DE112009002701T5 - Gesinterte Eisenlegierung und Verfahren zu deren Herstellung sowie Gegenstand aus gesinterter Eisenlegierung - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: einen Verdichtungsschritt, in dem ein Rohmaterialpulver, in dem ein Fe-Systempulver mit einem Verstärkungspulver gemischt wird, unter Druck verdichtet wird, wodurch das Rohmaterialpulver in einen Pulverpresskörper umgeformt wird; und einen Sinterungsschritt, in dem dieser Pulverpresskörper in einer oxidationsfeindlichen Atmosphäre erhitzt wird, wodurch der Pulverpresskörper gesintert wird; und wobei das Verstärkungspulver ein Fe-Mn-Si-C-Pulver ist, das eine Fe-Legierung oder eine Fe-Verbindung aufweist, die enthält: Mn in einer Menge von 58 bis 70%; Si in einer Menge, mit der ein Zusammensetzungsverhältnis von Mn zu Si (d. h. Mn/Si) erhalten wird, das bei 3,3 bis 4,6 liegt; und C in einer Menge von 1,5 bis 3%; bezogen auf eine Gesamtmenge von 100 Massenprozent. Dieses Fe-Mn-Si-C-Pulver ist relativ kostengünstig zu beziehen; außerdem weisen gesinterte Eisenlegierungen, für deren Herstellung es verwendet wird, in verschiedener Hinsicht bessere Eigenschaften auf als herkömmliche gesinterte Eisenlegierungen. Daher kann angestrebt werden, Cu-freie gesinterte Eisenlegierungen, die an und für sich schon gute Eigenschaften haben, noch preiswerter zu machen.

Description

• GEBIET DER TECHNIK
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine gesinterte Eisenlegierung, die im Hinblick auf Festigkeit bzw. Formänderungsbeständigkeit und Maßhaltigkeit gute Eigenschaften zeigt und die einen Verzicht auf Cu oder auf Ni ermöglicht und die kostengünstig ist; und ein Verfahren zu deren Herstellung; ebenso wie einen Gegenstand bzw. ein Bauteil aus gesinterter Eisenlegierung, der bzw. das die gesinterte Eisenlegierung aufweist.
• TECHNISCHER HINTERGRUND
• Um die Kosten für die Herstellung von Gegenständen, wie mechanischen Teilen, zu senken, kann die Verwendung eines Gegenstands aus gesinterter Eisenlegierung in Betracht gezogen werden, für den ein Pulverpresskörper, der durch Verdichten eines hauptsächlich aus Eisen bestehenden Rohmaterialpulvers unter Druck hergestellt wurde, erwärmt wird, um ihn zu sintern. Wenn ein Gegenstand aus einer gesinterten Eisenlegierung verwendet wird, ist es auch möglich, Produkte (oder Sinterkörper) zu erhalten, die den endgültigen Formen nahe kommen, und daher kann versucht werden, die Herstellungskosten und die Materialkosten für die Gegenstände auf Basis der Verkürzung der Bearbeitungsprozesse, der Erhöhung der Materialausbeuten usw. zu senken. Angesichts dessen sind die Festigkeit des Gegenstands aus gesinterter Eisenlegierung und dessen Maßhaltigkeit vor und nach dem Sintern wichtig.
• Unter diesem Gesichtspunkt wurden gesinterte Eisenlegierungen aus einem Fe-Cu-C-System, für die Pulverpresskörper, die Rohmaterialpulver mit Fe-Cu-C-Zusammensetzungen enthalten, gesintert wurden, in großem Umfang in Anwendungen für Bauteile verwendet. Der Grund dafür ist, dass Cu ein Element ist, das wirksam ist, um die Festigkeit einer gesinterten Eisenlegierung zu erhöhen und die Maßgenauigkeit vor und nach dem Sintern zu stabilisieren. Daher wurde im Fall von gesinterten Eisenlegierungen angenommen, dass Cu in der Tat deren wichtigstes Element ist, anders als in herkömmlichen Eisen- und Stahlwerkstoffen.
• Patentdokument Nr. 1: US 6,346,133 ;
• Patentdokument Nr. 2: US 6,364,927 ;
• Patentdokument Nr. 3: japanische Patent Gazette Nr. 3,309,970 ;
• Patentdokument Nr. 4: japanische ungeprüfte Patent-Offenlegungsschrift (KOKAI) Gazette Nr. 58-210,147 ;
• Patentdokument Nr. 5: veröffentlichte japanische Übersetzung PCT Application Gazette Nr. 10-510,007 ;
• Patentdokument Nr. 6: japanische ungeprüfte Patent-Offenlegungsschrift (KOKAI) Gazette Nr. 2005-336,608 ;
• Patentdokument Nr. 7: japanische ungeprüfte Patent-Offenlegungsschrift (KOKAI) Gazette Nr. 2005-336,609 ;
• nicht auf ein Patent bezogenes Dokument Nr. 1: High Strength Si-Mn-Alloyed Sintered Steels, P. M. Int., Bd. 17, Nr. 1 (1985);
• nicht auf ein Patent bezogenes Dokument Nr. 2: "Effect of Sinter-Hardening on the Properties of High Temperature Sintered PM Steels", Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials, MPIF, 2002, Teil 13, S. 1–13; und
• nicht auf ein Patent bezogenes Dokument Nr. 3: "New focus on chromium alloy may sidestep alloy cost increases", MPR. September (2004), S. 16–19.
• OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
• Aufgabe, die von der Erfindung gelöst werden soll
• Jedoch haben Cu-Pulver höhere Einheitspreise, und sie werden in gesinterten Eisenlegierungen in vergleichsweise höheren Anteilen verwendet. Somit erhöhen sie an und für sich schon die Produktionskosten für gesinterte Eisenlegierungen. Ferner ist Cu zwar ein Element, das in Eisen- und Stahlwerkstoffen eine Warmbrüchigkeit bewirkt, aber es ist auch ein Element, das sich durch zum Beispiel durch Verhütten bzw. Schmelzen nur schwer entfernen lässt. Infolgedessen sind gesinterte Eisenlegierungen, die Cu enthalten, unbeliebt, weil sie unbeabsichtigt im Schrott landen können und nur schwer zu recyceln sind. Daher ist die Verwendung gesinterter Eisenlegierungen, die Cu enthalten, unter Umweltgesichtspunkten im Hinblick auf die effiziente Nutzung von Ressourcen nicht unbedingt bevorzugt.
• Außer Cu steht Ni als Element zur Verfügung, das in gesinterten Eisenlegierungen in großem Umfang verwendet wird. Ähnlich wie Cu ist auch Ni ein Element, das unter anderem wirksam ist, um die Festigkeit einer gesinterten Eisenlegierung zu erhöhen. Jedoch sind Ni-Pulver ebenfalls teuer und steigern somit die Herstellungskosten von gesinterten Eisenlegierungen. Da Ni außerdem ein allergenes Element ist, kann es auch passieren, dass seine Verwendung ungünstig ist.
• In den oben genannten Patentdokumenten Nr. 1 und 2 und im nicht auf ein Patent bezogenen Dokument Nr. 1 werden gesinterte Eisenlegierungen offenbart, bei denen unter anderem versucht wurde, die Festigkeit dadurch zu erhöhen, dass ihnen Mn oder Si zugegeben wurde, ohne Cu zu verwenden. Jedoch sind sie noch keineswegs über die Laborstufe hinaus gekommen und sie unterscheiden sich von der vorliegenden Erfindung, die nachstehend beschrieben wird, sogar im Hinblick auf die Anteile von Mn und Si an der Zusammensetzung und im Hinblick auf die Zugabeverfahren und so weiter.
• Im Patentdokument Nr. 3 wird ein Verfahren zum Ultrahochverdichten von Pulverpresskörpern offenbart.
• In den Patentdokumenten Nr. 4 bis 7 wird eine gesinterte Eisenlegierung beschrieben, in der eine Pulvermischung aus einem Pulver aus einer pulverisierten Si-Mn-Fe-Stammlegierung und einem Eisenpulver unter Druck verdichtet und gesintert wird. Wenn die gesinterte Eisenlegierung, die in diesen Patentdokumenten offenbart wird, jedoch mit einer gesinterten Eisenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung verglichen wird, die nachstehend beschrieben wird, unterscheidet sich die erstere von der letzteren jedoch in Folgendem: dem Zusammensetzungsverhältnis von Mn und Si (d. h. Mn/Si); ob im Hinblick auf die Zusammensetzung des verwendeten Verstärkungspulvers an sich C in nennenswertem Umfang enthalten ist oder nicht, und so weiter.
• Darüber hinaus offenbart das Patentdokument Nr. 5 sogar eine gesinterte Eisenlegierung, in der Mo als Ersatz für Ni enthalten ist. Jedoch reicht ihre Festigkeit nicht unbedingt aus, und daher braucht sie eine Wärmebehandlung, wie eine Härtungs- oder Anlassbehandlung, damit ihre Festigkeit erhöht werden kann. Es liegt auf der Hand, dass eine solche Wärmebehandlung die Produktionskosten für die gesinterte Eisenlegierung erhöht, da sie einen erheblichen Aufwand an Zeit und Mannstunden erfordert.
• Dagegen wird im nicht auf ein Patent bezogenen Dokument Nr. 2 oder 3 eine Beschreibung offenbart, gemäß der eine Eisenlegierung (oder ein durch Sintern härtender Stahl) mit hoher Festigkeit auch dann erhalten werden kann, wenn Wärmebehandlungen nach dem Sinterungsschritt weggelassen werden. Jedoch unterscheidet sich das nicht auf ein Patent bezogene Dokument Nr. 2 von der vorliegenden Erfindung und offenbart keine gesinterte Eisenlegierung, die Mn und Si enthält. Im Nichtpatentdokument Nr. 3 wird ein durch Sintern härtender Stahl offenbart, der Cr, Mn, Si und Mo enthält. Jedoch handelt es sich dabei, anders als bei einer gesinterten Eisenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung, die nachstehend beschrieben wird, um keinen, der unter Verwendung eines Verstärkungspulvers, wie Fe-Mn-Si-C-Pulver, hergestellt wird.
• Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Umstände erreicht; und es ist eine Aufgabe von ihr, ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, mit dem es möglich ist, gesinterte Eisenlegierungen zu niedrigeren Kosten, gesinterte Eisenlegierungen, mit denen mechanische Eigenschaften, wie Festigkeit, und eine Maßhaltigkeit vor und nach dem Sintern sichergestellt werden können, sogar unter Ausschluss einer Verwendung von Cu oder Ni zu erhalten, und solche gesinterten Eisenlegierungen und Gegenstände aus gesinterten Eisenlegierungen, die diese gesinterten Eisenlegierungen enthalten, bereitzustellen.
• Mittel zur Lösung der Aufgabe
• Die Erfinder haben intensive Studien angestellt, um dieses Problem zu lösen; als Ergebnis von wiederholtem Versuch und Irrtum haben sie die neue Entdeckung gemacht, dass es möglich ist, gesinterte Eisenlegierungen, die gute mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit, und Maßhaltigkeit aufweisen, zu geringeren Kosten unter Verwendung von Verstärkungspulvern (z. B. Fe-Mn-Si-C-Pulvern) zu schaffen, deren Zusammensetzungen sich von den herkömmlichen unterscheiden, und erreichten dann den Abschluss der vorliegenden Erfindung.
• <<Verfahren zur Herstellung gesinterter Eisenlegierungen>>
• (1) Eine gesinterte Eisenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgendes umfasst: einen Verdichtungsschritt, in dem Rohmaterialpulver, in dem ein Fe-Systempulver, das reines Eisen (Fe) und/oder eine Eisenlegierung enthält, mit einem Verstärkungspulver, das ein Legierungselement enthält, bei dem es sich nicht um Fe handelt, gemischt vorliegt, verdichtet wird, wodurch das Rohmaterialpulver in einen Pulverpresskörper umgeformt wird; und einen Sinterungsschritt, in dem der Pulverpresskörper in einer oxidationsfeindlichen Atmosphäre erhitzt wird, wodurch der Pulverpresskörper gesintert wird; und das Verstärkungspulver ein Fe-Mn-Si-C-Pulver ist, das eine Fe-Legierung oder eine Fe-Verbindung enthält, die aufweist: Mangan (Mn) in einer Menge von 58 bis 70 Massenprozent (im Folgenden einfach mit % bezeichnet); Silicium (Si) in einer Menge, die ein Zusammensetzungsverhältnis von Mn in Bezug auf Si (d. h. Mn/Si) von 3,3 bis 4,6 ergibt; und Kohlenstoff (C) in einer Menge von 1,5 bis 3%; bezogen auf insgesamt 100%.
• (2) In dem Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verstärkungspulver, das ein Rohmaterialpulver bildet, eine Fe-Legierung oder Fe-Verbindung auf, die nicht nur Mn und Si, sondern auch C enthält. Außerdem zeigt eine gesinterte Eisenlegierung, die unter Verwendung eines Verstärkungspulvers (z. B. eines Fe-Mn-Si-C-Pulvers) erhalten wird, in dem die Anteile von Mn, Si und C in den oben genannten spezifischen Bereichen liegen, auch ohne die Verwendung von Cu-Pulver oder Ni-Pulver gute Eigenschaften auf, wie unter anderem mechanische Eigenschaften (Festigkeit, Dehnung, Härte und dergleichen) und Maßhaltigkeit.
• Ferner sind Rohmaterialien für dieses Fe-Mn-Si-C-Pulver unter anderem im Hinblick auf ihre Zermahlbarkeit (oder Kollabierfähigkeit) viel besser als zum Beispiel herkömmliche Fe-Mn-Si-Pulver. Somit kann ein Fe-Mn-Si-C-Pulver, das homogen ist und eine feine Körnung aufweist, auf relativ einfache Weise erhalten werden. Durch die Verwendung eines derartigen Fe-Mn-Si-C-Pulvers, das fein gekörnt und gleichmäßig ist, können die Maßhaltigkeit und die mechanischen Eigenschaften von gesinterten Eisenlegierungen in wesentlich größerem Umfang verbessert werden. Außerdem können Fe-Mn-Si-C-Pulver mit den oben genannten Zusammensetzungsbereichen oder ihre Rohmaterialien relativ kostengünstig beschafft werden, da sie in großem Umfang als Deoxidierungsmittel (beispielsweise Siliciummangan) verwendet werden, die während der Stahlherstellung verwendet werden.
• Daher ist es gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung möglich, ein Fe-Mn-Si-C-Pulver, das einfach und kostengünstig zu beschaffen ist, oder dessen Rohmaterialien zu verwenden, ohne überhaupt ein Cu-Pulver verwenden zu müssen, das relativ teuer ist. Außerdem können seine Rohmaterialien relativ einfach als feine, homogene Pulver verwendet werden, da sie sich gut pulverisieren lassen. Daher kann im Stadium der Beschaffung oder Vorbereitung bzw. Herstellung eines Pulverrohmaterials eine größere Kosteneinsparung angestrebt werden. Außerdem hat die resultierende gesinterte Eisenlegierung nicht nur gute mechanische Eigenschaften, sondern auch eine gute Maßhaltigkeit. Daher kann nicht nur die Senkung von Wärmebehandlungskosten für Gegenstände, die die gesinterte Eisenlegierung aufweisen, sondern zum Beispiel auch die Senkung der Kosten für deren Bearbeitung angestrebt werden.
• Somit können gemäß dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Produktionskosten für eine gesinterte Eisenlegierung oder einen Gegenstand aus einer gesinterten Eisenlegierung über den gesamten Herstellungsschritt, der mit einem Rohmaterialschritt beginnt und mit dem Stadium des fertigen Produkts endet, beträchtlich gesenkt werden.
• Ferner übertrifft die gesinterte Eisenlegierung, die mittels der vorliegenden Erfindung erhalten wird, herkömmliche gesinterte Eisenlegierungen unter anderem im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften. Wenn die Niveaus der benötigten Spezifikationen für ein Bauteil aus einer gesinterten Eisenlegierung mit herkömmlichen Niveaus vergleichbar sind, wird somit auch folgendes möglich: eine Verringerung der verwendeten Menge eines Verstärkungspulvers an sich; eine Ersetzung eines Fe-Systempulvers durch ein wesentlich preiswerteres Pulver, in dem die Legierungselementmengen niedriger sind; und so weiter. Wenn dies der Fall ist, können die Herstellungskosten für eine gesinterte Eisenlegierung oder für einen Gegenstand, der diese aufweist, weiter gesenkt werden.
• (3) Übrigens sind im Falle der Verwendung des oben genannten Verstärkungspulvers (z. B. eines Fe-Mn-Si-C-Pulvers) unter anderem die folgenden Gründe oder Mechanismen nicht unbedingt klar: warum dieses Pulver oder diese Rohmaterialien sich gut pulverisieren lassen; oder warum die jeweiligen Eigenschaften der gesinterten Eisenlegierungen, die unter Verwendung dieses Pulvers erhalten werden, stärker verbessert werden können als diejenigen von herkömmlichen Eisenlegierungen. Gemäß intensiven Studien, die von den Erfindern durchgeführt wurden, wird Folgendes angenommen: Erstens wird angenommen, dass außer den Zusammensetzungen von Mn und Si (wozu das Mn/Si-Verhältnis gehört) ein Merkmal, nämlich dass ein Fe-Mn-Si-C-Pulver, das auf die vorliegende Erfindung gerichtet ist, C in relativ größerer Menge enthält, ein Grund dafür ist, dass es sich leichter pulverisieren lässt als herkömmliche Fe-Mn-Si-Pulver. Genauer wird angenommen, dass dies deswegen der Fall ist, weil außer den intermetallischen Verbindungen von Mangan und Silicium (z. B. MnSi₃ und Mn₅Si₃) auch die Carbide von Mangan (z. B. Mn₂₃C₆, Mn₇C₃ und dergleichen) vorhanden sind.
• Weiter wird angenommen, dass die Gründe dafür, dass die gesinterte Eisenlegierung, die unter Verwendung eines Fe-Mn-Si-C-Pulvers erhalten wird, gute mechanische Eigenschaften oder eine gute Maßhaltigkeit aufweist, wie folgt sind:
  Erstens werden Mn, Si und C, die in einem Fe-Mn-Si-C-Pulver enthalten sind, neben Phosphor (P) und Schwefel (S) als die fünf Stahlelemente bezeichnet, und es handelt sich bei ihnen um übliche Verstärkungselemente in Eisen- und Stahlwerkstoffen, die gegossen oder geschmolzen werden sollen.
• Jedoch wurden Mn und Si bisher nicht in nennenswertem Umfang auf dem Gebiet der gesinterten Eisenlegierungen verwendet. Da Mn und Si die Entstehung von Oxiden bewirken, deren Affinität zu Sauerstoff äußerst hoch ist, wurde allgemein angenommen, dass sie gesinterte Eisenlegierungen hervorbringen, in denen die Oxide sich innerhalb der Metallstruktur angeordnet haben. Dies fällt besonders in einem Fall auf, wo Mn und Si in Form von Pulvern, bei denen es sich nicht um Fe-Systempulver handelt, einem Rohmaterialpulver zugesetzt werden. Zwar wäre es möglich, ein Fe-Systempulver zu verwenden, in dem Mn und Si vorab legiert wurden, aber das resultierende Fe-Systempulver ist in diesem Fall sehr hart, so dass die Verdichtung eines Pulverpresskörpers an sich schwierig wird.
• Somit werden in dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung Mn und Si in einem Pulverrohmaterial gemischt, so dass sie als Verstärkungspulver vorliegen, die sich von einem Fe-Systempulver unterscheiden. Außerdem wird das Sintern eines Pulverpresskörpers, der Mn und Si enthält, in einer Atmosphäre durchgeführt, die eine Oxidation verhindert, so dass eine Oxidierung von Mn und Si ausreichend begrenzt werden kann (d. h. in einem Sinterungsschritt).
• Jedenfalls gelang es den Erfindern, unter Verwendung eines Fe-Mn-Si-C-Pulvers als Verstärkungspulver eine gesinterte Eisenlegierung zu erhalten, die herkömmlichen gesinterten Eisenlegierungen auf Basis eines Fe-Cu(-C)-Systems überlegen ist, und die mechanische Eigenschaften zeigt, die denen von Kohlenstoffstahl für Maschinenbauteile gleichwertig sind, ohne überhaupt Cu oder Ni zu verwenden.
• Man beachte, dass ein Zusammensetzungsverhältnis von Mn zu Si (d. h. Mn/Si) wie oben beschrieben aus den folgenden Gründen beschränkt ist: die Festigkeit soll mit einer möglichst geringen Zugabe verbessert werden; und die Maßänderungen (oder das Maß der Ausdehnung) sollen verkleinert werden.
• <<Gesinterte Eisenlegierung und Gegenstand aus gesinterter Eisenlegierung>>
• Die vorliegende Erfindung umfasst nicht nur das oben beschriebene Herstellungsverfahren, sondern auch eine gesinterte Eisenlegierung, die mittels dieses Herstellungsverfahrens erhalten wird, und verschiedene Gegenstände, die die gesinterte Eisenlegierung aufweisen (oder Gegenstände aus gesinterter Eisenlegierung).
• (1) Geeigneterweise kann diese gesinterte Eisenlegierung (nachstehend die jeweiligen „Gegenstände aus gesinterter Eisenlegierung”) beispielsweise aufweisen: Mn in einer Menge von 0,1 bis 2,1%; Si in einer Menge von 0,05 bis 0,6%; C in einer Menge von 0,1 bis 0,9% und zu übrigen Teilen Fe und unvermeidbare Verunreinigungen und/oder ein modifizierendes Element; bezogen auf insgesamt 100% dieser Legierung
• (2) Außerdem kann die gesinterte Eisenlegierung vorzugsweise ein Legierungselement aufweisen, das unter anderem seine mechanischen Eigenschaften verbessert. Ein solches Legierungselement wird von Cr oder Mo dargestellt. Wenn die Menge an Cr oder Mo zunimmt, ist eine starke Zunahme der Festigkeit zu erwarten, ohne dass irgendeine besondere Wärmebehandlung durchgeführt werden muss. Da unter anderem die Härtbarkeit verbessert wird, wird es natürlich auch möglich, die Festigkeit, die Zähigkeit, die Duktilität und so weiter in höherem Maße zu harmonisieren.
• Als ein Beispiel kann die gesinterte Eisenlegierung geeigneterweise folgendes aufweisen:
  Mn in einer Menge von 0,1 bis 1,4%;
  Si in einer Menge von 0,05 bis 0,4%;
  C in einer Menge von 0,1 bis 0,9%;
  Cr in einer Menge von 0,1 bis 5% und/oder Mo in einer Menge von 0,1 bis 2%; und
  zu übrigen Teilen Fe und unvermeidbare Verunreinigungen und/oder ein modifizierendes Element;
  bezogen auf insgesamt 100% dieser Legierung.
• Hierbei ist Mn ein Element, das besonders wirksam ist zur Verbesserung der Festigkeit von gesinterten Eisenlegierungen. Wenn zu wenig Mn vorhanden ist, ist seine günstige Wirkung beeinträchtigt. Abhängig von der Art der Legierungselemente, die in dem Rohmaterialpulver enthalten sind, kann in der Praxis eine gesinterte Eisenlegierung mit ausreichender Festigkeit jedoch auch dann erhalten werden, wenn Mn in Spurenmengen vorliegt. Wenn andererseits zu viel Mn vorhanden ist, nimmt die Dehnung der resultierenden gesinterten Eisenlegierung ab, so dass die Duktilität schlechter wird, und dann nehmen auch Maßänderungen zu, so dass die Maßhaltigkeit beeinträchtigt wird. Bezogen auf insgesamt 100% gesinterte Eisenlegierung sind somit zwar die oberen und unteren Grenzwerte für Mn innerhalb des oben angegebenen Zahlenbereichs willkürlich wählbar, aber ist es besonders bevorzugt, dass Zahlenwerte, die nach Belieben aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus 0,1%, 0,3%, 1,2%, 1,5%, 1,8% und 2,1% besteht, die oberen und unteren Grenzwerte bilden können.
• Obwohl Si zur Verbesserung der Festigkeit einer gesinterten Eisenlegierung beiträgt, trägt es insbesondere in großem Umfang zur Maßhaltigkeit von gesinterten Eisenlegierungen bei. Besonders ausgeprägt ist diese Wirkung in einem Fall, wo Si und Mn nebeneinander vorliegen. Während Mn sich so auswirkt, dass die Abmessungen einer gesinterten Eisenlegierung vergrößert werden, wirkt sich Si so aus, dass die Abmessungen einer gesinterten Eisenlegierung verkleinert werden. Man nimmt an, dass beide Elemente, die nebeneinander vorliegen, diese Wirkungen gegenseitig ausgleichen und damit die Maßhaltigkeit einer gesinterten Eisenlegierung sicherstellen. Zu wenig Si ist nicht bevorzugt, da dies die Maßhaltigkeit beeinträchtigt; zu viel Si ist nicht bevorzugt, da dadurch der Umfang der Maßschrumpfung zunimmt. Bezogen auf insgesamt 100% gesinterte Eisenlegierung sind demnach zwar die oberen und unteren Grenzwerte für Si innerhalb des oben genannten Zahlenbereichs nach Belieben wählbar, aber es ist besonders bevorzugt, wenn Zahlenwerte, die nach Belieben aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus 0,05%, 0,1%, 0,4%, 0,5% und 0,6% besteht, die oberen und unteren Grenzwerte bilden.
• C ist eines der wichtigen Verstärkungselemente in einer gesinterten Eisenlegierung. Man muss nicht erwähnen, dass C während der Sinterung diffundiert, so dass die gesinterte Eisenlegierung eine Mischkristallverfestigung durchmacht; und durch die Zugabe von C in einer geeigneten Menge werden außerdem Wärmebehandlungen wie das Härten und Anlassen von gesinterten Eisenlegierungen möglich; dadurch können die mechanischen Eigenschaften von gesinterten Eisenlegierungen in viel größerem Umfang verbessert werden. Wenn zu wenig C vorhanden ist, ist seine günstige Wirkung stark beeinträchtigt, wenn zu viel C vorhanden ist, nimmt die resultierende Duktilität ab.
• Bezogen auf insgesamt 100% gesinterte Eisenlegierung können somit zwar die oberen und unteren Grenzwerte für C innerhalb des oben genannten Zahlenbereichs nach Belieben gewählt werden, aber es ist besonders bevorzugt, dass Zahlenwerte, die nach Belieben aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,8% und 0,9% besteht, die oberen und unteren Grenzwerte bilden können.
• Ferner kann im Fall der vorliegenden Erfindung angestrebt werden, hochfeste gesinterte Eisenlegierungen mit einer im Vergleich zu herkömmlichem Kohlenstoffstahl kleineren Menge an C fester zu machen. Obwohl der Grund dafür nicht ganz klar ist, wird angenommen, dass Mn und Si stark daran beteiligt sind. Genauer gesagt wird angenommen, dass die Streckgrenze von C durch die Zugabe von Mn und Si verbessert wird, und dass die Härtbarkeit ebenfalls weiter verbessert wird. Jedenfalls kann eine große Zähigkeit sichergestellt werden, während angestrebt wird, gesinterte Eisenlegierungen fester zu machen, da ihre Festigkeit mit weniger Kohlenstoff erhöht werden kann ans bisher. Anders ausgedrückt kann eine gesinterte Eisenlegierung erhalten werden, deren Festigkeit bzw. Formänderungsbeständigkeit und Zähigkeit, die im Allgemeinen als einander entgegenstehende Eigenschaften betrachtet werden, miteinander verträglich sind.
• (3) Das „modifizierende Element”, das in der vorliegenden Beschreibung erwähnt wird, ist ein Element, bei dem es sich nicht um Fe, Mn, Si oder C (zusätzlich dazu Cr und/oder Mo) handelt, und ist ein Element, das wirksam ist, um die Eigenschaften einer gesinterten Eisenlegierung zu verbessern. Obwohl die Arten der Eigenschaften, die verbessert werden sollen, nicht beschränkt sind, sind die folgenden möglich: Festigkeit, Zähigkeit, Duktilität, Maßhaltigkeit, Bearbeitbarkeit usw. In einem spezifischen Beispiel für das modifizierende Element sind 0,1 bis 0,3 Massenprozent V usw. möglich. Darüber hinaus ist es sogar empfehlenswert, eine modifizierende Verbindung, wie MnS, für die Einführung eines modifizierenden Elements zu verwenden. In diesem Fall ist es beispielsweise bevorzugt, eine MnS-Menge auf 0,1 bis 0,5 Massenprozent einzustellen.
• Die jeweiligen Elemente können beliebig miteinander kombiniert werden. Die Anteile dieser modifizierenden Elemente sind nicht auf die angegebenen Beispielsbereiche beschränkt. Außerdem liegen sie üblicherweise in Spurenmengen vor.
• Die „unvermeidbaren Verunreinigungen” sind Verunreinigungen, die in einem Rohmaterialpulver enthalten sind, und sind zum Beispiel Verunreinigungen, die während der jeweiligen Schritte unbeabsichtigt eingemischt werden; und sind Elemente, die zum Beispiel aus Kostengründen oder aus technischen Gründen schwierig zu entfernen sind. Im Falle einer gesinterten Eisenlegierung, die auf die vorliegende Erfindung gerichtet ist, sind dies beispielsweise P, S, Al, Mg, Ca usw. Man beachte, dass die Zusammensetzungen aus modifizierendem Element und unvermeidlichen Verunreinigungen natürlich nicht besonders beschränkt sind.
• (4) Für die „gesinterte Eisenlegierung” oder den „Gegenstand aus einer gesinterten Eisenlegierung”, die bzw. der in der vorliegenden Erfindung genannt wird, ist die Form nicht beschränkt. Genauer ist es sogar zulässig, dass die gesinterte Eisenlegierung ein Werkstück sein kann, das beispielsweise eine massive Form, eine Stabform, eine Röhrenform oder eine Plattenform und dergleichen hat, oder es ist auch zulässig, dass es eine endgültige Form aufweisen kann oder sogar ein Bauteil sein kann, das dieser nahe kommt. In der Praxis jedoch werden gesinterte Werkstoffe üblicherweise unter anderem deshalb verwendet, weil die Herstellungskosten gesenkt werden sollen, und daher kann die Form einer gesinterten Eisenlegierung (oder eines Gegenstands) mittels (Nahe-)Nettoformgebung der Form eines fertigen Produkts angenähert werden.
• (5) Obwohl die Arten der Legierungselemente, die in der gesinterten Eisenlegierung enthalten sind, nicht besonders beschränkt sind, ist es bevorzugter, dass Cu oder Ni nicht enthalten sind als dass sie enthalten sind. Der Grund dafür ist, dass Cu-freie gesinterte Legierungen, die im Wesentlichen kein Cu enthalten, und Ni-freie gesinterte Legierungen, die überhaupt kein Ni enthalten, wegen der Verbesserung der Recycling-Fähigkeit bevorzugt sind.
• Jedoch schließt die vorliegende Erfindung Fälle, wo Cu und Ni in der gesinterten Eisenlegierung enthalten sind, nicht aus. Die Fälle, in denen Cu oder Ni neben dem oben beschriebenen Mn oder Si in angemessenen Mengen enthalten sind, liegen ebenfalls im Bereich der vorliegenden Erfindung.
• Die „mechanischen Eigenschaften” und die „Maßhaltigkeit”, die in der vorliegenden Erfindung genannt werden, hängen unter anderem von der Zusammensetzung eines Rohmaterials, dem Verdichtungsdruck, den Sinterbedingungen (z. B. der Temperatur, der Dauer, der Atmosphäre und dergleichen) ab. Daher ist es nicht immer möglich, diese „mechanischen Eigenschaften” und die „Maßhaltigkeit” bedingungslos zu spezifizieren. Grob gesagt ist es bevorzugt, dass die Zugfestigkeit, eine der mechanischen Eigenschaften, bei Gegenständen aus gesinterter Eisenlegierung für universelle Anwendungen bei 550 MPa oder mehr, 600 MPa oder mehr und ferner bei 650 MPa oder mehr liegt; und für Gegenstände aus gesinterter Eisenlegierung, die von hoher Festigkeit sind, bei 850 MPa oder mehr, 900 MPa oder mehr, 950 MPa oder mehr liegt. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Maßhaltigkeit vor und nach dem Sintern bei ±0,5%, ±0,3%, ±0,1% und ferner ±0,05%, bezogen auf die Maßänderung vor und nach dem Sintern liegt. Außerdem ist es im Hinblick auf die Dehnung bevorzugt, dass die Dehnung 0,5% oder mehr, 1% oder mehr, 1,5% oder mehr, 2% oder mehr und ferner 3% oder mehr ist.
• (6) Solange nichts anderes angegeben ist, schließen die Bezeichnungen, das heißt „von ,x' bis ,y'”, die in der vorliegenden Erfindung genannt werden, den unteren Grenzwert ,x' und den oberen Grenzwert ,y' ein. Darüber hinaus können die oberen und unteren Grenzwerte, die in der vorliegenden Beschreibung genannt werden, beliebig kombiniert werden, und können daher einen Bereich wie „von ,a' bis ,b'” umfassen.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 ist eine Skizze, die einen Aufbau eines weiter unten beschriebenen Zugfestigkeits-Prüfkörpers zeigt.
• 2 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen Verstärkungspulvermengen und Maßänderungen für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf ein weiter unten beschriebenes Versuchsbeispiel Nr. 1 zeigt.
• 3 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen Verstärkungspulvermengen und Härtewerten für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 1 zeigt.
• 4 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen Verstärkungspulvermengen und Zugfestigkeitswerten für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 1 zeigt.
• 5 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen Verstärkungspulvermengen und Dehnungswerten für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 1 zeigt;
• 6 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen FeMS IV-Pulvermengen und Maßänderungen für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf ein weiter unten beschriebenes Versuchsbeispiel 2 anzeigt.
• 7 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen FeMS IV-Pulvermengen und Härtewerten für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 2 zeigt.
• 8 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen FeMS IV-Pulvermengen und Zugfestigkeitswerten für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 2 zeigt.
• 9 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen FeMS IV-Pulvermengen und Dehnungswerten für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 2 zeigt.
• 10 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen FeMS IV-Pulvermengen und Maßänderungen für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf ein weiter unten beschriebenes Versuchsbeispiel Nr. 3 zeigt.
• 11 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen FeMS IV-Pulvermengen und Härtewerten für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 3 zeigt.
• 12 ist in Graph, der Beziehungen zwischen FeMS IV-Pulvermengen und Zugfestigkeitswerten für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 3 zeigt.
• 13 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen FeMS IV-Pulvermengen und Dehnungswerten für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 3 zeigt.
• 14 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen Sintertemperaturen und Zugfestigkeitswerten für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf ein weiter unten beschriebenes Versuchsbeispiel Nr. 4 zeigt; und
• 15 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen Sintertemperaturen und Dehnungswerten für gesinterte Eisenlegierungen in Bezug auf ein Versuchsbeispiel Nr. 4 zeigt.
• BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung wird ausführlicher unter Angabe einiger Ausführungsformen der Erfindung erklärt. Man beachte, dass in den nachstehenden Ausführungsformen Inhalte, die in der vorliegenden Beschreibung erklärt werden, sich nicht nur für eine Anwendung auf das Verfahren zum Herstellen von gesinterten Eisenlegierungen gemäß der vorliegenden Erfindung, sondern auch auf die gesinterte Eisenlegierung selbst (was auch Gegenstände aus gesinterter Eisenlegierung einschließt) eignen können. Genauer kann bzw. können zusätzlich zu den oben beschriebenen Mitteln eines oder zwei oder mehrere weitere Mittel, die nach Belieben aus den nachstehend beschriebenen Mitteln ausgewählt werden können, dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und einer gesinterten Eisenlegierung, die anhand dieses Verfahrens erhalten wird, ebenfalls hinzugefügt werden. Die Mittel, die aus den nachstehend aufgeführten ausgewählt werden, können jedem Aspekt der Erfindungen hinzugefügt werden und können außerdem kategorieübergreifend auferlegt oder nach Belieben hinzugefügt werden. Beispielsweise liegt es auf der Hand, dass unter anderem ein Mittel, das auf eine Zusammensetzung der gesinterten Eisenlegierung bezogen ist, auch für deren Herstellungsverfahren wichtig sein kann. Darüber hinaus kann ein Mittel, das auf den ersten Blick auf das „Herstellungsverfahren” bezogen ist, auch zu einem Mittel werden, das auf eine „gesinterten Eisenlegierung” bezogen ist, wenn es als ein aus dem Verfahren hervorgehendes Produkt betrachtet wird. Man beachte, dass es von den Gegenständen, den benötigten Eigenschaften und so weiter abhängt, ob eine der Ausführungsformen als die beste gilt oder nicht.
• <<Rohmaterialpulver>>
• Ein Rohmaterialpulver umfasst Fe-Systempulver, eine der Hauptkomponenten der gesinterten Eisenlegierung, und ein Verstärkungspulver (z. B. ein Fe-Mn-Si-C-Pulver), das Mn, Si und C aufweist. Man beachte, dass das Fe-Mn-Si-C-Pulver nachstehend als „FeMS-Pulver” bezeichnet wird.
• (1) Fe-Systempulver
• Es ist zulässig, dass das Fe-Systempulver entweder ein reines Eisenpulver oder ein Eisenlegierungspulver ist, und es kann sogar eine Mischung aus diesen Pulvern sein. Es ist nicht kritisch, welche Legierungselemente in dem Eisenlegierungspulver enthalten sind. Diese Legierungselemente können in erster Linie C, Mn, Si, P, S und dergleichen sein. Obwohl Mn, Si und C auch als Verstärkungselemente zugesetzt werden, können sie im Fe-Systempulver jeweils in einer kleinen Menge vorhanden sein. Wenn die Anteile an C, Mn, Si und so weiter zunehmen, wird jedoch das resultierende Fe-Systempulver so hart, dass die Verdichtungsfähigkeit abnimmt. Somit ist in einem Fall, wo das Fe-Systempulver ein Eisenlegierungspulver ist, eine folgende Einstellung zulässig: C in einer Menge von 0,02 Massenprozent oder weniger; Mn in einer Menge von 0,2 Massenprozent oder weniger und Si in einer Menge von 0,1 Massenprozent oder weniger.
• Weitere Legierungselemente, die im Fe-Systempulver enthalten sein können, sind Mo, Cr, Ni, V, Co, Nb, W und dergleichen. Da diese Legierungselemente die Wärmebehandlungseignung einer gesinterten Eisenlegierung verbessern, stellen sie wirksame Elemente für die Erhöhung der Festigkeit der gesinterten Eisenlegierung dar.
• Insbesondere ist es günstig, dass das Rohmaterialpulver so hergestellt werden kann, dass Mo 0,1 bis 2 Massenprozent ausmacht und/oder Cr 0,1 bis 5 Massenprozent ausmacht, bezogen auf insgesamt 100 Massenprozent an Rohmaterialpulver (im Folgenden gegebenenfalls einfach mit „%” bezeichnet. Obwohl die oberen und unteren Grenzwerte für Cr innerhalb ihres Zahlenbereichs nach Belieben ausgewählt werden können, ist es besonders bevorzugt, dass Zahlenwerte, die nach Belieben aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus 0,1%, 0,3%, 0,5%, 3%, 3,2% und 3,5% besteht, obere und untere Grenzwerte bilden können. Außerdem können zwar die oberen und unteren Grenzwerte von Mo beliebig innerhalb ihres Zahlenbereichs gewählt werden, aber es ist besonders bevorzugt, dass Zahlenwerte, die nach Belieben aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus 0,1%, 0,5%, 0,6%, 0,8%, 1%, 1,5% und 2% besteht, die oberen und unteren Grenzwerte bilden können. Man beachte, dass diese Legierungselemente auch als Verstärkungspulver zugesetzt werden können, die getrennt vom Fe-Systempulver vorliegen, obwohl es bevorzugt ist, dass das Fe-Systempulver sich gut handhaben lässt und homogen ist, wenn sie darin enthalten sind.
• (2) FeMS-Pulver
• Ein FeMS-Pulver, das auf die vorliegende Erfindung gerichtet ist, weist eine Fe-Legierung oder eine Fe-Verbindung auf, die, bezogen auf insgesamt 100% FeMS-Pulver, Mn in einer Menge von 58 bis 70%, Si in einer Menge, die ein Mn/Si-Verhältnis von 3,3 bis 4,6 ergibt, C in einer Menge von 1,5 bis 3% und zu übrigen Teilen in erster Linie Fe enthält. Unter Verwendung dieses FeMS-Pulvers kann die gesinterte Eisenlegierung, die gute mechanische Eigenschaften und eine gute Maßhaltigkeit aufweist, zu geringeren Kosten hergestellt werden.
• Wenn die Mengen an Mn, Si und C zu klein sind, wird das resultierende Rohmaterial für das FeMS-Pulver (oder das FeMS-Rohmaterial) zu einer duktilen Legierung, und daher wird es schwierig, es zu einem feinen Pulver zu pulverisieren. Darüber hinaus wird eine Zugabemenge des FeMS-Pulvers im Rohmaterialpulver groß, und somit steigen die Kosten für die gesinterte Eisenlegierung. Dagegen ist ein FeMS-Pulver oder -Rohmaterial mit zu viel Mn, Si oder C nicht bevorzugt, da die Beschaffungskosten höher sind. Man beachte, dass, wenn die Pulverisierungseignung dieses FeMS-Pulvers angesprochen wird, das Vorhandensein von C besonders wichtig ist.
• Obwohl die oberen und unteren Grenzwerte für Mn im FeMS-Pulver innerhalb des oben genannten Zahlenbereichs nach Belieben gewählt werden können, ist es daher besonders bevorzugt, dass Zahlenwerte, die nach Belieben aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus 58%, 60%, 65%, 68% und 70% besteht, die oberen und unteren Grenzwerte bilden können, bezogen auf insgesamt 100% FeMS-Pulver. Obwohl die oberen und unteren Grenzwerte für C im FeMS-Pulver nach Belieben innerhalb des oben genannten Zahlenbereichs ausgewählt werden können, ist es darüber hinaus besonders bevorzugt, dass die Zahlenwerte, die nach Belieben aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus 1,5%, 2%, 2,5% und 3% besteht, die oberen und unteren Grenzwerte bilden können. Und obwohl die oberen und unteren Grenzwerte von Mn/Si im FeMS-Pulver nach Belieben innerhalb des oben genannten Zahlenbereichs ausgewählt werden können, ist es besonders bevorzugt, dass Zahlenwerte, die nach Belieben aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus 3,3, 3,6, 3,8, 4,2, 4,4 und 4,6 besteht, die oberen und unteren Grenzwerte bilden können.
• Im FeMS-Pulver ist es bevorzugt, dass eine darin enthaltene O-Menge 1,5% oder weniger, 1,2% oder weniger, 1% oder weniger und ferner 0,8% oder weniger ist. Wenn die O-Menge im Rohmaterialpulver zunimmt, kann die Verstärkungswirkung, die ein Ergebnis von Mn und Si ist, nicht ausreichend zum Tragen kommen. Ferner ist es in einem Fall, wo ein Pulverpresskörper, dessen Dichte so ultrahoch ist, dass ein Grünlings-Dichteverhältnis (oder _ρ/_ρ0), das heißt, ein Verhältnis einer Rohdichte bzw. eines Schüttgewichts (ρ) des Pulverpresskörpers in Bezug auf eine theoretische Dichte (_ρ0) 96% überschreitet, nicht bevorzugt, dass O das in seinem Innerem vorliegt, das dies die Ursache für Aufblähungen (oder Blasen) im resultierenden Sinterkörper werden kann.
• (3) Obwohl das Verhältnis, in dem das FeMS-Pulver in das Rohmaterialpulver gemischt wird, abhängig von einer Zusammensetzung des FeMS-Pulvers oder einer gewünschten Eigenschaft der gesinterten Eisenlegierung (oder einer Zusammensetzung der gesinterten Eisenlegierung) verschieden sein kann, ist es zulässig, eine Menge von 0,05 bis 3% einzumischen, bezogen auf 100 Massenprozent Rohmaterialpulver.
• Wenn eine Zumischungsmenge des FeMS-Pulvers zu klein ist, können die Eigenschaften der resultierenden gesinterten Eisenlegierung nicht verbessert werden, während eine zu große Menge nicht bevorzugt ist, weil die Maßhaltigkeit oder die Dehnung der resultierenden gesinterten Eisenlegierung möglicherweise verschlechtert wird. Obwohl die oberen und unteren Grenzwerte für die zugemischte FeMS-Pulvermenge beliebig innerhalb dieses Zahlenbereichs gewählt werden können, ist es besonders bevorzugt, dass Zahlenwerte, die nach Belieben aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus 0,05%, 0,1%, 0,2%, 0,3%, 2,1%, 2,5% und 3% besteht, die oberen und unteren Grenzwerte bilden können, bezogen auf insgesamt 100 Massenprozent Rohmaterialpulver.
• (4) Je kleiner der Teilchendurchmesser des FeMS-Pulvers ist, desto besser werden nicht nur das Grünlings-Dichteverhältnis und ein Sinterkörper-Dichteverhältnis (_ρ'/_ρ0'), das heißt, ein Verhältnis eines Schüttgewichts (ρ') eines Sinterkörpers in Bezug auf dessen theoretische Dichte (_ρ0'), sondern desto besser werden auch die Maßhaltigkeit und verschiedene mechanische Eigenschaften usw. Die Gründe dafür scheinen die Folgenden zu sein: Es werden wahrscheinlich homogene gesinterte Eisenlegierungen erhalten, in denen Variationen der Zusammensetzung oder Segregationen seltener vorkommen; jedoch ist dieser Grund derzeit nicht endgültig bestätigt.
• Übrigens ist es schwierig, ein Pulver mit einem kleineren Teilchendurchmesser zu erzeugen, oder dessen Erzeugung ist teurer. Jedoch kann das FeMS-Pulver der vorliegenden Erfindung kostengünstig erzeugt werden, da es sich relativ einfach in ein feines Pulver umbilden lässt. Selbst wenn FeMS-Rohmaterialien wie pulverisiert verwendet werden, so kann dieses FeMS-Pulver beispielsweise in ein Pulver umgebildet werden, dessen Teilchendurchmesser ungefähr bei 45 μm oder weniger (oder bei – 45 μm) liegt. Dies ist ein ausreichend Teilchendurchmesser, auch im Vergleich mit herkömmlichen Verstärkungspulvern.
• In der Praxis ist es jedoch eher bevorzugt, eine Schwankung des Teilchendurchmessers zu begrenzen, und dann ein feines Pulver mit einer viel feineren Körnung zu verwenden, um die Eigenschaften der gesinterten Eisenlegierung zu verbessern oder die Qualität zu stabilisieren. Somit ist es empfehlenswert, ein FeMS-Pulver zu verwenden, das mittels Siebung und dergleichen klassiert wurde. Genauer gesagt ist es beispielsweise empfehlenswert, ein FeMS-Pulver zu verwenden, das nicht nur auf 45 μm oder weniger, sondern auf 30 μm oder weniger, 20 μm oder weniger, 10 μm oder weniger, 8 μm oder weniger und sogar 6 μm oder weniger usw. klassiert wurde. Obwohl der untere Grenzwert für den Teilchendurchmesser eines FeMS-Pulvers nicht unbedingt kritisch ist, liegt er im Hinblick auf Handhabbarkeit und Produktionskosten vorzugsweise bei 1 μm oder mehr und ferner 3 μm oder mehr.
• Man beachte, dass man neben der Indizierung anhand der oben genannten Klassierung auch unter anderem einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser und eine Korngrößenverteilung als Index für die Bewertung der Teilchengröße eines FeMS-Pulvers verwenden kann. In der Praxis bietet es sich jedoch an, und vom industriellen Standpunkt aus ist es vorzuziehen, die Teilchengröße in einem FeMS-Pulver mit einem oberen Grenzwert der Teilchen zu beschreiben. Daher wird in der vorliegenden Beschreibung die Teilchengröße in einem FeMS-Pulver mittels eines oberen Grenzwerts der Teilchen bestimmt. Beispielsweise gibt „ein Teilchendurchmesser von 45 μm oder weniger” an, dass ein maximaler Teilchendurchmesser 45 μm oder weniger ist, was gegebenenfalls als „– 45 μm” dargestellt wird.
• (5) Geeigneterweise kann das Rohmaterialpulver als ein weiteres Verstärkungspulver ein C-Systempulver zum FeMS-Pulver enthält. Obwohl C in der gesinterten Eisenlegierung auch von einem Fe-Systempulver oder einem FeMS-Pulver kommen kann, ist es bevorzugt, wenn ein C-Systempulver durch separates oder unabhängiges Zumischen in das Rohmaterialpulver vorhanden ist, um das Härten der Fe-Systempulver zu vermeiden, oder um die Steuerung der C-Menge in der Zusammensetzung zu erleichtern. Als ein solches C-Systempulver eignet sich ein Graphitpulver (oder „Gr”-Pulver), in dem C praktisch 100% ausmacht, obwohl es auch möglich ist, Fe-C-Legierungspulver (oder Zementitpulver), verschiedene Carbidpulver und dergleichen zu verwenden.
• Jedenfalls kann das Rohmaterialpulver geeigneterweise so hergestellt werden, dass am Ende Mn 0,5 bis 1,5% ausmacht, Si 0,15 bis 0,6% ausmacht und C 0,2 bis 0,9% ausmacht, bezogen auf insgesamt 100% Eisenlegierung.
• <<Herstellungsschritte>>
• Da das Verfahren zur Erzeugung einer gesinterten Eisenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung in erster Linie einen Verdichtungsschritt und einen Sinterungsschritt umfasst, werden diese Schritte in dieser Reihenfolge erklärt.
• <Verdichtungsschritt>
• (1) Der Verdichtungsschritt ist ein Schritt, in dem das oben beschriebene Rohmaterialpulver, in dem ein Fe-Systempulver mit einem Verstärkungspulver gemischt vorliegt, unter Druck verdichtet wird, wodurch das Rohmaterialpulver in einen Pulverpresskörper umgeformt wird. Ein Verdichtungsdruck bei dieser Gelegenheit, eine Dichte des resultierenden Pulverpresskörpers (oder ein Grünlings-Dichteverhältnis), eine Form des resultierenden Pulverpresskörpers und dergleichen sind in keiner Weise beschränkt.
• Jedoch ist es zulässig, den Verdichtungsdruck und das Grünlings-Dichteverhältnis zumindest so weit einzustellen, dass der resultierende Pulverpresskörper nicht leicht zusammenfällt. Beispielsweise liegt der Verdichtungsdruck vorzugsweise bei 350 MPa oder mehr, 400 MPa oder mehr, 500 MPa oder mehr und weiter 550 MPa oder mehr. Was das Grünlings-Dichteverhältnis betrifft, so kann dies vorzugsweise 80% oder mehr, 85% oder mehr und ferner 90% oder mehr betragen Je höher der Verdichtungsdruck und das Grünlings-Dichteverhältnis werden, desto wahrscheinlicher ist es, dass die gesinterte Eisenlegierung mit höherer Festigkeit erhalten werden kann; jedoch ist es zulässig, einen optimalen Verdichtungsdruck oder ein optimales Grünlings-Dichteverhältnis gemäß den Anwendungen und den Spezifikationen für die gesinterte Eisenlegierung auszuwählen. Darüber hinaus ist es auch zulässig, dass der Verdichtungsschritt entweder durch Kaltverdichten oder Warmverdichten ausgeführt wird, und es ist auch zulässig, dem Rohmaterialpulver einen internen Schmierstoff zuzusetzen. Im Falle einer Zugabe von internem Schmierstoff wird das Rohmaterialpulver, welches den internen Schmierstoff enthält, als Rohmaterialpulver betrachtet.
• (2) Wie im oben genannten Patentdokument Nr. 3 offenbart, haben die Erfinder ein Verdichtungsverfahren für einen Pulverpresskörper geschaffen, wobei dieses Verdichtungsverfahren eine Verdichtung unter ultrahohem Druck, der allgemeine Verdichtungsdrücke übertrifft, möglich macht. Gemäß diesem Verdichtungsverfahren ist eine Pulververdichtung bei ultrahohen Drücken wie 750 MPa oder mehr, 800 MPa oder mehr, 900 MPa oder mehr, 1000 MPa oder mehr, 1200 MPa oder mehr, 1500 MPa oder mehr und ferner etwa 2000 MPa möglich. Die Dichte eines Pulverpresskörpers, die dadurch erhalten werden kann, kann 96% oder mehr, 97% oder mehr, 98% oder mehr und ferner bis zu 99% erreichen. Dieses Verdichtungsverfahren (im Folgenden gegebenenfalls als das „Formwandschmierung/Warmdruck-Verdichtungsverfahren” bezeichnet) kann wie folgt zusammengefasst werden.
• Das Formwandschmierung/Warmdruck-Verdichtungsverfahren (d. h. ein Verdichtungsschritt) umfasst einen Befüllungsschritt, in dem das Rohmaterialpulver in eine Form gefüllt wird, auf deren Innenfläche ein Schmiermittel aus einem höhere-Fettsäure-System aufgetragen wurde, und einen Warmdruck-Verdichtungsschritt, in dem unter Anlegung von Wärme und Druck ein Metallseifenfilm auf der Oberfläche des in diese Form gegebenen Rohmaterialpulvers ausgebildet wird, die mit der Innenfläche der Form in Kontakt steht.
• Gemäß diesem Verdichtungsverfahren zeigen sich selbst dann, wenn der Verdichtungsdruck wesentlich erhöht wird, nicht die Nachteile, mit denen allgemeine Verdichtungsverfahren behaftet sind. Genauer gesagt können das Festfressen zwischen dem Rohmaterialpulver und der Innenfläche der Form, die übermäßig zunehmende Ausstoßungskraft, die Verkürzung der Lebensdauer der Form und dergleichen begrenzt werden. Im Folgenden werden der Befüllungsschritt und der Warmdruck-Verdichtungsschritt ausführlicher erläutert.
• (a) Befüllungsschritt
• Bevor das Rohmaterialpulver in eine Form (d. h. eine Kavität bzw. Negativform) gefüllt wird, wird ein Schmierstoff aus einem höhere-Fettsäure-System auf die Innenfläche einer Form aufgetragen (d. h. ein Aufbringungsschritt). Bei dem hierin verwendete Schmiermittel eines höhere-Fettsäure-Systems kann es sich außer um eine höhere Fettsäure an sich auch um metallische Salze von höheren Fettsäuren handeln. Was die metallische Salze von höheren Fettsäuren betrifft, so können dies unter anderem Lithiumsalze, Calciumsalze oder Zinksalze sein. Insbesondere sind Lithiumstearat, Calciumstearat, Zinkstearat usw. bevorzugt. Zusätzlich zu diesen können auch Bariumstearat, Lithiumpalmitat, Lithiumoleat, Calciumpalmitat, Calciumoleat usw. verwendet werden.
• Der Aufbringungsschritt kann beispielsweise durch Sprühen eines Schmierstoffs eines höhere-Fettsäure-Systems, der zum Beispiel in Wasser, einer wässrigen Lösung oder einer alkoholischen Lösung dispergiert ist, in eine erwärmte Form durchgeführt werden. Wenn ein Schmierstoff eines höhere-Fettsäure-Systems in Wasser usw. dispergiert ist, wird der Schmierstoff des höhere-Fettsäure-Systems wahrscheinlich gleichmäßig auf die Innenfläche einer Form gesprüht. Wenn er in eine erwärmte Form gesprüht wird, verdampft das enthaltene Wasser usw. schnell, und somit haftet der Schmierstoff des höhere-Fettsäure-Systems gleichmäßig an der Innenfläche der Form. Was die Erhitzungstemperatur der Form betrifft, so ist es zwar bevorzugt, diese im Hinblick auf die Temperatur im Warmdruck-Verdichtungsschritt, der weiter unten beschrieben wird, einzustellen, aber eine vorab durchgeführte Erwärmung auf 100°C oder mehr ist beispielsweise ausreichend. Um eine gleichmäßige Beschichtung aus einem Schmierstoff aus einem höhere-Fettsäure-System zu bilden, ist es in der Praxis jedoch bevorzugt, die Erhitzungstemperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Schmierstoffs aus dem höhere-Fettsäure-System einzustellen. Beispielsweise kann in einem Fall, wo Lithiumstearat als ein Schmierstoff aus einem höhere-Fettsäure-System verwendet wird, die Erhitzungstemperatur auf unter 220°C eingestellt werden.
• Man beachte, dass es beim Dispergieren eines Schmierstoffs aus einem höhere-Fettsäure-System in Wasser und dergleichen bevorzugt ist, den Schmierstoff aus dem höhere-Fettsäure-System in einem Anteil von 0,1 bis 5 Massenprozent, und insbesondere von 0,5 bis 2 Massenprozent, bezogen auf insgesamt 100 Massenprozent der wässrigen Lösung, aufzunehmen, da eine gleichmäßige Schmierstoffbeschichtung an der Innenfläche einer Form ausgebildet wird.
• Beim Dispergieren eines Schmierstoffs aus einem höhere-Fettsäure-System in Wasser und dergleichen kann außerdem angestrebt werden, den Schmierstoff aus dem höhere-Fettsäure-System gleichmäßig zu verteilen, wenn dem Wasser vorab ein Tensid zugesetzt wird. Was dieses Tensid betrifft, so können beispielsweise Schmierstoffe aus einem Alkylphenolsystem, Polyoxyethylennonylphenylether (EO) 6, Polyoxyethlyennonylphenolether (EO) 10, Schmierstoffe vom anionischen/nicht-ionischen Typ, Emulbon T-80 eines Borsäureester-Systems und dergleichen verwendet werden. Man kann auch zwei oder mehr davon in Kombination verwenden. Wenn beispielsweise Lithiumstearat als Schmierstoff eines höhere-Fettsäure-Systems verwendet wird, werden bevorzugt drei von den Tensiden, nämlich Polyoxyethylennonylphenylether (EO) 6, Polyoxyethylennonylphenolether (EO) 10 und Emulbon T80 aus dem Borsäureester-System, gleichzeitig verwendet. Der Grund dafür ist, dass in diesem Fall die Dispergierbarkeit von Lithiumstearat in Wasser und dergleichen im Vergleich zu einem Fall, wo nur eines dieser Tenside zugesetzt wird, noch besser aktiviert wird.
• Um eine wässrige Lösung eines Schmierstoffs aus einem höhere-Fettsäure-System zu erhalten, dessen Viskosität für ein Versprühen geeignet ist, wird der Anteil eines Tensids vorzugsweise auf 1,5 bis 15 Vol.-%, bezogen auf insgesamt 100 Vol.-% der wässrigen Lösung, eingestellt.
• Außerdem kann man eine kleine Menge an Schaumverhütungsmittel (beispielsweise ein Schaumverhütungsmittel eines Siliciumsystems und dergleichen) zusetzen. Der Grund dafür ist, dass, wenn die Blasenbildung in einer wässrigen Lösung heftig ist, weniger leicht eine gleichmäßige Beschichtung aus einem Schmierstoff eines höhere-Fettsäure-Systems an der Innenfläche ein Form ausgebildet wird, wenn dieser aufgesprüht wird. Es ist empfehlenswert, dass ein Anteil, in dem ein Schaumverhütungsmittel zugesetzt wird, bei beispielsweise etwa 0,1 bis 1 Vol.-% liegt, bezogen auf insgesamt 100 Vol.-% der wässrigen Lösung.
• Geeigneterweise können die Teilchen eines Schmierstoffs aus einem höhere-Fettsäure-System, der in Wasser und dergleichen dispergiert ist, einen maximalen Teilchendurchmesser von unter 30 μm aufweisen. Der Grund dafür ist, dass, wenn der maximale Teilchendurchmesser 30 μm oder mehr beträgt, die Teilchen eines Schmierstoffs aus einem höhere-Fettsäure-System leichter in einer wässrigen Lösung ausfallen, so dass es schwierig wird, den Schmierstoff aus dem höhere-Fettsäure-System gleichmäßig auf die Innenfläche einer Form aufzutragen.
• Das Auftragen einer wässrigen Lösung, in der ein Schmierstoff aus einem höhere-Fettsäure-System dispergiert ist, kann beispielsweise unter Verwendung von Spritzpistolen, elektrostatischen Lackierpistolen und dergleichen durchgeführt werden. Man beachte, dass die Erfinder anhand von Untersuchungen der Beziehung zwischen der Aufbringungsmenge von Schmierstoffen aus einem höhere-Fettsäure-System und der Ausstoßkraft für Pulverpresskörper herausgefunden haben, dass ein Schmierstoff aus einem höhere-Fettsäure-System vorzugsweise in einer Dicke von etwa 0,5 bis 1,5 μm an der Innenfläche einer Form haften sollte.
• (b) Warmdruck-Verdichtungsschritt
• Man nimmt an, dass, wenn ein Rohmaterialpulver, das in eine Form gefüllt wurde, auf deren Innenfläche ein Schmierstoff aus einem höhere-Fettsäure-System aufgebracht wurde, unter Wärme und Druck verdichtet wird, eine Metallseifenschicht auf der Oberfläche des Rohmaterialpulvers (oder des Pulverpresskörpers), die mit der Innenfläche der Form in Kontakt steht, ausgebildet wird, so dass eine Verdichtung unter ultrahohem Druck auf industriellen Niveau wegen der Anwesenheit dieses Metallseifenfilms möglich ist. Diese Metallseifenschicht bindet stark an die Oberfläche des Pulverpresskörpers und zeigt eine viel bessere Schmierwirkung als der Schmierstoff aus dem höhere-Fettsäure-System, der an der Innenfläche der Form gehaftet hat. Infolgedessen ist die Reibungskraft zwischen der Kontaktfläche der Innenfläche der Form und der Kontaktfläche der Außenfläche des Pulverpresskörpers stark herabgesetzt, und es wird trotz einer Verdichtung unter hohem Druck kein Festfressen und dergleichen bewirkt. Außerdem kann der resultierende Pulverpresskörper mit einer sehr niedrigen Ausstoßkraft aus der Form geholt werden, und somit fällt auch die übermäßig starke Verkürzung der Lebensdauer weg.
• Bei der Metallseifenschicht handelt es sich beispielsweise um eine Eisensalzschicht einer höheren Fettsäure, die durch eine mechanochemische Reaktion gebildet wird, die zwischen einem Schmierstoff eines höhere-Fettsäure-Systems und Fe in einem Rohmaterialpulver unter Wärme und hohem Druck abgelaufen ist. Ein stellvertretendes Beispiel dafür ist eine Eisenstearatschicht, die gebildet wird, wenn Lithiumstearat oder Zinkstearat, das heißt, ein Schmierstoff eines höhere-Fettsäure-Systems, mit Fe reagiert.
• „Wärme”, auf die im vorliegenden schritt Bezug genommen wird, ein Grad einer Erwärmung sein, die die Reaktion zwischen einem Rohmaterialpulver und einem Schmierstoff eines höhere-Fettsäure-Systems erleichtert. Grob gesagt ist es zulässig, die Verdichtungstemperatur auf 100°C oder mehr einzustellen. Unter dem Gesichtspunkt, dass die degenerative Veränderung eines Schmierstoffs eines höhere-Fettsäure-Systems verhindert werden soll, sollte jedoch die Verdichtungstemperatur auf 200°C oder weniger eingestellt werden. Noch besser geeignet ist eine Verdichtungstemperatur, die in einem Bereich von 120 bis 180°C liegt.
• „Druck”, auf den im vorliegenden Schritt Bezug genommen wird, kann geeigneterweise unter Berücksichtigung der Spezifikationen der gesinterten Eisenlegierung in einem Bereich bestimmt werden, in dem eine Metallseifenschicht gebildet wird. Im Hinblick auf die Lebensdauer der Form und die Produktivität wird der obere Grenzwert für den Verdichtungsdruck vorzugsweise auf 2000 MPa eingestellt. Wenn der Verdichtungsdruck etwa 1500 erreicht, nähert sich auch die Dichte des erhaltenen Pulverpresskörpers der absoluten Dichte an (erreicht 98 bis 99% gegenüber einem Grünlings-Dichteverhältnis), und auch bei Anlegung eines Drucks von 2000 MPa oder mehr ist keine noch höhere Verdichtung zu erwarten.
• Man beachte, dass bei Verwendung dieses unter Verwendung eines Wandschmierstoffs durchgeführten Warmdruck-Verdichtungsverfahrens kein interner Schmierstoff verwendet werden muss, und dass daher ein Pulverpresskörper mit einer viel höheren Dichte erhalten werden kann. Wenn dieser Pulverpresskörper gesintert wird, kommt es außerdem nicht dazu, dass das Innere eines Ofens einhergehend mit dem Zerfall, der Emission usw. eines internen Schmierstoffs verschmutzt wird. Es sei jedoch klargestellt, dass in der vorliegenden Erfindung die Verwendung eines internen Schmierstoffs trotzdem nicht ausgeschlossen ist.
• <Sinterungsschritt>
• Bei dem Sinterungsschritt handelt es sich um einen Schritt, in dem ein Pulverpresskörper, der im Verdichtungsschritt erhalten wird, durch Erwärmen in einer oxidationsfeindlichen Atmosphäre gesintert wird. Die Sinterungstemperatur und die Sinterungsdauer werden unter Berücksichtigung unter anderem der gewünschten Eigenschaften und der Produktivität der gesinterten Eisenlegierung auf geeignete Weise eingestellt. Je höher die Sinterungstemperatur ist, in desto kürzerer Zeit kann hochfeste gesinterte Eisenlegierung erhalten werden. In der Praxis entstehen jedoch flüssige Phasen oder die Schrumpfung nimmt zu, wenn die Sinterungstemperatur zu hoch ist, was unerwünscht ist. Wenn die Sinterungstemperatur zu niedrig ist, reicht die Diffusion der Legierungselemente nicht aus, was unerwünscht ist. Außerdem dauert die Sinterung länger, und somit nimmt die Produktivität der gesinterten Eisenlegierungen ab. Infolgedessen ist die Sinterungstemperatur vorzugsweise 900°C oder mehr und insbesondere 950°C oder mehr; und sie ist vorzugsweise 1400°C oder weniger und insbesondere 1350°C oder weniger.
• Genauer kann zum Erhalt einer gesinterten Eisenlegierung mit höherer Festigkeit die Sinterungstemperatur auf 1000°C oder mehr, 1100°C oder mehr und insbesondere 1150°C oder mehr eingestellt werden. Wenn ein FeMS-Pulver mit einer geringeren Korngröße bzw. Körnung (genauer gesagt, ein feines Pulver, das auf 8 μm oder weniger klassiert wurde und insbesondere auf 5 μm oder weniger klassiert wurde) verwendet wird, kann die gesinterte Eisenlegierung mit höherer Festigkeit jedoch bei einer Sinterungstemperatur von 1025°C oder mehr und insbesondere von 1075°C oder mehr erhalten werden. Bei Verwendung eines Pulvers aus einem Fe-System mit einer geringeren Korngröße (genauer gesagt eines feinen Pulvers, das auf 70 μm oder weniger und insbesondere auf 65 μm oder weniger klassiert wurde) zusammen mit dem FeMS-Pulver mit der geringeren Korngröße, kann die gesinterte Eisenlegierung mit der höheren Festigkeit bei einer Sinterungstemperatur von 950°C oder mehr und insbesondere von 1050°C oder mehr erhalten werden.
• Die Sinterungsdauer kann unter Berücksichtigung von beispielsweise der Sinterungstemperatur, der Spezifikationen, der Produktivität und der Kosten für die gesinterte Eisenlegierung auf 0,1 bis 3 Stunden und insbesondere auf 0,1 bis 2 Stunden eingestellt werden.
• (2) Als Sinterungsatmosphäre ist eine Atmosphäre zulässig, die eine Oxidation verhindert bzw. die oxidationsfeindlich ist. Mn und Si, die Legierungselemente, weisen eine äußerst starke Affinität zu O auf, und daher können diese Elemente sehr leicht oxidiert werden. Da ein FeMS-Pulver wie das der vorliegenden Erfindung eine geringere freie Energie für eine Oxidbildung braucht als die einfachen Stoffe Mn und Si, besteht die Sorge, dass es in einem Wärmeofen sogar mit wenig vorhandenem O reagiert, um die Oxide von Mn und Si im gesinterten Körper zu bilden. Die Einlagerung solcher Oxide ist ungünstig, da sie die mechanischen Eigenschaften der gesinterten Eisenlegierung verschlechtern. Somit ist die Sinterungsatmosphäre vorzugsweise eine Atmosphäre, die eine Oxidation verhindert, wie eine Vakuumatmosphäre, eine Inertgasatmosphäre oder eine Stickstoffgasatmosphäre.
• Wenn verbliebener Sauerstoff (oder ein Sauerstoff-Partialdruck) in einer solchen Atmosphäre von Bedeutung ist, kann eine reduzierende Atmosphäre verwendet werden, in der ein Wasserstoffgas (hochreines Wasserstoffgas, das auf einen niedrigen Taupunkt (beispielsweise –30°C oder weniger) gereinigt wurde) in einer Menge von wenigen Vol.-% (von beispielsweise 2 bis 10 Vol.-%, bezogen auf insgesamt 100 Vol.-%) mit einem Stickstoffgas gemischt ist.
• In einem Fall, wo die Verwendung eines Wasserstoffgases ungünstig ist, ist es empfehlenswert, den Sinterungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Inertgasatmosphäre mit einem ultraniedrigen Sauerstoff-Partialdruck auszuführen, wobei der Sauerstoff-Partialdruck gleich 10^–19 oder noch weniger ist (CO-Konzentration von 100 ppm oder weniger). In einer solchen Inertgasatmosphäre mit einem ultraniedrigen Sauerstoff-Partialdruck werden selbst dann, wenn beispielsweise ein FeMS-Pulver mit O reagiert, das an einem Rohmaterialpulver haftet, so dass Oxidverbindungen und dergleichen gebildet werden, diese Oxidverbindungen weiter zersetzt. Infolgedessen kann eine gesinterte Eisenlegierung mit einer gesunden Struktur erhalten werden, in der keine Oxide und dergleichen eingelagert sind. Man beachte, dass ein kontinuierlicher Sinterofen, der eine Inertgasatmosphäre unter einem ultraniedrigen Sauerstoff-Partialdruck (oder N₂-Gas) realisiert, im Handel erhältlich ist (OXYNON-Ofen, Hersteller KANTO YAKIN KOGYO Co., Ltd.).
• (3) Es ist sogar empfehlenswert, eine Sinterungshärtung durchzuführen, um eine Härtung anhand einer Kühlung durchzuführen, die auf eine Erwärmung im Sinterungsschritt folgt. Im Sinterungsschritt wird ein Pulverpresskörper üblicherweise auf eine hohe Sinterungstemperatur (beispielsweise von 1050 bis 1350°C, und insbesondere von 1100 bis 1300°C) erwärmt, die höher ist als die Al-Übergangstemperatur (etwa 730°C oder mehr) (d. h. ein Erwärmungsschritt). Dann wird eine Sinterungshärtung durch Abschrecken eines Sinterkörpers, der hierbei erwärmt wurde, von der Sinterungstemperatur auf ungefähr Raumtemperatur (oder bis auf oder unter den Ms-Punkt) durchgeführt (d. h. ein Abkühlungsschritt). Vorzugsweise liegt eine Abkühlungsgeschwindigkeit bzw. Kühlrate in diesem Fall bei 0,5 bis 3°C/Sekunde. Die oberen und unteren Grenzwerte dieser Geschwindigkeit können nach Belieben innerhalb dieses Zahlenbereichs ausgewählt werden, besonders bevorzugt ist es, wenn Zahlenwerte, die nach Belieben aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus 0,5°C/Sekunde, 0,7°C/Sekunde, 2°C/Sekunde und 2,5°C/Sekunde besteht, die oberen und unteren Grenzwerte bilden können. Eine höhere Abkühlungsgeschwindigkeit ist bevorzugt, da das Härten umso zuverlässiger abläuft, je schneller es vor sich geht; jedoch kann gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein ausreichendes Härten auch dann durchgeführt werden, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit niedriger ist. Infolgedessen ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Zwangskühlungsvorrichtung, die ein Abschrecken durchführt, nicht unbedingt notwendig, und daher können auch die Anlagekosten gesenkt werden. Man beachte, dass diese Wirkung besonders ausgeprägt ist, wenn die gesinterte Eisenlegierung außer C, Mn und Si auch Cr und Mo enthält.
• <<Gesinterte Eisenlegierung>>
• (1) In der gesinterten Eisenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht kritisch, ob die Dichte hoch oder niedrig ist. Das heißt, wie bei den herkömmlichen gesinterten Eisenlegierungen kann sie auch eine gesinterte Eisenlegierung mit niedriger Dichte sein, die durch Sintern eines Pulverpresskörpers, der mit einem für allgemeine Zwecke verwendeten Verdichtungsdruck verdichtet wurde, hergestellt wird, oder sie kann auch eine gesinterte Eisenlegierung mit hoher Dichte sein, die durch Sintern eines gesinterten Pulverpresskörpers von hoher Dichte, der einer unter hohem Druck stattfindenden Verdichtung unter Verwendung des oben beschriebenen, unter Verwendung eines Formwand-Schmierstoffs durchgeführten Warmdruck-Verdichtungsverfahrens unterzogen wird, hergestellt wird. In jedem Fall kann eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Maßhaltigkeit der gesinterten Eisenlegierung unter Verwendung eines FeMS-Pulvers angestrebt werden.
• Insbesondere ist ein Grünlings-Dichteverhältnis oder ein Sinterkörper-Dichteverhältnis, das 92% oder mehr, 95% oder mehr, 96% oder mehr und insbesondere 97% oder mehr wird, bevorzugt, da die resultierende Festigkeit eine hohe Festigkeit ist, die derjenigen von Sinterkörpern, die mittels eines zweifachen Pressens und einer zweifachen Sinterung (oder 2P2S) erhalten werden können, derjenigen von geschmiedeten Sinterkörpern und ferner derjenigen von druckgegossenen Werkstoffen gleichkommt.
• (2) Wie im oben angegebenen Patentdokument Nr. 7 beschrieben, haben die Erfinder bereits entdeckt, dass es im Fall eines Pulverpresskörpers mit ultrahoher Dichte (dessen Grünlings-Dichteverhältnis beispielsweise 96% oder mehr beträgt) zu einer Blasenbildung (oder zu Blasen) kommt. Insbesondere kommt es in einem Fall, wo in einem Rohmaterialpulver C, beispielsweise „Gr”-Pulver, enthalten ist, leicht zu einer solchen Blasenbildung. Wenn es zu einer solchen Blasenbildung kommt, ist es jedoch nur natürlich, dass die Maßhaltigkeit zwischen vor und nach dem Sintern stark nachlässt.
• Eine solche Blasenbildung wird durch verschiedene Gase, wie H₂O, CO und CO₂ bewirkt, die entstehen, wenn Feuchtigkeit oder Oxide und dergleichen, die an der Teilchenoberfläche eines Rohmaterialpulvers haften, während der Erwärmung im Sinterungsschritt reduziert oder zersetzt werden. Das heißt, man nimmt an, dass diese Gase in abgeschlossenen Hohlräumen innerhalb des resultierenden Sinterkörpers eingeschlossen sind, in dem die Teilchen der jeweiligen Bestandteile in einem Zustand vorliegen, in dem sie eng aneinander haften, und dass diese Gase sich dann während der Erwärmung im Sinterungsschritt ausdehnen, so dass es im resultierenden Sinterkörper zu einer Blasenbildung kommt. Wenn ein Pulverpresskörper verwendet wird, dessen Dichte auf herkömmlichem Niveau liegt, kommt es natürlich nicht so leicht zur oben beschriebenen Blasenbildung, da die erzeugten Gase durch Lücken, die zwischen den Teilchen eines Rohmaterialpulvers gebildet werden, nach außen entweichen können.
• In der Praxis wirken jedoch in einem Fall, wo ein FeMS-Pulver als Verstärkungspulver verwendet wird, wie in der vorliegenden Erfindung, Mn und Si (insbesondere Si) im FeMS-Pulver jeweils als Sauerstofffänger und verhindern somit eine Blasenbildung im resultierenden Sinterkörper. Der Grund dafür ist, dass Mn und Si eine stärkere Affinität für O zeigen als für C, so dass sie weniger freie Energie für eine Oxidbildung brauchen.
• Bei Verwendung eines FeMS-Pulvers wie in der vorliegenden Erfindung kann somit eine gesinterte Eisenlegierung mit guter Maßhaltigkeit selbst in einem Fall erhalten werden, wo diese einer starken Verdichtung unterzogen wurde.
• (3) Eine Metallstruktur der gesinterten Eisenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht beschränkt. Es ist empfehlenswert, sie durch Steuern einer Abkühlgeschwindigkeit nach dem Sinterungsschritt oder durch Ausführen von Wärmebehandlungen, die unabhängig sind vom Sinterungsschritt, gemäß benötigten Spezifikationen für die gesinterte Eisenlegierung in Martensit-Strukturen, Bainit-Strukturen, Perlit-Strukturen, Ferrit-Strukturen und deren Mischstrukturen umzuwandeln. Abhängig von Spezifikationen und Zusammensetzungen der gesinterten Eisenlegierung ist es auch zulässig, die gesinterte Eisenlegierung ferner Wärmebehandlungsschritten, wie Ausheilen, Normalglühen, Wärmealtern, Umschmelzen (z. B. Härten und Tempern) zu unterziehen.
• (4) Eine Form der gesinterten Eisenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung und ihr Verwendungszweck sind nicht beschränkt. Als Beispiele aus dem Automobilbereich für die Gegenstände aus gesinterter Eisenlegierung, welche die gesinterte Eisenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen, können die folgenden genannt werden: verschiedene Riemenscheiben, Synchronisationsnaben für Getriebe, Pleuel für Verbrennungsmotoren, Nabenhülsen, Kettenräder, Zahnkränze, Parksperrenräder, Ritzel usw. Außerdem gibt es noch die folgenden: Sonnenräder, Antriebszahnräder, Untersetzungszahnräder usw.
• BEISPIELE
• Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher unter Angabe spezieller Beispiele erklärt.
• <<Herstellung von Verstärkungspulver>>
• Als Verstärkungspulver, die in Fe-Systempulver gemischt werden soll, wurden die folgenden vorbereitet: zwei Arten von FeMS-Pulver mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, die in Tabelle 1 angegeben sind; und ein Cu-Pulver („DistaloyACu” (oder Fe – 10% Cu) mit Teilchendurchmessern von 20 bis 180 μm, ein Produkt von HOEGANAES AB Corp.).
• Zunächst wurde ein FeMS II-Pulver (oder ein Fe-Mn-Si-Pulver) eines der FeMS-Pulver, durch Pulverisieren eines Rohlings (oder eines erstarrten Metallgusskörpers), der in einer Ar-Gasatmosphäre druckgegossen worden war und dessen Mischungszusammensetzung Fe – 50 Mn – 30 Si (Einheiten: Massenprozent) war, an Luft hergestellt. Dann wurde ein FeMS IV-Pulver (oder Fe-Mn-Si-C-Pulver), das andere FeMS-Pulver, durch Pulverisieren von Siliciummangan (z. B. JIS Nr. 3), Hersteller NIHON DENKO Corp., an Luft hergestellt.
• Jedes der Pulver wurde 30 Minuten lang durch Pulverisieren anhand einer Vibrationsmühle, Hersteller CHUO KAKOKI Co., Ltd., durch Pulverisieren bearbeitet. Diejenigen, deren Zustand dem nach ihrer Pulverisierungsbearbeitung entspricht, werden in der vorliegenden Beschreibung und in Tabellen und Diagrammen, die der vorliegenden Beschreibung beigefügt sind, als „wie pulverisiert” bezeichnet, Diese pulverisierten Pulver wurden weiter gesiebt, wodurch sie auf angemessene Weise in FeMS-Pulver klassiert wurden, die unterschiedliche Korngrößen aufwiesen und deren Teilchendurchmesser beispielsweise kleiner als 5 μm (oder – 5 μm) war. Zum Vergleich waren, wie aus der weiter unten beschriebenen Tabelle 2 hervorgeht, Teilchendurchmesser „wie pulverisiert” kleiner als 45 μm (oder – 45 μm).
• (2) Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, war eine Mn/Si-Zusammensetzung im FeMS II-Pulver 1,5, während eine Mn/Si-Zusammensetzung im FeMS IV-Pulver 4 wurde.
• Außerdem sind Messergebnisse der Korngrößenverteilungen der „wie pulverisierten” FeMS II- und FeMS IV-Pulver, die derselben Pulverisierungsbehandlung unterzogen worden waren, in Tabelle 2 dargestellt. Bei der Messung wurden diese Korngrößenverteilungen mittels eines Laserbeugungs-Streuverfahrens unter Verwendung von „MT3000II”, einer Micro-Track-Korngrößenverteilungs-Messvorrichtung, Hersteller NIKKI-SO Co., Ltd., gemessen. In Tabelle 2 sind die Zahlenwerte, die D10, D50 und D90 entsprechen, maximale Werte von Teilchendurchmessern, die von 10%, 50% und 90% der gemessenen Pulverteilchen aufgewiesen werden. Betrachtet man das FeMS IV-Pulver, so war die Korngröße bei D90 11,5 (μm), das heißt, dass 90% aller Teilchen Teilchendurchmesser von 11,5 μm oder weniger aufwiesen. Wie aus einem Vergleich des D90-Werts des FeMS II-Pulvers mit dem des FeMS IV-Pulvers hervorgeht, war die Korngröße des FeMS IV-Pulver insgesamt wesentlich kleiner als die Korngröße des FeMS II-Pulvers, obwohl sie der gleichen Pulverisierungsbehandlung unterzogen worden waren, und somit wird klar, dass das FeMS IV-Pulver sich besser pulverisieren ließ (oder leichter kollabierte) als das FeMS II-Pulver.
• Bezogen auf insgesamt 100 Massenprozent FeMS-Pulver lag eine Fe-Menge im FeMS II-Pulver bei etwa 16,5%, während eine FeMS-Menge im FeMS IV-Pulver bei etwa 22,7% lag. Daher war der Fe-Anteil im FeMS IV-Pulver höher als im FeMS II-Pulver. Es scheint, dass das FeMS IV-Pulver sich trotzdem besser pulverisieren ließ als das FeMS II-Pulver, weil C im FeMS IV Pulver im Gegensatz zum FeMS II-Pulver in einer Menge von immerhin etwa 2,3% vorhanden war.
• <<Herstellung von Prüfkörpern>>
• <Versuchsbeispiel Nr. 1: Proben Nr. E493 bis E502, C1 und C2>
• Zusätzlich zu den oben genannten Verstärkungspulvern wurden ein reines Eisenpulver (z. B. ein reines Eisenpulver/”ASC100.29” mit Durchmessern von 20 bis 180 μm, ein Produkt von HOEGANAES Corp.), eines der Fe-Systempulver, und ein Graphit(oder „Gr”)-Pulver (z. B. „JCPB”, Hersteller NIHON KOKUEN Co., Ltd., mit Teilchendurchmessern von 45 μm oder weniger), eines der C-Systempulver, vorbereitet. Diese Pulver wurden mit Zinkstearat („ZnSt.”), einem der internen Schmierstoffe, auf verschiedene Weise gemischt, wie in Tabelle 3 dargestellt, und wurden dann mit einer Kugelmühle einem Kreiselmischen unterzogen, um eine Reihe von Pulvermischungen (oder Rohmaterialpulvern) herzustellen.
• Unter Verwendung verschiedener Arten der Pulvermischungen wurde Folgendes hergestellt: Prüfkörper (oder Basis-Prüfkörper: ⌀ 23 mm × 10 mm dick) zum Messen der Dichten und der Maßänderungen vor und nach dem Sintern; und Prüfkörper (oder Zugfestigkeits-Prüfkörper) mit einer Form, die in 1 dargestellt ist, die einem Zugfestigkeitstest unterzogen werden sollten.
• Genauer gesagt wurden zunächst verschiedene Arten von Pulvermischungen unter Druck bei 588 MPa unter Verwendung von Pressformen verdichtet, wodurch Pulverpresskörper erhalten wurden, die zwei Arten der Prüfkörperformen aufwiesen (d. h. ein Verdichtungsschritt). Diese Pulverpresskörper wurden jeweils bei 1150°C in einer Stickstoffgasatmosphäre unter Verwendung eines kontinuierlichen Sinterofens („OXYNON FURNACE”, Hersteller KANTO YAKIN KOGYOU Co., Ltd.) gesintert (d. h. ein Sinterungsschritt). Eine Ausgleichsglühungs-Haltezeit wurde auf 30 Minuten eingestellt, und eine Nachsinterungs-Abkühlungsgeschwindigkeit wurde auf 30°C/min (oder 0,5°C/s) eingestellt. Man beachte, dass eine CO-Konzentration innerhalb des Sinterofens so eingestellt wurde, dass eine Atmosphäre mit ultraniedrigem Sauerstoff-Partialdruck von 50 bis 100 ppm erhalten wurde (was bei Umwandlung in einen Sauerstoff-Partialdruck 10^–19 bis 10^–21 entspricht).
• <Versuchsbeispiel Nr. 2: Proben Nr. E503 bis E520>
• (1) Unter Verwendung eines Eisenlegierungspulvers (z. B. eines „CrL”-Pulvers/”AstaloyCrL” mit Teilchendurchmessern von 20 bis 180 μm, eines Produkts von HOEGANAES Corp.), dessen Bestandteils-Zusammensetzung Fe – 1,5% Cr – 0,2% Mo war (Einheiten: Massenprozent), anstelle des reinen Eisenpulvers in Versuchsbeispiel 1, wurden Rohmaterialpulver hergestellt. In diesem Fall wurden die jeweiligen Pulver ohne Verwendung eines internen Schmierstoffs auf verschiedene Weise gemischt, wie in Tabelle 4 dargestellt, und wurden dann mit einer Kugelmühle einem Kreiselmischen unterzogen, um eine Reihe von Pulvermischungen (oder Rohmaterialpulvern) herzustellen. Unter Verwendung dieser Rohmaterialpulver wurden Pulverpresskörper und Sinterkörper hergestellt, wobei diese Pulverpresskörper und Sinterkörper die gleichen Formen aufwiesen wie diejenigen der beiden Arten von Prüfkörpern, die im Versuchsbeispiel Nr. 1 spezifiziert wurden.
• (2) Jedoch wurden im vorliegenden Versuchsbeispiel die Pulverpresskörper anhand des folgenden unter Verwendung eines Formwand-Schmierstoffs durchgeführten Warmdruck-Verdichtungsverfahrens verdichtet (d. h. ein Verdichtungsschritt).
• Eine TiN-Beschichtungsbehandlung war zuvor an der Innenumfangsfläche jeder Form durchgeführt worden, und dann wurde deren Oberflächenrauigkeit auf 0,4 Z eingestellt. Die jeweiligen Formen waren zuvor mit einem Heizband auf 150°C erwärmt worden. Dann wurde eine wässrige Lösung, in der Lithiumstearat (oder „LiSt.”), einer der Schmierstoffe eines höhere-Fettsäure-Systems dispergiert worden war, mit einer Spritzpistole gleichmäßig auf eine Innenumfangsfläche der erwärmten Formen aufgetragen (d. h. ein Beschichtungsschritt). Somit wurde eine LiSt-Schicht bzw. ein LiSt-Film mit etwa 1 μm auf der Innenumfangsfläche der jeweiligen Formen ausgebildet.
• Die hier verwendete wässrige Lösung ist eine, in der LiSt. in Wasser, dem ein Tensid und ein Schaumverhütungsmittel zugesetzt worden war, dispergiert wurde. Als das Tensid wurden Polyoxyethylennonylphenylether (EO) 6 und (EO) 10 und Borsäureester Emulbon T-80 verwendet, die, bezogen auf die gesamte wässrige Lösung (d. h. 100 Vol.-%), jeweils in einer Menge von 1 Vol.-% zugesetzt wurden. Als das Schaumverhütungsmittel wurde FS Antifoam 80 verwendet, das, bezogen auf die gesamte wässrige Lösung (d. h. 100 Vol.-%), in einer Menge von 0,2 Vol.-% zugegeben wurde. Als LiSt. wurde eines verwendet, dessen Schmelzpunkt bei etwa 225°C lag und dessen Teilchendurchmesser etwa 20 μm war. Seine Dispersionsmenge wurde auf 25 g pro 100 cm³ der oben genannten wässrigen Lösung eingestellt. Die wässrige Lösung, in der LiSt dispergiert war, wurde ferner 100 Stunden lang einer Mikrofeinungsbehandlung mit einer Kugelmühlen-Pulverisierungsvorrichtung (z. B. mit teflonbeschichteten Stahlkugeln (Teflon^TM ist ein eingetragenes Warenzeichen)) unterzogen. Die so erhaltene Stammlösung wurde 20-fach verdünnt, und eine wässrige Lösung mit einer Endkonzentration von 1% wurde für den oben genannten Beschichtungsschritt bereitgestellt.
• In die Kavitäten der jeweiligen Formen, an deren Innenflächen der gleichmäßige LiSt.-Film ausgebildet worden war, wurden verschiedene Arten der oben beschriebenen Rohmaterialpulver auf natürliche Weise eingefüllt (d. h. ein Befüllungsschritt). Die Rohmaterialpulver waren vorab mit einer Trockenvorrichtung auf 150°C erwärmt worden, was der Temperatur der Gießformen entsprach.
• Die jeweiligen Rohmaterialpulver, die in die Formen gefüllt wurden, wurden mit 784 MPa verdichtet, wodurch Pulverpresskörper erhalten wurden (d. h. ein Warmdruck-Verdichtungsschritt). Jeder der Pulverpresskörper konnte mit einer geringeren Ausstoßkraft aus den Formen genommen werden, ohne dass es zu einem Festfressen oder dergleichen an den Innenflächen der Formen kam.
• (3) Die so erhaltenen Pulverpresskörper wurden auf die gleiche Weise wie im Versuchsbeispiel Nr. 1 gesintert. Was die jeweiligen Sinterkörper betrifft, so wurde ferner eine Stunde lang eine Wärmevergütungsbehandlung bei 200°C durchgeführt.
• <Versuchsbeispiel Nr. 3: Proben Nr. E521 bis E529>
• Unter Verwendung eines Eisenlegierungspulvers (z. B. eines „CrM”-Pulvers/”AstaloyCrM” mit Teilchendurchmessern von 20 bis 180 μm, eines Produkts von HOEGANAES Corp.), dessen Bestandteils-Zusammensetzung Fe – 3% Cr – 0,5% Mo (Einheiten: Massenprozent) war, anstelle des Eisenlegierungspulvers (d. h. des CrL-Pulvers) in Versuchsbeispiel Nr. 2 wurden Rohmaterialpulver hergestellt. Auch in diesem Fall wurden die jeweiligen Pulver ganz ohne Verwendung eines internen Schmiermittels, anhand des gleichen unter Verwendung einer Formwandschmierung durchgeführten Warmdruck-Verdichtungsverfahrens wie im Versuchsbeispiel Nr. 2 verdichtet, wobei Pulverrohmaterialien verwendet wurden, bei denen die jeweiligen Pulver auf verschiedene Weise gemischt waren, wie in Tabelle 5 dargestellt (d. h. ein Verdichtungsschritt). Ferner wurden die gleichen Sinterungs- und Warmvergütungsschritte ausgeführt wie im Versuchsbeispiel Nr. 2. Somit wurden verschiedene Arten von Pulverpresskörpern und Sinterkörpern, die in Tabelle 5 dargestellt sind, hergestellt.
• <<Messungen>>
• (1) Unter Verwendung der Basis-Prüfkörper, die jeweils in den oben genannten Versuchsbeispielen hergestellt worden waren, wurde Folgendes ermittelt: Dichten (oder G. D.) der Pulverpresskörper; Dichten (oder S. D.) der Sinterkörper; und Maßänderungen zwischen vor und nach dem Sintern (z. B. Änderungen des Außendurchmessers: ΔD).
• (2) Unter Verwendung der Zugfestigkeitstest-Prüfkörper, die jeweils in den oben genannten Versuchsbeispielen hergestellt worden waren, wurde ein Zugfestigkeitstest durchgeführt, wodurch Zugfestigkeiten, 0,2%-Dehnungsbeständigkeiten und Dehnungswerte ermittelt wurden. Darüber hinaus wurde eine Härte in einer der Seitenflächen des Zugfestigkeits-Prüfkörper mit einer Last von 30 kg mittels eines Vickers-Härtemessers gemessen.
• Die so erhaltenen Messergebnisse für die jeweiligen Prüfkörper sind in Tabelle 3 und in 2 bis 5 für das Versuchsbeispiel Nr. 1 angegeben; in Tabelle 4 und 6 bis 9 für das Versuchsbeispiel Nr. 2 angegeben; und in Tabelle 5 und 10 bis 13 für das Versuchsbeispiel Nr. 3 angegeben.
• <<Auswertungen>>
• <Versuchsbeispiel Nr. 1>
• (1) Maßänderung
• Wie aus Tabelle 3 und 2 hervorgeht, war die Maßänderung umso geringer, je kleiner die Menge an FeMS-Pulver war und je feiner außerdem seine Körnung war. Insbesondere waren in einem Fall, wo das feine FeMS IV-Pulver, dessen Teilchendurchmesser 5 μm oder weniger betrug, verwendet wurde, die Maßänderungen mit denen von Fällen vergleichbar, wo das herkömmliche Cu-Pulver oder FeMS II-Pulver verwendet wurde.
• (2) Härte
• Wie aus Tabelle 3 und 3 hervorgeht, wurde zwar die Härte umso größer, je größer die Menge an FeMS-Pulver war, aber die Körnung machte so gut wie keinen Unterschied. Darüber hinaus nahm die Härte in Fällen, wo das FeMS IV-Pulver verwendet wurde, im Vergleich zu Fällen, wo das herkömmliche Cu-Pulver oder FeMS II-Pulver verwendet wurde, stärker zu.
• (3) Zugfestigkeit
• Wie aus Tabelle 3 und 4 hervorgeht, wurde die Zugfestigkeit umso größer, je größer die Menge an FeMS-Pulver war und je feiner außerdem dessen Körnung war. Darüber hinaus bewirkte bei identischen Zumischungsmengen das FeMS-Pulver eine höhere Zugfestigkeit als das Cu-Pulver. Insbesondere war in einem Fall, wo das FeMS IV-Pulver (z. B. – 5 μm) verwendet wurde, die Zugfestigkeit um etwa 20% gegenüber einem Fall verbessert, wo das Cu-Pulver verwendet wurde.
• Außerdem wurde in den Proben, in denen das FeMS-Pulver verwendet wurde, die Zugfestigkeit sprunghaft höher, wenn die Menge des FeMS-Pulvers in einem Bereich von 1,5 bis 2 Massenprozent lag. Dagegen schwächte sich die Zunahme der Zugfestigkeit ab, wenn die Menge des FeMS-Pulvers bei 2,5 Massenprozent oder darüber lag.
• (4) Dehnung
• Wie aus Tabelle 3 und 5 hervorgeht, wurde die Dehnung umso größer, je kleiner die Menge an FeMS-Pulver war und je feiner außerdem seine Körnung war. Darüber hinaus bewirkte das FeMS-Pulver bei identischen Zumischungsmengen eine stärkere Dehnung als das Cu-Pulver. Außerdem wurde in den Proben, in denen das FeMS-Pulver verwendet wurde, die Zugfestigkeit sprunghaft größer, wenn die Menge des FeMS-Pulvers im Bereich von 1,5 bis 2 Massenprozent lag. Dagegen schwächte sich die Zunahme der Zugfestigkeit ab, wenn die Menge des FeMS-Pulvers bei 2,5 Massenprozent oder darüber lag.
• (5) Aus den obigen Ergebnissen wurde deutlich, dass in einem Fall, wo das FeMS IV-Pulver, insbesondere dessen feines Pulver (z. B. – 5 μm) verwendet wurde, Maßänderungen, Härte- und Dehnungswerte gezeigt wurden, die mit denen eines Falles vergleichbar waren, wo das herkömmliche Cu-Pulver oder dergleichen verwendet wurde, während die Zugfestigkeitswerte erheblich zunahmen.
• Anders ausgedrückt – selbst wenn die Zumischungsmenge des FeMS IV-Pulvers gegenüber der Zumischungsmenge des herkömmlichen Cu-Pulvers verkleinert wurde, wurde deutlich, dass eine hohe Festigkeit erhalten werden konnte, wobei diese hohe Festigkeit höher ist als in einem Fall, wo ein Cu-Pulver verwendet wird. Nebenbei wurde in einem solchen Fall bestätigt, dass sich zwar die Härte kaum änderte, aber dass die Maßänderungen viel kleiner wurden und die Dehnungswerte viel größer wurden, was zu sehr erfreulichen Ergebnissen führte.
• Somit verursacht das FeMS IV-Pulver in der Tat wesentlich weniger Kosten für das Rohmaterial als das Cu-Pulver und das Fe-MS II-Pulver. Da außerdem gute Eigenschaften erhalten werden können, die denen von herkömmlichen gesinterten Eisenlegierungen gleich kommen oder diese sogar übertreffen, können die Herstellungskosten für die vorliegenden gesinterten Eisenlegierungen erheblich gesenkt werden.
• <Versuchsbeispiel Nr. 2>
• (1) Maßänderung
• Wie aus Tabelle 4 und 6 hervorgeht, hing die Maßänderung weder vom Teilchendurchmesser des FeMS-Pulvers noch von der „Gr”-Menge ab, und war mit einer Schwankung von etwa ±0,1 stabil. Insbesondere lag in einem Fall, wo das feine FeMS IV-Pulver (z. B. – 5 μm verwendet wurde), die Maßänderung unabhängig von der „Gr”-Menge mit einer Schwankung von etwa ±0,05 sehr stabil.
• (2) Härte
• Wie aus Tabelle 4 und 7 hervorgeht, nahm zwar die Härte umso mehr zu, je größer die FeMS-Pulvermenge war, aber die Körnung machte fast keinen Unterschied.
• (3) Zugfestigkeit
• Wie aus Tabelle 4 und 8 hervorgeht, wurde bei einer Vergrößerung der FeMS IV-Pulvermenge bis auf 1,5 Massenprozent die Zugfestigkeit umso größer, je größer die FeMS-Pulvermenge wurde. Jedoch zeigte die Zugfestigkeit eine Tendenz nach unten, wenn die FeMS IV-Pulvermenge auf 1,5 Massenprozent oder mehr zunahm. Darüber hinaus zeigte die Zugfestigkeit eine Tendenz nach oben, je feiner die Körnung des FeMS IV-Pulvers war. Darüber hinaus übertraf die Zugfestigkeit der gesinterten Eisenlegierungen in jedem Fall 1000 MPa, wenn die FeMS IV-Pulvermenge 1,0 Massenprozent übertraf.
• (4) Dehnung
• Wie aus Tabelle 4 und 9 hervorgeht, wurden die Dehnungswerte umso größer, je kleiner die FeMS IV-Pulvermenge war. Darüber hinaus wurden die Dehnungswerte umso größer, je größer die „Gr”-Menge war. Jedoch hatte die Körnung des FeMS IV-Pulvers so gut wie keinen Einfluss.
• (5) Aus den obigen Ergebnissen wurde folgendes klar: Die gesinterten Eisenlegierungen, in denen das feine Pulver (z. B. – 5 μm) des FeMS IV-Pulvers verwendet wurden, das auf das vorliegende Versuchsbeispiel gerichtet ist, bewirkten kaum eine Maßänderungen vor und nach dem Sintern; sie besaßen eine ausreichende Härte; und sie zeigten eine sehr große Zugfestigkeit und gleichzeitig hohe Dehnungswerte.
• Da die gesinterten Eisenlegierungen, deren jeweilige Eigenschaften so viel besser waren, durch Zumischen des FeMS IV-Pulvers in einer Menge von etwa 1 bis 1,5 Massenprozent erhalten wurden, wurde klar, dass es möglich ist, gesinterte Eisenlegierungen sowohl unter Anwendung einer Verdichtung unter ultrahohem Druck herzustellen als auch die Produktionskosten erheblich zu senken, ebenso wie im Fall des Versuchsbeispiels Nr. 1.
• <Versuchsbeispiel Nr. 3>
• (1) Maßänderung
• Wie aus Tabelle 5 und 10 hervorgeht, hing die Maßänderung weder von der zugemischten Menge an FeMS-Pulver noch vom Teilchendurchmesser ab, und war mit einer Schwankung um etwa ±0,1 sehr stabil.
• (2) Härte
• Wie aus Tabelle 5 und 11 hervorgeht, wurde zwar die Härte umso größer, je größer die FeMS-Pulvermenge war, aber die Härte nahm kaum zu, wenn die Menge des FeMS IV-Pulvers 1 Massenprozent überstieg. Darüber hinaus machte die Körnung praktisch keinen Unterschied in der Härte.
• (3) Zugfestigkeit
• Wie aus Tabelle 5 und 12 hervorgeht, zeigte die Zugfestigkeit eine sehr ähnliche Tendenz wie die Härte. Das heißt, zwar wurde die Zugfestigkeit umso höher, je größer die Menge an FeMS-Pulver war, aber die Zugfestigkeit nahm kaum zu, wenn die Menge des FeMS IV-Pulvers 1 Massenprozent übertraf.
• Im Unterschied zur Härte wurde jedoch die Zugfestigkeit umso größer, je kleiner die Körnung war. Und obwohl die Zugfestigkeit in jedem Fall 1000 MPa übertraf, wurde die Zugfestigkeit insbesondere in Fällen, wo ein feines Pulver aus dem FeMS IV-Pulver verwendet wurde, eine ultrahohe Festigkeit, die 1300 MPa übertraf.
• (4) Dehnung
• Wie aus Tabelle 5 und 13 hervorgeht, wurden zwar die Dehnungswerte umso größer, je kleiner die FeMS-Pulvermenge war, aber die Dehnungswerte waren mit einer Schwankung von etwa 1% fast stabil. Und das FeMS IV-Pulver mit der feineren Körnung führte dazu, dass größere Dehnungswerte erhalten wurden, wenn auch nur in geringer Umfang.
• (5) Aus den obigen Ergebnissen wurde Folgendes klar: Die gesinterten Eisenlegierungen, in denen das FeMS IV-Pulver verwendet wurde, das auf das vorliegende Versuchsergebnis gerichtet ist, bewirkten kaum eine Maßänderung vor und nach dem Sintern; sie besaßen eine ausreichende Härte; und sie zeigten gleichzeitig eine sehr große Zugfestigkeit. Insbesondere ergaben in den gesinterten Eisenlegierungen, in denen das feine Pulver des FeMS IV-Pulvers verwendet wurde (z. B. – 5 μm) sämtliche Eigenschaften auch gute Ergebnisse. Daher können auch in dem vorliegenden Versuchsbeispiel die gesinterten Eisenlegierungen durch Durchführen einer Verdichtung unter ultrahohem Druck hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden, ebenso wie im Falle des Versuchsbeispiels Nr. 2.
(Tabelle 1)

	Chemische Bestandteile eines Verstärkungspulvers (Fe-Mn-Si-C-Pulver)(Massenprozent)								Mn/Si-Verhältnis
	Mn	Si	C	O	N	S	P	Fe
FeMS II	50,2	32,8	0,06	0,42	< 0,001	< 0,003	0,016	Rest	1,5
FeMS IV	59,3	14,8	2,3	0,75	0,01	0,031	0,1	Rest	4,0

(Tabelle 2)

	Körnungsverteilung im Verstärkungspulver nach Pulverisierungsbehandlung
	D10	D50	D90
FeMS II	1,0	3,8	18,5
FeMS IV	0,8	3,3	11,5

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• <<Herstellung von Verstärkungspulver>>
• (1) Als Verstärkungspulver, das in ein Fe-Systempulver eingemischt wird, wurden ein FeMS-Pulver (z. B. FeMSC II-Pulver), das in Tabelle 6 dargestellt ist, und ein Cu-Pulver („DistaloyACu”)(oder Fe – 10% Cu) mit Teilchendurchmessern von 20 bis 180 μm, ein Produkt von HOEGANAES AB Corp.) vorbereitet.
• Das FeMSC II-Pulver (oder Fe-Mn-Si-C-Pulver) war eines, das durch Pulverisieren von Siliciummangan (z. B. JIS Nr. 1) an Luft hergestellt wurde, wobei das Siliciummangan von NIHON DENKO Corp. hergestellt worden war. Im Vergleich zu dem in Tabelle 1 dargestellten FeMS IV-Pulver war der Gehalt an Mn, Si und O hoch, aber der Gehalt an C war in diesem FeMSC-Pulver niedrig. Darüber hinaus wurde die Mn/Si-Zusammensetzung 4.
• Jedes der Pulver wurde durch 30-minütiges Pulverisieren unter Verwendung einer Vibrationsmühle, Hersteller CHUO KAKOKI Co. Ltd., behandelt. Diejenigen, die in einem Zustand vorliegen, in den sie durch Pulverisieren gebracht wurden, werden in der vorliegenden Beschreibung und in den Tabellen, die der vorliegenden Beschreibung beigefügt sind, als „wie pulverisiert” oder als „wie R” bezeichnet. Diese pulverisierten Pulver wurden weiter gesiebt, wodurch sie auf angemessene Weise als FeMS-Pulver klassiert wurden, die so unterschiedliche Körnungen aufwiesen wie kleiner als 5 μm (oder – 5 μm) oder dergleichen. Wie aus der nachstehend beschriebenen Tabelle 7 hervorgeht, waren die Teilchendurchmesser „wie pulverisiert” kleiner als 45 μm (oder – 45 μm).
• (2) Die Ergebnisse aus der Messung der Korngrößenverteilungen für das „wie pulverisierte” FeMSC II-Pulver, das der gleichen Pulverisierungsbehandlung unterzogen worden war, sind in Tabelle 7 dargestellt. Eine Körnung des FeMSC II-Pulvers bei D90 von 7,9 (μm), gibt an, dass insgesamt 90% der Teilchen Teilchendurchmesser von 7,9 μm oder weniger hatten. Das heißt, das FeMSC II-Pulver hatte eine erheblich kleine Körnung, und somit ist klar, dass das FeMSC II-Pulver in Bezug auf Pulverisierbarkeit (oder Kollabierbarkeit) gut war. Dies scheint ein Ergebnis des Folgenden zu sein: eine Fe-Menge im FeMSC II-Pulver betrug nur 15,2%; und darüber hinaus lag C in einer Menge von immerhin 2% vor.
• <<Herstellung von Prüfkörpern>>
• <Versuchsbeispiel Nr. 4: Proben Nr. E599, E610, E657, E607 und E609>
• Zusätzlich zu den oben genannten Verstärkungspulvern (d. h. dem FeMSC II-Pulver oder dem Cu-Pulver) wurden ein reines Eisenpulver (d. h. ein reines Fe-Pulver/”ASC100.29” mit Teilchendurchmessern von 20 bis 180 μm, ein Produkt von HOEGANAES Corp.), eines der Fe-Systempulver, und ein Graphit-(oder „Gr”)-Pulver (z. B. „JCPB”, Hersteller NIHON KOKUEN Co., Ltd., mit Teilchendurchmessern von 45 μm oder weniger), eines der C-Systempulver, vorbereitet. Diese Pulver wurden auf verschiedene Weise zugemischt, wie in Tabelle 8A und 8B dargestellt, und wurden dann mit einer Kugelmühle einem Kreiselmischen unterzogen, um eine Reihe von Mischpulvern (oder Rohmaterialpulvern) herzustellen. Es wurde kein internes Schmiermittel verwendet.
• Unter Verwendung verschiedener Arten von Mischpulvern wurde Folgendes hergestellt: Prüfkörper (oder Basis-Prüfkörper: ⌀ 23 mm × 100 mm dick) zum Messen der Dichten und der Maßänderungen vor und nach dem Sintern; und Prüfkörper (oder Zugfestigkeits-Prüfkörper) mit einer in 1 dargestellten Form, die einem Zugfestigkeitstest unterzogen werden.
• Genauer gesagt wurden verschiedene Arten der Pulvermischungen zuerst bei 150°C mit einem Druck von 588 MPa mittels eines Formwandschmierungs-Warmverdichtungsverfahrens, das im Abschnitt <Versuchsbeispiel Nr. 2> beschrieben ist, unter Druck verdichtet, wodurch Pulverpresskörper erhalten wurden, die zwei Arten der Probenstück-Formen aufwiesen (d. h. ein Warmdruck-Verdichtungsschritt). Diese Pulverpresskörper wurden jeweils bei einer vorgegebenen Temperatur, die aus einem Bereich von 900 bis 1150°C ausgewählt ist, in einer Stickstoffgas-Atmosphäre unter Verwendung eines kontinuierlichen Sinterungsofens („OXYNON FURNACE”, Hersteller KANTO YAKIN KOGYOU Co., Ltd.) gesintert (d. h. ein Sinterungsschritt). Eine Ausgleichsglühungs-Haltezeit wurde auf 30 Minuten eingestellt, und eine Nachsinterungs-Abkühlungsgeschwindigkeit wurde auf 30°C/min (0,5°C/s) eingestellt. Man beachte, dass eine CO-Konzentration innerhalb des Sinterofens so angepasst war, dass sie eine Atmosphäre mit einem ultraniedrigen Sauerstoff-Partialdruck von 50 bis 100 ppm (äquivalent zu 10^–19 bis 10^–21 Pa nach Umwandlung in Sauerstoff-Partialdruck) war.
• <Versuchsbeispiel Nr. 5: Proben Nr. E628 bis E634, E640, E641, E643 und E645>
• Unter Verwendung einer Reihe von Fe-Systempulvern mit unterschiedlichen Bestandteils-Zusammensetzungen wurden Rohmaterialpulver hergestellt. In diesem Fall wurden die jeweiligen Pulver auf verschiedene Weise, wie in Tabelle 9 dargestellt, ohne die Verwendung eines internen Schmiermittels gemischt, und wurden dann mit einer Kugelmühle einem Kreiselmischen unterzogen, um eine Reihe von Pulvermischungen (oder Rohmaterialpulvern) herzustellen. Die Bestandteils-Zusammensetzungen (Einheiten: Massenprozent) der verwendeten Fe-Systempulver sind nachstehend nacheinander dargestellt.
• „DistaloyAE”: Fe – 4Ni – 1,5% Cu – 0,5% Mo (mit Teilchendurchmessern von 20 bis 180 μm); „DistaloyHP-1”: Fe – 4Ni – 2% Cu – 1,5% Mo (mit Teilchendurchmessern von 20 bis 180 μm); „AstaloyCrL”: Fe – 1,5% Cu – 0,2% Mo (mit Teilchendurchmessern von 20 bis 180 μm); „AstaloyCrM”: Fe – 3% Cu – 0,5% Mo (mit Teilchendurchmessern von 20 bis 180 μm); und „ASC 100.29”: reines Eisen (mit Teilchendurchmessern von 20 bis 180 μm, alternativ, klassiert auf – 63 μm). Hersteller war jeweils HOEGANAES Corp.
• Unter Verwendung verschiedener Arten der Pulvermischungen wurde Folgendes hergestellt: Prüfkörper (oder Basis-Prüfkörper: ⌀ 23 mm × 10 mm dick) zum Messen der Dichten und der Maßänderungen vor und nach dem Sintern; und Prüfkörper (oder Zugfestigkeits-Prüfkörper mit einer in 1 dargestellten Form, die einem Zugfestigkeitstest unterzogen wurden.
• Genauer wurden verschiedene Arten der Pulvermischungen zunächst mittels des Formwandschmierungs-Warmverdichtungsverfahrens, das im Abschnitt <Versuchsbeispiel Nr. 2> beschrieben ist, unter Druck verdichtet, wodurch Pulverpresskörper erhalten wurden, die zwei Arten der Prüfkörperformen aufwiesen (d. h. ein Warmdruck-Verdichtungsschritt). Die Druckverdichtung wurde bei 150°C mit einem Druck von 392 MPa, 588 MPa, 784 MPa oder 1176 MPa durchgeführt.
• Diese Pulverpresskörper wurden jeweils bei 1180°C gesintert (d. h. ein Sinterschritt). Dabei wurde die Ausgleichsglühungs-Haltezeit auf 45 Minuten eingestellt, und eine Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Sintern wurde auf 100°C/min eingestellt. Man beachte, dass das Innere eines Sinterofens so angepasst wurde, dass er eine reduzierende Atmosphäre aufwies, in der ein Wasserstoffgas mit einem Stickstoffgas gemischt war (z. B. ein Mischungsverhältnis: N₂ – 10 Vol.-% H₂; und ein Taupunkt: –30°C oder darunter).
• Jeder der Sinterkörper wurde ferner 1 Stunde lang einer Vergütungsbehandlung bei 200°C an Luft unterzogen (d. h. ein Vergütungsschritt).
• <Versuchsbeispiel Nr. 6: Proben Nr. E877, E879 und E881>
• Zusätzlich zu den oben genannten Verstärkungspulvern (d. h. dem FeMSC II-Pulver oder dem Cu-Pulver) wurde ein reines Eisenpulver (z. B. ein reines Fe-Pulver/”ASC100.29” mit Teilchendurchmessern von 20 bis 180 μm, ein Produkt der HOEGANAES Corp.), eines der Fe-Systempulver, und ein Graphit(oder „Gr”)-Pulver (z. B. „JCPB”, Hersteller NIHON KOKUEN Co., Ltd., mit Teilchendurchmessern von 45 μm oder weniger), eines der C-Systempulver, vorbereitet. Das FeMSC II-Pulver wurde für den Gebrauch auf – 5 μm klassiert. Diese Pulver wurden mit Zinkstearat („ZnSt.”), einem der internen Schmiermittel, auf verschiedene Weise gemischt, wie in Tabelle 10 dargestellt, und wurden dann mit einer Kugelmühle einem Kreiselmischen unterzogen, um eine Reihe von Pulvermischungen (oder Rohmaterialpulvern) herzustellen.
• Unter Verwendung verschiedener Arten von Mischpulvern wurde Folgendes hergestellt: Prüfkörper (oder Basis-Prüfkörper: ⌀ 23 mm × 10 mm dick) zum Messen der Dichten und der Maßänderungen vor und nach dem Sintern; und Prüfkörper (oder Zugfestigkeits-Prüfkörper) mit einer in 1 dargestellten Form, die einem Zugfestigkeitstest unterzogen wurden.
• Genauer gesagt wurden verschiedene Arien der Pulvermischungen zuerst unter Druck mit vorgegebenen Verdichtungsdrücken unter Verwendung von Pressformen verdichtet, wodurch Pulverpresskörper erhalten wurden, die zwei Arten der Prüfkörperformen aufwiesen (d. h. ein Verdichtungsschritt). Dabei wurden für die Rohmaterialpulver, bei denen die Menge an internem Schmiermittel 0,4 Massenprozent betrug, die Pressformen auf 80°C erwärmt und dann wurde eine Warmverdichtung durchgeführt; wohingegen für die Rohmaterialpulver mit 0,8 Massenprozent eine Verdichtung bei Raumtemperatur ausgeführt wurde. Diese Pulverpresskörper wurden jeweils bei 1150°C gesintert (d. h. ein Sinterungsschritt). Eine Ausgleichsglühungs-Haltezeit wurde auf 15 Minuten eingestellt, und eine Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Sintern wurde auf 30°C/min (oder 0,5°C/s) eingestellt. Man beachte, dass das Innere eines Sinterofens so angepasst wurde, dass es eine reduzierende Atmosphäre aufwies, in der ein Wasserstoffgas mit einem Stickstoffgas gemischt war (z. B. Mischverhältnis: N₂ – 3 Vol.-% H₂, und Taupunkt: –30°C oder darunter).
• <<Messungen>>
• Unter Verwendung der Basis-Prüfkörper, die in den Versuchsbeispielen 4 bis 6 hergestellt worden waren, wurde Folgendes ermittelt: Dichten (oder G. D.) der Pulverpresskörper; Dichten (oder S. D.) der Sinterkörper; und Maßänderungen zwischen vor und nach dem Sintern (z. B. Änderungen des Außendurchmessers: ΔD). Darüber hinaus wurde unter Verwendung der Zugfestigkeits-Prüfkörper, die in den Versuchsbeispielen Nr. 4 bis Nr. 6 hergestellt worden waren, ein Zugfestigkeitstest ausgeführt, wodurch Zugfestigkeiten und Dehnungswerte ermittelt wurden. Darüber hinaus wurde eine Härte in einer der Seitenflächen des Zugfestigkeits-Prüfkörpers mit einer Last von 30 kg mittels eines Vickers-Härtemessers gemessen.
• Die so erhaltenen Messergebnisse für die jeweiligen Prüfkörper sind in Tabelle 8A und Tabelle 8B (die beide zusammen als „Tabelle 8” bezeichnet werden) und in 14 und 15 mit Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 8 wiedergegeben; sie sind in Tabelle 9 mit Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 5 wiedergegeben; und sie sind in Tabelle 10 mit Bezug auf das Versuchsbeispiel Nr. 6 wiedergegeben.
• <<Bewertungen>>
• <Versuchsbeispiel Nr. 4>
• (1) Maßänderung
• Wie aus Tabelle 8 hervorgeht, wurden die Maßänderungen kaum wesentlich schlechter, selbst wenn eine Sinterung bei Temperaturen von unter 1150°C durchgeführt wurde. Es zeigte sich, dass es möglich ist, Maßänderungen durch Auswählen einer optimalen Sintertemperatur in Abstimmung mit der Körnung eines verwendeten Rohmaterialpulvers zu hemmen.
• (2) Härte und Zugfestigkeit
• Bei jedem der Prüfkörper waren Härte und Zugfestigkeit des Sinterkörpers umso höher, je höher die Sintertemperatur war.
• Wie aus 14 hervorgeht, führte die Verwendung des FeMSC II-Pulvers als Verstärkungspulver dazu, dass die Sinterkörper mit ausreichender Festigkeit selbst bei niedrigen Sintertemperaturen erhalten wurden. In einem Fe-Cu-C-System wie „E610” konnte kein Sinterkörper mit ausreichender Festigkeit, das heißt, ein Sinterkörper, dessen Zugfestigkeit 500 MPa übertraf, erhalten werden, wenn die Sintertemperatur nicht bei oder über dem Schmelzpunkt von Kupfer lag (d. h. beispielsweise bei 1085°C oder darüber). Wenn jedoch das FeMSC II-Pulver als Verstärkungspulver verwendet wurde, wurden, abhängig von den Teilchendurchmessern der Rohmaterialpulver, hochfeste Sinterkörper selbst durch Sintern bei so niedrigen Temperaturen wie 950°C erhalten.
• Genauer gesagt, wurde Probe Nr. E657, die unter Verwendung des FeMSC II-Pulvers, das auf – 45 μm klassiert worden war, hergestellt wurde, unter Durchführung einer Sinterung bei 1050°C oder darüber zu einem Sinterkörper umgewandelt, der eine Zugfestigkeit zeigte, die 500 MPa übertraf. Bei der Probe Nr. E607, die unter Verwendung des FeMSC II-Pulvers hergestellt wurde, das auf – 5 μm klassiert worden war, konnte vorausgesagt werden, dass ein Sinterkörper, der eine Zugfestigkeit zeigte, die 500 MPa übertraf, unter Durchführen einer Sinterung bei einer Temperatur von über 1000°C erhalten werden konnte. Ferner wurde die Probe Nr. E609, die unter Verwendung des FeMSC II-Pulvers, das auf – 5 μm klassiert worden war, zusammen mit dem Eisensystempulver, das auf – 63 μm klassiert worden war, hergestellt wurde, durch Ausführen einer Sinterung bei 950°C oder mehr in einen Sinterkörper umgewandelt, der eine Zugfestigkeit zeigte, die 500 MPa übertraf.
• (3) Dehnung
• Wie aus 15 hervorgeht, zeigte jeder der Prüfkörper einen Dehnungswert von 2% oder mehr. In Fällen, wo das FeMSC II-Pulver als Verstärkungspulver verwendet wurde wurden die Dehnungswerte um 1050°C herum am geringsten und waren in jedem der Probenstücke ungefähr 2 bis 2,5%. Je mehr die Temperaturen, bei denen das Sintern durchgeführt wurde, über oder unter dieser Temperatur lagen, desto besser wurden die Dehnungswerte. Jedoch wuchsen die Dehnungswerte tendenziell umso stärker, je kleiner die Körnung des Eisensystempulvers und des FeMSC II-Pulvers war.
• (4) Aus den obigen Ergebnissen wurde klar, dass es möglich ist, die Sintertemperatur durch Verfeinern der Körnung eines vorgegebenen Verstärkungspulvers zu senken. In diesem Fall wurde festgestellt, dass ein hochfester gesinterter Eisenkörper dadurch erhalten werden kann, dass die Körnung des Eisensystempulvers ebenfalls verfeinert wird, auch wenn das Sintern bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt wird.
• Darüber hinaus wurde klar, dass andere Eigenschaften, wie die Maßänderung und die Dehnung, sich kaum verschlechterten, auch wenn die Sintertemperatur auf eine niedrigere Temperatur eingestellt wird.
• <Versuchsbeispiel Nr. 5>
• (1) Maßänderung
• Es war möglich, durch Einstellen des Verdichtungsdrucks auf 1176 MPa hochdichte Materialien mit Dichten von ungefähr 7,6 g/cm³ herzustellen.
• Wie aus Tabelle 9 hervorgeht, waren außerdem die Maßänderungen in Fällen, wo die Prüfkörper unter Verwendung des FeMSC II-Pulvers hergestellt wurden, bei einer Erhöhung des Verdichtungsdrucks mit einer Schwankung von ungefähr ±0,2% stabil, auch wenn es sich dabei um solche Rohmaterialpulver handelte, deren ΔD-Werte mit niedrigen Verdichtungsdrücken eher größer wurden.
• (2) Härte und Zugfestigkeit
• Wie aus Tabelle 9 hervorgeht, konnten selbst dann, wenn die Prüfkörper kein Cu enthielten, Härte- und Zugfestigkeitswerte erhalten werden, die mit denen der Probenstücke vergleichbar waren, die Cu und Ni enthielten. Insbesondere zeigte der Prüfkörper Nr. E634 eine Härte und eine Zugfestigkeit, die denen der Proben, die Cu und Ni enthielten, überlegen waren.
• (3) Dehnung
• Wie aus Tabelle 9 hervorgeht, wurde die Dehnung umso größer, je höher der Verdichtungsdruck war.
• (4) Aus den obigen Ergebnissen wurde klar, dass es auch im Hinblick auf gesinterte Eisenlegierungen, die durch Verdichten von Rohmaterialpulvern, die vorgegebene Verstärkungspulver enthielten, unter ultrahohen Drücken hergestellt wurden, möglich war, die gesinterten Eisenlegierungen mittels einer Sinterhärtungsbehandlung erheblich zu festigen. Und es wird klar, dass Sinterkörper, die Festigkeiten aufweisen, die denen von gesinterten Eisenlegierungen, die Cu und Ni enthalten, vergleichbar sind, zu geringeren Kosten erzeugt werden können.
• <Versuchsbeispiel Nr. 6>
• Im Versuchsbeispiel Nr. 6 wurden gesinterte Eisenlegierungen (d. h. „E877” und „E879”) gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt, während die Zusammensetzung der Rohmaterialpulver, die Verdichtungsbedingungen, die Sintertemperatur, die Sinteratmosphäre und dergleichen auf praxisnähere Herstellungsbedingungen eingestellt wurden, die darauf abzielen, den Wirkungsgrad zu erhöhen, die Kosten zu senken usw.
• In jeder der Proben war die Maßänderung stabil mit einer Schwankung von etwa ±0,2%. Darüber hinaus zeigten in einem Fall, wo die Proben, die unter Durchführung der Verdichtung mit einem Verdichtungsdruck von 588 MPa erhalten worden waren, miteinander verglichen wurden, „E877” und „E879”, die kein Cu enthielten, bessere Werte für die Härte, die Zugfestigkeit und die Dehnung als „E881”, das Cu enthielt. Die Proben gemäß „E877” und „E879” wurden durch eine weitere Erhöhung ihrer Verdichtungsdrücke erheblich fester.
• Man beachte, dass aus den jeweiligen Bewertungen, die auf den Versuchsbeispielen Nr. 1 bis 5 beruhen, hervorgeht, dass eine Senkung der Sintertemperaturen innerhalb eines vernünftigen Rahmens unter den Herstellungsbedingungen gemäß dem Versuchsbeispiel Nr. 6 oder eine weitere Ausführung einer Sinterhärtung dazu führt, dass Folgendes verwirklicht werden kann: eine Energieeinsparung in den Herstellungsschritten, eine noch bessere Festigkeit der gesinterten Eisenlegierungen; und dergleichen.
• Anders ausgedrückt, es wurde klar, dass hochfeste gesinterte Eisenlegierungen auch dann erhalten werden können, wenn sie unter praxisnahen Produktionsbedingungen hergestellt werden. (Tabelle 6)

  	Chemische Bestandteile eines Verstärkungspulvers (z. B. Fe-Mn-Si-C-Pulver)(Massenprozent)							Mn/Si-Verhältnis
  	Mn	Si	C	O	N	P	Fe
  FeMSC II	65,4	16,4	1,93	1,05	0,01	0,022	Rest	4,0

  (Tabelle 7)

  	Körnungsverteilung im Verstärkungspulver nach Pulverisierungsbehandlung
  FeMSC II	D10	D50	D90
  	1,3	3,6	7,9

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• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 6346133 [0003]
• US 6364927 [0003]
• JP 3309970 [0003]
• JP 58-210147 [0003]
• JP 10-510007 [0003]
• JP 2005-336608 [0003]
• JP 2005-336609 [0003]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• High Strength Si-Mn-Alloyed Sintered Steels, P. M. Int., Bd. 17, Nr. 1 (1985) [0003]
• ”Effect of Sinter-Hardening on the Properties of High Temperature Sintered PM Steels”, Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials, MPIF, 2002, Teil 13, S. 1–13 [0003]
• ”New focus on chromium alloy may sidestep alloy cost increases”, MPR. September (2004), S. 16–19 [0003]

Claims (15)

1. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es ein Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung ist, das umfasst: einen Verdichtungsschritt, in dem ein Rohmaterialpulver unter Druck verdichtet wird, in dem ein Fe-Systempulver, das reines Eisen und/oder eine Eisen(Fe)-Legierung aufweist, mit einem Verstärkungspulver gemischt ist, das ein Legierungselement enthält, bei dem es sich nicht um Fe handelt, wodurch das Rohmaterialpulver in einen Pulverpresskörper umgeformt wird; und einen Sinterungsschritt, in dem der Pulverpresskörper in einer oxidationsfeindlichen Atmosphäre erhitzt wird, wodurch der Pulverpresskörper gesintert wird; und wobei das Verstärkungspulver ein Fe-Mn-Si-C-Pulver ist, das eine Fe-Legierung oder eine Fe-Verbindung aufweist, die enthält: Mangan (Mn) in einer Menge von 58 bis 70 Massenprozent (im Folgenden einfach mit „%” bezeichnet); Silicium (Si) in einer Menge, mit der ein Zusammensetzungsverhältnis von Mn zu Si (d. h. Mn/Si) von 3,3 bis 4,6 erhalten wird; und Kohlenstoff (C) in einer Menge von 1,5 bis 3%; bezogen auf eine Gesamtmenge von 100%.
2. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung nach Anspruch 1, wobei ein Teilchendurchmesser des Fe-Mn-Si-C-Pulvers bei 45 μm oder darunter liegt.
3. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung nach Anspruch 1, wobei eine Menge, in der das Fe-Mn-Si-C-Pulver in das Rohmaterialpulver eingemischt wird, bei 0,05 bis 3% liegt, bezogen auf insgesamt 100% Rohmaterialpulver.
4. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung nach Anspruch 1, wobei das Rohmaterialpulver ferner ein Graphit(oder „Gr”)-Pulver aufweist.
5. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung nach Anspruch 1, wobei das Fe-Mn-Si-C-Pulver Sauerstoff (O) in einer Menge von 1,5% oder weniger aufweist, bezogen auf insgesamt 100 Massenprozent.
6. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung nach Anspruch 1, wobei das Rohmaterialpulver so hergestellt wird, dass: Mn 0,1 bis 2,1% ausmacht; Si 0,05 bis 0,6% ausmacht; und C 0,1 bis 0,9% ausmacht; bezogen auf insgesamt 100% gesinterte Eisenlegierung.
7. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung nach Anspruch 1, wobei die oxidationsfeindliche Atmosphäre des Sinterungsschritts eine reduzierende Atmosphäre ist, in der ein Wasserstoffgas in einer Menge von 2 bis 20 Vol.-% in ein Stickstoffgas gemischt ist, bezogen insgesamt 100 Vol.-%.
8. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung nach Anspruch 1, wobei die oxidationsfeindliche Atmosphäre eine Inertgasatmosphäre mit einem derart niedrigen Sauerstoff-Partialdruck ist, dass der Sauerstoff-Partialdruck 10^–19 Pa oder weniger entspricht.
9. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung nach Anspruch 1, wobei der Sinterungsschritt umfasst: einen Erwärmungsschritt, in dem der Pulverpresskörper auf eine Temperatur von 900 bis 1400°C erhitzt wird, wodurch der Pulverpresskörper in einen Sinterkörper umgewandelt wird; und einen Abkühlungsschritt, in dem der Sinterkörper nach dem Erhitzen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 3°C/Sekunde abgekühlt wird.
10. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung nach Anspruch 1, wobei das Rohmaterialpulver Chrom (Cr) in einer Menge von 0,3 bis 5% und/oder Molybdän (Mo) in einer Menge von 0,1 bis 2% aufweist, bezogen auf insgesamt 100%.
11. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten Eisenlegierung nach Anspruch 10, wobei das Cr und/oder das Mo im Fe-Systempulver enthalten ist bzw. sind.
12. Gesinterte Eisenlegierung, die mittels des Herstellungsverfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 erhalten wurde, wobei die gesinterte Eisenlegierung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aufweist: Mo in einer Menge von 0,1 bis 2,1%; Si in einer Menge von 0,05 bis 0,6%; C in einer Menge von 0,1 bis 0,9%; und zu übrigen Teilen Fe und unvermeidliche Verunreinigungen und/oder ein modifizierendes Element; bezogen auf insgesamt 100%.
13. Gesinterte Eisenlegierung, die mittels des Herstellungsverfahrens gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11 erhalten wurde, wobei die gesinterte Eisenlegierung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aufweist: Mn in einer Menge von 0,1 bis 1,4%; Si in einer Menge von 0,05 bis 0,4%; C in einer Menge von 0,1 bis 0,9%; Cr in einer Menge von 0,5 bis 5%, und/oder Mn in einer Menge von 0,1 bis 2%; und zu übrigen Teilen Fe und unvermeidliche Verunreinigungen und/oder ein modifizierendes Element; bezogen auf insgesamt 100%.
14. Gesinterte Eisenlegierung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die gesinterte Eisenlegierung eine Cu-freie gesinterte Eisenlegierung ist, die im Wesentlichen frei ist von Kupfer (Cu), oder eine Ni-freie gesinterte Eisenlegierung ist, die im Wesentlichen frei ist von Nickel (Ni).
15. Gegenstand aus einer gesinterten Eisenlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass er die gesinterte Eisenlegierung nach einem der Ansprüche 12 bis 14 aufweist.

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