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Dokumentenidentifikation DE102005008789A9 22.02.2007
Titel Verfahren zur Anfertigung eines Sintekörpers mit Metallpulver und ein davon hergestellter Sintekörper
Anmelder Taiwan Powder Technologies Co.,Ltd., Tao-Yuan, TW
Erfinder Hwang, Kuen-Shyang, Tao-Yuan, TW;
Lu, Yung-Chung, Tao-Yuan, TW
Vertreter Arth, Bucher & Kollegen, 82152 Planegg
DE-Anmeldedatum 25.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005008789
Offenlegungstag 05.01.2006
Date of publication of correction 22.02.2007
Information on correction Berichtigung in Absatz ABS. 10, 14, 15, 26, 30 der Beschreibung und in Anspruch 7
IPC-Hauptklasse B22F 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C22C 33/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C22C 1/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Metallpulver-Sinterkörper, indem Feinpulver als das Rohmaterial verwendet werden, und auf das Herstellungsverfahren davon. Der Sinterkörper besitzt eine kennzeichnende Zusammensetzung, die Eisen (FE), Kohlenstoff (C), Nickel (Ni) und wenigstens ein weiteres Festigkeitserhöhungselement in den folgenden Verhältnissen einschließt: Ni: 3,0-12,0%, Kohlenstoff: 0,1-0,8%, das Festigkeitserhöhungselement: 0,5-7,0%, und der verbleibende Anteil ist Fe. Der Sinterkörper besitzt eine hohe Zugfestigkeit, hohe Härte und eine gute Duktilität ohne eine Behandlung mit dem Abschreckprozess.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Sinterkörper und dessen Herstellungsverfahren. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Zusammensetzungen von Pulvern für die Sinterhärtung, auf den Sinterkörper durch die Verwendung von Feinpulvern als Rohmaterial und auf dessen Herstellungsverfahren.

2. Beschreibung der zugehörigen Technik

Wie es in der Technik altbekannt ist, ist das Design der Legierung in der Pulvermetallurgie immer der kritische Ausgangspunkt für die Entwicklung von Pulvermetallurgie. Durch die Kombination von unterschiedlichen legierungsbildenden Elementen und unterschiedlichen Gehalten an Additiven können verschiedene Legierungsstähle entwickelt werden und auf diversifizierte Gegebenheiten anwendbar sein. Im Allgemeinen ist es für Komponenten der Pulvermetallurgie erforderlich, dass sie mechanische Eigenschaften besitzen, die für ihre Anwenddungsgebiete geeignet sind. Somit werden thermische Härtungsprozesse wie das Abschrecken gefolgt von einer Temperierung normalerweise auf die gesinterten Komponenten angewendet, damit die wünschenswerten mechanischen Eigenschaften erhalten werden.

Während jedoch das Abschrecken durchgeführt wird, können mehrere Probleme, wie Verformung, Uneinheitlichkeit der Größe, oder nach dem Abschrecken Risse durch die schnelle Abkühlungsprozedur verursacht werden. Zusätzlich verursacht der an den Komponenten durchgeführte thermische Prozess zusätzliche Kosten. Deshalb sind Pulver für die Sinterhärtung entwickelt worden, indem legierungsbildende Elemente mit hoher Härtbarkeit, wie Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Mangan (Mn) oder Chrom (Cr) zu Eisenpulvern gegeben wurden, dann der Grünling durch den herkömmlichen Verdichtungsprozess ausgepresst und dann der Grünling gesintert wurde, wobei die Härte über HRC30 betrug. Beispiele von durch dieses Verfahren hergestellten Legierungen sind Ancorsteel 737SH (Fe-0,42Mn-1,40Ni-1,25Mo-C) von der Hoegananes Corp. und ATOMET 4701 (Fe-0,45Mn-0,90Ni-1,00Mo-0,45Cr-C) von der Quebec Metal Powders Limited. Die aus diesen Pulvern hergestellten Komponenten werden bei Geschwindigkeiten von mindestens 30 °C pro Minute in dem Sinterofen abgekühlt, um Martensit und Bainit zu erzeugen.

Obwohl die legierungsbildenden Elemente in diesen Komponenten für die Sinterhärtung unter Verwendung der regulären Sinterbedingungen von 1120 °C und 30–40 Minuten stets nicht vollständig homogenisiert sind, liefern diese Pulver für die Sinterhärtung bessere mechanische Eigenschaften als diejenigen, die ohne Verwendung von Pulvern für die Sinterhärtung möglich sind. Obwohl Pulver für die Sinterhärtung Kosten durch die Beseitigung des Abschreckprozesses verringern können, muss ein System mit hoher Abkühlungsgeschwindigkeit in dem Sinterofen installiert werden. Außerdem sind die zuvor genannten Abkühlungsgeschwindigkeiten, während sie langsamer sind als das Abschrecken, stets schnell genug, um Probleme wie Verformung, Uneinheitlichkeit der Abmessungen und sogar Risse hervorzurufen. Gemäß dem US-Patent Nr. 5,682,588 werden die beanspruchten Pulver durch den herkömmlichen Pressprozess verdichtet, zwischen 1130–1230 °C gesintert und dann bei Geschwindigkeiten von 5–20 °C/Minute abgekühlt, damit die erwünschten Effekte der Sinterhärtung erzielt werden. Das hat den Prozess durch Senkung der minimalen Abkühlungsgeschwindigkeit von 30 °C/min verbessert, wie in den zuvor genannten Prozessen beschrieben ist. Jedoch sind die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Duktilität, stets unbefriedigend.

Bezüglich des Press-und-Sinterprozesses gibt es Standards (die Version des Jahres 2003) für Legierungen für die Sinterhärtung, die von dem Verband der Metallpulverindustrie (MPIF) dargelegt wurden. Das FLNC-4408 (1,0–3,0 % Ni, 0,65–0,95 % Mo, 1,0–3,0 % Cu, 0,6–0,9 % C und der verbleibende Anteil ist Fe) ist das Beispiel mit den besten mechanischen Eigenschaften. Nach der Sinterhärtung und der Temperierung kann die oben erwähnte Legierung eine Zugfestigkeit von 970 MPa mit der Dichte von 7,2 g/cm3 erreichen, und die Härte kann HRC30 erreichen, während die Duktilität nur 1,0 % beträgt. Obwohl diese gepresst-und-gesintert Legierung zu einem der Legierungstypen für die Sinterhärtung gehört, sind deren mechanische Eigenschaften stets nicht zufriedenstellend.

Auf dem Gebiet der Pulvermetallurgie werden Feinpulver in dem Metallspritzgussprozess herkömmlich verwendet. Demgegenüber sind die Pulver viel gröber, die in dem traditionellen Pulvermetallurgieprozess (z.B. Press-und-Sinterprozess) verwendet werden. Die Teilchengröße der in dem Metallspritzguss verwendeten Pulver beträgt gewöhnlich weniger als 30 &mgr;m, während die in dem Press-und-Sinterprozess verwendeten Teilchen unterhalb einer Größe von 150 &mgr;m sind. Weil die Diffusionsabstände in Feinpulvern kürzer sind, können die beigefügten legierungsbildenden Elemente in den Matrixmaterialien einfacher homogenisiert werden. Deshalb besitzen Komponenten, die aus den Feinpulvern gesintert wurden, bessere mechanische Eigenschaften als diejenigen aus den traditionellen gepresst-und-gesinterten Komponenten.

Gegenwärtig sind die Legierungen, die für den Metallpulver-Spritzguss herkömmlich verwendet werden, aus der Legierungsreihe Fe-Ni-Mo-C, die beispielhaft durch MIM-4605 (1,5–2,5 % Ni, 0,2–0,5 % Mo, 0,4–0,6 % C, < 1,0 % Si, der verbleibende Anteil ist Eisen) dargestellt wird, das die besten mechanischen Eigenschaften gemäß den MPIF-Standards besitzt. Diese Legierung erreicht nach dem Sintern eine Zugfestigkeit von 415 MPa, eine Härte von HRB62 und eine Duktilität von 15 %. Damit die besten mechanischen Eigenschaften erlangt werden, muss das gesinterte Produkt wärmebehandelt werden (abgeschreckt und temperiert). Es erreicht dann eine Zugfestigkeit von 1655 MPa, eine Härte von HRC48 und eine Duktilität von 2,0 %.

Obwohl ausgezeichnete mechanische Eigenschaften der metallspritzgegossenen Produkte durch eine Wärmebehandlung nach dem Sintern erhalten werden können, bilden die Kosten der Wärmebehandlung einen Großteil der gesamten Herstellungskosten. Folglich ist es entscheidend, die Kosten der Wärmebehandlung zu senken, zum Beispiel durch die Verwendung von Materialien für die Sinterhärtung. Jedoch werden gemäß den Standards des Verbandes der Metallpulverindustrie keine Legierungen für die Sinterhärtung für den Metallspritzgussprozess verzeichnet.

Wie oben erwähnt ist, verbessert die Anwendung von Feinpulvern die Homogenisierung der legierungsbildenden Elemente und die mechanischen Eigenschaften der Produkte. Jedoch ist die Anwendung von Feinpulvern in dem traditionellen Press-und-Sinterprozess wegen dem schwachen Fließverhalten des Pulvers schwierig, das es wiederum erschwert, die Pulver in die Pressformhöhlung zu füllen, und somit kann kein automatisiertes Pressen verwendet werden. Jedoch kann dieses Problem durch das Granulieren der Feinpulver zu großen runden Teilchen bewältigt werden und die granulierten Pulver können dann in dem Press-und-Sinterprozess angewendet werden.

Literatur:

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  • 15. US-Patent 5,476,632, 1995.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf einen Metallpulver-Sinterkörper gerichtet, indem eine neue Zusammensetzung und Feinpulver als das Rohmaterial verwendet werden. Die Teilchengröße der Pulver ist zwischen 0,1~30 &mgr;m. Der hergestellte Sinterkörper besitzt eine hohe Härtbarkeit und der Sinterkörper kann ausgezeichnete mechanische Eigenschaften unter der normalen Abkühlungsgeschwindigkeit (3–30 °C/Minute) innerhalb des traditionellen Sinterofens erlangen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für den Metallspritzguss durch die Verwendung der neuen Zusammensetzungen der Metallpulver für die Sinterhärtung in dem herkömmlichen Metallspritzgussprozess bereitgestellt. Der Sinterkörper kann mit einer Temperierung bei niedriger Temperatur ohne Abschreckung behandelt werden, um ausgezeichnete mechanische Eigenschaften zu erhalten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für die Pulvermetallurgie durch die Verwendung der neuen Zusammensetzungen der Metallpulver für die Sinterhärtung in herkömmlichen Pulvermetallurgieprozessen (Press-und-Sinterprozess) bereitgestellt. Der Sinterkörper kann mit einer Temperierung bei niedriger Temperatur ohne Abschreckung behandelt werden, um ausgezeichnete mechanische Eigenschaften zu erhalten.

Gemäß dem oben erwähnten und den anderen Zwecken der vorliegenden Erfindung wird ein Metallpulver-Sinterkörper bereitgestellt, indem Feinpulver als das Rohmaterial verwendet werden, wobei der Sinterkörper die kennzeichnende Zusammensetzung enthält, die Eisen (Fe), Kohlenstoff (C), Nickel (Ni) und wenigstens ein weiteres Festigkeitserhöhungselement in den folgenden Verhältnissen einschließt: Ni: 3,0–12,0 %, Kohlenstoff: 0,1–0,8 %, die Festigkeitserhöhungselemente: 0,5–7,0 %, und der verbleibende Anteil ist Fe. Die oben erwähnten Festigkeitserhöhungselemente können aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Aluminium (Al), Mangan (Mn), Silizium (Si) und Phosphor (P) besteht. Das oben erwähnte Element Kohlenstoff kann durch die Zugabe von Graphit oder durch die Verwendung von kohlenstoffhaltigen Eisencarbonylpulvern bereitgestellt werden. Der Sinterkörper der oben erwähnten Pulver besitzt eine Zugfestigkeit von über 1450 MPa, eine Härte von über HRC38 und eine Duktilität von über 1 % ohne die Verwendung von irgendeinem Abschreckprozess.

Gemäß dem oben erwähnten und den anderen Zwecken der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für den Metallspritzguss bereitgestellt. Die oben erwähnten Zusammensetzungen der Metallpulver für die Sinterhärtung können auf den Metallspritzguss angewendet werden. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen der Pulver und Bindemittel, während die Durchmesser der elementaren oder legierten Pulver 0,1~30 &mgr;m betragen. Die oben erwähnten Pulver und Bindemittel werden homogen verknetet, um ein Ausgangsmaterial zu bilden. Die Grünlinge werden dann aus dem Ausgangsmaterial durch die Verwendung der Spritzgussmaschine gegossen. Die Bindemittel in den oben erwähnten Grünlingen werden unter Verwendung der bekannten lösungsmittelvermittelten oder thermischen Verfahren des Entbinderns entfernt. Der von den Bindemitteln befreite Körper wird bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 3–30 °C/Minute in dem Sinterofen gesintert und abgekühlt, der ein regulärer Ofen sein kann, wie ein Vakuumofen oder ein kontinuierlicher Durchstoßofen. Der Prozess nach dem Sintern ist der Temperierungsprozess bei niedriger Temperatur, wobei sich die Temperierungstemperatur von 150–400 °C und die Zeitspanne von 0,5–5 Stunden erstreckt, um die mechanischen Eigenschaften des Sinterkörpers zu verbessern.

Gemäß dem oben erwähnten und den anderen Zwecken der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für die Pulvermetallurgie unter Verwendung der oben erwähnten Zusammensetzungen der Metallpulver für die Sinterhärtung in den Pulvermetallurgieprozessen (Press-und-Sinterprozess) bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen der Pulver und Bindemittel, wobei die Elementarpulver oder legierungsbildenden Pulver Durchmesser besitzen, die sich von 0,1~30 &mgr;m erstrecken. Dann wird der Pulvergranulationsprozess durchgeführt, damit es den Pulvern und den Bindemitteln gestattet wird, sich zu einem runden Granulat zu verbinden. Danach wird das obige runde Granulat gesiebt, damit geeignete Teilchen mit einem guten Fließverhalten für die Verdichtungsmaschine selektiert werden. Der Grünling wird durch Füllen der Teilchen in die Pressformhöhlung erhalten, und dies wird von der Verdichtung der Teilchen unter hohen Drücken gefolgt. Das Bindemittel in dem oben erwähnten Grünling wird während dem Prozess des Entbinderns entfernt. Nach dem Prozess des Entbinderns wird der Körper in dem Sinterofen gesintert, der ein herkömmlicher Ofen sein kann, wie ein Vakuumofen oder ein kontinuierlicher Durchstoßofen. Die Abkühlungsgeschwindigkeit kann sich von 3–30 °C/Minute erstrecken. Der Prozess nach dem Sintern ist der Temperierungsprozess bei niedriger Temperatur, wobei sich die Temperatur von 150–400 °C und die Zeitspanne von 0,5–5 Stunden erstreckt, um die mechanischen Eigenschaften des Sinterkörpers zu verbessern. Es wird angemerkt, dass die granulierten Pulver in Verbindung mit den Legierungsinhaltsstoffen für die Sinterhärtung aus der vorliegenden Erfindung mit dem Press-und-Sinterprozess Komponenten mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften ohne den Abschreckprozess erzielen können.

Gemäß dem obigen stellt die vorliegende Erfindung eine Formulierung für die Feinpulvertypen für die Sinterhärtung bereit, die auf den Metallspritzgussprozess oder den traditionellen Pulvermetallurgieprozess (Press-und-Sinterprozess) anwendbar sind, um den Sinterkörper (Werkstück) von hoher Stärke, hoher Dichte, hoher Härte und hoher Duktilität mit geringeren Herstellungskosten zu erzeugen.

Es soll verstanden werden, dass die vorangegangene allgemeine Beschreibung und dass die folgende detaillierte Beschreibung ausschließlich beispielhaft und erläuternd und nicht beschränkend auf die beanspruchte Erfindung sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die begleitenden Zeichnungen werden einbezogen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie werden in diese Spezifikation inkorporiert und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen stellen Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, um die Prinzipien der Erfindung zu erklären.

1 ist eine Querschnittsansicht der Probe in dem Beispiel 1, welche die duktile Mikrostruktur mit grübchenähnlichen Brüchen mittels des Rasterelektronenmikroskops betrachtet.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorangehenden Beschreibungen von spezifischen Ausführungsformen der Erfindung wurden für Darstellungs- und Beschreibungszwecke dargelegt. Sie sollen nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die offenbarten genauen Formen beschränken. Offensichtlich sind viele Veränderungen und Variationen angesichts der obigen Lehre möglich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien und die Anwendung der Erfindung zu erklären, wodurch andere Fachmänner dazu ermöglicht werden, die Erfindung in dessen unterschiedlichen Ausführungsformen und Veränderungen gemäß dem beabsichtigten bestimmten Zweck zu verwenden. Der Schutzumfang der Erfindung soll durch die hieran angefügten Ansprüche und ihren Äquivalenten definiert werden.

Die Elementinhaltsstoffe und die mechanischen Eigenschaften des Sinterkörpers sind in der Tab. 1 und Tab. 2 aufgelistet, wobei die Beispiele 1–4 in der Tab. 2 die Sinterkörper sind, die aus dem Metallspritzgussprozess gemacht wurden; die Beispiele 5–6 sind die Sinterkörper, die aus dem traditionellen Pulvermetallurgieprozess gemacht wurden. Die Tab. 1 und Tab. 2 werden verwendet, um die Sinterkörperelemente und das Herstellungsverfahren für die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, während die Beispiele 1–6 die vorliegende Erfindung darstellen und die Beispiele A–D als die Vergleichsgruppe gemäß der verfügbaren Literatur verwendet werden.

Beispiel A: Gemäß den Standards von dem MPIF-35 werden die beim Spritzguss verwendeten Elemente des MIM-4605 in der Tab. 1 gezeigt, während die mechanischen Eigenschaften des von den Elementen des MIM-4605 erzeugten Sinterkörpers in der Tab. 2 gezeigt werden.

Beispiel B: Die gleiche Zusammensetzung wie in dem Beispiel A. Nach der Wärmebehandlung verbessern sich die Produkte enorm hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, wie in der Tab. 2 gezeigt ist.

Beispiel C: Gemäß den MPIF-35-Standards werden die beim Spritzguss verwendeten Elemente des MIM-2700 in der Tab. 1 gezeigt, während die mechanischen Eigenschaften des von den Elementen des MIM-2700 erzeugten Sinterkörpers in der Tab. 2 gezeigt werden.

Beispiel D: Gemäß den MPIF-35-Standards werden die beim traditionellen Press-und-Sinterprozess verwendeten Elemente der Legierung FLNC-4408 für die Sinterhärtung in der Tab. 1 gezeigt, während die mechanischen Eigenschaften des von den Elementen des FLNC-4408 erzeugten Sinterkörpers in der Tab. 2 gezeigt werden.

Beispiel 1: Der Tab. 1 folgend werden die erforderlichen Pulver mit Teilchengrößen im Bereich von 0,1~30 &mgr;m mit 7 Gew.-% des Bindemittels vermischt, in dem Mischer mit hoher Schergeschwindigkeit vom Typ Z bei 150 °C für 1 Stunde gemischt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt, um das granulierte Ausgangsmaterial zu erhalten. Danach wird das zuvor erwähnte granulierte Ausgangsmaterial in die Spritzgussmaschine gefüllt, um den Zugversuchstab (z.B. den Zugversuchstab aus dem MPIF-50-Standard) zu erzeugen. Der Zugstab wird unter der Prozedur von Bindemitteln befreit, die aus den bekannten Techniken in der Industrie angewendet wird, zum Beispiel Entbindern für 5 Stunden unter Verwendung von Heptan als Lösungsmittel bei 50 °C, dann Erwärmen des Zugstabes in dem Vakuumofen von der Raumtemperatur auf bis zu 650 °C bei einer Geschwindigkeit von 5 °C/Minute, Erhöhen der Temperatur auf 1200 °C bei einer Geschwindigkeit von 10 °C/Minute, Sintern bei 1200 °C für 2 Stunden und dann Abkühlung auf Raumtemperatur, um eine Härte von HRC51 und eine Duktilität von 1,0 % zu erreichen. Der Zugstab erreicht nachdem er bei 180 °C für zwei Stunden temperiert wurde eine Zugfestigkeit von 1800 MPa, eine Härte von HRC45 und eine Duktilität von 3 %, wie in der Tab. 2 gezeigt ist. Die 1 ist eine Bruchoberfläche der Probe in dem Beispiel 1. Die duktile Mikrostruktur mit grübchenähnlichen Brüchen wird mittels eines Rasterelektronenmikroskops beobachtet. Das zeigt an, dass Produkte von hoher Härte, hoher Zugfestigkeit und hoher Duktilität aus diesen legierungsbildenden Elementen erzeugt werden können. Man nehme das so gesinterte MIM-4605 als ein Beispiel, das ein Spritzgussmaterial mit den besten mechanischen Eigenschaften ist, das von dem MPIF aufgelistet wurde. Die Eigenschaften sind 415 MPa, HRB62 und 15 % Duktilität, wie in dem Beispiel A in der Tab. 2 gezeigt ist. Nach dem Abschrecken und der Temperierung besitzt das verbesserte MIM-4605 1655 MPa, HRC48 und eine Duktilität von 2 %, wie in dem Beispiel B in der Tab. 2 gezeigt ist. Das MIM-4605 muss abgeschreckt und temperiert werden, um die mechanischen Eigenschaften zu erreichen, die denjenigen ähnlich sind, die von der vorliegenden Erfindung erzeugt werden. Jedoch besitzt der Sinterkörper der vorliegenden Erfindung gute mechanische Eigenschaften ohne der Erfordernis zum Abschrecken.

Beispiel 2: Der gleiche Prozess wie in dem Beispiel 1 aber mit den Zusammensetzungen, die in dem Beispiel 2 in der Tab. 1 aufgelistet sind. Nach dem Temperieren besitzt der Zugstab eine Zugfestigkeit von 1780 MPa, eine Härte von HRC45 und eine Duktilität von 4 %.

Beispiel 3: Die gleichen Prozesse wie in dem Beispiel 1 aber mit den Zusammensetzungen, die in dem Beispiel 3 in der Tab. 1 aufgelistet sind. Nach dem Temperieren besitzt der Zugstab eine Zugfestigkeit von 1720 MPa, eine Härte von HRC46 und eine Duktilität von 4 %.

Beispiel 4: Der gleiche Prozess wie in dem Beispiel 1 aber mit den Zusammensetzungen, die in dem Beispiel 4 in der Tab. 1 aufgelistet sind. Nach dem Temperieren besitzt der Zugstab eine Zugfestigkeit von 1450 MPa, eine Härte von HRC28 und eine Duktilität von 4 %.

Beispiel 5: Den Zusammensetzungen folgend, die in dem Beispiel 5 in der Tab. 1 aufgelistet sind, besitzen die Pulver Teilchengrößen im Bereich von 0,1~30 &mgr;m und die erforderlichen Komponenten werden mit 1,5 Gew.-% der Bindemittel vermischt. Die Pulver, Wasser und die Bindemittel (z.B.: Polyvinylalkohol) werden zu einem Schlicker vermengt. Der Schlicker wird dann aus der Düse bei hoher Geschwindigkeit atomisiert und mittels heißer Luft oder heißem Stickstoff getrocknet, um das Wasser darin zu verdampfen. Die Feinpulver werden somit durch das Bindemittel miteinander verbunden, um granulierte Pulver mit gutem Fließverhalten zu bilden. Die Teilchengröße der granulierten Pulver beträgt in etwa 40 &mgr;m. Die zuvor erwähnten granulierten Pulver werden in die Höhlung gefüllt, um den Zugstab-Grünling mittels der automatischen Verdichtungsmaschine zu erzeugen. Der Zugstab wird unter der Prozedur von Bindemitteln befreit, die aus den bekannten Techniken in der Industrie angewendet wird. Zum Beispiel wird die Temperatur bei der Geschwindigkeit von 5 °C/Minute auf bis zu 400 °C erhöht, und dann bei der Geschwindigkeit von 3 °C/Minute auf bis zu 1100 °C, für 1 Stunde aufrechterhalten, und dann bei der Geschwindigkeit von 10 °C/Minute auf bis zu 1200 °C erhöht, und das Sintern wird bei dieser Temperatur für 1 Stunde fortgesetzt. Danach wird der Zugstab abgekühlt während die Temperatur der Ofens fällt, und der Zugstab wird für 2 Stunden bei 180 °C ohne die Verwendung des Abschreckprozesses temperiert. Wie in der Tab. 2 gezeigt ist, besitzt der Zugstab eine Zugfestigkeit von 1690 MPa, eine Härte von HRC47 und eine Duktilität von 3 %. Verglichen mit dem FLNC-4408 (das beste sintergehärtete Press-und-Sinter-Werkstück, das von dem MPIF aufgelistet wird) besitzt das FLNC-4408 970 MPa, HRC30 und 1 % Duktilität, wie in dem Beispiel D in der Tab. 2 gezeigt ist.

Beispiel 6: Der gleiche Prozess wie in dem Beispiel 5 aber mit den Zusammensetzungen, die in dem Beispiel 6 in der Tab. 1 gezeigt sind. Nach 2 Stunden Temperieren bei 180 °C besitzt der Zugstab eine Zugfestigkeit von 1650 MPa, eine Härte von HRC43 und eine Duktilität von 4 %.

  • * Austenisiert bei 860 °C und dann Öl-abgeschreckt, dann temperiert bei 180 °C für 2 Stunden.
  • ** Gesintert und dann temperiert bei 180 °C für 2 Stunden.

Zum Schluss der obigen Beschreibung kann, verglichen mit der besten Spritzgusslegierung, MIM-4605 (nach dem Abschrecken und Temperieren), und der besten Legierung für die Sinterhärtung, FLNC-4408, für das Press-und-Sinter-Werkstück, das von dem Verband der Metallpulverindustrie (MPIF) aufgelistet wird, die Legierung für die Sinterhärtung der vorliegenden Erfindung ähnliche oder sogar bessere mechanische Eigenschaften ohne den Abschreck-Härtungsprozess erlangen. Außerdem können die von der Abschreck-Härtung in dem Stand der Technik abgeleiteten Probleme, die Verformung, Uneinheitlichkeit der Abmessungen und Risse nach dem Abschrecken, usw. einschließen, in der vorliegenden Erfindung vermieden und die Kosten aus dem Abschreck-Härtungsprozess beseitigt werden. Obwohl Legierungen für die Sinterhärtung für den Pressprozess in der traditionellen Pulvermetallurige erhältlich sind, ist die erforderliche Abkühlungsgeschwindigkeit für den Sinterkörper viel höher als die in dieser Studie erforderliche. Der Sinterkörper der vorliegenden Erfindung liefert ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und er liefert ferner Vorteile in den Bereichen der Abmessungssteuerung und niedrigere Kosten.

Es ist verständlich für den Fachmann, dass verschiedene Veränderungen und Variationen an der Struktur der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang oder dem Geist der Erfindung abzuweichen. Angesichts des vorangegangenen ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung Veränderungen und Variationen dieser Erfindung unter der Voraussetzung abdeckt, dass sie in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.


Anspruch[de]
Ein Metallpulver-Sinterkörper durch die Verwendung von Feinpulvern als ein Rohmaterial und eine Legierung des Sinterkörpers, die folgendes umfasst:

Eisen (Fe), Kohlenstoff (C), Nickel (Ni) und wenigstens ein Festigkeitserhöhungselement, worin die Legierung 3,0–12,0 % Nickel, 0,1–0,8 % Kohlenstoff und 0,5–7 % des Festigkeitserhöhungselements einschließt, während ein verbleibender Teil der Legierung Eisen ist, und wobei sich die Durchmesser der Feinpulver von 0,1–30 &mgr;m bewegen.
Der Sinterkörper gemäß Anspruch 1, wobei das Festigkeitserhöhungselement aus der Gruppe gewählt wird, die aus Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Aluminium (Al), Mangan (Mn), Silizium (Si) und Phosphor (P) besteht. Der Sinterkörper gemäß Anspruch 1, worin Graphit eine Kohlenstoffquelle ist. Der Sinterkörper gemäß Anspruch 1, worin Eisencarbonylpulver eine Kohlenstoffquelle ist. Der Sinterkörper gemäß Anspruch 1, worin der Sinterkörper eine Zugfestigkeit von über 1400 MPa, eine Härte von über HRC35 und eine Duktilität von über 1 % besitzt. Ein Verfahren für die Herstellung des Sinterkörpers gemäß Anspruch 1, das folgendes umfasst:

das Bereitstellen von Pulvern und Bindemitteln;

das Kneten der Pulver und der Bindemittel, so dass sich die Pulver und die Bindemittel zu einem homogenen Ausgangsmaterial vermischen;

das Durchführen eines Spritzgussprozesses, damit das Ausgangsmaterial abgelassen wird, um einen Grünling zu erhalten;

das Entbindern des Grünlings, um die Bindemittel zu entfernen, damit ein Körper gebildet wird;

das Sintern und Abkühlen des Körpers in einem Sinterofen; und

das Durchführen eines thermischen Prozesses nach dem Sintern.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, worin die Pulver Elementarpulver oder vorlegierte Pulver mit Durchmessern von 0,1~30 &mgr;m sind. Das Verfahren gemäß Anspruch 6, worin der Sinterofen ein Vakuumofen oder ein Durchlaufofen ist. Das Verfahren gemäß Anspruch 6, worin die Sinterbedingungen für den Sinterkörper eine Sintertemperatur von 1100–1350 °C für 0,5–5 Stunden und eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 3–30 °C/Minute einschließen. Das Verfahren gemäß Anspruch 6, worin der thermische Prozess nach dem Sintern ein Temperierungsprozess bei niedriger Temperatur ist, wobei sich die Temperierungstemperatur von 150–400 °C für 0,5–5 Stunden bewegt. Das Verfahren gemäß Anspruch 6, worin der Sinterkörper eine Zugfestigkeit von über 1400 MPa, eine Härte von über HRC35 und eine Duktilität von über 1 % besitzt. Ein Verfahren für die Herstellung des Sinterkörpers gemäß Anspruch 1, das folgendes umfasst:

das Bereitstellen von Pulvern und Bindemitteln;

das Durchführen eines Pulvergranulationsprozesses, so dass die Pulver und die Bindemittel zu einem runden Granulat verbunden werden;

das Sieben des runden Granulats, um Granulat mit einem vorbestimmten Fließverhalten für eine Verdichtungsmaschine zu selektieren;

das Durchführen eines Verdichtungsprozesses durch Füllen des Granulats in eine Pressformhöhlung und das Abpressen davon, um einen Grünling zu erzeugen;

das Entbindern des Grünlings, um die Bindemittel zu entfernen, damit ein Körper gebildet wird;

das Sintern und Abkühlen des Körpers in einem Sinterofen; und

das Durchführen eines thermischen Prozesses nach dem Sintern.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, worin die Pulver Elementarpulver oder vorlegierte Pulver mit Durchmessern von 0,1~30 &mgr;m sind. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, worin der Sinterofen ein Vakuumofen oder ein Durchlaufofen ist. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, worin die Sinterbedingungen für den Sinterkörper eine Sintertemperatur von 1100–1350 °C für 0,5–5 Stunden und eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 3–30 °C/Minute einschließen. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, worin der thermische Prozess nach dem Sintern ein Temperierungsprozess bei niedriger Temperatur ist, wobei sich die Temperierungstemperatur von 150–400 °C für 0,5–5 Stunden bewegt. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, worin der Sinterkörper eine Zugfestigkeit von über 1400 MPa, eine Härte von über HRC35 und eine Duktilität von über 1 % besitzt.






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