DE19705527A1

DE19705527A1 - Gesinterte Legierung auf Eisenbasis mit Hartpartikeldispersion und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE19705527A1
Application number: DE19705527A
Authority: DE
Inventors: Akiyoshi Ishibashi; Tomonori Miyazawa; Kunio Maki; Akira Fujiki
Original assignee: Riken Corp; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Riken Corp; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-08-14
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: US5859376A; DE19705527B4; JP2765811B2; GB2321467B; GB9701651D0; JPH0953158A; GB2321467A

Description

Die Erfindung betrifft gesinterte Legierungen auf Eisenba sis, insbesondere verschleißfeste gesinterte Metalle auf Eisenbasis mit dispergierten harten Partikeln, die zur Herstellung von Ventilsitzen für Hochleistungsautomotore geeignet sind.

Mit dem Fortschritt von Automotoren, die für hohe Leistung und zur Verwendung von verschmutzungsfreiem reinem Kraft stoff, wie beispielsweise LPG, LNG und ähnlichem gebaut werden, besteht die Tendenz, daß Ventilsitze für Auto motoren weiteren härteren thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt werden.

Um mit der Erhöhung der thermischen und mechanischen Bela stungen fertig zu werden, sind die Ventilsitze für Auto motoren aus Metallmaterialien hergestellt worden, die durch Konsolidierung zu hohen Legierungen, durch Schmieden und Kupferinfiltration in hohem Maße verfestigt werden. Werden beispielsweise Chrom (Cr), Kobalt (Co) und Wolfram (W) zu den Materialbestandteilen des gesinterten Metalls auf Eisenbasis hinzugefügt, wirken sie im Sinne einer Erhöhung der Festigkeit der Eisenlegierungen bei erhöhter Temperatur gegen eine Erhöhung der thermischen Belastung, und Kupfer (Cu) wirkt ebenso indirekt im Sinne einer Ver besserung der thermischen Leitfähigkeit durch Infiltra tion. Auf der einen Seite wirken hochfeste Materialien durch Hochdruckformung, Pulverschmieden, Kaltschmieden, Hochtemperatursintern oder ähnliches derart, daß sie er höhten mechanischen Belastungen standhalten.

Wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 15349/1989 offenbart, haben die Erfinder verschleißfeste Sinterlegierungen auf Eisenbasis vorgeschlagen, die durch Dispergieren von harten Partikeln in Basismetallen der Eisen(Fe)- Nickel(Ni)- Kohlenstoff (C)-Gruppe hergestellt wurden. In jüngsten Jahren sind Motore jedoch derart hö heren Belastungen ausgesetzt worden, daß sogar derartige Sinterlegierungen nicht widerstehen können.

Es ist demgemäß ein Ziel der Erfindung, eine verschleiß feste gesinterte Legierung auf Eisenbasis mit dispergier ten harten Partikeln und ein Verfahren zur Herstellung derselben zu schaffen, die (das) für mechanische Materia lien wie beispielsweise Ventilsitze für Hochleistungsauto motoren geeignet ist, auf die eine große mechanische Bela stung bei einer erhöhten Temperatur ausgeübt wird.

Die erfindungsgemäße gesinterte Legierung auf Eisenbasis mit dispergierten harten Partikeln umfaßt 3 bis 15 Gew.-% Nickel (Ni), 3 bis 15 Gew.-% Molybdän (Mo), 0,5 bis 5% Chrom (Cr), 0,5 bis 2% Kohlenstoff (C) und den Rest Eisen (Fe) mit unvermeidbaren Verunreinigungen. Wenigstens ein Teil des Nickels (Ni), Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) ist in fester Lösung einer Matrix auf Eisenbasis enthalten. Wenigstens ein Teil des Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) ist innerhalb der Matrix auf Eisenbasis dispergiert, um feine Karbide oder intermetallische Verbindungen derselben zu bilden. Harte Partikel von 3 bis 20% sind innerhalb der Matrix auf Eisenbasis gleichförmig dispergiert. In einer ersten Ausführungsform der Erfindung enthalten die harten Partikel 50 bis 57% Chrom (Cr), 18 bis 22% Molybdän (Mo), 8 bis 12% Kobalt (Co), 0,1 bis 1,4% Kohlenstoff (C), 0,8 bis 1,3% Silizium (Si) und den Rest Eisen (Fe). In der Beschreibung wird der Prozentsatz auf der Basis des Ge wichts wiedergegeben.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung können die harten Partikel 27 bis 33% Chrom (Cr), 22 bis 28% Wolfram (W), 8 bis 12% Kobalt (Co), 1,7 bis 2,3% Kohlenstoff (C), 1,0 bis 2,0% Silizium (Si), und den Rest Eisen (Fe) ent halten.

In einer dritten Ausführungsform der Erfindung können die harten Partikel 60 bis 70% Molybdän (Mo), weniger als 0,01% Kohlenstoff (C), und den Rest Eisen (Fe) enthalten.

In einer vierten Ausführungsform der Erfindung ergeben sich die harten Partikel aus einer Mischung von wenigstens zwei ausgewählten von drei Arten der folgenden harten Partikel, von denen jede enthält:

(1) 50 bis 57% Chrom (Cr), 18 bis 22% Molybdän (Mo), 8 bis 12% Kobalt (Co), 0,1 bis 1,4% Kohlenstoff (C), 0,8 bis 1,3% Silizium (Si), und den Rest Eisen (Fe);
(2) 27 bis 33% Chrom (Cr), 22 bis 28% Wolfram (W), 8 bis 12% Kobalt (Co), 1,7 bis 2,3% Kohlenstoff (C), 1,0 bis 2,0% Silizium (Si), und den Rest Eisen (Fe); und
(3) 60 bis 70% Molybdän (Mo), weniger als 0,01% Koh lenstoff (C), und den Rest Eisen (Fe)

Das Verfahren zur Herstellung einer gesinterten Legierung auf Eisenbasis mit dispergierten harten Partikeln gemäß der Erfindung umfaßt die Schritte: Mischen von Car bonylnickel(Ni)-Pulver, Metallmolybdän(Mo)-Pulver, Gra phitpulver und Molybdäneisen (FeMo) mit Eisenpulver, das Molybdän (Mo) und Chrom (Cr) enthält, um ein Rohmaterial pulver herzustellen, welches aus 3 bis 15 Gew.-% Nickel (Ni), 3 bis 15 Gew.-% Molybdän (Mo), 0,5 bis 5 Gew.-% Chrom (Cr), 0,5 bis 2 Gew.-% Kohlenstoff (C), den Rest Eisen (Fe) und unvermeidbare Verunreinigungen besteht; Herstel len von 3 bis 20% harten Partikeln mittels einer ausge wählten von den folgenden drei Arten von harten Partikeln, von denen jede enthält, oder durch Mischen von wenigstens zwei ausgewählten von drei Arten der folgenden harten Partikel, von denen jede enthält:

(1) 50 bis 57% Chrom (Cr), 18 bis 22% Molybdän (Mo), 8 bis 12% Kobalt (Co), 1,0 bis 1,4% Kohlenstoff (C), 0,8 bis 1,3% Silizium (Si) und den Rest Eisen (Fe);
(2) 27 bis 33% Chrom (Cr), 22 bis 28% Wolfram (W), 8 bis 12% Kobalt (Co), 1,7 bis 2,3% Kohlenstoff (C), 1,0 bis 2,0% Silizium (Si) und Rest Eisen (Fe); und
(3) 60 bis 70% Molybdän (Mo), weniger als 0,01% Koh lenstoff (C), und den Rest Eisen (Fe);

Hinzufügen der harten Partikel und von Zinkstearat zum Rohmaterialpulver, um ein gemischtes Pulver herzustellen; Pressen des sich ergebenden gemischten Pulvers in eine Form, Erwärmen zum Entwachsen sowie Sintern und Abkühlen der Form; und ferner Glühen der Form. Das Eisenpulver, welches das Molybdän (Mo) und Chrom (Cr) enthält, besitzt eine Korngröße von 75 bis 106 µm. Die Partikelgröße des Carbonylnickel(Ni)-Pulvers ist unter 45 µm. Das Molybdän eisen (FeMo) hat eine Partikelgröße von 75 bis 106 µm. Dieses Verfahren kann ferner das Erwärmen der Form zum Entwachsen, das Sintern und Abkühlen der Form bis zu 900°C in einem Ofen, das Abkühlen in einem Gas und das Glühen der Form umfassen.

Die erfindungsgemäßen gesinterten Eisenbasis-Legierungen nach Art der Hartpartikeldispersion umfassen 3 bis 15 Gew.-% Nickel (Ni), 3 bis 15 Gew.-% Molybdän (Mo), 0,5 bis 5% Chrom (Cr), 0,5 bis 2,0 Gew.-% Kohlenstoff (C) und neben Eisen (Fe) andere unvermeidbare Verunreinigungen. Dieses Nickel (Ni), Molybdän (Mo) und Chrom (Cr), die somit mit einer hohen Konzentration gemischt werden, werden in einem festen Metallkristallgitter der Matrix auf Eisenbasis gelöst, und Molybdän (Mo) und Chrom (Cr) bilden ihre feinen dispersen Carbide oder intermetallische Verbindungen, die in der Matrix dispergiert sind. Beispielsweise sind in der Standardstahlstruktur, die hauptsächlich Ferrit und Ze mentit enthält, Nickel (Ni), Molybdän (Mo) und Chrom (Cr) in festem Ferrit oder Zementit gelöst, um Carbide und Bindungszementite zu bilden, um nichtmetallische Ein schlüsse oder intermetallische Verbindungen zu erzeugen, oder existieren in der Metallstruktur allein.

Zur Erzeugung von 3 bis 20% harten Partikeln, die in der Matrix auf Eisenbasis gleichförmig dispergiert sind, ist es möglich, zum Mischen eine Art allein oder wenigstens zwei von drei Arten der folgenden Partikeln (1) bis (3) zu verwenden:

(1) 50 bis 57% Chrom (Cr), 18 bis 22% Molybdän (Mo), 8 bis 12% Kobalt (Co), 0,1 bis 1,4% Kohlenstoff (C), 0,8 bis 1,3% Silizium (Si) und der Rest Eisen (Fe);
(2) 27 bis 33% Chrom (Cr), 22 bis 28% Wolfram (W), 8 bis 12% Kobalt (Co), 1,7 bis 2,3% Kohlenstoff (C), 1,0 bis 2,0% Silizium (Si), und der Rest Eisen (Fe); und
(3) 60 bis 70% Molybdän (Mo), weniger als 0,01% Koh lenstoff (C), und der Rest Eisen (Fe).

Nickel wird vorzugsweise im Bereich von 3 bis 15% hin zugefügt. Weniger als 3% hinzugefügte Menge an Nickel (Ni) ist nicht ausreichend, um die Verschleißfestigkeit der gesinterten Legierungen zu verbessern, und eine hinzuge fügte Menge Nickel über 15% verursacht die Erzeugung von Austenit, was eine schwierige Zerspanbarkeit der gesinter ten Legierungen schaffen würde. Zusätzlich erhöht mehr als 15% hinzugefügte Menge an Nickel die thermische Expansion der Legierungen, so daß die sich ergebenden Ventilsitze in nachteiliger Weise leicht zum Veschlechtern neigen. Nickel (Ni) muß daher im Bereich von 3 bis 15% sein.

Vorzugsweise wird Molybdän (Mo) im Bereich von 3 bis 15% hinzugefügt. Weniger als 3% an hinzugefügtem Molybdän (Mo) führt zu einer nicht ausreichenden Verbesserung der Ver schleißfestigkeit der Legierungen. Mit mehr als 15% an hinzugefügtem Molybdän (Mo) enthalten die Legierungen eine übermäßig große Menge an Carbiden, was das Pressen des Pulvers und die Bearbeitung von Produkten erschwert, und die Legierungen werden auch spröde.

Die hinzugefügte Menge an Chrom (Cr) sollte im Bereich von 0,5 bis 5% liegen. Wenn sie weniger als 0,5% ist, zeigen die Legierungen keine ausreichende Verbesserung hinsicht lich der Oxydationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit. Das Hinzufügen von Chrom (Cr) über 5% führt zu einer er höhten Menge an Carbiden in den Legierungen, was das Pres sen des Pulvers und die Bearbeitung der Produkte er schwert, und die Legierungen werden auch spröde. Gemäß einem anderen Aspekt ist es erforderlich, Pulver der Ei sen(Fe)-Molybdän(Mo)-Chrom(Cr)Gruppe oder der Eisen(Fe)- Molybdän (Mo)-Nickel(Ni)Gruppe zu verwenden, die Molybdän (Mo) und Chrom (Cr) enthält, um Chrom (Cr) in der festen Matrix auf Eisenbasis gleichförmig zu lösen (solve) und/oder aufzulösen (dissolve). Das Legieren von Molybdän (Mo), Chrom (Cr) und Nickel (Ni) im Eisenpulver bei hoher Konzentration verschlechtert jedoch die Zerspanbarkeit und Bearbeitbarkeit der gehärteten Legierungen. In dieser Hinsicht sollte die partikuläre Mischung vorzugsweise wenigstens einen Teil Nickel (Ni) und Molybdän (Mo) in feinem reinem metallischem Pulver mit einer Partikelgröße von weniger als 45 µm-Meter enthalten.

Es ist zu beachten, daß die Hinzugabe von Chrom (Cr) in der Form von metallischem Chrom (Cr) durch Reaktion mit Kohlenstoff (C) feste Carbide erzeugt. Nachteilig ist, daß diese festen Carbide eine schlechte Sinter- und Adhäsions eigenschaft mit der Matrix auf Eisenbasis haben, wodurch die Angreifeigenschaft gegen berührende Ventile erhöht wird, so daß vorher Chrom (Cr) im festen Eisenpulver der Hauptrohmaterialien gelöst (solved) und/oder aufgelöst (dissolved) werden sollte.

Kohlenstoff (C) sollte zu 0,5 bis 2% den Legierungen zu gegeben werden. Mit weniger als 0,5% Kohlenstoff (C) er zeugen die Legierungen eine Struktur, die Ferrit (feste Alphalösung) enthält, wodurch die Verschleißfestigkeit verringert wird. Die Hinzugabe von Kohlenstoff (C) über 2% erzeugt eine zu große Menge an Martensit und Carbiden, was eine verschlechterte Zerspanbarkeit und Bearbeitbarkeit sowie eine Sprödigkeit der Legierungen verursacht. In jedem Fall wird der Gehalt an Kohlenstoff (C) in relativer Weise in Abhängigkeit der jeweiligen Menge an Nickel (Ni), Chrom (Cr) und Molybdän (Mo) und auch in Abhängigkeit der Arten und der Menge der harten Partikel in einem solchen Bereich bestimmt, daß die Erzeugung von Ferrit, Martensit und Carbiden verhindert wird.

Verfügbare harte Partikel enthalten ein zusammengesetztes Material allein oder mehr als zwei zusammengesetzte Mate rialien, die aus drei Gruppen ausgewählt werden, nämlich: Legierungen der Gruppe Chrom-Molybdän-Kobalt (Cr-Mo-Co), die 50 bis 57% Chrom (Cr), 18 bis 22% Molybdän (Mo), 8 bis 12% Kobalt (Co), 0,1 bis 1,4% Kohlenstoff (C), 0,8 bis 1,3% Silizium (Si), den Rest Eisen und unvermeidbare Ver unreinigungen enthalten; Legierungen der Gruppe Chrom- Wolfram- Kobalt (Cr-W-Co), die aus 27 bis 33% Chrom (Cr), 22 bis 28% Wolfram (W), 8 bis 12% Kobalt (Co), 1,7 bis 2,3% Kohlenstoff (C), 1,0 bis 2,0% Silizium (Si), Rest Eisen, sowie Verunreinigungen bestehen; und Legierungen der Gruppe Molybdän-Eisen (Mo-Fe), die aus 60 bis 70% Molybdän (Mo), weniger als 0,01% Kohlenstoff (C), Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen bestehen.

Die harten Partikel bewirken ein Dispergieren in die me tallische Struktur der Legierungen und deren Verfestigung. Ferner werden beim Sintern Legierungselemente von den harten Partikeln diffundiert, um hochlegierte Phasen um die harten Partikel herum zu bilden, um die Verschleiß festigkeit durch hochlegierte Phasen zu verbessern. Die harten Partikel werden vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 20% hinzugefügt. Mit weniger als 3% der hinzugefüg ten harten Partikel zeigen die Legierungen keine ausrei chende Verbesserung der Verschleißfestigkeit. Wird 20% überschritten, kann die Verschleißfestigkeit nicht im Verhältnis der Erhöhung der hinzugefügten Menge der harten Partikel verbessert werden, vielmehr führt dies zu höheren Kosten bei der Herstellung der Legierungen. Darüber hinaus verleiht die überschüssige Menge an hinzugefügten harten Partikeln den Legierungen Sprödigkeit, wodurch die mecha nische Festigkeit und Bearbeitbarkeit der Legierungen verschlechtert wird und eine Tendenz besteht, die Abnut zung der berührenden Ventile zu erhöhen. Demgemäß sollte aufgrund dieser Gesichtspunkte dem Rohpulver keine über schüssige Menge an harten Partikeln hinzugefügt werden.

Die japanische Patentveröffentlichung No. 15349/1989 offenbart gesinterte Eisenbasis-Metalle des Hartpartikel dispersionstyps für Ventilsitze für Hochleistungsauto motoren, die vorliegende Erfindung enthält jedoch ein neuartiges Konzept gegenüber der Offenbarung dieser japa nischen Druckschrift, da die vorliegende Erfindung gekenn zeichnet ist durch Hinzufügen von Chrom (Cr) zu einer Matrix auf Eisenbasis, um ein Legieren von Chrom (Cr)in der Matrix auf Eisenbasis zusammen mit Molybdän (Mo) zu verursachen, um durch Sintern bei einer hohen Temperatur die Wärmebeständigkeit und Oxydationsfestigkeit zu erhöhen und ebenfalls die Verschleißfestigkeit und mechanische Festigkeit zu verbessern.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Zeichnung stellt bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar, in welcher Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Schlagverschleißtestmaschine ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Mit Eisenpulver, das eine Spitzenpartikelgröße von 75 bis 106 µm aufwies und 4% Molybdän (Mo) und 1% Chrom (Cr) enthielt, wurden Carbonylnickel(Ni)pulver unter 45 µm, Metallmolybdän(Mo)pulver, Graphitpulver und Molybdäneisen (FeMo) mit Partikelgrößen von 75 bis 106 µm mit einem gewichtsmäßigen Mischungsverhältnis der harten Partikel von 7% Carbonylnickel, 2% Metallmolybdän(Mo)pulver, 0,8% Graphitpulver und 10% Molybdäneisen (FeMo) gemischt. In ähnlicher Weise wurde mit zahlreichen unterschiedlichen Mengen an Molybdän (Mo) und Chrom (Cr) und unterschiedli chen Mengen und Arten der harten Partikel eine Mischung hergestellt. Ferner wurde der Mischung auch 0,5% Zink stearat als Schmiermittel hinzugefügt, um den geformten Gegenständen eine bessere Löseeigenschaft von einer Form zu verleihen. Die sich ergebende pulvrige Mischung wurde unter einem Druck von 7 Tonnen pro 1 cm² in Formen ge preßt, die danach zum Entwachsen eine Stunde lang bei einer Temperatur von 650°C erwärmt, eine Stunde lang bei einer Temperatur von 1230°C gesintert und anschließend auf 900°C in einem Vakuumofen abgekühlt wurden. Infolgedessen wurden die gesinterten Formen durch Kühlen in Stick stoff(N₂)gas von 900°C aus abgeschreckt und anschließend bei 650°C geglüht, um Proben Nr. 7 bis 9 herzustellen, die in Tabelle 1 gezeigt sind.

Verhältnis zwischen Legierungskomponenten und Verschleißfestigkeit

Im folgenden wurde eine Wärmebehandlung bei Temperaturen durchgeführt, die für jede Metallkomponente geeignet war, um die Härte der gesinterten Legierungen auf 90 bis 110 HRB (Rockwell B Skala) einzustellen, so daß die Legierun gen bearbeitet wurden, um Ventilsitztestproben zu erzeu gen.

Von bekannten Materialien wurden auch Vergleichstestproben von gesinterten Ventilen, die durch die Nummern 1 bis 6 gezeigt sind, in einer gleichen Form hergestellt und auf vorgegebene Dimensionen bearbeitet, und anschließend wurde jede getestet, um die Verschleiß- und Reibungsbeständig keit der Ventilsitzmaterialien auszuwerten. Im Hinblick auf die tatsächlichen Bedingungen, denen Abgasventilsitze ausgesetzt werden, wurde eine Messung unter folgenden Bedingungen des Ventilmaterials vorgenommen: wärmebestän diger Stahl SUH-36 unter japanischem Industriestandard; Anzahl der Umdrehungen: 3000 U/min; Testdauer: 5 Stunden; Niveau des Temperaturzustands: 4; obere Ventiloberfläche: 450°C bis 700°C; äußere Oberfläche des Ventilsitzes bei 150° bis 450°.

Die Testproben wurden an der Schlagverschleißtestmaschine befestigt, wie in Fig. 1 gezeigt, und jede Verschleiß festigkeit dieser Proben wurde ausgewertet, indem die Änderung der Ventilspiellänge zu Beginn und am Ende des Tests ausgewertet wurde. Die "Änderung der Ventilspiellän ge" bedeutet die Vergrößerung h des Spiels zwischen einem Ventilstößel 8 und einem Nocken 6. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein oberes Ende eines Ventiles 1, das von einer Ven tilführung 2 gehaltert ist, in Kontakt mit einem Ventil sitzeinsatz 3 gebracht, so daß eine Flamme von einem Gas brenner 4, der oberhalb des Ventils 1 angeordnet ist, nach unten auf das Ventil 1 ausgegeben wird. Kühlende Druckluft 7 wird von außen her dem Ventilsitzeinsatz 3 zugeführt. Das Ventil 1 wird durch die elastische Kraft einer Ventil feder 5 fortwährend in Richtung des Nockens 6 gedrängt, so daß es sich bei Drehung einer Nockenwelle, die mit dem Nocken 6 zusammen ausgebildet ist, vertikal hin- und her bewegen kann.

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, ist es offensichtlich, daß die erfindungsgemäßen Ventilsitze der Nummern 7 bis 9 im Vergleich zu bekannten Ventilsitzen der Nummern 1 bis 6 eine verbesserte Verschleißfestigkeit bei einer erhöhten Temperatur haben. In Tabelle 1 enthalten die harten Parti kel Eisen (Fe) - 63% Molybdän. In diesem Fall zeigen die Testproben, die nur Molybdän enthalten, eine geringere Abnutzung bei einer niedrigeren Temperatur, aber eine hohe Abnutzung bei einer höheren Temperatur. Dagegen zeigen die Testproben, die nur Chrom (Cr) enthalten, eine hohe Abnut zung bei einer niedereren Temperatur, jedoch eine geringe re bei einer höheren Temperatur.

Rohmaterial aus Eisenpulver wurde hergestellt, das aus Eisen (Fe) - 5% Molybdän (Mo) - X% Chrom (Cr) - 0,4% Koh lenstoff (C) bestand, wobei Molybdän (Mo) und Chrom (Cr) vorher in die Legierungen übertragen wurde. Um die Dichte des gemischten Pulvers auf 7,0 g/cm³ einzustellen, wurde dem Eisenpulver Kohlenstoff (C) hinzugefügt, und die Mi schung wurde in runde Stäbe mit 15 mm Durchmesser und 50 mm Höhe geformt. Diese runden Stäbe wurden 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 1230°C gesintert und in Stickstoffgas abgekühlt, um die Testproben herzustellen. Die Testproben wurden 15 Stunden lang in einer Atmosphäre von 800°C er wärmt, um hierdurch die Gewichtszunahme der Testproben zu messen, die durch die Oxydation verursacht wird. Tabelle 2 zeigt deutlich, daß die Oxydationsbeständigkeit mit erhöhter Zugabe von Chrom (Cr) stärker verbessert wird.

Verhältnis zwischen Chrom und Oxydationsbestän digkeit

Rohmaterialpulver aus Eisenpulver wurde hergestellt, das aus Eisen (Fe) - 5% Molybdän (Mo) - X% Chrom - 0,4% Koh lenstoff (C) bestand, wobei Molybdän (Mo) und Chrom (Cr) vorher in die Legierungen übertragen wurde. Dem Eisenpul ver wurde 1% Zinkstearat als Schmiermittel zugegeben, und dies wurde unter einem Druck von 6,5 Tonnen pro 1 cm² ge formt, um hierdurch die Dichte der Formen unter der Tempe raturbedingung des vorerwähnten Niveaus 2 zu messen. Ta belle 3 zeigt die verringerte Dichte bei Erhöhung der zugegebenen Menge an Chrom (Cr) und Molybdän (Mo) und bei verschlechterter Bearbeitbarkeit des Eisenpulvers, so daß der höhere Formdruck auf das Eisenpulver aufgebracht wer den sollte, um die Formen mit einer gewünschten Dichte zu bilden.

Verhältnis zwischen der Dichte der Form und Chrom oder Molybdän

Tabelle 4 zeigt ein Verhältnis zwischen der Verschleiß festigkeit und der hinzugefügten Menge an harten Parti keln, die aus Chrom (Cr) - Wolfram (W) - Kobalt (Co) be standen. Diese Tabelle offenbart, daß der Verschleiß bei Erhöhung der zugegebenen Menge an harten Partikeln bis zu einem bestimmten Ausmaß verringert wird, daß jedoch umge kehrt der Verschleiß erhöht wird, wenn die zugefügte Menge an harten Partikeln das bestimmte Ausmaß überschreitet. Die geeignete hinzugefügte Menge an harten Partikeln liegt daher im Bereich von 3 bis 20%.

Verhältnis zwischen der Menge an H.P.P und der Verschleißfestigkeit

Die Tabellen 1 und 4 der vorstehenden Ausführungsform zeigen zwei Arten von harten Partikeln aus der Gruppe Eisen (Fe)- 63% Molybdän (Mo) und aus der Gruppe Chrom (Cr)-Wolfram (W)-Kobalt (Co). Zusätzlich testeten die Erfinder drei Arten von 3 bis 20% harten Partikeln der Legierungsgruppen Chrom-Molybdän-Kobalt (Cr-Mo-Co); Chrom-Wolfram-Kobalt (Cr-W-Co); und Molybdän-Eisen (Mo-Fe) durch alle Zusammensetzungsbereiche hindurch, und testeten 3 bis 15% Nickel (Ni), 3 bis 15% Molybdän (Mo), und 0,5 bis 2% Kohlenstoff (C) durch alle Zusammenset zungsbereiche hindurch. Als Resultat wurde entdeckt, daß die gesinterten Legierungen auf Eisenbasis mit einer Hartpartikeldispersion die bessere Verschleißfestigkeit über alle Zusammensetzungsbereiche im Vergleich zu übli chen Legierungen zeigen.

Die vorerwähnte Ausführungsform der Erfindung repräsen tiert die Beispiele, die durch Sintern der Formen nach dem Entwachsen durch Erwärmung, durch Abkühlen auf 900°C, anschließendes Abkühlen im Gas und weiteres Glühen dersel ben hergestellt wurden. Ähnliche Effekte können sich je doch ergeben, wenn sie nach dem Sintern auf die gleiche Weise abgeschreckt und geglüht werden, wie dies bei ge wöhnlichen Stählen erfolgt, die nach dem Sintern in Wasser abgeschreckt werden.

Wie oben beschrieben, können mit der vorliegenden Erfin dung gesinterte Legierungen auf Eisenbasis mit Hartparti keldispersion realisiert werden, die eine verbesserte Verschleißfestigkeit für eine zuverlässige Qualität der Metallprodukte auch dann haben, wenn eine schwerere Last auf die Legierungen bei einer erhöhten Temperatur aufge bracht wird.

Claims

1. Gesinterte Legierung auf Eisenbasis mit dispergierten harten Partikeln, welche umfaßt: nach Gewicht 3 bis 15% Nickel (Ni), 3 bis 15% Molybdän (Mo), 0,5 bis 5% Chrom (Cr), 0,5 bis 2% Kohlenstoff (C) und den Rest Eisen (Fe) mit unvermeidbaren Verunreinigungen;
wobei wenigstens ein Teil des Nickels (Ni), Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) in fester Lösung einer Matrix auf Eisenba sis enthalten ist, wenigstens ein Teil des Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) innerhalb der Matrix auf Eisenbasis dis pergiert ist, um feine Carbide oder intermetallische Ver bindungen hiervon zu bilden, und 3 bis 20% harte Partikel gleichförmig innerhalb der Matrix auf Eisenbasis disper giert sind, wobei die harten Partikel 50 bis 57% Chrom (Cr), 18 bis 22% Molybdän (Mo), 8 bis 12% Kobalt (Co), 0,1 bis 1,4% Kohlenstoff (C), 0,8 bis 1,3% Silizium (Si) und den Rest Eisen (Fe) enthalten.

2. Gesinterte Legierung auf Eisenbasis mit dispergierten harten Partikeln, welche umfaßt:
nach Gewicht 3 bis 15% Nickel (Ni), 3 bis 15% Molybdän (Mo), 0,5 bis 5% Chrom (Cr), 0,5 bis 2% Kohlenstoff (C), und den Rest Eisen (Fe) mit unvermeidbaren Verunreinigun gen,
wobei wenigstens ein Teil des Nickels (Ni), Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) in fester Lösung einer Matrix auf Eisenba sis enthalten ist, wenigstens ein Teil des Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) innerhalb der Matrix auf Eisenbasis dis pergiert ist, um feine Carbide oder intermetallische Ver bindungen hiervon zu bilden, und 3 bis 20% harte Partikel gleichförmig innerhalb der Matrix auf Eisenbasis disper giert sind, wobei die harten Partikel 27 bis 33% Chrom (Cr), 22 bis 28% Wolfram (W), 8 bis 12% Kobalt (Co), 1,7 bis 2,3% Kohlenstoff (C), 1,0 bis 2,0% Silizium (Si), und den Rest Eisen (Fe) enthalten.

3. Gesinterte Legierung auf Eisenbasis mit dispergierten harten Partikeln, welche umfaßt:
nach Gewicht 3 bis 15% Nickel (Ni), 3 bis 15% Molybdän (Mo), 0,5 bis 5% Chrom (Cr), 0,5 bis 2% Kohlenstoff (C) und den Rest Eisen (Fe) mit unvermeidbaren Verunreinigun gen,
wobei wenigstens ein Teil des Nickels (Ni), Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) in fester Lösung einer Matrix auf Eisenba sis enthalten ist, wenigstens ein Teil des Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) innerhalb der Matrix auf Eisenbasis dis pergiert ist, um feine Carbide oder intermetallische Ver bindungen hiervon zu bilden, und 3 bis 20% harte Partikel gleichförmig innerhalb der Matrix auf Eisenbasis disper giert sind, wobei die harten Partikel 60 bis 70% Molybdän (Mo), weniger als 0,01% Kohlenstoff (C) und den Rest Eisen (Fe) enthalten und gleichförmig innerhalb der Matrix auf Eisenbasis dispergiert sind.

4. Gesinterte Legierung auf Eisenbasis mit dispergierten harten Partikeln, welche umfaßt:
nach Gewicht 3 bis 15% Nickel (Ni), 3 bis 15% Molybdän (Mo), 0,5 bis 5% Chrom (Cr), 0,5 bis 2% Kohlenstoff (C) und den Rest Eisen (Fe) mit unvermeidbaren Verunreinigun gen,
wobei wenigstens ein Teil des Nickels (Ni), Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) in fester Lösung einer Matrix auf Eisenba sis enthalten ist, wenigstens ein Teil des Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) innerhalb der Matrix auf Eisenbasis dis pergiert ist, um feine Carbide oder intermetallische Ver bindungen hiervon zu bilden, und 3 bis 20% harte Partikel gleichförmig innerhalb der Matrix auf Eisenbasis disper giert sind, wobei die harten Partikel durch eine Mischung von wenigstens zwei ausgewählten von den folgenden drei Arten von harten Partikeln vorgegeben sind, von denen jede enthält:

(1) 50 bis 57% Chrom (Cr), 18 bis 22% Molybdän (Mo), 8 bis 12% Kobalt (Co), 0,1 bis 1,4% Kohlenstoff (C), 0,8 bis 1,3% Silizium (Si) und den Rest Eisen (Fe),
(2) 27 bis 33% Chrom (Cr), 22 bis 28% Wolfram (W), 8 bis 12% Kobalt (Co), 1,7 bis 2,3% Kohlenstoff (C), 1,0 bis 2,0% Silizium (Si) und den Rest Eisen (Fe), und
(3) 60 bis 70% Molybdän (Mo), weniger als 0,01% Kohlen stoff (C), und den Rest Eisen (Fe)

5. Verfahren zur Herstellung einer gesinterten Legierung auf Eisenbasis mit dispergierten harten Partikeln, welches die Schritte umfaßt:
Mischen von Carbonylnickel(Ni)pulver, metallischem Molyb dän(Mo)pulver, Graphitpulver und Molybdäneisen (FeMo) mit Eisenpulver, welches Molybdän (Mo) und Chrom (Cr) enthält, um ein Rohmaterialpulver herzustellen, welches nach Ge wicht aus 3 bis 15% Nickel (Ni), 3 bis 15% Molybdän (Mo), 0,5 bis 5% Chrom (Cr), 0,5 bis 2% Kohlenstoff (C) und Rest Eisen (Fe) und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht;
Herstellen von 3 bis 20% harten Partikeln mittels einer ausgewählten von den folgenden drei Arten von harten Par tikeln, von denen jede enthält, oder durch Mischen von wenigstens zwei ausgewählten der folgenden drei Arten von harten Partikeln, von denen jede enthält:

(1) 50 bis 57% Chrom (Cr), 18 bis 22% Molybdän (Mo), 8 bis 12% Kobalt (Co), 1,0 bis 1,4% Kohlenstoff (C), 0,8 bis 1,3% Silizium (Si), und den Rest Eisen (Fe);
(2) 27 bis 33% Chrom (Cr), 22 bis 28% Wolfram (W), 8 bis 12% Kobalt (Co), 1,7 bis 2,3% Kohlenstoff (C), 1,0 bis 2,0% Silizium (Si), und den Rest Eisen (Fe); und
(3) 60 bis 70% Molybdän (Mo), weniger als 0,01% Kohlen stoff (C), und den Rest Eisen (Fe);

Hinzufügen der harten Partikel und von Zinkstearat zum Rohmaterialpulver, um ein gemischtes Pulver herzustellen; Pressen des sich ergebenden gemischten Pulvers in eine Form, Erwärmen zum Entwachsen, und Sintern und Abkühlen der Form; und
ferner Glühen der Form;
wobei wenigstens ein Teil des Nickels (Ni), Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) in fester Lösung einer Matrix auf Eisenba sis enthalten ist, wenigstens ein Teil des Molybdäns (Mo) und Chroms (Cr) innerhalb der Matrix auf Eisenbasis dis pergiert ist, um feine Carbide oder intermetallische Ver bindungen hiervon zu bilden, und die harten Partikel gleichförmig innerhalb der Matrix auf Eisenbasis disper giert sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Eisenpulver, wel ches das Molybdän (Mo) und Chrom (Cr) enthält, eine Spit zenpartikelgröße von 75 bis 106 µm hat, die Partikelgröße des Carbonylnickel(Ni)pulvers unter 45 µm ist und das Molybdäneisen (FeMo) eine Spitzenpartikelgröße von 75 bis 106 µm hat.

7. Verfahren nach Anspruch 5, welches ferner das Erwärmen der Form zum Entwachsen umfaßt, das Sintern und Abkühlen der Form auf 900°C in einem Ofen, das Kühlen in einem Gas und das Glühen der Form.