SE453733B - Jernbaserat pulver for hoghallfasta sintrade kroppar - Google Patents

Description

453 733 10 15 20 25 30 35 Pulverblandningar bereds genom att blanda in ett pulver innehållande legeringsämnet, antingen i elementär form eller som en under sintrings- processen nedbrytbar förening i järnpulvret. De atomiserade stål- pulvren tillverkas genom att en stålsmälta innehållande de önskade legeringselementen sönderdelas till pulver. En av nackdelarna med pulverblandningar är den risk för segregering som föreligger beroende pâ att pulver med olika karaktäristika, exempelvis olika partikel- storlek, är blandade med varandra utan att vara mekaniskt förenade.

Denna segregering 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 i en mycket liten partikelstorlek, vilket kan orsaka svåra miljöproblem.

Det atomiserade pulvret å andra sidan saknar helt segregeringsrisk eftersom varje pulverpartikel har den önskade legeringssammansättningen.

Inte heller är damningsrisken så stor då inte några element med liten partikelstorlek ingår. Det legerade atomiserade pulvret har dock en annan stor nackdel, nämligen dess låga pressbarhet, som beror på den lösningshärdande effekt som legeringsämnena har på varje pulver- partikel.

En hög pressbarhet är väsentlig då man önskar erhålla en detalj med hög täthet, vilket är en förutsättning för hög hållfasthet. Pressbar- heten för en pulverblandning å andra sidan är i det närmaste samma som det ingående järnpulvrets. Detta jämte den flexibilitet vad gäller legeringssammansättning som kännetecknar pulverblandningar har gjort pulverblandningar till den mest använda formen av legeringspulver.

Segregerings- och damningsrisken kan i dag nästan helt undvikas genom partiell diffusionslegering eller genom klistring av legerings- elementen till järnpartiklarna, varvid grafiten lämpligen också klistras utan att pressbarheten därigenom försämras (svensk patent- ansökan nr 8304832-2), svenskt patent nr 8001764-3 och 334.244).

Valet av legeringselement baserar sig på överväganden, som är välkända inom det pulvermetallurgiska området. Som exempel kan nämnas låga 10 15 20 25 30 35 453 733 halter av nickel och molybden och med tillsats av koppar för att hålla dimensionsförändringen så låg som möjligt.

Enligt svensk patentansökan nr 7703382-7 är det känt att framställa en höghâllfast järn-molybden-nickel-sinterlegering med fosfortillsats.

Enligt nämnda ansökan måste dock sintring ske vid förhöjd temperatur (1250°C) för att uppnå en brottgräns av 600 N/mmz.

Uppfinnarna till uppfinningen enligt föreliggande ansökan har ställt sig frågan om det inte vore möjligt att framställa pulverblandningar, vilka efter pressning och sintring ger produkter med avsevärt för- bättrade hållfasthetsegenskaper i kombination med hög sintrad täthet utan att öka presstryck och/eller sintringstemperatur över de för den pulvermetallurgiska tillverkningsteknikens normala produktionsbetingelser.

I sina försök satte de till ett järnpulver: nickel i en mängd av mellan 7 och 12 viktsprocent, molybden i en mängd av mellan 0,4 och 1,5 Vikts- procent och kol i form av grafit i en mängd av mellan 0,3 och 0,7 Vikts- procent. Alla proverna pressades med 6 ton/cmz och sintrades vid 115006, varefter de anlöptes enligt känd teknik. Till deras överraskning upp- nådde de - utan att behöva komplicera pulverframställningen med många eller ovanliga legeringselement som annars tycks vara regel inom pulver- metallurgin - oväntat höga hållfasthetsvärden, i vissa fall avsevärt överstigande 900 N/mmz och med en samtidig täthet överstigande 7,3 g/cm3.

Pulverblandningarna enligt uppfinningen kan beredas på bl a följande sätt: Legeringsämnen i elementär form och grafit blandas i järnpulvret.

Nickel och molybden kan också partiellt diffusionslegeras eller klistras till järnpartiklarna.

I en annan utförandeform diffusionslegeras det ena legeringsämnet partiellt till järnpartiklarna och det andra klistras. Företrädesvis klistras då nickelmetall till järnpartiklarna, som i ett tidigare steg partiellt dif- fusionslegerats med molybden.

Något av legeringsämnena kan också ytbeläggas på järnpartiklarna. 453 755 10 15 20 25 30 35 Det är alltid en fördel om grafiten klistras.

Partikelstorleken hos järnpulvret skall understiga 350 pm, företrädesvis 175 pm och allra helst 150 pm. Legeringsämnenas partikelstorlek skall ligga under 75 pm, företrädesvis under 44 pm.

Uppfinningen exemplifieras närmare i följande icke begränsande exempel.

Exempel 1 Sex pulver A - F pressades vid 6 ton/cmz och sintrades vid 115006 under 1 timma i en atmosfär bestående av 95 volymsprocent kvävgas och 5 volymsprocent vätgas. Efter sintring anlöptes de sintrade kropparna under 1 timma vid 150°C. Fysikaliska egenskaper såsom hâllfasthet till brott, förlängning, hårdhet och täthet bestämdes.

Pulver A: 94,5 viktsprocent Fe (atomiserat) 4,0 -"- Ni 1,0 -"- M0 0,5 -"- c + 0,4 -"- smörjmedel Pulver B: 92,5 viktsprocent Fe (atomiserat) 6,0 -"- Ni ' 1,0 -"- M0 0,5 -"- c + 0,4 -"- smörjmedel Pulver C: 88,5 viktsprocent Fe (atomiserat) 10,0 -"- Ni' 1,0 -"- Mo 0,5 -"- c + 0,4 -"- smörjmedel 10 15 20 25 30 35 453 733 5 Pulver D: 83,5 viktsprocent Fe (atomiserat) 15,0 -"- Ni 1,0 'u- 0,5 -"~ c + 0,4 -"- smörjmedeï Pulver E: 93,5 viktsprocent Fe (atomiserat) 1,5 -"- Cu 4,0 -"- Ni 0,5 -"- Mo 0,5 -"- C + 0,4 -"- smörjmedeï Puïver F:*) 97,25 viktsprocent Fe (atomiserat) 1,5 -"- Cr 0,5 -"- Cu 0,75 -"- C + 0,4 -"- smörjmedei *) P g a närvaro av Cr är F sintrad vid 1250°C . Rm ''''''''' "SB"- Biandning N/mm? % I HV 9/Cm3 A 708 4,5 205 7,21 B 840 3,8 _ 243 7,28 c 955 6,3 å 254 7,37 1 D 782 9,2 196 7,48 ¿ E 680 4,5 198 7,09 F 705 4,1 216 7,05 Lmmm~_%,m,""-mwmw. fl.._.s.. _ . ,Mh.Uw~sm Av exemplet framgår, att b1andn1ng C en1igt uppfinningen ger mycket god draghåïïfasthet i kombination med hög hårdhet och täthet. Det får dessutom betecknas som mycket överraskande att materiaï C uppvisar en förïängníng (Of) överstigande 6 %. 10 15 20 25 30 35 453 733 Pulver E och pulver F har tagits med som referens för att visa normala tätheten enligt ovan beskriven känd teknik.

Exempel 2 Tre stycken pulver, G, H och I, med sammansättning enligt nedan tillverkades.

Pulver G: 2,0 % Ni 0,5 % Mo 0,5 % C Rest Fe 2,0 % Ni 0,5 % Mo 0,5 % 0 Rest Fe Pulver H: Pulver I: 8,0 % Ni 0,5 % Mo 0,5 % C Rest Fe Efter inblandning av 0,5 % smörjmedel pressades pulvren i ett verktyg till provkroppar för dragprovning med ett presstryck av 6 ton/cmz.

Provkropparna sintrades därefter vid 115000 i 60 minuter i en atmosfär bestående av 95 % kvävgas och 5 % vätgas.

Kropparna framställda av pulver G smiddes direkt efter sintringen, dvs. utan föregående kylning medan kropparna framställda av pulver H och I kyldes enligt normal sintringspraxis.

Vid uppmätning av draghâllfasthet och täthet på de tre olika materialen erhölls följande resultat: 10 15 20 25 30 35 453 733 7 . "liššgílšiiiíåšiišši" faèšå' ëolšosi-tef Material N/mmg g/cm 7.gVq¶%"~_____ 784 7,80 0 480 7,10 I 900 7,30 Resultatet visar, att sinterstål med mycket hög hållfasthet kan fram- ställas på konventionell pulvermetallurgisk väg. Exemplet visar att en legering enligt föreliggande uppfinning ger hâllfasthet i klass med och till och med bättre än vad konventionella pulversmidda material uppvisar. Detta trots den relativt stora mängd porer som dessutom existerar i den sintrade legeringen. Legeringar enligt föreliggande uppfinning möjliggör sålunda användning av konventionellt pulvermetallur- giskt tillverkade mikrostål i applikationer som tidigare ej varit möjliga.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 453 733 P A T E N T K R A V Järnbaserat pulver med elementen nickel och molybden för framställ- ning av höghållfasta sintrade kroppar, k ä n n e t e c k n a t av att pulvret innehåller 7 - 12 viktsprocent nickel, 0,4 - 1,5 vikts- procent molybden och 0,3 - 0,7 viktsprocent kol. Järnbaserat pulver enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att pulvret innehåller 7,5 - 10,5 viktsprocent nickel. Järnbaserat pulver enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att pulvret innehåller 0,5 - 1,0 viktsprocent molybden. ' Järnbaserat pulver enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att pulvret innehåller 0,4 - 0,6 viktsprocent kol. Järnbaserat pulver enligt något av föregående krav, k ä n n e ~ t e c k n a t av att ingående järnpartiklar har en storlek under- stigande 350 Pm, företrädesvis under 175 pm. Järnbaserat pulver enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att ingående legeringspartiklar har en storlek understigande 75 Fm, företrädesvis under 44 Pm. Järnbaserat pulver enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att kol och nickelmetall klistras till järnpartik- larna, partiellt diffusionslegerade med molybden. Järnbaserat pulver enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att i pulvret inblandas upp till 1,5 viktsprocent Smörjmedel.