DE1257440B

DE1257440B - Hochverschleissfeste, bearbeitbare und haertbare Sinterstahllegierung und Verfahren zur Herstellung dieser Legierung

Info

Publication number: DE1257440B
Application number: DE1966D0050371
Authority: DE
Inventors: Fritz Frehn
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1966-06-23
Filing date: 1966-06-23
Publication date: 1967-12-28
Also published as: GB1126720A; SE316022B; FR1509279A; CH482837A

Description

Hochverschleißfeste, bearbeitbare und härtbare Sinterstahllegierung und Verfahren zur Herstellung dieser Legierung Die Erfindung betrifft eine hochverschleißfeste, im lösungsgeglühten Zustand bearbeitbare und durch Anlassen ausscheidungshärtbare Sinterstahllegierung.
Härtbare Sinterstahllegierungen, die aus einer Karbid- und Stahlkomponente zusammengesetzt und auf pulvermetallurgischem Wege zu Körpern verarbeitet werden, sind bereits bekannt. Die Karbidkomponente, die in Mengen von 25 bis 75 °/o der Gesamtlegierung vorhanden sein kann, wird der Stahlgrundmasse zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit zugegeben.
Es sind grundsätzlich zwei Herstellungsverfahren solcher Sinterstahllegierungen mit Gehalten an Hartstoffen, wie Karbiden, Boriden oder Nitriden, üblich. Einmal kann die Legierung durch Mischen der pulverförmigen Ausgangskomponenten, Pressen und Sintern hergestellt werden oder man erzeugt zunächst ein Hartstoff-, insbesondere Karbidskelett und tränkt dieses Skelett mit der gewünschten Stahlgrundmasse.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine neue Legierung vom Typ der Sinterstahllegierungen mit eingelagertem Karbid zu finden, die hochverschließfest, bearbeitbar und auch härtbar ist. Dabei soll die neue Sinterstahllegierung insbesondere die wichtige Forderung erfüllen, daß die aus ihr hergestellten und fertigbearbeiteten Gegenstände bei der Härtung keinerlei Verzug erleiden.
Sinterstahllegierungen mit Karbidanteil, bei denen die Stahlmatrix durch Umwandlung härtbar ist, weisen infolge der bei der Umwandlung auftretenden Volumenänderung häufig Risse im Mikrogefüge auf, die bei der Beanspruchung, insbesondere durch Schlag, Ausgangspunkte für Dauerbrüche an den im Betrieb eingesetzten Teilen darstellen.
Es sind zwar auch schon durch Ausscheidung härtbare Sinterstahllegierungen mit einer eingelagerten Hartstoffkomponente bekannt, die infolge ihres andersartigen Verhaltens beim Härtevorgang nicht so anfällig gegen Verzug sind wie die durch Umwandlung härtbaren Legierungen, jedoch sind die bisher bekanntgewordenen, durch Ausscheidung härtbaren Hartstoff Legierungen mit Stahlmatrix infolge ihres hohen Hartstoffanteils nicht bearbeitbar.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine Sinterlegierung vorgeschlagen, die aus 27 bis 35 °/o Titankarbid mit weniger als 0,10/, freiem Kohlenstoff; 12 bis 26°/o Nickel, 5 bis 11°/o Kobalt, 3 bis 711/, Molybdän, 0,15 bis 2,40/, Titan, 0,05 bis 0,60/" Aluminium, 0,030/, Eisen sowie unvermeidbaren Verunreinigungen an Phosphor, Schwefel und Silizium besteht.
Die genannte Legierung ist erfindungsgemäß zur pulvermetallurgischen Herstellung, d. h. Mischen, Pressen und Sintern der pulverförmigen Ausgangsstoffe, von Werkzeugen und Maschinenteilen, die beim iHärten keinerlei Verzug erleiden, z. B. Matrizen zum Stanzen von Lochblechen, bestimmt. Das beruht auf zwei Ursachen. Zum einen ist die erfindungsgemäße Legierung im lösungsgeglühten Zustand bearbeitbar, wofür der nicht zu hoch angesetzte Karbidanteil sowie der Charakter der Stahlmatrix verantwortlich sind. Zum anderen ist die erfindungsgemäße Legierung durch Anlassen ausscheidungshärtbar, was sich insbesondere auf die völlige Verzugsfreiheit beim Härten außerordentlich günstig auswirkt. Damit weist die erfindungsgemäße Sinterstahllegierung mit Karbidkomponente Eigenschaften auf, die keine bisher bekannte Legierung gleichen Typs in sich vereint.
Die Gehalte an Kohlenstoff, Silizium, Phosphor und Schwefel sollen zweckmäßigerweise 0,10/" vorzugsweise 0,501, insgesamt nicht überschreiten.
Die erfindungsgemäße Legierung besitzt neben den obenerwähnten noch eine weitere günstige Eigenschaft, nämlich eine hohe Warmfestigkeit. Aus diesem Grund soll sie gemäß der Erfindung mit Vorteil zur pulvermetallurgischen Herstellung von Werkzeugen und Maschinenteilen, die beim Härten keinerlei Verzug erleiden, wie Matrizen zum Stanzen von Lochblechen, Verwendung finden. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Legierung nach einer vorteilhaften Ausgestaltung auch für Werkzeuge, Werkzeugteile und Maschinenelemente, die gleichzeitig starkem Verschleiß und hoher Temperatur ausgesetzt sind, wie Werkzeuge zum Verpressen von Kunststoffen, Matrizen und Stempel zur Warmformgebung von Stahl, Leicht-, Schwer- und Buntmetallen, verwendet werden. Nach einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Legierung soll das Pulvergemisch aus den Ausgangsstoffen auf eine Korngröße von im Durchschnitt 3 bis 5 #tm gemahlen, gepreßt und zwischen 1340 und 1380°C, vorzugsweise 1360°C, im Vakuum von kleiner als 10-2 mm Hg gesintert werden, anschließend eine Lösungsglühbehandlung bei 820 bis 860°C mit 2stündiger Haltezeit und Luftabkühlung durchgeführt werden, worauf sich die Fertigbearbeitung der Sinterlinge und eine Härtung durch Anlassen zwischen 400 und 750°C mit einer Haltezeit von 4 bis 8 Stunden auf dieser Temperatur sowie Luftabkühlung anschließt.
Der Gehalt an Titan der erfindungsgemäßen Legierung soll vorzugsweise in Form von Titanhydrid eingebracht werden. Die Zugabe von Aluminium kann zweckmäßigerweise über gemahlene Vorlegierungen, z. B. Eisen-Aluminium, Nickel-Aluminium oder Kobalt-Aluminium, vorzugsweise Eisen-Aluminium im Verhältnis 50: 50°/fl, erfolgen.
Nachfolgend wird ein Beispiel für die Herstellung von Gegenständen aus einer Legierung mit 30,0 °/o Titankarbid, 15,001, Nickel, 9,0 °/o Kobalt, 5,0 °/o Molybdän, 0,7 °/o Titan, 0,7 °/o Aluminium, Rest Eisen gegeben. Ein Gemisch aus den einzelnen Legierungskomponenten der Stahllegierung mit dem Titankarbid wird auf eine Korngröße von im Durchschnitt 3 bis 5 #tm gemahlen, zu Formteilen verpreßt und zwischen 1340 und 1380°C, vorzugsweise 1360°C, im Vakuum von kleiner als 10-2 mm Hg gesintert. Die Sinterlinge werden dann bei 820 bis 860°C einer Lösungsglühbehandlung mit 2stündiger Haltezeit und anschließender Luftabkühlung unterzogen.
In diesem Zustand, bei dem die gebildeten intermetallischen Phasen in den Kristallen gelöst sind, können die Teile spanend bearbeitet werden, wodurch sie ihre endgültige Form erhalten. Die Härtung der fertigbearbeiteten Teile erfolgt je nach der für den Verwendungszweck notwendigen Härte durch Glühen der Teile zwischen 400 und 750°C mit einer Haltezeit von 4 bis 8 Stunden auf dieser Temperatur und anschließende Luftabkühlung. So hat z. B. eine Legierung nach dem Anlassen auf 530°C, 6stündigem Halten auf dieser Temperatur und Luftabkühlung noch eine Härte von 60 bis 62 Rc.
Sowohl das Lösungsglühen als auch die Härtung durch Anlassen sollten in vollkommen neutralen Medien oder inerten Atmosphären erfolgen, um jegliche Aufnahme von unerwünschten Stoffen, z. B. Kohlenstoff und Sauerstoff, zu vermeiden.
Nach der Härtung der Formteile durch Anlassen zeigte sich keinerlei Verzug, der zur Maßungenauigkeit der Teile oder Spannungsrissen Anlaß geben konnte. Der Einsatz von Titankarbid mit einem freien Kohlenstoffgehalt unter 0,10/" wie es gemäß der Erfindung vorgeschlagen wird, ist zweckmäßig, um die Ausscheidung von Kohlenstoff' in Form von freiem Graphit, der zur Herabsetzung der Festigkeit und Auftreten von porösen Stellen im Sinterling führt, auf ein Mindestmaß zu beschränken.

Claims

Patentansprüche: 1. Hochverschleißfeste, im lösungsgeglühten Zustand bearbeitbare und durch Anlassen ausscheidungshärtbare Sinterstahllegierung, bestehend aus 27 bis 350/, Titankarbid mit weniger als 0,10/, freiem Kohlenstoff, 12 bis 260/, Nickel, 5 bis 111>/, Kobalt, 3 bis 70/, Molybdän, 0,15 bis 2,40/, Titan, 0,05 bis 0,60/, Aluminium, 0,030/, Kohlenstoff, Rest Eisen sowie unvermeidbaren Verunreinigungen an Phosphor, Schwefel und Silizium.
2. Legierung nach Anspruch l mit der Maßgabe, daß die Gehalte an Kohlenstoff, Silizium, Phosphor und Schwefel 0,10/" vorzugsweise 0,5 °Jo, insgesamt nicht überschreiten.
3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 zur pulvermetallurgischen Herstellung von Werkzeugen und Maschinenteilen, die beim Härten keinerlei Verzug erleiden, wie Matrizen zum Stanzen von Lochblechen.
4. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 für Werkzeuge, Werkzeugteile und Maschinenelemente, die gleichzeitig starkem Verschleiß und hoher Temperatur ausgesetzt sind, wie Werkzeuge zum Verpressen von Kunststoffen, Matrizen und Stempel zu Warmformgebung von Stahl, Leicht-, Schwer- und Buntmetallen.
5. Verfahren zur Herstellung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvergemisch aus den Ausgangsstoffen auf eine Korngröße von im Durchschnitt 3 bis 5 #tm gemahlen, gepreßt und zwischen 1340 und 1380°C, vorzugsweise 1360°C, im Vakuum von kleiner als 10-2 mm Hg gesintert wird, anschließend eine Lösungsglühbehandlung bei 820 bis 860°C mit 2stündiger Haltezeit und Luftabkühlung durchgeführt wird, worauf sich die Fertigbearbeitung der Sinterlinge und eine Härtung durch Anlassen zwischen 400 und 750°C mit einer Haltezeit von 4 bis 8 Stunden auf dieser Temperatur sowie Luftabkühlung anschließt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Titan in Form von Titanhydrid eingebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Aluminium über gemahlene Vorlegierungen, z. B. Eisen-Aluminium, Nickel-Aluminium oder Kobalt-Aluminium, vorzugsweise Eisen-Aluminium im Verhältnis 50: 50 °/o, zugegeben wird.