SE535027C2 - Pulversmidd detalj, pulverblandning för pulversmide, metod för tillverkning av pulversmidd detalj, och vevstake av brottdelningstyp användande densamma - Google Patents

Abstract

Den föreliggande uppfinningen tillhandahåller en pulversmidd detalj i vilkenutmattningshållfastheten förbättras emedan dess bearbetbarhet säkerställs utanatt öka dess hårdhet samt att dess egenfasthet efter brottdelning kan säkerställas,en metod för att tillverka den samma och en vevstake av brott typ användandeden pulversmidda detaljen. Den pulversmidda detaljen erhålles genom smidningav en sintrad förform vid hög temperatur, den sintrade förformen formas genomatt utsätta en pulverblandning för preliminär kompaktering och därefter sintring avden kompakterade förformen, den sintrade förformen har en andel av fri Cu av10 % eller mindre vid smidningens början, den smidda pulverdetaljenssammansättning efter smide är sammansatt av C: 0,2 till 0,4 vikt-%, Cu: 3 till 5vikt-% och Mn: 0,5 vikt-% eller mindre (uteslutande 0), och resten järn medoundvikliga föroreningar, och den pulversmidda detaljen har en ferritandel av 40till 90 %.

Description

535 027 2 legeringselement såsom Ni och Mo (se patentdokument 2) är visade som en annan metod för att öka utmattningshållfastheten av maskindelen. Emellertid ökar den tidigare metoden antalet processer och den senare metoden använder dyra legeringar, vilket ökar kostnaden för detaljen samt ökar hårdheten hos detaljen liksom i metoden för att öka innehållet av C. Detta orsakar en nackdel genom att bearbetbarheten reduceras. l de konventionella metoderna beskrivna ovan minskar segheten hos en detalj, t ex en vevstake, med ökningen av hårdheten, orsakande att detaljens brottyta tenderar att bli platt. När detaljen tillverkas under användande av en brottdelningsmetod upptagen i vevstaken eller liknande, orsakas ett speciellt problem av att positionsändring av detaljen, vid montering av detaljen, lätt genereras (d.v.s. minskning av egenfasthet ”self-concistency”).

Patentdokument 1: Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-117203 Patentdokument 2: Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-169501 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN PROBLEM SOM SKALL LÖSAS AV UPPFINNINGEN Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en pulversmidd detalj (”powder forged member") med förbättrad utmattningshållfasthet emedan dess bearbetbarhet säkerställs utan ökning av dess hårdhet samt att egenfastheten efter brottdelning kan säkras, en metod för tillverkning av densamma, och en vevstake av brottdelningstyp användande den pulversmidda detaljen.

MEDEL FÖR ATT LÖSA PROBLEMEN l enlighet med en första aspekt av den föreliggande uppfinningen har en pulver- smidd detalj utmärkt bearbetbarhet och utmattningshållfasthet, den pulversmidda detaljen erhålles genom smidning av en sintrad förform vid hög temperatur, den sintrade förformen formas genom att utsätta en pulverblandning för preliminär 535 02? 3 kompaktering och därefter sintring av den kompakterade förformen, den sintrade förformen har en andel av fri Cu av 10 % eller mindre vid smidningens början, den smidda pulverdetaljens komponentsammansättning efter smide är sammansatt av C: 0,2 till 0,4 vikt-%, Cu: 3 till 5 vikt-% och Mn: 0,5 vikt-% eller mindre (uteslu- tande 0), och resten järn med oundvikliga föroreningar, och den pulversmidda detaljen har en ferritandel av 40 till 90 %. l den pulversmidda detaljen är relativ densitet i förhållande till teoretisk densitet företrädesvis 97 % eller mer.

I den pulversmidda detaljen är det föredraget att hårdheten är HRC 33 eller mindre, och den partiellt pulserande dragbrottgränsen är 325 MPa eller mer.

Det är föredraget att den pulversmidda detaljen innehåller åtminstone ett bearbet- ningsförbättrande material i en total mängd av 0,5 till 0,6 vikt-%, det bearbetbar- hetsförbättrande materialet väljs från gruppen bestående av MnS, MoSg, 8203 och BN. l enlighet med en andra aspekt av den föreliggande uppfinningen framställs en vevstake av brottdelningstyp ("fracture split type connecting type rod”) genom användning av den pulversmidda detaljen enligt den första aspekten.

I enlighet med en tredje aspekt av den föreliggande uppfinningen är en pulver- blandning använd som råmaterial för den pulversmidda detaljen enligt den första aspekten, vari en komponentsammansättning förutom ett smörjmedel är sammansatt av C: 0,1 till 0,5 vikt-%, Cu: 3 till 5 vikt-%, Mn: 0,4 vikt-% eller mindre (uteslutande 0), 0: 0,3 vikt-% eller mindre och resten järn med oundvikliga föroreningar.

Det är föredraget att pulverblandningen för pulversmide erhålls genom tillsats av ett grafitpulver, ett kopparpulver och ett smörjmedel i ett järnbaserat pulver sam- mansatt av C: mindre än 0,05 vikt-%, O: 0,3 vikt-% eller mindre och resten järn med oundvikliga föroreningar. 535 027 4 I enlighet med en fjärde aspekt av den föreliggande uppfinningen används en pulverblandning som ett råmaterial för den pulversmidda detaljen enligt den första aspekten, vari en komponentsammansättning förutom ett Smörjmedel innehåller C: 0,1 till 0,5 vikt-%, Cu: 3 till 5 vikt-%, Mn: 0,4 vikt-% eller mindre (uteslutande 0), O: 0,3 vikt-% eller mindre, och även åtminstone ett bearbetbarhetsförbättrande material i en total mängd av 0,05 till 0,6 vikt-%, och resten järn med oundvikliga föroreningar, det bearbetbarhetsförbättrande materialet väljs från gruppen bestå- ende av MnS, MoSg, 8203 och BN.

Det är föredraget att pulverblandningen för pulversmide erhålls genom tillsats av ett grafitpulver, ett kopparpulver, åtminstone ett bearbetbarhetsförbättrande material valt från gruppen bestående av MnS, MoSz, 5203 och BN, och ett smörj- medel i ett järnbaserat pulver sammansatt av C: mindre än 0,05 vikt-%, O: 0,3 vikt-% eller mindre och resten järn med oundvikliga föroreningar.

I enlighet med en femte aspekt av den föreliggande uppfinningen, en metod för att tillverka den pulversmidda detaljen som har utmärkt bearbetbarhet och utmatt- ningshållfasthet enligt den första aspekten, metoden inkluderar: ett kompakterings- och sintringssteg av att utsätta pulverblandningen för pulversmide enligt den tredje aspekten för preliminär kompaktering och därefter sintring av den utsatta kompakterade förformen för att bilda en sintrad förform; och ett smidessteg av smidning av den sintrade förformen vid hög temperatur för att bilda en pulversmidd detalj.

I enlighet med en sjätte aspekt av den föreliggande uppfinningen, inkluderar en metod för att tillverka den pulversmidda detaljen som har utmärkt bearbetbarhet och utmattningshållfasthet enligt den första aspekten: ett kompakterings- och sint- ringssteg av att utsätta pulverblandningen för pulversmide enligt den fjärde aspekten för preliminär kompaktering och därefter sintring av den kompakterade förformen för att bilda en sintrad förform; och ett smidningssteg av att smida den sintrade förformen vid en hög temperatur för att bilda en pulversmidd detalj.

EFFEKT AV UPPFINNINGEN 535 027 5 l den föreliggande uppfinningen ökas halten av Cu ijämförelse med kon- ventionella produkter, och halten av C i den pulversmidda detaljen minskas i jämförelse med konventionella produkter, och andelen av fri Cu begränsas i den sintrade förformen vid smidningens början. Därvid, eftersom mjuk ferrit ökas genom minskning av innehållet av C för att pressa ned hårdhetsökningen, kan bearbetbarheten säkerställas och segheten kan upprätthållas för att garantera egenfasthet efter brottdelning. Dessutom, eftersom mängden av diffusion av Cu in iferriten ökas genom ökningen av halten av Cu och begränsar andelen av fri Cu för fast lösningsförstärkning, förbättras även utmattningshâllfastheten drastiskt.

Sprickor i den pulversmidda detaljen vid smidning kan undvikas genom att begränsa proportionen av fri Cu.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. 1(a) är en perspektiwy visande formen och storleken av en testdetalj av en pulversmidd detalj använd för utmattningstest av exempel, och fig. 1 (b) är en tvär- snittsvy visande en sektion tagen längs linjen A-A.

Fig. 2 är en tvärsnittsvy visande ett pålagt tillstånd av en brottlast på en testdel av en pulversmidd detalj i utmattningstest.

Fig. 3 är ett diagram visande förhållandet mellan andelen fri Cu och utmatt- ningsgräns.

Fig. 4 är en tvärsnittsvy visande mikrostrukturen av en pulversmidd detalj.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Härefter kommer den föreliggande uppfinningen att beskrivas vidare i detaljer.

[Sammansättning av pulversmidd detalj] Först kommer orsaken till att begränsa sammansättningen av en pulversmidd detalj att enligt den föreliggande uppfinningen beskrivas, det vill säga 535 027 6 komponentsammansättningen, strukturen , densiteten och andelen av fri Cu i en sintrad förform.

C: 0,2 till 0,4 % C är ett oumbärligt element för att säkerställa styrka hos ett basstàl. Konventionellt har hårdheten och styrkan hos basstålet ökats genom ökning av innehållet av C för att minska ferrit och öka perlit i basstålets struktur. Motsatt därtill, i den före- liggande uppfinningen, är innehållet av C minskat till 0,4 % eller mindre i syfte att trycka ned ökningen av hårdheten hos basstålet. Emellertid, eftersom styrkan hos basstålet inte kan säkerställas tillräckligt även om innehållet av Cu ökas när inne- hållet av C är minskas kraftigt, sätts halten av C till 0,2 % eller mer. Därför är halten av C satt till 0,2 till 0,4 %.

Cu: 3 till 5 % Cu är ett element som upplöses i ferritfasen i strukturen hos ett _basstål vid upp- värmning under sintring och smidning för att bilda en fast lösning för att uppvisa fast lösningsstärkande effekt, och utskiljs delvis vid kylning för att öka styrkan hos basstålet. I den konventionella produkten används Cu i en mängd av ungefär 2 % av den fasta lösningsgränsen iferritfasen nära den eutektoida temperaturen hos Fe-C-systemet. Å andra sidan är gränsen för fast lösning för Cu i austenitisk fas ungefär 8 %. 3 % Cu eller mer kan lösas tillräckligt i basstålet för att bilda en fast lösning genom ökning av värrnningstemperaturen jämfört med den hos den kon- _ ventionella produkten och/eller förlängande av värmningstiden. l den föreliggande uppfinningen upplöses en större mängd av Cu iden austenitiska fasen för att stärka den fasta lösningen av ferritfasen genererad i en kylningsmetod än i den konventionella produkten. En halt av Cu mindre än 3,0 % kan inte uppvisa tillräcklig avsedd fastlösningsstärkande effekt. Å andra sidan, om halten av Cu överskrider 5,0 % orsakar det att fri Cu lätt kvarstår. Förlängning av värmningstid, exempelvis förlängning av sintringstid, krävs för att begränsa andelen av fri Cu till 10 % eller mindre, och följaktligen reduceras produktiviteten. Därför är halten av Cu satt till 3 till 5 %, och företrädesvis 3 till 4 %. 535 027 Mn: 0,5 % eller mindre (uteslutande 0) Mn är ett element som har en deoxiderande effekt på basstålet och är användbart för att öka härdbarheten och förbättra styrkan hos basstålet. Emellertid har Mn en hög affinitet till syre och reagerar med syre i atmosfären i en pulverproducerande process eller i en sintringsprocess av en produkt utsatt för preliminär kompakte- ring och orsakar lätt oxid. En halt av Mn överskridande 0,5 % gör det svårt att reducera en Mn-oxid och reducerar märkbart kvalitetskarakteristiken hos den pulversmidda detaljen såsom reduktion av densitet och styrka orsakad av Mn- oxiden. Därför är halten av Mn satt till 0,5 % eller mindre (uteslutande 0), och företrädesvis 0,4 % eller mindre (uteslutande 0). Återstod: järn och oundvikliga föroreningar Den pulversmidda detaljen enligt den föreliggande uppfinningen kan innehålla P, S, Si, O, N och andra element som oundvikliga föroreningar.

Andelen fri Cu: 10 % eller mindre Som beskrivs ovan är halten Cu i den föreliggande uppfinningen nära två gånger den Cu-halt som används för att stärka den fasta lösningen av ferritfasen i den konventionella produkten och icke löst Cu (d.v.s. fri Cu) kvarblir lätt i basstålet.

Därför kan smidessprickor genereras av varmsprödhet vid smidning. I svåra fall ökas risken för skador på den sintrade förformen vid hantering mellan en formande sintringsprocess och en smidesprocess. Därför, i den föreliggande uppfinningen, är andelen av fri Cu i den sintrade förformen satt till 10 % eller mindre vid start av smidningen. Här kan andelen av fri Cu, som betyder andelen av icke löst Cu i basstålet, kvantifieras genom den följande metoden. Det vill säga tvärsnittet av den sintrade förformen som en detalj som skall mätas mals av papper en polerskiva och etsas sedan med pikrinsyra. Tre positioner som har ett område av 0,2 mm >< 0,3 mm fotograferas vid 400 gångers förstoring användande ett optiskt mikroskop, och den totala arean av områden av kopparfärg mäts genom bildprocessering. Å andra sidan mäts den totala arean av områden av kopparfärg av ett referensmaterial genom samma metod. Som referensmaterial 535 027 8 används en produkt erhållen genom sintring av en kompakterad produkt kompakterad i samma komponentsammansättningar, form och formningstryck som de av detaljen som skall mätas under betingelsen av 1000°C under 20 minuter där Cu inte substantiellt är Iösti basstålet. Andelen av fri Cu kan beräknas genom användning av följande formel: Andelen av fri Cu (%)A= [total area av områden av Cu-färg av detaljen som skall mätas] / [total area av områden av Cu- färg av referensmaterial] >< 100.

Ferritandel: 40 till 90 % När den pulversmidda detaljen har en ferritandel av mindre än 40 %, har den pulversmidda detaljen otillräcklig seghet och otillräcklig egenfasthet efter brottdel- ning. Å andra sidan, när den pulversmidda detaljen har en ferritandel över- skridande 90 %, har den pulversmidda detaljen överdrivet hög seghet och stor förlängning, vilket orsakar deformationen vid brottdelningen att försämra dimensionsnoggrannhet. Därför är ferritandelen hos den pulversmidda detaljen satt till 40 till 90 %.

Relativ densitet i förhållande till teoretisk densitet: 97 % eller mer När den relativa densiteten i förhållande till den teoretiska densiteten är mindre än 97 %, blir graden av reduktion i utmattningshållfasthet hos den pulversmidda detaljen stor. Därför är den relativa densiteten i förhållande till den teoretiska densiteten hos den pulversmidda detaljen företrädesvis 97 % eller mer. När den relativa densiteten är satt till 97 % eller mer, blir hårdheten hos den pulversmidda detaljen HRC 33 eller mindre och den partielia pulserande draghållfasthetsgränsen blir 325 MPa eller mer. Därför tillhandahålles en pulversmidd detalj som har säkerställd bearbetbarhet och utmärkt utmattningshållfasthet.

Bearbetbarhetsförbättrande material: Total mängd av 0,05 till 0,6 %" Ett bearbetbarhetsförbättrande material kan tillsättas vid preliminär kompaktering (d.v.s. till en pulverblandning för pulversmide) för att förbättra bearbetbarheten hos 535 02? 9 den pulversmidda detaljen. Som bearbetbarhetsförbättrande material kan till exempel ett pulver sammansatt av MnS, MoSg, 8203 eller BN användas. De kan användas antingen var för sig eller i form av en kombination av två eller flera ämnen. När mängden av det bearbetbarhetsförbättrande materialet som skall tillsättas är mindre än 0,05 % av den totala mängden, erhålls inte tillräcklig bear- betbarhetsförbättrande effekt. Å andra sidan, när mängden av det bearbetbar- hetsförbättrande materialet som skall tillsättas överskrider 0,6 %, reduceras det område som upptas av järnmaterialet, och ickemetaller som utgör startpunkten för utmattningssprickor ökas, uppvisande en tendens av försämring i utmattnings- hållfasthet. Därför är den totala mängden av bearbetbarhetsförbättrande material som skall tillsättas företrädesvis 0,05 till 0,6 % av den totala mängden.

[Komponentkomposition av pulverblandning för pulversmide] I det följande skall orsaken för begränsning av komponentkompositionen av pulverblandningen för pulversmide (härefter endast refererad till som en "pulver- blandning") beskrivas.

C: 0,1 till 0,5 % Det är nödvändigt att justera halten av C i pulverblandningen i beaktande av mängden syre i pulverblandningen och typen av atmosfärsgas vid sintring så att halten av C hos den pulversmidda detaljen slutligen erhållen sätts till 0,2 till 0,4 %.

Det vill säga, när inaktiv gasatmosfär såsom Ng-gas används i sintringsprocessen, oxideras C och konsumeras av syre i pulverblandningen och förorenar syre i atmosfärsgasen. Halten av C av den sintrade förformen (d.v.s. den pulversmidda detaljen) är lägre än det av pulverblandningen. Dawid justeras halten av C hos pulverblandningen till mer än 0,2 % och 0,5 % eller mindre, vilket är högre än det av den pulversmidda detaljen. A andra sidan, när atmosfärsgasen har hög kol- potential såsom användning av endotermisk gas, uppkolning orsakad av atmo- sfärsgasen uppgår vanligtvis till mer än mängden av oxidationsförbrukning av C genom syre i pulverblandningen, och halten av C av den sintrade förformen (d.v.s. den pulversmidda detaljen) blir högre än den av pulverblandningen. Därvid är halten av C hos pulverblandningen justerad till 0,1 % eller mer och mindre än 535 02? 10 0,4 % vilket är lägre än den hos den pulversmidda detaljen. Därför kan halten av C hos pulverblandningen sättas i området av 0,1 till 0,5 % emedan ändringen av halten av C förutsägs i enlighet med halten av syre hos pulverblandningen och typen av atmosfärsgas vid sintringen.

O: 0,3 % eller mindre Variationen av den konsumerade C-mängden är även större när halten av syre hos pulverblandningen är högre, och det blir svårt att sätta halten av C hos den pulversmidda detaljen till målet av 0,2 till 0,4 %. Därigenom sätts halten av syre i pulverblandningen till 0,3 % eller mindre.

Andra komponenter Cu, Mn och det bearbetbarhetsförbättrande materialet konsumeras och produce- ras inte vid sintring som i C. Halten av vardera av komponenterna i pulverbland- ningen är definierad som densamma som halten av vardera av komponenterna i den pulversmidda detaljen (även om värdet av halten av vardera av komponen- terna förändras extremt lite genom ökning och minskning av mängden C vid sint- ring på samma sätt, är värdet inom ett ignorerbart intervall).

[Metod för att producera pulversmidda detaljer] Närmast kommer en metod för att producera den pulversmidda detaljen som uppfyller sammansättningen ovan att beskrivas.

Först, förändringen av halten av C vid sintring förutsägs i enlighet med halten av syre i ett järnbaserat pulver och typen av atmosfärsgas vid sintring. Ett grafitpulver i vilket halten av C hos pulverblandningen äri intervallet av 0,1 till 0,5 % så att halten av C efter sintring är satt till 0,2 till 0,4 %, ett kopparpulver i vilket halten av Cu är 3 till 5 %, och det bearbetbarhetsförbättrande materialet av den totala mängden av 0,05 till 0,6 % om nödvändigt tillsätts i ett järnbaserat pulver. En lämplig mängd av ett smörjmedel är vidare tillsatt därtill för att producera en 535 027 11 pulverblandning. Denna pulverblandning utsätts för preliminär kompaktering av en tryckkompakteringsmaskin för att producera en kompakterad förform.

När det järnbaserade pulvret som används vid producerandet av pulverbland- ningen uppvisar mindre kompressibilitet, ökas knappt densiteten av den kompak- terade förformen vid preliminär kompaktering. Insidan av den sintrade förformen oxideras under högtemperatur-transport till smidesprocessen efter sintring, och ett fenomen i vilket styrkan hos den sintrade förformen reduceras av en oxidfilm uppstår även om den sintrade förformen smides. Därför, i syfte att göra det järnbaserade pulvret mjukt och öka densiteten hos den kompakterade förformen för att undvika intem oxidation av den kompakterade förformen, sätts halten av C hos det järnbaserade pulvret till mindre än 0,05 %, företrädesvis 0,04 % eller mindre, och mer föredraget 0,02 % eller mindre.

Sedan sintras denna kompakterade förform vid en hög temperatur för att produ- cera en sintrad förform. Här, refererande till sintringsförutsättningen, är högre temperatur och längre tid föredragna eftersom diffusionen av Cu fortgår och mängden av fri Cu minskar allteftersom temperaturen blir högre eller tiden längre.

Emellertid, när halten av Cu till exempel är 4 % kan andelen av fri Cu sättas till 10 % eller mindre genom sintring av förformen vid 1190°C eller mer under 10 minuter.

Denna sintrade förform smides omedelbart med ett förutbestämt smidestryck vid en hög temperatur utan kylning av den sintrade förformen för att erhålla en pulver- smidd detalj. Högre smidestryck är föredraget eftersom densiteten av den pulver- smidda detaljen blir högre och styrkan ökas eftersom smidestrycket är högre.

Emellertid, när en vevstake som har en form och storlek som visas i till exempel fig. 1 formas, kan den relativa densiteten i förhållande till den teoretiska densiteten sättas till 97 % eller mer genom smidning av förformen med ett tryck av 6,0 ton/cmz eller mer, resulterande i att den pulversmidda detaljen uppvisar utmärkt bearbetbarhet och utmattningshållfasthet. Även om exemplet beskriver omedelbar smidning av förformen användande tem- peraturen efter sintring i den producerande metoden, kan förformen kylas efter att 535 027 12 den blivit sintrad och återuppvärmas för att smidas. I detta fall värms förformen två gånger vid sintring och smidning och värmningstiden blir oundvikligen längre. Där- för, även när värmnlngstemperaturen är en temperatur (omkring 1050°C till om- kring 1120°C) vidare lägre än den lägre temperaturgränsen (1190°C), kan andelen av fri Cu sättas till 10 % eller lägre.

En vevstake av brottdelningstyp producerad genom användning av denna pulver- smidda detalj har reducerad verktygsförslitning vid bearbetning och trycker ned kostnadsökningen av delar och har utmärkt utmattningshållfasthet och egenfasthet vid montering efter brottdelning.

Exempel 1 (Påverkan av andelen fri Cu) Ett grafitpulver och ett kopparpulver tillsattes i ett rent järnbaserat pulver som har en komponentsammansättning visad i tabell 1 så att halterna av C och Cu efter sintring var respektive 0,3 % och 4 %. Zinkstearat av 0,75 % tillsattes vidare som smörjmedel och de blandades under 30 minuter för att producera en pulverbland- ning. Pulverblandningen utsattes för preliminär kompaktering med ett kompakte- ringsyttryck av 6 ton/cmz för att producera en kompakterad förform.

[Tabell 1] Komponenter C Mn P S Si O N Halt (vikt-%) 0,001 0,19 0,01 0,009 0,01 0,12 0,004 Denna kompakterade förform av-vaxades vid 600°C under 10 minuter i N2- gasatmosfär och slntrades sedan vid olika temperaturer av 1110 till 1260°C under 10 minuter för att producera ett flertal sintrade förformer. Andelen av fri Cu hos vardera av några sintrade förformer mättes genom användning av metoden beskriven i ovan nämnda [komposition av pulversmidd detalj]. De återstående sintrade förformerna smiddes omedelbart med ett smidestryck av 10 ton/cmz för att producera testdetaljer av pulversmidda detaljer imiterande formen av en 535 027 13 vevstake. Skägg på vardera av testdetaljerna avlägsnades, och ytskalet avlägsnades genom blästring eller liknande för att tillhandahålla testdetaljer för ett pulserande dragutmattningsprov. F ig. 1 visar formen och storleken av vardera av testdetaljerna som användes för utmattningsprovet. Fig. 2 visar ett pålagt tillstånd av en draglast på vardera av testdetaljerna i utmattningsprovet.

Tabell 2 och fig. 3 visar mätningar och testresultat. Som är uppenbart från tabell 2 och fig. 3 då sintringstemperaturen är högre, minskar proportionen av fri Cu och utmattningsgränsen ökar. När sintringstiden är 10 minuter, är proportionen av fri Cu 10 % eller mindre vid temperaturen av 1190°C eller mer, och utmattnings- gränsen av 325 MPa eller mer uppnås. Fig. 4 visar jämförelsevis tvärsnittsmikro- strukturer av ett referensmaterial som har en proportion av fri Cu av 100 %, ett jämförelsematerial som har proportionen av 15 % och ett uppfinningsenligt mate- rial av 3 %. lfig. 4 har delar till vilka “net hatching" är tillämpad existerande fri Cu.

[Tabell 2] Test- Sintrings- Andelen Utmattnings- Notering detalj temperatur av fri Cu gräns nr (°C) (%) (MPa) 101 1 1 10 82 245 102 1 140 56 275 Jämförande 103 1170 43 294 exempel 104 1 180 19 324 105 1190 9,8 353 Uppflnnings- 106 1200 4,6 353 enligt 107 1230 2,1 363 exempel 108 1260 1 ,4 373 l det uppfinningsenliga exemplet var ferritandelen hos den pulversmidda detaljen ungefär 70 % vid varje sintringstemperatur.

Exempel 2 (Påverkan av halterna av C och Cu) Ett grafitpulver och ett kopparpulver tillsattes i ett rent järnbaserat pulver som hade samma komponentsammansättning som det i exempel 1 visat i tabell 1 med 535 027 14 varierande mängder av tillsatt grafitpulver och kopparpulver så att halten av C och Cu efter smidning var respektive 0,1 till 0,6 % och 2 till 5 % för att producera en pulverblandning. Pulverblandningen utsattes för preliminär kompaktering under samma villkor som det av exempel 1 beskrivna ovan för att bilda en kompakterad förform. Denna kompakterade förform awaxades vid 600°C under 10 minuter under Nz-gasatmosfär och sintrades sedan vid 1120°C under 30 minuter under Nz-gasatmosfär för att producera sintrade förformer. De sintrade förformerna värmdes vid 1050°C under 30 minuter under Nz-gasatmosfär och smiddes sedan med ett smidestryck av 10 ton/cmz för att producera testdetaljer av pulversmidda detaljer imiterande formen av samma vevstake som beskrivs i exempel 1 ovan.

Dessa testdetaljer utsattes för ett dragutmattningstest under samma villkor som de i exempel 1 beskrivet ovan, och HRC-hârdheten av vardera av ytorna på testdetaljerna mättes efter bearbetning.

Vidare utfördes det följande testet i syfte att kvantifiera egenfastheten efter brott- delning. Det vill säga, en skivformad testdetalj av en pulversmidd detalj som hade en diameter av 90 mm >< en tjocklek av 40 mm producerades under samma förutsättningar som i beskrivningen ovan. Denna bearbetades för att producera en ringformad testdetalj som hade en yttre diameter av 80 mm, en inre diameter av 40 mm >< en tjocklek av 20 mm och som hade ett V-hack som hade ett djup av 1 mm och en vinkel av 45 grader vid en diagonal linje på den inre ringen. Denna testdetalj utsattes för dragbrott i djupriktningen och vinkelrät riktning av skåran. En verklig area inkluderande mikroojämnheter på brottytan mättes genom användning av en optisk tredimensionell mätanordning (producerad av GFMesstchnik Company, typ: MicroCAD 3><4), och en andel relativt till en plan projiceringsyta ignorerande ojämnheten (refererad till som en "area andel vid brottdelning“) beräknades. Vidare, förekomsten eller avsaknaden av förskjutning av den ingripna positionen av brottytan efter brottdelning undersöktes visuellt.

Tabell 3 visar testresultaten. Andelen av fri Cu hos vardera av testdetaljerna före smidning (vid start av smidning) överskrider 10 % i testbit nr 222 som har halten av Cu överskridande 5 %. Emellertid var andelen 10 % eller mindre i de andra testdetaljerna. 535 027 1 5 [Tabell 3] Test- Kemisk Hàrdhet Utmatt- Ferrit- Brott- Egenfasthet Notering detalj samman- (HRC) nings- andel delnings- nr sättning gräns (%) area- (vikt-%) (MPa) andel C Cu (-) 201 0,10 2,0 11,7 200 97 1,54 xdeformation orsakad 202 0,10 2,5 12,8 209 97 1,53 xfieformation orsakad 203 0,10 3,0 14,0 218 97 1,56 x:deformation orsakad 204 0,10 3,5 15,2 227 96 1,55 xïdeformation orsakad 236 o,1o 4,0 16,4 236 96 1,54 xnefermanen fäåwáe orsakad exempel 206 0,10 4,5 17,5 245 97 1,52 xdeformation orsakad 207 0,10 5,0 18,7 255 98 1,51 xxieformation orsakad 208 0,20 2,0 16,2 235 83,6 1,54 x:deformatíon orsakad 209 0,20 2,5 17,4 244 84,1 1,53 xzdeformation orsakad 210 0,20 3,0 18,5 307 84,6 1,51 O Uppfin- 211 0,20 3,5 19,7 316 85,1 1,50 O nings- 212 0,20 4,0 20,9 325 85,6 1,49 O enligt 213 0,20 4,5 22,1 334 36,1 1,43 o exempel 214 0,20 5,0 23,2 341 86,6 1,46 O 215 0,30 2,0 20,7 270 66,9 1,46 O Jam- 216 0,30 2,5 21,9 280 67,4 1,45 O förande exempel 217 0,30 3,0 23,1 340 67,9 1,47 O Uppfin- 218 0,30 3,5 24,3 346 68,4 1,45 O nings- 219 0,30 4,0 25,4 352 68,9 1,44 O enligt 22o 0,30 4,5 26,6 357 69,4 1,43 o exempel 221 0,30 5,0 27,8 360 69,9 1,42 O 222 0,30 6,0 28,0 306 70,1 Ej mätt Ej mätt Jam- 223 0,40 2,0 25,3 315 50,2 1,44 O förande 224 o,4o 2,5 26,4 360 50,7 1,43 o exempel 225 0,40 3,0 27,6 363 51,2 1,42 O Uppfin- 226 0,40 3, 5 28,8 365 51,7 1,41 O nings- 227 0,40 4,0 30,0 366 52,2 1,39 O enligt 223 o,4o 4,5 31,1 367 52,7 1,33 o exempel 229 0,40 5,0 32,3 322 53,2 1,37 O 230 0,50 2,0 29,8 343 33,5 1,40 O 231 0,50 2,5 32,5 347 34 1,37 O 232 0,50 3,0 33,1 349 34,5 1,36 xfiörskjutnlng orsakad 233 0,50 3,5 33,3 358 35 1,36 xförskjutning orsakad 234 0, 50 4,0 34,5 367 35,5 1,35 xförskjutning orsakad 235 0,50 4,5 35,7 376 36 1,34 xfiörskjutning Jám_ orsakad förande 236 0,50 5,0 36,8 357 36,5 1,32 xförskjutning exempel orsakad 535 02? 16 237 0,60 2,0 34,3 366 16,8 1,35 ><:förskjutning orsakad 238 0,60 2,5 35,5 375 17,3 1,34 xzförskjutning orsakad 239 0,60 3,0 36,7 384 17,8 1,32 xzförskjutning orsakad 240 0,60 3,5 37,8 394 18,3 1,31 xfiörskjutning orsakad 241 0,60 4,0 39,0 403 18,8 1,30 xzförskjutning orsakad 242 0,60 4,5 40,2 412 19,3 1,29 xfiörskjutning orsakad 243 0,60 5,0 41,4 200 19,8 1,28 xförskjutning orsakad Som visas i tabell 3 bekräftas det följande. Vardera av de uppfinningsenliga exemplen i vilka halterna av C och Cu, ferritandelen och andelen av fri Cu var inom området som definieras iden föreliggande uppfinningen, vilka hade hårdhet av HRC 33 eller mindre, hade inga problem i bearbetbarhet. Vardera av de uppfinningsenliga exemplen hade en utmattningsgräns av 300 MPa eller mer, specifikt 325 MPa eller mer, förutom vissa av de uppfinningsenliga exemplen (testdetaljer nr 210, 211). l de uppfinningsenliga exemplen observerades ingen förskjutningi brottytan efter brottdelning och de hade inga problem i egenfasthet.

De uppfinningsenliga exemplen uppfyllda samtidigt bearbetbarhet, utmatt- ningshållfasthet och egenfasthet efter brottdelning. Å andra sidan, ide jämförande exemplen i vilka komponentsammansättningen och/eller ferritandelen faller utanför området som definieras i den föreliggande uppfinningen, jämförande exempel, vilka har hårdhet av HRC 33 eller mindre, som har utmattningsgräns upp till 300 MPa förutom vissa jämförande exempel (testdetaljer nr 230, 231) och orsakar deformation på grund av förlängning i brott- delning till reducerad dimensionsnoggrannhet (testdetaijer nr 201 till 209). Å andra sidan, ijämförande exempel som har en utmattningsgräns av 300 MPa eller mer, har de jämförande exemplen som har hårdhet överskridande HRC 33 försämrad bearbetbarhet, och orsakar ingripen positionsförskjutning av brottytan att orsaka ett problem hos egenfastheten. Därför har det visat sig att det är mycket svårt att samtidigt erhålla en pulversmldd detalj som uppfyller bearbetbarhet, utmattningshållsfasthet och egenfasthet efter brottdelning. 535 02? 17 Som visas i tabell 3 kan ytförhållandet vid brottdelning användas som ett index för att representera egenfasthet. När brottdelningsareaförhållandet är mindre än 1,37 orsakas lätt den ingripna förskjutningen av brottdelningsytan. Å andra sidan, när brottdelningsytförhållandet överskrider 1,51 har det visat sig att deformation orsakad av förlängningen blir märkbar och dimensionsnoggrannheten försämras.

Exempel 3 (Påverkan på relativ densitet) Närmast producerades testdetaljer av pulversmidda detaljer som hade samma komponentsammansättning (C: 0,3 %, Cu: 3,5 %) som den hos testdetalj nr 218 av exempel 2 under samma förutsättningar som den av exempel 2 förutom att endast ett smidestryck ändrades varierande i området av 2,5 till 10 ton/cmz. inverkan av den relativa densiteten hos den pulversmidda detaljen utövad på utmattningsgränsen undersöktes. Medan utmattningsgränsen mättes, mättes även HRB-hårdheten av vardera av testdetaljerna. Tabell 4 visar testresultaten.

[Tabell 4] Test- Smides- Relativ Hàrdhet Utmattnings- detalj tryck densitet (HRB) gräns nr (ron/cmz) (%) (MPa) 218 10 99 105,0 346 301 7,5 98 100,0 338 302 9,5 99 101,5 340 303 6,0 97 97,0 329 304 4,0 95 91,5 316 305 3,5 94 86,5 299 306 2,5 93 80,0 286 Som visas i tabell 4 ovan är det bekräftat att utmattningsgränsen av 325 MPa eller mer kunde säkerställas när den relativa densiteten i förhållande till den teoretiska densiteten var 97 % eller mer. 535 027 18 Exempel 4 (Påverkan av bearbetbarhetsförbättrande material) Närmast följande producerades testdetaljer av pulversmidda detaljer som hade samma komponentsammansättning (C: 0,3 %, Cu: 3,5 %) som det hos testdetalj nr 218 hos exempel 2 som liksom i exempel 3 producerades på samma sätt som i exempel 2 förutom att olika bearbetbarhetsförbättrande material tillsattes med mängden tillsats ändrad. Påverkan på bearbetbarheten undersöktes. Refererande till bearbetbarhet mättes en stötkraft när ett hål bildades från ytan hos testdetaljen vid ett antal rotationer av 200 rpm och skärhastighet av 0,12 mm/varv användande en SKH-borr som hade en diameter av 5 mm. Detta användes som index för bearbetbarhet. Tabell 5 visar testresultaten.

Som är uppenbart i tabell 5, reduceras stötkraften med en ökning av tillsats- mängden av det bearbetbarhetsförbättrande materialet för att förbättra bearbet- barheten. Emellertid, när tillsatsmängden av det bearbetbarhetsförbättrande materialet överskrider 0,6 % observeras den stora minskningstrenden av utmatt- ningsgränsen även i alla bearbetbarhetsförbättrande medel.

[Tabell 5] Test- Bearbetsförbättrande Stötkraft Hàrdhet Utmatt- detalj material (N) (HRC) nings- nr Typ Tillsatt gräns mängd (MP8) (vikt-%) 218 - 0,0 770 24,3 346 401 0,2 765 24,8 351 402 MnS 0,4 755 25,2 350 403 0,6 750 26,2 335 404 0,8 750 26,5 306 405 MoSz 0,8 750 25,5 308 406 0,6 750 25,8 338 407 B20; 0,6 739 24,3 334 408 0,8 744 25,4 299 409 BN 0,6 746 24,9 336 410 0,8 749 26,3 316 535 027 19 Exempel 5 (Påverkan av syrehalt hos pulverblandning) Närmast följande ändrades halten av syre hos en pulverblandning genom användning av ett jämbaserat pulver som hade olika halter av syre, och testdetaljer av pulversmidda detaljer producerades under samma förutsättningar som i det i utföringsexempel 1 beskrivet ovan. Halterna av C och Cu hos pulverblandningen efter smidning sattes respektive till 0,3 % och 4 % som mål, och tillsatsen av grafitpulver sattes till 0,3 % + (halten % av syre hos järnbaserati pulver - 0,05 %) x 3/4 för att justera halten av C. Refererande till denna testdetalj mättes halten av C och utmattningsgränsen, och påverkan av halten av syre i pulverblandningen därpå undersöktes.

Tabell 6 visar resultaten. Som visas i tabell 6, när halten av syre hos det järnbase- rade pulvret (d.v.s. pulverblandningen) var 0,3 % eller mindre (testdetaljer nr 501 till 503), halten av C hos den pulversmidda detaljen var en ungefärlig målhalt av C. Emellertid, när halten av syre hos den järnbaserade pulvret (d.v.s. pulverbland- ningen) överskred 0,3 % (testdetalj nr 504) visade det sig att halten av C hos den pulversmidda detaljen försköts betydligt från målhalten av C och föll utanför det ungefärliga området (0,2 till 0,4 %) av halten av C definierad i den föreliggande uppfinningen för att drastiskt reducera utmattningshållfastheten.

[Tabell 6] Test- Kemisk sammansättning av Pulversmidd detalj Notering detalj járnbaserat pulver (vikt-%) Komponent- Utmatt- nr sammansättning nings- (vikt-%) gräns C Mn P S Si O C Cu (MPa 501 0,001 0,19 0,01 0,009 0,01 0,012 0,31 4,00 352 Uppfinnings- 502 0,001 0,18 0,01 0,009 0,01 0,020 0,29 4,05 353 enligt 503 0,001 0,18 0,01 0,009 0,01 0,030 0,30 4,00 351 êXeml-ïel 504 0,001 0,19 0,01 0,009 0,01 0,040 0,15 3,95 267 Jämförande exempel 535 027 20 Exempel 6 (Påverkan av halten av C hos järnbaserat pulver) Närmast följande användes ett järnbaserat pulver som hade olika halter av C, och en pulverblandning som hade samma komponentsammansättning producerades genom justering av tillsatsmängden av grafitpulver. Kompakterade förformer och testdetaljer av pulversmidda detaljer producerades under samma förutsättningar som i utföringsform 1 beskriven ovan. Halterna av C och Cu efter smide var respektive satta till 0,3 % och 4 % som mål. Densiteterna hos de kompakterade förformerna och pulversmidda detaljerna mättes liksom utmattningsgränsen hos den pulversmidda detaljen.

Tabell 7 visar testresultaten. Som är uppenbart från tabell 7 visas den minskande trenden av densiteten hos den kompakterade förformen med ökningen av halten av C hos det järnbaserade pulvret. När halten av C hos det järnbaserade pulvret är 0,05 % (testdetalj nr 604) visade det sig att utmattningshållfastheten drastiskt reduceras även om densiteten hos den pulversmidda detaljen efter smidning är närmast densamma som de fall där halten av C är mindre än 0,05 % (testdetaljer nr 601 till 603).

[Tabell 71 Test- Komponentsammansättning av Kompak- Pulversmidd Notering detalj järnbaserat pulver (vikt-%) terad detalj nr förform C Mn P S Si O Densitet Densitet Utmatt- (g/cm°) g/cms nings- hállfasthet (MPa) 601 0,001 0,19 0,01 0,009 0,01 0,12 7,05 7,83 353 Uppfin- 602 0,005 0,18 0,01 0,008 0,01 0,12 6,90 7,83 352 nings- 603 0,02 0,19 0,01 0,009 0,01 0,13 6,60 7,81 335 enligt exempel 604 0,05 0,20 0,01 0,009 0,01 0,12 6,30 7,79 279 Jämförande exempel

Claims (11)

535 027 2 1 PATENTKRAV

1. En pulversmidd detalj som erhållits genom smidning av en sintrad förform vid en hög temperatur, varvid den sintrade förforrnen bildas genom att en pulverblandning utsätts för preliminär kompaktering och därefter sintring av den kompakterade förforrnen, kännetecknad av att den pulversmidda detaljen innehåller åtminstone ett bearbetbarhetsförbättrande material i en total mängd av 0,05 till 0,6 vikt-%, varvid det bearbetbarhetsförbättrande materialet valts från gruppen som består av MnS, MoSg, 8203 och BN; den sintrade förforrnen uppvisar en andel av fri Cu av 10 % eller mindre vid start av smidningen; den pulversmidda detaljens komponentsammansättning efter smidning är sam- mansatt av C: 0,2 till 0,4 vikt-%, Cu: 3 till 5 vikt-%, Mn: 0,5 vikt-% eller mindre, och resten jäm med oundvikliga föroreningar; och den pulversmidda detaljen uppvisar en ferritandel av 40 till 90 %.

2. Den pulversmidda detaljen enligt krav 1, vari en relativ densitet i förhållande till teoretisk densitet är 97 % eller mer.

3. Den pulversmidda enligt krav 2, vari hårdheten är HRC 33 eller mindre, och en partiell pulserande draghållfasthetsgräns är 325 MPa eller mer.

4. En vevstake av brottdelningstyp producerad genom användande av den pulver- smidda detaljen enligt något av kraven 1 till 3.

5. En pulverblandning för pulversmidning, för användning som ett råmaterial för en pulversmidd detalj enligt krav 1-3, kännetecknad av en komponentsammansättning vilken förutom ett smörjmedel innehåller C: 0,1 till 0,5 vikt-%, Cu: 3 till 5 vikt-%, Mn: 0,4 vikt-% eller mindre, O: 0,3 vikt-% eller mindre, och åtminstone ett bearbetbarhetsförbättrande material i en tota| mängd av 0,05 till 0,6 vikt-%, och resten järn med oundvikliga föroreningar, varvid det bearbetbarhetsförbättrande materialet valts från gruppen som består av MnS, MoSg och B20; och BN. 535 02? 22

6. Pulverblandningen för pulversmidning enligt krav 5, vari pulverblandningen er- hålles genom tillsats av ett grafitpulver, ett kopparpulver, åtminstone ett bearbet- barhetsförbättrande material som valts från gruppen som består av MnS, MoS2. 8203 och BN, och ett smörjmedel i ett jämbaserat pulver sammansatt av C: mindre än 0,05 vikt-% eller mindre, O: 0,3 vikt-% eller mindre och resten jåm med oundvikliga föroreningar.

7. En metod för att producera en pulversmidd detalj enligt krav 1-3, metoden innefattande: ett kompakterings- och sintringssteg av att utsätta en pulverblandning för pulver- smidning enligt krav 5 för preliminär kompaktering och därefter sintring av den kompakterade förforrnen för att bilda en sintrad förform; och ett smidessteg av smidning av den sintrade förformen vid en hög temperatur för att bilda en pulversmidd detalj.