SE518986C2 - Metod vid sintring av kolstål med utnyttjande av bindemedel som kolkälla - Google Patents

Description

518 9286 På grund av att grafit tillsättes kommer slutdensiteten efter sintring dock att bli låg. Detta beror på att grafit har en låg densitet och tar upp volym under pressningen. När den diffun- derar in i delen som kol begränsas densitetsökningen. Det är också väl känt att det vid blandning av grafit och ett rent kolstål är svårt att uppnå en perfekt blandning, vilket leder till inhomogeniteter med områden med högre och lägre kolhalter, vilket ger ojämna resultat och olika egenskaper i den sintrade kroppen. Detta gäller speciellt för oregelbundna pulver såsom vattenatomiserade pulver.

Konstruktionsdelar av kolstål och verktygsstål tillverkas därför idag, när goda mekaniska egenskaper erfordras, huvudsakligen genom maskinbearbetning av gjutkroppar eller pressning av pulver i kombination med smidning.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Det har nu överraskande visat sig att det genom användning av den agglomereringsteknik som beskrives i US 5,460,641 eller i WO 99/36214, blir möjligt att kontrollera kolhalten i en konstruk- tionsdel efter sintring på ett ordnat sätt.

Vid agglomereringstekniken användes en hydrokolloid som bindemedel som blandas med de sfäriska pulverpartiklarna till ett agglomerat före pressningen i syfte att förbättra grönhåll- fastheten, och som på grund av pulvrets renhet sintrar till mycket hög densitet. Normalt avdrives hydrokolloiden före den slutliga sintringen i luft, t.ex. vid 450-500°C, varigenom kolet avlägsnas fullständigt från bindemedlet utan att ge speciellt mycket oxider. Detta är viktigt för vissa produkter såsom rostfria stål. Hydrokolloiden, som tillsatts i en mängd av 0,5- 1,5 viktprocent av agglomeratet, innehåller dock cirka 50 % kol, förutom syre och kväve, vilket medför att den kan användas som kolkälla för framställning av stål och legeringar som måste ha en hög halt kol och som ej kan framställs av ett stålpulver med hög kolhalt. u n - ; u: | n . ~ nu 518 9 336 a' Föreliggande uppfinning avser en metod för framställning av - en konstruktionsdel av kolstäl eller verktygsstàl med en kolhalt av upp till 2 viktprocent, som kännetecknas av att ett agglomererat sfäriskt mjukt järnpulver som omfattar minst 0,5 viktprocent av en termoreversibel hydrokolloid som bindemedel pressas till en grönkropp med hög densitet, varefter grönkroppen upphettas till en temperatur av cirka 450-650°C under kontrol- lerad atmosfär för avlägsnande av icke-kol-innehållet av bindemedlet och därefter sintras vid en temperatur av cirka 1100-l400°C till konstruktionsdelar med höga hàllfasthets- egenskaper på grund av hög slutdensitet och hög kolhalt.

Den termoreversibla hydrokolloiden har företrädesvis tillsatts i en mängd av upp till 1,5 viktprocent av det agglomererade pulvret.

Enligt en föredragen metod är hydrokolloiden gelatin.

Om en konstruktionsdel skall framställas av ett stàl med en kolhalt över cirka 0,5 viktprocent bör det agglomererade pulvret dessutom omfatta grafitpulver.

Upphettningen av grönkroppen vid cirka 450-650°C bör lämpligen ske under en skyddande atmosfär för att förhindra oxidation. Som exempel pà inerta gaser kan nämnas argon eller argon blandat med en mindre mängd väte, kväve eller krackad ammoniak som exempelvis ger en blandning av 25 % kväve och 75 % väte. I denna typ av atmosfär stannar det mesta av kolet i bindemedlet kvar i pulvret. Om det skulle bli nödvändigt att minska kolhalten, och inte bara icke-kol-innehållet i binde- medlet bör upphettningen vid 450-650°C ske i en atmosfär som tillåter en del av kolet att avlägsnas, såsom en blandning av en skyddsatmosfär och luft eller syre.

Konstruktionsdelar framställda genom metoden enligt uppfinningen kan med fördel användas för framställning av små detaljer i stora serier, såsom kugghjul och transmissionsdelar till fordon. Delarna kännetecknas av en nästan perfekt_ homogenitet av fördelningen av kol pà grund av den jämna spridningen av bindemedlet pà det sfäriska pulvret under | - . - - .o u ø ; n .o 518 9864 agglomereringsförfarandet, vilket ger den färdiga produkten mycket homogena egenskaper.

EXEMPEL Exempel 1. Framställninq av ett kolstål med 0,4 % C Ett sfäriskt pulver av ett vanligt kolstål med en kolhalt av cirka 0.05 viktprocent och en kornstorlek av maximalt 150 um blandades med en vattenlösning av gelatin till en pastaformig blandning som sedan granulerades och torkades till ett agglomererat pulver som innehöll 1,5 viktprocent av gelatin- bindemedlet. Det agglomererade pulvret pressades därefter enaxligt i en konventionell hydraulisk press med en hastighet av 0,2-0,3 m/s och ett verktygstryck av 800 N/um? till en grönkropp med en densitet av 92-93 % av det teoretiska värdet.

Grönkroppen placerades sedan i en ugn och upphettades till en temperatur av 475°C i 2 timmar under en skyddsatmosfär av argon + 5 % H2. Genom denna upphettning sönderdelas gelatinet och innehållet av syre och kväve försvinner, men det mesta av kolet finns kvar. Efter sintring vid 1350°C i 2 h i vakuum erhålles en kolståldel med en kolhalt av 0,42 % enligt analys med en Leco Analyzer (Leco Incorporated, USA) och en densitet av 97,8 % av det teoretiska värdet.

Exempel 2. Framställning av verktvqsstàlet AISI 420 AISI 420 är en välkänd stålkvalitet inom området rostfria verktygsstàl. Det är en härdbar martensitisk stålkvalitet och därför intressant för sådana tillämpningar som verktyg för formsprutning av plast där det förekommer en korrosiv miljö.

Stålets sammansättning är 12 % Cr, 0,4 % C och en återstod av järn.

Ett sfäriskt pulver med sammansättningen 12 % Cr, 0,05 % C och en återstod av järn, och med en partikelstorlek av maximalt 100 um (fràn Anval Nyby AB, Torshälla, Sverige) blandades med en vattenlösning av gelatin till en bindemedelshalt av 1,5 vikt- procent såsom beskrivits i Exempel 1. Efter pressning av det o u u o | v o a nu . n - n | o o 518 9856 agglomererade pulvret till en grönkropp och upphettning och sintring, huvudsakligen såsom beskrivits i Exempel 1, erhålles en stàldel med en kolhalt av 0,45 % enligt analys med en Leco Analyzer.

Claims (5)

-conn- o - 0 a nu ou..-. n o oo nu o oc 1 no.- » o 1-nu -acco- n non- - n c u coon a o o 1 - n n a nu o o n oo n n n n -o n uno < A n 518 986 6 PATENTKRAV

1. En metod för framställning av en konstruktionsdel av kolstàl eller verktygsstål med en kolhalt upp till 2 viktprocent, varvid ett agglomererat sfäriskt mjukt järnpulver omfattande minst 0,5 viktprocent av en termoreversibel hydrokolloid som ett binde- medel pressas till en grönkropp med hög densitet och därefter sintras, kännetecknad av att grönkroppen före sintringen upphettas till en temperatur av cirka 450-650°C under en skyddsatmosfär för att förhindra oxidation för att avlägsna icke-kol-innehållet av bindemedlet, och därefter sintras vid en temperatur av cirka 1100-l400°C, varvid kolresten av bindemedlet inlegeras homogent, till konstruktionsdelar med höghållfasthets- egenskaper.

2. En metod enligt krav l, kännetecknad av att den termo- reversibla hydrokolloiden tillsatts i en mängd av upp till 1,5 viktprocent av det agglomererade pulvret

3. En metod enligt krav l eller 2, kännetecknad av att hydrokolloiden är gelatin.

4. En metod enligt något av kraven l-3, kännetecknad av att det agglomererade pulvret dessutom omfattar grafitpulver.

5. En metod enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att upphettningen vid 450-650°C sker under en atmosfär som tillåter en del av kolet att avlägsnas, såsom en blandning av skydds- atmosfär och luft eller syre.