SE450876B - Kromhaltig pulverblandning baserad pa jern samt sett for dess framstellning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 450876 jande beskrivs de fenomen som är av fundamental betydelse för en praktisk och ekonomisk tillverkning av sinterdetaljer med hög hållfasthet. _ Ett av de krav man ställer på ett pulver för här ifrågava- rande'ändamål är, vilket omnämnts tidigare, att pulvret uppvisar god pressbarhet. Ett annat krav är att pulvret icke får inne- hålla legeringspartiklar med en så hög hårdhet att ett onormalt verktygsslitage erhålles vid pressningen. Av erfarenhet vet man att pulverformiga legeringstillsatser med en hårdhet över- stigande en Vickers hårdhet av ca 1000 enheter, mätt vid 10 g belastning, resulterar i ett mycket kraftigt verktygsslitage.

För att kunna hålla slitaget på en rimlig nivå eftersträvar man därför att använda legeringsämnen med en Víckers hårdhet under- stigande 400 enheter, mätt vid 10 g belastning.

Ytterligare ett krav man ställer på legeringsämnet är att det skall kunna bringas till en fin partikelstorlek. Anled- ningen till detta är att vid användning av en fin partíkelstor- lek erhålles en bättre fördelning av legeringselementet i pul- verblandningen, vilket i sin tur ger en bättre fördelning i den pressade formkroppen. Vid den därpå följande síntringen erhålles en homogenare struktur på grund av de förkortade diffu- sionsvägarna. Användning av ett legeringselement med grov par- tikelstorlek som ej ger upphov till smältfas under sintringen, resulterar i att legeringspartiklarna ej hinner diffundera ut i materialet under acceptabla sintringstider utan kan iakttagas som mer eller mindre separata öar i den sintrade strukturen.

Detta leder i sin tur till att den hållfasthetshöjande effekt som legeringselementet förväntats ge ej erhålles.

Vid.framställning av pulverblandníngar innehållande lege- ringselementet krom kan i huvudsak sex olika sätt att tillsätta krom utläsas ur den pulvermetallurgiska litteraturen. 'Det kän- netecknande för dessa olika förfaranden är följande: 7 Ett förfarande är det så kallade förlegeringsförfarandet, dvs en järn-kromsmälta sönderdelas till pulver genom atomisering.

Det härvid framställda pulvret pressas till detaljer, vilka där- efter sintras. Nackdelen med denna typ av pulver är som tidi- gare nämnts den låga pressbarhet som ett dylikt pulver uppvisar.

Ett annat sätt att framställa järnpulverblandningar inne- hållande krom är att blanda ett rent krompulver med ett järnpul- 10 15 20 25 30 35 450 '876 ver till önskad kromhalt. Då det rena krompulvret uppvisar en mikrohårdhet av ca 200 - 400 Víckers enheter medför det inte något förhöjt verktygsslitage. Nackdelen är emellertid att på grund av krompulvrets låga hårdhet är det mycket svårt att ned- mala till en fin partikelstorlek med krav på en godtagbar ekonomi.

En tredje metod är att tillsätta krom i form av en legering av järn och krom exempelvis ferrokrom sur affinê. Nackdelen med att använda en dylik legering är att den ej går att nedmala till en önskad fin partikelstorlek, då även detta pulver har en låg hårdhet.

Det fjärde förfarandet som finns beskrivet i litteraturen är att använda krom i form av U-fas, dvs. en Fe-Cr-legering med ca 40-50% Cr. Kännetecknande för o-fas är att den är mycket hård, ca 2000 enheter Vickers, och därigenom lätt att nedmala till ett pulver med fin partikelstorlek. I praktiken har det dock visat sig att användningen av 6-fas som krombärare vid framställning av síntrade kromlegerade sinterstål ger upphov till ett verk- tygsslitage som ej kan accepteras vid långa serier av precisions- detaljer. . V Ett femte sätt är att tillsätta krom i form av ferrokrom carburê. Denna järnkromlegering har liksom 0-fasen en mycket hög hårdhet och låter sig nedmalas till ett pulver med fin par- tikelstorlek. Liksom i fallet med d-fas har dock i praktiken visat sig att verktygsslitaget ej kan hållas på en acceptabel nivå. ' En sjätte metod att tillsätta krom till en pulverblandning beskrivs i den svenska patentskriften 70-16925-5. Sättet känne- tecknas av att en järn-krom-legering med en kromhalt av 35-55% och en partikelstorlek av mindre än 150 m glödgas_under ute- stängning av luft i 2 timmar vid 850 - 950°C, varvid denna er- håller en lägre hårdhet, varefter det glödgade pulvret genom inblandning av järnpulver med en partíkelstorlek av mindre än 400 /um inregleras till den önskade kromhalten. Nackdelen med detta förfarande är dock den grova partikelstorlek som järn-krom- legeríngen uppvisar, mindre än 150 /um. Av de skäl som redovi- sats tidigare kommer denna grova partikelstorlek att inverka på det síntrade materialets egenskaper. Enligt en annan utförings- form blandas en pulverformig järn-krom-legering med en kromhalt av 35-50% och en partikelstorlek av mindre än 150 /um med ett 10 15 20 25 30 35 450 876 fint järnpulver av en partikelstorlek av mindre än 40 /um, var- efter blandningen glödgas 850 - 9S0°C under en tid av 2 timmar, varefter pulvret finfördelas och eventuellt med järnpulver in- regleras till den önskade färdigkromhalten. I Nackdelarna med detta förfarande är flera. För det första kommer det fina järnpulvret att bidra till en ökad'agglomere- ringsgrad under glödgningen. Då järn-krompulvret eventuellt mjukgjorts under glödgningen kommer pulverblandníngen efter glödgningen att bestå av mjuka agglomerat som, enligt vad som sagts tidigare, är svåra att nedmala till en fin partikelstor- lek, vilket i sin tur resulterar i redan nämnda olägenheter.

Det till grund för uppfinningen liggande problemet har så- lunda varit att finna ett sätt att framställa en pulverblandning på järnpulverbas innehållande legeringsämnet krom, där krom är närvarande i sådan form att verktygsslitaget vid pressningen blir ringa och fördelningen av krom i pulverblandningen är ho- mogen; r Lösningen på detta problem har enligt föreliggande uppfin- ning visat sig ligga däri att en järn-krom-legeríng med en krom- halt av 40-50 viktprocent i sigmafas (0-fas] nedmales till ett pulver med en fin partikelstorlek, varefter detta pulver blandas med ett järnpulver med en maximal partikelstorlek av ca 400 /um till önskad kromhalt och att den erhållna pulverblandningen slut- ligen glödgas under sådana betingelser att den hårda U-fasen om- vandlas till d-fas, vilken har en avsevärt mycket'1ägre hårdhet än o-fasen, nämligen ca 300-400 enheter Vickers, mätt vid 10 g belastning. Vid nedmalningen av den under glödgningen bildade pulverkakan har det trots den stora skillnaden i partikelstor- lek mellan det krombärande pulvret och järnpulvret överraskande visat sig att den fina partikelstorlek som det malda o-fas-pulv- ret hade kvarstår hos det till u-fas omvandlade pulvret. Den enligt uppfinningen framställda kromlegerade pülverblandningen uppvisar således den unika kombinationen av att innehålla krom i pulverform med fin partikelstorlek och låg hårdhet.

Uppfinningen avser även det nya kromhaltiga järn-eller stål- pulvret innehållande ca 0,2 - 15 viktprocent krom, varvid kromet ingår i form av en pulverformig Fe-Cr-legering i d-fas innehål- lande ca 40-50 viktprocent krom med en partikelstorlek huvudsak- ligen understigande ca 50 /um. Uppfinningen avser även pressa- al) 10 15 20 25 30 35 450 sve de och sintrade produkter framställda på pulvermetalurgísk väg utgående från ett sådant järn- eller stålpulver. I Järn-krom-legeríngen i 0-fas nedmales sålunda före samman- blandningen med järnpulvret och glödgningen till ett fint pulver, vars partikelstorlek huvudsakligen understiger ca 50 /um. Par- tikelstorleken är speciellt lämpligen sådan, att det_malda pulv- ret kan passera en 325 mesh Tyler-sikt, vilket motsvarar en par- tikelstorlek understigande ca 44 /um. Särskilt föredraget är en partikelstorlek huvudsakligen understigande ca 15 /um.

Framställning av det kromhaltiga stålpulvret enligt före- liggande uppfinning sker lämpligen på följande sätt: Ett järn- krom-material i sigmafas med en Cr-halt av ca 40-50% nedmales i någon känd mekanisk malningsutrustning till en partikelstor- lek huvudsakligen understígande ca 44 /um (325 Tyler mesh), före- trädesvis understigande ca 15 /um. Det nedmalda o-faspulvret blandas därefter med ett järn- eller stålpulver, vars partikel- storlek maximalt uppgår till ca 400 /um, företrädesvis ca 175 /um, till en total kromhalt av ca 0,2 - ca 15%, varefter pulverbland- ningen underkastas en glödgningsoperation vid ungefär 830 - ll50°C, företrädesvis ca 875 - 975°C, under en tid av ca 10 minuter till ca 5 timmar, företrädesvis l/4 - l timme i en icke oxiderande atmosfär. Den glödgade pulverblandningen nedmales därefter till ett pulver med en partikelstorlek huvudsakligen understigande ca 400 /um, företrädesvis högst ca 175 /um. _ Det med krom legerade järnpulvret blandas därefter eventu- ellt med rent järnpulver för att bringa blandningen till önskad kromhalt. Då pulvret användes i pulvermetallurgiska sammanhang är det lämpligt att dessutom blanda in 0 - 2%, företrädesvis 0 - 1% grafit, 0 - 2%, företrädesvis 0 - 1% fast smörjmedel i pulverform samt var för sig eller i kombination 0 - 5% nickel, 0 - l0% koppar, 0 - 5% molybden, 0 - l,5% fosfor, 0 - 5% mangan.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare genom icke inskränkande exempel, vari redovisas utförda försök och härvid erhållna resultat. Överallt i föreliggande framställ- ning om ej annat anges avser givna procentdata vikten.

EXEMPEL 1 Ett järn-krom-material med en kromhalt av 46% i sigmafas med en hårdhet enligt Vickers överstigande 2000 enheter, mätt med 10 g belastning, nedmales till ett pulver med en partikel- 10 15 20 450 376 storlek huvudsakligen understigande 15 m. Pulvret blandades därefter med järnpulver med en partikelstorlek huvudsakligen undersïigande 175 /um till olika kromhalter enligt nedanstående tabe111 J) Material A 1 viktprocent krom __||; B 6 _n_ _n_ __H_ _II_ _H_ ç _n_ D _n__ _n_ -"- E Rent o-fas~pu1ver Materialen A - E glödgades därefter i 15 respektive 60 minu- ter vid tre olika temperaturer i en icke oxíderande atmosfär.

Den kaka som därvid bildades krossades till ett pulver med en maximal partikelstorlek mindre än 175 /um för material A - D.

Material E maldes däremot ytterligare för att försöka nedbringa partikelstorleken till den ursprungliga, dvs. huvudsakligen understigande 15 /um. Detta lyckades dock ej på grund av de malningsproblem som ämnen med låg hårdhet ger.

Efter ovanstående behandling undersöktes pulvren av materi- al B och E metallografiskt med avseende på det krombärande pulv- rets mikrohårdhet, varvid följande resultat erhölls.

Material Glödníngstemperatur Glödgníngstíd Mikrohårdhet °c Min. vipkers (10 g) is >200o . 830 eo 1500 15 0 zoo B _ 950 60 ' 230 1s~ 240 1150 60 230 15 >2000 830 » 60 1500 1s 350 X E 950 60 240 15 ~ 230 ë 1150 60 230 10 15 '20 25 30 35 450 876 Resultatet visar att det krombärande pulvret efter glödg- ningen vid 830°C har en mycket hög mikrohårdhet, som ur teknisk synpunkt kommer att ge ett mycket kraftigt verktygsslitage vid pressning. Glödgningen vid 950°C har däremot resulterat i att det krombärande pulvrets hårdhet har sänkts till en nivå som man av erfarenhet inom den pulvermetallurgiska industrin vet ej ger upphov till något onormalt verktygsslitage. Vid den högre glödgningstemperaturen ll50°C har hårdheten sänkts ytterligare.

Vid denna glödgningstemperatur krävs dock ett avsevärt större malningsarbete, vilket inverkat på pulvrets fysikaliska egenska- 7 per.

Orsaken till den erhållan lägre mikrohårdheten hos det krom- bärande pulvret hänför sig till den fasomvandling som sker under glödgningen då den mycket hårda och spröda o-fasen omvandlas till den mjuka o-fasen. g Vid den metallografiska undersökningen studerades även de olika pulvren av material A-E med avseende på agglomererings- graden hos.det krombärande pulvret. Det resultat som dägvid erhölls visade att material E glödgat vid 950 resp. 1150 C hade agglomererats till en kaka som vid nedmalning ej gick att mala till en partikelstorlek understigande 44 /um beroende på de svårigheter som nämnts tidigare beträffande malning av mate- rial med låg hårdhet. Det är således ej möjligt att erhålla ett mjukt krombärande pulver med fin partikelstorlek utgående från ren o-fas som malts till en fin partikelstorlek före fasom- vandlingen. il Samma undersökning på pulvren med sammansättning enligt A och B visar att någon agglomerering av de krombärande pulverpar- tiklarna ej erhållits utan den under glödgningen bildade u-fasen återfinns i pulverform med fin partikelstorlek.

Pulvren med sammansättning enligt C och D uppvisar en något Pulvren med sammansättning C visar sålunda att en agglomerering av o-fas-partiklarna har skett under glödgning- en, varför de efter glödgningen erhållna a-fas-partiklarna ej längre uppvisar en partikelstorlek huvudsakligen understigande 15 /um. Den erhållna storleken är dock sådan att den kan accep- teras utan att erhålla någon påtaglig negativ effekt på de sint- Pulver med sammansättning D uppvisar en gröv- Denna grova partikel- annorlunda bild. rade egenskaperna. re partikelstorlek på u-fasen än vad C gör. 10 15 20 25 30 35 450 sve storlek kan ej accepteras enligt den beskrivning av partikel- storlekens betydelse som getts tidigare.

Föreliggande exempel visar således att det existerar ett temperatur- och sammansättningsområde inom vilket ett fínmalt järn-krom-pulver i o-fas kan mjukgöras samtidigt som o-fasens ursprungliga partikelstorlek kan bevaras under glödgningen till o-fas, EXEMPEL 2' Tre pulverblandningar, F, G och H iordningställdes. Sam- mansättningen framgår av nedanstående uppgifter: Blandníng F: 1,5% Cr i o-fas med en partikelstorlek överstigande 44 /um. Resten järnsvamp- pulver med en maximal partikelstorlek av 175 /Um.

Blandning G: l,5% Cr i 0-fas med en partikelstorlek under- ' stigande 15 /um. Resten järnsvamppulver med en maximal partikelstorlek av 175 /um.

Blandning H: l,5% Cr i u-fas framställd av o-fas, vilken nedmalts till en partikelstorlek understigande 15 /um och därefter glödgats vid 9S0°C i icke-oxiderande atmosfär i syfte att omvandla 0-fasen till a-fas. Efter ned- malning uppvsiar a-fasen en partikelstorlek överstigande 44 /um. Resten järnsvamppulver med en maximal partikelstorlek av 125 /um.

I samtliga blandningar inblandades därefter olika halter grafit i intervallet 0,4 - l,0% och 0,5% zinkstearat som smörj- medel.

Av de erhållna blandningarna pressades dragprovstavar vid ett presstryck av 589 MPa. Dragprovsstavarna sintrades vid 1zso°c under 1/2 timme 1 en atmosfär bestående av 95% NZ och 5% H2; Provstavarnas dimensíonsändring under sintringen be- stämdes och resultatet redovisas i bilagd figur. Resultaten visar att då legeríngsämnet inblandats med en partikelstorlek understigande 15 /um dimensionsändringen blir mer eller mindre oberoende av kolhalten. Däremot, då det inblandade legerings- *h 450. 876 elementet haft en partikelstorlek överstigande 44 /um erhålles en kraftlg effekt på dímensíonsförändringen med ökande kolhalt.

Exemplet illustrerar sålunda den stora inverkan partikelstorle- ken hos det krombärande pulvret har på dimensionsstabíliteten.

Claims (6)

450 876 I _10 PATENTKRAV

1. Kromhaltig pulverblandning baserad på ett grövre järn- eller stålpulver, vilken blandning innehåller ca.2-15 viktprocent

2. Krom och resten järn med sedvanliga accessoriska element, ev.

3. O' jämte andra inom pulvermetallurgin konventionella legerings- tillsatser, k ä n n e t e c k n a d därav, att krom ingår i form av pulverformig ferrokrom i a-fas som innehåller ca. 40-50 viktprocent krom och har en partikelstorlek huvud- sakligen understigande ca. 44 pm, företrädesvis 15 pm. f) 2._ Pulverblandning enligt krav"l, k ä n n e t e c k- n a d därav, att dess kromhalt är ca. 1-10 viktprocent. 5. Pulverblandning enligt krav 1, k ä n n e t e c k- n a d därav, att den dessutom innehåller upp till 0,10 % av ett bindemedel för att förhindra avblandning.

4. Sätt för framställning av en kromhaltig pulver- blandning baserad på järn- eller stålpulver för användning vid pulvermetallurgisk tillverkning av precisionsdetaljer med hög hållfasthet, k ä n n e t e c k n a t av att en järn-krom-legering med en kromhalt av ca. 40-50 % i Ûr-fas ned- males till ett fint pulver, varefter det malda Ü,-faspulvret blandas med ett grövre järn- eller stålpulver av sådan typ som normalt användes inom pulvermetallurgisk tillverkning av precisionsdetaljer till en kromhalt av ca. 0,2-15 %, varpå den erhållna pulverblandningen glödgas vid en temperatur inom inter- vallen ee. 830-l15o°c, företrädesvis ee. 875-975°o 1 en icke-oxiderande atmosfär i syfte att omvandla Ö-fasen till "a-fas, varefter den pulverkaka som erhålles under glödgningen underkastas en sönderdelning till ett pulver med en maximal partikelstorlek av ca. 400 pm, företrädesvis ca. 175 pm, att det så erhållna pulvret eventuellt blandas med järn- eller stålpulver och/eller inom pulvermetallurgin konventionella legeringstillsatser i sådan mängd att blandningen får avsedd kromhalt. 1

5. satt enligt krav 4, k ä n n e t e e x n e t därav, att nedmalningen av Q"-fas-materialet sker till en partikelstorlek huvudsakligen understigande ca. 44 Pm, före- trädesvis understigande ca. 15 pm. n É 450 sve

6. Sätt enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k- n a t därav, att glödgningen sker under en tid av minst ca. 10 minuter, företrädesvis ca. 15-60 minuter.