PL208668B1 - Method of preparing iron-based components by compaction with elevated pressures - Google Patents

Method of preparing iron-based components by compaction with elevated pressures

Info

Publication number
PL208668B1
PL208668B1 PL375094A PL37509403A PL208668B1 PL 208668 B1 PL208668 B1 PL 208668B1 PL 375094 A PL375094 A PL 375094A PL 37509403 A PL37509403 A PL 37509403A PL 208668 B1 PL208668 B1 PL 208668B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
powder
iron
grains
pressing
mpa
Prior art date
Application number
PL375094A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL375094A1 (en
Inventor
Mikhail Kejzelman
Paul Skoglund
Hilmar Vidarsson
Original Assignee
Hoeganaes Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoeganaes Ab filed Critical Hoeganaes Ab
Publication of PL375094A1 publication Critical patent/PL375094A1/en
Publication of PL208668B1 publication Critical patent/PL208668B1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0264—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements the maximum content of each alloying element not exceeding 5%
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/052—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles characterised by a mixture of particles of different sizes or by the particle size distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B22F2003/023—Lubricant mixed with the metal powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B22F2003/026—Mold wall lubrication or article surface lubrication
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

The present invention concerns a process for the preparation of high density green compacts comprising the steps of providing an iron-based powder essentially free from fine particles; optionally mixing said powder with graphite and other additives; uniaxially compacting the powder in a die at a compaction pressure of at least about 800 MPa and ejecting the green body. The invention also concerns the powder used in the method.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Niniejszy wynalazek dotyczy surowych wyprasek na osnowie żelaza, użytecznych w przemyśle metalurgii proszków (PM). Dokładniej, wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania surowych wyprasek na osnowie żelaza, o dużej gęstości.The present invention relates to iron-based green compacts useful in the powder metallurgy (PM) industry. More particularly, the invention relates to a method for the production of high-density iron-based green compacts.

Przy wytwarzaniu elementów strukturalnych, wiele korzyści wynika z zastosowania sposobów wykorzystywanych w metalurgii proszków, w porównaniu z konwencjonalnymi sposobami wytwarzania stali litej. I tak, jest dużo mniejsze zużycie energii i dużo lepsze wykorzystanie materiałów. Innym ważnym czynnikiem przemawiającym na korzyść sposobu z wykorzystaniem metalurgii proszków jest to, że elementy o końcowych kształtach lub prawie końcowych kształtach można wytwarzać bezpośrednio po procesie spiekania bez kosztownych procesów kształtowania, takich jak toczenie, frezowanie, wytaczanie lub szlifowanie. Jednakże zazwyczaj, materiał ze stali litej ma lepsze własności mechaniczne, w porównaniu z elementami PM - wytwarzanymi metodami metalurgii proszków.In the production of structural members, many advantages come from the powder metallurgical methods as compared to the conventional methods of producing solid steel. And yes, there is much less energy consumption and a much better use of materials. Another important factor in favor of the powder metallurgy method is that the finished shapes or near-finished shapes can be produced immediately after the sintering process without costly shaping processes such as turning, milling, boring or grinding. Typically, however, the solid steel material has better mechanical properties compared to PM components produced by powder metallurgy methods.

Spowodowane jest to głównie zjawiskiem porowatości w elementach PM. Dlatego też usiłowano zwiększyć gęstość elementów PM w celu uzyskania wartości możliwie najbliższych wartości gęstości stali litej.This is mainly due to the porosity phenomenon in the PM elements. Therefore, attempts have been made to increase the density of the PM elements in order to obtain values as close as possible to the density values of the solid steel.

Spośród sposobów stosowanych w celu uzyskania większej gęstości elementów PM, sposób kucia odkuwek ze spieków ma zaletę taką, że można otrzymać elementy całkowicie lite. Sposób jest jednakże kosztowny i stosuje się go głównie w produkcji masowej cięższych elementów, takich jak pręty łączące. Materiały lite można również otrzymać stosując zwiększone ciśnienia w wysokich temperaturach, tak jak w prasowaniu izostatycznym na gorąco, HIP, ale również ten sposób jest kosztowny.Among the methods used to obtain a higher density of PM elements, the method of forging sintered forgings has the advantage that completely solid elements can be obtained. The method, however, is costly and is mainly used in mass production of heavier components such as tie rods. Solid materials can also be obtained using elevated pressures at high temperatures, such as in hot isostatic pressing, HIP, but also this method is expensive.

W sposobie, w którym prasowanie prowadzi się w podwyższonej temperaturze, zwykle w 120° do 250°C, poprzez zastosowanie prasowania na gorąco, można zwiększyć gęstość o około 0,2 g/cm3, co skutkuje znaczną poprawą własności mechanicznych materiału. Wadą jest jednakże to, że sposób prasowania na gorąco wymaga dodatkowych inwestycji i obróbki. Inne sposoby, takie jak dwustronne prasowanie, dwustronne spiekanie, spiekanie w podwyższonych temperaturach etc., mogą dodatkowo zwiększyć gęstość. Również te sposoby spowodują wzrost kosztów produkcyjnych, a w związku z tym zmniejszenie całkowitej efektywności ekonomicznej.In a method in which pressing is carried out at elevated temperature, typically 120 to 250 ° C, by using hot pressing, the density can be increased by about 0.2 g / cm 3 , resulting in a significant improvement in the mechanical properties of the material. A disadvantage, however, is that the hot pressing method requires additional investment and processing. Other methods, such as double pressing, double sintering, sintering at elevated temperatures etc., can further increase the density. Also, these methods will result in increased production costs and hence a reduction in overall economic efficiency.

Aby rozszerzyć rynek elementów otrzymanych z zastosowaniem metalurgii proszków i wykorzystać zalety tej techniki, istnieje potrzeba prostego, niedrogiego sposobu otrzymywania wyprasek o duż ej gę stoś ci i o lepszych wł asnoś ciach wytrzymał o ś ciowych statycznych i dynamicznych.In order to expand the market for powder metallurgical components and to take advantage of the advantages of this technique, there is a need for a simple, inexpensive method of obtaining high density compacts with improved static and dynamic strength properties.

Otóż stwierdzono, że elementy o dużej gęstości można otrzymać stosując wysokie ciśnienia prasowania w połączeniu z proszkami gruboziarnistymi. Ten wniosek jest dość nieoczekiwany, ponieważ zgodnie z ogólną wiedzą, proszków zwykle stosowanych, to jest proszków zawierających drobne ziarna, nie można prasować w celu osiągnięcia dużych gęstości, bez problemów, np. w postaci uszkodzonych powierzchni wyprasek lub które uległy pogorszeniu. Dokładniej, sposób według niniejszego wynalazku obejmuje etapy dostarczania proszku na osnowie żelaza zasadniczo nie zawierającego drobnych ziaren; ewentualnie mieszania wyżej wspomnianego proszku z grafitem i innymi dodatkami; jednoosiowego prasowania proszku w matrycy przy wysokim ciśnieniu i wypychania wypraski, którą można następnie spiekać.It has been found that high-density elements can be obtained by using high compaction pressures in combination with coarse powders. This conclusion is quite unexpected since it is generally known that the powders commonly used, i.e. those containing fine grains, cannot be compressed to high densities without problems, e.g. in the form of damaged surfaces in compacts or which have deteriorated. More particularly, the method of the present invention comprises the steps of providing an iron-based powder substantially free of fine grains; optionally mixing the above-mentioned powder with graphite and other additives; uniaxial pressing of the powder in a die under high pressure and ejection of the compact, which can then be sintered.

33

Termin „duża gęstość” ma oznaczać wypraski mające gęstość około co najmniej 7,3 g/cm3. Oczywiście można również wytwarzać elementy mające mniejsze gęstości, lecz uważa się je za mniej interesujące.The term "high density" is intended to mean compacts having a density of about at least 7.3 g / cm 3 . Of course, parts having lower densities can also be manufactured, but are considered less interesting.

Proszek na osnowie żelaza według niniejszego wynalazku obejmuje czysty proszek żelaza, taki jak proszek żelaza rozpylany, proszek żelaza gąbczastego, redukowany proszek żelaza, proszek stali stopionej częściowo rozproszonej i proszek stali stopionej całkowicie. Proszkiem stali stopionej częściowo rozproszonej, korzystnie jest proszek stali stopionej częściowo z jednym lub kilkoma z pierwiastków: Cu, Ni, Mo. Proszkiem stali stopionej całkowicie korzystnie jest proszek stali stopionej z Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Co, W, Nb, Ti, Al, P, S i B. Interesujące są również proszki ze stali nierdzewnej.The iron-based powder of the present invention includes pure iron powder, such as sputtering iron powder, sponge iron powder, reduced iron powder, partially dispersed molten steel powder, and fully molten steel powder. The partially dispersed molten steel powder is preferably a partially melted steel powder with one or more of the following elements: Cu, Ni, Mo. The fully melted steel powder is preferably a steel fused with Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Co, W, Nb, Ti, Al, P, S and B. Stainless steel powders are also of interest.

Co się tyczy kształtu ziaren korzystne jest, aby ziarna miały nieregularną formę, taką jak uzyskuje się przy rozpylaniu za pomocą wody. Również proszki żelaza gąbczastego mające ziarna o nieregularnych kształtach mogą być interesujące.As to the grain shape, it is preferable that the grains have an irregular shape, such as is obtained by spraying with water. Also, sponge iron powders having irregularly shaped grains may be of interest.

Cechą wynalazku jest to, że stosowany proszek ma grube ziarna, to znaczy, że proszek jest zasadniczo pozbawiony drobnych ziaren. Termin „zasadniczo pozbawiony drobnych ziaren” ma oznaczać, że mniej niż 5% ziaren proszku ma wielkość poniżej 45 μm, mierzoną za pomocą metody opisanej w SS-EN 24 497. Jak dotąd najbardziej interesujące wyniki osiągnięto w przypadku proszkówIt is a feature of the invention that the powder used is coarse grains, i.e. the powder is substantially free of fine grains. The term "substantially free of fine grains" is intended to mean that less than 5% of the powder grains are less than 45 μm, as measured by the method described in SS-EN 24 497. So far, the most interesting results have been obtained with powders

PL 208 668 B1 zasadniczo składających się z ziaren powyżej 106 μm, a szczególnie powyżej 212 μm. Termin „zasadniczo składa się” ma oznaczać, że co najmniej 50%, korzystnie co najmniej 60%, a najkorzystniej co najmniej 70%, ziaren ma wielkość ziaren powyżej odpowiednio 106 i 212 μm. Maksymalna wielkość ziaren może wynosić 2 mm. Rozkład wielkości ziaren dla proszków na osnowie żelaza stosowanych przy produkcji z zastosowaniem PM jest zwykle rozkładem Gaussa ze średnią średnicą ziarna w obszarze 30 do 100 μτη i około 10-30% ziaren ma średnią wielkość ziaren mniejszą niż 45 μ^ι. Proszki na osnowie żelaza zasadniczo nie zawierające drobnych ziaren można otrzymać przez usunięcie drobniejszych frakcji proszku lub przez wytwarzanie proszku mającego pożądany rozkład wielkości ziaren.Consisting essentially of grains greater than 106 µm and more particularly greater than 212 µm. The term "essentially consisting" is intended to mean that at least 50%, preferably at least 60% and most preferably at least 70% of the grains have a grain size greater than 106 and 212 µm, respectively. The maximum grain size may be 2 mm. The grain size distribution for iron-based powders used in PM production is typically a Gaussian distribution with an average grain diameter in the region of 30 to 100 µτη and about 10-30% of the grains have an average grain size less than 45 µ ^ ι. Iron-based powders substantially free of fine grains can be obtained by removing the finer fractions of the powder or by producing a powder having a desired grain size distribution.

Wpływ rozkładu wielkości ziaren i wpływ kształtu ziarna na parametry prasowania i własności sprasowanej masy poddano gruntownym badaniom. I tak, opis patentowy US 5,594,186 przedstawia sposób wytwarzania elementów PM (metalurgii proszków), o gęstości większej niż 95% gęstości teoretycznej z zastosowaniem faktycznie liniowych, iglastych ziaren metalu mających trójkątny przekrój poprzeczny. Takie ziarna wytwarza się odpowiednio z zastosowaniem obróbki skrawaniem lub frezowania.The influence of the grain size distribution and the influence of the grain shape on the pressing parameters and the properties of the pressed mass were thoroughly investigated. Thus, US Patent 5,594,186 describes a method of producing PM (powder metallurgy) elements having a density greater than 95% of the theoretical density using virtually linear, acicular metal grains having a triangular cross-section. Such grains are suitably produced by machining or milling.

Proszki mające grube ziarna stosuje się również przy wytwarzaniu miękkich elementów magnetycznych. I tak, opis patentowy US 6 309 748 ujawnia proszek ferromagnetyczy, którego ziarna mają wielkość średnicy w zakresie 40 i 600 μ^ι. W przeciwieństwie do ziaren proszków na osnowie żelaza według niniejszego wynalazku, te ziarna proszku dostarcza się z powlekaniem.Coarse grained powders are also used in the manufacture of soft magnetic parts. Thus, US Patent 6,309,748 discloses a ferromagnetic powder, the grains of which have a diameter size in the range of 40 and 600 µm. In contrast to the iron-based powder grains of the present invention, these powder grains are provided with a coating.

W opisie patentowym US 4,190,441 ujawniono kompozycję proszkową do wytwarzania spiekanych elementów magnetycznie miękkich. Zgodnie z tym opisem, proszek żelaza zawiera ziarna, których mniej niż 5% przekracza 417 μ^ι i mniej niż około 20% ziaren proszku ma wielkość mniejszą niż 147 μηι. Opis ten podaje, że z powodu bardzo małej zawartości ziaren mniejszych niż 147 μ^ι, własności mechaniczne elementów wytworzonych z tego gruboziarnistego, bardzo czystego proszku są bardzo złe. Ponadto, opis ten podaje, że jeśli pożądana jest większa wytrzymałość, to nie jest możliwe zwiększenie zawartości ziaren mających wielkość mniejszą niż 147 μm bez jednoczesnego pogorszenia własności charakterystycznych dla materiałów magnetycznie miękkich. Dlatego też, proszek ten miesza się z określonymi ilościami żelazofosforu. Grafit, który można stosować w rozwiązaniu według niniejszego wynalazku, nie jest wymieniony w tym opisie patentowym, a poza tym obecność grafitu pogorszyłaby własności magnetyczne.US 4,190,441 discloses a powder composition for producing sintered soft magnetic parts. In accordance with this description, the iron powder comprises grains less than 5% of which exceed 417 µ ^ ι and less than about 20% of the powder grains have a size less than 147 µηι. The description states that, due to the very low content of grains smaller than 147 μ ^ ι, the mechanical properties of elements made of this coarse-grained, very pure powder are very poor. Moreover, the specification teaches that if greater strength is desired, it is not possible to increase the content of grains having a size less than 147 µm without compromising the properties of soft magnetic materials. Therefore, this powder is mixed with specific amounts of ferrophosphorus. Graphite that can be used in the present invention is not mentioned in this patent, and the presence of graphite would deteriorate the magnetic properties.

Mieszaniny proszków zawierających grube ziarna ujawnione są również w opisie patentowym US 5225459 (EP 554 009), który dotyczy także mieszanin proszków do wytwarzania elementów magnetycznie miękkich. Również te mieszaniny proszków nie zawierają grafitu.Powder mixtures containing coarse grains are also disclosed in US 5,225,459 (EP 554 009), which also relates to powder mixtures for the production of soft magnetic elements. Also, these powder mixtures do not contain graphite.

W dziedzinie kucia odkuwek ze spieków wiadomo ponadto, że można stosować proszki na osnowie wstępnie stopionego żelaza o grubych ziarnach. Opis patentowy US 3901661 ujawnia takie proszki. Opis ten podaje, że można włączyć środek poślizgowy, a dokładniej, że ilość środka poślizgowego powinna wynosić 1% wagowy (przykład 1). Jeśli proszki według niniejszego wynalazku zmieszano by z tak dużą ilością środka poślizgowego, niemożliwe byłoby uzyskanie dużych gęstości.It is further known in the field of forging sintered forgings that coarse grained pre-melted iron powders can be used. US Patent 3,901,661 discloses such powders. The description states that a lubricant may be included, and more particularly that the amount of lubricant should be 1% by weight (example 1). If the powders of the present invention were mixed with such a large amount of lubricant, it would be impossible to obtain high densities.

W celu otrzymania wyprasek mających zadawalające własności mechaniczne dotyczące spieku, części spiekanej według niniejszego wynalazku, konieczne jest dodawanie do mieszaniny proszkowej, którą poddaje się prasowaniu, pewnych ilości grafitu. I tak, przed prasowaniem można dodać grafit w ilościach między 0,1-1,0, korzystnie 0,2-1,0, a najkorzystniej 0,2-0,8% wagowych, w stosunku do całkowitej mieszaniny, którą poddaje się prasowaniu.In order to obtain compacts having satisfactory mechanical properties with respect to the sintered part of the present invention, it is necessary to add some graphite to the compacted powder mixture. Thus, graphite may be added before the pressing in amounts between 0.1-1.0, preferably 0.2-1.0 and most preferably 0.2-0.8% by weight, based on the total mixture which is pressed. .

Przed prasowaniem do proszku na osnowie żelaza można dodawać inne dodatki, takie jak pierwiastki stopowe obejmujące Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Co, W, Nb, Ti, Al, P, S i B. Te pierwiastki stopowe można dodawać w ilościach do 10 % wagowych. Dalszymi dodatkami są związki poprawiające skrawalność, twardy materiał fazowy i środki poprawiające płynięcie.Other additives may be added to the iron-based powder prior to pressing, such as alloying elements including Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Co, W, Nb, Ti, Al, P, S and B. These alloying elements may be added in amounts up to 10% by weight. Further additives are compounds improving the machinability, hard phase material and flow improvers.

Proszek na osnowie żelaza można również łączyć ze środkiem poślizgowym przed przeniesieniem go do matrycy (smarowanie wewnętrzne). Środek poślizgowy dodaje się w celu zmniejszenia do minimum tarcia między ziarnami proszku metalu oraz między ziarnami i matrycą w czasie etapu prasowania lub ściskania. Przykładami odpowiednich środków poślizgowych są np. stearyniany, woski, kwasy tłuszczowe i ich pochodne, oligomery, polimery i inne substancje organiczne o działaniu poślizgowym. Środki poślizgowe korzystnie dodaje się w formie ziaren, lecz mogą one również być łączone i/lub nakładane na ziarna. Według niniejszego wynalazku, ilość środka poślizgowego dodanego do proszku na osnowie żelaza może zmieniać się między 0,05 i 0,6%, korzystnie między 0,1-0,5% wagowego mieszaniny.The iron-based powder can also be combined with the lubricant before being transferred to the die (internal lubrication). The lubricant is added to minimize friction between the grains of the metal powder and between the grains and the die during the pressing or squeezing step. Examples of suitable lubricants are, for example, stearates, waxes, fatty acids and their derivatives, oligomers, polymers and other organic lubricants. The lubricants are preferably added in the form of grains, but may also be combined and / or applied to the grains. According to the present invention, the amount of lubricant added to the iron-based powder may vary between 0.05 and 0.6%, preferably between 0.1-0.5% by weight of the mixture.

Sposób według wynalazku można również realizować z zastosowaniem smarowania zewnętrznego (smarowania ścian matrycy), kiedy to przed przeprowadzeniem prasowania na ścianę matrycyThe method according to the invention can also be carried out using external lubrication (die wall lubrication), where before the pressing is carried out on the die wall

PL 208 668 B1 dostarcza się środek poślizgowy. Można również stosować połączenie smarowania zewnętrznego i wewnę trznego.A lubricant is provided. A combination of external and internal lubrication can also be used.

Termin „prasowanie przy wysokim ciśnieniu” oznacza prasowanie przy ciśnieniach, co najmniej 800 MPa. Bardziej interesujące wyniki otrzymuje się przy wyższych ciśnieniach, takich jak ciśnienia powyżej 90 MPa korzystnie powyżej 1000 MPa, korzystniej powyżej 1100 MPa.The term "high pressure pressing" means pressing at pressures of at least 800 MPa. More interesting results are obtained at higher pressures such as pressures above 90 MPa, preferably above 1000 MPa, more preferably above 1100 MPa.

Konwencjonalne prasowanie przy wysokich ciśnieniach, np. ciśnieniach powyżej 800 MPa, w przypadku zwykle stosowanych proszków zawierają cych drobniejsze ziarna, w domieszce z mał ymi ilościami środków poślizgowych (mniejszymi niż 0,6 % wagowego), jest uważane generalnie za nieodpowiednie z powodu dużych sił wymaganych dla wypychania wyprasek z matrycy, towarzyszącemu temu dużego zużycia matrycy i faktu, że powierzchnie wyprasek wykazują tendencję do tego, że są mniej błyszczące lub pogarszają się. Stosując proszki zgodnie z niniejszym wynalazkiem, nieoczekiwanie stwierdzono, że siła wypychania jest mniejsza przy wysokich ciśnieniach, około 1000 MPa, oraz, że można uzyskać elementy mające akceptowalne lub nawet doskonałe powierzchnie, również gdy nie stosuje się smarowania ścian matrycy.Conventional pressing at high pressures, e.g. pressures above 800 MPa, with the commonly used powders containing finer grains, in admixture with small amounts of lubricants (less than 0.6% by weight), is generally considered unsuitable due to the high forces. required for pushing out the moldings from the die, attendant high die wear and the fact that the surfaces of the moldings tend to be less shiny or deteriorate. By using the powders in accordance with the present invention, it has surprisingly been found that the ejection force is lower at high pressures, around 1000 MPa, and that components having acceptable or even perfect surfaces can be obtained, also when no die wall lubrication is used.

Prasowanie można przeprowadzić z zastosowaniem standardowego sprzętu, co oznacza, że nowy sposób według niniejszego wynalazku, można realizować bez drogich inwestycji. Prasowanie przeprowadza się jednoosiowo, w jednym etapie, w temperaturze otoczenia lub wyższej. Alternatywnie prasowanie można przeprowadzić za pomocą urządzenia udarowego (Model HYP 35-4 z Hydropulsora) przedstawionego w publikacji WO 02/38315.The pressing can be performed with standard equipment, which means that the new method according to the present invention can be carried out without expensive investment. Pressing is performed uniaxially, in one step, at ambient or higher temperature. Alternatively, the pressing can be performed with an impact device (Model HYP 35-4 from Hydropulsor) disclosed in WO 02/38315.

Spiekanie można przeprowadzić w temperaturach zwykle stosowanych w dziedzinie PM- metalurgii proszków, np. w standardowej temperaturze między 1080 i 1160°C lub w wyższych temperaturach powyżej 1160°C oraz w zwykle stosowanych atmosferach.Sintering can be performed at temperatures conventionally used in the field of PM-powder metallurgy, e.g. at standard temperatures between 1080 and 1160 ° C or at higher temperatures above 1160 ° C and in commonly used atmospheres.

Można również stosować inne obróbki elementu surowego lub spiekanego, takie jak skrawanie, utwardzanie powierzchniowe, zagęszczanie powierzchniowe lub inne sposoby stosowane w technologii PM.Other treatments for the green or sintered part can also be used, such as machining, surface hardening, surface densification or other methods used in PM technology.

W skrócie, korzyś ciami uzyskanymi dzię ki zastosowaniu sposobu wedł ug niniejszego wynalazku jest to, że można z efektywnością ekonomiczną wytwarzać surowe wypraski o dużej gęstości. Nowy sposób umożliwia również wytwarzanie lepszych elementów, które trudno wytwarza się z zastosowaniem konwencjonalnej techniki. Ponadto do wytwarzania wyprasek o dużej gęstości mających akceptowalne lub nawet doskonałe wykończenie powierzchni można stosować standardowy sprzęt do prasowania.Briefly, the advantages obtained by using the method of the present invention are that high-density green compacts can be produced economically. The new method also makes it possible to produce better parts which are difficult to produce with the conventional technique. In addition, standard pressing equipment can be used to produce high-density compacts having an acceptable or even excellent surface finish.

Przykładami produktów, które można stosownie wytwarzać z zastosowaniem nowego sposobu, są pręty łączące, koła zębate i inne strukturalne elementy poddawane dużym obciążeniom. Szczególne zainteresowanie dotyczy stosowania kołnierzy z proszków ze stali nierdzewnej.Examples of products that can suitably be produced using the new method are connecting rods, gears and other structural elements subjected to high loads. Of particular interest is the use of stainless steel powder flanges.

Wynalazek ilustrują dodatkowo poniższe przykłady.The following examples further illustrate the invention.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Porównano dwie różne kompozycje proszku na osnowie żelaza wytworzone według niniejszego wynalazku, z kompozycją proszku na osnowie żelaza wytworzoną standardowo. Wszystkie trzy kompozycje wytworzono z Astaloy Mo dostępnego w Hoganas AB, Szwecja. Do kompozycji dodano 0,2% wagowego grafitu i 0,4% wagowego środka poślizgowego (Kenolube™). W jednej z kompozycji proszku na osnowie żelaza według wynalazku usunięto ziarna Astaloy Mo o średnicy mniejszej niż 45 μm, a w drugiej kompozycji według wynalazku usunięto ziarna Astaloy Mo mniejsze niż 212 μm. Przeprowadzono prasowanie w temperaturze otoczenia z zastosowaniem standardowego sprzętu. Jak można stwierdzić na podstawie wykresu 1-1 dla proszku mającego wielkość ziaren powyżej 212 μm, uzyskuje się wyraźny wzrost gęstości przy wszystkich ciśnieniach prasowania.Two different iron-based powder compositions prepared according to the present invention were compared with the standard iron-based powder compositions. All three compositions were made with Astaloy Mo available from Hoganas AB, Sweden. 0.2% by weight of graphite and 0.4% by weight of a lubricant (Kenolube ™) were added to the composition. In one of the iron-based powder compositions according to the invention, Astaloy Mo grains smaller than 45 µm in diameter were removed, and in the other composition according to the invention, Astaloy Mo grains smaller than 212 µm were removed. Ironing was performed at ambient temperature using standard equipment. As can be seen from diagram 1-1 for a powder having a grain size greater than 212 µm, a marked increase in density is obtained at all compaction pressures.

Wykres 1-2 pokazuje, że jeśli celem jest otrzymanie elementów bez powierzchni, które uległy pogorszeniu, najważniejszym czynnikiem jest zmniejszenie lub wyeliminowanie najmniejszych ziaren, np. ziaren poniżej 45 μ^ι. Ponadto na podstawie tego wykresu można stwierdzić, że siła potrzebna dla wypychania wyprasek wytworzonych z zastosowaniem kompozycji proszku na osnowie żelaza pozbawionych ziaren mniejszych niż 212 μ^ι była znacznie mniejsza w porównaniu z siłą wypychania potrzebną w przypadku wyprasek wytworzonych ze standardowej kompozycji proszku na osnowie żelaza mającej około 20% ziaren mniejszych niż 45 μ^ι. Siła wypychania potrzebna w przypadku wyprasek wytworzonych z kompozycji proszku na osnowie żelaza według wynalazku pozbawionych ziaren mniejszych niż 45 μm jest również mniejsza w porównaniu ze standardowym proszkiem. Na wykresach, proszek standardowy oznaczony jako (—▲—) Std., lub (—•—) według wynalazku (—♦—) +2T27 (——) +212.Figure 1-2 shows that if the goal is to obtain components without deteriorated surfaces, the most important factor is the reduction or elimination of the smallest grains, e.g. grains below 45 µ ^ ι. In addition, it can be seen from this diagram that the force needed to eject the compacts produced using the iron-based powder composition without grains smaller than 212 μ ^ ι was significantly lower compared to the ejection force needed for the compacts made of the standard iron-based powder composition. having about 20% of grains smaller than 45 μ ^ ι. The ejection force needed for compacts made from the iron-based powder composition of the invention without grains smaller than 45 µm is also lower compared to the standard powder. In the graphs, the standard powder is marked as (- ▲ -) Std., Or (- • -) according to the invention (- ♦ -) + 2T27 (——) +212.

PL 208 668 B1PL 208 668 B1

Godnym uwagi zjawiskiem jest to, że siła wypychania w przypadku wyprasek wytworzonych według niniejszego wynalazku, (użycie proszku o ziarnach ze średnicą powyżej 212 μm, i proszku o ziarnach ze średnicą powyżej 45 μm) zmniejsza się ze wzrostem ciśnienia wypychania, natomiast w przypadku standardowej kompozycji ma miejsce sytuacja przeciwna.A noteworthy phenomenon is that the ejection force for compacts made in accordance with the present invention (using powder with grains greater than 212 μm and powder with grains greater than 45 μm) decreases with increasing ejection pressure, while with the standard formulation the opposite is true.

Stwierdzono również, że wypraski otrzymane, gdy standardowy proszek sprasowano przy ciśnieniu powyżej 700 MPa, miały powierzchnie, które uległy pogorszeniu, a zatem nie były możliwe do zaakceptowania. Wypraski, które otrzymano, gdy proszek zasadniczo pozbawiony ziaren mniejszych niż 45 μm sprasowano przy ciśnieniu powyżej 700 MPa, miały mniej błyszczącą powierzchnię, która przynajmniej w pewnych okolicznościach jest możliwa do zaakceptowania.It was also found that compacts obtained when standard powder was compressed at pressures above 700 MPa had surfaces that deteriorated and therefore were not acceptable. The compacts which were obtained when a powder substantially free of grains smaller than 45 μm was compressed at a pressure above 700 MPa had a less shiny surface which is at least acceptable under some circumstances.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Powtórzono przykład 1, lecz jako środek poślizgowy zastosowano 0,5% EBS (bis-stearamid etylenu), i przeprowadzono prasowanie za pomocą urządzenia udarowego (Model HYP 35-4 z Hydropulsora, Szwecja).Example 1 was repeated, but 0.5% EBS (Ethylene Bisstearamide) was used as the lubricant, and compression was performed with an impact device (Model HYP 35-4 from Hydropulsor, Sweden).

Na podstawie wykresów odpowiednio 2-1 i 2-2 można stwierdzić, że w przypadku kompozycji proszkowych wytwarzanych według wynalazku, uzyskano większe gęstości wyprasek surowych i mniejsze siły wypychania w porównaniu z kompozycją proszkową ze standardowym proszkiem. Można również stwierdzić, że elementy wytworzone ze standardowego proszku miały powierzchnie, które uległy pogorszeniu przy wszystkich ciśnieniach prasowania.From graphs 2-1 and 2-2, respectively, it can be seen that in the case of the powder compositions according to the invention, higher green densities and lower ejection forces were obtained compared to the powder composition with the standard powder. It can also be seen that items made of standard powder had surfaces that deteriorated at all pressing pressures.

Claims (10)

1. Sposób wytwarzania surowych wyprasek o dużej gęstości, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:A method for producing high-density green compact parts comprising the following steps: - dostarczanie rozpylanego proszku żelaza, ewentualnie zawierającego pierwiastki wybrane z grupy obejmującej; Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Co, W, Nb, Ti, Al, P, S i B, w którym mniej niż 5% ziaren proszku na osnowie żelaza ma wielkość poniżej 45 μm;- providing a sputtering iron powder optionally containing elements selected from the group consisting of; Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Co, W, Nb, Ti, Al, P, S and B where less than 5% of the iron-based powder grains are less than 45 µm; - mieszanie wymienionego proszku z grafitem w ilości 0,1-1,0% wagowego i ze środkiem poślizgowym w ilości między 0,05 i 0,6% wagowego, i ewentualne ze środkami poprawiającymi skrawalność, z twardymi materiałami fazowymi i środkami poprawiającymi płynięcie;- mixing said powder with 0.1-1.0% by weight graphite and with a lubricant in an amount between 0.05 and 0.6% by weight, and optionally with machinability enhancers, hard phase materials and flow improvers; - jednoosiowe prasowanie proszku w matrycy przy ciśnieniu prasowania, co najmniej 800 MPa iuniaxially compressing the powder in the die at a compaction pressure of at least 800 MPa and - wypychanie wypraski z matrycy.- pushing out the molded part from the die. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prasowanie przeprowadza się w jednym etapie.2. The method according to p. The process of claim 1, wherein pressing is performed in one step. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że co najmniej 50%, korzystnie, co najmniej 60%, a najkorzystniej co najmniej 70%, proszku na osnowie żelaza składa się z ziaren mających wielkość ziaren powyżej 106 μm.3. The method according to p. The iron-based powder as claimed in claim 1 or 2, characterized in that at least 50%, preferably at least 60%, most preferably at least 70% of the iron-based powder consists of grains having a grain size greater than 106 µm. 4. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienny tym, że co najmniej 50%, korzystnie co najmniej 60%, a najkorzystniej co najmniej 70%, proszku na osnowie żelaza składa się z ziaren mających wielkość ziaren powyżej 212 μm.4. The method according to p. The iron-based powder as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that at least 50%, preferably at least 60% and most preferably at least 70% of the iron-based powder consists of grains having a grain size greater than 212 µm. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że maksymalna wielkość ziaren wynosi 2 mm.5. The method according to p. The process of claim 4, wherein the maximum grain size is 2 mm. 6. Sposób według jakiegokolwiek zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że prasowanie przeprowadza się w matrycy powleczonej środkiem poślizgowym.6. The method according to any of claims A process as claimed in any of the claims 1 to 5, characterized in that the pressing is carried out in a die coated with a lubricant. 7. Sposób według jakiegokolwiek zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że prasowanie przeprowadza się przy ciśnieniu co najmniej 900 MPa, korzystniej co najmniej 1000 MPa, najkorzystniej powyżej 1100 MPa.7. The method according to any of claims A process as claimed in any of the claims 1 to 6, characterized in that pressing is carried out at a pressure of at least 900 MPa, more preferably at least 1000 MPa, most preferably above 1100 MPa. 8. Sposób według jakiegokolwiek zastrz. od 1 do 7, znamienny tym, że prasowanie przeprowadza się w temperaturze otoczenia.8. The method according to any of claims A process as claimed in any of the claims 1 to 7, characterized in that ironing is carried out at ambient temperature. 9. Sposób według jakiegokolwiek zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że prasowanie przeprowadza się w podwyższonej temperaturze.9. The method according to any one of claims 1 to 9 A process as claimed in any of the claims 1 to 8, characterized in that pressing is carried out at elevated temperature. 10. Sposób według jakiegokolwiek zastrz. od 1 do 9, znamienny tym, że ponadto obejmuje jeden etap spiekania w temperaturze powyżej 1100°C do wytworzenia produktów spiekanych.The method according to any of claims 1 to 10 according to any of the preceding claims, further comprising one sintering step at a temperature above 1100 ° C for producing sintered products.
PL375094A 2002-10-22 2003-10-22 Method of preparing iron-based components by compaction with elevated pressures PL208668B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0203134A SE0203134D0 (en) 2002-10-22 2002-10-22 Method of preparing iron-based components

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL375094A1 PL375094A1 (en) 2005-11-14
PL208668B1 true PL208668B1 (en) 2011-05-31

Family

ID=20289349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL375094A PL208668B1 (en) 2002-10-22 2003-10-22 Method of preparing iron-based components by compaction with elevated pressures

Country Status (17)

Country Link
EP (1) EP1554071B1 (en)
JP (2) JP4909514B2 (en)
KR (2) KR20050059285A (en)
CN (1) CN1705533B (en)
AT (1) ATE490830T1 (en)
AU (1) AU2003269786B2 (en)
BR (1) BR0314079B1 (en)
CA (1) CA2495697C (en)
DE (1) DE60335280D1 (en)
ES (1) ES2357741T3 (en)
MX (1) MXPA05004256A (en)
PL (1) PL208668B1 (en)
RU (1) RU2333075C2 (en)
SE (1) SE0203134D0 (en)
TW (2) TW201127521A (en)
WO (1) WO2004037468A1 (en)
ZA (1) ZA200501296B (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2610602C (en) * 2005-06-15 2014-02-18 Bjorn Skarman Soft magnetic composite materials
KR100978901B1 (en) * 2008-03-21 2010-08-31 가야에이엠에이 주식회사 Method for manufacturing iron-based sintered body having high tensile strength and high hardness
BR112012026851B1 (en) * 2010-05-19 2018-03-06 Hoeganaes Corporation Powder metallurgical composition and sintered powder metallurgical piece
RU2424873C1 (en) * 2010-05-27 2011-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Method of producing iron-based powder
BR112014017956A8 (en) * 2012-02-15 2017-07-11 Gkn Sinter Metals Llc METAL POWDER WITH SOLID LUBRICANT AND METAL POWDER SPIRAL COMPRESSOR MADE THEREOF
JP5903738B2 (en) * 2012-03-29 2016-04-13 住友電工焼結合金株式会社 Method for producing ferrous sintered alloy
EP2743361A1 (en) * 2012-12-14 2014-06-18 Höganäs AB (publ) New product and use thereof
RU2588979C1 (en) * 2015-03-16 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") Method of producing high-density powder chromium containing material based on iron
AT526261B1 (en) * 2022-07-05 2024-03-15 Miba Sinter Austria Gmbh Method for producing a component from a sinter powder

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5230924B2 (en) * 1972-04-06 1977-08-11
US3901661A (en) * 1972-04-06 1975-08-26 Toyo Kohan Co Ltd Prealloyed steel powder for formation of structural parts by powder forging and powder forged article for structural parts
US4190441A (en) * 1978-03-02 1980-02-26 Hoganas Ab Fack Powder intended for powder metallurgical manufacturing of soft magnetic components
SU882702A1 (en) * 1979-02-28 1981-11-23 Научно-Исследовательский Институт Порошковой Металлургии Белорусского Ордена Трудового Красного Знамени Политехнического Института Method of producing sintered fe-based articles
SU872028A1 (en) * 1979-12-17 1981-10-15 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тонкой Химической Технологии Им.М.В.Ломоносова Metallic powder pressing method
JPS61183444A (en) * 1985-02-08 1986-08-16 Toyota Motor Corp High strength sintered alloy and its manufacture
US5225459A (en) * 1992-01-31 1993-07-06 Hoeganaes Corporation Method of making an iron/polymer powder composition
US5154881A (en) * 1992-02-14 1992-10-13 Hoeganaes Corporation Method of making a sintered metal component
US5594186A (en) * 1995-07-12 1997-01-14 Magnetics International, Inc. High density metal components manufactured by powder metallurgy
GB2315115B (en) * 1996-07-10 2000-05-31 Hitachi Powdered Metals Valve guide
US5872322A (en) * 1997-02-03 1999-02-16 Ford Global Technologies, Inc. Liquid phase sintered powder metal articles
US5892164A (en) * 1997-03-19 1999-04-06 Air Products And Chemicals, Inc. Carbon steel powders and method of manufacturing powder metal components therefrom
JP3462378B2 (en) * 1997-11-07 2003-11-05 日立粉末冶金株式会社 Powder molding method in powder metallurgy
US5982073A (en) * 1997-12-16 1999-11-09 Materials Innovation, Inc. Low core loss, well-bonded soft magnetic parts
JP3869620B2 (en) * 1999-04-16 2007-01-17 株式会社日立製作所 Alloy steel powder molding material, alloy steel powder processed body, and manufacturing method of alloy steel powder molding material
WO2001032337A1 (en) * 1999-10-29 2001-05-10 Kawasaki Steel Corporation Lubricating agent for mold at elevated temperature, iron-based powder composition for elevated temperature compaction with lubricated mold and high density formed product from iron-based powder composition, and method for producing high density iron-based sintered compact
SE0004122D0 (en) * 2000-11-09 2000-11-09 Hoeganaes Ab High density compacts and method for the preparation thereof
JP4078512B2 (en) * 2001-04-20 2008-04-23 Jfeスチール株式会社 Highly compressible iron powder

Also Published As

Publication number Publication date
KR101179725B1 (en) 2012-09-04
EP1554071A1 (en) 2005-07-20
ES2357741T3 (en) 2011-04-29
BR0314079A (en) 2005-07-05
KR20110114689A (en) 2011-10-19
JP2010189769A (en) 2010-09-02
RU2005115474A (en) 2005-10-27
AU2003269786A1 (en) 2004-05-13
CN1705533A (en) 2005-12-07
TWI415698B (en) 2013-11-21
AU2003269786B2 (en) 2007-12-13
JP4909514B2 (en) 2012-04-04
ATE490830T1 (en) 2010-12-15
CA2495697C (en) 2011-12-13
DE60335280D1 (en) 2011-01-20
MXPA05004256A (en) 2005-07-05
JP2006503983A (en) 2006-02-02
CA2495697A1 (en) 2004-05-06
RU2333075C2 (en) 2008-09-10
KR20050059285A (en) 2005-06-17
SE0203134D0 (en) 2002-10-22
BR0314079B1 (en) 2011-10-04
ZA200501296B (en) 2006-10-25
TW201127521A (en) 2011-08-16
WO2004037468A1 (en) 2004-05-06
EP1554071B1 (en) 2010-12-08
PL375094A1 (en) 2005-11-14
TW200417433A (en) 2004-09-16
CN1705533B (en) 2010-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010202980A (en) Sintered metal parts and method for manufacturing the same
JP2010189769A (en) Method of preparing iron-based component by compaction with elevated pressure
KR20080083275A (en) Lubricants for powder metallurgy compositions
KR101064429B1 (en) Iron-based powder composition comprising a silane lubricant
TW200426226A (en) Powder metal composition and method for producing components thereof
CA2248447C (en) Boric acid-containing lubricants for powdered metals, and powdered metal compositions containing said lubricants
US7662209B2 (en) Iron-based powder
US20030177866A1 (en) Agglomerated stainless steel powder compositions and methods for making same
US7585459B2 (en) Method of preparing iron-based components

Legal Events

Date Code Title Description
RECP Rectifications of patent specification