DE2728287C2

DE2728287C2 -

Info

Publication number: DE2728287C2
Application number: DE2728287A
Authority: DE
Inventors: Jan Robert Viken Se Tengzelius; Lars-Erik Hoeganaes Se Svensson
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1976-06-24
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1990-02-01
Also published as: US4126452A; ATA444077A; FR2355598B1; IT1079253B; AU2638077A; JPS531607A; AU516012B2; GB1546017A; FR2355598A1; AT375406B; SE393635B; DE2728287A1; CA1084308A

Description

Die Erfindung betrifft ein phosphorhaltiges Stahlpulver zur Herstellung von Sinterkörpern hoher Zähigkeit, bestehend aus einem im wesentlichen phosphorfreien Eisen- bzw. Stahlpulver, das mit einem Ferrophosphorpulver mit einem Phosphorgehalt von 12 bis 17 Gew.-% in einer Menge gemischt ist, daß das Gemisch einen Phosphorgehalt von 0,2 bis 1,5 Gew.-% aufweist.

Phosphorlegierter gesinterter Stahl weist im Vergleich zu nicht legiertem gesintertem Stahl eine wesentlich verbesserte Festigkeit auf. Gemische aus reinem Eisenpulver und Ferrophosphorpulver werden bereits seit langem in der Pulver metallurgie verwendet. Der zuerst verwendete Ferrophosphor wies eine Zusammensetzung auf, durch die er außerordentlich hart war und an den Verdichtungswerkzeugen erheblichen Ver schleiß verursachte. Dieser Nachteil ist durch die Verwendung eines Ferrophosphorpulvers mit einem niedrigeren Phosphorge halt und einer dadurch verringerten Härte auf ein annehmbares Ausmaß verringert worden, vgl. SE-PS 3 72 293.

Gesinterte Komponenten, hergestellt durch Pressen und Sintern solcher Stahlpulvermischungen, zeigen jedoch manchmal eine Brüchigkeit, die nicht akzeptiert werden kann. Dies ergibt sich beispielsweise aus dem Umstand, daß eine Anzahl von gesinterten Testbarren, hergestellt aus Mischungen von Eisen- und Ferrophosphorpulver, einzelne Individuen enthalten kann, die außerordentlich verringerte mechanische Eigenschaften, insbesondere bezüglich Schlagfestigkeit und Bruchdehnung, aufweisen. Da der Vorteil von phosphorlegierten gesinterten Stählen in deren hoher Festigkeit in Kombination mit einer sehr guten Duktilität begründet ist, ist die obengenannte Gefahr einer Brüchigkeit sehr erst zu nehmen.

Es wurde erkannt, daß die Gefahr der Brüchigkeit des Endprodukts besteht, wenn das Ferrophosphorpulver eine Zusammensetzung aufweist, die bei der Sintertemperatur zu einer flüssigen Phase führt. Bei den normalerweise angewendeten Sintertemperaturen, d. h. 1040°C und mehr, bedeutet dies, daß Phosphorgehalte von mehr als 2,8% in dem Ferrophosphor ein gesintertes Material ergeben, bei dem ein größeres Risiko bezüglich der Sprödigkeit besteht. Der Umstand, daß man Ferrophosphor mit einem hohen Phosphorgehalt trotz dieses Nachteils verwendet, ist in den günstigen Sin terbedingungen begründet, die von der Anwesenheit der flüs sigen Phase herrühren. Die flüssige Phase bedeutet auch eine günstige Verteilung des Phosphors in bezug auf eine schnelle Diffusion des Phosphors in das Eisen.

Es ist aus der DE-OS 23 21 103, Beispiel 2, bekannt, einem Gemisch von feinteiligem Stahlpulver und einem Ferrophosphorpulver Graphit zuzusetzen und in einer Atmosphäre von partiell oxidiertem Propan zu sintern; diese Maßnahme führt jedoch gegenüber ohne Graphitzusatz hergestellten Sinterkörpern zu einer Abnahme der Bruchdehnung von 7 auf 4%.

Weiterhin ist aus der DE-OS 24 06 070 bekannt, aus einer 4,0 bis 6,0 Gew.-% Phosphor und 1,0 bis 5,0 Gew.-% Kohlenstoff enthaltenden teilchenförmigen Eisenlegierung und einem Binde mittel Formpreßlinge herzustellen und diese in Anwesenheit eines Bindemetalls unter Ausbildung eines Sintergerüstes, in das das geschmolzene Bindemetall eindringt, zu sintern.

Die Erfindung ist auf die Verbesserung der Zähigkeit von Sinterformkörpern, hergestellt durch Sintern eines Gemisches von Eisen- bzw. Stahlpulver und einem Ferrophosphorpulver mit der eingangs genannten Zusammensetzung, gerichtet. Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß das Ferrophosphorpulver einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,3 Gew.-% und weniger als 2,5 Gew.-% aufweist. Vorteilhaft ist eine Untergrenze von mehr als 0,5 Gew.-%.

Außer Eisen und Phosphor können diese Stahlpulver andere, häufig verwendete Legierungsmittel, z. B. Kupfer, Nickel, Molybdän, Chrom und Kohlenstoff, enthalten.

Es ist weiterhin vorteilhaft, daß das Ferrophosphorpulver eine maximale Teilchengröße von 20 µm, insbesondere von 10 µm aufweist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des phosphorhaltigen Stahlpulvers der Erfindung gemäß den Ansprüchen 1 bis 4.

Da die großen Unterschiede zwischen der Teilchengröße der Pulverkomponenten in dem Pulvergemisch der Erfindung zu einem großen Risiko der Segregation bzw. Entmischung und somit zu einer ungleichen Verteilung der Legierungselemente führen, werden gemäß der Erfindung das Eisen- bzw. Stahlpulver und das Ferrophosphorpulver, gegebenenfalls unter Zugabe von 0,005 bis 0,02 Gew.-% eines leichten Mineralöls, gemischt, das Gemisch wird in einer reduzierenden Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 650 und 900°C 15 Minuten bis 2 Stunden erhitzt und der erhaltene Sinterkuchen zerkleinert. Durch diese Verfahrens maßnahmen sintert zunächst das Produkt lose zusammen, so daß anschließend vorsichtig die Zerkleinerung durchgeführt werden kann, um die ursprüngliche Teilchengröße wiederherzustellen. Das auf diese Weise erhaltene Pulver weist Eisen- bzw. Stahl teilchen mit angesinterten feinkörnigen Ferrophosphorpulver teilchen auf.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfin dung mischt man das Ferrophosphorpulver zunächst mit einem Teil des Eisen- bzw. Stahlpulvers, gegebenenfalls unter Zugabe von 0,005 bis 0,2 Gew.-% des leichten Mineralöls; anschließend wird erhitzt. Danach wird der Sinterkuchen zerkleinert und das zerkleinerte Konzentrat, gegebenenfalls unter Zusatz von Schmiermitteln und/oder pulverförmigen Legierungszusätzen, zu dem Rest des Stahlpulvers gegeben, um den gewünschten Phosphorgehalt in dem fertigen Gemisch einzustellen.

Beispiel

Es wurden drei Eisen-Phosphor-Schmelzen mit einem Gehalt von 16% Phosphor und kontrollierten Kohlenstoffgehalten von jeweils 0,007, 0,55 und 3,37 Gew.-%, sowie einem zusätzlichen Gehalt an Verunreinigungen von 0,01% hergestellt. An schließend ließ man sie erstarren. Danach wurden sie zu einem Pulver vermahlen, dem zwei Teilchengrößenklassen entnommen wurden, d. h. 0-10 µm und 10-40 µm. Diese phosphorhaltigen Pulver wurden mit extrem reinem Eisenpulver mit einer maxi malen Teilchengröße von 150 µm vermischt, so daß die erhaltene Mischung einen Phosphorgehalt von 0,6 Gew.-% aufwies. Danach wurde das Gemisch zu Zugfestigkeitstestbarren gemäß MPIF Standard 10-63 gepreßt. Danach wurden die Barren in pyrolysiertem Ammoniak bei 1120°C gesintert. Es wurde die Zugfestigkeit und Dehnung bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Zeichnung dargestellt, deren Werte sich auf die Mittelwerte einschließlich der Standardabweichung für 7 Barren beziehen.

Die Kurven zeigen, daß sich sowohl die Zugfestigkeit als auch die Dehnung vergrößert, wenn das Ferrophosphorpulver einen vergrößerten Kohlenstoffgehalt aufweist. Die sich auf gesin tertes Material, das ein kohlenstofffreies Ferrophosphorpulver enthält und eine Teilchengröße von 10 bis 40 µm aufweist, beziehenden Werte zeigen das Sprödigkeitsbruchverhalten dieses Materials, das bereits bei einem Gehalt von 0,3 Gew.-% Kohlenstoff in dem Ferrophosphormaterial erheblich bessere Zähigkeitswerte liefert. Auch für die Fraktion des Ferrophosphorpulvers mit der geringeren Teilchengröße wird eine Verbesserung der gemäß den obigen Angaben gemessenen Eigenschaften erreicht. Um das günstigste Material zu erhal ten, sollte der Kohlenstoffgehalt des Ferrophosphorpulvers jedoch mehr als 0,5 Gew.-% betragen. Wenn jedoch der Kohlen stoffgehalt zu groß wird, zeigt das Beispiel, daß die Zähig keit geringer wird. Aus diesem Grunde muß der Kohlen stoffgehalt des Ferrophosphors weniger als 2,5 Gew.-% betra gen.

Claims

1. Phosphorhaltiges Stahlpulver zur Herstellung von Sinter körpern mit hoher Zähigkeit, bestehend aus einem im wesentlichen phosphorfreien Eisen- bzw. Stahlpulver, das mit einem Ferrophosphorpulver mit einem Phosphorgehalt von 12 bis 17 Gew.-% in einer Menge gemischt ist, daß das Gemisch einen Phosphorgehalt von 0,2 bis 1,5 Gew.-% aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrophosphorpulver einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,3 Gew.-% und weniger als 2,5 Gew.-% aufweist.

2. Phosphorhaltiges Stahlpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrophosphorpulver einen Kohlen stoffgehalt von mehr als 0,5 Gew.-% aufweist.

3. Phosphorhaltiges Stahlpulver nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil chengröße des Ferrophosphorpulvers maximal 20 µm beträgt.

4. Phosphorhaltiges Stahlpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferrophosphorteilchen im wesentlichen an den Eisen- bzw. Stahlpulverteilchen durch Sinterung haften.

5. Verfahren zur Herstellung eines phosphorhaltigen Stahl pulvers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisen- bzw. Stahlpul ver und das Ferrophosphorpulver, gegebenenfalls unter Zugabe von 0,005 bis 0,02 Gew.-% eines leichten Mineral öls, gemischt, das Gemisch in einer reduzierenden Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 650 und 900°C 15 Minuten bis 2 Stunden erhitzt und der erhaltene Sinterkuchen zer kleinert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrophosphorpulver zunächst mit einem Teil des Eisen- bzw. Stahlpulvers, gegebenenfalls unter Zugabe von 0,005 bis 0,2 Gew.-% des leichten Mineralöls, gemischt und erhitzt sowie der Sinterkuchen zerkleinert und das zerkleinerte Konzentrat, gegebenenfalls unter Zusatz von Schmiermitteln und/oder pulverförmigen Legierungszusätzen, zu dem Rest des Stahlpulvers gegeben wird.