C. Gierl-Mayer

Advanced powder metallurgy steel alloys

Abstract: Ferrous powder metallurgy (PM) makes up the majority of powder metallurgy products with regard to tonnage. Improving performance is the main trend for pressed and sintered parts, in particular the introduction of cost-effective alloy elements such as Cr and Mn. Furthermore, much can be gained in ferrous PM by elaborate secondary operations. In metal injection moulding (MIM) products, there is a clear trend towards increasingly complex shapes and microsized parts. PM tool steels offer a much finer and fully isotropic microstructure compared to their wrought counterparts and the carbide content may be much higher, resulting in excellent application properties.

The Role of the Atmosphere on Boron-Activated Sintering of Ferrous Powder Compacts

Abstract Boron has been known to activate densification during sintering of ferrous powder compacts, though with risk of embrittlement. In the present study, specimens Fe-B and Fe-C-B prepared from standard atomized iron powder with addition of ferroboron Fe-21%B were sintered in different atmospheres, and the resulting microstructures and properties were studied. It showed that the activating effect of boron is observed during sintering in argon and in hydrogen while sintering in N2 containing atmospheres results in rapid deactivation of boron, through formation of stable BN. In hydrogen atmosphere, surface deboronizing was observed to considerable depth. Ar is chemically inert, but Ar trapped inside closed pores tends to inhibit further densification. The impact energy data indicated that the embrittling effect of boron is enhanced significantly by presence of carbon. In the fracture surfaces, transgranular cleavage fracture can be observed both at very low and high impact energy values.

Phosphorus in Sintered Steels: Effect of Phosphorus Content and P Carrier in Sintered Steel Fe-C-P

Abstract Phosphorus as an alloy element is quite common in powder metallurgy, the contents industrially used being markedly higher than those present in wrought steels. In this study, the influence of phosphorus addition through different P carriers was investigated. PM steels of the type Fe-0.7%C-x%P (x = 0.0 … 0.8%) were manufactured by pressing and sintering in H2. It showed that Fe3P is the best phosphorus carrier, resulting in fine and regular microstructure and in high impact energy data at 0.3 … 0.45%P while red P and also Fe2P showed a tendency to agglomeration, with resulting secondary porosity. At high P levels the mechanical properties tend to drop, for the tensile strength at P > 0.60%P while for the impact energy the threshold is 0.45%P. The dimensional behaviour of Fe-C-P can be related to PM aluminium alloys, expansion by transient liquid phase being followed by shrinkage by persistent liquid phase, at least at higher temperatures. In contrast to the dimensional behaviour, degassing and reduction is hardly affected by the phosphorus content.

Trockenlauf-Gleitverschleiß von sintergehärteten Stählen*

Kurzfassung In Automobilgetrieben kommen heute zunehmend sintergehärtete PM-Präzisionsteile zum Einsatz. Um entsprechende Notlaufeigenschaften zu gewährleisten, muss auch ausreichende Verschleißbeständigkeit im Trockenlauf gegeben sein. In der vorliegenden Arbeit wurde das Verschleißverhalten von 4 unterschiedlich legierten Typen von sintergehärteten Stählen gegen Wälzlagerstahl 100Cr6 bei trockener Gleitbeanspruchung untersucht, wobei Gleitwege bis 200 km gefahren wurden. Es zeigte sich aus der Untersuchung des Abriebs, dass bei niedrigen bis mittleren Belastungen Tribooxidation als Mechanismus dominiert; die untersuchten Stähle unterscheiden sich hier nur geringfügig. Bei höheren Normalkräften tritt dagegen Delamination auf und etwas adhäsiver Verschleiß; hier erwiesen sich Cr-Mo-legierte Sinterstähle als deutlich besser als die in der Pulvermetallurgie bisher gängigen Ni-Cu-Mo-legierten Varianten.

Röntgenographische Analyse von Restaustenit-Gehalten an pulvermetallurgisch hergestellten Stählen*

Kurzfassung Die Restaustenit-Analyse mittels Röntgen-Beugungsverfahren wird häufig nach standardisierten Verfahren wie ASTM E975-03 [1] oder SAE-SP-452 [2] durchgeführt. Die Verfahren basieren auf der Analyse der integralen Intensitätsverhältnisse von wenigen Beugungsreflexen für die einzelnen Phasen. Die Anpassung erfolgt modellfrei bezüglich der unterliegenden strukturellen Phasen. Dabei ist die genaue Kenntnis der Mikrostruktureigenschaften (Texturierungen, Eigenspannungszustände), die sich empfindlich auf die Intensitäten der Beugungsreflexe auswirken können, und ein geringer Anteil an weiteren Phasen, beispielsweise Carbiden, eine notwendige Voraussetzung. Dies trifft für technologisch relevante Proben häufig nicht zu. Als Folge sind daher oftmals große Streubreiten der Restaustenitgehalte bei den standardisierten Analysen zu beobachten, siehe z. B. [3]. Im vorliegenden Artikel wird ein Vergleich zwischen dem standardisierten Verfahren und einer Analyse unter Verwendung einer durch Strukturmodelle gestützten Gesamtprofilanpassung für exemplarische Proben mit leichten Vorzugsorientierungen und für den Einsatz von 1-D- und 2-D-Detektoren vorgestellt.

Austenitkornstabilität in pulvermetallurgischen Stählen bei hohen Sinter- und Wärmebehandlungstemperaturen∗

Kurzfassung Bei der Wärmebehandlung von Stählen ist die Austenitkorngröße ein wesentlicher Parameter; zu hohe Austenitisiertemperaturen und/oder eine zu lange Dauer führen zu Kornvergröberung mit negativen Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften. Bei sinterhärtenden Stählen ist Überhitzung aber unvermeidlich, da die Sinterung bei 1120–1280 °C durchgeführt wird. Mittels einer speziellen thermischen Ätzung wird hier gezeigt, dass Sinterstähle in einem breiten Dichte-/Porositätsbereich praktisch überhitzungsunempfindlich sind. Das Austenitkorn wird durch die Restporosität stabilisiert und sogar bei hochdichten Sinterstählen mit Restporosität < 4 % reichen die Poren aus, um das Kornwachstum beim Sintern zu unterdrücken.

Evolution of microstructure in ferrous and non-ferrous materials

Abstract: The most prominent features of powder metallurgy (PM) materials are their fine and regular microstructure and in many cases their porosity. Here, it is shown how the porosity changes with manufacturing parameters in sintered materials and how preparation has to be done to avoid artefacts. The matrix microstructures, with regard to the alloying technique and resulting element distribution, and the microstructural development during sintering of powder injection moulded products are described. The fine homogeneous microstructure is a typical feature of fully dense PM materials as shown for tool steels and hard metals. The pronounced effect of doping elements on microstructural stability is presented for PM refractory metals.