DE1213625B

DE1213625B - Metallpulvermischung zur pulvermetallurgischen Herstellung von Stahlgegenstaenden

Info

Publication number: DE1213625B
Application number: DEB56428A
Authority: DE
Inventors: Peter Robert Marshall; Philip James Ridout
Original assignee: Birmingham Small Arms Co Ltd
Current assignee: Birmingham Small Arms Co Ltd
Priority date: 1959-01-31
Filing date: 1960-01-28
Publication date: 1966-03-31
Also published as: BE587031A; GB931961A; CH398980A; FR1246567A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C22c

Deutsche KL: 40 b -39/56

Nummer: 1213 625

Aktenzeichen: B 56428 VI a/40 b

Armteldetag: 28. Januar 1960

Auslegetag: 31. März 1966

Die Erfindung betrifft Mischungen von Metallpulvern auf Eisengrundlage, die zur pulvermetallurgischen Herstellung von Stahlgegenständen bestimmt sind.

Die Herstellung von Stahlgegenständen mittels pulvermetallurgischer Verfahren geschieht gewöhnlich so, daß man die einzelnen Pulver in den für die gewünschte Zusammensetzung erforderlichen Mengen zusammenmischt. Außerdem ist die Verwendung von Pulvern bekannt, die aus Stahl der gewünschten Zusammensetzung hergestellt wurden, der selbst durch ein normales Schmelzverfahren gewonnen wurde. Ganz allgemein wurde dabei gefunden, daß bei dem ersten Verfahren erheblich bessere mechanische Eigenschaften erhalten werden, und mit diesem Verfahren befaßt sich auch die Erfindung.

Es sind Metallpulvermischungen bekannt, die hauptsächlich aus gepulvertem Weicheisen mit einem Zusatz von 2 bis 8% Nickel, 0,2 bis 1,4% Mangan und 0,08 bis 1,0% Graphit bestehen und bereits gegenüber den vorher bekannten Pulvermischungen Gegenstände mit erhöhter Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit lieferten. Ferner gehört ein legierter Sinterstahl mit 0,2 bis 2,5% Kohlenstoff, 1 bis 20% Mangan, 7,5 bis 30% Kupfer, Rest Eisen zum Stand der Technik. Mit derartigen Zusammensetzungen konnten Stahlgegenstände hergestellt werden, die eine Vickershärte von bis zu 840 kg/mm² aufweisen. Schließlich war auch ein kupferhaltiger Sintermanganstahl mit 0,2 bis 2,5% Kohlenstoff, 6 bis 20¹Vo Mangan, mehr als 10 und bis 30% Kupfer, Rest Eisen bekannt, der wahlweise Nickel, Kobalt und Wolfram bis zu insgesamt 20% und gegebenenfalls Vanadin, Niob, Tantal, Molybdän, Titan, Zirkonium, Aluminium und Bor bis zu insgesamt 5% enthalten kann. Mit einem derartigen Sinterstahl konnte ebenfalls eine Vickershärte von 800 kg/mm² erzielt werden. Es bestand jedoch noch ein Bedürfnis nach Pulvermischungen, die gesinterte Stahlgegenstände mit äußerst hohen Zugfestigkeiten ergeben, wobei die Duktilität nicht verschlechtert wird.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung von Metallpulvermischungen für die pulvermetallurgische Herstellung von Stahlgegenständen, die eine stark verbesserte Zugfestigkeit ohne übermäßigen Verlust an Dehnbarkeit aufweisen.

Überraschenderweise ist es nun gelungen, Metallpulvermischungen für den angegebenen Zweck zu schaffen, die den daraus hergestellten Stahlgegenständen eine bis zu 100% bessere Zugfestigkeit verleihen.

Die Erfindung besteht darin, daß man zur pulver-Metallpulvermischung zur
pulvermetallurgischen Herstellung von
Stahlgegenständen

Anmelder:

The Birmingham Small Arms Company, Limited, Birmingham (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser,

Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Peter Robert Marshall,

Shirley, Solihull, Warwickshire;'

Philip James Ridout,

South Yardley, Birmingham (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 31. Januar 1959(3522) --

metallurgischen Herstellung von Stahlgegenständen eine Pulvermischung aus 5 bis 15 Gewichtsprozent Nickel, 0,4 bis 1 Gewichtsprozent Mangan, 0 bis Gewichtsprozent Kobalt, 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Molybdän, 0,1 bis 1 Gewichtsprozent Kohlenstoff, vorzugsweise Graphit, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen verwendet.

Die einzelnen Pulver können aus elementaren Metallen, Legierungen von zwei oder mehr, aber nicht allen der in dem herzustellenden Stahl gewünschten Metalle oder aus Verbindungen der Metalle bestehen. Häufig werden auch Ferro-Verbindungen verwendet.

Anschließend werden bevorzugte engere Bereiche für den Gehalt an Legierungselementen angegeben, von denen jeder einzelne oder mehrere in die oben angegebenen weiteren Bereiche des entsprechenden Elementes eingesetzt werden können:

Nickel 7 bis 13%

Mangan 0,5 bis 0,6%

Kobalt 0 bis 1%

Molybdän, 1,5 bis 2,5 %

Kohlenstoff, vorzugsweise Graphit 0,4 bis 0,8 %

609 540/33+

Ein kleiner Teil des Eisengehalts kann durch das gleiche Gewicht aus einem oder mehreren anderen Elementen ersetzt werden, die die Zugfestigkeit und Dehnbarkeit der aus den Pulvern hergestellten Gegenstände nicht nachteilig beeinflussen. Vorzugsweise übersteigt die Menge des so ersetzten Eisens 5 % des Gesamtgewichts der Mischung nicht. Nachstehend werden die als Zusatz in Frage kommenden Elemente aufgeführt: bis zu 1% Aluminium, bis zu 0,3% Bor, bis zu 5% Chrom, bis zu 5% Kupfer, bis zu 4% Niob und/oder Tantal, bis zu 0,3% Phosphor, bis zu 1% Silicium, bis zu 2% Titan, bis zu 4% Wolfram, bis zu 0,3% Vanadium, bis zu 0,6% Zirkonium, bis zu 0,6% Selen, bis zu 0,5% Blei, bis zu 1 % Magnesium.

Das Nickel wird zweckmäßig in Form feiner Pulver, vorzugsweise als feines Nickelcarbonylpulver, zugegeben. Das Mangan kann in Form von Ferro-Manganpulver oder als Mangancarbonatpulver zugesetzt werden und soll eine Feinheit von ungefähr 0,053 mm haben, d. h., es soll vollständig durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,053 mm gehen. Das Kobalt soll vorzugsweise in Form eines feinen Pulvers zugesetzt werden, welches ebenfalls durch ein Sieb von 0,053 mm lichter Maschenweite gehen soll. Das Molybdän kann in Form von Ferro-Molybdänpulver, das durch ein Sieb von vorzugsweise 0,053 mm lichter Maschenweite gehen soll, verwendet werden. Als Eisenpulver soll Weicheisenpulver verwendet werden, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,152 mm vollständig hindurchgeht. Dabei sollen 75% des Eisenpulvers durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,076 mm und 50% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,053 mm hindurchgehen.

Um einen Stahlgegenstand herzustellen, werden die Pulver in den gewünschten Anteilen abgewogen und zur Erzielung einer homogenen Mischung gründlich gemischt. Bei diesem Verfahrensschritt können Schmiermittel, wie Paraffinwachs, Stearate, oder andere branchenübliche Schmiermittel in den gewünschten Mengen eingearbeitet werden. Dann wird

ίο die Mischung in eine Preßform gebracht, die die gewünschte Gestalt des herzustellenden Gegenstandes besitzt und unter einem Druck, der mindestens 31,50 kg/mm² betragen soll, verfestigt. Das verfestigte Pulver wird dann aus dem Preßformhohlraum ausgeworfen und in einer nicht oxydierenden Atmosphäre bei einer Temperatur, die zwischen 1200 und 1400° C liegt, so lange, erhitzt, daß Sinterung eintreten kann. Diese Zeit beträgt vorzugsweise mindestens 30 Minuten. Natürlich kann man etwas geringere Drücke und/oder Temperaturen und/oder kürzere Zeiten anwenden und dadurch Produkte erhalten, die, obwohl

" sie etwas schlechtere Eigenschaften aufweisen, doch für bestimmte Zwecke brauchbar sind; die angegebenen Grenzen sind jedoch die annehmbar niedrigsten.

Als Beispiel für eine geeignete nichtoxydierende Atmosphäre sei eine Mischung aus 75 % Wasserstoff und 25 % Stickstoff angeführt.

Die folgende Tabelle zeigt als Beispiele für die -verbesserten mechanischen Eigenschaften, die durch die Erfindung erzielt werden, die Zugfestigkeiten und die Dehnungen einer Anzahl von Stahlgegenständen, die durch Verfestigungen der Pulvermischung bei 55,00 kg/mm² und lstündiges Sintern bei 1300° C gewonnen wurden.

	Ni	Mn	Prozentuale Zusammensetzung	Mo	Kohlenstoff (Graphit)	Eisen	Zugfestigkeit	Dehnung
Mischung					0,3	mit Ver
Nr.	5,0	0,5	Co	1,0	0,3	unreinigungen	kg/mm²	%
	10	0,5		1,0	0,3	Rest	67,70	5
1	10	0,5	1,0	3,0	0,6	Rest	80,80	4
2	10	0,5	1,0	2,0	0,6	Rest	90,70	3
3	15	0,5	3,0	2,0	0,3	Rest	101,00	4
4	5,0	1,0	3,0	4,0	0,6	Rest	94,50	5
5	10	0,5	3,0	2,0		Rest	74,00	3
6		3,0		Rest	98,40	4
7		0

Diese Eigenschaften sollen mit Proben verglichen werden, die unter ähnlichen Bedingungen aus Pulvern hergestellt wurden, die 0,5 %> Mangan, 5 % Nickel und 0,2% Kohlenstoff in Form von Graphit enthielten und im übrigen aus Eisen mit Verunreinigungen bestanden. Diese Proben besaßen eine Zugfestigkeit von 41,00 bis 50,40 kg/mm² und eine Dehnung von 6 bis 12 %.

Nach der Verfestigung und Sinterung können die aus der erfindungsgemäß zu verwendenden Pulvermischung hergestellten Stahlgegenstände zusätzlich bei Drücken bis zu 94,50 kg/mm² nachgepreßt werden, um erhöhte Festigkeit und Zähigkeit oder bessere Maßhaltigkeit zu erzielen. Diese nachgepreßten Stahlgegenstände können auch einer Nachsinterung bei einer Temperatur von bis zu 1400° C in geeigneter Atmosphäre unterworfen werden.

Die gesinterten oder nachgepreßten und nachgesinterten Stahlgegenstände können einer Wärmebehandlung nach den üblichen Methoden, wie man sie bei Schweißstahl anwendet,, unterworfen werden und lassen sich nach üblichen Verfahren einsatzhärten, elektroplattieren oder phosphatieren oder mit Chrom, welches in den Gegenstand hineindiffundiert, überziehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Pulvermischung aus 5 bis 15 Gewichtsprozent Nickel, 0,4 bis 1 Gewichtsprozent Mangan, 0 bis 3 Gewichtsprozent Kobalt, 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Molybdän, 0,1 bis 1 Gewichtsprozent Kohlenstoff, vorzugsweise Graphit, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen zur pulvermetallurgischen Herstellung von Stahlgegenständen.

5 6

2. Verwendung einer Pulvermischung gemäß einzeln oder zu mehreren, jedoch in einer insge-Anspruch 1, bestehend aus 7 bis 13 Gewichts- samt 5 Gewichtsprozent nicht übersteigenden prozent Nickel, 0,5 bis 0,6 Gewichtsprozent Menge enthalten kann, für den Zweck nach Mangan, 0 bis 1 Gewichtsprozent Kobalt, 1,5 bis Anspruch 1.

2,5 Gewichtsprozent Molybdän, 0,4 bis 0,8 Ge- 5 5. Verwendung einer Pulvermischung gemäß

wichtsprozent Kohlenstoff, vorzugsweise Graphit, den vorhergehenden Ansprüchen, wobei einzelne

Rest Eisen und Verunreinigungen für den Zweck Pulver der Mischung aus einer Legierung von

nach Anspruch 1. zwei oder mehr Bestandteilen der Mischung be-

3. Verwendung einer Pulvermischung gemäß stehen, für den Zweck nach Anspruch 1.
Anspruch 1 oder 2, wobei das Mangan durch die io 6. Verwendung einer Pulvermischung gemäß entsprechende Gewichtsmenge Mangancarbonat den vorhergehenden Ansprüchen, wobei alle Beersetzt ist, für den Zweck nach Anspruch 1. standteile der Mischung außer dem Eisenpulver

4. Verwendung einer Pulvermischung gemäß durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die von 0,053 mm hindurchgehen, für den Zweck Pulvermischung zusätzlich i₅ nach Anspruch 1.

7. Verwendung einer Pulvermischung gemäß

Aluminium bis zu 1 % den vorhergehenden Ansprüchen, wobei das

Bor bis zu 0,3% Eisenpulver der Mischung ein Sieb mit einer

Chrom bis zu 5 % lichten Maschenweite von 0,152 mm vollständig,

Kupfer bis zu 5 % 20 ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von

Magnesium bis zu 1 % 0,076 mm zu 75 % und ein Sieb einer lichten

Niob und/oder Tantal bis zu 4% Maschenweite von 0,051 mm zu 50 % hindürch-

Phosphor bis zu 0,3 °/o geht, für den Zweck nach Anspruch 1.

Silicium bis zu 1 %

Titan bis zu 2 % 25 In Betracht gezogene Druckschriften:

Wolfram bis zu 4 % Deutsche Patentschrift Nr. 1011909;

Vanadium bis zu 0,3 % deutsche Patentanmeldung M13655 VI/18 d (beZirkonium bis zu 0,6 % kanntgemacht am 11. 8.1955);

Selen bis zu 0,6 % schweizerische Patentschrift Nr. 275 201;

Blei bis zu 0,5% 30 britische Patentschrift Nr. 587 320.

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