DE60030063T2

DE60030063T2 - Pulvermetallurgisches verfahren

Info

Publication number: DE60030063T2
Application number: DE60030063T
Authority: DE
Inventors: Takashi Atsugi-shi YOSHIMURA; Hiroyuki Atsugi-shi AMMA; Chiba Works Kawasaki Steel Corp Masashi Chiba-shi FUJINAGA; Mitsumasa Atsugi-shi IIJIMA; Yasuo Atsugi-shi HATAI; Takayuki Atsugi-shi MATSUMOTO; Technical Res. Lab.Kawasaki Satoshi Chiba-shi UENOSONO; Technical Res. Lab. ofKawasaki Shigeru Chiba-shi UNAMI
Original assignee: JFE Steel Corp; Hitachi Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Hitachi Ltd
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2020-03-18
Also published as: CA2334753A1; EP1097770B1; KR20010052876A; US20020159908A1; TW436345B; EP1097770A1; WO2000062960A1; US6503443B1; US6905530B2; DE60030063D1; CN1297389A; EP1097770A4

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen, pulvergeformten Körpers.
STAND DER TECHNIK
Das Verfahren zum Herstellen von Sintermetallen enthält im Wesentlichen Mischen von Pulver als ein Ausgangsmaterial, Verdichten, Sintern und Nachbehandlung (Wärmebehandlung). Obwohl die Sinterprodukte nur durch diese wesentlichen Schritte hergestellt werden können, werden in vielen Fällen zusätzliche Schritte oder unterschiedliche Behandlungen zwischen oder nach den wesentlichen Schritten gemäß den Anforderungen durchgeführt.
Beispielsweise offenbart die erste Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 1-123005 ein Verfahren, umfassend die Schritte: Verdichten einer Pulvermischung zum Formen eines Vorformlings, vorläufiges Sintern des Vorformlings zum Formen eines metallischen pulvergeformten Körpers, Wiederverdichten (Kaltverformung) des metallischen pulvergeformten Körpers und dann Sintern (wesentliches Sintern) des wiederverdichteten Körpers. Ferner betrifft die JP 9 049 064 A ein gesintertes legiertes Lager mit geringen Abriebeigenschaften zu einem Gegenstück.
Bei dem konventionellen Verfahren besteht der Wiederverdichtungsschritt (Kaltverformungsschritt) des metallischen pulvergeformten Körpers aus einem vorläufigen Verdichtungsschritt und einem wesentlichen Verdichtungsschritt.
Der metallische pulvergeformte Körper wird nach Anlegen eines flüssigen Schmiermittels auf die Oberfläche davon vorläufig verdichtet und einem negativen Druck zum Absorbieren und Entfernen des Schmiermittels davon ausgesetzt. Danach wird der metallische pulvergeformte Körper einem wesentlichen Verdichtungsschritt unterworfen.
Da diese Schritte es dem Schmiermittel erlauben, immer noch in dem Inneren des Vorformlings zu verbleiben, können Mikroporen innerhalb des Vorformlings davon abgehalten werden, zusammenzufallen und beseitigt zu werden, wodurch verhindert wird, dass der Vorformling unter einer porösen Struktur leidet. Als ein Ergebnis erhöht sich die Dichte des erhaltenen Produkts bis zu 7,4-7,5 g/cm³, wodurch es dem Produkt ermöglicht wird, eine höhere mechanische Festigkeit als die gemäß dem Stand der Technik aufzuweisen.
Bei dem obigen konventionellen Fall wurde die Aufmerksamkeit hauptsächlich auf den Wiederverdichtungsschritt des geformten Körpers gerichtet, d.h. es wurde beabsichtigt, die Dichte davon durch den Wiederverdichtungsschritt zu erhöhen, um ein Produkt mit einer relativ hohen mechanischen Festigkeit zu erhalten. Das durch den Wiederverdichtungsschritt erhaltene Produkt weist jedoch lediglich eine begrenzte mechanische Festigkeit auf.
Um die mechanische Festigkeit des Produkts weiterhin zu erhöhen, wurde es demzufolge als wirksam angesehen, einen Kohlenstoffanteil des Produkts zu erhöhen, d.h. eine Menge von zu einem Metallpulver hinzugefügtem Graphit zu erhöhen. Generell wird jedoch die Dehnung des geformten Körpers verschlechtert und er weist eine erhöhte Härte auf, wenn sich die Menge an hinzugefügtem Graphit erhöht, wodurch Probleme wie Verschlechterung der Verformbarkeit bei Wiederverdichtung des geformten Körpers auftreten und deshalb Schwierigkeiten beim Ausführen des Wiederverdichtungsschritts.
Beispielsweise wurde in einem Merkblatt mit dem Titel "The Second Presentation of Developments in Powder Metallurgy", veröffentlicht durch die Japan Powder Metallurgy Association (November 15, 1985), Seite 90, beschrieben, dass ein metallischer pulvergeformter Körper mit einem Kohlenstoffanteil von 0,05 bis 0,5 % eine Dehnung von höchstens 10 % und eine Härte von HRB 83 aufweist. Aus der Praxis ist jedoch bekannt, dass ein metallischer pulvergeformter Körper mit einer Dehnung von nicht mehr als 10 % und einer Härte von mehr als HRB 60 schwierig zu wiederverdichten ist. Aus diesem Grund wurde verlangt, einen metallischen pulvergeformten Körper mit noch höherer Dehnung, einer geringeren Härte und exzellenter Verformbarkeit zu erhalten.
Die gegenwärtigen Erfinder haben ständig intensive Studien zum Herstellen unterschiedlicher Konstruktionsteile mit hoher mechanischer Festigkeit aufgrund der Nutzung von Sintermetallen durchgeführt. Als ein Ergebnis wurde erkannt, dass wenn Maschinenteile durch vorläufiges Sintern eines Vorformlings zum Formen eines metallischen pulvergeformten Körpers, Wiederverdichten des geformten Körpers und Unterwerfen des wiederverdichteten Körpers zu wesentlichem Sintern hergestellt wird, der metallische pulvergeformte Körper wichtige Faktoren bezüglich der Qualität der erhaltenen Konstruktionsteile aufweist. Deshalb ist es notwendig, einen geformten Körper mit einem vorbestimmten Graphitanteil, einer hohen Dehnung, einer niedrigen Härte und einer exzellenten Verformbarkeit zu erhalten. Auf Basis der obigen Erkenntnisse haben die gegenwärtigen Erfinder weitere Untersuchungen durchgeführt.
Als ein Ergebnis dieser Untersuchungen hat man herausgefunden, dass die Eigenschaften des metallischen pulvergeformten Körpers mit einem vorbestimmten Graphitanteil, insbesondere die Dehnung und Härte davon, welche wichtige Eigenschaften zum Vereinfachen des Wiederverdichtens sind, durch eine Dichte des Vorformlings vor der Bildung des geformten Körpers, einem Gefüge des geformten Körpers erhalten durch vorläufiges Sintern des Vorformlings und der Ausbildung von Kohlenstoff enthalten in dem geformten Körper, beeinflusst werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen beschriebenen konventionellen Probleme durchgeführt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen pulvergeformten Körpers mit einer exzellenten Verformbarkeit bereitzustellen. Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren wie in Anspruch 1 definiert gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie in Anspruch 6 wiedergegeben, wird der wiederverdichtete Körper gemäß der vorliegenden Erfindung durch Wiederverdichten eines metallischen pulvergeformten Körpers (nachfolgend bezeichnet als "geformter Körper") hergestellt. Der geformte Körper wird durch vorläufiges Sintern eines Vorformlings, erhalten durch Verdichten einer metallischen Pulvermischung, bei einer Temperatur von 700-1000°C hergestellt.
Der Vorformling hat eine Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³. Durch Kontrollieren der Dichte des Vorformlings auf nicht weniger als 7,3 g/cm³ erhält der durch vorläufiges Sintern des Vorformlings erhaltene geformte Körper eine hohe Dehnung und eine niedrige Härte.
Der durch vorläufiges Sintern des Vorformlings mit einer Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³ erhaltene geformte Körper hat ein Gefüge, in welchem der Graphit entlang einer Korngrenze des Metallpulvers verbleibt und im Wesentlichen keine Ausfällungen, wie beispielsweise Eisencarbide oder die Legierungselemente enthält. Dies zeigt an, dass fast kein Kohlenstoff in das Innere von Körnern des Metallpulvers diffundiert wird oder es wird zumindest nicht solch eine Bedingung verursacht, dass die ganze Graphitmenge in die Kristallkörner diffundieren, um eine feste Lösung damit zu bilden oder einen Carbid darin zu erzeugen. Insbesondere weist das Metallpulver ein Ferritgefüge als Ganzes auf oder ein Gefüge, in welchem Perlit in der Nähe von Graphit ausgefällt ist. Aus diesem Grund kann der obige geformte Körper eine hohe Dehnung, eine niedrige Härte und exzellente Verformbarkeit aufweisen.
Außerdem sind bei dem Vorformling mit einer Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³ die Lücken zwischen den Metallpulverpartikeln nicht kontinuierlich, sondern isoliert, wodurch ein geformter Körper mit einer hohen Dehnung nach dem vorläufigen Sintern erhalten wird. Das heißt, wenn die Lücken zwischen den Metallpulverpartikeln kontinuierlich sind, dringt ein atmosphärischer Gas innerhalb eines Ofens in das Innere des Vorformlings beim vorläufigen Sintern ein und ein von dem darin enthaltenen Graphit erzeugtes Gas wird um diese herum diffundiert, um Aufkohlung des vorläufig gesinterten Vorformlings zu fördern. Da jedoch die Lücken des benutzten Vorformlings bei der vorliegenden Erfindung isoliert voneinander sind, können die obigen Probleme effektiv verhindert werden, wodurch der geformter Körper mit einer hohen Dehnung erhalten wird. Da der Vorformling durch Kontrollieren der Dichte des Vorformlings auf nicht weniger als 7,3 g/cm³ im Wesentlichen frei von Kohlenstöffdiffusion beim vorläufigen Sintern ist, wird die Dehnung des erhaltenen geformten Körpers kaum durch den Graphitanteil beeinflusst. Außerdem wird darauf aufmerksam gemacht, dass, aufgrund dessen das der Vorformling im Wesentlichen frei von Kohlenstöffdiffusion ist, der durch vorläufiges Sintern des Vorformlings erhaltene geformte Körper eine verringerte Härte aufweist.
Beim vorläufigen Sintern tritt außerdem das Sintern aufgrund von Oberflächendiffusion oder Schmelzen ausgiebig an Kontaktflächen zwischen den Metallpulverpartikeln auf, so dass der erhaltene geformte Körper eine hohe Dehnung aufweisen kann.
Gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 1 angegeben, ist es somit möglich, einen wiederverdichteten Körper von dem geformten Körper zu erhalten, welcher zum Herstellen von Maschinenteilen mit hoher mechanischer Festigkeit aufgrund der Nutzung von Sintermetallen geeignet ist und eine exzellente Verformbarkeit aufweist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform, wie in Anspruch 13 wiedergegeben, wird die metallische Pulvermischung durch Mischen von nicht weniger als 0,3 Gew.-% an Graphit mit einem Eisenbasis-Metallpulver erzeugt. Durch Kontrollieren der mit dem Metallpulver gemischten Graphitmenge auf nicht weniger als 0,3 Gew.-%, kann die metallische Pulvermischung, die zur Herstellung von Hochkohlenstoffstahl in der Lage ist, erhalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie in Anspruch 6 wiedergegeben, wird der wiederverdichtete Körper gemäß der vorliegenden Erfindung durch Wiederverdichten des geformten Körpers produziert. Die Wiederverdichtung kann die mechanische Festigkeit des geformten Körpers erhöhen. Wenn insbesondere der geformte Körper mit einem Graphitanteil von nicht weniger als 0,3 Gew.-% wiederverdichtet wird, so kann der erhaltene wiederverdichtete Körper die im Wesentlichen gleiche mechanische Festigkeit wie die von Metallgusserzeugnissen/Schmiedewerkstoffe aufweisen.
Bei der wie in Anspruch 1 wiedergegebenen Erfindung ist die beim vorläufigen Sinterschritt benutzte vorläufige Sintertemperatur innerhalb des Bereichs von 700-1000°C, so dass es möglich ist, den geformten Körper zu erhalten, der ein Gefüge hat, in welchem der Graphit entlang einer Korngrenze des Metallpulvers verbleibt, welcher eine exzellente Verformbarkeit aufweisen kann, d.h. eine Dehnung von nicht weniger als 10 % und eine Härte von nicht mehr als HRB 60.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie in Anspruch 12 wiedergegeben, wird der primäre Umformschritt zum Formen des Vorformlings durchgeführt durch: Pressen der in einen Formhohlraum eines Formgesenks gefüllten metallischen Pulvermischung durch obere und untere Stempel. In diesem Fall ist die Dichte des Vorformlings insge samt nicht weniger als 7,3 g/cm³, so dass die Reibung zwischen dem Pressling und dem Formgesenk sich erhöht. Da eine Aussparung an einer oder beiden der oberen und unteren Stempel ausgebildet ist, wird die Dichte des Vorformlings lokal verringert, so dass die Reibung zwischen dem Pressling und dem Formgesenk reduziert werden kann. Aus diesem Grund wird der Vorformling auf einfache Art und Weise von dem Formgesenk durch Synergie mit dem verjüngten Abschnitt, geformt innerhalb des Formhohlraums, ausgeworfen, wodurch der Vorformling mit einer Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³ erhalten wird.
Der Wiederverdichtungsschritt wird vorzugsweise bei einer herkömmlichen Temperatur durchgeführt. In diesem Fall kann der geformte Körper auf einfache Weise aufgrund der hervorragenden Verformbarkeit davon wiederverdichtet werden.
Der Wiederverdichtungsschritt kann somit durch Anlegen einer geringen Umformlast an dem geformten Körper durchgeführt werden, wodurch ein wiederverdichteter Körper mit einer hohen Maßhaltigkeit erhalten werden kann. Der wiederverdichtete Körper hat solch ein Gefüge, in welchem Metallpartikel des geformten Körpers zum größten Teil in eine flache Form verformt sind. Da der geformte Körper an sich jedoch das Gefüge hat, in welchem der Graphit entlang einer Korngrenze des Metallpulvers verbleibt, ist der erhaltene wiederverdichtete Körper hinsichtlich maschineller Bearbeitbarkeit und Schmiereigenschaft exzellent.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der wiederverdichtete Körper nachgesintert, um einen gesinterten Körper zu erhalten. Der gesinterte Körper hat ein Gefüge, in welchem der entlang einer Korngrenze des Metallpulvers beibehaltene Graphit in ein Ferrit-basierendes Material (zum Formen einer festen Lösung oder einem Carbid damit) diffundiert und ein Gefüge, in welches der Graphit diffundiert oder in einer Ferrit- oder Perlitstruktur des Metallpulvers unter einem vorbestimmten Verhältnis verbleibt. Das vorbestimmte Verhältnis enthält keine Menge des Restgraphits.
Die Restmenge an Graphit variiert abhängig von der Nachsinterungstemperatur. Je höher die Nachsinterugstemperatur ist, desto geringer wird die Restmenge an Graphit. Durch Kontrollieren der Restmenge kann der erhaltene gesinterte Körper erwünschte mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise mechanische Festigkeit, aufweisen.
Deshalb ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie in Anspruch 8 wiedergegeben, möglich, einen gesinterten Körper durch Nachsintern eines wiederverdichteten Körpers des geformten Körpers mit einer exzellenten Verformbarkeit zu erzeugen, welcher zur Herstellung von Maschinenteilen mit einer hohen mechanischen Festigkeit aufgrund der Nutzung von Sintermetallen geeignet ist.
Die Wiederverdichtung des durch vorläufiges Sintern des Vorformlings erhaltenen Körpers wird vorzugsweise bei herkömmlicher Temperatur durchgeführt. In diesem Fall kann der geformte Körper aufgrund der exzellenten Verformbarkeit auf einfache Weise wiederverdichtet werden.
Der wiederverdichtete Körper wird zum Erhalt eines gesinterten Körpers nachgesintert. Der gesinterte Körper hat ein Gefüge, in welchem der entlang einer Korngrenze des Metallpulvers beibehaltene Graphit in ein Ferrit-basierendes Material (zum Formen einer festen Lösung oder einem Carbid damit) diffundiert und ein Gefüge, in welches der Graphit diffundiert oder in einer Ferrit- oder Perlitstruktur des Metallpulvers unter einem vorbestimmten Verhältnis verbleibt. Das vorbestimmte Verhältnis enthält keine Menge des Restgraphits.
Die Restmenge an Graphit in dem gesinterten Körper variiert abhängig von der Nachsinterungstemperatur. Je höher die Nachsinterungstemperatur ist, desto geringer ist die Restmenge an Graphit. Durch Kontrollieren der Restmenge kann der erhaltene gesinterte Körper erwünschte mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise mechanische Festigkeit, aufweisen.
Der durch Nachsintern des wiederverdichteten Körpers bei einer vorbestimmten Temperatur erhaltene gesinterte Körper wird dann wärmebehandelt. Die Wärmbehandlung kann unterschiedliche Behandlungen, wie beispielsweise Induktionsabschrecken, Aufkohlung und Abschrecken, Nitrierhärtung und die Kombinationen davon beinhalten. Der durch Nachsintern des wiederverdichteten Körpers bei einer vorbestimmten Temperatur erhaltene gesinterte Körper hat aufgrund des Wiederverdichtens eine geringere Anzahl an Lücken und eine hohe Dichte, so dass das Maß an Kohlenstöffdiffusion aufgrund der Wärmebehandlung schrittweise von der Oberfläche des gesinterten Körpers nach innen verringert wird. Aus diesem Grund weist der wärmebehandelte gesinterte Körper eine erhöhte Härte in der Nähe der Oberfläche davon auf und eine Zähigkeit in der Innenseite davon, wodurch ermöglicht wird, dass der gesinterte Körper insgesamt exzellente mechanische Eigenschaften aufweist.
Deshalb kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie in Anspruch 10 wiedergegeben, der gesinterte Körper erhalten werden, welcher zur Herstellung von Maschinenteilen mit einer hohen mechanischen Festigkeit aufgrund der Nutzung von Sintermetallen geeignet ist, durch Wärmebehandeln des gesinterten Körpers, der durch Nachsintern des wiederverdichteten Körpers des geformten Körpers mit exzellenter Verformbarkeit erhaltenen wird.
Die Restmenge an Graphit in dem gesinterten Körper variiert abhängig von der Nachsinterungstemperatur. Je höher die Nachsinterungstemperatur ist, desto geringer ist die Restmenge des Graphits. Durch Kontrollieren der Restmenge kann der erhaltene gesinterte Körper erwünschte mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise mechanische Festigkeit, aufweisen.
Der durch Nachsintern des wiederverdichteten Körpers bei einer vorbestimmten Temperatur erhaltene gesinterte Körper wird dann wärmebehandelt. Die Wärmbehandlung kann unterschiedliche Behandlungen, wie beispielsweise Induktionsabschrecken, Aufkohlung und Abschrecken, Nitrierhärtung und die Kombinationen davon beinhalten. Der durch Nachsintern des wiederverdichteten Körpers bei einer vorbestimmten Temperatur erhaltene gesinterte Körper hat aufgrund des Wiederverdichtens eine geringere Anzahl an Lücken und eine hohe Dichte, so dass das Maß an Kohlenstöffdiffusion aufgrund der Wärmebehandlung schrittweise von der Oberfläche des gesinterten Körpers nach innen verringert wird. Aus diesem Grund weist der wärmebehandelte gesinterte Körper eine erhöhte Härte in der Nähe der Oberfläche davon auf und eine Zähigkeit an der Innenseite davon, wodurch ermöglicht wird, dass der gesinterte Körper insgesamt exzellente mechanische Eigenschaften aufweist.
Der durch das wie in Anspruch 1 angegeben Verfahren erhaltene geformte Vorformling hat ein Ferritgefüge, ein Austenitgefüge oder solch ein Gefüge, in welchem eine geringe Menge an Perlit oder Bainit in der Nähe des Graphits ausgefällt ist. Wohingegen der durch das Verfahren, wie in Anspruch 3 oder 4 angegeben, erhaltene geformte Körper ein Ferritgefüge, ein Austenitgefüge, oder ein Gefüge, in welchem wenigstens eine nicht diffundierte Legierungskomponente, wie beispielsweise Nickel (Ni) vorhanden ist, oder ein Gefüge, in welchem eine geringe Menge an Perlit oder Bainit in der Nähe von Graphit ausgefällt ist, hat. Deshalb wird der geformte Körper vor Durchführen des Wiederverdichtens kaum durch die Diffusion des Kohlenstoffs beeinflusst. Als ein Ergebnis weist der geformte Körper nicht nur eine niedrige Härte und eine hohe Dehnung auf, sondern ist auch hinsichtlich der Umformbarkeit verbessert, da die Korngrenze des Metallpulvers durch den Restgraphit gut geschmiert ist.
Beim vorläufigen Sintern des geformten Körpers wird das aufgrund von Oberflächendiffusion oder Schmelzen verursachte Sintern hauptsächlich an Kontaktflächen zwischen den Metallpulverpartikeln bewirkt, wodurch ein geformter Körper mit einer hohen Dehnung erhalten wird.
Bei der Erfindung enthält die metallische Pulvermischung, wie beispielsweise Stahllegierungspulver, nicht weniger als 0,1 Gew.-% an Graphit, so dass, wenn der Vorformling vorläufig gesintert oder der erhaltene geformte Körper nachgesintert wird, die Entkohlung von im Wesentlichen der gesamten Menge an Kohlenstoff verhindert wird. Deshalb können die Maschinenteile, erhalten durch Wiederverdichten und Nachsintern des geformten Körpers, eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie in Anspruch 7 angegeben, hat der durch Wiederverdichten, wie beispielsweise Kaltverformung des geformten Körpers, erhaltene wiederverdichtete Körper ein dichtes Gefüge, in welchem der Graphit immer noch entlang einer Korngrenze des Metallpulvers verbleibt, aber Lücken des geformten Körpers brechen zusammen und werden fast ganz aufgelöst.
Da der darin verwendete geformte Körper im Wesentlichen frei von Kohlenstoffdiffusion ist, ist es auch möglich, den geformten Körper zu einer erwünschten Form durch Anlegen einer geringen Umformlast (Verformungswiderstand) wiederzuverdichten. Wenn insbesondere eine große Menge an Kohlenstoff in den geformten Körper diffundiert (wie bei konventionellen geformten Körpern) weist der Körper nicht nur eine hohe Härte und eine geringe Dehnung auf, sondern auch eine geringe Verschiebungseigenschaft zwischen den Metallpartikeln, so dass es sehr schwierig wird, den geformten Körper wiederzuverdichten. Andererseits ist der geformte Körper, welcher in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, im Wesentlichen frei von Kohlenstöffdiffusion. Deshalb kann der geformte Körper eine geringe Härte und eine hohe Dehnung aufweisen und zeigt eine gute Ver schiebungseigenschaft zwischen den Metallpartikeln aufgrund des entlang einer Korngrenze davon verbleibenden Graphits auf. Als ein Ergebnis wird es möglich, den geformten Körper wiederzuverdichten. Da das Wiederverdichten des geformten Körpers bei herkömmlicher Temperatur durchgeführt wird, kann Zundererzeugnis oder Verschlechterung der Maßhaltigkeit des wiederverdichteten Körpers aufgrund von Umwandlung davon verhindert werden, wodurch ermöglicht wird, dass der wiederverdichtete Körper unter einer extrem hohen Genauigkeit verarbeitet werden kann.
Die zu der metallischen Pulvermischung hinzugefügten Legierungskomponenten dienen zum Erhöhen der Kaltverfestigungsfähigkeit beim Wiederverdichten. Der davon produzierte plastisch verarbeitete Körper weist eine höhere Härte im Vergleich zu dem Fall, in dem keine Legierungskomponente hinzugefügt sind, auf. Da jedoch die Korngrenze durch den Restgraphit gut geschmiert ist, kann der geformte Körper mit einem niedrigen Verformungswiderstand wiederverdichtet werden. Insbesondere in den in Anspruch 18 oder 19 (Anm. des Übersetzeer „Anspruch 3 oder 4") wiedergegebenen geformten Körpern werden die diffundierten Legierungskomponenten dem Abschnitt nahe der Oberfläche des Metallpulvers ausgesetzt, so dass die Diffusion der Legierungskomponente nur schwierig zur Innenseite des Metallpulvers fortschreiten kann. Als ein Ergebnis ist es möglich, einen plastisch verarbeiteten Körper, welcher mit einem niedrigeren Verformungswiderstand kaltverfestigt ist, zu erhalten.
Demzufolge ist der erhaltene plastisch verarbeitete Körper für verschiebbare Teile, die eine hohe Festigkeit und eine hohe Genauigkeit erfordern, geeignet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie in Anspruch 9 angegeben, tritt das Sintern aufgrund von Oberflächendiffusion oder Schmelzen, wenn der wiederverdichtete Körper nachgesintert wird, bei Kontaktflächen zwischen den Metallpulverpartikeln auf und gleichzeitig wird der entlang einer Korngrenze des Metallpulvers verbleibende Graphit in ein Ferrit-basierendes Material des Metallpulvers (zum Formen einer festen Lösung oder einem Carbid damit) diffundiert. Das Metallpulver hat ein Ferritgefüge, ein Perlitgefüge, ein Austenitgefüge oder solch ein Gefüge, im welchem wenigstens eine nicht-diffundierte Legierungskomponente, wie beispielsweise Nickel (Ni) gleichzeitig vorhanden ist. Wenn der Restgraphit vorhanden ist, wird solch ein Gefüge erhalten, in welchem Graphit innerhalb des Metallpulvers eingestreut ist.
Beim Nachsintern können die Legierungselemente, welche zum Formen einer festen Lösung mit dem Basismaterial in der Lage sind, eine einheitlichere feste Lösung damit bilden und diejenige, welche zum Formen von Ausfällungen, wie beispielsweise Carbide in der Lage sind, können zu Ausfällungen geformt werden. Die Wirkung zum Erhöhen der mechanischen Eigenschaften durch diese hinzugefügten Legierungselemente kann somit auf der Makrostruktur des gesinterten Körpers widergespiegelt werden.
Als ein Ergebnis hat der erhaltene gesinterte Körper eine höhere Festigkeit als die des wiederverdichteten Körpers und kann eine hohe mechanische Festigkeit im Wesentlichen identisch zu oder höher als die von Gusswerkstoffen/Schmiedewerkstoffen aufweisen, welche nicht gezielt eine gehärtete Schicht erfordern.
Außerdem weist der somit erhaltene gesinterte Körper ein rekristallisiertes Gefüge mit einer Kristallkorngröße von ungefähr 20 μm oder weniger aufgrund des Nachsinterns nach der Wiederverdichtung auf. Dies ermöglicht es dem gesinterten Körper, eine hohe Festigkeit, eine hohe Dehnung, einen hohen Kerbschlagzähigkeitswert und eine hohe Dauerfestigkeit aufzuweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine beispielhafte Zeichnung von einem Verfahren für die Produktion eines wiederverdichteten Körpers aus einem metallischen pulvergeformten Körper und eines gesinterten Körpers, hergestellt aus dem wiederverdichteten Körper in der Ausführungsform gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
2 ist eine schematische Zeichnung eines Verfahrens eines Vorformlings, die zeigt (a) Füllen einer metallischen Pulvermischung in einen Formhohlraum eines Formgesenks, (b) Pressen der metallischen Pulvermischung durch obere und untere Stempel, (c) Beginnen einer nach unten verlaufenden Bewegung des Formgesenks zum Herausnehmen des Vorformlings daraus nach Vollendung des Pressens und (d) Herausnehmen des Vorformlings.
3 ist ein Diagramm, welches durch (a) Daten und (b) einen Graph ein Verhältnis zwischen einer Dichte des durch vorläufiges Sintern des Vorformlings bei 800°C, welcher aus der metallischen Pulvermischung enthaltend 0,5 Gew.-% an vermischtem Graphit erhalten wurde, erhaltenen geformten Körpers und einer Dehnung des geformten Körpers zeigt.
4 ist eine Zeichnung, welche ein Gefüge des geformten Körpers zeigt.
5 ist ein Diagramm, welches eine Variation der Dehnung des geformten Körpers mit einer Dichte von 7,3 g/cm³ mit Variationen von einer Graphitmenge, vorhanden in dem geformten Körper und der vorläufigen Sintertemperatur durch (a) Daten und (b) einem Graph zeigt.
6 ist ein Diagramm, welches durch (a) Daten und (b) einem Graph eine Variation der Dehnung des geformten Körpers mit einer Dichte von 7,5 g/cm³ zu Variationen von der Graphitmenge, vorhanden in dem geformten Körper, und der vorläufigen Sintertemperatur zeigt.
7A ist ein Diagramm, welches durch (a) Daten und (b) einem Graph eine Veränderung der Härte des geformten Körpers mit einer Dichte von 7,3 g/cm³ mit Änderung der Menge an in dem geformten Körper vorhandenen Graphit und der vorläufigen Sintertemperatur zeigt.
8 ist ein Diagramm, welches durch (a) Daten und (b) einem Graph eine Veränderung der Härte des geformten Körpers mit einer Dichte von 7,5 g/cm³ mit Änderung der Menge an in dem geformten Körper vorhandenen Graphit und der vorläufigen Sintertemperatur zeigt.
9 ist ein Diagramm, welches durch (a) Daten und (b) einem Graph ein Verhältnis zwischen einer vorläufigen Sintertemperatur und einer Fliessspannung der geformten Körper mit den Dichten von 7,3 g/cm³ und 7,5 g/cm³ zeigt, bei welchen die geformten Körper aus der metallischen Pulvermischung enthaltend 0,5 Gew.-% an Graphit mit einem Partikeldurchmesser von 20 μm hergestellt sind.
10 ist ein Diagramm, welches durch (a) Daten und (b) einem Graph ein Verhältnis zwischen einer vorläufigen Sintertemperatur und einer Fliessspannung der geformten Körper mit den Dichten von 7,3 g/cm³ und 7,5 g/cm³ zeigt, bei wel chen die geformten Körper aus der metallischen Pulvermischung, enthaltend 0,5 Gew.-% an Graphit mit einem Partikeldurchmesser von 5 μm hergestellt sind.
11 ist eine Zeichnung, welche ein Gefüge des wiederverdichteten Körpers, erhalten durch (a) wenn das Wiederverdichten unter einem geringen Maß durchgeführt wird und (b) wenn das Wiederverdichten weiterhin ausgeführt wird, zeigt.
12 ist ein Diagramm, welches ein Gefüge des gesinterten Körpers zeigt.
13 ist ein Diagramm, welches durch (a) Daten und (b) einem Diagramm eine Variation der Restmenge des in dem gesinterten Körper verbleibenden Graphits mit Variation der Nachsinterungstemperatur zeigt.
14 ist ein Diagramm, welches durch (a) Daten und (b) einem Diagramm eine Variation der Zugfestigkeit des gesinterten Körpers in Variation zu der Nachsinterungstemperatur zeigt.
15 ist ein Diagramm, welches durch (a) Daten und (b) einem Diagramm eine Variation der Härte des gesinterten Körpers in Variation zu der Nachsinterungstemperatur zeigt.
16 ist ein Diagramm, welches durch (a) Daten und (b) einem Graph ein Verhältnis zwischen der Nachsinterungstemperatur und der Zugfestigkeit des gesinterten Körpers zeigt, bei welchem der gesinterte Körper durch die Wärmebehandlung unter einer vorbestimmten Bedingung, nachdem er durch Ändern der Nachsinterungstemperatur hergestellt worden ist, erhalten wird.
17 ist ein Diagramm, welches durch (a) Daten und (b) einem Graph ein Verhältnis zwischen der Härte und einer Distanz von einer Oberfläche des unter einer vorbestimmten Bedingung wärmebehandelten Körpers zeigt.
18 ist ein Diagramm, welches ein Gefüge des geformten Körpers, hergestellt durch vorläufiges Sintern des Vorformlings entsprechend Beispiel 1 und 2 in der Ausführungsform gemäß Anspruch 17 (Anm. des Übersetzers „Anspruch 1 ") und den darauf folgenden Ansprüchen zeigt.
19 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Dehnung des geformten Körpers entsprechend Beispiel 1 mit Variationen einer Graphitmenge, vorhanden in dem geformten Körper und der vorläufigen Sintertemperatur zeigt.
20 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Dehnung des geformten Körpers entsprechend Beispiel 2 mit Variationen einer Graphitmenge, vorhanden in dem geformten Körper und der vorläufigen Sintertemperatur zeigt.
21 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Härte des geformten Körpers entsprechend Beispiel 1 mit Variationen einer Graphitmenge, vorhanden in dem geformten Körper und der vorläufigen Sintertemperatur zeigt.
22 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Härte des geformten Körpers entsprechend Beispiel 2 mit Variationen einer Graphitmenge, vorhanden in dem geformten Körper und der vorläufigen Sintertemperatur zeigt.
23 ist ein Diagramm, welches durch Daten und ein Diagramm eine Umformlast (Verformungswiderstand) per Zeiteinheit, angelegt an dem geformten Körper entsprechend Beispiel 1 beim Wiederverdichten (Kaltverformen) davon zeigt.
24 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Umformlast (Verformungswiderstand) per Zeiteinheit, angelegt an dem geformten Körper entsprechend Beispiel 2 beim Wiederverdichten (Kaltverformen) davon zeigt.
25 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Zugfestigkeit eines plastisch verarbeiteten Körpers entsprechend Beispiel 1 mit Variationen einer Graphitmenge, vorhanden in dem plastisch verarbeiteten Körper und der vorläufigen Sintertemperatur zeigt.
26 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Zugfestigkeit eines plastisch verarbeiteten Körpers entsprechend Beispiel 2 mit Variationen einer Graphitmenge, vorhanden in dem plastisch verarbeiteten Körper und der vorläufigen Sintertemperatur zeigt.
27 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Härte eines plastisch verarbeiteten Körpers entsprechend Beispiel 1 mit Variationen einer Graphitmenge, vorhanden in dem plastisch verarbeiteten Körper und der vorläufigen Sintertemperatur zeigt.
28 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Härte eines plastisch verarbeiteten Körpers entsprechend Beispiel 2 mit Variationen einer Graphitmenge, vorhanden in dem plastisch verarbeiteten Körper und der vorläufigen Sintertemperatur zeigt.
29 ist ein Diagramm, welches ein Gefüge eines plastisch verarbeiteten Körpers, hergestellt durch Wiederverdichten (Kaltverformen) des geformten Körpers entsprechend Beispiel 1 oder 2 bei einer relativ geringen Flächenreduktion (Verformungsrate) zeigt.
30 ist ein Diagramm, welches ein Gefüge eines plastisch verarbeiteten Körpers, hergestellt durch Wiederverdichten (Kaltverformen) des geformten Körpers entsprechend Beispiel 1 oder 2 bei einer relativ hoher Flächenreduktion (Verformungsrate) zeigt.
31 ist eine Zeichnung, welche ein Gefüge des nachgesinterten geformten Körpers entsprechend Beispiel 1 oder 2 zeigt.
32 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Graphitrestmenge des nachgesinterten geformten Körpers entsprechend Beispiel 1 mit Variationen der Nachsinterungstemperatur und der Nachsinterungszeit zeigt.
33 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Zugfestigkeit des nachgesinterten geformten Körpers entsprechend Beispiel 1 mit Variation der Nachsinterungstemperatur zeigt.
34 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Zugfestigkeit des nachgesinterten geformten Körpers entsprechend Beispiel 2 mit Variation der Nachsinterungstemperatur zeigt.
35 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Härte des nachgesinterten geformten Körpers entsprechend Beispiel 1 mit Variation der Nachsinterungstemperatur zeigt.
36 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Härte des nachgesinterten geformten Körpers entsprechend Beispiel 2 mit Variation der Nachsinterungstemperatur zeigt.
37 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einen Graph eine Variation der Zugfestigkeit des wärmebehandelten geformten Körpers entsprechend Beispiel 1 mit Variation der Nachsinterungstemperatur zeigt.
38 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine Variation der Zugfestigkeit des wärmebehandelten geformten Körpers entsprechend Beispiel 2 mit Variation der Nachsinterungstemperatur zeigt.
39 ist ein Diagramm, welches durch Daten und einem Graph eine innere Härteverteilung des wärmebehandelten geformten Körpers entsprechend Beispiel 2 und innere Härteverteilung des wärmebehandelten geformten Körpers, erhalten durch vorläufiges Verdichten derselben metallischen Pulvermischung wie der in Beispiel 2 zum Formen eines Vorformlings mit einer Dichte von 7,0 g/cm³ und dann Wärmebehandeln des Vorformlings unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 (als eine konventionelle Art und Weise) zeigt.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
(Erste Ausführungsform)
Eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines gesinterten Metallpulverkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend detailliert in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen primären Umformschritt, Bezugszeichen 2 bezeichnet einen vorläufigen Sinterschritt, Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Wiederverdichtungsschritt, Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Nachsinterungsschritt, Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Wärmebehandlungsschritt.
Bei dem primären Umformschritt 1 wird eine metallische Pulvermischung 7 zu einem Vorformling 8 verdichtet. Bei dem vorläufigen Sinterschritt 2 wird der Vorformling 8 vorläufig gesintert, um einen metallischen, pulvergeformten Körper 9 zu bilden. Bei dem Wiederverdichtungsschritt 3 wird der metallische pulvergeformte Körper 9 zu einem wiederverdichteten Körper 10 wiederverdichtet. Bei dem Nachsinterungsschritt 4 wird der wiederverdichtete Körper 10 zu formen eines gesinterten Körpers 11 nachgesintert. Bei dem Wärmebehandlungsschritt 5 wird der gesinterte Körper 11 einer Wärmebehandlung unterworfen.
In dem vorläufigen Umformschritt 1, bei welchem die metallische Pulvermischung 7 zu dem Vorformling 8 verdichtet wird, wird zuerst in dieser Ausführungsform wie in 2(a)-(d) gezeigt, die metallische Pulvermischung 7 in einen Formhohlraum 15 eines Formgesenks 14 gefüllt, und dann durch obere und untere Stempel 16 und 17 gepresst, um zu dem Vorformling 8 geformt zu werden. In diesem Fall wird die metallische Pulvermischung 7 und das Formgesenk 14 bei herkömmlichen Temperaturen behandelt.
Insbesondere wird die metallische Pulvermischung 7 durch Mischen von Graphit 7b in einer Menge von nicht weniger als 0,3 Gew.-% auf Basis des Gewichts der metallischen Pulvermischung mit einem Eisenbasis-Metallpulver 7a erhalten. Durch Mischen des Graphits 7b von nicht weniger als 0,3 Gew.-% mit dem Eisenbasis-Metallpulver kann die mechanische Festigkeit des wiederverdichteten Körpers 10, erhalten durch Wiederverdichten des metallischen pulvergeformten Körpers 9, und des gesinterten Körpers 11, erhalten durch Nachsintern des wiederverdichteten Körpers 10, zu im Wesentlichen der gleichen wie die von gussgeformten und schmiedegeformten Produkten erhöht werden. Der Formhohlraum 15 des Formgesenks 14, welcher mit der metallischen Pulvermischung 7 gefüllt ist, enthält einen größeren Durchmesserabschnitt 19, in welchen der obere Stempel 16 eingeführt ist, einen kleineren Durchmesserabschnitt 20, in welchen der untere Stempel 17 eingeführt ist und einen verjüngten Abschnitt 21, der den größeren Durchmesserabschnitt und den kleineren Durchmesserabschnitt 19 und 20 miteinander verbindet.
Einer von oder beide der oberen und unteren Stempel 16 und 17, aufgenommen in dem Formhohlraum 15 des Formgesenks 14, ist mit einer Aussparung 23 ausgebildet, um somit ein Volumen des Formhohlraums 15 zu erhöhen. In dieser Ausführungsform ist der obere Stempel 16 mit der Aussparung 23 an einer äußeren umfänglichen Peripherie seiner Endfläche 22 gegenüberliegend dem Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 geformt. Die Aussparung 23 hat eine ringförmige Form mit einer allgemeinen Hakenform bei Querschnittsbetrachtung.
Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Kern, der in den Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 eingefügt ist. Der Kern 24 definiert eine generelle elliptische zylindrische Form des Vorformlings 8, der innerhalb des Formhohlraums 15 geformt wird.
Bei dem primären Umformschritt 1 wird zuerst die metallische Pulvermischung 7, erhalten durch Mischen des Graphit 7b von nicht weniger als 0,3 Gew.-% mit dem Metallpulver 7a, in den Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 gepackt (siehe 2(a)).
Als Nächstes wird der obere Stempel 16 und der untere Stempel 17 in den Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 eingeführt und wirken zum Pressen der metallischen Pulvermischung 7 miteinander. Insbesondere wird der obere Stempel 16 in den größeren Durchmesserabschnitt 19 des Formhohlraums 15 eingeführt und der untere Stempel 17 wird in den kleineren Durchmesserabschnitt 20 des Formhohlraums 15 eingeführt, so dass sie miteinander zusammenwirken, um die metallische Pulvermischung 7 zu pressen. Der obere Stempel 16 ist mit der Aussparung 23 derart ausgebildet, um innerhalb des größeren Durchmesserabschnitts 19 (siehe 2(b)) zu halten.
Die metallische Pulvermischung 7 wird somit zu dem Vorformling 8 gepresst und verdichtet. Danach wird der obere Stempel 16 zurückgeführt oder nach oben bewegt und gleichzeitig wird das Formgesenk 14 nach unten bewegt (siehe 2(c)). Der Vorformling 8 wird aus dem Formhohlraum 15 herausgenommen (siehe 2(d)).
Beim Verdichten der metallischen Pulvermischung gilt generell, dass je höher die Dichte des verdichteten Körpers ist, desto höher ist die zwischen dem verdichteten Körper und dem Formgesenk verursachte Reibung und um so größer wird die Rückfederung des verdichteten Körpers. Dies verhindert, dass der verdichtete Körper schnell aus dem Formgesenk herausgenommen wird. Deshalb scheint es schwierig, den verdichteten Körper mit einer relativ hohen Dichte zu erhalten. Bei dem primären Umformschritt 1 kann jedoch das oben beschriebene Problem effektiv gelöst werden.
Da der Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 den verjüngten Abschnitt 21 enthält, wirkt der verjüngte Abschnitt 21 als eine so genannte Gesenkschräge (draft) um das Herausnehmen des Vorformlings 8 zu erleichtern. Außerdem wird mit der Anordnung der Aussparung 23 zum Erhöhen des Volumens des Formhohlraums 15 an der äußeren umfänglichen Peripherie der Endfläche 22 des oberen Stempels 16 gegenüberliegend des Formhohlraums 15 des Formgesenks 14 die Dichte des Vorformlings bei der Aussparung 23 lokal verringert. Als ein Ergebnis kann die Reibung zwischen dem Vorformling 8 und dem Formgesenk 4 und die Rückfederung des Vorformlings 8 effektiv eingeschränkt werden, was zum einfachen Herausnehmen des Vorformlings 8 aus dem Formgesenk 4 dient.
Auf diese Art und Weise kann ein Vorformling 8 mit einer Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³ leicht erhalten werden.
Durch Ausbilden der Dichte des Vorformlings 8 mit nicht weniger als 7,3 g/cm³ kann der metallische pulvergeformte Körper 9, erhalten durch vorläufiges Sintern des Vorformlings 8 bei dem vorläufigen Sinterschritt 2 (wie nachfolgend detaillierter beschrieben), eine erhöhte Dehnung erhalten.
Und zwar kann, wie in 3 gezeigt, die Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³ des Vorformlings 8, die Dehnung von nicht weniger als 10 % des metallischen pulvergeformten Körpers 9 mit sich bringen.
Als Nächstes wird der bei dem primären Umformschritt 1 erhaltene Vorformling 8 bei dem vorläufigen Sinterschritt 2 vorläufig gesintert. Als ein Ergebnis wird, wie in 4 gezeigt, der metallische pulvergeformte Körper mit einem Gefüge, in welchem der Graphit 7b entlang Korngrenzen des Metallpulvers 7a verbleibt, erhalten. In einem Fall, bei welchem die ganze Menge an Graphit 7b entlang Korngrenzen des Metallpulvers 7a in dem Gefüge des metallischen pulvergeformten Körpers 9 verbleibt, kann das Metallpulver 7a als Ganzes aus Ferrit (F) bestehen. In dem Fall, bei welchem ein Teil des Graphits 7b entlang Korngrenzen des Metallpulvers 7a verbleibt, kann das Metallpulver 7a durch Ferrit als ein Matrix und Perlit (P), ausgefällt nahe zu dem Graphit 7b, bestehen. Zumindest das Gefüge des metallischen pulvergeformten Körpers 9 ist nicht das Gefüge, in welchem die ganze Menge an Graphit 7b in die Kristallkörner des Metallpulvers 7a zum Formen einer festen Lösung damit oder zum Formen von Carbiden diffundiert ist. Mit dem Gefüge hat der metallische pulvergeformte Körper 9 eine hohe Dehnung und eine niedrige Härte, wodurch es eine hervorragende Verformbarkeit hat.
In dem Vorformling 8 mit einer Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³ sind Lücken zwischen den Partikeln des Metallpulvers 7a nicht kontinuierlich, sondern isoliert, wodurch ein geformter Körper 9 erhalten wird, der eine hohe Dehnung nach dem vorläufigen Sintern aufweist. Das heißt, wenn die Lücken zwischen Partikeln des Metallpulvers 7a kontinuierlich sind, wird ein atmosphärisches Gas innerhalb eines Ofens in das Innere des Vorformlings 8 beim vorläufigen Sintern eindringen und ein Gas, erzeugt von darin enthaltenem Graphit wird drumherum diffundiert, um somit Aufkohlung des Vorformlings 8 zu fördern. Da jedoch die Lücken des Vorformlings 8 isoliert voneinander sind, kann die Förderung der Aufkohlung wirksam verhindert werden, wodurch der geformte Körper 9 mit einer hohen Dehnung erhalten wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Dehnung des erhaltenen geformten Körpers 9 kaum durch den Anteil an Graphit 7b beeinflusst wird, indem die Dichte des Vorformlings 8 auf nicht weniger als 7,3 g/cm³ kontrolliert wird. Der Grund hierfür ist, dass der Vorformling 8 im Wesentlichen frei von Kohlenstoffdiffusion beim vorläufigen Sintern ist. Es wird auch darauf aufmerksam gemacht, dass, da der Vorformling 8 im Wesentlichen frei von Kohlenstoffdiffusion ist, der durch vorläufiges Sintern des Vorformlings 8 erhaltene geformte Körper 9 eine reduzierte Härte aufweist.
Da beim vorläufigen Sinterschritt 2 das Sintern ausgiebig an Kontaktflächen zwischen den Partikeln des Eisenbasis-Metallpulvers 7a aufgrund der Oberflächendiffusion oder Schmelzen eintritt, kann der metallische pulvergeformte Körper 9 eine hohe Dehnung, vorzugsweise die Dehnung von 10 % oder mehr aufweisen.
Die vorläufige Sintertemperatur beim vorläufigen Sinterschritt 2 wird vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 800-1000°C festgelegt. Durch Festlegen der vorläufigen Sintertemperatur innerhalb des Bereichs von 800-1000°C beim vorläufigen Sinterschritt 2 erhält der beim vorläufigen Sinterschritt 2 erzeugte metallische pulvergeformte Körper 9 eine gute Verformbarkeit, die den Verformungswiderstand des metallischen pulvergeformten Körpers 9 verringert und die Bildung des wiederverdichteten Körpers 10 beim Wiederverdichten des metallischen pulvergeformten Körpers 9 zu einem wiederverdichteten Körper 10 erleichtert.
Wie in 5 und 6 gezeigt, kann durch vorläufiges Sintern des Vorformlings 8 bei der Temperatur von 800-1000°C der metallische pulvergeformte Körper 9 mit der Dehnung von 10 % oder mehr erhalten werden. Wie außerdem in 7 und 8 gezeigt, kann durch vorläufiges Sintern des Vorformlings 8 bei der Temperatur von 800-1000°C der metallische pulvergeformte Körper 9 mit einer Härte von nicht mehr als HRB 60 erhalten werden. Die Härte von nicht mehr als HRB 60 des metallischen pulvergeformten Körpers 9 ist geringer als die Härte in dem Fall von Glühen eines niedriggekohlten Stahls, welcher einen Kohlenstoffanteil von ungefähr 0,2 % hat.
Wie außerdem in 9 und 10 gezeigt, liegt die Fliessspannung des metallischen pulvergeformten Körpers 9 innerhalb des Bereichs von 202-272 MPa in dem Fall, dass die vorläufige Sintertemperatur des Vorformlings 8 innerhalb des Bereichs 800-1000°C liegt. Die Fließspannung in dem Bereich von 202-272 MPa ist geringer als die Fliessspannung eines niedriggekohlten Stahls mit einem Kohlenstoffanteil von ungefähr 0,2 %.
Als Nächstes wird der beim vorläufigen Sinterschritt 2 erhaltene metallische pulvergeformte Körper 9 zu dem wiederverdichteten Körper 10 bei dem Wiederverdichtungsschritt 3 wiederverdichtet. Die Wiederverdichtung des metallischen pulvergeformten Körpers 9 wird vorzugsweise bei herkömmlichen Temperaturen durchgeführt. In diesem Fall kann der metallische pulvergeformte Körper 9 auf einfache Weise wiederverdichtet werden und leidet aufgrund der guten Verformbarkeit an keiner Zunderbildung.
Durch Wiederverdichten des metallischen pulvergeformten Körpers 9 kann der wiederverdichtete Körper 10 mit hoher Maßhaltigkeit bei der daran angelegten Wiederverdichtungslast erhalten werden.
Der wiederverdichtete Körper 10 hat ein Gefüge, in welchem der Graphit 7b entlang einer Korngrenze des Metallpulvers 7a verbleibt. Wie in 11 gezeigt, hat das Metallpulver 7a eine abgeflachte Form, die abhängig von dem Grad an Wiederverdichten bestimmt wird. Das heißt, bei geringem Wiederverdichten wird das Metallpulver 7a geringfügig abgeflacht, um das Gefüge zu formen, in welchem viele Lücken zwischen dem Metallpulver 7a beseitigt sind (siehe 11(a)). Bei einem hohen Wiederverdichtungsgrad, mehr als der geringe Grad davon, wird das Metallpulver 7a bemerkenswert abgeflacht, um das Gefüge zu formen, in welchem im Wesentlichen alle Lücke zwischen dem Metallpulver 7a aufgelöst sind (siehe 11(b)).
Der wiederverdichtete Körper 10 hat solch ein Gefüge, in welchem Partikel des Metallpulvers 7a des geformten Körpers 9 zum größten Teil zu einer abgeflachten Form verformt sind. Da jedoch der geformte Körper an sich das Gefüge hat, in welchem der Graphit 7b entlang einer Korngrenze des Metallpulvers 7a verbleibt, ist der erhaltene wiederverdichtete Körper 10 hinsichtlich maschineller Bearbeitbarkeit und Schmierfähigkeit hervorragend.
Demzufolge kann sowohl der von dem metallischen pulvergeformten Körper 9 geformte wiederverdichtete Körper 10, welcher eine hervorragende Verformbarkeit hat, die aufgrund von Sintermetallen zum Herstellen von Maschinenteilen mit einer erhöhten mechanischen Festigkeit geeignet ist, als auch ein Verfahren zur Produktion hierfür bereitgestellt werden.
Außerdem kann mit dem Aufbau, in welchem der verjüngte Abschnitt 21 und die Aussparung 23 jeweils in dem Formgesenk 14 und dem oberen Stempel 16 geformt sind, welche beim primären Umformschritt 1 benutzt werden, der Vorformling 8 mit der Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³ auf einfache Art und Weise erhalten werden.
Aufgrund der vorläufigen Sintertemperatur von 800-1000°C bei dem vorläufigen Sinterschritt 2 hat der metallische pulvergeformte Körper 9 das Gefüge, in welchem der Gra phit 7b entlang der Korngrenze des Metallpulvers 7a verbleibt, die Härte HRB 60 oder weniger ist und die Dehnung 10 % oder mehr ist. Der metallische pulvergeformte Körper 9 mit der erhöhten Verformbarkeit kann somit erhalten werden.
Als Nächstes wird der beim Wiederverdichtungsschritt 3 erhaltene wiederverdichtete Körper 10 zum Formen des gesinterten Körpers 11 bei dem Nachsinterungsschritt 4 nachgesintert. Der gesinterte Körper 11 hat ein wie in 12 gezeigtes Gefüge, in welchem der Graphit 7b in den Ferritmatrix des Metallpulvers 7a (zum Formen einer festen Lösung oder Carbid damit) diffundiert ist, oder in welchem der Graphit 7b diffundiert ist und in dem Ferrit- oder Perlitmatrix des Metallpulvers 7a bei einer vorbestimmten Menge verbleibt. Hierin kann die vorbestimmte Menge des Restgraphits 7b null sein.
Die Menge an Restgraphit 7b, die in dem gesinterten Körper 11 verbleibt, variiert abhängig von der Nachsinterungstemperatur. Je höher die Nachsinterungstemperatur wird, umso geringer wird die Menge an Restgraphit 7b (siehe 13). Demzufolge können die mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise vorbestimmte Festigkeit des gesinterten Körpers 11, selektiv bestimmt werden.
Die Nachsinterungstemperatur beim Nachsinterungsschritt 4 wird vorzugsweise in einem Bereich von 700-1300°C festgelegt. Aufgrund der Nachsinterungstemperatur in diesem Bereich kann die Diffusion des Graphits 7b in dem Niedrigtemperaturbereich des Nachsinterns verringert werden, so dass der gesinterte Körper 11 mit einer höheren Menge an Restgraphit 7b erhalten werden kann. Andererseits kann die Diffusion des Graphits 7b in dem Hochtemperaturbereich des Nachsinterns erhöht werden, wodurch der gesinterte Körper 11 mit einer geringeren Menge des Restgraphits 7b, mit einem geringeren Wiederwachstum der Kristallkörner und einer maximalen Festigkeit erhalten werden kann.
In dem Fall, bei dem die Nachsinterungstemperatur in dem relativ niedrigen Bereich von 700-1000°C, wie in 14 und 15 gezeigt ist, wird die Härte des wiederverdichteten Körpers, der beim Wiederverdichtungsschritt 3 kaltverfestigt wurde, aufgrund des Nachsinterns verringert, aber während die Diffusion des Graphits 7b fortschreitet, wird das Gefüge, enthaltend feine Kristallkörner, aufgrund des Niedrigtemperatur-Nachsinterns erhalten. Als ein Ergebnis wird die Festigkeit und Härte des erhaltenen gesinterten Körpers erhöht. Abhängig von der Form des wiederverdichteten Körpers, erhalten durch den Wiederverdichtungsschritt 3, verursacht das Niedrigtemperatur-Nachsintern eine große Verringerung der Härte des kaltverfestigten wiederverdichteten Körpers. In solch einem Fall wird der kaltverfestigte wiederverdichtete Körper langsam enthärtet und bei 1000°C wieder gehärtet.
In dem Fall, bei dem die Nachsinterungstemperatur in dem relativ hohen Bereich von 1000-1300°C ist, verringert sich die Restmenge des Graphits 7b und der Graphit 7b wird ausreichend in das Ferritmatrix (zum Formen der festen Lösung oder Carbid damit) diffundiert. Dies verursacht, dass sich die Festigkeit und Härte des erhaltenen gesinterten Körpers erhöht. Wenn die Nachsinterungstemperatur jedoch 1100°C überschreitet, wird eine derartige Tendenz eintreten, dass die Gesamtmenge an Kohlenstoffanteilen sich verringert, wenn die Menge an entkohltem Kohlenstoff sich erhöht, oder dass die Festigkeit und Härte des erhaltenen gesinterten Körpers aufgrund des Wiederwachstums der Kristallkörner sich verringert. Wenn die Nachsinterungstemperatur über 1300°C hinaus ist, wird das Gefüge des gesinterten Körpers aufgrund des übermäßigen Wachstums der Kristallkörner voluminös. Dies führt zu einer bemerkenswerten Verringerung der Festigkeit und Härte des erhaltenen gesinterten Körpers 11. Deshalb ist die Nachsinterungstemperatur vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 700-1300°C und besonders bevorzugt innerhalb des Bereichs von 900-1200°C, um ein stabiles Gefüge in dem erhaltenen gesinterten Körper 11 zu erhalten.
Demnach kann der gesinterte Körper 11, erhalten durch Nachsintern des wiederverdichteten Körpers 10, der aus dem metallischen pulvergeformten Körper 9 produziert wurde, erhalten werden, welcher eine hervorragende Verformbarkeit geeignet für die Herstellung von Maschinenteilen mit einer erhöhten mechanischen Festigkeit aufgrund von Sintermetallen, als auch ein Verfahren für die Produktion hierfür bereitgestellt werden.
Aufgrund der Nachsinterungstemperatur von 700-1300°C beim Nachsinterungsschritt ist es möglich durch Festlegen der Nachsinterungstemperatur innerhalb des Bereichs, den gesinterten Körper 11 mit dem Gefüge zu erhalten, das die geringere Diffusion an Graphit 7b und die größere Menge an Restgraphit 7b hat, und den gesinterten Körper 11 mit dem Gefüge, das die erhöhte Diffusion des Graphits 7b und die geringere Menge an Restgraphit 7b und gleichzeitig das geringe Wiederwachstum des Kristalls und die maximale Festigkeit.
Als Nächstes wird bei dem Wärmebehandlungsschritt 5 der gesinterte Körper 11 wärmebehandelt. Die Wärmebehandlung bei dem Wärmebehandlungsschritt 5 wird durch Auswählen von geeigneten Behandlungen, wie beispielsweise Induktionsabschrecken, Aufkohlung-Abschrecken, Nitrierhärtung und die Kombinationen davon durchgeführt. Als ein Ergebnis bildet der Graphit 7b eine übersättigte feste Lösung mit einem Basismaterial des Metallpulvers, oder wird in Form von feinen Carbiden oder Nitriden ausgefällt, um dadurch eine gehärtete Schicht zu formen. Diese kann dem gesinterten Körper 11 gute mechanische Eigenschaften auferlegen.
Wie in 16 gezeigt, hat der wärmebehandelte gesinterte Körper 11 aufgrund des Vorhandenseins der darin geformten gehärteten Schicht eine höhere Zugfestigkeit als der lediglich nachgesinterte Körper 11. Der durch Nachsintern des wiederverdichteten Körpers 10 bei einer vorbestimmten Temperatur erhaltene gesinterte Körper 11 hat eine geringere Menge an Lücken und eine hohe Dichte aufgrund des Wiederverdichtens bei dem Wiederverdichtungsschritt 3, so dass das Maß an Diffusion von Kohlenstoff aufgrund der Wärmebehandlung von der Oberfläche des gesinterten Körpers 11 nach innen verringert ist. Aus diesem Grund weist der in 17 veranschaulichte wärmebehandelte gesinterte Körper 11 eine erhöhte Härte in dem Nahbereich der Oberfläche davon und eine gute Zähigkeit an der Innenseite davon auf, wodurch ermöglicht wird, dass der gesinterte Körper 11 als Ganzer hervorragende mechanische Eigenschaften hat.
Demnach kann der, erhalten durch Wärmebehandeln des gesinterten Körpers nach Nachsintern des aus dem metallischen pulvergeformten Körpers produzierten wiederverdichteten Körpers erhaltene gesinterte Körper 11 bereitgestellt werden, welcher exzellente Verformbarkeit, geeignet für die Herstellung von Maschinenteilen, mit einer erhöhten Festigkeit aufgrund von Sintermetallen, als auch ein Verfahren zur Produktion davon bereitgestellt werden.
Als Nächstes wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 17 (Anm. des Übersetzers „Anspruch 1") und in Ansprüchen nachfolgend dazu bereitgestellt, nachfolgend detaillierter beschrieben.
Die Verfahren zum Herstellen des metallischen pulvergeformten Körpers, des wiederverdichteten Körpers und des gesinterten Körpers der Ausführungsformen der Erfindung sind die gleichen wie die in 1 gezeigten. Der Schritt zum Herstellen des Vorformlings ist auch der gleiche wie der in 2 gezeigte. Beim primären Umformschritt 1, wie in 1 gezeigt, wird bei dieser Ausführungsform, wie in 2(a)-(d) gezeigt, eine metallische Pulvermischung 7, wie nachfolgend beschrieben, in den Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 gefüllt und dann durch die oberen und unteren Stempel 16 und 17 zum Formen des Vorformlings 8 mit der Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³ gepresst. Die metallische Pulvermischung 7 und das Formgesenk 14 werden in diesem Fall bei herkömmlichen Temperaturen bearbeitet.
Der Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 enthält einen größeren Durchmesserabschnitt 19, in welchem der obere Stempel 16 eingeführt ist, einen geringeren Durchmesserabschnitt 20, in welchem der untere Stempel 17 eingeführt ist und einen verjüngten Abschnitt 21, der den größeren Durchmesser- und den geringeren Durchmesserabschnitt 19 und 20 miteinander verbindet.
Einer von oder beide der oberen und unteren Stempel 16 und 17, aufgenommen in dem Formhohlraum 15 des Formgesenks 14, ist mit einer Aussparung 23 ausgebildet, um somit ein Volumen des Formhohlraums 15 zu erhöhen. In dieser Ausführungsform ist der obere Stempel 16 mit der Aussparung 23 an einer äußeren umfänglichen Peripherie seiner Endfläche 22 gegenüberliegend dem Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 geformt. Die Aussparung 23 hat eine ringförmige Form mit einer allgemeinen Hakenform bei Querschnittsbetrachtung.
Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Kern, der in dem Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 eingesetzt ist. Der Kern 24 definiert eine im Wesentlichen zylindrische Form des Vorformlings 8, geformt mit dem Formhohlraum 15.
Bei dem primären Umformschritt 1 wird zuerst, wie in 2(a) gezeigt, die metallische Pulvermischung 7 in den Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 gefüllt. Die eingefüllte metallische Pulvermischung 7 wird durch Mischen von Graphit in einer Menge von nicht weniger als 0,1 Gew.-% mit dem nachfolgenden Metallpulver angefertigt.
Insbesondere ist das Metallpulver ein Metallpulver, enthaltend wenigstens ein Legierungselement ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Mangan (Mn), Kupfer (Cu), Chrom (Cr), Wolfram (W), Vanadium (V), Kobalt (Co) und dergleichen und als der Rest Eisen und eine geringe Menge an unvermeidbaren Verun reinigungen; ein Metallpulver, erhalten durch Diffundieren und Ablagern eines Pulvers, das als eine Hauptkomponente ein Legierungselement, ausgewählt von den oben beschriebenen Legierungselementen, enthält, auf ein Eisenbasis-Metallpulver; oder ein Metallpulver, erhalten durch Mischen eines Pulvers, das als eine Hauptkomponente ein Legierungselement, ausgewählt von den oben beschriebenen Legierungselementen, enthält, mit dem Eisenbasis-Metallpulver.
Als Nächstes werden der obere Stempel 16 und der untere Stempel 17 in den Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 eingeführt und wirken zusammen, um die metallische Pulvermischung 7 zu pressen. Insbesondere wird der obere Stempel 16 in den größeren Durchmesserabschnitt 19 des Formhohlraums 15 eingeführt und der untere Stempel 17 wird in den kleineren Durchmesserabschnitt 20 des Formhohlraums 15 eingeführt, so dass sie zusammenwirken, um die metallische Pulvermischung 7 zu pressen. Der obere Stempel 16 ist in dieser Hinsicht derart geformt, dass die Aussparung 23 derart ausgebildet ist, um innerhalb des größeren Durchmesserabschnitts 19 zu halten (siehe 2(b)).
Nachdem die metallische Pulvermischung 7 zu dem Vorformling 8 gepresst und verdichtet worden ist, wird der obere Stempel 16 zurückgeführt oder nach oben bewegt und gleichzeitig wird das Formgesenk 14 nach unten bewegt (siehe 2(c)). Der erhaltene Vorformling 8 wird aus dem Formhohlraum 15 herausgenommen (siehe 2(d)).
Beim Verdichten der metallischen Pulvermischung gilt generell, dass, je höher die Dichte des verdichteten Körpers ist, umso höher ist die zwischen dem verdichteten Körper und dem Formgesenk verursachte Reibung und umso größer wird die Rückfederung des verdichteten Körpers, Aus diesem Grund ist es schwierig, den verdichteten Körper aus dem Formgesenk herauszunehmen. Obwohl es schwierig scheint, den verdichteten Körper mit einer hohen Dichte zu erhalten, kann das oben beschriebene Problem effektiv bei dem primären Umformschritt 1 gelöst werden.
Da der Formhohlraum 15 des Formgesenks 14 den verjüngten Abschnitt 21 enthält, wirkt der verjüngte Abschnitt 21 als eine so genannte Gesenkschräge (draft) um das Herausnehmen des Vorformlings 8 aus dem Formgesenk 14 zu erleichtern. Außerdem wird mit der Anordnung der Aussparung 23 zum Erhöhen des Volumens des Formhohlraums 15 an der äußeren umfänglichen Peripherie der Endfläche 22 des oberen Stempels 16 ge genüberliegend des Formhohlraums 15 des Formgesenks 14 die Dichte des Vorformlings bei der Aussparung 23 lokal verringert. Als ein Ergebnis kann die Reibung zwischen dem Vorformling 8 und dem Formgesenk 4 und die Rückfederung des Vorformlings 8 effektiv eingeschränkt werden, wodurch das Herausnehmen des Vorformlings 8 aus dem Formgesenk 4 vereinfacht werden kann.
Auf diese Art und Weise kann ein Vorformling 8 mit einer Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³ leicht erhalten werden.
Als Nächstes wird der beim primären Umformschritt 1 erhaltene Vorformling 8 bei dem vorläufigen Sinterschritt 2 vorläufig gesintert. Als ein Ergebnis ist es möglich, den geformten Körper mit einem Gefüge zu erhalten, in welchem der Graphit 3b entlang einer Korngrenze des Metallpulvers 3a verbleibt und es existieren im Wesentlichen keine Ausfällungen, wie beispielsweise Eisencarbide oder die Legierungselemente, wie in 18 gezeigt.
Wenn das Metallpulver 3a gemäß Anspruch 17 (Anm. des Übersetzers: „Anspruch 1 ") benutzt wird und die Gesamtmenge an Graphit 3b entlang der Korngrenze des Metallpulvers 3a verbleibt (keine Diffusion des Graphits 3b), so kann das Metallpulver 3a als Ganzes aus Ferrit (F) oder Austenit (A) bestehen. Wenn ein Teil von Graphit 3b in das Metallpulver 3a diffundiert, kann das Metallpulver 3a eine geringe Menge an Perlit (P) oder Bainit (B) ausgefällt nahe zu dem Graphit 3b enthalten. Wenn ferner das Metallpulver 3a gemäß Anspruch 18 oder Anspruch 19 (Anm. des Übersetzers: „Anspruch 3 oder Anspruch 4") benutzt wird und die Gesamtmenge an Graphit 3b entlang der Korngrenze des Metallpulvers 3a verbleibt, dann kann das Metallpulver 3a als Ganzes aus Ferrit (F) oder Austenit (A) bestehen oder es kann die nicht-diffundierte Legierungskomponente, wie beispielsweise Nickel (Ni) enthalten. Wenn das Metallpulver 3a gemäß Anspruch 18 oder 19 (Anm. des Übersetzers: „Anspruch 3 oder 4") benutzt wird und ein Teil von Graphit 3b in das Metallpulver 3a diffundiert ist, dann kann das Metallpulver 3a eine geringe Menge an Perlit (P) oder Bainit (B) ausgefällt nahe zu dem Graphit 3b enthalten. Das heißt, zumindest das Metallpulver 3a kann aus Perlit (P) oder Bainit (B) als Ganzes bestehen. Deshalb hat der geformte Körper eine geringe Härte und eine hohe Dehnung, und weist eine exzellente Verformbarkeit auf.
Da der Vorformling 8 die Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³ hat, sind Lücken zwischen dem Metallpulver 3a nicht kontinuierlich, sondern isoliert, wodurch ein geformter Körper mit einer hohen Dehnung nach dem vorläufigen Sintern erhalten wird. Das heißt, wenn die Lücken zwischen Partikeln des Metallpulvers 3a kontinuierlich sind, wird ein atmosphärisches Gas innerhalb des Ofens tief in das Innere des Vorformlings 8 beim vorläufigen Sintern eindringen und ein Gas, erzeugt von dem darin enthaltenen Graphit, wird darum herum diffundieren, um so die Aufkohlung des Vorformlings 8 zu begünstigen. Da jedoch die Lücken des Vorformlings 8 voneinander isoliert sind, kann die Begünstigung der Aufkohlung effektiv verhindert werden, so dass der geformte Körper 9 eine geringe Härte und eine hohe Dehnung aufweisen kann. Demzufolge wird die Härte und die Dehnung des erhaltenen geformten Körpers kaum durch den Anteil an Graphit 3b beeinflusst.
Bei dem vorläufigen Sinterschritt 2 tritt außerdem Sintern ausgiebig durch die Oberflächendiffusion oder Schmelzen, verursacht an Kontaktflächen der Partikel des Metallpulvers 3a in dem Vorformling 8 auf, wodurch der geformte Körper eine höhere Dehnung aufweisen kann.
Die Sintertemperatur bei dem vorläufigen Sinterschritt 2 ist innerhalb eines Bereichs von 700-1000°C festgelegt. Wenn die Sintertemperatur unterhalb 700°C ist, schreitet das Zusammenwachsen des Metallpulvers nicht ausreichend fort. Wenn die Sintertemperatur höher als 1000°C ist, wird der Graphit 3b übermäßig in das Metallpulver diffundiert, um die Härte zu sehr zu erhöhen. Die Sintertemperatur kann normalerweise innerhalb eines Bereichs von 800-1000°C festgelegt werden. In dem Fall, bei dem das Metallpulver das Legierungselement, wie beispielsweise Chrom (Cr), welches in der Lage ist, Carbide auf einfache Weise zu erzeugen, enthält, kann die Sintertemperatur innerhalb eines Bereichs von 700-800°C festgelegt werden. Der Grund hierfür ist, dass die Ausfällung, wie beispielsweise Carbide des Legierungselementes, bei der Sintertemperatur von höher als 800°C eintreten wird, um somit die Härte zu erhöhen.
19 zeigt die Testergebnisse und ein Diagramm, welche ein Verhältnis zwischen der vorläufigen Sintertemperatur und der Dehnung des geformten Körpers beim nachfolgend beschriebenen Beispiel 1 veranschaulicht. 20 zeigt die Testergebnisse und ein Diagramm, ähnlich wie 19, die aber das in Beispiel 2 erhaltenen Verhältnis veranschaulicht. 21 zeigt die Testergebnisse und ein Diagramm, die ein Verhältnis zwischen der vorläufigen Sintertemperatur und der Härte des in Beispiel 1 geformten Körpers veranschaulichen. 22 zeigt die Testergebnisse und ein Diagramm ähnlich wie 21, die aber das in Beispiel 2 erhaltenen Verhältnis bezeichnen.
Wie aus den Testergebnissen und Diagrammen offensichtlich, kann zumindest die Dehnung von 5 % oder mehr des geformten Körpers und die Härte von ungefähr HRB60 davon beibehalten werden, wenn die vorläufige Sintertemperatur innerhalb des Bereichs von 700-1000°C festgelegt wird. Die Härte von HRB60 ist im Wesentlichen die gleiche, wie die Härte, die in dem Fall von Glühen eines hochfesten kaltverformten Stahls erhaltbar ist. Der geformte Körper der vorliegenden Erfindung kann die Härte von ungefähr HRB60 aufweisen, ohne dass er glühbehandelt wird.
Der bei dem vorläufigen Sinterschritt 2 erhaltene geformte Körper wird wiederverdichtet (kaltverformt und dergleichen), um einen plastisch verarbeiteten Körper bei dem nachfolgenden Wiederverdichtungsschritt 3 zu erhalten. Der erhaltene plastisch verarbeitete Körper hat ein Gefüge mit im Wesentlichen keinen Lücken, weil der geformte Körper, enthaltend dem entlang der Korngrenze des Metallpulvers 3a beibehaltenen Graphit 3b, ein dichtes Gefüge mit darin zusammengefallenen Lücken hat.
Da der erhaltene plastisch verarbeitete Körper im Wesentlichen frei von Kohlenstoffdiffusion aufgrund des Gefüges des geformten Körpers ist, in welchem der Graphit 3b entlang der Korngrenze des Metallpulvers 3a verbleibt, ist es möglich, die an den geformten Körper beim Wiederverdichten wie in 23 und 24 gezeigt angelegte Umformlast (Verformungswiderstand) wesentlich zu verringern. Der geformte Körper ist im Wesentlichen frei von Kahlenstoffdiffusion, um somit eine geringe Härte und eine hohe Dehnung aufzuweisen. Da das Verbleiben des Graphits entlang der Korngrenze des Metallpulvers zum Begünstigen der Verschiebung zwischen Partikeln des Metallpulvers wirkt, kann die beim Wiederverdichten angelegte Umformlast verringert werden und der plastisch verarbeitete Körper kann auf einfache Weise zu einer erwünschten Form wiederverdichtet werden. 23 zeigt die Umformlast in Beispiel 1 und 24 zeigt die Umformlast in Beispiel 2.
Durch Festlegen der vorläufigen Sintertemperatur innerhalb des Bereichs von 700-1000°C kann der plastisch verarbeitete Körper eine ausreichende Zugfestigkeit, wie in 25 und 26 zeigt und eine ausreichende Härte, wie in 27 und 28 gezeigt aufwei sen. 25 und 27 veranschaulichen die Zugfestigkeit und die Härte in Beispiel 1 und 26 und 28 veranschaulichen die in Beispiel 2. Der plastisch verarbeitete Körper kann im Wesentlichen die gleiche Zugfestigkeit und Härte wie die von Gusswerkstücken und Schmiedewerkstücken aufweisen und deshalb die ausreichend erhöhte mechanische Festigkeit.
Im Fall von Wiederverdichten mit einer relativ geringen Verformung ist es möglich, das Wiederverdichten einfach durchzuführen, d.h. die plastische Bearbeitung wieder durchzuführen. Im Fall von Wiederverdichten mit einer relativ hohen Verformung ist es möglich, eine hohe Härte aufgrund der Kaltverformung zu erhalten.
29 veranschaulicht ein Gefüge des plastisch verarbeiteten Körpers, produziert durch Wiederverdichten mit der relativ geringen Verformung und 30 veranschaulicht ein Gefüge des plastisch verarbeiteten Körpers, produziert durch Wiederverdichten mit der relativ hohen Verformung. In beiden Gefügen verbleibt der Graphit 3b entlang einer Korngrenze des Metallpulvers 3a. Wenn das Metallpulver 3a wie in Anspruch 17 (Anm. des Übersetzers: „Anspruch 1") ist, ist das Gefüge davon ein Ferrit (F)-Gefüge, ein Austenit (A)-Gefüge oder solch ein Gefüge, in welchem eine geringe Menge an Perlit (P) oder Bainit (B) in der Nähe von Graphit 3b ausgefällt ist. Wenn das Metallpulver 13a das wie in Anspruch 18 oder 19 (Anm. des Übersetzers: „Anspruch 3 oder 4") ist, ist das Gefüge davon ein Ferrit (F)-Gefüge, ein Austenit (A)-Gefüge, ein Gefüge, in welchem wenigstens ein nicht-diffundiertes Legierungselement, wie beispielsweise Nickel (Ni) gleichzeitig vorhanden ist, oder ein Gefüge, in welchem eine geringe Menge an Perlit (P) oder Bainit (B) in der Nähe von dem Graphit 3b ausgefällt ist. In dem Gefüge wie in 29 gezeigt, ist das Metallpulver 3a geringfügig verformt und Lücken zwischen den Metallpartikeln sind wesentlich reduziert. In dem Gefüge wie in 30 gezeigt, ist das Metallpulver 3a bemerkenswert zu einer abgeflachten Form verformt und im Wesentlichen alle Lücken zwischen den Metallpartikeln sind beseitigt.
Da das Wiederverdichten des geformten Körpers bei einer herkömmlichen Temperatur durchgeführt wird, kann die Erzeugung von Zunder oder die Verschlechterung der Maßhaltigkeit des erhaltenen plastisch bearbeiteten Körpers aufgrund von Umwandlung davon verhindert werden. Da außerdem der geformte Körper durch die geringere, daran angelegte Umformlast verdichtet werden kann, kann die Rückfederung davon im Vergleich zu Schmiedematerialien verringert werden und der plastisch verarbeitete Körper, produziert durch Wiederverdichten, kann als Ganzer im Wesentlichen eine wirkliche Dichte aufweisen. Als ein Ergebnis weist der erhaltene plastisch verarbeitete Körper die geringere Streuung der Dichte und Dimensionsvariationen als in dem konventionell gesinterten Körper auf. Der plastisch verarbeitete Körper, erhalten durch Wiederverdichten des geformten Körpers, kann somit eine hohe Maßhaltigkeit aufweisen.
Demnach ist der erhaltene plastisch verarbeitete Körper für verschiebbare Teile, die eine hohe Festigkeit und eine hohe Genauigkeit erfordern, geeignet.
Der plastisch verarbeitete Körper wird bei dem nachfolgenden Nachsinterungsschritt 4 nachgesintert. Beim Nachsintern tritt das Sintern aufgrund der Oberflächendiffusion oder dem Schmelzen an Kontaktflächen zwischen den Metallpulverpartikeln ein und gleichzeitig wird der entlang der Korngrenze des Metallpulvers 3a verbleibende Graphit 3b in ein Ferrit-basierendes Material des Metallpulvers diffundiert (zum Formen einer festen Lösung oder Carbid damit). Wenn das Metallpulver 3a, wie in 31 veranschaulicht gemäß Anspruch 1 ist, dann ist das Gefüge davon ein Ferrit (F)-Gefüge, ein Austenit (A)-Gefüge, ein Perlit (P)-Gefüge oder ein Bainit (B)-Gefüge und wenn das Metallpulver 3a, das wie in Anspruch 18 oder 19 (Anm. des Übersetzers: „Anspruch 3 oder 4") ist, dann ist das Gefüge davon ein Ferrit (F)-Gefüge, ein Austenit (A)-Gefüge, ein Perlit (P)-Gefüge, ein Bainit (B)-Gefüge oder ein Gefüge, in welchem wenigstens eine nicht-diffundierte Legierungskomponente, wie beispielsweise Nickel (Ni), gleichzeitig vorhanden ist. Wenn der Restgraphit 3b vorhanden ist, wird solch ein Gefüge erhalten, in welchem der Graphit 3b innerhalb oder entlang der Korngrenze des Metallpulvers 3a eingestreut ist.
In dem gesinterten Körper, hergestellt aus der metallischen Pulvermischung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 wiedergegeben, wie in 32 gezeigt, wird das Restverhältniss des vermischten Graphits 3b (eine Verhältniss von einer nicht-diffundierten Graphitmenge zu der Gesamtmenge der Kohlenstoffanteile) geringer, wenn die Nachsinterungstemperatur steigt. Der nachgesinterte geformte Körper hat ein Gefüge, in welchem der Graphit 3b in das Metallpulver diffundiert ist und ein Gefüge, in welchem der Graphit 3b bei einem vorbestimmten Verhältnis, abhängig von der Nachsinterungstemperatur, darin verbleibt. Bei dem Fall mit der hohen Nachsinterungstemperatur ist die Graphit-Restrate null, wie in 32 gezeigt und das Graphit 3b verbleibende Gefüge ist aufgelöst.
Beim Nachsintern können die Legierungselemente, welche zum Formen einer festen Lösung mit einem Basismaterial in der Lage sind, eine einheitlichere feste Lösung damit erzeugen und die, welche zum Formen von Ausfällungen, wie beispielsweise Carbide, in der Lage sind können Ausfällungen produzieren. Der Effekt der durch die hinzugefügten Legierungselemente erhöhten mechanischen Eigenschaften kann somit an der Makrostruktur des nachgesinterten geformten Körpers wiedergespiegelt werden, wodurch die mechanischen Eigenschaften des nachgesinterten geformten Körpers als Ganzes verbessert werden.
Aus diesem Grund ist die Festigkeit des nachgesinterten geformten Körpers ausreichend höher als die des plastisch verarbeiteten Körpers. Durch Kontrollieren der Menge des diffundierten Graphits 3b ist es außerdem möglich, den nachgesinterten geformten Körper abhängig von den erwünschten mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise Festigkeit und Schmierfähigkeit, zu erhalten. Der nachgesinterte geformte Körper, welcher bei einer vorbestimmten Temperatur nachgesintert wird, hat eine hohe Zugfestigkeit und hohe Härte und kann eine mechanische Festigkeit aufweisen, die im Wesentlichen identisch zu oder höher als die von Gussmaterialien oder Schmiedematerialien ist, welche keine bestimmte gehärtete Schicht erfordern.
Durch Nachsintern nach dem Wiederverdichten weist der nachgesinterte geformte Körper ein rekristallisiertes Gefüge mit einer feinen Kristallkorngröße von ungefähr 20 μm oder weniger auf, welche geringer als die Kristallkorngröße, d.h. 40-50 μm des konventionell gesinterten Körpers ist. Dies ermöglicht es dem nachgesinterten geformten Körper, eine hohe Festigkeit, eine hohe Dehnung, eine hohe Dauerfestigkeit und einen hohen Kerbschlagzähigkeitswert und somit exzellente mechanische Eigenschaften aufzuweisen.
Die Nachsinterungstemperatur wird innerhalb eines Bereichs von 700-1300°C festgelegt. Der Grund hierfür ist, dass wenn die Nachsinterungstemperatur geringer als 700°C ist, wird die Diffusion des Graphits 3b nicht fortschreiten, während bei einer Nachsinterungstemperatur von höher als 1300°C Aufkohlung, Entkohlung oder voluminöses Wachstum der Kristallkörner des nachgesinterten geformten Körpers auftreten wird.
Wenn die Nachsinterungstemperatur in dem relativ niedrigen Bereich von 700-1000°C, wie in 33-36 gezeigt ist, wird die Härte des nachgesinterten geformten Körpers, der beim Wiederverdichten kaltverformt wird, durch das Nachsintern verringert, aber beim Fortschreiten der Difussion des Graphits 3b wird das Gefüge, enthaltend die feinen Kristallkörner, aufgrund des Niedrigtemperaturnachsinterns erhalten. Als ein Ergebnis wird die Festigkeit und Härte des erhaltenen nachgesinterten geformten Körpers erhöht. Abhängig von der Form des wiederverdichteten plastisch verarbeiteten Körpers verursacht das Niedrigtemperaturnachsintern eine große Verringerung der Härte des kaltverformten nachgesinterten geformten Körpers, der langsam enthärtet und bei ungefähr 1000°C wieder gehärtet wird.
In dem Fall, bei dem die Nachsinterungstemperatur in dem relativ hohen Bereich von 1000-1300°C ist, ist die Restrate des Graphits 3b gering und der Graphit 3b wird in das Basismaterial des Metallpulvers diffundiert. Dies ermöglicht, dass die Festigkeit und Härte des erhaltenen nachgesinterten geformten Körpers erhöht wird. Wenn jedoch die Nachsinterungstemperatur 1100°C überschreitet, dann wird solch eine Tendenz auftreten, dass die Gesamtmenge der Kohlenstoffanteile sich verringert, wenn die Menge an entkohltem Kohlenstoff sich erhöht, oder die Festigkeit und die Härte des erhaltenen nachgesinterten geformten Körpers werden aufgrund des Wiederwachstums der Kristallkörner verringert. Wenn die Nachsinterungstemperatur höher als 1300°C ist, werden die mechanischen Eigenschaften des erhaltenen nachgesinterten geformten Materials bemerkenswert verringert. Deshalb ist die Nachsinterungstemperatur vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 900-1300°C.
Als Nächstes wird der nachgesinterte geformte Körper einer Wärmebehandlung bei dem Wärmebehandlungsschritt 105 unterworfen. Die Wärmebehandlung kann Induktionsabschrecken, Aufkohlung-Abschrecken, Nitrierhärtung und die Kombinationen davon enthalten. Durch die Wärmebehandlung bildet der Graphit 3b die übersättigte feste Lösung mit dem Basismaterial oder die Ausfällung von feinen Carbiden, um somit eine gehärtete Schicht in dem nachgesinterten geformten Körper zu formen.
Wie in 37 und 38 veranschaulicht, hat der wärmebehandelte geformte Körper aufgrund der darin erzeugten gehärteten Schicht eine höhere Zugfestigkeit als die des nachgesinterten geformten Körpers. Wie dem Verhältnis zwischen der Härte und der Distanz von der Oberfläche, wie in 39 veranschaulicht, entnehmbar ist, wird der Grad an Diffusion des Kohlenstoffs, verursacht durch die Wärmebehandlung zu einer Innenseite davon geringer, da der wärmebehandelte geformte Körper der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen eine wirkliche Dichte hat. Der wärmebehandelte geformte Körper weist aufgrund der Wärmebehandlung eine hohe Härte an dem Abschnitt nahe der Oberfläche auf, während er darin eine gute Zähigkeit aufweist. Demzufolge weist der wärmebehandelte geformte Körper der vorliegenden Erfindung als Ganzes exzellente mechanische Eigenschaften auf. Der durch das konventionelle Verfahren hergestellte wärmebehandelte geformte Körper weist andererseits Diffusion von Kohlenstoff, die zum Inneren davon fortschreitet und eine hohe Härte auf, aber dieser ist zerbrechlich und hinsichtlich der Zähigkeit und Steifigkeit aufgrund des Vorhandenseins von Lücken darin minderwertig.
Da der durch das konventionelle Verfahren produzierte wärmebehandelte geformte Körper als Ganzer wärmebehandelt wird und die Lücken darin aufweist, ist es schwierig, eine hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit zu erhalten. Im Gegensatz dazu hat der wärmebehandelte geformte Körper gemäß der vorliegenden Erfindung die Festigkeit, Zähigkeit und Steifigkeit, die höher als die von einem herkömmlich gesinterten Körper sind, um somit in der Lage zu sein, abhängig von einer erwünschten mechanischen Eigenschaft, ähnlich wie Guss-/Schmiedematerialien, wärmebehandelt zu werden. In dem Fall, bei dem das Metallpulver das Legierungselement enthält, welches zum Formen einer festen Lösung mit einem Basismaterial des Metallpulvers in der Lage ist, um somit eine Wärmebehandlungsfähigkeit, wie beispielsweise Härtbarkeit zu verbessern, ist es möglich durch das Metallpulver den wärmebehandelten geformten Körper mit besseren mechanischen Eigenschaften herzustellen.
Demzufolge kann der erhaltene wärmebehandelte geformte Körper an Maschinenteilen angewandt werden, die hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit und eine gute Gleiteigenschaft bei niedrigen Kosten erfordern. Die Maschinenteile enthalten Kraftfahrzeugmotorenbauteile, wie beispielsweise eine Nockenwelle, einen Rotor, Antriebswellenverbindungen, Antriebswellen, Kupplungen, Antriebsbauteile, wie beispielsweise Getriebe, Lenkgetriebe, Lenkbauteile, wie beispielsweise Antiblockierungssystem, Aufhängung, unterschiedliche Lager, Pumpenbauteile und dergleichen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann der Vorformling 8 durch sogenanntes Warmumformen produziert werden, bei welchem der Vorformling 8 unter der Bedingung geformt wird, dass die metallische Pulvermischung 7 und das Formgesenk auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt werden, um dadurch eine Fließgrenze der metallischen Pulvermischung 7 zu verringern.
Obwohl der obere Stempel 16 mit der Aussparung 23 zum Erhöhen des Volumens des Formhohlraums 15 in der Ausführungsform ausgebildet ist, kann die Aussparung 23 in dem unteren Stempel 17 oder in dem oberen und unteren Stempeln 16 und 17 ausgebildet werden.
BEISPIELE
Beispiel 1:
Eine metallische Pulvermischung wurde durch Mischen von Graphit in einer Menge von 0,3 Gew.-% mit einem Stahllegierungspulver, enthaltend Molybdän (Mo) in einer Menge von 0,2 Gew.-% mit dem Rest enthaltend Eisen (Fe) und eine geringe Menge von unvermeidbaren Verunreinigungen angefertigt. Die erhaltene metallische Pulvermischung wurde zum Formen eines Vorformlings mit einer Dichte von 7,4 g/cm³ verdichtet. Der erhaltene Vorformling wurde in einer Stickstoffatmosphäre innerhalb eines Ofens bei 800°C für 60 Minuten zum Formen eines geformten Körpers vorläufig gesintert. Die Dehnung des erhaltenen geformten Körpers war 11,2 % und die Härte davon war HRB53,3 (siehe 19 und 21).
Anschließend wurde der geformte Körper durch Rückwärtsfließpressen bei einer Flächenreduktion (Verformungsverhältniss) von 60 % zum Formen eines plastisch verarbeiteten Körpers mit einer Schalenform wiederverdichtet (kaltverformt).
Die Umformlast (Verformungswiderstand), angelegt an dem geformten Körper bei dem erhaltenen plastisch verarbeiteten Körper war 2078 MPa (siehe 23). Die Zugfestigkeit (ausgedrückt in radialer Druckfestigkeit) des erhaltenen plastisch verarbeiteten Körpers war 692 MPa und die Härte davon HRB75 (siehe 25 und 27). Die Dichte des erhaltenen plastisch verarbeiteten Körpers war 7,71 g/cm³.
Als Nächstes wurde der plastisch verarbeitete Körper in einer Atmosphäre von gemischtem Gas von Stickstoff und Wasserstoff innerhalb eines Ofens bei 1150°C zum Erhalt eines nachgesinterten geformten Körpers nachgesintert. Die Zugfestigkeit (ausgedrückt in radialer Druckfestigkeit) des erhaltenen nachgesinterten geformten Körpers war 676 MPa und die Härte davon war HRB71 (siehe 33 und 35). Die Dichte des erhaltenen nachgesinterten geformten Körpers war 7,71 g/cm³.
Danach wurde der nachgesinterte geformte Körper in einer Atmosphäre mit einem Kohlenstoffpotenzial von 1,0 % innerhalb eines Ofens bei der maximalen Temperatur von 860°C aufgekohlt, bei 90°C Öl-vergütet, bei 150°C angelassen, um dadurch einen wärmebehandelten geformten Körper zu formen. Als ein Ergebnis war die Zugfestigkeit (ausgedrückt in radiale Druckfestigkeit) des erhaltenen wärmebehandelten geformten Körpers 1185 MPa (siehe 37), die Oberflächenhärte davon war HRC59 und die innere Härte (Härte an dem Abschnitt 2 mm nach innen von der Oberfläche) davon war HRC33 (HV330).
Beispiel 2
Eine metallische Pulvermischung wurde durch Mischen von Graphit in einer Menge von 0,3 Gew.-% mit einem Stahllegierungspulver, erhalten durch Diffundieren und Ablagern von Nickel (Ni) in einer Menge von 2,0 Gew.-% und Molybdän (Mo) in einer Menge von 1,0 Gew.-% auf ein Eisenpulver enthaltend Eisen (Fe) und eine geringe Menge an unvermeidbaren Verunreinigungen, angefertigt. Die erhaltene metallische Pulvermischung wurde zum Formen eines Vorformlings mit einer Dichte von 7,4 g/cm³ verdichtet. Der erhaltene Vorformling wurde in einer Stickstoffatomsphäre innerhalb eines Ofens bei 800°C für 60 Minuten zum Formen eines geformten Körpers vorläufig gesintert. Die Dehnung des erhaltenen geformten Körpers war 11,8 % und die Härte davon war HRB52 (siehe 20 und 22).
Als Nächstes wurde der geformte Körper durch Rückwärtsfliespressen bei einer Flächenreduktion (Verformungsverhältniss) von 60 % zum Formen eines plastisch verarbeiteten Körpers mit einer Schalenform wiederverdichtet (kaltverformt).
Die Umformlast (Verformungswiderstand), angelegt an dem geformten Körper beim erhaltenen plastisch verarbeiteten Körper war 2428 MPa (siehe 24). Die Zugfestigkeit (ausgedrückt in radialer Druckfestigkeit) des erhaltenen plastisch verarbeiteten Körpers war 706 MPa und die Härte davon war HRB96 (siehe 26 und 28). Die Dichte des erhaltenen plastisch verarbeiteten Körpers war 7,70 g/cm³.
Als Nächstes wurde der plastisch verarbeitete Körper in einer Atmosphäre von einem gemischten Gas von Stickstoff und Wasserstoff innerhalb eines Ofens bei 1150°C zum Formen eines nachgesinterten geformten Körpers nachgesintert. Die Zugfestigkeit (ausgedrückt in radialer Druckfestigkeit) des erhaltenen nachgesinterten geformten Körpers war 784 MPa und die Härte davon war HRB100 (siehe 34 und 36). Die Dichte des erhaltenen nachgesinterten geformten Körpers war 7,70 g/cm³.
Danach wurde der nachgesinterte geformte Körper in einer Atmosphäre mit einem Kohlenstoffpotenzial von 1,0 % innerhalb eines Ofens bei der maximalen Temperatur von 860°C aufgekohlt, bei 90°C Öl-vergütet, bei 150°C angelassen, um dadurch einen wärmebehandelten geformten Körper zu formen. Als ein Ergebnis ist die Zugfestigkeit (ausgedrückt in radialer Druckfestigkeit) des erhaltenen wärmebehandelten geformten Körpers 1678 MPa, die Oberflächenhärte davon war HRC62 und die innere Härte (Härte an dem Abschnitt 2 mm nach innen von der Oberfläche) davon war HRC41 (HV400) (siehe 38 und 39).
Beispiel 3:
Eine metallische Pulvermischung wurde durch Mischen von Kupfer (Cu) in einer Menge von 2,0 Gew.-% und Graphit in einer Menge von 0,3 Gew.-% mit einem Eisenpulver, enthaltend Eisen (Fe) und eine geringe Menge an unvermeidbaren Verunreinigungen, angefertigt. Die erhaltene metallische Pulvermischung wurde zum Formen eines Vorformlings mit einer Dichte von 7,4 g/cm³ verdichtet. Der erhaltene Vorformling wurde in einer Stickstoffatmosphäre innerhalb eines Ofens bei 800°C für 60 Minuten zum Formen eines geformten Körpers vorläufig gesintert. Die Dehnung des erhaltenen geformten Körpers war 12,0 % und die Härte davon war HRB47.
Als Nächstes wurde der geformte Körper durch Rückwärtsfließpressen bei einer Flächenreduktion von 60 % zum Formen eines plastisch verarbeiteten Körpers mit einer Schalenform wiederverdichtet (kaltverformt).
Die Umformlast (Verformungswiderstand), angelegt an dem geformten Körper bei dem erhaltenen plastisch verarbeiteten Körper war 1960 MPa. Die Zugfestigkeit (ausgedrückt in radialer Druckfestigkeit) des erhaltenen plastisch verarbeiteten Körpers war 510 MPa und die Härte davon war HRB75. Die Dichte des erhaltenen plastisch verarbeiteten Körpers war 7,70 g/cm³.
Als Nächstes wurde der plastisch verarbeitete Körper in einer Atmosphäre von einem gemischten Gas von Stickstoff und Wasserstoff innerhalb eines Ofens bei 1150°C nachgesintert, um somit einen nachgesinterten geformten Körper zu formen. Die Zugfestigkeit (ausgedrückt in radialer Druckfestigkeit) des erhaltenen nachgesinterten geformten Kör pers war 735 MPa, die Härte davon war HRB80 und die Dichte des erhaltenen nachgesinterten geformten Körpers war 7,75 g/cm³.
Danach wurde der nachgesinterte geformte Körper in einer Atmosphäre mit einem Kohlenstöffpotenzial von 1,0 % innerhalb eines Ofens bei der maximalen Temperatur von 860°C aufgekohlt, bei 90°C Öl-vergütet, bei 150°C angelassen, um dadurch einen wärmebehandelten geformten Körper zu formen. Als ein Ergebnis war die Zugfestigkeit (ausgedrückt in radialer Druckfestigkeit) des erhaltenen wärmebehandelten geformten Körpers 980 MPa, die Oberflächenhärte davon war HRC42 und die innere Härte (Härte an dem Abschnitt 2 mm nach innen von der Oberfläche) davon war HRB91.
Beispiele 4-7 werden nachfolgend beschrieben. Diese Beispiele unterscheiden sich von Beispiel 1 hinsichtlich der Komponenten des Stahllegierungspulvers, wie oben beschrieben, und sind die gleichen wie in Beispiel 1 hinsichtlich der Menge an Graphit (0,3 Gew.-%), gemischt mit dem Stahllegierungspulver, der Dichte (7,4 g/cm³) des Vorformlings, der vorläufigen Sinterbedingungen (in der Stickstoffatmosphäre innerhalb des Ofens bei 800°C für 60 Minuten), der Wiederverdichtungsbedingungen (bei einer Reduktion in einem Bereich von 60 %), der Nachsinterungsbedingungen (in der Atmosphäre des gemischten Gases von Stickstoff und Wasserstoff innerhalb des Ofens bei 1150°C) und der Wärmebehandlungsbedingungen (in der Atmosphäre mit dem Kohlenstoffpotenzial von 1,0 % innerhalb des Ofens bei der maximalen Temperatur von 860°C, der Ölvergütung bei 90°C, Anlassen bei 150°C). Die Komponenten des Stahllegierungspulvers und die Testergebnisse in diesen Beispielen sind unten bechrieben.
Beispiel 4:

Ein Stahllegierungspulver wurde aus 1,0 Gew.-% an Nickel (Ni), 0,3 Gew.-% an Molybdän (Mo), 0,3 Gew.-% an Kupfer (Cu) mit dem Rest enthaltend Eisen (Fe) und eine geringe Menge an unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet.

(a) Umformlast beim Wiederverdichten:	2195 MPa
(b) Zugfestigkeit des plastisch verarbeiteten Körpers:	725 MPa
(c) Härte des plastisch verarbeiteten Körpers:	HRB82
(d) Dichte des plastisch verarbeiteten Körpers:	7,74 g/cm³
(e) Zugfestigkeit des nachgesinterten geformten Körpers:	755 MPa
(f) Härte des nachgesinterten geformten Körpers:	HRB85
(g) Dichte des nachgesinterten geformten Körpers:	7,74 g/cm³
(h) Zugfestigkeit des wärmebehandelten geformten Körpers:	1235 MPa
(i) Oberflächenhärte des wärmebehandelten geformten Körpers:	HRC60
(j) Innere Härte des wärmebehandelten geformten Körpers:	HRC33 (HV326)

Beispiel 5:

Ein Stahllegierungspulver wurde durch 1,0 Gew.-% an Chrom (Cr), 0,7 Gew.-% an Mangan (Mn), 0,3 Gew.-% an Molybdän (Mo) mit dem Rest enthaltend Eisen (Fe) und eine geringe Menge an unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet.

(a) Umformlast beim Wiederverdichten:	2333 MPa
(b) Zugfestigkeit des plastisch verarbeiteten Körpers:	706 MPa

(c) Härte des plastisch verarbeiteten Körpers:	HRB80
(d) Dichte des plastisch verarbeiteten Körpers:	7,66 g/cm³
(e) Zugfestigkeit des nachgesinterten geformten Körpers:	794 MPa
(f) Härte des nachgesinterten geformten Körpers:	HRB90
(g) Dichte des nachgesinterten geformten Körpers:	7,66 g/cm³
(h) Zugfestigkeit des wärmebehandelten geformten Körpers:	1323 MPa
(i) Oberflächenhärte des wärmebehandelten geformten Körpers:	HRC60
(j) Innere Härte des wärmebehandelten geformten Körpers:	HRC42 (HV418)

Beispiel 6:

Ein Stahllegierungspulver wurde durch 1,0 Gew.-% an Chrom (Cr), 0,3 Gew.-% an Molybdän (Mo), 0,3 Gew.-% an Vanadium (V) mit dem Rest enthaltend Eisen (Fe) und einer geringen Menge an unvermeidbaren Verunreinigungen gebildet.

(a) Umformlast beim Wiederverdichten:	2362 MPa
(b) Zugfestigkeit des plastisch verarbeiteten Körpers:	725 MPa
(c) Härte des plastisch verarbeiteten Körpers:	HRB82
(d) Dichte des plastisch verarbeiteten Körpers:	7,65 g/cm³
(e) Zugfestigkeit des nachgesinterten geformten Körpers:	804 MPa
(f) Härte des nachgesinterten geformten Körpers:	HRB88
(g) Dichte des nachgesinterten geformten Körpers:	7,65 g/cm³

(h) Zugfestigkeit des wärmebehandelten geformten Körpers:	1333 MPa
(i) Oberflächenhärte des wärmebehandelten geformten Körpers:	HRC63
(j) Innere Härte des wärmebehandelten geformten Körpers:	HRC43 (HV421)

Beispiel 7:

Ein Stahllegierungspulver wurde durch 6,5 Gew.-% an Kobalt (Co), 8,0 Gew.-% an Chrom (Cr), 2,0 Gew.-% an Wolfram (W), 0,5 Gew.-% an Molybdän (Mo) mit dem Rest, enthaltend Eisen (Fe) und eine geringe Menge an unvermeidbaren Verunreinigungen, gebildet.

(a) Umformlast beim Wiederverdichten:	2450 MPa
(b) Zugfestigkeit des plastisch verarbeiteten Körpers:	596 MPa
(c) Härte des plastisch verarbeiteten Körpers:	HRB95
(d) Dichte des plastisch verarbeiteten Körpers:	7,60 g/cm³
(e) Zugfestigkeit des nachgesinterten geformten Körpers:	784 MPa
(f) Härte des nachgesinterten geformten Körpers:	HRB100
(g) Dichte des nachgesinterten geformten Körpers:	7,60 g/cm³
(h) Zugfestigkeit des wärmebehandelten geformten Körpers:	1176 MPa
(i) Oberflächenhärte des wärmebehandelten geformten Körpers:	HRC66
(j) Innere Härte des wärmebehandelten geformten Körpers:	HRC45 (HV450)

Wie oben erläutert, hat der metallische pulvergeformte Körper der vorliegenden Erfindung einen vorbestimmten Graphitanteil, der für die Herstellung von Maschinenteilen mit einer hohen mechanischen Festigkeit geeignet ist und weist die mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise niedrige Härte und hohe Dehnung (Verformbarkeit) auf, welche für die Wiederverdichtung davon vorteilhaft sind.
Außerdem weist der wiederverdichtete Körper der vorliegenden Erfindung die erhöhten mechanischen Eigenschaften, enthaltend Härte, Dauerfestigkeit und dergleichen und die erhöhte Maßhaltigkeit auf.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, geändert werden. Beispielsweise kann der Vorformling 8 durch sogenanntes Warmumformen produziert werden, bei welchem der Vorformling 8 unter der Bedingung geformt wird, dass die metallische Pulvermischung 7 und das Formgesenk auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt werden, um eine Fließgrenze der metallischen Pulvermischung 7 zu verringern.
Obwohl der obere Stempel 16 geformt mit der Aussparung 23 zum Erhöhen des Volumens des Formhohlraums 15 bei dem primären Umformschritt 1 verwendet wird, so kann die Aussparung 23 in dem unteren Stempel 17 oder in dem oberen und unteren Stempel 16 und 17 geformt werden.

Claims

Ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen pulvergeformten Körpers (9), umfassend: einen primären Umformschritt (1) des Verdichtens einer metallischen Pulvermischung (7), erhalten durch Mischen von 0,1 Gew.-% oder mehr an Graphit mit einem Eisenbasis-Metallpulver, die metallische Pulvermischung (7) enthält wenigstens ein Legierungselement ausgewählt aus der Gruppe: Mo, Ni, Cu, Cr, W, V und Co, welches zum Verbessern der mechanischen Eigenschaften, wie etwa Festigkeit und Härtbarkeit, in der Lage ist, mit einem Grundmaterial des Metallpulvers eine feste Lösung zu bilden oder zum Verbessern der mechanischen Eigenschaften, wie etwa Festigkeit und Härte, in der Lage ist, eine Ausfällung, wie etwa Carbid zu formen, um einen Vorformling (8) mit einer Dichte von nicht weniger als 7,3 g/cm³ zu formen; und einen vorläufigen Sinterschritt (2) des vorläufigen Sinterns des Vorformlings (8) bei einer Temperatur von 700-1000°C zum Formen des metallischen pulvergeformten Körpers, worin der metallisch pulvergeformte Körper (9) ein Gefüge hat, in welchem der Graphite entlang einer Korngrenze des Metallpulvers verbleibt und im Wesentlichen keine Ausfällung, wie Eisencarbide oder die Legierungselemente, enthält.
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver Fe und unvermeidbare Verunreinigungen und wenigstens eines der Legierungselemente enthält.
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver durch Diffundieren und Ablagern eines Pulvers, das als eine Hauptkomponente das Legierungselement enthält, auf ein Eisenbasis-Metallpulver erhalten wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver (7) durch Mischen eines Pulvers, das als eine Hauptkomponente das Legierungselement enthält, mit einem Eisenbasis-Metallpulver erhalten wird.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisenbasis-Metallpulver Fe und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst: einen Wiederverdichtungsschritt (3) von Wiederverdichten des metallischen pulvergeformten Körpers (9) zum Formen eines wiederverdichteten Körpers (10).
Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei der wiederverdichtete Körper (10) ein dichtes Gefüge, enthaltend im Wesentlichen keine Lücken, aufweist.
Ein Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst: einen Nachsinterungsschritt (4) von Nachsintern des wiederverdichteten Körpers (10) zum Formen eines gesinterten Körpers (11).
Das Verfahren nach Anspruch 8, worin der gesinterte Körper (11) ein Graphitdiffundiertes Gefüge und ein Graphit-verbleibendes Gefüge bei einem vorbestimmten Verhältnis, bestimmt abhängig von der vorbestimmten Nachsintertemperatur, aufweist.
Ein Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst: einen Wärmebehandlungsschritt (5) zum Wärmebehandeln des gesinterten Körpers (11).
Das Verfahren nach Anspruch 10, worin der wärmebehandelte gesinterte Körper ein gehärtetes Gefüge aufweist.
Das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, worin der primäre Umformschritt (1) ferner den Schritt von Pressen der in einem Formhohlraum (15) eines Formgesenks (14) gefüllten metallischen Pulvermischung (7) durch obere und untere Stempel (16, 17) umfasst; der Formhohlraum (15) ist mit einem größeren Durchmesserabschnitt (19), in welchen der obere Stempel (16) eingeführt wird, einem kleineren Durchmesserabschnitt (20), in welchen der untere Stempel (17) eingeführt wird und einem verjüngten Abschnitt (21), der den größeren Durchmesserabschnitt und den kleineren Durchmesserabschnitt (19, 20) miteinander verbindet, geformt, und irgendeiner oder beide, der oberen und unteren Stempel (16, 17) haben eine Aussparung (23) an einer äußeren umfänglichen Peripherie einer Endfläche (22) davon, die dem Formhohlraum (15) gegenüber steht, um ein Volumen des Formhohlraums (15) zu erhöhen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, worin die Menge an Graphit, die mit dem Metallpulver gemischt wird, 0,3 Gew.-% oder mehr ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, worin Nachsintern bei einer vorbestimmten Nachsinterungstemperatur von 700°C bis 1300°C durchgeführt wird.