WO2011138422A2 - Pulvermetallurgischer stahl - Google Patents

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    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing a
  • carbide or cermet blanks can be carried out with much less complex equipment and processes.
  • a production of blanks made of hard metal or cermets can be achieved by extrusion with subsequent sintering. Relevant production methods are described, for example, in the documents US Pat. No. 2,422,994, DE 36 01 385 A1, EP 465 946 A1, EP 1 017 527 B1, EP-A-0 340 495, EP-A-0 458 774, WO-A-92/22390 or US-A-4,779,440.
  • One object is to provide a way to obtain rods for manufacturing tools from HSS or HSS-E easier. Another object is to provide a raw material with which such tools can be produced economically.
  • a method according to the invention for the production of a powder-metallurgical steel, in particular tool steel, such as HSS or HSS-E steel, is characterized in that first of all steel powder having a predetermined microstructure is produced.
  • a binder e.g. Wax or paraffin
  • a plastically deformable raw material is prepared, which - can be subjected directly to a primary molding process, preferably due to the appropriate selection of the particle size and / or particle size distribution of the steel powder. It can do that without it
  • Interrupting a blank for a steel component are manufactured, which has an arbitrarily complex spatial shape.
  • the actual structure formation takes place, that is, the steel particles, which preferably have as close as possible a spherical shape to the
  • Atmospheric pressure performed sintering process has sufficient density and strength.
  • HIP Hot Isostatic Pressing
  • the steel powder is subjected to homogenization of the geometry of the powder particles during mixing with the binder and / or before mixing.
  • the steel powder is subjected to a screening process before mixing, so that it is subjected to the mixing process in a predetermined particle size and / or particle size distribution, it is possible to exert further positive influence on the strength of the steel structure.
  • the starting structure of the steel powder can be optimally selected freely from the manufacturing process of the powder.
  • the material properties of the steel produced can be additionally influenced within wide limits.
  • the blank is subjected to HIP (hot isostatic pressing) treatment before, during or after sintering.
  • HIP hot isostatic pressing
  • the blank is subjected during the sintering process for controlling the steel structure to a temperature treatment, such as a hardening process. This is done by going through a suitable temperature / Time program, which can be selected according to material specifications as required.
  • the plastically deformable mass succeeds in a preferably continuous extrusion process
  • the plastically deformable mass is preferably by a
  • powdered steel is processed analogously as in the production of carbide with the addition of a binder.
  • the powdered steel with the binder is then extruded and sintered.
  • a further aspect of the invention is the provision of a raw material for producing a steel according to claim 12.
  • a method is provided wherein cobalt is additionally used as the binder metal.
  • a method is provided wherein the pressing is performed by an extrusion die with a die, whereby the raw mass can be extruded into a continuous rod.
  • an inner channel for guiding coolant and / or lubricant is arranged in sections in the rod.
  • the inner channel is formed at least partially helical or rectilinear.
  • a steel is provided, wherein the steel can be produced from a raw material according to claim 6.
  • powder metallurgical steel can be made easier and cheaper.
  • a tool steel such as HSS-E
  • a high-alloy steel serve.
  • the powder can be ground by spraying the molten steel or else.
  • the production according to the invention of a powder-metallurgical steel requires few production plants and is therefore more cost-effective to manufacture than the prior art. Further, by the process of the present invention in the production of powder metallurgical steel, higher productivity can be obtained as compared with the prior art production methods.
  • FIG. 1 shows a diagram to illustrate the method steps according to the invention
  • FIG. 2 shows a nozzle for the extrusion of a continuous powder metallurgical rod DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
  • powdered steel to make powder metallurgy steels therefrom.
  • This steel is typically a high alloy steel which may contain, for example, 0.46% carbon and 13% chromium.
  • the powdered steel is compacted by repeated repeated rolling. From the blocks thus formed, then e.g. Tools are made.
  • the arrangement of cooling channels can be effected by making holes in the already partially compacted steel between the first rolling operations. Overall, this method of manufacturing a powder metallurgical steel requires a high amount of production equipment. In addition, the prior art manufacturing method is time consuming.
  • FIG. 1 shows the method sequence according to the invention for producing a
  • steel powder metallurgical steel in particular tool steel, such as HSS or HSS-E steel.
  • steel powder is produced in a first process step, which preferably has a previously selected structure, such as e.g. the fabric of a
  • a binder such as e.g. Paraffin or wax
  • Urform batches doneverarbeitbar is. Dashed lines indicate a variant according to which the steel powder is additionally coated with a binding metal, such as e.g. Cobalt is mixed.
  • a binding metal such as e.g. Cobalt is mixed.
  • Binder the steel powder - for example, in a ball mill - a machining to homogenize the geometry of the powder particles are subjected. The edges of the powder particles are removed in this way and the particles become an im
  • the raw mass thus produced is now formed into a blank having a predetermined spatial shape, preferably extruded by means of an extrusion press, so that
  • the binder is expelled at selected temperatures. Then the actual sintering process takes place, in which the steel structure is finally created.
  • the blank may be subjected to HIP (hot isostatic pressing) treatment before, during or after sintering. This optional method step is indicated by a dashed line in FIG. 1.
  • the blank is subjected to a temperature treatment, such as e.g. one
  • Hardening process is subjected.
  • the sintering plant passes through a predetermined temporally controlled temperature profile, so that the steel finally has the desired structure quality.
  • the steel powder can also be obtained by grinding or grinding steel particles
  • Extrusion die with a nozzle (102) is extruded into a continuous rod.
  • the resulting in the extrusion step blanks (green compacts / green forms) in the design as a steel / binder mixture can therefore analogously to the production of Cemented carbide or cermets are processed.
  • the processing with an extrusion die, which may have a nozzle for extrusion, and the subsequent sintering process allow a simple, rapid and advantageous production of a powder metallurgy steel.
  • the output form in the extrusion as continuous rods is advantageous because this can already be the rough geometric shape of a drilling, milling, sinking or reaming tool.
  • powdered steel is treated and processed, for example tungsten carbides as starting material for the production of hard metal (with the addition of a binder such as cobalt).
  • internal channels can advantageously be easily formed in the extruded rod, which in particular have dimensions (diameter, circular or elliptical cross-section) through the further processing operations, e.g. sintering, can not change as much as compared to the processing of the prior art by rolling the case may be the case. It can therefore be ensured a higher dimensional accuracy in the production of the inner channels of powder metallurgy steels.
  • Fig. 1 shows an example of a nozzle for the extrusion of a continuous rod, wherein a raw material is injected into the nozzle through an inlet opening 103, 104, which may have the surface of a circular ring.
  • the raw mass comprises powdered steel, wherein the steel may also be high-alloyed, and at least one further binding metal, such as e.g. Cobalt, may have.
  • the raw mass is brought together in the region 105, whereby by e.g. continuously rotating rods 107 in the pressed raw mass wired inner channels 101 can be formed. From the nozzle 102 can then exit a continuous rod 106 with inner channels 101. If the bars 107 do not rotate but stand still, continuous bars 106 with straight inner channels can be formed.
  • extrusion nozzles or nozzles which can be used in a suitable manner are known per se and, for example, in the publications US Pat. No. 2,422,994, DE 36 01 385 A1, EP 465 946 A1, EP 1 017 527 B1, EP-A-0 340 495, EP-A-0 458 774, WO-A-92/22390 or US-A-4,779,440 whose disclosure content is expressly incorporated in the present application.
  • the invention thus provides a method for producing a powder metallurgical steel.
  • the method comprises the steps of: producing steel powder, preferably with a predetermined structure; Mixing the steel powder with a binder to form a plastically deformable raw material; Original shapes of the raw mass to a blank with a given spatial shape; and sintering the blank.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls. Das Verfahren umfasst die Schritte: Herstellen von Stahlpulver, vorzugsweise mit vorbestimmtem Gefüge; Mischen des Stahlpulvers mit einem Bindemittel zu einer plastisch verformbaren Rohmasse; Urformen der Rohmasse zu einem Rohling mit vorgegebener räumlicher Form; und Sintern des Rohlings.

Description

Pulvermetallurgischer Stahl
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
pulvermetallurgischen Stahls, eine Rohmasse zur Herstellung eines Stahls, ein
pulvermetallurgischer Stahl zur Herstellung eines Werkzeugs und einen Stahl.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Stand der Technik werden zylindrische Stäbe aus HSS oder HSS-E zur Herstellung von Zerspanungswerkzeugen durch Walzen oder Ziehen hergestellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Herstellung von Rohlingen zur Herstellung von Werkzeugen aus HSS oder HSS-E erfolgt bislang dadurch, dass der Stahl in wiederholten Bearbeitungszyklen gewalzt oder gezogen wird. Diese Bearbeitungsvorgänge sind zum einen zeitintensiv und zum anderen kostenintensiv, da hierzu aufwändige Anlagen und Prozesse erforderlich sind.
Die Herstellung von Rohlingen aus Hartmetall oder Cermets kann im Gegensatz dazu durch weit weniger aufwändige Anlagen und Prozesse erfolgen. Eine Herstellung von Rohlingen aus Hartmetall oder Cermets kann durch Extrudieren mit nachfolgendem Sintern erreicht werden. Einschlägige Herstellungsverfahren sind beispielsweise in den Dokumenten US 2,422,994, DE 36 01 385 A1 , EP 465 946 A1 , EP 1 017 527 B1 , EP-A-0 340 495, EP-A-0 458 774, WO-A-92/22390 oder US-A-4 779 440 bekannt.
Vorteilhaft ist bei einem Extrudiervorgang, dass hierdurch kontinuierliche Stäbe hergestellt werden können, die vorteilhaft bei der Herstellung von Bohr-, Fräs-, Reib-, oder Senkwerkzeugen sind, da hierdurch das Rohmaterial (Grünling/Grünform) bereits in die gewünschte zylindrische Form gebracht werden kann, die ein idealer Ausgangspunkt zur Herstellung von Bohr-, Fräs-, Reib- oder Senkwerkzeugen darstellen kann. Vorteilhaft ist ferner beim Extrudieren, dass durch einfache Erweiterungen der Extrudierdüse bereits während des Extrudiervorgangs z.B. Innenkanäle in den extrudierten Stäben angeordnet werden können. Diese Innenkanäle können beim fertigen Werkzeug dazu genutzt werden, Kühl- und/oder Schmiermittel durch das Werkzeuginnere zu den schneidaktiven Teilen des Werkzeugs führen zu können.
Eine Aufgabe ist daher, eine Möglichkeit bereit zu stellen, Stäbe zur Fertigung von Werkzeugen aus HSS oder HSS-E einfacher zu erhalten. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Rohmasse bereit zu stellen, mit der solche Werkzeuge wirtschaftlich herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 , durch die Rohmasse nach Anspruch 12 und durch einen mit einer solchen Rohmasse herstellbaren Stahl nach Anspruch 13 oder 14 gelöst.
Erfindungsgemäß gelingt es, auf sehr wirtschaftliche Art und Weise Bauteile oder
Halbzeuge mit sehr komplexen Formen aus Werkzeugstahl herzustellen. Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls, insbesondere Werkzeugstahls, wie HSS- oder HSS-E-Stahl, zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst Stahlpulver mit einem vorbestimmtem Gefüge hergestellt wird. Durch das Mischen des Stahlpulvers mit einem Bindemittel, wie z.B. Wachs oder Parafin, wird eine plastisch verformbare Rohmasse hergestellt, die - vorzugsweise aufgrund der geeigneten Auswahl der Partikelgröße und/oder Partikelgrößenverteilung des Stahlpulvers unmittelbar einem Urformprozess unterzogen werden kann. Es kann auf diese Weise ohne
Verfahrensunterbrechung ein Rohling für ein Stahlbauteil hergestellt werden, das eine beliebig komplexe räumliche Form hat.
Beim Sintern des Rohlings, dem ein gesonderter Schritt des Austreibens des Bindemittels vorangehen kann, findet die eigentliche Gefügebildung statt, d.h., die Stahlpartikel, die vorzugsweise eine möglichst annähernd sphärische Form haben, um den
Extrusionsprozess zu fördern, verschmelzen miteinander und wachsen dicht zusammen, so dass ein hochdichtes und hochfestes Stahl-Bauteil entsteht. Das Gefüge im Inneren der Stahlpulverpartikel bleibt dabei im Wesentlichen erhalten, so dass vorhersehbare Werkstoffeigenschaften vorliegen. Es hat sich gezeigt, dass der bei einem Extrudieren durch eine Düse auftretende Druck bereits genügt, um einen aus einer Stahl-/Bindemittel- Rohmasse bestehenden Rohling herzustellen, der nach einem unter annäherndem
Atmosphärendruck durchgeführten Sinterprozess eine ausreichende Dichte und Festigkeit hat. Selbstverständlich kann durch Überlagerung oder nachträglicher Anwendung eines HIP(Heißisostatisches Pressen)-Prozesses eine weitere Gefügeverbesserung erzielt werden.
Um die Rohmasse für den Urformvorgang noch besser vorzubereiten, ist es von Vorteil, wenn das Stahlpulver während des Mischens mit dem Bindemittel und/oder vor dem Mischen einer Bearbeitung zur Homogenisierung der Geometrie der Pulverteilchen unterzogen wird.
Mit der Weiterbildung des Anspruchs 4, wonach das Stahlpulver vor dem Mischen einem Sichtungsprozess unterzogen wird, so dass es in vorbestimmter Partikelgröße und/oder Partikelgrößenverteilung des Mischprozess unterworfen wird, gelingt es, auf die Festigkeit des Stahlgefüges weiteren positiven Einfluss auszuüben.
Wenn das Stahlpulver durch Aufmahlen bzw. Zermahlen von Stahlpartikeln gewonnen wird, kann das Ausgangsgefüge des Stahlpulvers frei vom Herstellungsverfahren des Pulvers optimal gewählt werden.
Wenn das Stahlpulver zusätzlich mit einem Bindemetall, wie z.B. Kobalt vermischt wird, kann die Werkstoffeigenschaft des hergestellten Stahls zusätzlich in weiten Grenzen beeinflusst werden.
Zur Bereitstellung besonders hochdichter Werkstoffe ist es von Vorteil, wenn der Rohling vor, während oder nach dem Sintern einer HIP( Heißisostatisches Pressen)-Behandlung unterzogen wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Rohling während des Sinterprozeses zur Steuerung des Stahlgefüges einer Temperaturbehandlung, wie z.B. einem Härtungsprozess unterworfen wird. Dies geschieht durch das Durchlaufen eines geeigneten Temperatur- /Zeit-Programms, das nach werkstofftechnischen Vorgaben je nach Bedarf ausgewählt werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Auswahl des Stahlpulvers gelingt also, die plastisch verformbare Masse einem vorzugsweise kontinuierlichen Extrusionsprozess zu
unterwerfen, und dennoch sehr gute Gefügedichtheiten des Stahlwerkstoffs zu
garantieren. Hierbei wird die plastisch verformbare Masse vorzugsweise durch ein
Strangpresswerkzeug mit einer Düse zu einem kontinuierlichen Stab extrudiert, der dann laufend auf die erforderlichen Abmessungen abgelängt wird. Die Rohlinge können auf diese Weise sehr wirtschaftlich hergestellt werden.
Erfindungsgemäß wird also eine Möglichkeit bereit gestellt, pulvermetallurgischen Stahl einfacher zu erhalten. Hierzu wird pulverförmiger Stahl analog wie bei der Herstellung von Hartmetall unter Zugabe eines Bindemittels verarbeitet. Der pulverförmige Stahl mit dem Bindemittel wird dann extrudiert und gesintert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Rohmasse zur Herstellung eines Stahles gemäß Anspruch 12.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei zusätzlich als Bindemetall Kobalt verwendet wird.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das Pressen durch ein Strangpresswerkzeug mit einer Düse vorgenommen wird, wodurch die Rohmasse zu einem kontinuierlichen Stab extrudiert werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei während des Extrudierens zumindest abschnittsweise ein Innenkanal zum Leiten von Kühl- und/oder Schmiermittel in den Stab angeordnet wird.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur
Verfügung gestellt, wobei der Innenkanal wenigstens abschnittsweise wendeiförmig oder geradlinig ausgebildet wird.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Stahl zur Verfügung gestellt, wobei der Stahl aus einer Rohmasse nach Anspruch 6 herstellbar ist.
Als entscheidender Vorteil der Erfindung kann also angesehen werden, dass pulvermetallurgischer Stahl einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann. Als Ausgangsmaterial kann neben einem Werkzeugstahl, wie HSS-E, auch ein z.B. hochlegierter Stahl dienen. Das Pulver kann durch ein Versprühen der Stahlschmelze oder aber auch aufgemahlen werden. Die erfindungsgemäße Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls benötigt wenige Produktionsanlagen und ist daher im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstiger in der Herstellung. Ferner kann durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der Herstellung von pulvermetallurgischem Stahl im Vergleich zu den Herstellverfahren des Stands der Technik eine höhere Produktivität erzielt werden.
Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte, und Fig. 2 eine Düse zur Extrusion eines kontinuierlichen pulvermetallurgischen Stabes DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Stand der Technik ist es bekannt pulverförmigen Stahl zu verwenden, um daraus pulvermetallurgische Stähle herzustellen. Bei diesem Stahl handelt es sich typischerweise um einen hochlegierten Stahl, der beispielsweise 0,46 % Kohlenstoff und 13% Chrom enthalten kann. Hierbei wird der pulverförmige Stahl durch wiederholtes mehrmaliges Walzen verdichtet. Aus den derart entstandenen Blöcken können dann z.B. Werkzeuge hergestellt werden. Die Anordnung von Kühlkanälen kann dadurch erfolgen, dass zwischen den ersten Walzvorgängen Bohrungen am bereits teilweise verdichteten Stahl vorgenommen werden. Insgesamt erfordert diese Herstellungsweise eines pulvermetallurgischen Stahls einen hohen Aufwand an Produktionsanlagen. Außerdem ist die Herstellungsweise gemäß des Stands der Technik zeitaufwändig.
Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf zur Herstellung eines
pulvermetallurgischen Stahls, insbesondere Werkzeugstahls, wie HSS- oder HSS-E-Stahl. Dabei wird zunächst in einem ersten Verfahrensschritt Stahlpulver hergestellt, das vorzugsweise ein zuvor ausgesuchtes Gefüge hat, wie z.B. das Gefüge eines
Schnellarbeitsstahls im abgegossenen Zustand oder aber dasjenige eines bereits stark umgeformten Schnellarbeitsstahls.
Anschließend erfolgt das Zumischen eines Bindemittels, wie z.B. Parafin oder Wachs, so dass eine plastisch verformbare Rohmasse entsteht, die unmittelbar in einem
Urformprozess weiterverarbeitbar ist. Mit gestrichelten Linien ist eine Variante angedeutet, gemäß der das Stahlpulver zusätzlich mit einem Bindemetall, wie z.B. Kobalt vermischt wird.
Während des Mischens mit dem Bindemittel und/oder vor dem Mischen mit dem
Bindemittel kann das Stahlpulver - beispielsweise in einer Kugelmühle - einer Bearbeitung zur Homogenisierung der Geometrie der Pulverteilchen unterzogen werden. Die Kanten der Pulverteilchen werden auf diese Weise beseitigt und den Teilchen wird eine im
Wesentlichen sphärische Form gegeben, so dass der nachfolgende Urformprozess erleichtert wird. Es ist ferner möglich und vorteilhaft, das Stahlpulver vor dem Mischen einem
Sichtungsprozess zu unterziehen, so dass es in vorbestimmter Partikelgröße und/oder Partikelgrößenverteilung dem Misch prozess unterworfen wird
Die so entstandene Rohmasse wird nun zu einem Rohling mit vorgegebener räumlicher Form urgeformt, vorzugsweise mittels einer Strangpresseinheit extrudiert, so dass
Rohlinge mit beliebig komplexer räumlicher Struktur entstehen.
Während des sich anschließenden Sinterns oder aber in einem vorgeschalteten
Arbeitsschritt wird bei ausgewählten Temperaturen das Bindemittel ausgetrieben. Dann erfolgt der eigentliche Sintervorgang, bei dem das Stahlgefüge endgültig entsteht. Der Rohling kann dabei vor, während oder nach dem Sintern einer HIP( Heißisostatisches Pressen)-Behandlung unterzogen werden. Dieser optionale Verfahrensschritt ist mit gestrichelter Linie in Fig. 1 angedeutet.
Ebenfalls optional ist die Variante, wonach der Rohling während des Sinterprozeses zur Steuerung des Stahlgefüges einer Temperaturbehandlung, wie z.B. einem
Härtungsprozess unterworfen wird. Dabei durchfährt die Sinteranlage ein vorbestimmtes zeitlich gesteuertes Temperaturprofil, so dass der Stahl abschließend die erwünsche Gefügequalität besitzt.
Das Stahlpulver kann auch durch Aufmahlen bzw. Zermahlen von Stahlpartikeln
gewonnen werden.
Es hat sich gezeigt, dass qualitativ hochwertige Stahlbauteile aus HSS oder HSS-E schon dann hergestellt werden können wenn die plastisch verformbare Masse einem
vorzugsweise kontinuierlichen Extrusionsprozess unterworfen wird, bei dem die plastisch verformbare Masse - unter verhältnismäßig geringer Verdichtung - durch ein
Strangpresswerkzeug mit einer Düse (102) zu einem kontinuierlichen Stab extrudiert wird.
Die im Extrusionsschritt entstehenden Rohlinge (Grünlinge/Grünformen) in der Ausgestaltung als Stahl/Bindemittel-Mischung können also analog zur Herstellung von Hartmetall oder Cermets verarbeitet werden. Die Verarbeitung mit einem Strangpresswerkzeug, das eine Düse zur Extrusion aufweisen kann, und der nachfolgende Sintervorgang ermöglichen eine einfache, schnelle und vorteilhafte Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls. Auch die Ausgabeform bei der Extrusion als kontinuierliche Stäbe ist vorteilhaft, da hierdurch bereits die grobe geometrische Form eines Bohr-, Fräs-, Senk- oder Reibwerkzeugs vorliegen kann. Erfindungsgemäß wird also pulverförmig vorliegender Stahl behandelt und bearbeitet wie z.B. Wolframkarbide als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Hartmetall (unter Zugabe eines Bindemittels wie z.B. Kobalt).
Weil erfindungsgemäß ein Herstellen unter Anwendung eines Extrusionsprozesses möglich ist, können ferner vorteilhafterweise in einfacher Weise in den extrudierten Stab Innenkanäle eingeformt werden, die sich insbesondere in ihren Abmessungen (Durchmesser, kreisflächiger oder elliptischer Querschnitt) durch die weiteren Verarbeitungsvorgänge, z.B. das Sintern, nicht mehr in so großem Maße ändern können wie dies im Vergleich hierzu bei der Bearbeitungsweise des Stands der Technik durch Walzen der Fall sein kann. Es kann daher eine höhere Maßgenauigkeit bei der Herstellung der Innenkanäle der pulvermetallurgischen Stähle sicher gestellt werden.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Düse zur Extrusion eines kontinuierlichen Stabes, wobei durch eine Eintrittsöffnung 103, 104, die die Fläche eines Kreisrings aufweisen kann, eine Rohmasse in die Düse eingepresst wird. Erfindungsgemäß umfasst die Rohmasse pulverförmigen Stahl, wobei der Stahl auch hochlegiert sein kann, und mindestens ein weiteres Bindemetall, wie z.B. Kobalt, aufweisen kann. Die Rohmasse wird im Bereich 105 zusammengeführt, wobei durch z.B. kontinuierlich rotierende Stäbe 107 in die gepresste Rohmasse verdrahte Innenkanäle 101 eingeformt werden können. Aus der Düse 102 kann dann ein kontinuierlicher Stab 106 mit Innenkanälen 101 austreten. Falls die Stäbe 107 nicht rotieren, sondern still stehen, können kontinuierliche Stäbe 106 mit geradlinigen Innenkanälen gebildet werden.
Solche Extrusionsdüsen bzw. einschlägig verwendbare Düsen sind an sich bekannt und beispielsweise in den Druckschriften US 2,422,994, DE 36 01 385 A1 , EP 465 946 A1 , EP 1 017 527 B1 , EP-A-0 340 495, EP-A-0 458 774, WO-A-92/22390 oder US-A-4 779 440 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt ausdrücklich in vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
Die Erfindung schafft somit ein Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls. Das Verfahren umfasst die Schritte: Herstellen von Stahlpulver, vorzugsweise mit vorbestimmtem Gefüge; Mischen des Stahlpulvers mit einem Bindemittel zu einer plastisch verformbaren Rohmasse; Urformen der Rohmasse zu einem Rohling mit vorgegebener räumlicher Form; und Sintern des Rohlings.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen" weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein" und„eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
101 Innenkanal
102 Düse
103 Eintrittsöffnung
104 Eintrittsöffnung
105 Vermischungsbereich
106 extrudierter Stab
107 Stab

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls, insbesondere
Werkzeugstahls, wie HSS- oder HSS-E-Stahl, mit folgenden Verfahrensschritten:
Herstellen von Stahlpulver mit vorbestimmtem Gefüge;
Mischen des Stahlpulvers mit einem Bindemittel zu einer plastisch verformbaren Rohmasse;
Urformen der Rohmasse zu einem Rohling mit vorgegebener räumlicher Form; und Sintern des Rohlings.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlpulver während des Mischens mit dem Bindemittel einer Bearbeitung zur Homogenisierung der Geometrie der Pulverteilchen unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlpulver vor dem Mischen mit dem Bindemittel einer Bearbeitung zur Homogenisierung der Geometrie der Pulverteilchen unterzogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlpulver vor dem Mischen einem Sichtungsprozess unterzogen wird, so dass es in vorbestimmter
Partikelgröße und/oder Partikelgrößenverteilung dem Mischprozess unterworfen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlpulver durch Aufmahlen bzw. Zermahlen von Stahlpartikeln gewonnen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlpulver mit einem Bindemetall, wie z.B. Kobalt vermischt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling vor, während oder nach dem Sintern einer HIP( Heißisostatisches Pressen- Behandlung unterzogen wird
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling während des Sinterprozeses zur Steuerung des Stahlgefüges einer
Temperaturbehandlung, wie z.B. einem Härtungsprozess unterworfen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die plastisch verformbare Masse einem vorzugsweise kontinuierlichen Extrusionsprozess unterworfen wird, wobei die plastisch verformbare Masse durch ein Strangpresswerkzeug mit einer Düse (102) zu einem kontinuierlichen Stab extrudiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei während des Extrudierens zumindest
abschnittsweise ein Innenkanal (101) zum Leiten von Kühl- und/oder Schmiermittel in den Stab (106) ausgebildet wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Innenkanal (101 ) wenigstens abschnittsweise wendeiförmig oder geradlinig ausgebildet wird.
12. Rohmasse zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Stahls, insbesondere
Werkzeugstahls, wie HSS- oder HSS-E-Stahl, umfassend:
Stahlpulver mit vorbestimmtem Gefüge; und
derart zugemischtes Bindemittel, dass die Rohmasse zum Extrudieren und nachfolgenden Sintern geeignet ist.
13. Pulvermetallurgischer Stahl zur Herstellung eines Werkzeugs, wobei der Stahl durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 herstellbar ist.
14. Stahl nach Anspruch 13, wobei der Stahl aus einer Rohmasse nach Anspruch 12 herstellbar ist.
15. Bauteil oder Halbzeug, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 oder aus einer Rohmasse nach Anspruch 12 oder einem Stahl nach Anspruch 13 oder 14.
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