AT512329B1 - METHOD FOR PRODUCING A SINTERED COMPONENT - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gehärteten Sinterbauteilen, nach dem aus einem eisenhaltigen Sinterpulver, insbesondere Stahlpulver, das Sinterbauteil durch Sintern hergestellt wird, wobei nach dem Sintern eine Härtung zumindest eines Bereichs zumindest der Oberfläche des Bauteils durch Aufkohlung erfolgt, wobei vor der Aufkohlung der zu härtende Bereich, insbesondere das gesamte Sinterbauteil, zumindest teilweise mit einer Diffusionsbarriere für den Kohlenstoff versehen wird, und wobei die Oxidation mit einem Abbrennvorgang kombiniert wird.The invention relates to a method for producing hardened sintered components, according to which the sintered component is produced by sintering from an iron-containing sintered powder, in particular steel powder, wherein after sintering at least a portion of at least the surface of the component is carried out by carburizing, wherein prior to carburizing the region to be hardened, in particular the entire sintered component, is at least partially provided with a diffusion barrier for the carbon, and wherein the oxidation is combined with a burning process.

Description

8steTOd»5C!!«S AT512 329 B1 2014-01-158thTOd »5C !!« S AT512 329 B1 2014-01-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gehärteten Sinterbauteilen, nach dem aus einem eisenhaltigen Sinterpulver, insbesondere Stahlpulver, das Sinterbauteil durch Sintern hergestellt wird, wobei nach dem Sintern eine Härtung zumindest eines Bereichs zumindest der Oberfläche des Bauteils durch Aufkohlung erfolgt, und wobei vor der Aufkohlung der zu härtende Bereich, insbesondere das gesamte Sinterbauteil, zumindest teilweise mit einer durch Oxidation erzeugten Diffusionsbarriere für den Kohlenstoff versehen wird.The invention relates to a method for producing hardened sintered components, according to which the sintered component is produced by sintering from an iron-containing sintered powder, in particular steel powder, wherein hardening of at least one region of at least the surface of the component takes place by carburization after sintering, and wherein before the carburizing, the area to be hardened, in particular the entire sintered component, is at least partially provided with a diffusion barrier for the carbon produced by oxidation.

[0002] Die Einsatzhärtung von Stahlbauteilen aus Vollmaterial oder aus einem Sinterwerkstoff mittels Aufkohlung ist ein übliches Verfahren, um die mechanischen Kennwerte von derartigen Bauteilen zu verbessern. Beim Einsatzhärten wird im Werkstoff in den oberflächennahen Bereichen Kohlenstoff eingebracht, wobei sich über die Schichtdicke ein Konzentrationsgradient ausbildet. Obwohl diese Verfahrensweise bei Vollmaterialbauteilen, also beispielsweise Schmiedebauteilen, und Sinterbauteilen prinzipiell gleich ist, unterscheidet sich das erreichte Ergebnis aber deutlich. Der Grund hierfür ist, dass aufgrund der Porigkeit von Sinterbauteilen der Kohlenstoff in diese sehr viel schneller eindiffundiert als in Vollmaterialbauteile. Es resultieren daraus Unterschiede hinsichtlich der Dauerfestigkeit, da aufgrund der schnelleren Diffusion des Kohlenstoffes dessen Konzentrationsgradient flacher verläuft.The case hardening of steel components made of solid material or of a sintered material by means of carburizing is a common method to improve the mechanical characteristics of such components. In case hardening, carbon is introduced into the material in the near-surface regions, a concentration gradient being formed over the layer thickness. Although this procedure is fundamentally the same for solid material components, ie, forged components, for example, and sintered components, the result achieved differs markedly. The reason for this is that due to the porosity of sintered components, the carbon diffuses into them much faster than in solid material components. This results in differences in fatigue strength, since due to the faster diffusion of the carbon whose concentration gradient is flatter.

[0003] Die DE 33 01 541 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächengehärteten Gegenstands aus gesintertem Eisen, nach dem der Gegenstand zur Erzeugung von Eisenoxidschichten auf den zugänglichen Oberflächen in einer wasserdampfhaltigen Atmosphäre und anschließend zur teilweisen Reduktion der Oxidschichten und zur Härtung einer schmalen von der Oberfläche des Gegenstands ausgehenden Zone in Gegenwart eines Kohlenstoff abgebenden Fluids erhitzt wird.DE 33 01 541 A1 describes a method for producing a surface-hardened article of sintered iron, according to which the article for producing iron oxide layers on the accessible surfaces in a water vapor-containing atmosphere and then to partially reduce the oxide layers and to cure a narrow of the surface of the article outgoing zone is heated in the presence of a carbon donating fluid.

[0004] Es ist die Aufgabe der Erfindung, Sinterbauteile mit verbesserten Dauerfestigkeitseigenschaften zur Verfügung zu stellen.It is the object of the invention to provide sintered components with improved fatigue properties available.

[0005] Diese Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, nach dem die Oxidation mit einem Abbrennvorgang kombiniert wird.This object is achieved with the aforementioned method, after which the oxidation is combined with a burn-off.

[0006] Von Vorteil ist dabei, dass damit die Herstellung des Sinterbauteils effizienter gestaltet werden kann, indem Verunreinigungen aus dem Sinterprozess an sich gleichzeitig mit der Oxidation entfernt werden können. Als Nebeneffekt kann dabei auftreten, dass die während des Abbrennprozesses gebildeten oxidischen Verbindungen ebenfalls als Diffusionsbarriere dienen können.The advantage here is that thus the production of the sintered component can be made more efficient by impurities from the sintering process can be removed at the same time with the oxidation. As a side effect can occur that the oxide compounds formed during the Abbrennprozesses can also serve as a diffusion barrier.

[0007] Durch die Diffusionsbarriere wird der Kohlenstoff im anschließenden Aufkohlungsschritt daran gehindert, in tiefere Schichten, d.h. auch in die Kernzone, vorzudringen bzw. dass der Kohlenstoffanteil in der Kernzone deutlich reduziert wird. Es ist damit ein Sinterbauteil herstellbar, bei dem ein deutlicher Konzentrationssprung bezüglich des Kohlenstoffs am Übergang von der Randzone in die Kernzone des Sinterbauteils ausgebildet werden kann. Ein nach dem Verfahren hergestelltes Sinterbauteil kann demnach eine harte, äußere martensitische Schicht und eine im Vergleich dazu weiche perlitisch-ferritische Kernzone aufweisen. Bei einem derart stark ausgeprägten Sprung an der Kohlenstoffkonzentration kann ein Härtegradienten erzeugt werden, der durch einen sprunghaften Übergang vom martensitischen ins Gleichgewichtsgefüge erzeugt wird, wodurch das dynamische Verhalten des Sinterbauteils im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Sinterbauteilen verbessert werden kann. Darüber hinaus wird durch die Einbringung der Diffusionsbarriere das Gesamtverfahren der Herstellung und Veredelung des Sinterbauteils nicht wesentlich verändert, insbesondere kann der Verfahrensschritt der Aufkohlung im Wesentlichen unverändert beibehalten werden. Der zusätzliche Verfahrensschritt vor der Aufkohlung ist damit im Vergleich zu einer vollständigen Verfahrensumstellung einfacher in bereits bestehende Verfahrensabläufe implementierbar, wobei auch der zusätzliche Kostenaufwand gering gehalten werden kann.The diffusion barrier prevents the carbon in the subsequent carburization step from entering deeper layers, i. also in the core zone to penetrate or that the carbon content in the core zone is significantly reduced. It is thus a sintered component to produce, in which a significant concentration jump with respect to the carbon at the transition from the edge zone into the core zone of the sintered component can be formed. Accordingly, a sintered component produced by the process may have a hard outer martensitic layer and a perlitic-ferritic core zone which is soft in comparison thereto. With such a pronounced jump in the carbon concentration, a hardness gradient can be generated, which is produced by a sudden transition from the martensitic to the equilibrium structure, whereby the dynamic behavior of the sintered component can be improved compared to sintered components known from the prior art. In addition, the introduction of the diffusion barrier does not substantially change the overall method of producing and refining the sintered component; in particular, the carburization step can be maintained essentially unchanged. The additional process step before carburizing is thus easier to implement in existing processes compared to a complete process change, whereby the additional cost can be kept low.

[0008] Die Diffusionsbarriere wird durch Oxidation aus dem Werkstoff des Bauteils selbst er- 1 /13The diffusion barrier is formed by oxidation from the material of the component itself

AT512 329B1 2014-01-15 zeugt. Es ist damit eine entsprechende Verfahrensvereinfachung erzielbar, da keine zusätzlichen Werkstoffe auf das Sinterbauteil aufgebracht werden müssen. Zudem kann damit auch der Eintrag an Fremdstoffen und in der Folge eine mögliche Änderung des Eigenschaftsprofils des Sinterbauteils, die auch erst im Gebrauch durch verschiedene Phasenumwandlungen auftreten kann, besser vermieden werden. Ein wesentlicher Vorteil ist dabei jedoch, dass die Oxide während der Aufkohlung zumindest zum Teil durch den eindiffundierenden Kohlenstoff wieder reduziert werden, wodurch dieser Kohlenstoff verbraucht und damit insgesamt die Eindringtiefe des Kohlenstoffs aufgrund einer zu hohen Diffusionsgeschwindigkeit reduziert werden kann bzw. der Konzentrationssprung an der Grenzfläche zwischen der Randzone und der Kernzone ausgeprägter hergestellt werden kann.AT512 329B1 2014-01-15 testifies. It is thus a corresponding process simplification achievable, since no additional materials must be applied to the sintered component. In addition, the entry of foreign substances and, as a consequence, a possible change in the property profile of the sintered component, which can also only occur during use by means of different phase transformations, can thus be better avoided. However, a significant advantage is that the oxides are at least partially reduced again during carburization by the carbon which diffuses in, as a result of which this carbon is consumed and thus the penetration depth of the carbon can be reduced due to an excessively high diffusion rate or the concentration jump at the boundary surface between the edge zone and the core zone can be made more pronounced.

[0009] Gemäß der bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens wird die Oxidation mit Wasserdampf durchgeführt.According to the preferred embodiment of the method, the oxidation is carried out with steam.

[0010] Derzeit wird die Wasserdampfoxidation als Nachbehandlungsverfahren eingesetzt, um eine Verbesserung des Gebrauchswertes von Sinterformteilen zur erzielen. Sie wird sowohl für die Erhöhung der Korrosions- als auch der Verschleißfestigkeit genutzt. Ebenso kann eine Härtesteigerung des Bauteils, eine veränderte Optik, eine bessere Schichthaftung von nachträglich aufgebrachten Schichten und eine erhöhte Dichtheit der Bauteile eingestellt werden. Die Bruchdehnung von nur dampfbehandelten Bauteilen sinkt jedoch um ca. 50 %.Currently, the steam oxidation is used as a post-treatment process to achieve an improvement in the use value of sintered molded parts. It is used both for increasing corrosion and wear resistance. Likewise, an increase in hardness of the component, a modified appearance, a better layer adhesion of subsequently applied layers and increased tightness of the components can be adjusted. The elongation at break of only steam-treated components, however, decreases by about 50%.

[0011] Die Dampfbehandlung hat bei dem Verfahren nach der Erfindung den Vorteil, dass damit auf eine bereits bekannte und häufig eingesetzte Technologie zurückgegriffen werden kann, sodass für die Durchführung des Verfahrens keine wesentlichen Änderungen hinsichtlich der apparativen Ausrüstung vorgenommen werden müssen.The steam treatment has in the method according to the invention has the advantage that it can be used on an already known and frequently used technology, so that no significant changes in the equipment equipment must be made for the implementation of the method.

[0012] Die Oxidation wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 400 °C und 800 °C, insbesondere zwischen 550 °C und 620 °C, durchgeführt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Oxidation innerhalb relativ kurzer Zeit erreicht, sodass damit einerseits eine Verfahrensverkürzung und andererseits eine relativ gleichmäßige spätere Ausbildung des Kohlenstoffgradienten über die behandelte Oberfläche erreicht werden kann.The oxidation is preferably carried out at a temperature between 400 ° C and 800 ° C, in particular between 550 ° C and 620 ° C. As a result, a uniform oxidation is achieved within a relatively short time, so that on the one hand a process shortening and on the other hand, a relatively uniform subsequent formation of the carbon gradient over the treated surface can be achieved.

[0013] Es kann weiter vorgesehen werden, dass die Aufkohlung bei einer bei einer Temperatur zwischen 800 °C und 1000 °C, insbesondere zwischen 860 °C und 950 °C, durchgeführt wird. Mit der Durchführung der Aufkohlung innerhalb dieses Temperaturbereichs wird eine Randzone erreicht, die eine hohe Dauerfestigkeit aufweist, da damit insbesondere eine Schichtdicke der martensitischen Umwandlung in der Randschicht von Zahnrädern erhalten wird, die einen Wert zwischen 0,05 x mn und 0,5 x mn, insbesondere zwischen 0,1 x mn bis 0,2 x m„, aufweist, wobei mn der Modul (Durchmesser/Zähneanzahl) ist. Mit einer Temperatur unterhalb der unteren Grenze wurde hingegen beobachtet, dass die Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs relativ gering ist, sodass zwar eine gehärtete Randschicht ausgebildet wird, diese allerdings nicht dem gewünschten Anforderungsprofil des Sinterbauteils entspricht. Bei einer Temperatur oberhalb der angegebenen oberen Grenze wurde genau der umgekehrte Effekt beobachtet, d.h. dass die Randschicht so dick wird, dass die mechanischen Eigenschaften des Kernbereichs nur mehr ungenügend zum Tragen kommen.It can further be provided that the carburization is carried out at one at a temperature between 800 ° C and 1000 ° C, in particular between 860 ° C and 950 ° C. By carrying out the carburizing within this temperature range, an edge zone is achieved which has a high fatigue strength, since in particular a layer thickness of the martensitic transformation in the surface layer of gears is obtained which has a value between 0.05 × mn and 0.5 × nm , in particular between 0.1 x mn to 0.2 xm ", where mn is the modulus (diameter / number of teeth). With a temperature below the lower limit, however, it was observed that the diffusion rate of the carbon is relatively low, so that although a hardened edge layer is formed, this does not correspond to the desired profile of requirements of the sintered component. At a temperature above the stated upper limit, exactly the opposite effect was observed, i. that the surface layer becomes so thick that the mechanical properties of the core area are only insufficiently effective.

[0014] Aus den selben Gründen kann alternativ oder zusätzlich zu der soeben beschriebenen Ausführungsform vorgesehen werden, dass die Aufkohlung innerhalb einer Zeit zwischen 1 h und 8 h durchgeführt wird.For the same reasons, it can be provided as an alternative or in addition to the embodiment just described that the carburization is carried out within a time between 1 h and 8 h.

[0015] Weiter kann vorgesehen sein, dass für die Kombination der Oxidation mit dem Abbrennvorgang, die Temperatur zumindest zweistufig geregelt wird, wobei in einem ersten Schritt mit einer im Vergleich zur Oxidationstemperatur niedrigeren Temperatur der Abbrennvorgang durchgeführt wird und daran anschließend die Temperatur für die Oxidation auf eine Temperatur zwischen 400 °C und 800 °C erhöht wird.Further, it can be provided that the temperature is controlled at least two stages for the combination of the oxidation with the Abbrennvorgang, wherein in a first step with a lower temperature compared to the oxidation temperature of the Abbrennvorgang is performed and then the temperature for the oxidation is increased to a temperature between 400 ° C and 800 ° C.

[0016] Mit dem Verfahren kann ein Sinterbauteil mit einer Verzahnung hergestellt werden, die eine gehärtete Randschicht mit einem Kohlenstoffgradienten aufweist, und die eine Schichtdicke mit einem Wert zwischen 0,05 x mn bis 0,5 x mn aufweist, wobei mn der Modul (Durchmes- 2/13With the method, a sintered component with a toothing can be produced, which has a hardened edge layer with a carbon gradient, and which has a layer thickness with a value between 0.05 x mn to 0.5 x mn, where mn the module ( Measuring 2/13

&te^id»scHe$ ρ®ίκηΕδίϊϊί AT512 329 B1 2014-01-15 ser/Zähneanzahl) ist.& ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^.

[0017] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.For a better understanding of the invention, this will be explained in more detail with reference to the following figures.

[0018] Es zeigen jeweils in schematisch vereinfachter Darstellung: [0019] Fig. 1 ein Schliffbild eines Ausschnittes aus einem Sinterbauteil, das mit demIn a schematic simplified representation: [0019] FIG. 1 shows a micrograph of a section of a sintered component which is connected to the

Verfahren nach der Erfindung hergestellt worden ist; [0020] Fig. 2 ein Schliffbild eines Ausschnittes aus einem Sinterbauteil, das mit demMethod has been prepared according to the invention; Fig. 2 is a micrograph of a section of a sintered component, with the

Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt worden ist; [0021] Fig. 3 verschiedene Kohlenstoffkonzentrationsgradienten.Method has been prepared according to the prior art; FIG. 3 shows different carbon concentration gradients. FIG.

[0022] Einführend sei festgehalten, dass in der folgenden Beschreibung der Erfindung gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.Introductoryly, it should be noted that in the following description of the invention, like parts are given the same reference numerals and the same component names, wherein the disclosures contained in the entire description can be mutatis mutandis to the same parts with the same reference numerals or identical component names. Also, the location information chosen in the description, such as top, bottom, side, etc. related to the immediately described and illustrated figure and are to be transferred to the new situation mutatis mutandis when a change in position.

[0023] Die Herstellung von Sinterbauteilen an sich ist im Stand der Technik ausreichend beschrieben, sodass im Folgenden nur ein kurzer Abriss einer möglichen Ausführungsvariante eines Sinterverfahrens gegeben wird.The production of sintered components per se is sufficiently described in the prior art, so that in the following only a brief outline of a possible embodiment of a sintering process is given.

[0024] Im Wesentlichen kann die Herstellung die Schritte Pulvermischen, Pressen, Entwachsen und Sintern umfassen. Gegebenfalls kann an das Sintern eine thermische Nachbehandlung und/oder eine mechanische Nachbearbeitung anschließen.In essence, the preparation may include the steps of powder blending, pressing, dewaxing and sintering. Optionally, sintering can be followed by thermal aftertreatment and / or mechanical post-processing.

[0025] 1) Pulvermischen [0026] Die verwendeten Eisen-Pulvermischungen können insgesamt bis zu 10 Gew.-%, metallische Nichteisen-Legierungselemente, gegebenenfalls bis zu 5 Gew.-% Kohlenstoff in Form von Grafit, bis zu 3 Gew.-% Presshilfsmittel und bis zu 0,5 Gew.-% organischem Binder aufweisen. Diese Mischungen werden beispielsweise konventionell aus Reineisenpulver oder vor- oder anlegierten Eisenpulvern als Basismaterial und Zugabe von Legierungselementen sowie Presshilfsmittel hergestellt. Oder es werden so genannte Muttermischung in hochkonzentrierter Form, gegebenenfalls auch unter Einsatz von Temperatur und/oder Lösungsmitteln, vorgemischt und anschließend mit Eisenpulver vermengt oder durch Zugabe der einzelnen Bestandteile direkt ins Eisenpulver vermischt.[0025] 1) Powder Mixing The iron powder mixtures used may contain up to 10% by weight in total, metallic non-ferrous alloying elements, optionally up to 5% by weight of carbon in the form of graphite, up to 3% by weight. Pressing aids and up to 0.5 wt .-% organic binder. These mixtures are conventionally prepared, for example, from pure iron powder or pre-or alloyed iron powders as base material and addition of alloying elements and pressing aids. Or so-called mother mixture in highly concentrated form, optionally also with the use of temperature and / or solvents, premixed and then mixed with iron powder or mixed by adding the individual components directly into the iron powder.

[0027] Als Bindemittel können Harze, Silane, Öle, Polymere oder Kleber verwendet werden. Presshilfsmittel sind u.a. Wachse, Stearate, Silane, Amide, Polymere.Resins, silanes, oils, polymers or adhesives can be used as binders. Pressing aids are i.a. Waxes, stearates, silanes, amides, polymers.

[0028] Vorlegierungselemente können sein Mo, V, Si, Mn.Pre-alloying elements may be Mo, V, Si, Mn.

[0029] Durch weitere Nichteisen-Legierungselemente, wie bspw. Chrom, Kupfer, Nickel, Man-gan, Silizium, Molybdän und Vanadium, können die Eigenschaften derartiger Eisenbasispulver-Sinterbauteile entsprechend verbessert werden, wie dies aus dem Stand der Technik für Stähle bereits bekannt ist. So kann z.B. durch das Zulegieren von Molybdän die Anlasssprödigkeit von Chromstählen vermieden werden. Es werden damit die Härtbarkeit und die Zähigkeit verbessert. Darüber hinaus kann die Kriechbeständigkeit bei höheren Temperaturen gesteigert werden. Durch Nickel kann die Kaltumformbarkeit verbessert werden. Mittels Mangan kann die Zugfestigkeit und die Streckgrenze verbessert werden. Mit Hilfe von Silizium kann während des Anlassens die Ausscheidung von Zementit aus dem Martensit verhindert werden.By further non-ferrous alloying elements, such as, for example, chromium, copper, nickel, manganese, silicon, molybdenum and vanadium, the properties of such iron-based powder sintered components can be correspondingly improved, as already known from the prior art for steels is. Thus, e.g. By alloying molybdenum, the temper brittleness of chromium steels is avoided. It will improve the hardenability and toughness. In addition, the creep resistance can be increased at higher temperatures. Nickel can improve cold workability. With manganese, the tensile strength and the yield strength can be improved. With the help of silicon, the precipitation of cementite from the martensite can be prevented during tempering.

[0030] Da die prinzipielle Wirkung dieser Legierungselemente an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, erübrigt sich eine weitere Erörterung an dieser Stelle.Since the principal effect of these alloying elements per se is known from the prior art, there is no need for further discussion at this point.

[0031] Der Anteil an Nichteisen-Legierungselemente kann auch ausgewählt sein aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,2 Gew.-% und einer oberen Grenze von 8 Gew.-%, 3/13The proportion of non-ferrous alloying elements may also be selected from a range with a lower limit of 0.2 wt% and an upper limit of 8 wt%, 3/13

^ierrecrase-ts piiesSasnt AT512 329B1 2014-01-15 insbesondere aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1 Gew.-% und einer oberen Grenze von 6 Gew.-%.in particular, from a range with a lower limit of 1% by weight and an upper limit of 6% by weight.

[0032] Typische Mischungen sind beispielsweise: • Fe (mit 0,85 Gew.-% Mo vorlegiert) + 0,1 Gew.-% - 0,3 Gew.-% C + 0,4 Gew.-% -1,0 Gew.-% Presshilfsmittel und eventuell Bindemittel • Fe + 1 Gew.-% - 3 Gew.-% Cu + 0,5 Gew.-% - 0,9 Gew.-% C + 0,3 Gew.-% - 0,8 Gew.-% Presshilfsmittel und eventuell Bindemittel • Astaloy CrM (Cr + Mo vorlegiertes Eisenpulver) + 1 Gew.-% - 3 Gew.-% Cu + 0,1 Gew.-% -1 Gew.-% C + 0,3 Gew.-% -1,0 Gew.-% Presshilfsmittel und eventuell Bindemittel.Typical mixtures are, for example: Fe (pre-alloyed with 0.85 wt.% Mo) + 0.1 wt.% -0.3 wt.% C + 0.4 wt.% -1, 0 wt .-% pressing aids and possibly binder • Fe + 1 wt .-% - 3 wt .-% Cu + 0.5 wt .-% - 0.9 wt .-% C + 0.3 wt .-% - 0.8% by weight pressing assistant and possibly binder • Astaloy CrM (Cr + Mo prealloyed iron powder) + 1% by weight - 3% by weight Cu + 0.1% by weight -1% by weight C + 0.3 wt .-% -1.0 wt .-% pressing aid and possibly binder.

[0033] Es sind aber auch alle weiteren, in der Sintertechnik üblichen Zusammensetzungen möglich.But there are also all other, customary in the sintering compositions possible.

[0034] Geeignete Mischungen sind beispielsweise: 18 Gew.-%Mn + 2,5 Gew.-% AI + 3,5 Gew.-% Si + 0,5 Gew.-% V + 0,3 Gew.-% B, Rest Fe oder 24 Gew.-% Mn + 3 Gew.-% AI + 2,5 Gew.-% Si, Rest Fe oder 14 Gew.-% Mn, 5 Gew.-% Ni + 3 Gew.-% AI + 3 Gew.-% Si, Rest Fe.Suitable mixtures are, for example: 18 wt .-% Mn + 2.5 wt .-% Al + 3.5 wt .-% Si + 0.5 wt .-% V + 0.3 wt .-% B , Remainder Fe or 24% by weight Mn + 3% by weight Al + 2.5% by weight Si, remainder Fe or 14% by weight Mn, 5% by weight Ni + 3% by weight Al + 3 wt .-% Si, balance Fe.

[0035] Diese Mischungen werden mit entsprechenden Mischmethoden der Pulvermetallurgie vermengt und homogenisiert. Es ist auch möglich, die aus dem Stand der Technik bekannte Bindemittelprozesstechnik oder den bekannten Prozess des Diffusionslegierens zur gleichmäßigeren Verteilung speziell feiner Pulveranteile zu verwenden.These mixtures are mixed with corresponding mixing methods of powder metallurgy and homogenized. It is also possible to use the binder process technology known from the prior art or the known process of diffusion alloying for more uniform distribution of especially fine powder fractions.

[0036] 2) Pressen [0037] Die nach oben genanntem Verfahren vorbehandelten Eisenpulvermischungen können durch koaxiale Pressverfahren verdichtet und in Form gebracht werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass die während der nachfolgenden Prozessschritte entstehenden Form- und Gestaltsänderungen bei der Herstellung der Presswerkzeuge bereits berücksichtigt sind. Die Verwendung entsprechender Schmiermittel und Bindemittel wirken in Hinblick auf die Verdichtung unterstützend. Je nach Schüttdichte und theoretischer Dichte der Pulvermischungen werden Pressdrücke von 400 MPa bis 1200 MPa hierfür angewandt.2) Pressing The iron powder mixtures pretreated by the above-mentioned method can be compacted and shaped by coaxial pressing methods. It must be ensured that the shape and shape changes resulting during the subsequent process steps are already taken into account in the production of the pressing tools. The use of appropriate lubricants and binders aids in compaction. Depending on the bulk density and theoretical density of the powder mixtures, compression pressures of 400 MPa to 1200 MPa are used for this purpose.

[0038] Die auf diese Weise gewonnenen Presslinge (auch Grünling genannt) sind Ausgang für die anschließenden Prozessschritte.The compacts obtained in this way (also called green body) are the output for the subsequent process steps.

[0039] Anstelle der koaxialen Pressverfahren können auch andere Pressverfahren angewandt werden, wie sie in der Sintertechnologie üblich sind, also z.B. auch isostatische Pressverfahren, etc..Instead of the coaxial pressing methods, other pressing methods can be used, as are common in sintering technology, e.g. also isostatic pressing, etc ..

[0040] Zur Erreichung von reproduzierbaren Maßverhalten beim Sintern ist beim Pressen auf eine möglichst gleichmäßige oder zumindest gut reproduzierbare Dichteaufteilung innerhalb des Sinterbauteils zu achten. Da beim Sintern eine flüssige Phase entstehen kann (je nach Verfahrensbedingungen und Zusammensetzung der Presspulver), ist es von Vorteil, beim Pressen jene Dichte zu wählen bei der sich eine möglichst gleichmäßige Dichteverteilung erreichen lässt. Typische Pressdichten liegen daher bei 6,4 g/cm3 - 6,6 g/cm3, können aber auch höher gewählt werden je nach chemischer Zusammensetzung und Verpressbarkeit des Pulvers.In order to achieve reproducible dimensional behavior during sintering, attention must be paid to the most uniform or at least highly reproducible density distribution within the sintered component during pressing. Since a liquid phase can form during sintering (depending on the process conditions and composition of the pressed powders), it is advantageous to select the density at which the density distribution which is as uniform as possible can be achieved. Typical densities are therefore 6.4 g / cm 3 - 6.6 g / cm 3, but can also be chosen higher depending on the chemical composition and compressibility of the powder.

[0041] Die gegebenenfalls erforderlichen Schmiermittel können entweder mit konventionellen Tauchmethoden oder bevorzugt mittels Sprühverfahren vor oder während dem Pressen auf das Bauteil aufgebracht werden.The optionally required lubricants can be applied to the component either by conventional dipping methods or preferably by means of spraying prior to or during the pressing.

[0042] 3) Entwachsen + Sintern [0043] Die Presslinge können durch thermische Behandlung bevorzugt unter Einwirkung von zumindest teilweise aufkohlender oder leicht oxidierender Atmosphärengase entwachst werden, 4/133) Dewaxing + Sintering The pellets can be dewaxed by thermal treatment, preferably under the action of at least partially carburizing or slightly oxidizing atmospheric gases

Merreöiise-ts pitesSäsnt AT512 329B1 2014-01-15 d.h. zumindest teilweise vom organischen Bindemittel und von Schmiermitteln durch Ausbrennen befreit werden (sofern dies nicht in einem nachfoldenden Prozessschritt, wie dies nachstehend noch erläutert wird) und gesintert, bevorzugt in kontinuierlich arbeitenden Sinteröfen. Hierbei werden reduzierende Atmosphären durch Verwendung von Stickstoff-Wasserstoff-Gemischen mit bis zu 30 Vol.-% Wasserstoffanteil erreicht. Optional können auch Aufkohlungsgase, wie z.B. Methan, Propan, oder dergleichen, verwendet werden oder durch leicht oxidierenden Charakter des Prozessgases (gegebenenfalls nur in Teilbereichen des Sinterofens) das Entwachsen unterstützt werden, beispielsweise durch Endogas, befeuchteten Stickstoff, oder dergleichen. Das Sintern kann aber auch unter Vakuum erfolgen, wodurch eine Stabilisierung der Flüssigphase beim Sintern erreicht werden kann.Merreöiise-ts pitesSäsnt AT512 329B1 2014-01-15 i. at least partially freed of the organic binder and lubricants by burnout (unless this is in a postpolluting process step, as will be explained below) and sintered, preferably in continuous sintering furnaces. In this case, reducing atmospheres are achieved by using nitrogen-hydrogen mixtures with up to 30 vol .-% hydrogen content. Optionally carburizing gases, e.g. Methane, propane, or the like can be used or by slightly oxidizing character of the process gas (optionally only in sections of the sintering furnace), the dewaxing be supported, for example by endogas, humidified nitrogen, or the like. The sintering can also be carried out under vacuum, whereby a stabilization of the liquid phase can be achieved during sintering.

[0044] Die Temperaturen beim Sintern liegen zwischen 1050 °C und 1350 °C je nach verwendetem Legierungssystem, die Sinterhaltezeit beträgt zwischen etwa 2 Minuten und 1,5 Stunden.The temperatures during sintering are between 1050 ° C and 1350 ° C depending on the alloy system used, the sintering holding time is between about 2 minutes and 1.5 hours.

[0045] Die Prozessführung beim Sintern wird so gewählt, dass sich bei gegebenenfalls entstehender Flüssigphase ein möglichst geringer Bauteilverzug ergibt. Die Reproduzierbarkeit des Ergebnisses wird durch entsprechende Prozesskontrolle, wie Atmosphärenkontrolle, Temperaturregelung, Taupunktmessung, etc., unterstützt.The process control during sintering is chosen so that results in the smallest possible distortion of the component if any liquid phase. The reproducibility of the result is supported by appropriate process control, such as atmosphere control, temperature control, dew point measurement, etc.

[0046] Das Sinterbauteil wird bevorzugt mit einer Abkühlrate abgekühlt, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,5 K/s, insbesondere 1 K/s, und 20 K/s, vorzugsweise 15 K/s.The sintered member is preferably cooled at a cooling rate selected from a range having a lower limit of 0.5 K / s, more preferably 1 K / s, and 20 K / s, preferably 15 K / s.

[0047] Gegebenenfalls können zur Erreichung höherer Dichten die Presslinge auch durch thermische Behandlung bei einer Temperatur von unterhalb 1100 °C unter Einwirkung voranstehend genannter reduzierender Atmosphärengase vorgesintert und eventuell nachgepresst werden, insbesondere bei gleichzeitigem entwachsen. Es kann damit die Herstellung eines leichten Sinterverbundes zwischen den Partikeln erreicht werden.Optionally, in order to achieve higher densities, the compacts are also pre-sintered by thermal treatment at a temperature of below 1100 ° C under the action of the above-mentioned reducing atmospheric gases and possibly re-pressed, in particular outgrown at the same time. It can thus be achieved the production of a light sintered bond between the particles.

[0048] 4) Thermische Nachbehandlung [0049] Verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Wärmebehandlungen sind anwendbar. Thermische Prozesse können verwendet werden um das Verhältnis von Ferrit- zu Perlit-Gefügebestandteilen zu verändern.4) Thermal aftertreatment Various heat treatments known from the prior art are applicable. Thermal processes can be used to change the ratio of ferrite to perlite constituents.

[0050] 5) Mechanische Bearbeitung [0051] Alle bekannten Verfahren der mechanischen Nachbearbeitung oder Beschichtung sind möglich.5) Mechanical Processing All known methods of mechanical finishing or coating are possible.

[0052] Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften derartiger eisenbasierter Sinterbauteile werden diese nach dem Sintern üblicherweise gehärtet, beispielsweise einsatzgehärtet. Beim Einsatzhärten wird der Anteil des Kohlenstoffs an dem Sinterbauteil im Bereich der Oberfläche sowie in oberflächennahen Schichten durch Aufkohlung erhöht. Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ist nun vorgesehen, dass vor dem Härten auf bzw. in dem Sinterbauteil eine Diffusionsbarriere für den Kohlenstoff angebracht bzw. ausgebildet wird. Es wird damit eine Steigerung der Dauerfestigkeitseigenschaften bei einsatzgehärteten Sinterformteilen erreicht. Die Dauerfestigkeitszunahme kann durch das Einbringen eines hohen Kohlenstoff-und Härtegradienten erzeugt werden.To improve the mechanical properties of such iron-based sintered components, these are usually cured after sintering, for example case hardened. In case hardening, the proportion of carbon on the sintered component in the area of the surface as well as in near-surface layers is increased by carburizing. According to the method according to the invention, it is now provided that a diffusion barrier for the carbon is applied or formed before hardening on or in the sintered component. It is thus achieved an increase in fatigue properties in case hardened sintered moldings. The fatigue strength increase can be created by introducing a high carbon and hardness gradient.

[0053] Es sei dazu angemerkt, dass unter einem hohen Kohlenstoff-Gradienten ein Konzentrationsgradient an Kohlenstoff verstanden wird, wobei die Konzentration sprunghaft, d.h. im Bereich einer Schichtdicke zwischen 400 pm und 1500 pm auf zumindest 80 % der Anfangskonzentration an der Oberfläche des Sinterbauteils abnimmt. Damit einhergehend wird ein hoher Härtegradient ausgebildet, wobei die Härte über diesen Schichtdickenbereich um 80 % bezogen auf die Härte an der Oberfläche des Sinterbauteils abnimmt.It should be noted that a high carbon gradient is understood to mean a concentration gradient of carbon, the concentration increasing abruptly, i.e., in a concentration gradient. decreases in the range of a layer thickness between 400 pm and 1500 pm to at least 80% of the initial concentration at the surface of the sintered component. Along with this, a high hardness gradient is formed, wherein the hardness decreases over this layer thickness range by 80% based on the hardness at the surface of the sintered component.

[0054] Im Allgemeinen diffundiert der Kohlenstoff beim Einsatzhärten von Sinterformteilen bzw. Sinterbauteilen sehr schnell durch die Porenkanäle und kann so in kurzer Zeit tief in das Bauteil eindringen. Durch das Einbringen einer Diffusionsbarriere kann die Eindringgeschwindigkeit des Kohlenstoffs herabgesetzt werden. 5/13In general, the carbon diffuses during case hardening of sintered components or sintered components very quickly through the pore channels and can penetrate deep into the component in a short time. By introducing a diffusion barrier, the penetration rate of the carbon can be reduced. 5.13

SstenaeidtisciKS päi:eütaf«i AT512 329 B1 2014-01-15 [0055] Als Diffusionsbarriere kann beispielsweise eine Abdeckpaste auf Kupferbasis aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufstreichen, Aufsprühen auf den oder Tauchen des Sin-terbauteil(s).For example, a copper-based masking paste may be applied as the diffusion barrier, for example by brushing on, spraying on or immersing the sintered component (s).

[0056] In der bevorzugten Ausführungsvariante wird jedoch die Diffusionsbarriere aus dem Sinterbauteil selbst, d.h. dem Werkstoff des Sinterbauteils, gebildet.In the preferred embodiment, however, the diffusion barrier is made of the sintered component itself, i. E. the material of the sintered component, formed.

[0057] Besonders bevorzugt wird das Eisen oxidiert, insbesondere zu Magnetit (Fe304). Insbesondere kann diese Oxidation mit Wasserdampf durchgeführt werden.Particularly preferably, the iron is oxidized, in particular to magnetite (Fe304). In particular, this oxidation can be carried out with steam.

[0058] Das Vorschalten eines „Dämpfprozesses" vor dem Aufkohlvorgang bewirkt die Ausbildung einer Magnetit (Fe304)-Schicht auf dem Sinterbauteil und/oder in den Poren des Sinterbauteils, d.h. in den mit Wasserdampf behandelten Oberflächenbereichen, und kann so eine Diffusionsbarriere schaffen. Der Kohlenstoff muss vor dem Eindringen in die Eisenpartikel die Oxidschicht reduzieren. So verlangsamt sich die Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs und die Eindringtiefe der Kohlenstoffatome sinkt. Dementsprechend bildet sich nur am Bauteilrand, d. h. in der Randschicht eine martensitische Zone aus, das Bauteilinnere, d.h. die Kernzone behalten das ursprüngliche Gleichgewichtsgefüge. Je stärker der Härtegradient ausgebildet ist, desto höher ist auch die Dauerfestigkeit des Bauteils. Es können mit diesem Verfahren Zahnfußfestigkeiten erreicht werden, welche 880 MPa (oF0,50 gemessen nach DIN 3990) überschreiten.The upstream of a "steaming process". prior to the carburizing operation, the formation of a magnetite (Fe304) layer on the sintered component and / or in the pores of the sintered component, i. in the water vapor-treated surface areas, and thus can provide a diffusion barrier. The carbon must reduce the oxide layer before it enters the iron particles. Thus, the rate of diffusion of the carbon slows down and the penetration depth of the carbon atoms decreases. Accordingly, only at the edge of the component, d. H. in the boundary layer, a martensitic zone, the component interior, i. the core zone retains the original equilibrium structure. The stronger the hardness gradient is formed, the higher the fatigue strength of the component. It can be achieved with this method Zahnfußfestigkeiten which exceed 880 MPa (oF0,50 measured according to DIN 3990).

[0059] Bei der Dampfbehandlung wird der Eisensinterwerkstoff in einer Atmosphäre mit Wasserdampf und Stickstoff erwärmt, sodass gemäß 3 Fe + 4 H20 —> Fe304 + 4 H2 auf der dem Wasserdampf zugänglichen Oberfläche (auch in den offenen Poren) eine dichte, blauschwarze Reaktionsschicht aus Magnetit (Fe304) gebildet wird, die mit wachsender Dicke die Porenkanäle schließt. Ihre Bildungsgeschwindigkeit sinkt mit der Schichtzunahme. Die Temperatur der Wasserdampfbehandlung kann dabei zwischen 400 °C und 800 °C, insbesondere zwischen 500 °C und 700 °C, beispielsweise bei 600 °C, betragen.In the steaming process, the iron sintered material is heated in an atmosphere of water vapor and nitrogen, so that according to 3 Fe + 4 H 2 O - > Fe304 + 4 H2 forms a dense, blue-black reaction layer of magnetite (Fe304) on the water vapor-accessible surface (also in the open pores), which closes the pore channels with increasing thickness. Their formation speed decreases with the shift increase. The temperature of the steam treatment may be between 400 ° C and 800 ° C, in particular between 500 ° C and 700 ° C, for example at 600 ° C.

[0060] Die Zeit für die Oxidation mittels Wasserdampf wird bevorzugt ausgewählt aus einem Bereich von 60 Minuten bis 420 Minuten, insbesondere aus einem Bereich von 90 Minuten bis 200 Minuten.The time for the oxidation by means of steam is preferably selected from a range of 60 minutes to 420 minutes, in particular from a range of 90 minutes to 200 minutes.

[0061] Bevorzugt wird die Wasserdampfoxidation, d.h. dieser Voroxidationsprozess, in einem kontinuierlichen Verfahren eingesetzt, bei dem die fertig gesinterten Sinterbauteile auf einem Band durch den Wasserdampf bzw. wasserdampfhaltige Atmosphäre transportiert werden. Die Bandgeschwindigkeit, die ebenfalls wie die Temperatur bzw. die Zeitdauer der Oxidation auf die Schichtdicke der gebildeten Oxidschicht Einfluss nimmt, kann zwischen 25 mm/Min und 80 mm/Min, insbesondere zwischen 30 mm/Min und 80 mm/Min, betragen. Es kann also mit diesen Parametern die der Prozess der Oxidation geregelt und/oder gesteuert werden, insbesondere die Schichtdicke der gebildeten Oxidschicht. In weiterer Folge hat diese Schichtdicke Auswirkungen auf den ausgebildeten Konzentrationsgradienten, wie dies im Folgenden erläutert wird.Preferably, the steam oxidation, i. this pre-oxidation process, used in a continuous process in which the finished sintered sintered components are transported on a belt through the water vapor or water vapor-containing atmosphere. The belt speed, which likewise influences the layer thickness of the oxide layer formed, like the temperature or the duration of the oxidation, can be between 25 mm / min and 80 mm / min, in particular between 30 mm / min and 80 mm / min. It is therefore possible with these parameters to regulate and / or control the oxidation process, in particular the layer thickness of the oxide layer formed. Subsequently, this layer thickness has effects on the formed concentration gradient, as will be explained below.

[0062] Als zusätzlicher Parameter kann der Wasserdampfanteil an der Oxidationsatmosphäre herangezogen werden. Dieser Anteil an Wasserdampf in der oxidierenden Atmosphäre kann zwischen 75 Vol.-% und 90 Vol.-%, insbesondere zwischen 80 Vol.-% und 90 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 85 Vol.-% und 90 Vol.-%, betragen. Den Rest auf 100 Vol.-% bildet dabei jeweils Luft. Insbesondere beträgt ein Mengenumsatz an Wasserdampf zwischen 40 kg/h und 100 kg/h, vorzugsweise zwischen 75 kg/h und 90 kg/h.As an additional parameter, the water vapor content of the oxidation atmosphere can be used. This proportion of water vapor in the oxidizing atmosphere may be between 75% by volume and 90% by volume, in particular between 80% by volume and 90% by volume, preferably between 85% by volume and 90% by volume, be. The remainder to 100 vol .-% forms in each case air. In particular, a volume conversion of water vapor between 40 kg / h and 100 kg / h, preferably between 75 kg / h and 90 kg / h.

[0063] Anstelle mit Wasserdampf kann die Oxidation auch mit Kohlendioxid oder Luft bzw. Sauerstoff oder Gemischen daraus bzw. mit Wasserdampf durchgeführt werden.Instead of steam, the oxidation can also be carried out with carbon dioxide or air or oxygen or mixtures thereof or with water vapor.

[0064] Durch eine lange Zeit der oxidativen Behandlung und/oder durch die Anwendung einer hohen Reaktionstemperatur und/oder einen hohen Anteil an Oxidationsmittel und/oder eine geringe Bandgeschwindigkeit wird eine relativ hohe Schichtdicke an Eisenoxid erreicht, und umgekehrt. Es ist aber auch möglich dass beispielsweise eine hohe Temperatur und eine große 6/13By a long time of oxidative treatment and / or by the application of a high reaction temperature and / or a high proportion of oxidant and / or a low belt speed, a relatively high layer thickness of iron oxide is achieved, and vice versa. But it is also possible that, for example, a high temperature and a large 6/13

MerreicfcisC-ts jBtesiiKat AT512 329B1 2014-01-15MerreicfcisC-ts jBtesiiKat AT512 329B1 2014-01-15

Bandgeschwindigkeit zur Einstellung der Schichtdicke verwendet wird.Belt speed is used to adjust the layer thickness.

[0065] Diese Aufzählung an Einstellmöglichkeiten der Oxidation ist nicht abschließend zu verstehen. Vielmehr soll damit lediglich aufgezeigt werden, dass über verschiedene Kombinationen die Schichtdicke der zu bildenden Oxidschicht - und damit in weiterer Folge die Stärke des Kohlenstoffgradienten bzw. des Härtegradienten -eingestellt werden kann.This list of possible adjustments of the oxidation is not meant to be exhaustive. Rather, it is merely intended to show that the layer thickness of the oxide layer to be formed can be adjusted by various combinations - and consequently the strength of the carbon gradient or the hardness gradient.

[0066] Die Schichtdicke der Oxidschicht beträgt vorzugsweise zwischen 1 gm und 5 gm, insbesondere zwischen 2 gm und 4,5 gm.The layer thickness of the oxide layer is preferably between 1 gm and 5 gm, in particular between 2 gm and 4.5 gm.

[0067] Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Oxidschicht nicht zwingend vollständig, d.h. durchgängig, ausgebildet sein muss, sondern auch Bereiche mit keiner oder einer dünneren Oxidschicht im Rahmen des Oxidationsprozesses zulässig sind, wenngleich in Hinblick auf einen möglichst gleichmäßige Aufkohlung eine möglichst gleichmäßige Schichtdicke über die gesamte aufzukohlende Oberfläche bevorzugt wird.It should be noted at this point that the oxide layer is not necessarily complete, i. E. continuous, must be formed, but also areas with no or a thinner oxide layer in the context of the oxidation process are allowed, although in view of a uniform as possible carburizing as uniform as possible layer thickness over the entire surface to be carburized is preferred.

[0068] Nach diesem Oxidationsprozess wird der Sinterbauteil der Einsatzhärtung zugeführt. Das Einsatzhärten kann beispielsweise als Carburieren oder Carbonitrieren durchgeführt werden. Beide Verfahren sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Es wird damit der Kohlenstoffanteil in der Randschicht erhöht.After this oxidation process, the sintered component is fed to the case hardening. Case hardening can be carried out, for example, as carburizing or carbonitriding. Both methods are well known in the art. This increases the carbon content in the surface layer.

[0069] Dazu werden in einem Aufkohlaggregat sind die dampfbehandelten Sinterbauteile einer reduzierenden Atmosphäre ausgesetzt. Die Gaszusammensetzung wird über Methanol und Stickstoff gesteuert. Der Anteil an Methanol kann dabei ausgewählt werden aus einem Bereich von 50 Vol.-% bis 80 Vol.-%, insbesondere aus einem Bereich von 50 Vol.-% bis 70 Vol.-%. Der Anteil an Stickstoff kann dabei ausgewählt werden aus einem Bereich von 20 Vol.-% bis 50 Vol.-%, insbesondere aus einem Bereich von 35 Vol.-% bis 45 Vol.-%. Beispielsweise wird eine Zusammensetzung von 40 % H2, 40 % N2, 20 % CO verwendet.For this purpose, in a carburizing unit, the steam-treated sintered components are exposed to a reducing atmosphere. The gas composition is controlled by methanol and nitrogen. The proportion of methanol can be selected from a range of 50 vol .-% to 80 vol .-%, in particular from a range of 50 vol .-% to 70 vol .-%. The proportion of nitrogen can be selected from a range of 20 vol .-% to 50 vol .-%, in particular from a range of 35 vol .-% to 45 vol .-%. For example, a composition of 40% H2, 40% N2, 20% CO is used.

[0070] Es können auch andere Gase verwendet werden, beispielsweise Endogas (Gemisch aus Erdgas und Luftsauerstoff).Other gases can also be used, for example endogas (mixture of natural gas and atmospheric oxygen).

[0071] Bei der Aufkohlung, d.h. der Erhöhung des Kohlenstoffanteils, in der Randschicht des Sinterbauteils, wird die Eisenoxidschicht, insbesondere die Magnetitschicht, an der Bauteiloberfläche sowie an den Innenflächen der offenen Porosität wird vermutlich gemäßIn carburizing, i. The iron oxide layer, in particular the magnetite layer, on the component surface as well as on the inner surfaces of the open porosity is believed to increase the carbon content in the boundary layer of the sintered component

Fe304(s) + 2 CO + 2H2(g) 3 Fe(s) + 2 CO(g) + 4 H20(g) reduziert. Der Kohlenstoff aus der Atmosphäre zersetzt daher langsam das Oxid und kann anschließend in die Eisenkörner eindiffundieren. Da der Kohlenstoff sich mit geringer Geschwindigkeit Vorarbeiten muss, kann aufgrund der gleichbleibenden bzw. etwas verkürzten Prozesszeit eine Homogenität über die Charge hinweg sichergestellt werden.Fe304 (s) + 2 CO + 2H2 (g) 3 Fe (s) + 2 CO (g) + 4 H20 (g) reduced. The carbon from the atmosphere therefore slowly decomposes the oxide and can then diffuse into the iron grains. Since the carbon must work at low speed, homogeneity throughout the batch can be ensured due to the consistent or somewhat shortened process time.

[0072] Die Prozesszeit der Aufkohlung kann dabei zwischen 60 Minuten und 640 Minuten, insbesondere zwischen 60 Minuten und 350 Minuten, betragen.The process time of the carburizing can be between 60 minutes and 640 minutes, in particular between 60 minutes and 350 minutes.

[0073] Die Temperatur der Aufkohlung kann dabei zwischen 800 °C und 1000 °C, insbesondere zwischen 830 °C und 950 °C, vorzugsweise zwischen 850 °C und 900 °C, betragen.The temperature of the carburizing can be between 800 ° C and 1000 ° C, in particular between 830 ° C and 950 ° C, preferably between 850 ° C and 900 ° C.

[0074] Durch die Variation von Aufkohltemperatur und Aufkohlzeit kann die Tiefe der martensi-tischen Randzone gesteuert werden. Die Diffusionsgeschwindigkeit bzw. der Diffusionskoeffizient steigt exponentiell mit der Temperatur und mit der Wurzel der Zeit an. Somit kann abgeschätzt werden, wie weit der Kohlenstoff ins Bauteil eindringen kann.By varying the carburizing temperature and carburizing time, the depth of the martensitic edge zone can be controlled. The diffusion rate or the diffusion coefficient increases exponentially with the temperature and with the root of the time. Thus, it can be estimated how far the carbon can penetrate into the component.

[0075] Die Aufkohlung kann als reine Carburierung durchgeführt werden. Ebenso ist es aber möglich, während der Aufkohlung andere Elemente einzubringen bzw. das Sinterbauteil mit zumindest einem weiteren Element anzureichern, also beispielsweise eine Carbonitrierung durchzuführen.The carburizing can be carried out as a pure carburization. However, it is likewise possible to introduce other elements during the carburization or to enrich the sintered component with at least one further element, that is to say to carry out, for example, carbonitriding.

[0076] Durch die Einbringung der Diffusionsbarriere erreicht man bei der anschließenden Aufkohlung des Sinterbauteils wie bei Schmiedeteilen eine stark abgegrenzte, martensitische Randzone. Bei einem starken Härtegradienten, welcher durch einen sprunghaften Übergang 7/13By introducing the diffusion barrier is achieved in the subsequent carburization of the sintered component as forged parts a strongly demarcated, martensitic edge zone. At a strong hardness gradient, which by a sudden transition 7/13

Merreicfcische;; jBtesiitiat AT512 329B1 2014-01-15 vom martensitischen ins Gleichgewichtsgefüge, d.h. in ein perlitisch-ferritisches Gefüge, erzeugt wird, kann die dynamische Performance gesteigert werden, da damit die Sinterbauteile einerseits eine harte Randschicht und andererseits eine dazu relativ weiche Kernzone aufweisen. Bei Sinterbauteilen, die ohne die Ausbildung der Diffusionsbarriere vor der Aufkohlung, also insbesondere ohne Oxidationsschritt, hergestellt werden, gelangt der Kohlenstoff hingegen aufgrund des hohen Diffusionskoeffizienten bis tief ins Bauteilinnere. Nach dem Abschrecken wird so im Großteil des Bauteilvolumens ein martensitisches Gefüge erzeugt, wodurch das Sinterbauteil spröde wird und die Dauerfestigkeitseigenschaften herabgesetzt werden.Merreicfcische ;; JBtesiitiat AT512 329B1 2014-01-15 martensitic to equilibrium structure, i. is produced in a pearlitic-ferritic microstructure, the dynamic performance can be increased, since thus the sintered components on the one hand have a hard edge layer and on the other hand a relatively soft core zone. In the case of sintered components, which are produced without the formation of the diffusion barrier prior to carburization, that is to say in particular without an oxidation step, the carbon, on the other hand, penetrates deep into the component due to the high diffusion coefficient. After quenching, a martensitic microstructure is thus produced in the majority of the component volume, as a result of which the sintered component becomes brittle and the fatigue properties are reduced.

[0077] Vorzugsweise ist die die aufgekohlte Randschicht eine Schichtdicke mit einem Wert zwischen 0,1 x mn bis 0,2 x mn auf, wobei mn der Modul ist, wie voranstehend erläutert. Bei anschließender drehender oder spanender Bearbeitung sowie bei Schleifoperationen kann der Materialabtrag in einem Aufmaß der Randschicht berücksichtigt werden, d.h. dass im Aufkohlungsschritt die Randschicht mit einer dem Aufmaß entsprechenden größeren Schichtdicke hergestellt wird.Preferably, the carburized edge layer is a layer thickness with a value between 0.1 x mn to 0.2 x mn, where mn is the modulus, as explained above. With subsequent turning or machining as well as during grinding operations, the material removal can be taken into account in an oversize of the surface layer, i. in the carburisation step, the edge layer is produced with a larger layer thickness corresponding to the oversize.

[0078] In einer Ausführungsvariante des Verfahrens ist es auch möglich, den Schritt der Dampfbehandlung bzw. der Oxidation mit einen Abbrennvorgang zu kombinieren, sodass auf den zusätzlichen Verfahrensschritt, wie voranstehend ausgeführt, verzichtet werden kann. Es wird dabei die Temperatur zumindest zweistufig geregelt, wobei in einem ersten Schritt mit einer im Vergleich zur Oxidationstemperatur niedrigeren Temperatur der Abbrennvorgang durchgeführt wird und daran anschließend die Temperatur für die Oxidation auf voranstehend angegebene Werte(bereiche) erhöht wird.In one embodiment variant of the method, it is also possible to combine the step of the steam treatment or the oxidation with a burn-off process, so that it is possible to dispense with the additional method step, as stated above. In this case, the temperature is regulated at least in two stages, wherein in a first step, with a lower temperature compared to the oxidation temperature, the burning-off process is carried out and subsequently the temperature for the oxidation is increased to the above-stated values (ranges).

[0079] Im Rahmen der Erfindung wurden unter anderem folgende in Tabelle 1 beispielhaft zusammengestellte Versuche durchgeführt. Es wurde dazu ein Zahnrad aus einem Sinterpulver hergestellt. Um die Einflüsse der einzelnen voranstehend beschriebenen Parameter besser verifizieren zu können, wurde für alle Versuche dieselbe Zusammensetzung des Sinterpulvers verwendet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass im Rahmen der Erfindung auch andere eisenbasierende oder eisenhaltige Zusammensetzungen verwendet werden können.Within the scope of the invention, the following tests, for example, which are listed by way of example in Table 1, have been carried out. It was to a gear made of a sintered powder. In order to be able to better verify the influences of the individual parameters described above, the same composition of the sintering powder was used for all experiments. It should be noted, however, that within the scope of the invention, other iron-based or iron-containing compositions may be used.

[0080] Die Beispiele 1 bis 3 wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Das Beispiel Nr. 4 wurde nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt.Examples 1 to 3 were prepared by the process according to the invention. Example No. 4 was prepared by a prior art method.

[0081] Für den Vergleichsversuch mit einem nach dem Stand der Technik hergestellten Sinterzahnrad, dass nach derselben Verfahrensroute wie die Beispiele nach der Erfindung hergestellt wurde, jedoch ohne die Wasserdampfbehandlung, wurde dieselbe Zusammensetzung des Pulver verwendet.For the comparative experiment with a prior art sintered gear produced according to the same process route as the examples according to the invention, but without the steam treatment, the same composition of the powder was used.

[0082] Zusammensetzung des Sinterpulvers: 0,85 Gew.-% Mo + 0,3 Gew.-% C + 0,9 Gew.-% Presshilfsmittel, Rest FeComposition of the sintering powder: 0.85 wt .-% Mo + 0.3 wt .-% C + 0.9 wt .-% pressing aid, balance Fe

Pressdruck zur Herstellung des Grünlings: 6 t/cm2 Temperatur während des Sinterns: 1250°C Sinterzeit: 45 MinutenPressing pressure for making the green body: 6 t / cm 2 Temperature during sintering: 1250 ° C Sintering time: 45 minutes

Zusammensetzung der reduzierenden Atmosphäre: N2/H2 (60 Vol.-%/40 Vol.-%) [0083] Tabelle 1 1 2 3 4 (Vergleichsbeispiel) Oxidationszeit [Minuten! 90 90 60 Oxidationstemperatur [°Cl ca. 600 ca. 600 ca. 600 Anteil an Wasserdampf in der Oxidationsatmosphäre [Vol.-%! 80 80 80 8/13 AT512 329 B1 2014-01-15Composition of the reducing atmosphere: N 2 / H 2 (60% by volume / 40% by volume) Table 1 1 2 3 4 (comparative example) Oxidation time [minutes! 90 90 60 Oxidation temperature [° Cl approx. 600 approx. 600 approx. 600 proportion of water vapor in the oxidation atmosphere [% by volume! 80 80 80 8/13 AT512 329 B1 2014-01-15

Ssteirelcbiscises psteütawiSsteirelcbiscises psteütawi

Bandgeschwindigkeit [m/sl 50 50 80 Schichtdicke der Oxidschicht [pm] 4,1 4,1 3,5 T Öl rci 110 110 110 80 Aufkohlungszeit [Minuten] 30 + 60 30 + 60 30 + 60 90 + 90 Aufkohlungstemperatur 830 860 860 900 Kohlenstoffpegel [%] 0,5 + 0,7 0,5 + 0,7 0,5 + 0,7 0,8 + 0,65 CJF0.50 fMPal 658 898 862 7181 1: Wärmebehandelt und gehöhnt [0084] Die Aufkohlung wurde bei zwei verschiedenen Kohlenstoffpegeln durchgeführt. Aus diesem Grund sind in der Tabelle 1 für die Aufkohlungszeit zwei Zeiten angegeben, d.h. dass beispielsweise die Probe 1 für 30 Minuten mit einem Kohlenstoffpegel von 0,5 Vol.-% und für 60 Minuten mit einem Kohlenstoffpegel von 0,7 Vol.-% aufgekohlt wurde.Strip speed [m / sl 50 50 80 layer thickness of the oxide layer [pm] 4.1 4.1 3.5 T oil rci 110 110 110 80 carburizing time [minutes] 30 + 60 30 + 60 30 + 60 90 + 90 carburizing temperature 830 860 860 900 Carbon levels [%] 0.5 + 0.7 0.5 + 0.7 0.5 + 0.7 0.8 + 0.65 CJF0.50 fMPal 658 898 862 7181 1: Heat Treated and Tempered [0084] The Carburization was performed at two different carbon levels. For this reason, two times are given in Table 1 for the carburization time, i. For example, Sample 1 was carburized for 30 minutes at a carbon level of 0.5% by volume and for 60 minutes at a carbon level of 0.7% by volume.

[0085] Der Kohlenstoffpegel bezieht sich dabei auf den Kohlenstoffanteil in der Aufkohlungsatmosphäre.The carbon level refers to the carbon content in the carburizing atmosphere.

[0086] Die Öltemperatur (T Öl) in Tabelle 1 gibt die Temperatur des Abschrecköls an, in dem der Sinterbauteil abgeschreckt wird.The oil temperature (T oil) in Table 1 indicates the temperature of the quenching oil in which the sintered component is quenched.

[0087] Die Zusammensetzung der Atmosphäre während der Aufkohlung wurde dem Stand der Technik entsprechend gewählt.The composition of the atmosphere during carburization was chosen according to the prior art.

[0088] Die fertigen Sinterzahnräder zeigten in vergleichenden dynamischen Tests bessere Dauerfestigkeitseigenschaften als Sinterzahnräder gleicher Geometrie, die nach einem Verfahren ohne die Ausbildung einer Diffusionsbarriere, insbesondere einer Oxidschicht, gefertigt wurden.The finished sintered gears showed in comparative dynamic tests better fatigue properties than sintered gears of the same geometry, which were produced by a process without the formation of a diffusion barrier, in particular an oxide layer.

[0089] Die Tabelle 1 zeigt anhand der Probe mit der Nummer 1 auch, dass bei einer geringeren Aufkohlungstemperatur eine geringere Dauerfestigkeit erhalten wird.Table 1 also shows from Sample No. 1 that lower fatigue strength is obtained at a lower carburizing temperature.

[0090] In den Fig. 1 und 2 sind die Schliffbilder eines Zahns der Sinterzahnräder nach den Beispielen 1 und 4 dargestellt. Die Schliffbilder wurden mittels HNÖ3-Ätzung und anschließender Lichtmikroskopie hergestellt.In Figs. 1 and 2, the micrographs of a tooth of the sintered gears according to Examples 1 and 4 are shown. The micrographs were prepared by means of HNÖ3 etching and subsequent light microscopy.

[0091] Es ist aus den Vergleich der beiden Schliffbilder deutlich zu erkennen, dass das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Zahnrad eine ausgeprägte Randschicht aufweist, die deutlich von der Kernzone abgegrenzt ist. Der Kohlenstoffanteil an dem Übergang von der Randschicht auf die Kernzone nimmt dabei sprunghaft ab, insbesondere von einem Wert von 0,65 Gew.-% auf einen Wert von kleiner 0,1 Gew.-%, sodass zwischen der Randschicht und der Kernzone eine im Schliffbild deutlich erkennbare Phasengrenze ausgebildet ist.It can be clearly seen from the comparison of the two micrographs that the gear produced by the method according to the invention has a pronounced edge layer which is clearly delimited from the core zone. The carbon content at the transition from the surface layer to the core zone decreases abruptly, in particular from a value of 0.65 wt .-% to a value of less than 0.1 wt .-%, so that between the surface layer and the core zone in the Microsection clearly recognizable phase boundary is formed.

[0092] In Fig. 3 sind dazu die Konzentrationsgradienten für den Kohlenstoffgehalt in der Randschicht und der Übergang in die Kernzone für ein erfindungsgemäß hergestelltes Sinterbauteil (volle Quadrate) und ein Bauteil, das nach dem Stand der Technik ohne die der Aufkohlung vorgeschaltete Oxidation (ungefüllte Quadrate) dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich die Kohlenstoffkonzentration bei dem Stand der Technik Sinterbauteil über die Tiefe der Randschicht kaum ändert und dass die Kohlenstoffkonzentration in der Kernzone bezogen auf die Konzentration in der Randzone relativ hoch ist.In FIG. 3, the concentration gradients for the carbon content in the surface layer and the transition to the core zone for a sintered component (full squares) produced according to the invention and a component which, according to the prior art, without the oxidation preceding the carburization (unfilled Squares). It can be clearly seen that the carbon concentration in the prior art sintered component barely changes over the depth of the surface layer and that the carbon concentration in the core zone is relatively high relative to the concentration in the edge zone.

[0093] I m Vergleich dazu nimmt die Kohlenstoffkonzentration - mit Ausnahme von geringen Unstetigkeiten im Verlauf - deutlich ab, sodass der Kohlenstoffgradient im Vergleich zu jenem im Stand der Technik Sinterbauteil deutlicher ab und ist auch die Konzentration an Kohlenstoff in der Kernzone deutlich geringer als in der Randzone. Verbunden damit wird also ein Sinter- 9/13In comparison, the carbon concentration - with the exception of minor discontinuities in the course - decreases significantly, so that the carbon gradient compared to that in the prior art sintered component more clearly and the concentration of carbon in the core zone is significantly lower than in the edge zone. Related to this is thus a sintered 9/13

östeireiciiiäches fiäii'Uä.'st AT512 329 B1 2014-01-15 bauteil erreicht, dass eine relativ hohe Härte in der Randzone und eine verglichen damit deutlich geringere Härte in der Kernzone aufweist.This device achieves a relatively high hardness in the edge zone and, compared with that, significantly lower hardness in the core zone.

[0094] Die ungefüllten Dreiecken bezeichneten Messwerte geben den Verlauf der Konzentration an Stickstoff in der Randzone in dem Sinterbauteil nach dem Stand der Technik wieder, die vollen Dreiecke den entsprechenden Verlauf im erfindungsgemäßen Sinterbauteil.The unfilled triangles indicated measured values represent the course of the concentration of nitrogen in the edge zone in the sintered component according to the prior art, the full triangles the corresponding course in the sintered component according to the invention.

[0095] Schließlich zeigen die Kreise den Verlauf des Sauerstoffanteils im Sinterbauteil nach dem Stand der Technik.Finally, the circles show the course of the oxygen content in the sintered component according to the prior art.

[0096] Prinzipiell sind Kohlenstoffkonzentrationsgradienten einstellbar die zwischen 0,8 Gew.-% und unter 0,1 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,7 Gew.-% und 0,1 Gew.-%, liegen.In principle, carbon concentration gradients are adjustable which are between 0.8% by weight and less than 0.1% by weight, in particular between 0.7% by weight and 0.1% by weight.

[0097] Es können mit dem Verfahren nach der Erfindung Sinterbauteile hergestellt werden, die eine Härte HV 0,3 in der Randschicht zwischen 600 und 750, insbesondere zwischen 650 und 750, aufweisen. Die Härte HV 0,3 in der Kernzone kann zwischen 100 und 200, insbesondere zwischen 120 und 180, betragen.With the method according to the invention, it is possible to produce sintered components which have a hardness HV 0.3 in the boundary layer between 600 and 750, in particular between 650 and 750. The hardness HV 0.3 in the core zone can be between 100 and 200, in particular between 120 and 180.

[0098] Neben Zahnrädern jeder Art können nach dem Verfahren nach der Erfindung auch andere Sinterbauteile hergestellt werden, beispielsweise Synchronringe, Schiebemuffen, Kupplungskörper, etc..In addition to gears of any kind, other sintered components can be produced by the method according to the invention, for example, synchronizer rings, sliding sleeves, coupling body, etc ..

[0099] Die Ausführungsbeispiele beschreiben mögliche Ausführungsvarianten des Verfahrens zur Herstellung eines Sinterbauteils, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind. 10/13The embodiments describe possible embodiments of the method for producing a sintered component, wherein it should be noted at this point that various combinations of the individual embodiments are possible with each other. 10/13

Claims (7)

iisteirelcNscsei AT512 329 B1 2014-01-15 Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von gehärteten Sinterbauteilen, nach dem aus einem eisenhaltigen Sinterpulver, insbesondere Stahlpulver, das Sinterbauteil durch Sintern hergestellt wird, wobei nach dem Sintern eine Härtung zumindest eines Bereichs zumindest der Oberfläche des Bauteils durch Aufkohlung erfolgt, wobei vor der Aufkohlung der zu härtende Bereich, insbesondere das gesamte Sinterbauteil, zumindest teilweise mit einer Diffusionsbarriere für den Kohlenstoff versehen wird, die durch Oxidation aus dem Werkstoff des Bauteils erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidation mit einem Abbrennvorgang kombiniert wird.1. A process for producing hardened sintered components, according to which the sintered component is produced by sintering from an iron-containing sintered powder, in particular steel powder, wherein hardening of at least one region of at least the surface of the component after sintering by carburization, wherein prior to carburizing the area to be hardened, in particular the entire sintered component, is at least partially provided with a diffusion barrier for the carbon, which is generated by oxidation of the material of the component, characterized in that the oxidation combined with a burn-off becomes. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidation mit Wasserdampf durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the oxidation is carried out with steam. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidation bei einer Temperatur zwischen 400 °C und 800 °C durchgeführt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the oxidation is carried out at a temperature between 400 ° C and 800 ° C. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufkohlung bei einer bei einer Temperatur zwischen 800 °C und 1000 °C durchgeführt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the carburization is carried out at one at a temperature between 800 ° C and 1000 ° C. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufkohlung innerhalb einer Zeit zwischen 1 Stunde und 8 Stunden durchgeführt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the carburization is carried out within a time between 1 hour and 8 hours. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kombination der Oxidation mit dem Abbrennvorgang, die Temperatur zumindest zweistufig geregelt wird, wobei in einem ersten Schritt mit einer im Vergleich zur Oxidationstemperatur niedrigeren Temperatur der Abbrennvorgang durchgeführt wird und daran anschließend die Temperatur für die Oxidation auf eine Temperatur zwischen 400 °C und 800 °C erhöht wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that for the combination of the oxidation with the Abbrennvorgang, the temperature is controlled at least two stages, wherein in a first step with a lower temperature compared to the oxidation temperature of the burning process is performed and then the temperature for the oxidation to a temperature between 400 ° C and 800 ° C is increased. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sinterbauteil mit einer Verzahnung hergestellt wird, die eine gehärtete Randschicht mit einem Kohlenstoffgradienten aufweist, und die eine Schichtdicke mit einem Wert zwischen 0,05 x mn bis 0,5 x mn aufweist, wobei mn der Modul (Durchmesser/Zähneanzahl) ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 11 /137. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a sintered component is produced with a toothing having a hardened edge layer with a carbon gradient, and the one layer thickness with a value between 0.05 x mn to 0.5 x mn, where mn is the modulus (diameter / number of teeth). For this 2 sheets drawings 11/13