SE533866C2 - Höghållfast järnpulversammansättning samt sintrad detalj tillverkad därav - Google Patents

Description

533 866 2 varmsmides och utvärderas med avseende på hållfasthetsegenskaper såsom dragstyr- ka och självinriktande egenskaper under montering av de sintrade detaljerna. Resulta- ten visas i dokumentet '318.

Emellertid har senare tiders prisuppgång på Iegeringselement, speciellt Ni och Mo med- fört en ökning av tillverkningskostnaderna för sintrade detaljer som tillverkas under an- vändning av startmaterialpulver innehållande Ni och Mo. Önskvärt är således ett prisbil- ligt höghållfast stålpulver som innehåller Iegeringselement som ersätter Ni och Mo.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett råmaterialpulver som kan pressformas och sintras för att tillverka sintrade detaljer, vilket råmaterialpulver innehål- ler prisbilliga Iegeringselement som ersätter dyra element-såsom Ni och Mo samt att tillhandahålla en sintrad detalj som tillverkats av råmaterialpulvret.

För att uppnå detta syfte tillhandahåller föreliggande uppfinning följande.

Järnpulvret enligt föreliggande uppfinning innefattar ett järnbaspulver, 0,5-3,0 mass-% av ett Fe-Mn-pulver som har en partikeldiameter av 45 um eller mindre och ett Mn- innehåll i intervallet av 60-90 mass-%, 1,0-3,0 mass-% av ett Cu-pulver, och 0,3-1,0 mass-% av ett grafitpulver. Massförhållandet av mängden Mn som Fe-Mn-pulvret inne- håller till mängden Cu-pulver är i intervallet av 0,1-1.

Generellt tillsätts Ni, Mo, Mn, Cu, grafit och liknande som förstärkningselement för att förbättra de sintrade detaljernas hållfasthet. Enligt föreliggande uppfinning används prisbilligt Fe-Mn, Cu, och grafit som förstärkningselement i stället för dyr Ni och Mo, varvid dessa element tillsätts och blandas vid ett speciellt förhållande som beskrivits ovan för att tillhandahålla höghållfasta sintrade detaljer till låg kostnad. Mangan tillsätts i fonn av Fe-Mn, eftersom oxidation av Mn på grund av värmebehandlingen som utförs av nödvändighet under och efter sintringen kan reduceras ijåmförelse med när Mn till- sätts i elementär form, d v s som grundämne. Orsaken till tillsats av Mn vid samma tid- punkt som en särskild mängd av Cu-pulver är följande. När sintring utförs vid en tempe- ratur som inte är lägre än smälttemperaturen (smältpunkten) för Cu, smälter Cu under 10 15 20 25 30 533 866 3 sintringen och diffunderar in i Fe-Mn och ger därmed upphov till en Cu-Mn-Iegering. Cu- Mn har en smältpunkt som är lägre än den hos elementär Mn och mangan diffunderar fortare in ijämpulversammansättningen och förbättrar därigenom den sintrade detaljens styrka. Dessutom förhindrar genererandet av Cu-Mn-legeringen oxidation av Mn i vär- mebehandlingsatmosfären under eller efter sintringen i jämförelse med när Mn tillsätts i elementär form, och kan förhindra minskningen i styrka orsakad av oxidation av Mn.

Emellertid, när massförhållandet av mängden Mn i Fe-Mn-pulvret i förhållande till mängden av Cu-pulver är mindre än 0,1 är den förstärkande effekten otillräcklig. När detta förhållande överstiger 1 är mängden Cu-Mn-Iegering som genererats inte ekviva- lent till mängden Mn och mängden av oxiderad överskotts Mn ökar, och minskar där- igenom styrkan.

Halten av Fe-Mn-pulver fastställs i intervallet av 0,5-3,0 mass-% av följande orsaker: Vid ett Fe-Mn-innehåll som är mindre än 0,5 mass-% är den förstärkande effekten otill- räcklig. Vid ett Fe-Mn-innehåll som överskrider 3,0 mass-% minskar densiteten hos den sintrade detaljen signifikant p g a tillsatsen av Fe-Mn-pulver vilket resulterar i misslyck- ande i att förbättra hållfastheten och märkbar storleksexpansion uppstår vid sintringen vilket resulterar i misslyckande i att upprätthålla dimensionsnoggrannhet hos produkten.

När partikeldiametern av Fe-Mn-pulvret överskrider 45 pm blir diffusionen av Mn in i järnpulversammansättningen otillräcklig och hållfastheten kan inte ökas tillräckligt. Par- tikeldiametern hos Fe-Mn-pulvret är företrädesvis 30 pm eller mindre och mera föredra- get 10 pm eller mindre.

Mn-innehållet i Fe-Mn-pulvret fastställs inom intervallet av 60-90 mass-% av följande orsaker. Vid ett Mn-innehåll mindre än 60 mass-% ökar mängden av Fe-Mn-pulver som krävs för att åstadkomma den nödvändiga mängden Mn och detta ökar hårdheten hos råmaterialpulvret och minskar densiteten hos den pressformade kompakterade detaljen och (minskar) hållfastheten hos den kompakterade detaljen vid sintringen. Vid ett Mn- innehàll som överskrider 90 mass-% är Mn-innehàllet i Fe-Mn-pulvret överdrivet stort och detta ökar mängden mangan som oxideras under sintringen och minskar mängden av Mn som bidrar till hållfasthetsökningen, och sänker hållfastheten eftersom det oxide- rade manganet diffunderar in i kristallernas korngränser. 10 15 20 25 30 533 866 Halten Cu-pulver fastställs inom intervallet av 1,0-3,0 mass-% av följande orsaker. Vid en halt Cu-pulver som är lägre än 1% är hållfasthetsökningen orsakad av lösningshärd- ning liten och en mängd Cu-Mn-legering ekvivalent till mängden mangan genereras inte under sintringen. Därför avtar den förstärkande effekten orsakad av snabbare diffusion av mangan in ijärnpulversammansättningen och effekten av att förhindra oxidation av Mn genom generering av Cu-Mn avtar. Vid en Cu-pulver halt som överskrider 3,0 mass- % uppstår en betydlig storleksexpansion liksom i det ovan beskrivna fallet av Fe-Mn och dimensionsnoggrannheten hos produkten kan inte längre upprätthållas.

För att öka kompakteringsdensiteten används företrädesvis ett rent Cu-pulver som har en renhet av 99% eller högre som Cu-pulver. Den genomsnittliga partikeldiametern hos Cu-pulvret är 150 pm eller mindre och mer föredraget 100 pm eller mindre eftersom antalet partiklar som bildar porer när de smälter under sintringen ökar om den genom- snittliga diametem är överdrivet stor vilket leder till en minskning av hållfastheten.

Grafit är ett gediget rent element som är nödvändigt för att öka hållfastheten hos den sintrade detaljen. Grafitpulverinnehållet fastställs inom intervallet av 0,3-1,0 mass-% eftersom vid en grafithalt som är mindre än 0,3 mass-% är den förstärkande effekten liten och vid en grafithalt som överskrider 1,0 mass-% utfälls cementit och hållfastheten avtar. Partikeldiametem hos grafitpulvret är företrädesvis inom intervallet av 1-20 pm eftersom kostnaderna stiger när partikeldiametern är överdrivet liten och diffusionen blir svår när partikeldiametern är överdrivet stor. Mer företrädesvis är diametern inom inter- vallet av 2-15 um.

Det skall noteras här att Fe-Mn-pulverhalten, halten Cu-pulver, och halten grafitpulver som beskrivits här är vardera ett förhållande relativt den totala massan av de tre pulvren och järnbaspulvret.

Järnpulvret hos föreliggande uppfinning kan vidare innehålla 0,4-1,2 mass-% av ett pul- versmörjmedel för forming i verktyg. 10 15 20 25 30 533 866 5 När pulversmörjmedlet för forrnning i verktyg tillsätts i förväg är det inte nödvändigt att applicera ett Smörjmedel för att produkten skall släppa från en formverktyget under pressformning avjärnpulversammansättningen varvid bearbetbarheten förbättras. En effekt av förbättrad densitet hos den kompakterade detaljen uppnås även, orsakad ge- nom minskning av friktionen mellan pulverpartiklarna eller mellan pulverpartiklarna och formverktygets väggar. Exempel på pulversmörjmedel för formning i verktyg inkluderar metallsalter av stearinsyra såsom zinkstearat, lltiumstearat och kalciumstearat. Halten smörjmedel är 0,4-1,2 mass-% eftersom den friktionsreducerande effekten är otillräcklig vid en halt smörjmedel som är mindre än 0,4 mass-% och vid en halt smörjmedel som överskrider 1,2 mass-% uppvisar den friktionsnedsättande effekten ingen betydande förbättring emedan densiteten hos den kompakterade detaljen påverkas negativt. Parti- kelstorleken hos pulversmörjmedlet för formning i verktyg är företrädesvis i intervallet av 5-50 pm. Halten av pulversmörjmedlet för formning i verktyg beskrivet ovan är ett förhål- lande relativt den totala massan av den höghållfasta järnpulversammansättningen som innehåller Fe-Mn-pulver, Cu-pulver och grafitpulver och jârnbaspulvret beskrivet ovan. ljärnpulvret enligt föreliggande uppfinning är jârnbaspulvret företrädesvis ett järnpulver av rent-järn typ som har en renhet av 98% eller högre. Järnpulvret av rent-järn typ har mera föredraget en renhet av 99% eller högre. Som medföljande föroreningar är före- dragna: C: 0,05% eller mindre, Si: 0,05% eller mindre, P: 0,05% eller mindre, S: 0,05% eller mindre, Ni: 0,05% eller mindre, Cr: 0,05% eller mindre, Mo: 0,05% eller mindre, och 0: 0,25% eller mindre. Generellt, när halten Mn i jârnbaspulvret är hög avtar press- barheten under pressformningen och mängden mangan som oxiderar under sintringen ökar eftersom mangan lätt oxideras. Eftersom manganoxiden har en oxiderande effekt påverkas de respektive komponenterna i den höghållfasta järnpulversammansättningen negativt. För att undertrycka den negativa effekten är företrädesvis manganhalten i järn- pulvret av rent-järn typ 0,3 mass-% eller mindre. Den genomsnittliga partikeldiametern hos järnpulvret av rent-järn typ är företrädesvis 50-100 pm. \fid en genomsnittlig diame- ter som är mindre än 50 pm ökar inte densiteten lätt vid pressformning och det finns en tendens till att ett större antal porer bildas. Mer föredraget är den genomsnittliga parti- keldiametern 60 pm eller mer. När den genomsnittliga partikeldiametern överskrider 100 pm försämras sintringsförmågan och större porer tenderar att uppstå i ytan hos den sintrade detaljen och hållfastheten sänks. 10 15 20 25 30 533 866 ljärnpulvret enligt den föreliggande uppfinning kan järnbaspulvret innehålla åtminstone ett legeringselement som väljs från gruppen bestående av Ni, Mo, Cr och Mn och den totala halten av det åtminstone ena Iegeringselementet är i intervallet av 0,3-2,0 mass- %.

När järnbaspulvret är ett legerat pulver innehållande legeringselementen beskrivna ovan kan en hållfasthet uppnås som är jämförbar eller överlägsen den som kan åstad- kommas i ett 4Ni-1,5Cu-0,5Mo diffusionslegerat stålpulver allmänt använt som höghåll- fast material, och god pressbarhet uppnås emedan mängderna av dyr Ni och Mo mins- kas. När den totala halten är lägre än 0,3 mass-% är den förstärkande effekten lägre än när ett järnpulver av rent järn-typ används som järnbaspulver. Den erfordrade hållfast- hetsförbättringen uppnås upp till en total halt av 2,0 mass-% och vid en total halt över- skridande 2,0 mass-% blir järnbaspulvret hårt och densiteten ökar inte så lätt under forrnningen vilket resulterar i en lägre hållfasthet. Speciellt när legeringsinnehållet överskrider 2 mass-% avtar densiteten signifikant vid formningen. Dessutom, eftersom järnbaspulvret är hårt förkortas livslängden hos forrnverktyget och kostnadema stiger därför. i Till järnpulvret enligt föreliggande uppfinning kan vidare 0,1-0,8 mass-% av bearbetbar- hetsförbättrande pulver tillsättas.

Vanligtvis när en sintrad detalj formas genom sintring används en grönkropp. Emeller- tid, bearbetning utförs i det fall att den sintrade produkten inte har den erfordrade di- mensionsnoggrannheten eller om hög dimensionsnoggrannhet är erfordrad för detaljen.

Exempel på bearbetbarhetsförbättrande pulver som kan användas inkluderar sulfidpul- ver såsom MnS och MgS, Ca-föreningspulver såsom CaF och komplexa sulfidpulver innehållande Mn och Mg. När innehållet av det bearbetbarhetsförbättrande pulvret är mindre än 0,1 mass-% är effekten av förbättring av bearbetbarheten liten. Enligt sam- mansättningsintervallen hos den höghållfasta järnpulversammansättningen minskar pressbarheten under pressformning av överdriven tillsats av bearbetbarhetsförbättrande pulver i en mängd överskridande 0,8 mass-%. Dessutom, eftersom det bearbetbarhets- förbättrande pulvret har en skenbar densitet som är mindre än järnbaspulvrets densite- ten minskar täthetsration ("occupancy ratio") hos jäm och materlalegenskaper som 10 15 20 25 30 533 866 7 draghållfasthet och seghet försämras. Företrädesvis tillsätts ett bearbetbarhetsförbätt- rande pulver som har en genomsittlig partikeldiameter i intervallet av 1-20 pm. Vid en genomsnittlig partikeldiameter som är mindre än 1 pm försämras den bearbetbarhets- förbättrande effekten. Vid en genomsnittlig partikeldiameter som överskrider 20 pm på- ' träffas grovt maskinbearbetbarhetsförbättrande pulver i den sintrade detaljen och när en påfrestning appliceras på detaljen under drift kan spänningskoncentrationen som upp- står i närheten av det bearbetbarhetsförbättrande pulvret lätt resultera i sprickdefekter och liknande.

En annan aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahåller en höghållfast sintrad detalj som tillverkats genom pressformning av järnpulver och sintring av det pressformade järnpulvret. Sintringen utförs i temperaturintervallet av smältpunkten för Cu upp till 1 300°C.

Sintringen utförs vid smältpunkten för Cu (smälttemperatur) eller högre av följande or- saker. Det vill säga, som beskrivits ovan, närjärnpulvret sintras vid smältpunkten för Cu (smälttemperaturen) eller högre smälter Cu under sintringen och diffunderar in i Fe-Mn och ger därmed upphov till en Cu-Mn-legering. Cu-Mn har en smältpunkt som är lägre än den hos elementärt Mn och ökar hastigheten med vilken Mn diffunderar in ijärnpul- versammansättningen, därvid förbättras hållfastheten hos den sintrade detaljen. Dess- utom, när en Cu-Mn-legering bildas förhindras oxidation av Mn i värmebehandlingsat- mosfären under och vid sintringen i större utsträckning än när Mn är närvarande i ele- mentär form. När sintringen utförs vid en hög temperatur, överskridande 1 300°C för- sämras måttnoggrannheten och bibehållandet av form p g a krympning vid sintringen och energiförbrukningen ökar. Sintringen utförs företrädesvis vid 1 250°C eller mindre. l denna uppfinning används prisbillig Fe-Mn, Cu och grafit som legeringselement i stäl- let för dyr Ni och Mo. Pulver av dessa element tillsätts och blandas med ett järnbaspul- ver av rent järn-typ vid ett speciellt förhållande och Mn-halten i Fe-Mn-pulvret deflnieras på en massbasis och massförhållandet mellan mängdenMn och mängden Cu deflnie- ras. Följaktligen tillhandahålls ett prisbilligt råmaterialjärnpulver som kan formas till en höghållfast sintrad detalj. Även när järnbaspulvret är ett legerat järnpulver innehållande 10 15 20 25 30 533 866 8 Ni och/eller Mo kan mängderna av dyr Ni och Mo som måste tillsättas reduceras eme- dan en jämförbar eller överlägsen styrka kan uppnås.

Eftersom ett pulversmörjmedel för formning i verktyg tillsätts till den höghållfasta järn- pulversammansättningen är det inte nödvändigt att applicera ett smörjmedel på form- verktyget vid pressformning av järnpulversammansättningen och bearbetbarheten för- bättras. Eftersom ett bearbetbarhetsförbättrande pulver tillsätts till den höghållfasta jämpulversammansättningen kan eftersträvad förbättrad bearbetbarhet erhållas för att uppnå hög dimensionsnoggrannhet hos den sintrade detaljen. Eftersom den höghållfas- ta järnpulversammansättningen sintras vid en temperatur som är samma eller högre än temperaturen hos smältpunkten för Cu, smälter Cu under sintringen och en Cu-Mn- legering som har en lägre smältpunkt än elementär Mn genereras. Som ett resultat där- av diffunderar Mn snabbare in i jämbaspulvret, oxidation av Mn förhindras och en sintrad detalj med förbättrad hållfasthet kan erhållas.

BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. 1 är ett diagram som visar formen av en dragprovstav som används i exemplen; F ig. 2 är en graf som visar förhållandet mellan densitet och draghâllfasthet när förlege- rade stålpulver används som iärnbaspulver; och Fig. 3 är en graf som visar förhållandet mellan den totala halten av legeringselementen och draghållfastheten när förlegerade stålpulver används som järnbaspulver.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER De föredragna utföringsformerna av föreliggande uppfinning skall nu beskrivas med re- ferens till exemplen.

Järnbaspulvret som ingår i den höghållfasta järnpulversammansättningen är ett rent järn-typjärnpulver tillverkat genom en känd jämpulvertillverkningsmetod såsom en ato- miseringsmetod (spreimetod). Mn-halten i jämpulvret av rent järn-typ är begränsad till 0,3 mass-% eller mindre. Fe-Mn-pulvret tillverkas genom en metod liknande den som används för att tillverka järnbaspulvret, tex en atomiseringsmetod, från en smält Fe-Mn- legering. Partikelstorleken hos Fe-Mn-pulvret justeras till 45 pm eller mindre genom 10 15 20 25 30 533 866 9 klassificering. Cu-pulvret tillverkas genom en atomiseringsmetod eller en elektrolytisk metod, och partikelstorleken justeras företrädesvis till 300 um eller mindre genom klas- sificering. Grafitpulvret kan vara ett pulver av naturlig eller syntetisk grafit som företrä- desvis har en partikelstorlek justerad till 50 pm eller mindre. Till järnbaspulvret tillsätts O,5-3,0 mass-% av Fe-Mn-pulvret som har en partikeldiameterjusterad till 45 pm eller mindre, 1 ,0-3,0 mass-% av Cu-pulvret, 0,3-1,0 mass-% av grafitpulvret och 0,4-1,2 mass-% av ett zinkstearatpulver som har en partikeldiameter av ca 10 pm och tjänar som pulversmörjmedel för formning i verktyg så att massförhàllandet mellan mängden Mn i Fe-Mn-pulvret i förhållande till mängden av Cu-pulver är i intervallet av 0,1-1. Den resulterande blandningen blandas med, t ex, en V-typblandare till en homogen bland- ning. Som ett resultat produceras en höghållfast järnpulversammansättning. I stället för att tillsätta pulversmörjmedel för formning i verktyg kan ett smörjmedel appliceras direkt på formverktyget vid pressformning av den höghållfasta järnpulversammansättningen.

Alternativt kan en smörjningsmetod användas i vilken direkt smörjning av smidesformen utförs under det att mängden av pulversmörjmedel för formning i verktyg reduceras till mindre än 0,4 mass-%.

EXEMPEL Till ett järnpulver av rent järn-typ som har en sammansättning visad i Tabell 1 tillsattes: 0,4-4,0 mass-% av ett Fe-Mn-pulver (nr. 1-28: 22%Fe-78%Mn, nr. 29: 5%Fe-95%Mn, nr. 30: 50%Fe-50%Mn) som har en partikelstorlek i intervallet av 5-100 pm; 0,5-4,0 mass-% av ett Cu-pulver som har en D50 (genomsnittlig partikeldiameter) av 75 pm; 0,2-1,2 mass-% av ett grafitpulver som har en D50 (genomsnittlig partikeldiameter) av 15 pm och; 0,8 mass-% av zinkstearat som tjänstgör som ett pulversmörjmedel för pul- vermetallurgi. De resulterande jämpulvren har resp. sammansättningar som visas i Ta- bell 2 och blandades homogent under 30 minuter i en V-typblandare för att förbereda respektive järnpulversammansättning. Notera att Fe-Mn-pulvrena har pulvriserats med en vlbrationsboll för att justera partikeldiametern.

Vardera av de homogent blandade järnpulversammansättningarna sammanpressades vid ett kompressionstryck av 5 ton/cmz (490 MPa) till en hundbensformad dragteststav med en tjocklek av 6 mm i enlighet med American Metal Powder Industries Federation 10 15 533 866 10 (MPIF) standard såsom visas i Fig. 1. Vardera dragteststav sintrades vid 1 120°C i en kvävgasatmosfär under 20 minuter. Under användning av dragteststaven som ett prov utfördes dragprov med en universaltestare. Draghållfastheten hos vardera järnpulver- sammansättning visas i Tabell 2.

Förutom rent järn-typjärnpulver som visas i Tabell 1 användes även stålpulver av förle- gerad-typ innehållande totalt 3,5 mass-% eller mindre av Ni och Mo som järnbaspulver, och dragteststavar visade i Fig. 1 formades genom sammanpressning under samma förutsättningar som vid järnpulvrena av rent järn-typ visade i Tabell 1 och sintrades un- der samma förutsättningar. De observerade draghâllfastheterna visas i Tabell 2. Under samma förutsättningar som för järnpulversammansättningarna visade i Tabell 2 förbe- reddes dragteststavar visade i Fig. 1 från ett 4%Ni-1,5%Cu-0,5%Mo diffusionslegerat stålpulver som allmänt används för dess goda pressbarhet och preparerades genom, som visas i Tabell 3 genom tillsats av Ni, Cu, Mo till järnpulvret av rent järn-typ visat i Tabell 1. 533 866 1 1 Tabell 1 C S| Mn P S O 0,002 0,01 0,18 0,004 0,005 0,002 0,13 TabeH2 Fe-Mn-pulver Partikel- Halt Cu-halt Grafit-halt Halt Drag- Nr. Jarnbaspulver diameter (mass-%) (mass-%) (mass-Wo) förhållande hàllfastet Referens (pm) Mn/Cu (MPa) 1 Jämpulver av 45 1,3 2,0 0,8 0,51 610 Exempel rent järn-typ 2 Jampulver av 15 1,3 2,0 0,8 0,51 630 Exempel rent jam-typ 3 Järnpulver av 5 1 ,3 2,0 0,8 0,51 650 Exempel rent järn-typ 4 Järnpulver av 15 1,3 3,0 0,8 0,34 680 Exempel rent järn-typ 5 Jämpulver av 15 1,3 1,0 0.8 1,0 580 Exempel rent järn-typ 6 Jampulver av 15 1 ,3 3,0 1,0 0,34 630 Exempel rent järn-typ 7 Järnpulver av 15 0,8 3,0 0,8 0,21 620 Exempel rent järn-typ 8 Jämpulver av 15 1 .O 3.0 0,8 0,26 650 Exempel rent järn-typ 9 Jàmpulver av 15 2,0 3,0 0,8 0,52 630 Exempel rent järn-typ 10 Jàrnpulver av 15 3,0 3,0 0,8 0.78 580 Exempel rent järn-typ 11 Järnpulver av 15 1,3 3.0 0,6 0,34 660 Exempel rentjarn-typ 12 Jarnpulver av 15 1,3 3,0 0,3 0,34 580 Exempel rent jam-typ 13 Järnpulver av 15 0,5 3,0 0,8 0,13 600 Exempel rent järn-typ 14 0.5%Ni- 15 1,3 3,0 0,8 0,34 710 Exempel Q5%Mo 15 0,5%Mo 15 1,3 3,0 0,8 0,34 690 Exempel 16 0,85%Mo 15 1.3 3.0 0.8 0,34 700 Exempel 10 533 866 12 Tabell 2 (forts.) Fe-Mn-pulver Partikel- Halt Cu-halt Grafit-halt Halt Drag- Nr. Järnbaspulver diameter (mass-%) (mass-%) (mass-%) förhållande hàllfashet Referens (gm) Mn/Cu (MPa) 17 Järnpulverav 100 1,3 2,0 0,8 0,51 500 Jämf. rentjïn-typ Ex. 18 Jàmpulver av 75 1,3 2,0 0,8 0,51 550 Jämf. rent jam-typ Ex. 19 Järnpulver av 15 2,0 0,5 0,8 3,1 390 Jämf. rent järn-typ Ex. 20 Jampulverav 15 1,3 3,0 1,2 0,34 560 Jämf. rent jam-typ Ex. 21 Jampulver av 15 1,3 4,0 0,8 0,25 570 Jämf. rentjgrn-typ Ex. 22 Järnpulverav 15 3,0 1,0 0,8 2,3 430 Jämf, rent järn-typ Ex. 23 Járnpulver av 15 4,0 3,0 0,8 1,0 500 Jämf. rent järn-typ Ex. 24 Jarnpulver av 15 1,3 3,0 0,2 0,34 540 Jämf. rent järn-typ Ex. 25 Järnpulver av 15 0,4 3,0 0,8 0,1 560 Jämf. rent jam-typ Ex. 26 Järnpulver av 15 1,3 5,0 0,8 0,2 430 Jämf. rent järn-typ Ex. 27 Järnpulver av 15 0,3 3,0 0,8 0,08 540 Jämf. rent jgn-typ Ex. 28 Jårnpulverav 15 4,0 0,8 0,8 3,9 400 Jämf. rent järn-typ Ex. 29 Jämpulver av 15 1,1 3,0 0,8 0,35 550 Jämf. rent jgn-typ Ex. 30 Järnpulver av 15 2,0 3,0 0,8 0,33 505 Jämf. rent järn-typ Ex. 31 1,5%Mo 15 1,3 3 0,8 0,34 720 Exempel 32 2%Ni-0,5%Mo 15 1,3 3 0,8 0,34 650 Jamf.

Ex. 33 3%Ni-0,5%Mo 15 1,3 3 0,8 0,34 610 Jämf.

Ex.

Jämf. ex.: Jämförande Exempel Tabell 3 C Si Mn P S Ni Cu Mo O 0,002 0,01 0,18 0,007 0,007 4,05 1,55 0,55 0,13 Draghållfastheten för 4%Ni-1,5%Cu-0,5°/°Mo diffusionslegerat stålpulver var 580 MPa.

Hållfastheten av 580 MPa eller mer fastställdes sem måI-hållfasthet hos järnpulver- 10 15 20 25 30 533 866 13 sammansättningarna visade i Tabell 2. Tabell 2 visar att alla testdetaljer uppnådde mål- hållfastheten av 580 MPa eller högre när råmaterialpulver som respektive hade sam- mansättningar enligt Nr. 1-13 användes, nämligen när ettjärnpulver av rent järn-typ an- vändes som järnbaspulver, Fe-Mn-partikelstorleken (partikeldiameter) och Fe-Mn hal- ten, halten Cu-pulver och halten grafitpulver var inom de ovan beskrivna intervallen de- finierade av föreliggande uppfinning, och massförhållandet av mängden Mn i Fe-Mn- pulvret till mängden Cu-pulver var inom intervallet av 0,1-1. Detta betyder att järnpulver- sammansättningarna enligt Nr. 1-13 inom de intervall som definieras av föreliggande uppfinning kan åstadkomma en hög hållfasthet, som är jämförbar eller överlägsen den hos 4%Ni-1,5%Cu-0,5%Mo diffusionslegerat stålpulver, även om de är fria från dyrt Ni eller Mo.

Som järnbaspulver i Nr. 14 användes ett stålpulver av förlegerad-typ, preparerat genom tillsats av 0,5 mass-% Ni och 0,5 mass-% Mo, d v s totalt 1,0 mass-% av Ni och Mo, till järnpulvret av rent järn-typ visat i Tabell 1. Som järnbaspulveri Nr. 15 och 16 användes stålpulver av förlegerad-typ preparerade genom resp. tillsats av 0,5 mass-% och 0,85 mass-% av Mo till järnpulvret av rent järn-typ. I Nr. 14-16 uppnåddes en draghållfasthet märkbart högre än mål-hållfastheten, 580 MPa genom tillsats av så litet som 1 mass-% av Ni och Mo totalt vilket är en mindre mängd av legeringselement tillsatta till järnbas- pulvret än legeringselementinnehållet i 4%Ni-1,5%Cu-0,5%Mo. Detta bevisar att järn- pulversammansättningen hos föreliggande uppfinning i vilken speciella mängder av pul- ver av Fe-Mn, Cu och grafit som är mindre dyra än Ni och Mo har tillsatts och blandats med ett järnbaspulver i vilket massförhållandet av Mn-halten i Fe-Mn-pulvret och mass- förhållandet av mängden Mn till mängden av Cu-pulver som tillsatts är definierad, kan förbättra styrkan till en låg kostnad ijämförelse med konventionell diffusionslegerade stålpulver. l Nr. 17 och 18 var partikeldiametern av Fe-Mn-pulvren större än 45 pm, d v s 100 pm och 75 pm resp. Därför diffunderade inte Mn tillräckligt in ijärnpulversammansättningen och draghållfastheten var lägre än mål-hållfastheten, 580 MPa, d v s resp. 500 MPa och 550 MPa. l Nr. 19 var Cu-pulverhalten låg, d v s 0,5 mass-% och förhållandet Mn/Cu av mängden Mn i Fe-Mn-pulvret till mängden av Cu-pulvret som tillsatts var 3,1 vilket var utanför det föreskrivna intervallet (0,1-1). Det vill säga, draghållfastheten var 390 MPa, d v s märkbart lägre än mål-hållfastheten 580 MPa. 10 15 20 25 30 533 856 14 I Nr. 20 var grafithalten hög, d v s 1,2 mass-% och därför uppstod nätverkscementiti den sintrade strukturen. I Nr. 21 var Cu-pulverhalten hög, d v s 4 mass-% och därför var odiffunderad Cu närvarande i jämpulversammansättningen. På grund av en minskning i densiteten orsakad av storleksexpansion vid sintringen var draghållfastheten 560 MPa i Nr. 20 och 570 MPa i Nr. 21, d v s lägre än målhållfastheten 580 MPa. I Nr. 22 var massförhållandet Mn/Cu 2,3, d v s utanför intervallet iföreliggande uppfinning och följ- aktligen var draghållfastheten så låg som 430 MPa. I Nr. 23, eftersom Fe-Mn- pulverhalten var hög, d v s 4 mass-%, fortskred oxidationen av Mn och draghållfasthe- ten var låg, d v s 500 MPa.

I Nr. 24 var grafithalten låg, d v s 0,2 mass-% och därför var draghållfastheten 540 MPa och nådde inte mål-hållfastheten 580 MPa. I Nr. 25 var Fe-Mn-pulverhalten låg, d v s 0,4 mass-% och därför var draghållfastheten 560 MPa och nådde inte målhållfastheten 580 MPa. I Nr. 26 var Cu-pulverhalten 5 mass-% och var större än 4 mass-% i Nr. 21.

Därför var en större mängd odiffunderad Cu närvarande i jämpulversammansättningen och draghållfastheten minskade till 430 MPa eftersom densiteten minskade mer märk- bart vid storleksexpansionen vid sintringen. I Nr. 27 var Fe-Mn-pulverhalten 0,3 mass-% och var lägre än 0,4 mass-% i Nr. 22 och massförhållandet Mn/Cu var mindre än 0,1.

Följaktligen var draghållfastheten 540 MPa vilket var lägre än 560 MPa i Nr. 22.

I Nr. 28 var Fe-Mn-pulverhalten hög, d v s 4 mass-%, Cu-pulverhalten var låg, d v s 0,8 mass-% och massförhållandet Mn/Cu var större än målintervallet. Därför var draghåll- fastheten låg, d v s 400 MPa. I Nr. 29 var Mn-halten i Fe-Mn-pulvret så hög som 95%.

Det vill säga, mängden av Mn som oxiderade under sintringen ökade och mängden av Mn som bidrog till ökning av hållfastheten minskade. Dessutom eftersom manganoxiden har en oxiderande effekt och negativt påverkar de resp. komponenterna hos järnpulver- sammansättningen var draghållfastheten 550 MPa och nådde inte målhållfastheten 580 MPa. I Nr. 30 var Mn-halten i Fe-Mn-pulvret låg, d v s 50%. Följaktligen ökade hårdheten hos Fe-Mn-pulvret, den kompakterade detaljens densitet minskade och draghållfastheten var 505 MPa och nådde inte målhållfastheten 580 MPa. Som sådana nådde ingen av järnpulversammansättningarna, som låg utanför sammansättningsinter- valien i föreliggande uppfinning, mâl-hållfastheten, d v s 580 MPa och uppvisade för- bättrad hållfasthet. 10 15 20 533 856 15 Fig. 2 och 3 är grafer som respektive visar förhållandet mellan densiteten och draghåll- fastheten och förhållandet mellan det totala legeringsinnehållet och draghållfastheten som bestämts genom utförande av densitetsmätningar och draghållfasthetsprover. Pro- ver förbereddes genom tillsats av 1,3 mass-% av ett Fe-Mn-pulver (22%Fe-78%Mn, partikeldiameter: 15 pm), 3 mass-% av ett Cu-pulver (D50: 75 pm), 0,8 mass-% av ett grafitpulver (D50: 15 pm) och 0,8 mass-% av zinkstearat till ett stålpulver av förlege- ringstyp som hade en sammansättning visad i Tabell 4 tjänstgörande som järnbaspul- ver, blandande av den resulterande blandningen under 30 minuter i en V-typblandare, fonnning av den resulterande blandningen till dragteststavar visade i Fig. 1 under ett tryck av 5 ton/cmz (490 MPa) och sintring av teststaven under 20 minuter i en kvävgas- atmosfär vid 1 120°C. Fig. 2 (Nr. 4-7 i Tabell 4) visar att en god korrelation finns mellan densiteten hos den pressformade kompakterade detaljen och hâllfastheten. F ig. 3 (Nr. 1-7 i Tabell 4) visar att även om draghållfastheten ökar med det totala legeringsin- nehållet minskar draghållfastheten när det totala legeringsinnehållet överskrider 1,5 mass-%. Kring ett totalt legeringsinnehåll av 2 mass-% observeras en tendens av upp- visande av en draghållfasthet av 690 MPa vilket är lika med den som observeras vid ett totalt legeringsinnehåll av 0,5 mass-%. Detta visar att den totala hållfastheten inte ökar vid tillsats av totalt mer än 2 mass-% av legeringselement. Fig. 2 visar att detta kan till- skrivas den minskade densiteten hos den pressformade kompakterade detalien.

Tabell 4 Legeringskomponent Totalt legeringsinnehåll Draghållfasthet Densitet (mass-%) Nr. Na Mo ou (mass-w (MPa) (g/cmß) 1 0,5 0,5 Z 1,0 710 í 2 / 0,5 / 0,5 690 J 3 X 0,85 Z 0,85 700 ' 4 / 1 ,5 / 1,5 720 6,8 5 2 0,5 / 2,5 650 6,6 6 3 0,5 / 3, 5 610 6,5 7 4 0,5 1,5 6,0 580 6,45 10 15 533 866 16 Utöver Exempel Nr. 1-16, förbereddes Exempel Nr. 31 som visas iTabell 4 och Fig. 2 och 3 genom användning av ett förlegerat stàlpulver som hade en Mo-halt av 1,5 mass- % som järnbaspulver. I Nr. 31 som har ett Iegeringselementinnehåll ijärnbaspulvret av 2 mass-% eller mindre ökade hållfastheten till 720 MPa från 690 MPa som observera- des i Nr. 15 som hade en Mo-halt av 0,5 mass-% och densiteten hos den kompakterade detaljen ökade alltså till 6,8 g/cms vilket var högre än i fallet i vilket 4%Ni-1 ,5%Cu- 0,5%Mo diffusionslegerat stàlpulver användes. lJämf. Ex. Nr. 32 (2%Ni-0,5%Mo, 2,5 mass-'f/i totalt) i vilket legeringselementinnehållet överskred 2 mass-% var hållfastheten 650 MPa och densiteten var 6,6 g/cm3, d v s lägre än i Jämf. Ex. Nr. 31. I Jämf. Ex Nr. 33 (3%Ni-0,5%Mo, 3,5 mass-% totalt) minskade styrkan dessutom till 610 MPa och densiteten minskade vidare till 6,5 g/cm3. Detta beror på att halten Iegeringselement ökar i jàrnbaspulvret, järnbaspulvret blir hårdare och densiteten ökar inte så lätt under formningen som beskrivits ovan. Speciellt när legeringshalten överskrider 2 mass-% avtar styrkan och densiteten märkbart vid fonnningen. Dessutom, eftersom jämbaspulv- ret är hårt förkortas livslängden hos smidesformen vilket resulterar i en ökning av kost- naderna.

Claims (6)

10 15 20 25 533 866 17 Patentkrav

1. Ett jämpu|ver innefattande: ett järnbaspulver; 0,5 - 3,0 mass-% av ett Fe-Mn-pulver som har en partikeldiameter av 45 um eller mindre och en Mn-halt i intervallet av 60 - 90 mass-%, 1,0 - 3,0 mass-% av ett Cu-pulver och 0,3 - 1,0 mass-% av ett grafitpulver, varvid massförhållandet av mängden Mn som ingår i Fe-Mn-pulvret till mängden av Cu-pulvret är i intervallet av 0,1-1.

2. Järnpulvret enligt krav 1, vidare innefattande: 0,4 - 1,2 mass-% av ett pulversmörjmedel för formning i verktyg.

3. Järnpulvret enligt krav 1, vari järnbaspulvret är ett järnpulver av rent jäm-typ som har en renhet av 98% eller högre.

4. Järnpulvret enligt krav 1, vari järnbaspulvret innehåller åtminstone ett legeringsele- ment valt från gruppen som består av Ni, Mo, Cr, och Mn, och vari den totala halten av det åtminstone ena legeringselementet är i intervallet av 0,3 - 2,0 mass-Wo.

5. Järnpulvret enligt krav 1, vidare innefattande 0,1 - 0,8 mass-% av ett bearbetbarhets- förbättrande pulver.

6. En höghàllfast sintrad detalj tillverkad genom pressformning av järnpulvret enligt krav 1 och sintring av det pressformade järnpulvret, varvid sintringen utförs i temperaturinter- vallet av smältpunkten för Cu till 1 300°C.