Sinterformstück
Die Erfindung betrifft ein Sinterformstück, welches im lösungsgegiühten Zustand bearbeitbar und durch Anlassen ausscheidungshärtbar ist.
Härtbare Sinterstahllegierungen, die aus einer Karbid- und Stahlkomponente zusammengesetzt und auf pul vermetallurgischem Wege zu Körpern verarbeitet werden, sind bereits bekannt. Die Karbidkomponente, die in Mengen von 25 bis 75% der Gesamtlegierung vorhanden sein kann, wird der Stahlgrundmasse zur Erhöhung der Verschleissfestigkeit zugegeben.
Es sind grundsätzlich zwei Herstellungsverfahren solcher Sinterstahilegierungen mit Gehalten an Hartstoffen, wie Karbiden, Boriden oder Nitriden üblich. Einmal kann die Legierung durch Mischen der pulverförmigen Ausgangskomponenten, Pressen und Sintern hergestellt werden, oder man erzeugt zunächst ein Hartstoff-, insbesondere Karbidskelett, und tränkt dieses Skelett mit der gewünschten Stahlgrundmasse.
Gegenstand des Hauptpatentes ist ein neues Sinterformstück mit eingelagertem Karbid, das hochverschleissfest, im lösungsgeglühten Zustand bearbeitbar und auch härtbar ist. Das neue Sinterformstück erfüllt insbesondere die wichtige Forderung, dass die aus ihm hergestellten Gegenstände bei der auf die Fertigbearbeitung folgenden Härtung keinerlei Verzug erleiden.
Sinterstahllegierungen mit Karbidanteil, bei denen die Stahlmatrix durch Umwandlung härtbar ist, weisen infolge der bei der Umwandlung auftretenden Volumen änderung häufig Risse im Mikrogefüge auf, die bei der Beanspruchung, insbesondere durch Schlag, Ausgangspunkt für Dauerbrüche an den im Betrieb eingesetzten Teilen darstellen.
Es sind zwar auch schon durch Ausscheidung härtbare Sinterstahllegierungen mit eingelagerter Hartsstoffkomponente (Karbide, Nitride, Boride) bekannt, die infolge ihres anderartigen Verhaltens beim Härtevorgang nicht so anfällig gegen Verzug sind wie die durch Umwandlung härtbaren Legierungen, jedoch sind die bisher bekannt gewordenen, durch Ausscheidung härtbaren Hartstofflegierungen mit Stahlmatrix infolge ihres hohen Hartstoffanteils nicht bearbeitbar.
Zur Lösung der erwähnten Aufgabe wird im Hauptpatent ein Sinterformstück vorgeschlagen, das aus 27 bis 35% Titankarbid mit weniger als 0,1% freiem Kohlenstoff, 12 bis 26% Nickel, 5 bis 11% Kobalt, 3 bis 7% Molybdän, 0,15 bis 2,4% Titan, 0,15 bis 0,6% Aluminium und bis zu 0,03% Kohlenstoff, Rest Eisen, sowie unvermeidbare Verunreinigungen an Phosphor, Schwefel und Silizium, besteht.
Das genannte Sinterformstück ist zur pulvermetallurgischen Herstellung, d.h. Mischen, Pressen und Sintem der pulverförmigen Ausgangsstoffe, von Werkzeugen und Maschinenteilen bestimmt, die beim Härten keinerlei Verzug erleiden, z.B. Matrizen zum Stanzen von Lochblechen. Das beschriebene Sinterformstück ist im lösungsgeglühten Zustand bearbeitbar, wofür der nicht zu hoch angesetzte Karbidanteil sowie der Charakter der Stahlmatrix verantwortlich sind. Zum anderen ist das genannte Sinterformstück gemäss dem Hauptpatent durch Anlassen ausscheidungshärtbar, was sich insbesondere auf die völlige Verzugsfreiheit beim Härten ausserordentlich günstig auswirkt. Damit weist dieses Sinterformstück mit Karbidkomponente Eigenschaften auf, die keine bisher bekannte Legierung gleichen Typs in sich vereint.
Es besitzt darüber hinaus noch eine weitere günstige Eigenschaft, nämlich eine hohe Warmfestigkeit, was es für Werkzeuge, Werkzeugteile und Maschinenelemente, die gleichzeitig starkem Verschleiss und hoher Temperatur ausgesetzt sind, z.B. Werkzeuge zum Verpressen von Kunststoffen, Matrizen und Stempeln zur Warmverformung von Stahl, Leicht-, Schwer- und Buntmetallen mit Vorteil verwendbar macht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, das Sinterformstück gemäss dem Hauptpatent noch korrosionsbeständig zu machen. Dies wird erfindungsgemäss durch den Ersatz von bis zu 60% des Nickelgehalts durch Chrom erreicht. Entsprechend dem genannten Prozentsatz wird also Chrom in Mengen von 7 bis 16 ,go des Gesamtgewichts des erfindungsgemässen Formstücks zugesetzt.
Das neue Sinterformstück ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer Stahllegierung mit 27 bis 35% Titankarbid mit weniger als 0,1 ,go an freiem Kohlen stoff, 12 bis 26% Nickel plus Chrom, wobei der Chromgehalt höchstens 60% der Summe % M + % Cr beträgt, 5 bis 11% Kobalt, 3 bis 7% Molybdän, 0,15 bis 2,4% Titan, 0,05 bis 0,6% Aluminium und weniger als 0,03% Kohlenstoff besteht.
Das erfindungsgemässe Sinterformstück kann auch noch geringe Gehalte an Stickstoff bis 0,04%, Bor bis 0,01% und Zirkonium bis 0,05% aufweisen. Der Zusatz dieser Elemente kann über Chrom-Stickstoff, Ferrobor oder Kobalt-Bor bzw. Zirkonmetall erfolgen.
Nachfolgend wird ein Beispiel für die Herstellung von Gegenständen aus einer Legierung mit 33,0% Titankarbid, 12,5% Chrom, 7,5% Nickel, 5,5% Kobalt, 4,3% Molybdän, 0,85% Titan, 0,1% Aluminium, 0,02% Stickstoff, 0,01% Zirkonium, 0,003% Bor, Rest Eisen gege bein.
Ein Gemisch aus den einzelnen Legierungskomponenten der Stahllegierung mit dem Titankarbid wurde auf eine Korngrösse von im Durchschnitt 3 bis 5 zum gemah- len, zu Formteilen verpresst und zwischen 1340 und 13803C, vorzugsweise 13600C im Vakuum von kleiner als 10-2 mm Hg gesintert. Die Sinterlinge wurden dann bei 820 bis 8600C einer Lösungsglühbehandlung mit 4stündiger Haltezeit und anschliessender Luftabkühlung unterzogen. Die Härte betrug danach 45 HRa. In diesem Zustand, bei dem die gebildeten intermetallischen Phasen in den Kristallen gelöst sind, konnten die Teile spanend bearbeitet werden, wodurch sie ihre endgültige Form erhielten.
Die Härtung der fertigbearbeiteten Teile erfolgte je nach der für den Verwendungszweck notwendigen Härte durch Anlassen bei 4800C bei einer Haltezeit von 6 Stunden auf dieser Temperatur und anschliessender Luftabkühlung. Die Legierung wies danach eine Härte von 62 bis 65 HRC auf.
Sowohl das Lösungsglühen als auch die Härtung durch Anlassen sollten in vollkommen neutralen Medien oder inerten Atmosphären erfolgen, um jegliche Aufnahme von unerwünschten Stoffen, z.B. Kohlenstoff und Sauerstoff, zu vermeiden.
Nach der Härtung der Formteile durch Anlassen zeigte sich keinerlei Verzug, der zur Massungenauigkeit der Teile oder Spannungsrissen Anlass geben konnte. Die Teile besassen neben der hohen Härte und Warmfestigkeit auch gute Korrosionsbeständigkeit, was sie für die Herstellung verschleissfester Werlczeuge und Teile, die korrodierender Atmosphäre ausgesetzt sind, geeignet macht.