DE1918176B2

DE1918176B2 - Niedriglegiertes homogenes eisenpulver zur herstellung von haertbaren sinterstaehlen

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Publication number: DE1918176B2
Application number: DE19691918176
Authority: DE
Inventors: Per Folke Grek Sven Erik Haganas Lindskog (Schweden)
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1968-04-16
Filing date: 1969-04-10
Publication date: 1971-12-23
Also published as: FR2006263A1; ES366038A1; JPS5112564B1; BE731480A; NL6905847A; AT308160B; SE317522B; DE1918176A1; CH533685A; GB1259369A

Description

Die Herstellung von Maschinenteilen durch Pressung und Sinterung von Eisenpulver ist eine Technik, deren Anwendung während der letzten Jahrzehnte wegen der erreichten Vorteile stark gewaschsen ist. Unter anderem ermöglicht diese Technik die Erreichung enger Toleranzen Tür komplizierte Teile mit nur einigen wenigen einfachen und ökonomisch vorteilhaften Arbeitsgängen im Vergleich mit der konventionellen schneidenden Bearbeitung. Mit "reinem gesintertem Eisen wird allgemein eine Zugfestigkeit von 15 bis 25 kp/mm¹ erhalten. Höhere Festigkeitswerte werden in der heutigen Technik durch Einmischung von Kupfer, Nickel und/oder Graphit in das Eisenpulver vor der Pressung erreicht. Auch andere Legierungszusätze sind bekannt. Bei der Sinterung der auf diese Art hergestellten Teile erfolgt eine mehr oder weniger weitgehende Homogenisierung der Legierungszusammensetzung durch Diffusion.

Sintermaterial, das Kohlenstoff enthält, kann zur weiteren Verbesserung der Festigkeit und der Härte auf ähnliche Weise wie konventioneller Stahl gehärtet werden. Genau wie bei konventionellen Stählen sind die Härtungsergebnisse bei Sinterstahl dimensionsabhängig, da die für die Härtung notwendige martensitische Struktur nur bei Abkühlungsgeschwindigkeiten erreicht wird, die eine bestimmte Grenze überschreiten. Wachsende Dimensionen führen zu niedrigeren Abkühlungsgeschwindigkeiten. Die Grenze für die kritische Aokühlungsgeschwindigkeit kann durch Zusatz von gewissen Legierungselementen nach unten verschoben werden, und demzufolge lassen sich größere Teile durchi.ärten. Mit der Härtbarkeit eines Materials ist die größte Tiefe gemeint, bei welcher ein Probekörper von definierter Form unter gegebenen Härtungsbedingtingen eine gewisse Härte erreichen kann. Zusätze von die Härtbarkeit erhöhenden Legierungselementen durch Einmischung von Legierungsmetallpulver vor der Pressung sind bei der jetzigen Technik üblich. Die Schwierigkeit, eine ausreichend homogene Verteilung von Legierungselementen im fertigen Material mit Sinterungstemperaturen und Sinterungszeiten zu erreichen, die vom Gesichtspunkt der Kosten annehmbar sind, bedeutet hierbei eine Begrenzung.

Hine Verbesserung stellt in dieser Hinsicht die neue Methode dar. die im schwedischen Patent 12 123 ftf) beschrieben ist und die die Herstellung von partiell vorlegicrtcn Pulvern betrifft. Gemäß dieser Methode werden die Legierungsstoffc in extrem feiner, gegebenenfalls oxydischc. Form dem Eisenpulver zugesetzt, worauf die Mischung einer Glühung in reduzierender Atmosphäre unterzogen wird. Hierbei tritt eine gewisse Festsintcrung der Legicrungspartikeln auf den Eisenpartikeln ein. Auf diese Art wird eine stabile, feindisperse Verteilung der Legierungsstofle im Pulver erreicht, die in unverändertem Zustand während der Pressung beibehalten wird, und da» sehließluth gesinterte Material wird weniger inhomogen, el» wenn eine einfache Pulverrnischung mit derselben Zusammensetzung benutzt worden wäre, Wenn man diese Technik benutzt, kann die hohe Kompressibilität des Eisenpulver* beibehalten werden, da nur eine geringe Menge der Legierungsstofle sich in den Bisen· partikeln gelöst hat.

Die Sinterungsatmosphfire, wie dissoziierte» Ammoniak, Endoaas u.dgl., welche in den Industriellen Sinterungsofen eingestellt wird, enthalt immer außer Wff und anderen reduzierenden oder Inerten Bestandteilen auch Wasserdampf. Wasserdampf dissoziiert teilweise gemüß folgender Reaktionsformel:

H₂O

H₂ + 1/2 O₂

Hierbei gilt

o ₌ __RTln

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

1/2 RT In p_o = -RTIn

-JG°

Gewöhnlich pflegt der Wasserdampfgehalt von eine. solchen Größenordnung zu sein, daß der Taupunkt der Atmosphäre zwischen -10 und + 5⁰C liegt, das bedeutet für dissoziiertes Ammoniak, daß das Sauerstoffpotential - 50,3 bis - 56.4 kcal pro Grammatom Sauerstoff bei 1120" C beträgt, welches die am häufigsten angewandte Sinterungstemperatur ist. Dieses Sauerstoffpotential ist so hoch, daß gewisse Legierungselemente, deren Verwendung denkbar ist, bei der Sinterung oxydieren und dadurch ihre Wirkung verlieren würden. Die Gleichgewichtsbedingungen einer solchen Oxydation können allgemein wie folgt geschrieben werden:

Me + 1/2 O₂ ZZZZ MeO
Hierbei gilt
IG₂' = -RTIn —"-*&■

und

\/2RT\np_Oi = 1G$

Man sieht hieraus, daß das Sauerstoffpotential. bei welchem die Metalle M' <u oxydieren beginnen, erhöht wird, wenn die Metalle Me in einem anderen Metall gelöst sind. d. h.. wenn dessen Aktivität niedriger ist als I.

Bei reinen Mischungen von Eisenpulver uiv? Legierungsmetallpulver oder Pulver, das nach dem Verfahren des schwedischen Patents 12 123/66 hergestellt

so wurde, sind die Legierungsmetallpartikeln fast rein, d. h.. die Einlösung von Legierungsmetallen ins Eisen erfolgt nicht vor der eigentlichen Sinterung. Dies bringt mit sich, daß für oxydationsempfindltche Legierungseiemcnte die Gefahr der Oxydation besteht.

5» bevor die Auflösung ihren Anfang genommen hat.

Bei homogen legierten Pulvern, d. h. Pulvern, deren Partikeln eine vollständig homogene Verteilung sämt-HcherLegierungseleBienteauiweisen, wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß die Aktivillten der Legle-

rangsmetalle schon vor der Sinterung ihre niedrigsten Werte haben. Die Kohlensäurepotentiale fur gewisse LegteningsstoiFe bei 1!20⁰C werden nachfolgend in Tabelle 1 wiedergegeben. Aus der Tabelle geht hervor, daß die LegierungsstofFe Cu, Mo und Ni weniger

*s Qxvdationsempflndlicb sind als Eisen, und deshalb genauso gut in partiell vorlegierten Pulvern wie in homogenen verwendet werden können. P, Cr, Mn, Ta. Nb, V, B, Ti und Al sind beträchtlich mehr oxy·

juiionsempfindlich, und für diese Stoffe lsi es ein Vorteil, wenn sie vor der Sinterung homogen verteilt iind.

Aus den oben gemachten Ausführungen geht hervor, daß homogene, vorlegierte Pulver vorzuziehen sind, teils, weil man eine völlig homogene Struktur in den gesinterten Teilen erreichen, teils, weil man die oxydationsempfindlichen Legierungselemente mit größerem Vorteil verwenden kann als bei partiell vorlegierten Pulvern oder Mischungen. Eine große Schwierigkeit bedeutet jedoch die Tatsache, daß die meisten Legierungsstoffe in fester Lösung im Eisen ihre Härte erhöhen; das aber hat zur Folge, daß die Kompressibilität des Pulvers sich verschlechtert.

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

Gemäß der Erfindung wird ein homogen legiertes, extrem verteiltes Eisenpulver mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,1 Gewichtsprozent für die Herstellung härtbarer Sinterstähle mittels pulvermetallurgischer Technik unter Zusatz von Kohlenstoff, in Gegenwart üblicher in Stahl anwesender Verunreinigungen und gegebenenfalls unter Verwendung von Al, Ca, 5'r u.dgl. als Desoxydationsmitteln, vorgeschlagen, das dadurch gekennzcJmet ist, daß es bis zu einer Menge von höchstens 10 Gewichtsprozent wenigstens einen Legierungsbestandteil enthält, dessen Konzentration

durch den Quotienten mindestens gleich 0,40 be-

stimmt	ist, wobei	/ =	dF dC

und		K =	dG dC

ist und C die Konzentration des oder der Legierungsstoffe, F den Multiplikationsfaktor der Härtbarkeit und G die Streckgrenze in kp/mm² bedeutet.

Es ist hierbei zweckmäßig, die Einwirkung verschiedener Legierungsstoffe teils auf die Härtbarkeit, teils auf die Härte des kohlenstofffreien Eisensund oder dessen Streckgrenze zu vergleichen. Die Einwirkung der Legierungsstoffe auf die Härtbarkeit wird gewöhnlich als Multiplikationsfaktor [F) angegeben, womit der Faktor gemeint ist, mit weichern die Härtbarkeit für eine reine Eisen-Kohlenstoff-Legierung multipliziert werden muß, um der HHrtbarkeit eines Stahls mit demselben Kohlenstoffgehalt, aber mit einer gegebenen Konzentration des Legierungsstoffes zu entsprechen W , Bei niedrigen Legierungsgehalten ist F im allgemeinen eine lineare Funktion der Legierungskonzentration C. Zu der nachfolgenden Tabelle I

dr
wird die Konzentrationsderivate/ = -ν- für eine

Reihe von Legierungselementen innerhalb interessanter Konzentrationsgebiete angegeben. Des weiteren wird in der Tabelle 1 die Konzentrationsderivate

0 = -j-; für die Streckgrenze G, für kohlenstoffreies

Eisen mit Legierungssioffen in fester Lösung aufgefährt. Da die Kompressibilität des Pulvers mit steigender Streckgrenze für die Partikeln abnimmt, ist Ο also ein Maß für die Verschlechterung der Kompressibilität, die vom Legierungsstoff pro Konzentrationseinheit verursacht wird. Der Quotient ist somit

bei einem gewissen Legierungsgehalt ein Maß für die Hartbarkeitszunahme, die für eine gegebene Senkung der Kompressibilität erreicht werden kann.

Der höchste Wert Tür den Quotienten _g wird für

Bor wegen seiner die Härtbarkeit besonders erhöhenden Wirkung auch bei sehr geringen Konzentrationen erhalten. Der Multiplikationsfaktor für Bor erreicht jedoch ein Maximum von 1,76 bei einer Konzentration von 0,001% und oleibt danach konstant. Ein Borgehalt, der größer ist als 0,001%, bringt demnach eine weitere Erhöhung der Härtbarkeit nicht mit sich. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß ein Borgehalt bis zu 0,005% eine unerwünschte Senkung der Kom pressibilität nicht nach sich zieht. Durch weitere Zugabe eines oder mehrerer LegierungsstofTe kann der Gesamtwert des Multiplikationsfaktors für den Sinterstahl und damit dessen Härtbt.ieit noch mehr erhöht werden.

Das nach Bor günstigste Element ist Chrom mit J = 1,08. Für Chrom gilt, im Gegensatz zu Bor.

daß der Multiplikationsfaktor bis zu einer Konzentration von ca. 5% fast linear und danach weiterhin mit etwas geringerer Geschwindigkeit bis zu etwa 13% zunimmt. Bei noch höheren Chromgehalten wird das Austenitgebiet so stark begrenzt, daß das Material aus diesem Grund schwer zu härten ^|7) ist. In der Tabelle I ragen des weiteren Molybdän und Mangan als wertvolle, die Härtbarkeit erhöhende Zusätze ( J = 0.61 bzw. 0.47) heraus. Diese beiden Stoffe er-

geben eine fast lineare Erhöhung des Multiplikationsfaktors bis zu Gehalten von 3 bis 5%.

UgierungsstolT

Al Si P

Ocwictiisprozcni

0 bis 0,001 > 0,001 Obis I ObIs 2 0 bis 0,12

Tabelle I

kp/tnm¹

76t¹³¹ 0

1.93 & 1.67«^J» 3.50"»

C105*)]

9,2 19,7

74

J-g

mm'/kp

0.21 0,08 0.05

1,76

'.i RT In P_n.

beil IWC und

der Aktivität IP"

kcal/Grammatom

Sauerstoff

-74

-99

-75 -61

Fortsetzung

	Konzeniraiionsbereich Gewichtsprozent	/	kp/mnr	f	''ffHWf	Vj HT In /¹O.
tegierungssiorr	O bis 0,11	6,50 <³'	15,5	8 mmVkp	1,61	bei mQ-Cund der Aktivität I^\|Λ kcal/Grammaton Sauerstoff
Ti	0,11 bis 0,25	-6,30		0,41		-93
	0 bis 0,25	2,70 '³'	5,6·	—	1,44
V	0,25 bis 0,8	-1,73		0,48		-71
	0bis4	3,25^\|5'	3,0	—
Cr	4 bis 13	>! <3,25		1,08		-62
	0 bis 4	4,3 ⁽⁵>	9,2
Mn	0 bis 3	l,75f⁵)	7,4	0,47		-68
Ni	Obis I	1.75^f5)	25	0,25		-29
Cu	0 bis 0,8	0,88'^4\|		0,07		- 16
Nb	0,1	4,50 <⁵>	7,4			-70
Mo				0,61		-38
Ta						-69
Fe				-41

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

Literaturhinweise:

¹¹¹ Sandvikens Handbuch. Teil 7. Bd. II, S. 54.

¹¹¹ C ο m s t ο c k. G F.. Titanium in Iron and Steel. 1955. S 116.

'^J| G r a η g e. R. A., Boron. Calcium. Columbium and Zirconium in Iron and Steel, 1957, S.

¹⁴¹ Ibid. S. 155.

·*· Metals Handbuch. 1948. S. 498.

I"' G I a s s η e r. A.. The thermochcmical properties of the oxides, fluorides and chlorides to 2500 K, US Government printing office: 1959

0-490339

^rl E. H ο u d r c m ο η t. Handbuch der Sonderstahlkunde. 1956. S. 629.

'"¹L. Meyer. CSirassburger und D. Schauwinhold. Archiv Tür das Eisenhüttenwesen. 35 (1964), S. 541 bis 549. ^|U| Sandvikcns Handbuch. Teil 7. Bd. I. S. 109.

40

45

Vanadin und Titan haben schließlich auch relativ hohe Werte für den Quotienten ■■-- (0,48 und 0,41 resp.),

aber der Multiplikationsfaktor ist auf maximal 1,44 bzw. 1,61 begrenzt; diese Werte werden bei 0,25 bzw, 0,11 Gewichtsprozent erreicht, weshalb diesen beiden Stoffen ein relativ begrenzter Wert vom Gesichtspunkt der Härtbarkeit zugeschrieben werden muß.

Es hat sich gezeigt, daß die Stoffe, bei welchen der

Quotient f 0.40 übersteigt, als Legierungsmittel in

homogen legiertem Eisenpulver zur Herstellung von härtbaren Sinterstählen besonders geeignet sind. Offensichtlich ungeeignet sind Stoffe, wie Silicium, Phosphor und Kupfer ( ^f - 0,08,0,05 bzw. 0,07). weshalb deren

Gehalt so niedrig wie möglich gehalten werden sollte. Aluminium und Nickel nehmen eine Zwischenstellung «in( ^J = 0,21 bzw. 0.25).

Es ist bekannt, daß die Festigkeitseigenschaften der Metalle sich mit zunehmender Korngröße verschlechtern. Das Sintermaterial wird während der Sinterung solchen Bedingungen ausgesetzt, daß die Kornvergrößerung gefordert wird. Kleine Zusätze eines der Legierungsstoffe Nb, Ti oder V haben sich als wirksam erwiesen, die Kornvergrößerung in solchen Stählen ^ zu begrenzen. Um festzustellen, inwieweit dieselbe Wirkung mit Sinterstahl erreicht werden kann, wurden Versuvhc mit homogen legierten Pul* vera, teils ohne, teils mit kornverfeinernden Zusätzen unternommen. Die Pulver wurden zusammen mi 0,6% Graphit und 0,5% Zinkstearat zu zylindrischei Probekörpern gepreßt, die 1 Stunde in reduzierenden Gas mit einem Kohlenstoffpotential entsprechend den eingemischten Graphitgehalt bei Π 20° C gesinter und danach langsam auf Zimmertemperatur abge kühlt wurden. Eine metallographische Untersuchunf von Probekörpern ergab, daß die Korngröße be Zusatz von Nb, Ta, Ti und V abnahm. Die Ergebnisse werden unten in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Cr, %

Mo, %

Nb, %

Ta, %

Ti, %

Korngröße nach Sinterung gemäß JKM-Skala M Probe !

0,0013

0.52

0,48

11

Probe 2

0.0010

0,50

0,47

0,031

0,003

Probe 3

0,0012

0,49

0,52

0,09

10

Probe 4

0,0009

0,51

0,47

0,22

Die Konzentrationen von Titan und Vanadin wurden so gewählt, daß sie der maximalen Härtbar· keit entsprachen. Bei höheren Gehalten hätte vielleicht

noch eise stärkere Kemverfeinening effeieht werden können, aber der Multielikaiionsfaktor hätte abgenommen. Niob wards bei der Herstellung de» Pulvers in For» von Fefro«Niob«Tan{al zugesetzt, wobei das Verhältnis zwischen der» Niob» und Tantalgehalt etwa Iu: 1 betrug. Der Niobgehalt wurde auf 0,03 Oewtehtspfozent begrenzt, de sieh bei Versuchen mit soliden Stählen PI gezeigt hat, daß eine weitere Ir* hehtmgt des Niobzusataes eine bessere Wirkung flieht ergibt

Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, daß Niob-Tantal die stärkste kornverfeinernde Wirkung aufweist, gefolgt von Vanadin und schließlich Titan.

Bei der Herstellung von homogen legiertem Stahlpulvcr durch Feinverteilung von geschmolzenem Stahl ist es wünschenswert, sowohl den Kohlenstoffgehalt der Schmelze, als a:ich den Sauerstoffgehalt auf niedrige Werte zu senken. Bei allzu hohen Kohlenstoffgehalten wird ein Teil der Legierungselemente als Karbid gebunden, und dadurch wird die Kompressibilität des Stahlpulvers gesenkt. Ein niedriger Kohlenstoffgehalt in der Schmelze hat einen hohen Sauerstoffgehalt zur Folge. Dies bedeutet für gewisse empfindliche Legierungselemente die Gefahr einer Oxydation. Es ist deshalb notwendig, vor der Zugabe der Legierungsstoffe die Schmelze zu desoxydieren. Hierfür ist Aluminium auf Grund seiner starken Sauerstoffaffinität und seines relativ hohen ' -Wertes besonders

geeignet. Im Durchschnitt genügt ein Zusatz von . etwa 0.05% Aluminium, um den Stahl ausreichend zu desoxydieren. Zusätze von Calcium oder Zirkonium können auch zur Desoxydation verwendet werden.

Außer den vorgenannten Legierungsstoffen ist noch eine Anzahl anderer Stoffe als normale Verunreinigung im Stahl und demnach auch im Stahlpulver anwesend, das durch Feinverteilung von geschmolzenem Stahl hergestellt wurde. Demnach können kleinste Gehalte von Si. S und P nicht vermieden werden.

Die Erfindung wird durch folgende Beispiele verdeutlicht:

Beispiel I

Drei Pulver verschiedener Zusammensetzung wurden durch extreme Verteilung von geschmolzenem, niedrig kohlenstoffhaltigem Stahl. Trocknung und Glühen bei 950^rC über 1 Stunde in dissoziiertem Ammoniak hergestellt.

Die Zusammensetzungen waren wie folgt:

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

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

Für jedes dieser Pulver wurden nachstehende Berechnungen angestellt:

Die gesamte Streckgrenzenerhöhung i)G,_B„ hervorgerufen durch Legierungsstoffe in fester Lösung in dem kohlenstoffreien Pulver, wurde gemäß Des weiteren wurde der Gesamtwert des Multi« plikationsfaktors, P,„ Rlr die Härtung von kehlen' sfofThaltlgem Sinterstahl, Hergestellt aus dem Pulver gemäß

berechnet, wobei der Index 1 bis » die darin eingehen' den LegterufigselemeBte bezeichnet.

to Die Kompressibilität wurde für die drei Pulver ge· maß ASTM Standard B 331-63T ohne Einmischung Von Graphit oder Schmiermitteln überprüft.

Die Pulver wurden durch ein Siebtuch mit Maschenweite 0.147 mm gesiebt.

t5 Die Fraktion, die das Tuch passierte, wurde eingemischt und zur Herstellung gesinterter Probestäbe mit 0.6% Graphit und 0.5% Zinkstearat mit einem Druck von 6 t/cm² zu Zugprobestäben gemäß MPI Standard 10 bis 50 und Schlagprcbestäben gemäß

to Charpy. ASTM Standard E 23-66 (Simple-beam impact text specimen type A) gepreßt. Danach wurden sie bei 1120 C während einer Stunden in reduzierendem Gas mit einem Kohlenstoffpotential, das dem eingemischten Graphitgehalt entspricht, gesintert. Der

ij Kohlenstoffgehalt nach der Sinterung betrug 0.5 ± 0.03%. *;η Teil der Probestäbe wurde danach einer Wärmebehandlung durch Erhitzung auf ca. 50° C über die Phasengrenzentemperatur. Löschen in öl und Anlassen auf 250 C während einer Stunde unter-Worfen.

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

Die Härtbarkeit wurde so gemessen, daß eine Serie geometrisch gleichförmiger, zylindrischer Probekörper mit verschiedenen Durchmessern gepreßt, bei Il 20 C bis zu einer Dichte von 7.0 g/cm³ gesintert und einem End-Kohlenstoffgehalt von 0.5% während 30 Minuten bei einer Temperatur von 50^rC über der Phasengrenztemperatur austenitisiert wurde; danach wurde in öl. das bei einer Temperatur von 50" C gehalten wurde, gelöscht. Die Zylinder wurden dann in der Mitte geteilt und die Härte im Zentrum der

Schnittfläche gemäß der Vickersmethode mit 10 kg Belastung bestimmt. Eine Kurve über die Härte als Funktion der Zylinderdurchmesser wurde aufgezeichnet und der Durchmesser, bei dem die ilärte 275 kp/mm² betrug, wurde als Maß für die Härtbarkeit genommen.

Die erhaltenen Werte zeigt die nachstehende Tabelle:

G_ro, =

+AG₂+

berechnet, wobei der Index 1 bis π die eingehenden T eeieruneselemente bezeichnet.

	A	B	C
-IG₁₀,. kp/mm²	3.5 1.5 6.72 7.07 49,7 2.5 2,0	53,5 ' 7,3 5.98 6,52 40,3 1,1 1,3	9,6 10,5 6,65 7,00 53,2 3,4 2,4
Kompressibilität, g/cm^J bei 4.2 Mp/cm² Eigenschaften nach der Sinterung: Dichte, g/cm³ Bruchgrenze, kp/mm² Dehnung. % Schlagzähigkeit, kDm/cm²

Fortsetzung Eigenschaften nach der

Dichte. g/em³

Bruehgrenze, kp/mm²

Dehnung, %

Schlagzähigkeit.

kpm/cm²

Härte, kp/mm²

Härtbarkeit, mm bei 7.0g/cm'

7.07 Sl 1,2

1.6
270

6.51 75 0.4

0.5 215

28 Die Ergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle hervor: ι

6.98 98

1.8 346

46

to

Diese Ergebnisse zeigen, daß das Pulver A. das nur 0,25% Mn enthielt, (ein in sogenannten unlegierten Stählen normaler üehalt) nicht unerwartet die höchste Kompressibilität, 6.72 g/em³ hatte. Das Pulver B. dessen Legierungsstoffe eine starke Einwirkung auf die Streckgrenze *G_tot « 53,5 kp/mm² des kohlenstofffreien Eisens aufwies, besaß eine beachtlich niedrige Kompressibilität von 5.98 g/cm³, während das Pulver C. dessen Legierungsstoffe so gewählt waren, daß sie jeder für sich einen Wert des Quotienten ■*- ergaben, der 0.40 überstieg,einenniedrigenWertvon^G,_ol = 9.6 kp/mm² und folglich eine hohe Kompressibilität von 6,65 g/cm³ hatte. Die Härtbarkeit des gesinterten Materials A, das 0.5% Kohlenstoff enthielt, war niedrig und entsprach gemäß den oben beschriebenen Probebedingungen der Durchhärtung von Zylindern mit nur 6 mm Durchmesser. Die gesinterten Materialien B und C. die auch 0.5% Kohlenstoff enthielten, zeigten auf Grund der zugesetzten Legierungsstoffe eine relativ gute Härtbarkeit, entsprechend der Durchhärtung von Zylindern mit 28 bzw. 46 mm Durchmesser. Da jedoch das Material B eine niedrige Kompressibilität besaß, war seine Dichte bei der Pressung der Probestäbe mit einem Druck von 6 Mp/cm² viel niedriger als beim Material C, so daß die Festigkeitseigenschaften des erstgenannten Materials sowohl in gesintertem, als auch im wärmebehandelten Zustand beträchtlich niedriger waren.

Beispiel 2

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

D: 2,51% Cr, 0,43% Mn. <0,01% C. normale Verunreinigungen:

E: 2,46% Cr, 0.45% Mn. 0,18% V. 0.03% Nb. 0.003% Ta, 0,01% C und normale Verunreinigungen.

Das Pulver wurde gesiebt, mit Graphit und Schmiermitteln gemischt und zu Probestäben auf gleiche Art wie im Beispiel 1 gepreßt. Die Probestäbe wurden teils bei 1120" C. teils bei 1250·° C in geschlossenen Kästen während einer Stunde gesintert. Ein Teil der Probestäbe, die bei 125O°C gesintert worden waren, wurden auf dieselbe Art wie im Beispiel 1 wärmebehandelt. Die Stäbe wurden auf dieselbe Art wie im Beispiel 1 untersucht.

Schließlich wurde die Härtbarkeit aufdie Art, wie sie im Beispiel 1 beschrieben ist, gemessen.

<)G,„. kp/mm²

Kompressibilität, g'cm^J bei 4.2 M p/cm²

Eigenschaften nach der Sinte rung bei 1120 C:

Dichte, g cm'

Bruchgrenze, kp/mm²

Dehnung. %

Schlagzähigkeit, kpm/cm²

Eigenschaften nach der Sinte· rung bei I25O'C:

Dichte, g/cm'

Bruchgrenze, kp/mm²

Dehnung. %

Schlagzähigkeit, kpm/cm²

Eigenschaften nach der Wärmebehandlung des Materials bei l25O^rC:

Dichte, g cm³

Bruchgrenze, kp/mm² ....

Dehnung. %

Schlagzähigkeit, kpm/cm² Härte, kp-mm²

Härtbarkeit nach der Sinte- terung bei 1250 C. bei der Dichte 7.0 g cm'.

mm

11.3 15,6

6.63

7.01 25.2 1.5 0,8

7.22 68.3 3.1 2.8

7.19	7.15
123	138
2.0	2.1
1.7	1.9
456	472

59

12.5 2QA

6,61

6.99 24.6 1.7 1.0

7.18 77.1 3.0 2.6

>70

55 Die Härtbarkeit konnte für dieses Material nicht bestimmt werden, da auch der größte Probekörper mit einem Durchmesser von 70 mm durchgehärtet war.

Die besonders niedrigen Festigkeitswerte nach der Sinterung bei 1120 C beruhen auf der Gegenwart einer sinterungshemmenden Schicht von Chromoxyd auf den Partikeln dieses hohen Chromgehalts. Wenn dagegen eine Sinterungstemperatur von 1250° C gewählt wurde, wurde das Chromoxyd reduziert:"es konnte eine gute Sinterung eintreten, was aus den bc-. sonders guten Festigkeitseigenschaften hervorgeht.

Die kornverfeinernde Einwirkung von Niob und Vanadin wird in den hohen Werten für die Bruchgrenze des Materials E widergespiegelt. In wärmebehandeltem Zustand stiegen die Bruchgrenze und die Härie, teils auf Grund der hohen Dichte, teils auf Grund vollständiger und gleichmäßiger Martensitbildung während der Härtung. Die Härtbarkeit war für beide Materialien sehr hoch.

Beispiel 3

Zwei Pulver verschiedener Zusammensetzung wurden auf dieselbe Art wie im Beispiel 1 hergestellt. Die Zusammensetzung war wie folgt:
F: 0,005% B, 2,12% Mn, 0,01 % C. normale Verunreinigungen;

G: 1,75% Mn, 0,31% Mo, 0,01% C, normale Verunreinigungen.

11

Von den Pulvern wurden Probestäbe mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,5% auf dieselbe Art her* gestellt, wie im Beispiel 1 beschrieben. Des weiteren wurde eine Ansaht Probestäbe durch doppelte Pres· sung und Sinterung angefertigt, wobei das Pulver zu* erst mit einem Druck von θ Mp/crn¹ gepreßt, danach zur Rekristallisation bei 7SO⁰C während 15 Minuten geglüht, wtnf! wieder mit öMo/crpr¹ gepreßt und schließlich toi 1120° C während einer Stunde in einem geschlossenen Kasten gesintert wurde, Sowohl die to einfach, als auch die doppelt behandelten Probestäbe Wurden auf die Art wärmebeharidett, wie im Seispiet tngegeben. Die Stäbe wurden in der gleichen Weise, Wie aus Beispiel 1 hervorgeht, untersucht. Die Hart* barkeit wurde nach der im Beispiet 1 angegebenen Me* <5 thode bestimmt.

Die Ergebnisse waren wie folgt:

•ΙΟΙ

Kompressibilität, g/cm' bei 4,2 Nip/em²

Eigenschaften nach einfacher Pressung und Sinterung:

Dichte, g/cm'

Bruchgrenze, kp/mm²

Dehnung, %

Schlagzähigkeit, kp/cm² ..

Eigenschaften nach doppelter Pressung und Sinterung:

Dichte, g/cm³

Bruchgrenze, kp/mm²

Dehnung, %

Schlagzähigkeit, kpm/cm²

Eigenschaften nach einfacher Pressung und Sinterung sowie Wärmebehandlung:

Dichte, g/cm³

Bruchgrenze, kp/mm²

Dehnung, %

Schlagzähigkeit, kpm/cm² Härte, kp/mm²

Eigenschaften nach doppelter Pressung und Sinterung sowie Wärmebehandlung:

Dichte, g/cm^J

Bruchgrenze, kp/mm²

Dehnung, %

Schlagzähigkeit, kpm/cm²

Härte, kp/mm²

Härtbarkeit bei 7,0 g/cm³, mm

19,3 14,1

6.54

7,29 148 4,1

515 52

ίο

18,4 14,3

6,57

6.92	6,94
55.6	52,7
5,7	6.2
3,2	3,0
7,30	7,31
81,9	79,3
9,3	10,1
6.7	7,1

35

40

45

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

7,29

140 4,5 4,2

502

50

55

6o

Sinterstähle, die aus den Pulvern F und G hergestellt wurden, weisen sehr gleichartige Eigenschaften auf. Die Zähigkeit der Materialien ist als Folge deshohen Mangangehalts besonders hoch. Doppelte Pressung und doppelte Sinterung bringen eine starke Erhöhung der Diente mit sieh; das wiederum ergibt besonders hohe Festigkeitseigenschaften, vor allem naen der Wärmebehandlung. Ie wärmebehandeitern Zustand wird die Zähigkeit aus natürlichen Gründen beträchtlich niedriger ab in gesintertem Zustand.

Claims

Patentansprüche:

1. Homogen legiertes, extrem feines Bisenpulver mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,1 Gewichtsprozent 'für die Herstellung härtbarer Sinterstähle mittels pulvermetallurgischer Technik unter Zu* satz von Kohlenstoff, in Gegenwart üblicher in Stahl anwesender Verunreinigungen und gegebenenfalls unter Verwendung von Aluminium, Calcium, Zirkonium -u. dgl. als Desoxydationsmitteln, dadurch gekennzeichnet,daß es bis zu einer Menge von höchstens 10 Gewichtsprozent wenigstens einen Legierungsbestandteil enthält, dessen Konzentration durch den Quotienten — mindestens gleich 0,40 bestimmt ist,

wobei und

df
dC

dG &C

2. Eisenpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als die Härtbarkeit erhöhendes Legierungselement mindestens eines der Elemente Bor, Chrom. Molybdän. Mangan, Vanadin oder Titan enthält.

3. Eisenpulver nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Niob und/oder Tantal als Bestandteile enthält, die das Kornwachstum hemmen.

4. Eisenpulver nach jedem der Ansprüche 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß es

0,0005 bis 0.005 Gewichtsprozent Bor, 0.5 bis 3 Gewichtsprozent Chrom, 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent Mangan, höchstens 1 Gewichtsprozent Molybdän,
höchstens 0,3 Gewichtsprozent Vanadin

und/oder
Titan und

höchstens 0,1 Gewichtsprozent Niob und/odei Tantal

enthält.

5. Eisenpulver nach jedem der Ansprüche ^ und 3. dadurch gekennzeichnet, daß es

0,0005 bis 0,005 Gewichtsprozent Bor,
0,5 bis 3 Gewichtsprozent Mangan,
höchstens 1 Gewichtsprozent Molybdän,
höchstens 0,3 Gewichtsprozent Vanadin

und/oder
Titan und

höchstens 0,1 Gewichtsprozent Niob und/odei Tantal

enthält.

109552/371

13 1

6. Eisenpulver nach jedem der Ansprüche 2

7. Eisenpulver nach Jedem der Ansprüche ί

und 1, dadurch gekennzeichnet, daß es und 3, dadurch gekennzeichnet, daß es

η? hl! η ?nÜÜ^r^TJL^iaüüLn °'^{5 Ws 3} Gewichtsprozent Mangan,

0,1 Bis u,5 Gewichtsprozent Mangan, _ . ., , _. , _u »it Iju

höchstens I Gewichtsprozent Molybdän, 5 f- ™ » Gewichtsprozent Molybdän,

höchstens 0.3 Gewichtsprozent Vanadin höchstens 0,3 Gewichtsprozent Vanadiö

.j ι j _r und/odef

Titan und ^{Tltan ußd}

höehstensO.1 Gewichtsprozent Niob und/oder höchstensO,! Gewichtsprozent Niob und/ode,

Tantal '* ^Tafltal

enthält. enthält.