DE1918176A1

DE1918176A1 - Niedriglegiertes,homogenes Eisenpulver zur Herstellung von haertbaren Sinterstaehlen

Info

Publication number: DE1918176A1
Application number: DE19691918176
Authority: DE
Inventors: Lindskog Per Folke; Sven-Erik Grek
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1968-04-16
Filing date: 1969-04-10
Publication date: 1969-11-06
Also published as: JPS5112564B1; CH533685A; AT308160B; NL6905847A; BE731480A; SE317522B; DE1918176B2; GB1259369A; FR2006263A1; ES366038A1

Description

Die Herstellung τοη Maschinenteilen durch Pressung und Sinterung τοη Eisenpulver ist eine Technik, deren Anwendung während der letzten Jahrzehnte wegen der erreichten Vorteile stark gewachsen ist· Unter anderes ermöglicht diese Technik die Irreichung enger Toleranzen für komplizierte Teile mit nur einigen wenigen einfachen und ökonomisch verteilhaften Arbeitsgängen im vergleich «it der konventionellen schmeidenden Bearbeitung. Mit reinem gesintertem Eisen wird allgemein ein· Zugfestigkeit von 15 - 25kp/mm erhalten« Höhere Festigkeitsvert· werden in der heutigen Technik durch Einmischung von Kupfer, Nickel und/·der Graphit in das Eisenpulver vor der Pressung erreicht« Auch andere Legierungszusätz· sind bekannt· Bei der Sinterung der auf dies« Art hergestellten Teile erfolgt eine mehr oder weniger weitgehend· Homogenisierung der Legierungszusammensetzung durch Diffusion.

Sintermaterial, das Kohlenstoff enthält, kann zur weiteren Verbesserung der Festigkeit und der Hart« auf ähnliche Weise wie konventioneller

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Stahl gehärtet werden. Genau vie bei konventionellen Stahlen sind die Härtungaergebnisse bei Sinterstahl diinensionsabhängig, da die für die Härtung notwendig· martensitiβehe Struktur nur bei Abkühlungageechwindigkeiten erreicht wird, die eine bestimmt· Grenze überschreiten. Wachsend· Dimensionen führen zu niedrigeren Abkühlungsgeschwindigkeiten. Die Grenze für die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit kann durch Zusatz ▼on gewissen Legierungael einen ten nach unten verschoben werden, und demzufolge lassen sich größer· feile durchhärten. Mit der Härtbarkeit eines Materials ist die größte Tiefe gemeint, bei welcher ein Probekörper τοη definierter Fore unter gegebenen Härtungsbedingungen eine gewisse Härte erreichen kann. Zusätze τοη die Härtbarkeit erhöhenden Legierungselementen durch Einmischung von Legierungsmetallpulver vor der Pressung sind bei der jetzigen Technik üblich. Die Schwierigkeit, eine ausreichend homogen· Verteilung τοη Legierungselementen im fertigen Material mit Sinterungstemperaturen und Sinterungszeiten zu erreichen, die vom Gesichtspunkt der Kosten annehmbar sind, bedeutet hierbei eine Begrenzung«

Eine Verbesserung stellt in dieser Hinsicht die neue Methode dar, die im schwedischen Patent Nr* 12.123/66 beschrieben ist und die die Herstellung von partiell vorlegierten Pulvern betrifft. Gemäß dieser Method· werden di· Legierungsstoff· in extrem verteilter, gegebenenfalls oxydischer, Form dem Eisenpulver zugesetzt, worauf die Mischung einer Glübung in reduzierender Atmosphäre unterzogen wird. Hierbei tritt eine gewiss« Festsinterung der Legierungspartikeln auf den Eisenpartikeln ein. Auf diese Art wird ein· stabil·, feindispers· Verteilung der Legierungsstoff· im Pulver erreicht, di· in unverändert·« Zustand während der Pressung beibehalten wird, und das· schließlich gesinterte Material wird weniger inhomogen, als wenn ein· einfach· Pulvermischung mit derselben Zusammensetzung benutzt worden wäre. Venn man dies· Technik benutzt, kann di· hehe Kompressibilität des Eisenpulvers beibehalten werden, da nur eine geringe Menge der Legierungsstoffe sich in den Eisenpartikeln gelöst hat.

Die Sinterungsatmosphäre, wie dissoziiertee Ammoniak, Endogas und dergl., welche in den industriellen Sinterungsöfen eingestellt wird, enthält

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immer außer Wasserstoffgas und anderen reduzierenden oder inerten Bestandteilen auch Wasserdampf. Wasserdampf dissoziiert teilweise gemäß folgender Beaktionsformel:

₂ ^ H₂ + 1/2
Hierbei gilt:

_Δ β\ = - Min ^ΡΗ2

d. h. das Sauerstoffpotential wird von der Gleichung bestimmt:

1/2 BTIn ρ - - ETIn (ρ /p„ ) - Δ G⁰ 2 Ö 2

Gewöhnlich pflegt der Wasserdampfgehalt Ton einer solchen Größenordnung zu sein, daß der Taupunkt der Atmosphäre zwischen -10 und +5 C liegt, das bedeutet für dissoziiertes Ammoniak, daß das Sauerstoffpotential -50,3 bis -56,4 kcal pro Grammatom Sauerstoff bei 1120° C beträgt, welches die am häufigsten angewandte Sinterungstemperatur ist. Dieses Sauerstoffpotential ist so hoch, daß gewisse Legierungeelemente, deren Verwendung denkbar ist, bei der Sinterung oxydieren und dadurch ihre Wirkung verlieren wurden* Die Gleichgewichtsbedingungen einer solchen Oxydation können allgemein wie folgt geschrieben werden:

Me + X/2 O₀ Z± MeO
Hierbei gilt:

- ETIn ⁸MeO

⁰M.

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1/2 BTIn p₀ - 4 G°₂ * BTIn 2

Man sieht hieraue, daß das Sauerstoffpotential, bei welchen die Metall· Me zu oxydieren beginnen, erhöht wird, wenn die Metalle Me in einem anderen Metall gelöst sind, d. h. wenn dessen Aktivität niedriger ist als

Bei reinen Mischungen το η Eisenpulver and Legierungsmetal!pulver oder Pulver, das nach de· Verfahren des schwedischen Patents 12.123/66 hergestellt wurde, sind die Legierungsmetallpartikeln fast rein, d, h. die Einlösung von Legierungsmetallen ins Eisen erfolgt nicht vor der eigentlichen Sinterung« Dies bringt mit sich, daß für oxydationsempfindlich· Ziegierungselemente die Gefahr der Oxydation besteht, bevor die Auflösung ihren Anfang genommen hat·

Bei homogen legierten Pulvern, d. h. Pulvern, deren Partikeln eine vollständig homogene Verteilung sämtlicher Legierungselemente aufweisen, wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß die Aktivitäten der Legierungsmetalle schon vor der Sinterung ihre niedrigsten Werte haben. Bi* Kohlensäurepotentiale für gewisse Legierungsetoffe bei 1120 C werden nachfolgend in Tabelle 1 wiedergegeben. Aus der Tabelle geht hervor, daß die Legierungsstoffe Cu₁ Mo und Ni weniger oxydationeempfindlich sind als Elsen, und deshalb genauso gut in partiell vorlegierten Pul- -vern wie in homogenen verwendet werden können. P, Cr, Mn, Ta, Nb, V, B, Ti und Al sind beträchtlich mehr oxydationsempfindlich, und für diese Stoffe ist es ein Vorteil, wenn sie vor der Sinterung homogen verteilt sind. ·

Aus den oben gemachten Ausführungen geht hervor, daß homogene, vorlegierte Pulver verzuziehen sind, teils, weil man eine völlig homogene Struktur in den gesinterten Teilen erreichen, teils, weil man die Oxydation·— empfindlichen Legierungselemente mit größerem Vorteil verwenden kann

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als bei partiell vorlegierten Pulvern oder Mischungen. Eine große Schwierigkeit bedeutet jedoch die Tatsache, daß die meisten Legierungsetoffe in fester Lösung im Eisen ihre Härte erhöhen; das aber hat zur Folge, daß die Kompressibilität des Pulvers sich verschlechtert.

Vorliegende Erfindung zielt darauf ab, durch Zusatz von geeigneten Legierungsstoffen neue homogen legierte, extrem verteilte Pulver mit höchstmöglicher Kompressibilität zu erhalten, die gleichzeitig nach Zusatz von Kohlenstoff mit Hilfe der pulvermetallurgischen Herstellungstechnik Sinterstahl höchstmöglicher Härtbarkeit ergeben.

Gemäß der Erfindung vird ein homogen legiertes, extrem verteiltes Eisen- a pulver mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,1 Gewichtsprozent für die Herstellung härtbarer Sinterstähle mittels pulvermetallurgischer Technik unter Zusatz von Kohlenstoff, in Gegenwart üblicher in Stahl anwesender Verunreinigungen und gegebenenfalls unter Verwendung von Al, Ca₁ Zr und dergl. als Desoxydationsmitteln, vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es bis zu einer Menge von höchstens 10 Gewichtsprozent wenigstens einen Legierungsbestandteil enthält, dessen Konzentration durch den Quotienten * «indesten« gleich 0,40 bestimmt ist, wobei

f - TS? und g - -r? ist und

Uv Uu "

G die Konzentration des oder der Legierungsstoffe, F den Multiplikatieneiakter der Haftbarkeit und G die Streckgrenie i» kp/»»² bedeute».

Es ist hierbei zweckmäßig, die li&wirknng verschiedener Legierung«steif· teils auf die Härtbarkeit, teil· auf die Hart« des kehlensteffreie» Eisens und/oder dessen Streckgrenae su vergleiche»· Die llnvirkmng der Legierungssteffe auf die Hart»**keit vird gewöhnlich als Mmltiplikatie»·- faktor (F) angegeben, womit der Fakter gemeint ist, Mit welches die Härtbarkeit für eine rein· lisen-Iohlensteff-Legierung aultipliaiert

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werden muß, um der Härtbarkeit eines Stahls Bit demselben Kohlenstoffgehalt, aber mit einer gegebenen Konzentration des Legierungsstoffes zu entsprechen '. Bei niedrigen Legierungsgehalten ist F im allgemeinen eine lineare Funktion der Legierangekonzentration C, Zu der nachfolgen'- den fabeile 1 wird die Konzentrationsderivate f ■» r— für eine Heihe von

de

Legierungselementen innerhalb interessanter Konzentrationsgebiete angegeben· Des weiteren wird in der Tabelle 1 die Konzentrationsderivate g « ~j— für die Streckgrenze G, für kohlenstoffreies Eisen mit Legierungsstoffen in fester Lösung aufgeführt« Da die Kompressibilität des Pulvers mit steigender Streckgrenze für die Partikeln abnimmt, ist g also Maß für die Verschlechterung der Kompressibilität, die vom Legierurags— stoff pro Konzentrationseinheit verursacht wird. Der Quotient f/g ist somit bei einem gewissen Legierungsgehalt ein Maß für die Härtbarkeilszunahme, die für eine gegebene Senkung der Kompressibilität erreicht werden kann.

Der höchste Wort für den Quotienten f/g wird für Bor wegen seiner die Härtbarkeit besonders erhöhenden Wirkung auch bei sehr geringen Konzentrationen erhalten« Der Multiplikationsfaktor für Bor erreicht jedoch ein Maximum von 1,76 bei einer Konzentration von 0,001 % und bleibt danach konstant. Bin Borgehalt, der größer ist als 0,001 Jt, bringt demnach eine weiter· Erhöhung der Härtbarkeit nicht mit sich. Es hat sieh jedoch in der Praxis gezeigt, daß ein Borgehalt bis zu 0,005 ft eine unerwünschte Senkung der Kompressibilität nicht nach sich sieht* Durch weitere Zugabe eines oder mehrerer Legierungsstoff«kann der Gesamtwert des M«ltipiikÄtisasfakters fir *·» Sinterstahl und 4»mit d.sssn Härtbark· it B«sh MtIr erhöht *mru»m* * ~- ' .. ,'-_■'.'■ ^: . '_::y _ :^:_; \ s

Das nach Bor günstigst· lleswni ist Chrom mit f/g - 1,08. Für Chrom gilt» im Gegensatz zu Ber, daß der Multiplikationsfaktor bis zu einer !•»••»trail·« mm .··#" 5 % fast. linear und - danach weiterhin mit «twas .^: . geringerer eeschwindigkeit \iu sa ca. 15 Jl zunimmt. Bei noch höheren

Chromgshaltcm wird das Austenitgcbiet se stark begrenzt, daß das Mate-

7 ) rial aus diesem Grund schwer zu härten ' ist. In der Tabelle 1 ragen dt weiteren Molybdän und Mangan als wertvolle, die Härtbarkeit erhöhende

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Zusätze (f/g = 0,61 bzw. 0,47) heraus. Diese beiden Stoffe ergeben eine fast lineare Erhöhung des Multiplikationsfaktors bis zu Gehalten von - 5 'Jf-.

	Konzentrations bereich Gewicht s-jt	Tabelle	1	2) Λ ² kp/mm	mm /kp	F max	1/2 BTIn ^p02 bei 1120 C und der Aktivität 1 ' kcal/Grammatom Sauerstoff
Legie- runge— stoff	0-0,001 0,001	f		-7 0	1,76	-74
B >	0-1	76I³) J: 0 ^L	9,2	0,21		-99
Al	0-2	1,93³'	19,7	0,08		-75
Si	0-0,12	1,67³>	74	0,05		-61
P	0-0,11 0,11-0,25	V	15,5	0,41	1,61	-93
Ti	0-0,25 0,25-0,8	6,50³> -6,30	5,6	0,48	1,44	-71
V	0-4 4-13		3,0	1,08		-62
Cr	0-4	3.2₅ ⁵> >K3,25	9,2	0,47		-68
Mn	0-3	4,3⁵^	7,4	0,25		-29
Ni	0-1	*^U75ll*	25	0,07		-16
Cu	0-0,8	1,75⁵>				-70
Nb	0,1	0,88 '	7,4	0,61		-38
Mo		4,50⁵^				-69
Ta						-41
Fe

Angaben über die Einwirkung des Bor auf die Streckgrenze des Ferrit fehlen in der Literatur. Der Wert, der in der Tabelle angegeben ist, gilt für Beryllium, das die stärkste Einwirkung fön allen einsatzfähigen Legierungselementen hat und das, wie'Bor, einen sehr kleinen Atoaradius hat. Es liegt daher Grund vor, anzunehmen, daß der Wert für Bor von derselben Größenordnung ist wie der Wert für Beryllium.

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Vanadin und Titan haben schließlich auch relativ hohe Werte für den Quotienten f/g (0,48 und 0,41 resp.), aber der Multiplikationsfaktor ist auf maximal 1,44 bzw. l,6l begrenzt; diese Werte werden bei 0,25 bzw· 0,11 Gewichts-^ erreicht, weshalb diesen beiden Stoffen ein relativ begrenzter Wert vom Gesichtspunkt der Härtbarkeit zugeschrieben werden muß.

Es hat sich gezeigt, daß die Stoffe, bei welchen der Quotient f/g 0,40 übersteigt, als Legierungsmittel in homogen legiertem Eisenpulver zur Herstellung von härtbaren Sinterstählen besondere geeignet sind. Offensichtlich ungeeignet sind Stoffe wie Silicium, Phosphor und Kupfer (f/g a 0,08, 0,05 bzw. 0,07), weshalb deren Gehalt so niedrig wie möglich gehalten werden sollte. Aluminium und Nickel nehmen eine Zwischeuste llung ein (f/g - 0,21 bzw. 0,25).

Es ist bekannt, daß die Festigkeitseigenschaften der Metalle sich mit zunehmender Korngröße verschlechtern. Das Sintermaterial wird während

Li teraturhinwe'i se ι

1) Sandvikens Handbuch, Teil 7, Band H₁ S. 54

2) Coastock, G.F., Titanium in Iron and Steel, 1955, S. Il6

3) Grange, R.Α., Boron, Calcium, Golumbiua and Zirconium in Iron and Steel, I957, S. 20

4) Ibid, S. 155

5) Metals Handbuch, 1948, S. 498

6) Glassner, Α., The thermochemical properties of the oxides, fluorides and chlorides to 2500° K, US Government printing office: 1959 Ο-49Ο339

7) E, Houdremont, Handbuch der Sonderstahlkunde, 1956, S* 629

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der Sinterung solchen Bedingungen ausgesetzt, daß dia Eornrergrößerung gefördert wird. Kleine Zusätze eines der Legierungsstoffa Nb, Ti oder V

g\ haben sich als wirksam erwiesen, die Kornvergrößerung in solchen Stählen ' zu begrenzen· Um festzustellen, inwieweit dieselbe Wirkung mit Sinterstahl erreicht werden kann, wurden Versuche mit homogen legierten PuI-Tern, teils ohne, teils mit kornverfeinernden Zusätzen unternommen, Dia Pulver wurden zusammen mit 0,6 ft Graphit und 0,5 % Zinkstearat zu zylindrischen Probekörpern gepreßt, die eine Stunde in reduzierendem Gas mit einem Kohlenstoffpotential entsprechend dem eingemischten Graphitgehalt bei 1120° G gesintert und danach langsam auf Zimmertemperatur abgekühlt wurden« Eine metallographische Untersuchung von Probekörpern ergab, daß die Korngröße bei Zusatz τοη Nb, Ta, Ti und V abnahm. Die Ergebnisse werden unten in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2 Probe 1 Probe 2 Probe 3 Probe 4

B .Jt	0	,0013	0,0010	0,	0012	0,0009
Cr	0	,52	0,50	0,	49	0,51
Mo	Q	,48	0,47	0,	52	0,4?
Nb			0,031
Ta			0,003
Ti				Ö.	09
V						0,22
Korngröße Sinterung JKM-Skala	nach gesu_n	11 )	8	10		9

Die Konzentrationen ran Titan und Vanadin wurden so gewählt, daß sie der maximalen Härtbarkait entsprachen. Bei höheren Gehalten hätte rielleicht noch eine stärkere KarnTcrfeinerung erreicht werdan können, aber der Multiplikationsfaktor hätte abgenommen* Niob wurde bei dar Herstel-

S) L. Meyer, C. Strassburgsr und D. Schauwinhold, Irehir fax das Eisenhüttenwesen, J5., (1964), 8. 541-5*9

9) Sandrikens Handbveh, Tau 7, Band I, S; 109

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lung des Pulvers in Fora von Ferro-Niob-Tantal zugesetzt, wobei das Verhältnie zwischen dem Niob- und Tantalgehalt ca. 10 3 1 betrug. Der Niobgehalt wurde auf 0,03 Gewichts-ji begrenzt, da sich bei Versuchen mit soliden Stählen ' gezeigt hat, daß ein zes eine besser» Wirkung nicht ergibt.

8) soliden Stählen ' geseigt hat, daß eine weitere Erhöhung des Niobzusat-

Di* Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, daß Niob-Tantal die stärkst© korn- ~verfeinernde Wirkung aufweist; gefolgt von Vanadin uad schließlich Titan.

Bei der Herstellung von homogen legiertem Stahlpulver durch Feinverteilung von geschmolzenem Stahl ist es wünschenswert, sowohl den Kohlen« stoffgehalt der Schaelze, als auch den Sauerstoffgehalt auf niedrige Wert· zu senken· Bei allzu hohe» Kohlenstoffgehaltest wird ein feil der Legierungselement· als Carbid gebunden, und dadurch wird die Sompressibilitüt des Stahlpulvers gesenkt. Bin niedriger Kohlenstoffgehalt in der Schmelze hat einen hohen Sauerstoffgehalt zur Folge. Dies bedeutet für gewisse empfindliche Legierungaeleisente die Gefahr einer Oxydation. Es ist deshalb notwendig, vor der Zugabe der Legierangsstoffe die Schmelze zn desoxydieren. Hierfür ist Aluminium aufgrund seiner starken Sauerstoffaffinititt und seines relativ hohen f/g-Wertee besonders geeignet. Im Durchschnitt genügt ein Zusatz von ca«, 0,05 Jf Aluaiaiua, um den Stahl ausreichend zu desoxydieren» Zusätze von Calcium oder Zirkonium können auch zur Desoxydation verwendet werden«

Anßer den vorgenannten Legierungsatoffen ist noch ein· Anzahl anderer Stoffe als normale Verunreinigung im Stahl und demnach auch im Stahlpulver, anwesend, das durch Feinverteilung von geschmolzenem Stahl hergestellt wurde» Demnach können kleinste Gehalte vom Si, S und P nicht vermieden werden*

Die Erfindung wird durch folgende Beispiele verdeutlicht: Beispiel 1 Drei Pulver verschiedener Zusammensetzung wurden darchextreme Veriei-

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lung Ton geschmolzene«, niedrig kohlenstoffhaltigem Stahl, Trocknung und Glühen bei 950° G über eine Stunde in dii
Die Zusammensetzungen waren wie folgt:

Glühen bei 950° G über eine Stunde in dissoziierten Ammoniak hergestellt.

A: 0,25 I» Mn, 0,01 % C, normale Verunreinigungen} B: 1,75 Jt Ni, 1,50 Jt Cu, 0,5 Jt Mo, 0,01 % C, normale Verunreinigungen;

C: 0,0013 % B, 0,52 Jt Cr, 0,48 J* Mo, 0,25 % Mn, 0,01 $ C, 0,03 $ Al, normale Verunreinigungen.

Für jedes dieser Pulver wurden nachstehende Berechnungen angestellt:

Die gesamte Streckgrenzenerhöhung <f G, ., hervorgerufen durch Legierungestoffe in fester Lösung in dem kohlenstoffreien Pulver, wurde gemäß

berechnet, wobei der Index 1 bis η die eingehenden Legierungselement· bezeichnet·

Des weiteren wurde der Gesamtwert des Multiplikationsfaktors, F, . für die Härtung von kohlenstoffhaltigest Sinterstahl, hergestellt aus den Pulver gemäß

^Ftot " ^Fl * ^F2 '

berechnet, wobei der Index 1 bis η die darin eingehenden Legierungselemente bezeichnet« ,

Die Kompressibilität wurde für die drei. Pulver gemäß ASIK Standard B 33I-63T ohne Einmischung von Graphit oder Schmiermitteln überprüft.

Die Pulver wurden durch ein Siebtuch mit Maschenweite 0,147 mm gesiebt.

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Die Fraktion, die das Tuch passierte, wurde eingemischt und zur Herstellung gesinterter Probe stäbe mit 0,6 ft Graphit und 0,5 % Zinkstearat mit einem Druck von 6 t/cm zu Zugprobestäben gemäß MPI Standard 10-50 und Schlagprobestäben gemäß Charpy, ASTM Standard E 23-66 (Simple-beam impact text specimen type A) gepreßt. Danach wurden sie bei 1120° C während einer Stunde in reduzierendem Gas mit einem Kohlenstoffpotential, das dem eingemischten Graphitgehalt entspricht, gesintert. Der Kohlenstoffgehalt nach der Sinterung betrug 0,5 - 0,03 Ji. Ein Teil der Probestäbe wurde danach einer Wärmebehandlung durch Erhitzung auf ca, 50 C über die Phasengrenzentemperatur, Löschen in Öl und Anlassen auf 250° C während einer Stunde unterworfen»

Die Dichte der Probestab« wurde gemessen; danach wurden Bruchgrenze und Dehnung ermittelt. Die Schlagprobestäbe wurden ohne Anzeige in einem Schlagpendel untersucht. ,

Die Härtbarkeit wurde so gemessen, daß eine Serie geometrisch gleichförmiger, zylindrischer Probekörper mit verschiedenen Durchmessern gepreßt, bei 1120° C bis zu einer Dichte von 7»0 g/c» gesintert und eines End-Kohlenetoffgehalt Ton 0,5 Ji während 30 Minuten bei einer Temperatur Ton 50 C über der Phasengrenztemperatur austenitisiert wurde; danach wurde in Öl, das bei einer .Temperatur von 50 C gehalten wurde, gelöscht. Die Zylinder wurden dann in der Mitte geteilt und die Härte im Zentrum der Schnittfläche gemäß der Vickersmethode mit 10 kg Belastung bestimmt. Eine Kurve über die Härte als Funktion der Zylinderdurchmesser wurde aufgezeichnet und der Durchmesser, bei dem die Härte 275 kp/sm betrag, wurde als Maß für die Härtbarkeit genommen.

Die erhaltenen Werte zeigt die nachstehend· Tabelle:

/•ff ^k*/"*²

F tot ,

Kompressibilität, g/c** bei 4,2 Mp/ei

	5	S	C
3,	5	53,5	"M.
U	72	7,3	10,5
6,	5,98	6.65

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Eigenschaften nach der Sinterung: Dichte, g/cm Bruchgrenze, kp/mm Dehnung, % Schlagzähigkeit, kpm/ca

Eigenschaften nach der Wärmebehandlung:

Dichte, g/ea

Bruchgrenze, kp/mm

Dehnung, £

Schlagzähigkeit, kpm/cm

Härte, kp/ma

Härtbarkeit, nut bei 7,0 g/ear

7,07	6	»52	7,00
49,7	40	,3	53,2
2,5	1	*i	3,4
2,0	1	»3	2,4
7,07	6	,51	6,98
81	75		98
1,2	0	,4	1.3
1,6	0	,5	1,8
270	215		346
6	28		46

Diese Ergebnisse zeigen, daß das Pulver A, das nur 0,25 % Mn enthielt, (ein in sogenannten unlegierten Stählen normaler Gehalt) nicht unerwartet die höchste Kompressibilität, 6,72 g/cm hatte. Das Pulver B, dessen

Legierungsatoffe eine starke Einwirkung auf die Streckgrenze</ö. , »

/ 2 53,5 kp/am des kohlenstoffreien Eisens aufwies, besaß eine beachtlich niedrige Kompressibilität von 5,98 g/cm , während das Pulver G, dessen Legierungsstoffe so gewählt waren, daS sie jeder für sich einen Wert des Quotienten f/g ergaben, der 0,40 überstieg, einen niedrigen Wert vonj G, , m 9,6 kp/sia und folglich eine hohe Kompressibilität von 6,65 g/cm hatte. Die Härtbarkeit des gesinterten Materials A, das 0,5 Jf Kohlenstoff enthielt, war niedrig und entsprach gemäß den oben beschriebenen Probebedingungen der Durchhärtung von Zylindern ait nur 6 aa Durchmesser. Die gesinterten Materialien B und C, die auch 0,5 % Kohlenstoff enthielten, zeigten aufgrund der zugesetzten Legierungsstoffe eine relativ gute Härtbarkeit, entsprechend der Durchhärtung von Zylindern ait 28 bzw, 46 am Durchaeeser· Dft jedoch das Material B ein,· niedrig« Kompressibilität besaß, war seine Dicht· bei der Pressung der Probestab· ait einea Druck von 6 Mp/ca viel niedriger als beia Material C, so daß die Festigkeitseigenschafttn des erstgenannten Materials sowohl in gesin-

909045/1027

_BAD

tertea, als auch im wärmebehandelten Zustand beträchtlich niedriger waren» Beispiel 2

Zwei Pulver verschiedener Zusammensetzung wurden auf dieselbe Art hergestellt, wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Zusammensetzungen waren wie folgt;

Dt 2,51 Jf Cr, 0,43 Jt Mn, t^"O,Ql Jl C, normale Verunreinigungen} Bi 2,46 Jt Cr, 0,45 J* Mn, 0,18 Jt V₁ 0_s03 $ Nb, 0,003 Jt Ta, 0,01 %■ C ' und normale Verunreinigungen.

Das Pulver wurde gesiebt, ait Graphit und Schmiermitteln gemischt und zu Probestäben auf gleiche Art wie im Beispiel 1 gepreßt. Die Probestäbe wurden teile bei 1120 C, teils bei 1250 C in geschlossenen Kästen während einer Stunde gesintert. Ein Teil der Probestäbe, die bei 1250 C gesintert worden waren, wurden auf dieselbe Art wie im Beispiel 1 wärmebehandelt· Die Stäbe wurden auf dieselbe Art wie im Beispiel 1 untersucht.

Schließlich wurde die Härtbarkeit auf die Art, wie sie im Beispiel 1 beschriebe» ist, gemessen«

Die Ergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle hervor:

tot

Kompressibilität, g/ear bei 4,2 Mp/ca

D	E
11.5	12,5
15,6	20,4
6,63	6,61

Eigenschaften nach der Sinterung bei 1120° Ci

Dicht·, i/e»^
Bruchgrenze, kp/a»
Dehnung, %

7	,01	6,	99
25		24,	6
1	,5	1»	7

BAD ORIGINAL

7,22	7,18
68,3	77,1
3,1	3,0
2,8	2,6

β 1" . ■

Schlagzähigkeit, kpa/c«² 0,8 1,0 Eigenschaften nach der Sinterung

bei 1250° C: ^

Dichte, g/e«* Bruchgrenze, kp/mm Dehnung, Ji Schlagzähigkeit, kpa/ca

Eigenschaften nach der Wärmebehandlung des Materials bei 1250 C:

Dichte, g/csr Bruchgrenze, kp/am Dehnung, Ji

Schlagzähigkeit, kpa/ca² Härte, kp/mn

Härtbarkeit nach der Sinterung bei 1250° G,

bei der Dichte 7,0 g/c«³, ■* 59 >70

l) Die Härtbarkeit konnte für dieses Material nicht Iteeiiaait werden, da auch der größte Probekörper mit einem Durchmesser von ?0 bus durchgehärtet war.

Die besonders niedrigen Festigkeitewerte nach der Sinterung bei 1120 C beruhen auf der Gegenwart einer sinterungsheinaenden Schicht von Chroaoxyd auf den Partikeln dieses hohen Chrosgehalts» Wenn dagegen ein« Sinterungstemperatur von 1250 C gewählt wurde, wurde das Chroaoxyd reduziert; es konnte eine gute Sinterung eintreten, was aus den besonders guten Festigkeitseigenschaften hervorgeht«

Die kornverfeinernde Einwirkung von Niob und Vanadin wird in den hohen Werten für die Bruchgrense des Materials S widergespiegelt. In wäreebehandelte« Zustand stiegen die Bruchgrense und die Härte, teils aufgrund

7,19	7,15
123	138
2,0	2*1
IiT	1,9
456	472

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der hohen Dicht·, teils aufgrund vollständiger und gleichmäßiger Martensitbildung während der Härtung. Die Härtbarkeit war für beide Materialien sehr hoch·

Beispiel 3

Zwei Pulver verschiedener Zusammensetzung wurden auf dieselbe Art wie im Beispiel 1 hergestellt* Die Zusammensetzung war wie folgt:

Fl 0,005 Jt B, 2,12 Jt Mn, 0,01 Jt C, normale Verunreinigungen; G: 1,75 Jt Mn, 0,31 Jt Mo, 0,01 Jt C, normale Verunreinigungen.

Von den Pulvern wurden Probestäbe mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,5 Jt auf dieselbe Art hergestellt wie im Beispiel 1 beschrieben. Des weiteren wurde eine Anzahl Probestäbe durch doppelte Pressung und Sinterung angefertigt, wobei das Pulver zuerst mit einem Druck von 6 Mp/cm gepreßt, danach zur Rekristallisation bei 750° C während 15 Minuten geglüht, dann wieder mit 6 Mp/ca gepreßt und schließlich bei 1120 C während einer Stund· in einem geschlossenen Kasten gesintert wurde. Sowohl die einfach« als auch die doppelt behandelten Probeβtab· wurden auf die Art wärmebehandelt wie in Beispiel 1 angegeben· Die Stäbe wurden in der gleichen. Weise wie aus Beispiel 1 hervorgeht, untersucht· Die Härtbarkeit wurde nach der im Beispiel 1 angegebenen Methode bestimmt«

Die Ergebnisse waren wie folgt:

<Tc_tot 19,5 18,4

^Ftot ■ ₂ ¹^ ¹^

Kompressibilität ,g/oT b«i 4,2 Mp/cm 6,54 6,57

Eigenschaften nach einfacher Pressung und Sinterung:

Dicht·, i/cm³ 6,92 6,94

90984S/10 27 ^ _0R1G1NN-

Bruchgrenze, kp/mm Dehnung, % Schlagzähigkeit, kpm/ca

F	G
55,6	52,7
5,7	6,2
3,2	3,0

Eigenschaften nach doppelter Pressung und Sinterung!

Dichte, g/cm

/ Bruchgrenz·, kp/mm Dehnung, % Schlagzähigkeit, kpm/ca

7,30	7	»31
81,9	79	,3
9,3	10	»1
6,7	7	,1

Eigenschaften nach einfacher Pressung und Sinterung sowie Wärmebehandlung!

Dichte, g/c« Bruchgrenze, kp/mm Dehnung, Jt

Schlagzähigkeit, kpm/cm

/ 2 Härte, kp/mxn

6,	90	6	,92
102		97
2,	3	2	,7
2,	5	2	,7
403		395

Eigenschaften nach doppelter Pressung und Sinterung sowie Wärmebehandlung} Dichte, g/ca Bruchgrenze, kp/mm Dehnung, Jt

Schlagzähigkeit, kpm/cm Härte, kp/mm Härtbarkeit bei 7,0 g/e*³,

7,	29	7,	29
148		140
4.	1	4,	5
3,	8	4,	2
515		502
52		50

Sinterstahl·, die aus den Pulrern F und Cr hergestellt wurden, weisen sehr gleichartig« Eigenschaften auf. Die Zähigkeit der Materialien ist als Folg· des hohen Mangangehalte besonders hoch» Doppelte Pressung und doppelte Sinterung bringen «ine starke Erhöhung der Dichte ait sich; das wiederum ergibt besonders höh« festigkeiteeigenechaften, Tor alles nach der Wärmebehandlung. In wärmebehandelte« Zustand wird die Zähigkeit au· natürlichen Gründen beträchtlich niedriger als in gesintertem Zustand.

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Claims

1318176

Patentansprüche

1. Homogen legiertes, extrem verteiltes Eisenpulver Bit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,1 Gewichtsprozent für die Herstellung härtbarer Sinteratähle mittel* pulvermetallurgischer Technik unter Znaata von Kohlenstoff, in Gegenwart üblicher in Stahl anwesender Verunreinigungen und gegebenenfalls unter Verwendung von Aluminium, Calcium, Zirkonium und dergl. als Pesoxydationsaitteln, dadurch gekennzeichnet, daß es bis zu einer Menge von höchstens 10 Gewichtsprozent wenigstens einen Legierungsbestandteil enthält, dessen Konzentration durch den Quotienten — mindestens gleich 0,40 bestimmt ist, wobei

* ■ TZ ^una β ■ Ίη *⁸* Vina

Clv fx\f

C die Konzentration des oder der Legierungsstoffe,

F den Multiplikationsfaktor der Härtbarkeit und ^r

6 die Streckgrenze in kp/mm bedeuten.

2· Bisenpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS es als die Härtbarkeit erhöhendes Legierungselement mindestens eines der Element· Bor, Chrom, Molybdän, Mangan, Vanadin oder Titan

3» Eisenpulver nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet» daß ei zusätzlich Niob und/oder Tantal als Bestandteile enthält, die da· Korn-Wachstum hemmen.

4* Eisenpulver nach jedem der Ansprüche 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß es

0,0005 - 0,005 Gewichta-Jf Bor 0,5-3 * Chrom

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BAD ORiGINAL

0,1 - 0,5 höchsten· 1 höchsten« 0,3 und höchstens 0,1

Gevichts-jC Mangan " Molybdän " Vanadin und/oder Titan " Niob und/oder Tantal

enthält.

5. Eisenpulver nach jedes der Ansprüche 2 oder 3i dadurch gekennzeichnet, daß es .

0,0005 - 0,005 0,5 - 3 höchstens 1 höchstens 0,3 und höchstens 0,1

Gewich te-Jt Bor

* Hangen

" Molybdän

* Vanadin und/oder Titan -" Niob und/oder Tantal

enthält.

6. Eisenpulver nach jedes der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es

0,5-4 0,1 - 0,5 höchsten· 1 höchstens 0,3 und höchstens 0,1

Gevichte-Ji Chrom

* Mangan

" Molybdän

* Vanadin und/oder Titan ^N Niob und/oder Tantal

enthält·

7. Eisenpulver nach jede« der Ansprüche 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß es

0,5 - 3 0,1 - 1 höchstens 0,3 und höchstens 0,1

Gewicht*-)( Mangan

■ MoIf bdt»

■ Vanadin nnd/tder Tita·

■ Niob und/eder Tantal

enthalt.

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