DE60131945T2

DE60131945T2 - Verfahren zum Sintern und Schmieden von Rohstoffmaterial

Info

Publication number: DE60131945T2
Application number: DE60131945T
Authority: DE
Inventors: Takashi Atsugi-shi YOSHIMURA; Mitsumasa Atsugi-shi IIJIMA; Shin Atsugi-shi Koizumi; Yasuo Atsugi-shi HATAI
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2021-10-27
Also published as: EP1201338A2; US6454991B1; EP1201338A3; JP3774625B2; DE60131945D1; EP1201338B1; US20020051725A1; JP2002137039A

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Verbesserungen in einem Schmiedeverfahren von Rohmaterial zum Sintern und Schmieden, um ein Schmiedestück zu erzeugen, das als ein mechanisches Teil oder dergleichen verwendet wird, und noch genauer, eine Schmiedeverfahren eines gesinterten Halbzeuges, das Eisen als eine Hauptkomponente und Grafit enthält.
Bisher ist Schmieden weitverbreitet zum Herstellen mechanischer Schmiedeteile verwendet worden. Zusätzlich ist in den letzten Jahren überlegt worden, ein mechanisches Teil durch Sintern von kompaktem metallischen Pulver herzustellen, um ein gesintertes Halbzeug herzustellen und dann durch Schmieden das gesinterte Halbzeug zu formen. Das metallische Pulver enthält Eisen als eine Hauptkomponente und enthält außerdem eine Grafitmenge. Es ist bekannt geworden, dass die Tendenz besteht, dass in einem Erzeugnis durch das Ausführen von Extrusionsschmieden an dem gesinterten Halbzeug leicht Risse entstehen.
Diese Tatsache wird z. B. auf den Seiten 38 und 39 eines technischen Textes „Industrial Library 13 – High Speed Forging (veröffentlicht durch Nikkan Kogyo Shinbunsha am 25. Juni 1969)" beschrieben. Entsprechend dieses technischen Textes wird Eisenpulver einem Vorverdichten und einem Sintern unterworfen, um ein gesintertes Halbzeug mit einer relativen Dichte von 78% zu erhalten, und dann das gesinterte Halbzeug einem Extrusionsschmieden unter Pressen während einer Last eines Gegendruckes von 4000 kg/cm² zu unterziehen. Dieser technische Text führt an, dass die Entstehung eines Risses nicht verhindert werden kann. Zusätzlich führt der technische Text an, dass die Entstehung eines Risses in dem Fall verhindert werden kann, in dem das zuvor erwähnte gesinterten Halbzeug einem Extrusionsschmieden mit einem Hochgeschwindigkeitshammer, der einen Gegendruck von 3000 kg/cm2 aufbringt, unterworfen wird.
In dem zuletzt erwähnten Schmiedeverfahren kann die Entstehung von einem Riss verhindert werden; jedoch ist eine Formgebungsgeschwindigkeit während des Schmiedens hoch, wodurch Wärme erzeugt wird, was einen derartig weiteren Nachteil hervorruft, dass die Wärme beim Schmieden eine Abmessungsungenauigkeit vermindert.
WO 00/62960 zeigt ein Schmiedeverfahren, das aus Verdichten, Sintern und dann Verdichten und gleichzeitiges Extrudieren durch den Gegendruck besteht.
Neben dem zuvor Ausgeführten ist in jüngster Zeit ein Schmiedeverfahren, wie in der vorläufigen Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 200-17307 angeführt und vorgeschlagen worden. Diese Schmiedeverfahren wird zusammengefasst wie folgt: Metallisches Pulver wird verdichtet, um ein Halbzeug mit einer bestimmten Dichte zu haben. Danach wird das Halbzeug bei 1300°C unter einem Vakuum gesintert, um dadurch ein gesintertes Halbzeug zu bilden. Dieses gesinterte Halbzeug wird in einem Werkzeug angeordnet und von der Richtung von oben und von unten unter Wärme unter Druck gesetzt, in dem ein Druck in der Richtung nach unten relativ zu dem in der Richtung nach oben reduziert wird, um ein Extrusionsschmieden zu erreichen. Entsprechend dieses Schmiedeverfahrens kann die Entstehung eines Risses in einem Schmiedestück unter den Wirkungen der Wärme während des Ausdehnungsschmiedens und Anwendens des Druckes aus den Richtungen von oben und von unten verhindert werden.
Es sind jedoch Nachteile in solch einem herkömmlichen Schmiedeverfahren aufgetreten. Insbesondere in dem Fall, das ein metallisches Pulver als ein Rohmaterial durch das Mischen von Grafit mit Metallpulver, das Eisen als eine Hauptkomponente enthält, vorbereitet wird, wird das Grafit in dem Metallpulver übermäßig diffundiert, um in hohem Maße die Härte des gesinterten Halbzeugs zu erhöhen. Demzufolge wird, wenn nicht genügend Wärme auf das gesinterte Halbzeug während des anschließenden Extrusionsschmiedens aufgebracht wird, die Entstehung eines Risses in dem sich daraus resultierenden Schmieden auftreten. Somit wird in dem herkömmlichen Schmiedeverfahren das Ausführen solch eines Erwärmens auf eine hohe Temperatur während des Extrusionsschmiedens gefordert, wodurch eine Einrichtung oder eine Schmiedemaschine durch das Hinzufügen einer Erwärmungsvorrichtung in der Abmessung groß und kompliziert wird, während die Lebensdauer des Werkzeuges verkürzt und die Abmessungsgenauigkeit des resultierenden Schmiedens vermindert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
In Anbetracht der vorherigen Ausführungen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Schmiedeverfahren eines Rohmaterials zum Sintern und Schmieden zu schaffen, das die Nachteile, die in herkömmlichen Schmiedeverfahren auftreten, überwinden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Schmiedeverfahren eines Rohmaterials zum Sintern und Schmieden zu schaffen, das die Entstehung von Defekten, z. B. eines Risses und dergleichen eines in der Folge ausgeführten Schmiedens sicher verhindert, ohne dass eine große Abmessung und eine Komplizierung einer Schmiedeeinrichtung oder -maschine, eine Verkürzung der Lebensdauer eines Werkzeuges und die Verminderung der Abmessungsgenauigkeit des in der Folge ausgeführten Schmiedens hervorgerufen wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht auf einem Schmiedeverfahren eines Rohmaterials zum Sintern und Schmieden. Das Verfahren weist die Schritte auf von: (a) Verdichten von metallischen Pulver, das Eisen als eine Hauptkomponente und Graphit enthält, um ein Halbzeug mit einer vorbestimmten Dichte zu erhalten; (b) Sintern des Halbzeuges bei einer Temperatur, die von 700 bis 1000°C reicht, um ein gesintertes Halbzeug mit einer Textur zu bilden, in der Grafit an der Korngrenze vom Metallpulver zurück gehalten wird; (c) Verdichten des gesinterten Halbzeuges aus zwei Richtungen, um ein verdichtetes gesintertes Halbzeug zu erhalten; und (d) Extrudieren des verdichteten gesinterten Halbzeuges während des Pressens des verdichteten gesinterten Halbzeuges in einer Weise, dass ein Druck in einer der zwei Richtungen im Verhältnis zu einem Druck in der anderen der zwei Richtungen reduziert ist, um ein Extrusionsschmieden zu erreichen. Vorzugsweise enthält das metallische Pulver zumindest ein Element, das aus der Gruppe, die aus Chrom, Molybdän, Mangan, Nickel, Kupfer, Wolfram, Vanadium und Kobald besteht, ausgewählt wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung führt in einem Schmiedeverfahren ein Rohmaterial zum Sintern und Schmieden an. Das Verfahren weist die Schritte auf von: (a) verdichten des metallischen Pulvers, das Eisen als eine Hauptkomponente und Grafit enthält, um ein Halbzeug zu erhalten; (b) Sintern des Halbzeuges bei einer Temperatur, die von 700 bis 1000°C reicht, um ein gesintertes Halbzeug mit einer Textur zu erhalten, in der Grafit an der Korngrenze des Metallpulvers zurück gehalten wird; (c) Einbringen des Halbzeuges in einen Formgebungsraum eines Werkzeuges; (d) Verdichten des gesinterten Halbzeuges in dem Formgebungsraum des Werkzeuges aus entgegengesetzten Richtungen, ohne zu erwärmen, um ein verdichtetes gesintertes Halbzeug zu erhalten; und (e) Extrudieren des verdichteten gesinterten Halbzeuges in dem Werkzeug, ohne zu erwärmen, durch Steuern des Druckes in den entgegengesetzten Richtungen in einer Weise, dass der Druck in einer der entgegengesetzten Richtungen im Verhältnis zu dem Druck in der anderen Richtung der entgegengesetzten Richtungen vermindert wird, um ein Extrusionsschmieden zu erreichen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung geht in dem gesinterten Halbzeug durch das Sintern des Halbzeuges bei 700 bis 100°C das Verbinden zwischen den Metallen in solch einer Weise voran, um eine Druckverformung möglich zu machen, wäh rend Grafit kaum diffundiert und an der Korngrenze verteilt wird. Wenn dieses gesinterte Halbzeug aus zwei Richtungen verdichtet wird, kann es leicht unter einem Kalt-Verdichten Verdichtungs-verformt werden und um dadurch das verdichtete gesinterte Halbzeug mit hoher Dichte zu formen. Dann wird das verdichtete gesinterte Halbzeug aus zwei Richtungen verdichtet, in dem der Druck aus einer Richtung im Verhältnis zu der aus der anderen Richtung reduziert wird. Als ein Ergebnis wird das verdichtete gesinterte Halbzeug von der Seite der anderen Richtung kalt-extrudiert, um dadurch ein Schmieden ohne Defekte, wie z. B. einen Riss oder dergleichen, zu erhalten.
Vorzugsweise beträgt die vorbestimmte Dichte des Halbzeuges nicht niedriger als 7,1 g/cm³. Bei diesem Merkmal ist das Metallpulver in einem Zustand, bei dem der Kontakt zwischen den Metallpartikeln des Metallpulvers erhöht ist. Zusätzlich ist die Zusammensetzung des gesinterten Halbzeugs in einem Zustand, in dem Grafit an der Korngrenze des Metallpulvers zurückgehalten wird, während Ausfällungen, z. B. Karbid und dergleichen kaum gebildet werden. Als ein Ergebnis ist das gesinterte Halbzeug in der Härte hoch und in einem Prozentsatz hinsichtlich der Verlängerung hoch, während die Schmierungsmerkmale an der Korngrenze des Metallpulvers erhöht sind, um dadurch insgesamt die Verformbarkeit des gesinterten Halbzeugs anzuheben. Diese Wirkungen werden mit den zuvor erwähnten Wirkungen des besonderen Schmiedeverfahrens kombiniert, um es dadurch möglich zu machen, die Entstehung von Defekten, wie z. B. eines Risses oder dergleichen, zu verhindern.
Vorzugsweise werden der Schritt des Verdichtens und der Schritt des Extrudierens aufeinanderfolgen ausgeführt. Mit diesem Merkmal kann das gesinterte Halbzeug, das einem Schmiedeverfahren bei dem Schritt des Verdichtens unterworfen worden ist, in der anschließenden Schritt des Extrudieren übergeführt werden, ohne sein Werkstück zu härten. Demzufolge kann das Extrusionsschmieden selbst bei einem Rohmaterial, was dazu neigt, sein Werkstück zu härten, ohne Probleme vorgenommen werden.
Vorzugsweise werden der Schritt des Verdichtens und der Schritt des Extrudierens, ohne das gesinterte Halbzeug zu erwärmen, ausgeführt. Mit diesem Merkmal kann die Abmessungsgenauigkeit des resultierenden Schmiedens angehoben werden, während die thermische Verschlechterung eines Werkzeuges verhindert werden kann.
Vorzugsweise wird das gesinterte Halbzeug unter einem vorwärts-Extrudieren in dem Schritt des Extrudierens extrudiert. Mit diesem Merkmal kann das Schmieden eines langen Teiles realisiert werden, ohne das Entstehen eines Risses oder dergleichen des langen Teiles hervorzurufen.
Es wird bevorzugt, dass der Schritt des Vorbereitens eines Werkzeuges, das einen Verdichtungsabschnitt hat, der mit einem ersten Raum gebildet ist, in den das gesinterte Halbzeug eingelegt wird, um verdichtet zu werden, und dass ein Extrusionsabschnitt gebildet ist, der mit dem Verdichtungsabschnittes fortlaufend ist und mit einem zweiten Raum, der mit dem ersten Raum des Verdichtungsabschnittes fortlaufend ist, versehen ist. Der zweite Raum ist im Querschnitt kleiner als der erste Raum. Hierbei wird der Schritt des Verdichtens durch den Verdichtungsabschnitt ausgeführt, um eine Dichte des gesinterten Halbzeuges zu erhöhen, um ein verdichtetes gesintertes Halbzeug zu bilden, das in dem Extrusionsabschnitt extrudiert werden soll, und der Extrusionsschritt wird durch den Extrusionsabschnitt aufeinanderfolgend ausgeführt, um ein Schmiedestück zu bilden. Mit diesem Merkmal werden der Verdichtungsabschnitt und der Extrusionsabschnitt in dem Werkzeug fortlaufend gebildet, so dass der Schritt des Verdichtens und der Schritt des Extrudierens aufeinanderfolgend ausgeführt werden.
Vorzugsweise ist der erste Raum des Verdichtungsabschnittes des Werkzeuges entsprechend des Endproduktes oder des sich ergebenden Schmiedens geformt. Mit diesem Merkmal ist ein weiteres Bearbeiten an einem Teil des Materials, das in dem nicht-extrudierten Zustand in dem Verdichtungsabschnitt des Werkzeuges verbleibt, nicht notwendig und demzufolge kann das Material in dem Verdichtungsabschnitt als ein Produkt, so wie es ist, verwendet werden.
Die anderen Ziele und Merkmale dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verstanden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine vertikale Schnittdarstellung eines wesentlichen Teils eines Beispiels einer Schmiedemaschine, die ein Schmiedeverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung ausführt;
2A ist eine fragmentarische Darstellung eines ersten Schrittes in dem Schmiedeverfahren, das durch die Schmiedemaschine der 1 ausgeführt wird;
2B ist eine fragmentarische Darstellung eines zweiten Schrittes in dem Schmiedeverfahren, das durch die Schmiedemaschine der 1 ausgeführt wird, der zu dem ersten Schritt der 2A aufeinanderfolgend ist;
2C ist eine fragmentarische Darstellung eines dritten Schrittes in dem Schmiedeverfahren, das durch die Schmiedemaschine der 1 ausgeführt wird; der zu dem zweiten Schritt der 2B aufeinanderfolgend ist;
3 ist eine schematische Seitenansicht, die die Form eines Schmiedestücks in einem Experiment zeigt, das ausgeführt worden ist, um experimentelle Daten der 4 und 5 zu erhalten;
4 ist ein Diagramm, das die experimentellen Daten repräsentiert, die die Beziehung zwischen der nicht-extrudierten Dicke und der Dichte des Schmiedestückes der 3 zeigt;
5 ist ein Diagramm, das die experimentellen Daten repräsentiert, die die Beziehung zwischen der Dichte des Halbzeuges und der dichte des Schmiedestückes der 3 zeigt;
6A ist eine Tabelle, die die experimentellen Daten enthält, die die Beziehung zwischen der Sintertemperatur und dem Prozentsatz der Verlängerung des gesinterten Halbzeuges im Hinblick auf die mit dem Metallpulver (mit dem Pulver einer Stahllegierung) gemischten Grafitmenge, die dieselbe ist, wie die in dem Beispiel 1, repräsentiert;
6B ist ein Diagramm, das die experimentellen Daten der 6a zeigt;
7A ist eine Tabelle, die die experimentellen Daten enthält, die die Beziehung zwischen der Sintertemperatur und der Härte des gesinterten Halbzeugs im Hinblick auf die mit die mit dem Metallpulver (mit dem Pulver einer Stahllegierung) gemischten Grafitmenge, die dieselbe ist, wie die in dem Beispiel 1, repräsentiert;
7B ist ein Diagramm, das die experimentellen Daten von 7a zeigt;
8A ist ein Tabelle, die die experimentellen Daten enthält, die die Beziehung zwischen der Sintertemperatur und der Formgebungslast (der Fließbeanspruchung) des gesinterten Halbzeugs im Hinblick auf die mit dem Metallpulver (mit dem Pulver einer Stahllegierung) gemischten Grafitmenge, die dieselbe ist, wie die in dem Beispiel 1, repräsentiert;
8B ein Diagramm ist, das die experimentellen Daten der 7A zeigt;
9 ein Diagramm ist, das die experimentellen Daten enthält, die die experimentellen Bedingungen und Ergebnisse der Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispieles repräsentiert;
10 ist eine Tabelle, die experimentelle Daten der Abmessungsgenauigkeit der Schmiedestücke enthält, die jeweils durch ein herkömmliches Schmiedeverfahren und durch das Schmiedeverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind;
11 ist eine vertikale Schnittdarstellung, die das herkömmliche Schmiedeverfahren zeigt, das für das Erhalten der experimentellen Daten der 10 verwendet worden ist; und
12 ist eine fragmentarische Schnittdarstellung, die das Schmiedeverfahren entsprechend des vorliegenden Erfindung zeigt, das verwendet wird, um die experimentellen Daten der 10 zu erhalten.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist ein Schmiedeverfahren eines Rohmaterials zum Schmieden und Sintern die Schritte auf von: (a) Verdichten des metallischen Pulvers (des Rohmaterials), das Eisen als eine Hauptkomponente und Grafit enthält, um eine Komponente mit einer vorbestimmten Dichte zu erhalten; (B) Sintern des Halbzeuges bei einer Temperatur, die von 700 bis 1000°C reicht, um ein gesintertes Halbzeug mit einer Textur zu erhalten, in der Grafit an der Korngrenze des Metallpulvers zurück gehalten wird; (c) Verdichten des gesinterten Halbzeuges aus zwei Richtungen, um ein verdichtetes gesintertes Halbzeug zu erhalten; und (d) Extrudieren des verdichteten gesinterten Halbzeuges während des Pressens des verdichteten gesinterten Halbzeuges aus den zwei Richtungen in einer Weise, dass ein Druck in einer der zwei Richtungen im Verhältnis zu einem Druck in der anderen der zwei Richtungen reduziert ist, um ein Extrusionsschmieden zu erreichen. Das zuvor erwähnte metallische Pulver enthält vorzugsweise zumindest eines von Härtungs-Legierungselementen, z. B. Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Mangan (Mn), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Wolfram (T), Vanadium (V), Kobalt (Co) und dergleichen.
Ein Beispiel einer Schmiedemaschine zum Ausführen des Schmiedeverfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf die 1 und 2A bis 2C diskutiert.
Die Schmiedemaschine enthält einen oberen Pressenstößel 1, an dem ein oberer Stempel 2 installiert ist. Ein unterer Pressenstößel 3 ist mit dem oberen Pressenstößel 1 koaxial vorgesehen. Ein unterer Stempel 4 mit einem Durchmesser, der kleiner als der des oberen Stempels 2 ist, ist an dem unteren Pressenstößel 3 installiert. Ein im Wesentlichen zylindrisches Schmiedewerkzeug 5 ist an einer stationären Basis 6 fest installiert. Ein gesintertes Halbzeug W₀ ist in einem Formgebungsraum 7 eingebracht, der innerhalb des Werkzeuges 5 gebildet ist, um einem Formgebungsverfahren unterworfen zu werden. Die im Wesentlichen innere Oberfläche (die den Formgebungsraum 7 bildet) des Werkzeuges 5 hat einen zylindrischen Abschnitt 8 mit großem Durchmesser und einen zylindrischen Abschnitt 9 mit kleinem Durchmesser. Ein im Wesentlichen kegelstumpfförmiger oder sich verjüngender Abschnitt 10 ist zwischen den Abschnitten 8, 9 mit kleinem bzw. mit großem Durchmesser in einer derartigen Weise gebildet, um mit dem unteren Ende des zylindrischen Abschnittes 8 mit großem Durchmesser und dem oberen Ende des zylindrischen Abschnitt 9 mit kleinem Durchmesser glatt verbunden zu werden. Der obere Stempel 2 ist in den zylindrischen Abschnitt 8 mit großem Durchmesser eingesetzt, während der untere Stempel 4 in den zylindrischen Abschnitt 9 mit kleinem Durchmesser eingesetzt ist.
Der obere Pressenstößel 2 und der untere Pressenstößel 3 werden betätigt, um sich unabhängig nach oben und nach unten zu bewegen. In dem unteren Pressenstößel 3 ist eine Belastung, um durch den unteren Pressenstößel 4 auf das gesinterte Halbzeug W₀ oder auf ein verdichtetes gesintertes Halbzeug W₁ aufgebracht zu werden, angemessen steuerbar. In diesem Beispiel dienen der Abschnitt 8 mit großem Durchmesser und der sich verjüngende Abschnitt 10 als ein Verdichtungsabschnitt zum Verdichten des gesinterten Halbzeugs oder des verdichteten gesinterten Halbzeugs, während der abschnitt mit kleinem Durchmesser 9 als ein Extrusionsabschnitt zum Extrudieren des gesinterten Halbzeugs oder des verdichteten gesinterten Halbzeugs dient.
Die Schmiedemaschine dieses Beispiels ist konfiguriert, eine Ritzelwelle (ein Endprodukt) als ein Schmiedestück zu erzeugen, das in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen verwendet wird. Die Ritzelwelle enthält einen Abschnitt mit großem Durchmesser, der an einem Antriebsabschnitt des Fahrzeuges installiert wird, einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser, an dem ein Ritzel befestigt wird, und eine kegelstumpfförmigen oder sich verjüngenden Abschnitt, der, obwohl nicht gezeigt, den Abschnitt mit großem Durchmesser und den Abschnitt mit kleinem Durchmesser verbindet. Der Abschnitt mit dem großen Durchmesser, der Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser und der sich verjüngende Abschnitt dieser Ritzelwelle entsprechen jeweils dem Abschnitt 8 mit großem Durchmesser, dem Abschnitt 9 mit kleinem Durchmesser und dem sich verjüngenden Abschnitt 10 der inneren Oberfläche des Werkzeuges 5. Mit anderen Worten, während des Schrittes des Extrudierens wird ein Material (oder das gesinterte Halbzeug) in eine Richtung von dem Abschnitt 8 mit großem Durchmesser weg durch den sich verjüngenden Abschnitt 10 zu dem Abschnitt 9 mit kleinem Durchmesser der inneren Oberfläche (die den Formgebungsraum 7 bildet) des Werkzeuges 5 extrudiert, in dem die innere Form der inneren Oberfläche, die den Formgebungsraum bildet, derart festgelegt wird, dass ein teil des Materials, das in den Abschnitt 9 mit kleinem Durchmesser extrudiert worden ist, der Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser der Ritzelwelle wird, während ein Teil des in dem nicht-extrudierten Zustand verbleibenden Materials in dem Abschnitt mit dem großen Durchmesser und in dem sich verjüngenden Abschnitt 8, 10 der abschnitt mit dem großen Durchmesser und der Abschnitt mit dem sich verjüngenden Durchmesser der Ritzelwelle, so wie er ist, wird.
In dem Schritt des Verdichtens des metallischen Pulvers wird ein Druck, um auf das metallische Pulver aufgedrückt zu werden, gesteuert, um das Halbzeug mit einer Dichte von nicht niedriger als 7,1 g/cm³, vorzugsweise von nicht niedriger als 7,3 g/cm³ zu erhalten. Dies kommt daher, weil das Verdichten des metallischen Pulvers, um das Halbzeug mit solch einer hohen Dichte als nicht niedriger als 7,1 g/cm³ zu bilden, die Kontaktfläche zwischen den Partikeln des Metallpulvers erhöht, um dadurch die Zähigkeit eines sich ergebenden Erzeugnisses oder Schmiedestückes zu erhöhen. In dem Fall, dass die Dichte des Halbzeuges nicht niedriger als 7,3 g/cm³ ist, werden Hohlräume zwischen den Partikeln voneinander unabhängig, so dass es für atmosphärisches Gas in einem Brennofen schwierig wird, in das Innere des Halbzeuges einzudringen und demzufolge das Grafit tendiert, ohne weiteres an der Korngrenze zurückgehalten zu werden, ohne in den folgenden Schritt des Sinterns verteilt zu werden. Dies erhöht die Härte des gesinterten Halbzeugs W₀ und unterdrückt wirksam den Fortgang des Aufkohlens, das eine Reduzierung in dem Prozentsatz der Verlängerung des sich ergebenden Erzeugnisses bewirkt, was eine weitere Wirkung ist, die erwartet werden soll. Da zusätzlich das Halbzeug gebildet ist, um, wie zuvor diskutiert, eine hohe Dichte zu haben, wird das Sintern infolge einer Oberflächendiffusion oder infolge eines Schmelzens an der Kontaktoberfläche über einen breiten Bereich während des Sinterschrittes ausgeführt. Unter der Wirkung von solch einem Sintern kann das gesinterte Halbzeug W₀ einen großen Prozentsatz der Verlängerung erhalten.
Die Temperatur des Sinterns des Halbzeuges ist in den Bereich von 700°C bis 1000°C festgelegt. Dies kommt daher, weil das Verbindens der Partikel von dem Metallpulver durch das Sintern nicht bei einer Temperatur niedriger als 700°C weitergehen kann, während Grafit übermäßig diffundiert wird, um eine zu hohe Härte bei der Temperatur zu erreichen, die 1000°C überschreitet. Demzufolge kann durch den Vorteil der Tatsache, dass die Temperatur beim Sinterten in dem zuvor festgelegten Bereich festgelegt wird, das Metallpulver miteinander sicher verbunden werden kann, während Grafit, um an der Korngrenze zu verbleiben, kaum verteilt werden kann. Dadurch wird das gesinterte Halbzeug in der Härte niedrig und in dem Prozentsatz der Verlängerung hoch, während die Verformbarkeit bei dem Abschnitt 8 mit dem großen Durchmesser der inneren Oberfläche des Werkzeuges 5, wie in der 2a gezeigt, erhöht wird. In diesem Zustand wird der untere Stempel 4 unter Betätigung des unteren Pressenstößels 3 auf ein bestimmtes Niveau nach oben bewegt, während der obere Stempel 2 unter der Betäti gung des oberen Pressenstößels 1 nach unten bewegt wird. Somit wird das gesinterte Halbzeug Wo durch den oberen Stempel 2 und durch den unteren Stempel 4 für eine bestimmte Zeit und bei einer bestimmten Belastung zusammengedrückt, um dadurch die Textur des gesinterten Halbzeuges zu verdichten, um dadurch ein verdichtetes gesintertes Halbzeug W₁ zu bilden (dies entspricht dem Verdichtungsschritt). Dieses verdichtete gesinterte Halbzeug W₁ hat vorzugsweise eine Dichte von 7,3 g/cm³ (das entspricht einer relativen Dichte von 93%), noch bevorzugter einer Dichte von 7,6 g/cm³ (was einer relativen Dichte von 97% entspricht).
Anschließend wir die Last, die auf den unteren Stempel 4 aufgebracht wird, im Verhältnis zu der Last, die auf den oberen Stempel 2 aufgebracht wird, reduziert, in dem das verdichtete gesinterte Halbzeug W₁ in den Abschnitt 9 mit kleinem Durchmesser der inneren Oberfläche des Werkzeuges 5, während eine bestimmte Druckkraft auf das verdichtete gesinterte Halbzeug W₁ angewandt wird, allmählich herausgedrückt oder extrudiert wird. Während solch eines Extrudierens des verdichteten gesinterten Halbzeuges W₁ wird das Schmieden an dem verdichteten gesinterten Halbzeug W₁ unter Beibehalten der sehr kleinen Textur des gesamten verdichteten gesinterten Halbzeuges W₁ vorgenommen. Dies bildet das Schmiedestück W₂ mit einer hohen Qualität, ohne Defekte, wie z. B. Risse und dergleichen zu erzeugen. Das Schmiedestück W₂ wird aus dem Werkzeug 5 bei dem Öffnen des Werkzeuges 5 nach dem Schmieden herausgenommen.
Während des Schmiedeschritts wird es nicht ausgeführt, das gesamte verdichtete gesinterte Halbzeug W₁ in den Abschnitt 9 mit kleinem Durchmesser der inneren Oberfläche des Werkzeuges 5 zu verdichten, so dass ein Teil (der einer bestimmten Dicke oder einer bestimmten Höhe entspricht) des Schmiedestückes, das an dem Abschnitt 8 mit großem Durchmesser angeordnet ist, nicht-extrudiert verbleibt. Demzufolge ist das so erhaltene Schmiedestück W₂ mit dem sich verjüngenden Abschnitt und dem Abschnitt mit großem Durchmesser versehen, der an dem oberen Ende des Abschnittes mit kleinem Durchmesser des Schmiedestücks gebildet ist.
Hierin wurde eine Vielzahl von Experimenten in Verbindung mit dem Schmiedeverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgeführt.
Zuerst wurden Experimente zum Erhalten der in den 4 und 5 gezeigten Daten in Übereinstimmung mit dem folgenden Schmiedeverfahren ausgeführt: Das Verdichten wurde an vier Arten des metallischen Pulvers vorgenommen, deren Hauptkomponente Eisen war, das 0,5 Gew.-% von Grafit enthielt, um vier Arten von Halbzeugen zu enthalten, die jeweils eine Dichte von 6,5 g/cm³, 6,8 g/cm³, 7,1 g/cm³ und 7,4 g/cm³ hatten. Die vier Arten der Halbzeuge wurden dem Sintern in dem zuvor erwähnten Bereich der Sintertemperatur von 700°C bis 1000°C unterworfen, um dabei vier Arten von gesinterten Halbzeugen zu erhalten. Jedes der gesinterten Halbzeuge wurde in das Werkzeug der Schmiedemaschine, die zu der in der 1 gezeigten ähnlich ist, eingebracht und dann einem vorwärts-(einem rückwärts-)Extrudieren unter Druck aus einer Richtung unterzogen, in dem die Reduzierung in der Fläche von jedem gesinterten Halbzeug 60% betrug, um dadurch ein verdichtetes gesintertes Halbzeug zu erhalten. Das vorwärts-Extrudieren war ein Extrudieren von jedem gesinterten Halbzeug in eine Richtung des Pfeils F in der 3, der jedes gesinterte Halbzeug zeigt, das dem vorwärts-Extrudieren unterzogen worden ist. In den Experimenten wurden die Dichten der extrudierten gesinterten Halbzeuge während des Variierens einer nicht-extrudierten Dicke gemessen (siehe 3), was eine Dicke (eine axiale Abmessung) eines Teiles, das nicht-extrudiert verbleibt, bedeutet, um dadurch die in der 4 gezeigten Daten zu erhalten. In der 4 zeigt eine Linie F1 die Daten des Halbzeuges, das eine Dichte von 6,5 g/cm³ hatte und dem vorwärts-Extrudieren unterzogen worden war. Eine Linie F2 zeigt die Daten des Halbzeuges, das eine Dichte von 6,8 g/cm³ hatte und das dem vorwärts-Extrudieren unterzogen worden war. Eine Linie F3 zeigt die Daten des Halbzeuges, das eine Dichte von 7,1 g/cm³ hatte und dem vorwärts-Extrudieren unterzogen worden war. Eine Linie F4 zeigt die Daten des Halbzeuges, das eine Dichte von 7,4 g/cm³ hatte und das dem vorwärts-Extrudieren unterzogen worden war.
Wie aus der 4 deutlich wird, beeinträchtigte die Dichte des Halbzeuges das Extrudieren des gesinterten Halbzeuges beträchtlich. Wenn die Dichte des Halbzeuges 6,5 g/cm³ oder 6,8 g/cm³ betrug, war es nicht möglich, das Extrudieren fertig zu stellen, um eine gewünschte nicht-extrudierte Dicke zu erhalten, so dass die Dichte eines sich ergebenden Schmiedestückes nicht den Wert von 7,6 g/cm³, was ein Standardwert für die praktische Anwendung ist, übersteigen konnte. Im Gegensatz dazu, wenn die Dichte des Halbzeuges 7,1 g/cm³ oder 7,4 g/cm³ betrug, wurde ein resultierendes Schmiedestück mit einer Dichte, die 7,6 g/cm³ überstieg, erhalten.
Zusätzlich wurden Experimente in solch einer Weise ausgeführt, dass das vorwärts-Extrudieren an jedem der gesinterten Halbzeuge vorgenommen wurde, dessen Halbzeuge jeweils die Dichten von 6,5 g/cm³, 6,8 g/cm³, 7,1 g/cm³ und 7,4 g/cm³ hatten. In diesen Experimenten wurden die Dichte eines unteren Teils (auf der Seite des Abschnittes mit kleinem Durchmesser 9, gezeigt in der 3, und eines oberen Teils b (auf der Seite des sich verjüngenden Abschnittes und des Abschnittes mit dem großen Durchmesser), gezeigt in der 3, während des Ausführens des vorwärts-Extrudierens an jedem der gesinterten Halbzeuge gemessen. Die Daten dieser Messung wurden in der 5 gezeigt, in der eine Linie a die Daten des unteren Teils a des gesinterten Halbzeuges anzeigt; und eine Linie b die Daten des oberen Teils b des extrudierten gesinterten Halbzeuges anzeigt. Wie aus der 5 deutlich wird, nahmen in dem Fall, dass die Dichten der Halbzeuge so hoch waren wie 7,1 g/cm³ und 7,4 g/cm³ die Dichte von sowohl dem unteren teil a, als auch dem oberen Teil b ausreichende Werte ein, die 7,6 g/cm³ überschritten und die Differenz zwischen den Dichten des unteren Teils a und des Oberen teils b wurde klein gemacht. Demzufolge kann die Verteilung der Dichten der verschiedene Teile in den daraus sich ergebenden Schmiedestücken unterdrückt werden, um niedriger zu sein.
Die 6A und 6B zeigen jeweils experimentelle Daten und Diagramme, die während der Experimente erhalten wurden sind, in denen die Schmiedestücke oder die Produkte ähnlich zu dem Beispiel 1 hergestellt worden sind, was nachstehend diskutiert werden soll, und durch das Variieren der Grafitmenge, die mit dem Pulver einer Stahllegierung in dem Beispiel 1 gemischt werden soll (das 1,0 Gew.-% von Chrom, 0,3 Gew.-% von Molybdän, 0,7 Gew.-% von Mangan und einen Ausgleich enthält, der aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht). Die Menge des Grafits wurde variiert als 0,1 Gew.-%, 0,3 Gew.-%, 0,5 Gew.-% und 1,0 Gew.-%, was jeweils in der 6A als 0,1% C, 0,3% C, 0,5% C und 1,0% C angezeigt wurde. Die Daten und Grafiken repräsentieren die Beziehung zwischen der Sintertemperatur und dem Prozentsatz der Verlängerung des gesinterten Halbzeugs. In der 6B zeigen die Linien G1, G2, G3 und G4 jeweils die Daten der gesinterten Halbzeuge der zuvor erwähnten Grafitmengen von 0,1 Gew.-%, 0,3 Gew.-%, 0,5 Gew.-% und 1.0 Gew.-% an.
Die 7A und 7B zeigen jeweils die experimentellen Daten und die Diagramme an, die während der Experimente erhalten worden sind, in denen die Schmiedestücke oder Produkte wie in dem Beispiel 1 und durch Variieren der Grafitmenge, um mit dem Pulver einer Stahllegierung in dem Beispiel 1 gemischt zu werden, produziert worden sind. Die Grafitmenge wurde variiert als 0,1 Gew.-%, 0,3 Gew.-%, 0,5 Gew.-% und 1,0 Gew.-%, was jeweils in der 7A als 0,1% C, 0,3% C, 0,5% C und 1,0% C angezeigt wurde. Die Daten und die Diagramme repräsentieren die Beziehung zwischen der Sintertemperatur und der Rockwell-Härte des gesinterten Halbzeugs. In der 7 zeigen die Linien G1, G2, G3 und G4 jeweils die Daten der gesinterten Halbzeuge der zuvor erwähnten Grafitmengen von 0,1 Gew.-%, 0,3 Gew.-%, 0,5 Gew.-% und 1.0 Gew.-% an.
Wie aus den Daten und den Diagrammen der 6A bis 7B deutlich wird, geht in dem Fall, dass die Sintertemperatur innerhalb des Bereiches von 700 bis 1000° C ausgewählt wird, das Verbinden zwischen den Metallen weiter, um dadurch einen Prozentsatz der Verlängerung des gesinterten Halbzeugs zu schaffen, um das Schmieden möglich zu machen. Selbst wenn die Sintertemperatur 1000°C beträgt, bei der die Härte am höchsten wird, kann die Härte durch Einstellen der Grafitmenge, um mit dem Pulver einer Stahllegierung gemischt zu werden, bei einem Wert beibehalten werden, der leicht höher als eine Rockwell-Härte (B-Skala) von 60 ist. Der Wert der Rockwell-Härte (B-Skala) von 60, ist im Wesentlichen derselbe wie der, der durch das Vornehmen von Glühen an einem hochfesten, kalt-geschmiedeten Stahl erhalten wird; jedoch das zuvor erwähnte gesinterte Halbzeug in der Verbindung mit den 7A und 7B kann den Wert erhalten, der ohne dass Glühen vorzunehmen, nahe zu der Rockwell-Härte (der B-Skala) von 60 ist.
Das zuvor erwähnte gesinterte Halbzeug, das bei einer Temperatur gesintert worden ist, die von 700 bis 1000°C reicht, wird in das Schmiedewerkzeug eingebracht, um dem Verdichten und dem Extrusionsschmieden, die nacheinander erreicht werden, unterworfen zu werden. Während des Verdichtens und des Extrusionsschmiedens werden Hohlräume in der metallischen Textur des gesinterten Halbzeugs zusammengepresst, um dadurch eine Verdichtung der metallischen Textur und eine Formgebung des gesinterten Halbzeugs zu erreichen. Zu dieser Zeit verbleibt ausreichend Grafit an der Korngrenze des Metallpulvers in dem gesinterten Halbzeug und demzufolge kann die formgebende Belastung (die Fließbeanspruchung oder der Verformungswiderstand) MPa, wie in den 8A und 8B gezeigt, sehr gering vorgenommen werden. Mit anderen Worten, in dem zuvor erwähnten gesinterten Halbzeug wird die Diffusion von Kohlenstoff kaum vorgenommen und demzufolge ist das gesinterte Halbzeug in der Härte niedrig und im Prozentsatz der Verlängerung hoch. Zusätzlich funktioniert das Grafit, das an der metallischen Korngrenze vorhanden ist, um den Schlupf zwischen den Partikeln des Metallpulvers zu unterstützen und demzufolge wird die formgebende Belastung während des Verdichtens und des Extrudierens klein, um es somit möglich zu machen, das Schmieden in die gewünschte Form leicht auszuführen. Die 8A und 8B zeigen experimentelle Daten und Diagramme, die während der Experimente erhalten worden sind, in denen die Schmiedestücke oder Produkte gleich zu dem Beispiel 1 und durch Variieren der Grafitmenge, um mit dem Pulver des Legierungsstahls in dem Beispiel 1 gemischt zu werden, erzeugt worden sind. Die Grafitmenge wurde von 0,1 Gew.-%, 0,3 Gew.-%, 0,5 Gew.-% und 1.0 Gew.-% variiert, was jeweils in der 8A als 0,1% C, 0,3% C, 0,5% C und 1,0% C angezeigt wurde. Die Daten und die Diagramme repräsentieren die Beziehung zwischen der Sintertemperatur und der formgebende Belastung (die Fließbeanspruchung oder den Verformungswiderstand) MPa, die für das Verdichten und das Extrudieren des gesinterte Halbzeug angewandt worden ist. In der 8B zeigen die Linien G1, G2, G3 und G4 jeweils die Daten der gesinterten Halbzeuge der zuvor erwähnten Grafitmenge von 0,1 Gew.-%, 0,3 Gew.-%, 0,5 Gew.-% und 1.0 Gew.-% an.
In dem Schmiedeverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung werden das Verdichten und das Extrusionsschmieden unter Verwendung eines Schmiedewerkzeuges nacheinander ausgeführt. Als ein Ergebnis kann das Material oder das gesinterte Halbzeug sein Werkstückhärten nach dem Verdichtungsschritt nicht vornehmen und demzufolge entsteht daraus selbst in dem Fall des Verwendens von Material, das dazu neigt, sein Werkstück leicht zu härten, kein Problem. Zusätzlich werden in diesem Schmiedeverfahren das Verdichten und das Extrudieren des gesinterten Halbzeugs unter einer Bedingung, die kein Aufwärmen verwendet, ausgeführt, um es dadurch unnötig zu machen, dass das Schmiedewerkzeug mit einer Vorrichtung zum erwärmen des Werkzeuges versehen wird. Die macht die Schmiedemaschine in der Abmessung klein und vereinfacht, während die Abmessungsgenauigkeit des sich daraus ergebenden Schmiedestückes am Vermindern infolge des Erwärmens gehindert wird. Außerdem hindert das Schmiedewerkzeug, das keine Erwärmungsvorrichtung verwendet, das Schmiedewerkzeug daran, infolge der Erwärmung verschlechtert zu werden, um dadurch die Lebensdauer des Schmiedewerkzeuges zu verlängern.
10 zeigt die experimentellen Daten für den Zweck des Vergleichs der Abmessungsgenauigkeit des sich ergebenden Schmiedestückes zwischen dem herkömmlichen Schmiedeverfahren und dem Schmiedeverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung. Das sich ergebende Schmiedestück war im Wesentlichen Tassen-förmig.
Das herkömmliche Schmiedeverfahren (das Warmschmieden) wurde wie folgt erreicht: Wie in der 11 gezeigt wird ein gesintertes Halbzeug W in eine Formgebungsöffnung, die in einem Formgebungswerkzeug 25 gebildet ist, eingebracht. In diesem Zustand wird ein Stempel 22 nach unten bewegt, um den zentralen Teil des gesinterten Halbzeugs W zu pressen, um dadurch ein im Wesentlichen Tassen-förmiges Schmiedestück zu schmieden.
Im Gegensatz dazu wird in dem Schmiedeverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Schmiedemaschine, die ähnlich zu der in der 1 gezeigten mit der Ausnahme ist, dass die innere Umfangsoberfläche des Werkzeuges 5, wie in der 12 gezeigt, zylindrisch war, wobei ein Kern nach oben aus der abwärtigen Richtung in der Formgebungsöffnung oder dem Raum 5a des Werkzeuges nach oben vorgesprungen war. In diesem Zustand wird das gesinterte Halbzeug W₀ in die Formgebungsöffnung 12 eingebracht. Dann wurde der untere Stempel 4 nach oben bewegt, während der obere Stempel 2 nach unten bewegt wurde, um das gesinterten Halbzeug W₀ zu pressen. Danach wurde die Presskraft des unteren Stempels 4 reduziert, um dabei ein im Wesentlichen Tassen-förmiges Schmiedestück zu schmieden. Dieses Schmiedeverfahren war in der Formgebung und im Schmieden des gesinterten Halbzeugs zu dem in Beispiel 1 (was nachstehend diskutiert wird) mit der Ausnahme ähnlich, dass das im Wesentlichen Tassen-förmige Schmiedestück an Stelle der Ritzelwelle gebildet wurde,
Wie in den experimentellen Daten, die in der 10 gezeigt sind, gezeigt sind, beträgt in dem Fall des zuvor erwähnten herkömmlichen Warm-Schmiedeverfahren die Streuung des Außendurchmessers und des Innendurchmessers des sich daraus ergebenden Tassen-förmigen Schmiedestücks 1,0 mm. Im Gegensatz dazu beträgt in dem Fall des Schmiedeverfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung die Streuung des Außendurchmessers und des Innendurchmessers des sich daraus ergebenden Tassen-förmigen Schmiedestücks 0,03 mm und 0,06 mm. Diese experimentellen Daten offenbaren, dass ein Abmessungsfehler infolge des thermischen Schrumpfens in dem Schmiedeverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung, in der keine Wärme angewandt wird, sehr klein ist. Zusätzlich kann in dem Schmiedeverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung das Schmiedestück leicht aus dem Werkzeug, ohne dabei eine starke Beanspruchung in dem Werkzeug auszuüben, entnommen werden. Überdies wird entsprechend des Schmiedeverfahrens der vorliegenden Erfindung das gesinterte Halbzeug unter dem vorwärts-Extrudieren gebildet, während es aus zwei Richtungen gepresst wird, um es dadurch möglich zu machen, das Extrusionsschmieden eines langen Teiles oder eines gesinterten Halbzeuges, das herkömmlich schwierig, um geschmiedet zu werden, herzustellen ist, auszuführen.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf die folgenden Beispiele im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel leichter verstanden; jedoch ist mit diesen Beispielen beabsichtigt, die Erfindung zu veranschaulichen und sollen nicht gedacht sein, den Umfang der Erfindung zu begrenzen.
Beispiel 1
Grafit in einer Menge von 0,3 Gew.-% wurde mit Pulver einer Stahllegierung, enthaltend 1.0 Gew.-% Chrom (Cr), 0,3 Gew.-% von Molybdän (Mo), 0,7 Gew.-% von Mangan (Mn) und den Ausgleich, der aus Eisen (Fe) und den unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, gemischt, um dadurch das metallische Pulver als Rohmaterial zu bilden. Dieses metallische Pulver wurde verdichtet, um dadurch das gesinterte Halbzeug mit einer Dichte von 7,4 g/cm³ zu bilden. Dieses Halbzeug wurde in der Atmosphäre von Stickstoff in einem Ofen bei 800°C (der Sintertemperatur) für 60 min gesintert, um dadurch das gesinterte Halbzeug zu erzeugen. Das so erzeugte gesinterte Halbzeug hatte einen Prozentsatz der Verlängerung von 3,3% und eine Rockwell-Härte (B-Skala) von 48,6.
Anschließend wurde das gesinterte Halbzeug in das Werkzeug der Schmiedemaschine, die in der 1 gezeigt ist, eingebracht und dem verdichten und dem Extrusionsschmieden in der Weise des Pressens aus zwei Richtungen unter der Bedingung unterworfen, in dem die Last des oberen Stempels 2 46 Tonnen betrug; die Formgebungs- oder Bewegungsgeschwindigkeit des oberen Pressenstößels 1 5 m/sec betrug; die Last des unteren Stempels 4 15 Tonnen betrug; die Stoppzeit der beiden Stempel während des Verdichtens 1 sec betrug; die Reduzierung in der Fläche des gesinterten Halbzeugs 30% betrug. Als ein Ergebnis wurde ein Schmiedestück oder eine Ritzelwelle erzeugt; und die Formgebungslast (die Fließbeanspruchung) betrug 2333 MPa. Das so erzeugte Schmiedestück hatte keinen Riss und, wie in der 9 gezeigt, eine hohe Qualität, in der die Zusammensetzung „1,0Cr·0,3Mo·0,7Mn" die Zusammensetzung des Legierungsstahlpulvers anzeigt, enthaltend 1,0 Gew.-% von 0,3 Gew.-% von Molybdän (Mo), 0,7 Gew.-% von Mangan und einen Ausgleich, der aus Eisen (Fe) und die unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Für den Zweck des Vergleichs wurde das gesinterte Halbzeug in das Werkzeug eingebracht und wurde dem vorwärts-Extrudieren in der Richtung des Pfeils F in der 3 unterworfen, um dadurch ein Schmiedestück zu formen. Zusätzlich wurde das gesinterte Halbzeug, das in das Werkzeug eingebracht worden war, einem rückwärts-Extrudieren unterworfen, das ein Extrudieren des gesinterten Halbzeugs in der entgegengesetzten Richtung im Verhältnis zu der Richtung des Pfeils F in der 3 war, um dadurch ein Schmiedestück zu bilden. Als ein Ergebnis wurde in dem Fall des vorwärts-Extrudierens ein deutlicher Riss in dem extrudierten gesinterten Halbzeug erzeugt, so dass die Schmiedbarkeit als nicht gut (NG) bewertet wurde. In dem Fall des rückwärts-Extrudierens wurde kein deutlicher Riss in dem extrudierten gesinterten Halbzeug erzeugt und demzufolge schien das gesinterte Halbzeug, um als gut (G) bewertet zu wer den, wie in der 9 gezeigt ist; jedoch das Schmieden, das unter dem Pressen in zwei Richtungen erhalten wurde, war in der Qualität beträchtlich hoch, wenn mit dem verglichen wurde, das unter dem rückwärts-Extrudieren erhalten wurde.
Vergleichsbeispiel
Der Ablauf des Herstellens des gesinterten Halbzeugs in dem Beispiel 1 wurde mit den folgenden Ausnahmen wiederholt: Grafit in der Menge von 0,5 Gew.-% wurde mit der Pulver einer Stahllegierung gemischt, um dadurch metallisches Pulver zu bilden; das metallische Pulver wurde verdichtet, um dadurch das Halbzeug mit einer Dichte von 7,1 g/cm³ zu bilden; und das Halbzeug wurde in der Atmosphäre von Stickstoffgas in einem Ofen bei 1250°C für 60 min gesintert, um dabei ein gesintertes Halbzeug zu erzeugen. Das so gesinterte Halbzeug hatte einen relativ niedrigen Prozentsatz der Verlängerung von 2,6% und eine hohe Rockwell-Härte (B-Skala) von 75.0.
Das gesinterte Halbzeug wurde dem Schmieden in einer Weise des Pressens in zwei Richtungen unterworfen, wobei das vorwärts-Extrudieren und das rückwärts-Extrudieren, da es beabsichtigt wurde, die Schmiedestücke zu bilden, ähnlich wie das in dem Beispiel 1 vorgenommen wurden. Als ein Ergebnis des zuvor erwähnten niedrigen Prozentsatzes der Verlängerung und der hohen Härte des gesinterten Halbzeugs ist es nur möglich, das Schmieden unter dem vorwärts-Extrudieren und dem rückwärts-Extrudieren, aber auch unter dem Pressen in zwei Richtungen zu erreichen, und demzufolge wurde die Schmiedbarkeit als nicht gut (NG), wie in 9 gezeigt, bewertet.
Beispiel 2
Der Vorgang des Erzeugens des gesinterten Halbzeugs in dem Beispiel 1 wurde mit den folgenden Ausnahmen wiederholt: Das metallische Pulver wurde bei einer Verdichtungslast von 2596 MPa verdichtet, um dadurch ein Halbzeug zu bilden; das halbzeug wurde in der Atmosphäre von Stickstoffgas in einem Ofen bei 900°C für 60 min gesintert, um dadurch das gesinterte Halbzeug zu erzeugen. Das so erzeugte gesinterte Halbzeug hatte einen Prozentsatz der Verlängerung von 5,7% und eine Rockwell-Härte (B-Skala) von 55,1.
Anschließend wurde das gesinterte Halbzeug in das Werkzeug der Schmiedemaschine, die in der 1 gezeigt ist, eingebracht und einem Verdichten und dem Extrusionsschmieden in der Weise des Pressens aus zwei Richtungen unter denselben Bedingungen wie die in dem Beispiel 1 mit der Ausnahme unterzogen, dass die Formgebungs last (die Fliessbeanspruchung) 2596 MPa betrug. Das so hergestellte Schmiedestück hatte, wie in der 9 gezeigt, keinen Riss und war in der Qualität hoch.
Zusätzlich wurde das gesinterte Halbzeug dem Schmieden in einer Weise des vorwärts-Extrudierens und des rückwärts-Extrudierens, ähnlich zu der im Beispiel 1, unterworfen, da es beabsichtigt war, ein Schmiedestück zu bilden. 9 zeigt, dass die Schmiedbarkeit des gesinterten Halbzeugs in dem Fall des Pressens in zwei Richtungen, ähnlich zu dem in dem Beispiel 1, als gut (G) bewertet wurde.
Wie aus dem zuvor Erwähnten deutlich wird, hat entsprechend des Schmiedeverfahrens der vorliegenden Erfindung die das Schmiedestück keine Defekte, wie z. B. einen Riss und dergleichen, und kann bei einem Kaltschmieden hergestellt werden. Dies macht es unnötig, die Formgebungsmaschine oder die Einrichtung mit einer Erwärmungsvorrichtung zu versehen, was die Schmiedemaschine klein in der Abmessung und einfach macht und somit die Herstellungskosten für das Schmiedestück vermindert. Zusätzlich kann die Abmessungsgenauigkeit des Schmiedestückes angehoben werden. Überdies kann eine Verschlechterung des Werkzeuges infolge von Wärme verhindert werden. In dem Fall, dass der Verdichtungsschritt und der Extrusionsschritt unter Verwendung des Schmiedewerkzeuges oder dergleichen, die den Verdichtungsabschnitt mit dem Extrusionsabschnitt fortlaufend haben, nacheinander ausgeführt werden, kann das Schmieden selbst an einem Rohmaterial leicht ausgeführt werden, das dazu neigt, sein Werkstück leicht aufzuhärten. Da zusätzlich das gesinterte Halbzeug unter dem vorwärts-Extrudieren in dem Extrusionsschritt extrudiert werden kann, kann das Schmieden leicht an einem langen Teil, bei dem es schwierig ist, geschmiedet zu werden, vorgenommen werden.

Claims

Verfahren zum Schmieden eines Rohmaterials zum Sintern und Schmieden, aufweisend die Schritte von: Verdichten von metallischen Pulver, das Eisen als eine Hauptkomponente und Graphit enthält, um eine Verdichtung zu erhalten, die eine vorbestimmte Dichte hat; Sintern des Pulverkörpers in einem Temperaturbereich von 700 bis 1000°C, um einen gesinterten Pulverkörper mit einer Textur zu bilden, in dem Graphit an der Korngrenze des Metallpulvers zurückgehalten wird; Einsetzen des gesinterten Pulverkörpers in einen Formgebungsraum (7) eines Werkzeuges (5); gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Verdichtens des gesinterten Pulverkörpers in dem Formgebungsraum (7) des Werkzeuges (5) aus zwei entgegengesetzten Richtungen, um einen verdichteten gesinterten Pulverkörper zu erhalten; und den weiteren Schritt des Extrudierens des gesinterten Pulverkörpers durch Pressen des verdichteten gesinterten Pulverkörpers aus den zwei entgegengesetzten Richtungen, wobei der Verdichtungs- und der Extrusionsschritt aufeinanderfolgend in einer Weise ausgeführt werden, dass ein Druck in einer der entgegengesetzten zwei Richtungen im Verhältnis zu einem Druck in der anderen der entgegengesetzten zwei Richtungen in dem Extrusionsschritt reduziert wird, um ein Extrusionsschmieden auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver zumindest ein Element enthält, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus Chrom, Molybdän, Mangan, Nickel, Kupfer, Wolfram, Vanadium und Kobalt besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Dichte des Pulverkörpers nicht geringer als 7,1 g/cm³ und vorzugsweise nicht niedriger als 7,3 g/cm³ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsschritt und der Extrusionsschritt ohne Erwärmen des gesinterten Pulverkörpers ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesinterte Pulverkörper unter einem Vorwärts-Extrudieren in dem Extrusionsschritt ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Werkzeug (5), das einen Verdichtungsabschnitt (8) hat, gebildet mit einem ersten Raum, in dem der gesinterte Pulverkörper eingebracht wird, um verdichtet zu werden, und einen Extrusionsabschnitt (9), kontinuierlich mit dem Verdichtungsabschnitt (8) und gebildet mit einem zweiten Raum, kontinuierlich mit dem ersten Raum des Verdichtungsabschnittes, wobei der zweite Raum kleiner in der Querschnittsfläche als der erste Raum ist, wobei der Verdichtungsschritt durch den Verdichtungsabschnitt ausgeführt wird, um eine Dichte des gesinterten Pulverkörpers zu erhöhen, um einen verdichteten gesinterten Pulverkörper zu bilden, der in dem Extrusionsschritt extrudiert werden soll, und der Extrusionsschritt durch den Extrusionsabschnitt abfolgend zu dem Verdichtungsschritt ausgeführt wird, um ein Schmiedeteil zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Raum des Verdichtungsabschnittes (8) des Werkzeuges (5) entsprechend eines Endproduktes geformt ist.