS Method of producing iron-based powder according to claim 1 of the main patent 7612217-5, characterized in that the copper-diffused alloy iron powder is mixed with pure iron powder in such an amount that the mixture obtains the intended copper content and that the phosphorus is mixed this as an alloying additive will contain up to 1.5% by weight, preferably 0.5, 1.0 - 1.0% by weight of phosphorus. I ANFöRoA PußuK / xnonsk; Sweden 408 435 (c22c 33/02)