WO1991010753A1

WO1991010753A1 - Metallpulvermischung

Info

Publication number: WO1991010753A1
Application number: PCT/DE1990/000751
Authority: WO
Inventors: Norbert Dautzenberg; Heinz Josef Dorweiler; Karl-Heinz Lindner
Original assignee: Mannesmann Ag
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1991-07-25
Also published as: DE4001900A1; CA2074193A1; ATE124467T1; CA2074193C; JP2908018B2; DE59009358D1; JPH05503318A; EP0597832B1; EP0597832A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Metallpulvermischung anzugeben, die mit geringem Aufwand herstellbar ist und die Herstellung von hochfesten und verschleißfesten Zylinderteilen mit geringen Maßabweichungen gestattet. Diese Metallpulvermischung besteht aus einer durch Verdüsung einer Schmelze entstandenem Stahlpulver, welches mit 0,3 bis 0,7 Gew. % Graphit vermischt ist, wobei das Stahllegierungspulver aus (Gew. %) max. 0,02 % C; max. 0,03 % Si; 0,05-0,25 % Mn; 2,5-5,0 % Ni; 0,2-1,5 % Mo, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen besteht und die Mischung feinteiliges Cu in einer Menge von 0,7-1,5 % enthält mit der Maßgabe, daß das Mengenverhältnis Cu:Graphit im Bereich 1,4-2,5 liegt.

Description

Metallpulvermischung

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Die Erfindung betrifft eine Metallpulvermischung zur Herstellung

martensitisch durchgehärteter, hochfester Sinterteile auf der Basis

eines durch Verdüsung einer Stahllegierungsschmelze entstandenen

Stahlpulvers, welches mit 0,3 bis 0,7 Gew-% Graphitpulver vermischt ist.

Unter hochfesten Sinterteilen werden in diesem Zusammenhang Teile mit

einer Zugfestigkeit von mindestens 550 N/mm²verstanden.

Aus der EP 0 136 169 B1 ist ein Stahllegierungspulver zur Herstellung

hochfester Sinterteile bekannt, das besteht aus (Gew%) max. 0,02 % C

max. 0,1 % Si

0,4 - 1,3 % Ni

0,2 - 0,5 % Cu

0,1 - 0,3 % Mo

max. 0,3 % Mn

max. 0,01 % N

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen. Dieses Legierungspulver soll billig herstellbar und verarbeitbar sein, gute Preßeigenschaften aufweisen und eine hohe Festigkeit im

gesinterten Fertigteil gewährleisten, über seine Eigenschaften

hinsichtlich der erzielbaren Maßgenauigkeit im Fertigteil ist in dieser Schrift nichts Näheres ausgeführt.

Durch das Sintern eines aus Stahlpulver hergestellten Preßlings wird dessen Geometrie normalerweise verändert. Man spricht von

Sinterschwund. Ein martensitisches Härten wirkt im Grundsatz wegen der damit verbundenen Volumenvergrößerung infolge der Gefügeumwandlung diesem Effekt entgegen. Selbstverständlich kann eine Volumenänderung des Fertigteils gegenüber dem zum Sintern eingesetzten Preßling auch bei der Auslegung des Preßwerkzeugs berücksichtigt werden, d.h. man versucht, die Maßabweichungen zu antizipieren und durch eine Änderung der Maße des Preßlings von vornherein auszugleichen. Eisher ist dies aber nur sehr unvollkommen gelungen, weil die relativen Maßabweichungen nicht nur von den jeweiligen Wanddicken im Preßling abhängig sind, sondern auch die am Preßling erzielte Dichte, die innerhalb desselben Preßlings und auch zwischen den einzelnen Exemplaren von an sich gleichartigen Preßlingen Schwankungen unterliegt, hierauf einen großen Einfluß hat. Insofern haben die Bemühungen zur Erzielung einer

Maßkonstanz im gesinterten Fertigteil aus fertiglegierten Werkstoffen bisher lediglich eine reproduzierbare Begrenzung der Maßabweichungen auf Werte im günstigsten Fall bis zu etwa +/- 0,1 % erbracht. Für viele Teile sind derartige Abweichungen nicht mehr tolerierbar. Aus diesem Grunde unterzieht man Hinterteile vielfach einem abschließenden

Kalibriervorgang, was mit erheblichen Kosten verbunden ist. Bei

gehärteten Teilen ist aber wegen der Härte der Sinterteile nicht einmal das mehr möglich. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Metallpulvermischung anzugeben, die mit möglichst geringem Aufwand herstellbar ist und die Herstellung von hochfesten und verschleißfesten Sinterteilen gestattet, deren

Maßabweichungen in einem Toleranzband von maximal +/- 0,05 % Breite gehalten werden können, ohne daß es hierzu zusätzlicher konstruktiver Maßnahmen am Preßwerkzeug für die Herstellung der zu sinternden

Preßlinge bedarf. Das Metallpulver soll also die Eigenschaft haben, beim Sintern von daraus mit üblicher Verdichtung hergestellten Preßlingen kein nennenswertes Schrumpfen oder Wachsen zu bewirken.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Metallpulvermischung mit den

Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Mischung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.

Im Gegensatz zu dem aus der EP 0 136 169 B1 bekannten

Stahllegierungspulver ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Cu-Anteil nicht bereits in die zur Verdüsung eingesetzte Legierung einzubringen, sondern in feinteiliger Form mit dem Stahlpulver zu vermischen. Außerdem sind die Mengenanteile der einzelnen Legierungselemente gemäß Anspruch 1 in anderen 6renzen gehalten als bei dem bekannten Stahlpulver. Besonders wesentlich ist es, daß das Verhältnis des Cu-Anteils an dem ebenfalls in Pulverform als Kohlenstoff in die Metallpulvermischung eingebrachten Graphitanteil im Bereich 1,4-2,5, vorzugsweise 2,0 gehalten wird. Bei Einhaltung aller Vorschriften des Patentanspruchs 1 gelingt es

überraschenderweise, Preßlinge nach üblichen Preßverfahren der

Pulvermetallurgie herzustellen, die unter wiederum üblichen

Sinterbedingungen unabhängig von den Wanddicken der Preßlinge nahezu völlige Maßkonstanz aufweisen. Die Maßabweichungen betragen weniger als +/- 0,05 V Bei Abkühlung an Luft oder mittels einer in der Kühlzone des Sinterofens angeordneten Gasdusche (z.B. unter Druck zugeführtes Inertgas) ergibt sich in den Sinterteilen ein vollständig martensitisches Gefüge, das den Teilen eine hohe Festigkeit (über 750 N/mm²) verleiht, ohne daß es hierzu einer nachträglichen Wärmebehandlung bedarf.

Anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Es wurde ein Stahlpulver durch Wasserverdüsung einer Schmelze mit folgender Zusammensetzung (Gew-%) erzeugt:

0,01 % C

0,02 % Si

0,10 % Mn

4,0 % Ni

0,5 % Mo

0,020 % P

0,010 % S

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Nach der Wasserverdüsung wurde dieses Stahlpulver getrocknet und bei etwa 1000°C einer Reduktionsglühung in einer H₂-Atmosphäre unterzogen. Nach Abkühlung wurde das so entstandene Agglomerat feinteilig vermählen . Der Restsauerstoffgehalt des Stahlpulvers belief sich auf etwa 0,15 %, seine Fülldichte betrug etwa 3 g/cm .

Diesem Stahlpulver wurden anschließlich 0,60 % Graphitpulver und 1,0 % feiπteiliges Cu sowie ca. 1 % übliches Schmiermittel zugesetzt. Nach gleichmäßiger Mischung dieser Komponenten wurden Preßlinge durch

Kaltpressen in üblicher Weise erzeugt, wobei die Dichte der Preßlinge etwa 7 g/cm³ betrug. Nach dem Sintern dieser Preßlinge bei etwa 1120ºC ergaben sich an den Fertigteilen Maßabweichungen von weniger als +/- 0,03 % gegenüber den Preßlingsmaßen. Die Teile waren bei Abkühlung unter einer

Stickstoffdusche nach dem Sintern vollständig martensitisch

durchgehärtet und wiesen eine Zugfestigkeit von über 820 N/mm²bei einer

Härte von ca. 400 HB.

Bei einem weiteren Versuch mit dieser erfindungsgemäßen

Metallpulvermischung wurde eine Zweifachpreß- und -Sintertechnik mit den

Temperaturstufen 800°C und 1120ºC auf die Preßlinge angewendet. Dabei ergaben sich durch die beiden Sintervorgänge wiederum Maßabweichungen von jeweils weniger als 0,03 %. Die Zugfestigkeit lag bei ca. 900 N/mm², die Härte bei ca. 450 HB.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Metallpulvermischung sind

insbesondere darin zu sehen, daß maßkonstante Sinterteile hergestellt werden können, die keine aufwendige mechanische, umformtechnische oder wärmetechnische Nachbehandlung nach dem Sintern mehr erfordern und wobei das Stahlpulver auf preisgünstige Weise herstellbar ist. Es ist nämlich für die gewählte Legierung der Erfindung eine Wasserverdüsung mit anschließender Reduktion unter H₂-Atmosphäre anwendbar. Eine

kostenaufwendige Vakuumglühung, wie sie bei anderen fertiglegierten wasserverdüsten Metallpulvern für den gleichen Einsatzzweck notwendig ist, kann hierbei entfallen. Die preiswerte Herstellung ist

darüberhinaus noch verbunden mit der Erzielung hervorragender

Festigkeits- und Verschleißeigenschaften.

Claims

Patentansprüche 1. Metallpulvermischung zur Herstellung martensitisch

durchgehärteter, hochfester Sinterteile auf der Basis eines durch

Verdüsung einer Stahllegierungsschmelze entstandenen Stahlpulvers, welches mit 0,3-0,7 Gew-% Graphit vermischt ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Stahllegierungspulver besteht aus (Gew-%) max . 0 , 02 % C

max . 0 , 03 % Si

0 ,05 - 0 , 25 % Mn

2 , 5 - 5 , 0 % Ni

0 , 2 - 1 , 5 % Mo

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen und daß die Mischung feinteiliges Cu in einer Menge von 0,7 - 1,5 % enthält mit der Maßgabe, daß das Mengenverhältnis Cu : Graphit im Bereich 1,4 - 2,5 liegt.

2. Metallpulvermischung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Mn-Gehalt auf Werte von 0,10 - 0,20 eingeschränkt ist.

3. Metallpulvermischung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Ni-Gehalt auf 3,0 - 4,0 % eingeschränkt ist.

4. Metallpulvermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Mo-Gehalt auf Werte von 0,5 - 1,0 % eingeschränkt ist,

5. Metallpulvermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Graphitzusatz auf 0,5 - 0,6 % eingeschränkt ist.

6. Metallpulvermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verhältnis Cu : Graphit bei 2 liegt.