DE4001899C1

DE4001899C1 -

Info

Publication number: DE4001899C1
Application number: DE19904001899
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr.-Ing. Dautzenberg; Heinz Josef Dipl.-Ing. Dorweiler; Karl-Heinz Dr.-Ing. 5144 Wegberg De Lindner
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1991-07-25
Anticipated expiration: 2010-01-20
Also published as: WO1991010754A2; WO1991010754A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochfester Sinterteile aus Stahlpulver gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Als hochfest wird hierbei eine Mindestzugfestigkeit von 750 Nmm² angesehen.

Aus der EP 01 36 169 B1 ist ein Stahllegierungspulver folgender Zusammensetzung (Gewichts-%) bekannt:

max. 0,02% C,
max. 0,1% Si,
0,4-1,3% Ni,
0,2-0,5% Cu,
0,1-0,3% Mo,
max. 0,3% Mn,
max. 0,01% N,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Die Summe der Gehalte an Ni und Cu soll dabei im Bereich 0,6-1,5 Gew.-% liegen. Die Herstellung dieses bekannten Stahllegierungspulvers erfolgt durch Wasserverdüsung, anschließendes Reduktionsglühen und Zermahlen des dabei entstandenen Agglomerates. Wie in der EP 01 36 169 B1 weiter beschrieben ist, sind aus diesem Pulver nach Vermischung mit 0,5 Gew.-% Graphitpulver und 1,0 Gew.-% Zinkstearat Preßlinge mit einer Dichte von 6,94 bzw. 6,98 g/cm³ herstellt worden. Die Preßlinge wurden nach der Verdichtung zur Verflüchtigung des Zinkstearates über eine Zeit von 30 min bei 600°C in einer reduzierenden Atmosphäre gehalten und anschließend 60 min lang in der gleichen reduzierenden Atmosphäre bei 1150°C gesintert. Anschließend wurden die gesinterten Teile über eine Dauer von 30 min bei 800°C geglüht und in 60°C warmem Öl abgeschreckt. Die so gehärteten Teile wurden schließlich noch bei 170°C 90 min lang angelassen. Danach sollen die Teile eine Zugfestigkeit von 1000 bzw. 1170 N/mm² aufgewiesen haben.

Als nachteilig ist es bei der Herstellung von Sinterteilen aus dem bekannten Stahlpulver anzusehen, daß die erforderliche Härtung durch beschleunigtes Abkühlen nach einem vom eigentlichen Sintervorgang völlig unabhängigen Glühen bei 800°C über eine Dauer von 30 min durchgeführt wird. Dies erfordert neben einem erheblichen Energieeinsatz auch die Verwendung eines Ölbades als Abschreckmedium. Letzteres ist nicht nur aus der Sicht eines vorsorglichen Umweltschutzes wenig wünschenswert, sondern auch wegen der erforderlichen sicherheitstechnischen Vorkehrungen zudem noch kostenträchtig. Darüber hinaus macht das an den abgeschreckten Sinterteilen anhaftende Öl fertigungstechnische Probleme, da es in vielen Fällen gründlich entfernt werden muß, um verwendungsfähige Teile zu erhalten. Als Beispiele hierfür können Ölpumpen- und Getriebeteile genannt werden, die einbaufertig an den Endverbraucher geliefert werden.

Das Härtungsöl weist gegenüber den im Motoren- und Getriebebau verwendeten Ölen nur geringe Schmiereigenschaften auf und muß daher entfernt werden. Auch dieses Entfernen erfordert vielfach umweltbelastende Arbeitsschritte.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem hochfeste Sinterteile herstellbar sind, für deren Härtung jedoch keine Abschreckung in einem Ölbad erforderlich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.

Während gemäß EP 01 36 169 B1 ein ölhärtender Werkstoff zur Erzielung hochfester Sinterteile eingesetzt wird, geht die vorliegende Erfindung einen völlig anderen Weg und schreibt die Verwendung eines Selbsthärters, also eines Werkstoffs vor, der vergleichsweise milde abgekühlt werden kann (an Luft oder unter einer in der Kühlzone des Sinterofens angeordneten Gasdusche) und der dennoch eine vollständige martensitische Durchhärtung gewährleistet. Aufgrund dieser milden Abkühlbedingungen kommt es nicht wie bei dem bekannten ölhärtenden Werkstoff zu Härtespannungen, die in einer anschließenden Anlaßbehandlung abgebaut werden müßten. Eine Anlaßbehandlung ist daher bei dem erfindungsgemäß einzusetzenden Werkstoff an sich nicht nur überflüssig, sondern man hätte sogar erwarten müssen, daß ein Anlassen eine Abnahme der Festigkeitseigenschaften zur Folge haben würde. Das aber hätte bedeutet, daß das erfindungsgemäße Ziel nicht erreicht worden wäre.

Völlig überraschend war es daher, daß bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Stahlpulver durch die nach dem Härten der Sinterteile über eine Dauer von 30 bis 90 min durchgeführte Anlaßbehandlung im Temperaturbereich 180 bis 500°C nicht nur keine Abnahme der Zugfestigkeitswerte sondern im Gegenteil sogar eine erhebliche Steigerung der Zugfestigkeit erzielt werden konnte. Ein ähnlicher Effekt tritt ebenfalls bei der Gruppe der nahezu kohlenstofffreien Maraging-Stähle während der Anlaßbehandlung auf, da sich dort beim Auslagern des Martensits bei 480-500°C intermetallische Phasen aus zugegebenen Legierungselementen ausscheiden, ohne daß der Martensit umwandelt. Die dafür verantwortlichen Legierungselemente sind in dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahlpulver nicht enthalten. Als besonders zweckmäßig haben sich eine Anlaßtemperatur von etwa 300°C und eine Anlaßdauer von etwa 50 bis 70 min erwiesen.

Mit ganz besonderem Vorteil wird dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahlpulver vor dem Verpressen bis zu 1,5 Gew.-% feinteiliges Kupfer zugemischt, wobei das Mengenverhältnis Cu zu Graphit im Bereich 1,4-2,5 gehalten wird. Dadurch ergeben sich überraschenderweise Preßlinge aus einem fertig legierten Pulver, die sich in ihrer Geometrie beim Sintern praktisch nicht verändern, also eine für diese Werkstoffgruppe bisher nicht reproduzierbar hohe Maßgenauigkeit aufweisen. Dies ist insbesondere deswegen wichtig, weil die gesinterten Teile, die erfindungsgemäß aus der Sinterwärme z. B. unter einer in der Kühlzone des Sinterofens angeordneten Gasdusche abgekühlt und gehärtet wurden, wegen ihrer hohen Festigkeit und Härte nicht mehr einem umformtechnischen Kalibriervorgang unterzogen werden können.

Es kommt daher darauf an, wenn die erforderliche Maßgenauigkeit ohne eine nachfolgende zerspanende Bearbeitung gewährleistet werden soll, daß diese bereits am Ende des Härtevorgangs vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt Maßgenauigkeiten, die unterhalb ±0,05% liegen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Durch Wasserverdüsung einer Stahlschmelze wurde ein Stahlpulver mit folgender Zusammensetzung erzeugt (Gew.-%):

0,01% C
0,02% Si
0,10% Mn
4,0% Ni
0,5% Mo
0,020% P
0,010% S

Nach einer Reduktionsglühung in einer Wasserstoffatmosphäre und einem Mahlen zur Auflösung des beim Glühen gebildeten Pulveragglomerates betrug der Sauerstoffgehalt des Pulvers 0,15%. Diesem Stahlpulver wurden anschließend etwa 1,0% feinteiliges Kupfer und 0,6% Graphit sowie etwa 1% Zinkstearat als Gleitmittel zugesetzt. Auf einer üblichen Metallpulverpresse wurden aus diesem Pulver durch Kaltpressen Preßlinge erzeugt mit einer Dichte von ca. 7 g/cm³. Diese Preßlinge wurden anschließend bei 1120°C gesintert und aus der Sinterwärme unter einer Gasdusche auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Untersuchung dieser gesinterten Preßlinge ergab eine Zugfestigkeit von 820 N/mm² und eine Härte von etwa 400 HB.

Nach Durchführung der erfindungsgemäßen Anlaßbehandlung bei 300°C über eine Dauer von 60 min stieg die Zugfestigkeit auf ca. 950 N/mm² an, während die Härte auf etwa 300 HB abnahm. Die Abweichung der Maße der gesinterten Fertigteile gegenüber den Maßen der nicht gesinterten Preßlinge (Grünlinge) betrug weniger als ±0,03%.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung hochfester Sinterteile, bei dem ein mit 0,3 bis 0,7 Gew.-% Graphitpulver vermischtes wasserverdüstes und reduktionsgeglühtes Stahlpulver in einem Formwerkzeug zu Preßkörpern verdichtet wird, die anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 1120 bis 1280°C gesintert, durch Abkühlung von erhöhter Temperatur gehärtet und abschließend angelassen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlpulver die folgende Zusammensetzung aufweist: max. 0,02% Kohlenstoff,
max. 0,03% Silizium,
0,05 bis 0,25% Mangan,
2,5 bis 5,0% Nickel,
0,2 bis 1,5% Molybdän,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, undauf mindestens 6,9 g/cm³ verdichtet wird, daß die Preßkörper von der Sintertemperatur unter einer in der Kühlzone des Sinterofens angeordneten Gasdusche abgekühlt und abschließend im Temperaturbereich von 180 bis 500°C während 30 bis 90 min angelassen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei 200 bis 350°C angelassen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei ca. 300°C angelassen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß während 50 bis 70 min angelassen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stahlpulver vor der Verdichtung 0,7 bis 1,5 Gew.-% feinteiliges Kupfer zugemischt werden, wobei das Mengenverhältnis Cu zu Graphit im Bereich von 1,4 bis 2,5 liegt.