EP0919635A2 - Verfahren zum Herstellen eines Formteils aus Sinterstahlpulver - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Formteils aus Sinterstahlpulver Download PDF

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EP0919635A2
EP0919635A2 EP98121445A EP98121445A EP0919635A2 EP 0919635 A2 EP0919635 A2 EP 0919635A2 EP 98121445 A EP98121445 A EP 98121445A EP 98121445 A EP98121445 A EP 98121445A EP 0919635 A2 EP0919635 A2 EP 0919635A2
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steel powder
mass
compacts
powder
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Bernhard Moellersmann
Rudolf Schneider
Ralf Rudzinski-Lorenzen
Ralf Matke
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Sinterwerke Herne GmbH
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BT Magnet Technologie GmbH
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    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a high-strength and wear-resistant Moldings with low dimensional variation made of low-alloy Steel powder, in which the steel powder is pressed with additives, sintered and the sintered molding is subjected to a post-heat treatment.
  • a method is known in which a high-speed steel powder is used for wear-resistant applications.
  • the alloying elements are alloyed into the iron, with quality S 6-5-2 these are mainly the elements 4 mass% Cr, 5 mass% Mo, 6 mass% W and 2 mass% V. Due to this Alloy technology is a poor compressibility of the steel powder, which only allows an initial density (green density) of about 6.4 g / cm 3 at Mpa. This means that th To accept density of> 99% high vibrations (10 to 12%), which is synonymous with loss of dimensional accuracy.
  • This process requires expensive raw materials on the one hand and on the other hand always expensive mechanical operations.
  • This object is achieved according to the invention in that the alloyed with chromium, molybdenum, vanadium and steel powder mixed with carbon are pressed in a hot pressing process to give green compacts or powder compacts to a uniform initial density of ⁇ 7.2 g / cm 3 , in that the pressed components Green compacts or powder compacts are sintered to achieve a closed porosity at a temperature of 1150 ° C to 1300 ° C and that the sintered parts in a final hot isotopic pressing process (HIP process) are densified to densities> 99% of the theoretical density.
  • HIP process hot isotopic pressing process
  • the low-alloy steel powder provided with chromium Cr and other wear-increasing admixtures such as molybdenum Mo, vanadium V and carbon C can already be made into a green compact with a higher uniform density of ⁇ 7.2 g / cm 3 in the hot pressing process.
  • a closed porosity is achieved in the subsequent sintering process.
  • post-compaction up to a density> 99% of the theoretical density is achieved and the sintering shrinkage is significantly reduced, which results in a small dimensional deviation of the sintered and hipped molded part.
  • the process steps required for the process are in material processing usual and do not require any particularly complex devices for Implementation of the method so that the molded parts can also be produced inexpensively can be.
  • the molded parts produced have increased dimensional accuracy, so that the further processing effort to achieve a predetermined Dimensional accuracy can be greatly reduced.
  • the desired increased initial density of the hot pressed green parts is thereby achieved that the hot pressing process at a temperature of 130 ° C to 150 ° C and a pressure> 750 MPa is carried out.
  • the sintering process is carried out until a closed porosity is reached and the final HIP process to further increase the density > 99% of the theoretical density comprises heat pressure treatment in one Atmosphere with inert gas (e.g. argon) at a temperature of around 980 ° C and a pressure of about 1500 bar.
  • inert gas e.g. argon
  • the sintered and hipped molded parts can be mechanically Machining or cold forming can be brought to a narrower dimensional tolerance.
  • the post-processing effort is very low because the size of the Molded parts after the HIP process only a fraction of that with the achievable dimension of the required known method mentioned at the outset Dimension of the molded parts is.
  • a final surface hardening can be carried out with a heat treatment if there is an increase in wear resistance or fatigue strength is placed on the molded parts.
  • the heat treatment can Tempering, case hardening or nitriding.
  • the hot pressed green compacts are in the temperature range from 1150 ° C to 1300 ° C sintered ⁇ to get a closed porosity.
  • the closed one Porosity of the sintered parts is one for the subsequent HIP process imperative.
  • the hipped sintered parts have a small sinter shrinkage and a smaller dimension than the required nominal dimension, as the table below shows in comparison with a molded part made from high-speed steel according to the prior art.
  • Material composition Sinter shrinkage in% Achieved th. Density in% achievable tolerance class Dimension at nominal size 18-30 mm Fe4Cr5Mo6W2V1C 10 to 12 > 99 IT12 210 ⁇ m Fe1Cr0.5Mo0.2V ⁇ 1 > 99 IT10 84 ⁇ m
  • the sintering shrinkage can be reduced by an order of magnitude decrease and the dimension from the nominal dimension is for a nominal dimension range from 18 mm to 30 mm only about a third, which is a significant reduction post-processing to achieve the required nominal tolerance affects.
  • the achievable tolerance class IT10 is two steps below the tolerance class IT12 known procedures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten und verschleißbeständigen Formteils mit geringer Maßstreuung aus niedriglegiertem Stahlpulver, bei dem das Stahlpulver mit Beimengungen formgepreßt, gesintert und das gesinterte Formteil einer Wärmenachbehandlung unterzogen wird. Der Sinterschwund und das Abmaß vom Nennmaß läßt sich für die Sinterteile dadurch wesentlich reduzieren, daß das mit Chrom, Molybdän, Vanadium legierte und mit Kohlenstoff gemischten Stahlpulver in einem Warmpreßvorgang zu Grünlingen oder Pulverpreßlingen bis zu einer gleichförmigen Ausgangsdichte von ≥ 7,2 g/cm3 formgepreßt werden, daß die formgerechten Grünlinge oder Pulverpreßlinge zum Erreichen einer geschlossenen Porosität bei einer Temperatur von 1150° C bis 1300° C gesintert werden und daß die Sinterteile in einem abschließenden HIP-Vorgang auf Dichten > 99 % der theoretischen Dichte nachverdichtet werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten und verschleißbeständigen Formteils mit geringer Maßstreuung aus niedriglegiertem Stahlpulver, bei dem das Stahlpulver mit Beimengungen formgepreßt, gesintert und das gesinterte Formteil einer Wärmenachbehandlung unterzogen wird.
Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Schnellstahlpulver für verschleißfeste Anwendungen verwendet wird. Die Legierungselemente sind hierbei in das Eisen einlegiert, bei der Qualität S 6-5-2 sind dies hauptsächlich die Elemente 4 Masse-% Cr, 5 Masse-% Mo, 6 Masse-% W und 2 Masse-% V. Bedingt durch diese Legierungstechnik liegt hier eine schlechte Verpreßbarkeit des Stahlpulvers vor, die nur eine Ausgangsdichte (Gründichte) von ca. 6,4 g/cm3 bei Mpa zuläßt. Damit sind aber für die anzustrebende th. Dichte von > 99 % hohe Schwinungen (10 bis 12 %) in Kauf zu nehmen, was gleichbedeutend mit Verlust an Maßgenauigkeit verbunden ist.
Diese Verfahren erfordert einerseits teuere Ausgangsstoffe und andererseits immer kostenintensive mechanische Arbeitsgänge.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren so zu gestalten, daß mit kostengünstigen Ausgangsmaterialien in einfachen Verfahrensschritten hochfeste Formteile hergestellt werden können, die eine hohe Dichte und eine höhere Maßgenauigkeit bei etwa vergleichbarer Verschleißfestigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das mit Chrom, Molybdän, Vanadium legiert und mit Kohlenstoff gemischte Stahlpulver in einem Warmpreßvorgang zu Grünlingen oder Pulverpreßlingen bis zu einer gleichförmigen Ausgangsdichte von ≥ 7,2 g/cm3 formgepreßt werden, daß die formgepreßten Grünlinge oder Pulverpreßlinge zum Erreichen einer geschlossenen Porosität bei einer Temperatur von 1150° C bis 1300° C gesintert werden und daß die Sinterteile in einem abschließenden heißisotopischen Preßvorgang (HIP-Vorgang) auf Dichten > 99 % der theoretischen Dichte nachverdichtet werden.
Das mit Chrom Cr und weiteren verschleißsteigernden Beimengungen wie Molybdän Mo, Vanadium V und Kohlenstoff C versehene niedriglegierte Stahlpulver kann in dem Warmpreßvorgang bereits zu einem Grünling mit einer höheren gleichförmigen Dichte von ≥ 7,2 g/cm3 gebracht werden. Im anschließenden Sintervorgang wird eine geschlossene Porosität erreicht. In dem an dem Sintervorgang anschließenden HIP-Prozeß wird eine Nachverdichtung bis zu einer Dichte > 99% der theoretischen Dichte erzielt und der Sinterschwund wird wesentlich reduziert, was sich in einer kleinen Maßabweichung des gesinterten und gehippten Formteils auswirkt.
Die für das Verfahren notwendigen Verfahrensschritte sind in der Werkstoffverarbeitung üblich und erfordern keine besonders aufwendigen Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, so daß die Formteile auch kostengünstig hergestellt werden können. Die hergestellten Formteile haben eine erhöhte Maßgenauigkeit, so daß auch der Weiterbearbeitungsaufwand zur Erreichung einer vorgegebenen Maßgenauigkeit stark reduziert werden kann.
Nach einer Ausgestaltung wird dem Stahlpulver (Fe) mindestens
  • 0,5 bis 1,5 Masse-% Cr
  • 0,2 bis 0,8 Masse-% MO
  • 0,1 bis 0,3 Masse-% V
  • 0,3 bis 0,6 Masse-% C
    • beigemengt.
    Die gewünschte erhöhte Ausgangsdichte der warmgepreßten Grünlinge wird dadurch erreicht, daß der Warmpreßvorgang bei einer Temperatur von 130° C bis 150° C und einem Preßdruck > 750 MPa durchgeführt wird.
    Der Sintervorgang wird bis zum Erreichen einer geschlossenen Porosität durchgeführt und der abschließende HIP-Prozeß zur weiteren Erhöhung der Dichte auf > 99% der theoretischen Dichte umfaßt eine Wärme-Druckbehandlung in einer Atmosphäre mit inertem Gas (z.B. Argon) bei einer Temperatur von etwa 980°C und einem Druck von etwa 1500 bar.
    Die gesinterten und gehippten Formteile können bei Bedarf mittels mechanischer Bearbeitung oder Kaltumformung auf eingeengtere Maßtoleranz gebracht werden. Der Nachbearbeitungsaufwand ist dabei sehr gering, da das Abmaß der Formteile nach dem HIP-Vorgang nur noch einen Bruchteil von dem mit den eingangs erwähnten bekannten Verfahren erreichbaren Abmaß von dem geforderten Maß der Formteile beträgt.
    Mit einer Wärmebehandlung kann eine abschließende Oberflächenhärtung vorgenommen werden, wenn eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit oder Wechselfestigkeit an die Formteile gestellt wird. Dabei kann die Wärmebehandlung ein Vergüten, eine Einsatzhärtung oder ein Nitrieren umfassen.
    Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
    Für Formteile wird eine Mischung aus folgenden Bestandteilen bereitgestellt:
  • 1 Masse-% Cr
  • 0,5 Masse-% MO
  • 0,2 Masse-% V
  • 0,4 Masse-% C
  • Rest Fe.
    • Mit diesem Ausgangsmaterial werden bei 135° C mit einem Preßdruck von 750 MPa Grünlinge gepreßt, die danach eine gleichförmige Dichte von > 7,2 g/cm3 aufweisen.
    Die warmgepreßten Grünlinge werden im Temperaturbereich von 1150° C bis 1300° C gesintert` um eine geschlossene Porosität zu erhalten. Die geschlossene Porosität der Sinterteile ist für den nachfolgenden HIP-Vorgang eine zwingende Notwendigkeit.
    Die gehippten Sinterteile haben einen kleinen Sinterschwund und ein geringeres Abmaß gegenüber dem geforderten Nennmaß, wie die nachstehende Tabelle im Vergleich mit einem nach dem Stand der Technik aus Schnellstahl hergestellten Formteil zeigt.
    Werkstoffzusammensetzung Sinterschwund in % Erzielte th. Dichte in % erreichbare Toleranzklasse Abmaß bei Nennmaß 18-30 mm
    Fe4Cr5Mo6W2V1C 10 bis 12 > 99 IT12 210 µm
    Fe1Cr0,5Mo0,2V < 1 > 99 IT10 84 µm
    Der Sinterschwund läßt sich mit dem neuen Verfahren um eine Größenordnung verringern und das Abmaß vom Nennmaß beträgt bei einem Nennmaßbereich von 18 mm bis 30 mm nur noch etwa ein Drittel, was sich in erheblicher Reduzierung der Nachbearbeitung zum Erzielen der geforderten Nennmaß-Toleranz auswirkt. Die erreichbare Toleranzklasse IT10 liegt um zwei Stufen unter der Toleranzklasse IT12 bekannter Verfahren.

    Claims (8)

    1. Verfahren zum Herstellen eines hochfesten und verschleißbeständigen Formteils mit geringer Maßstreuung aus niedriglegiertem Stahlpulver, bei dem das Stahlpulver mit Beimengungen formgepreßt, gesintert und das gesinterte Formteil einer Wärmenachbehandlung unterzogen wird,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß das mit Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Vanadium (V) legierte und mit Kohlenstoff (C) gemischte Stahlpulver (Fe) in einem Warmpreßvorgang zu Grünlingen oder Pulverpreßlingen bis zu einer gleichförmigen Ausgangsdichte von ≥ 7,2 g/cm3 formgepreßt wird,
      daß die formgepreßten Grünlinge oder Pulverpreßlinge zum Erreichen einer geschlossenen Porosität bei einer Temperatur von 1150° C bis 1300° C gesintert werden und daß die Sinterteile in einem abschließenden heißisotopischen Preßvorgang auf Dichten > 99 % der theoretischen Dichte nachverdichtet werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß dem Stahlpulver (Fe) mindestens
      0,5 bis 1,5 Masse-% Cr
      0,2 bis 0,8 Masse-% Mo
      0,1 bis 0,3 Masse-% V
      0,3 bis 0,6 Masse-% C
      beigemengt werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Warmpreßvorgang bei einer Temperatur von 130° C bis 150° C und einem Preßdruck ≥ 750 MPa durchgeführt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der HIP-Vorgang in einer Atmosphäre mit inerten Gasen (z.B. Argon) durchgeführt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der HIP-Vorgang bei einer Temperatur von etwa 980° C und einem Druck von 1500 bar etwa 1 Stunde lang durchgeführt wird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die gesinterten und gehippten Formteile mittels mechanischer Nachbearbeitung oder Kaltumformung auf eingeengtere Toleranzen gebracht werden.
    7. Verfahren nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die auf die geforderten Toleranzen gebrachten Formteile mittels einer Wärmebehandlung, wie Vergüten, Einsatzhärten, Nitrieren mit oder ohne Aufkohlung, auf höhere Verschleißfestigkeit gebracht werden.
    8. Formteil hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7.
    EP98121445A 1997-11-27 1998-11-11 Verfahren zum Herstellen eines Formteils aus Sinterstahlpulver Withdrawn EP0919635A3 (de)

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    DE19752505 1997-11-27
    DE1997152505 DE19752505C1 (de) 1997-11-27 1997-11-27 Verfahren zum Herstellen eines Formteils aus Sinterstahlpulver

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    EP0919635A2 true EP0919635A2 (de) 1999-06-02
    EP0919635A3 EP0919635A3 (de) 2002-12-18

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    EP98121445A Withdrawn EP0919635A3 (de) 1997-11-27 1998-11-11 Verfahren zum Herstellen eines Formteils aus Sinterstahlpulver

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    DE19752505C1 (de) 1999-04-08
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