M. Dlapka

Defining the pores in PM components

Porosity levels are important for powder metallurgists. Liquids or gases can penetrate pores during the manufacturing process and have a negative influence on properties. An Austro-Swedish team looked at the transition from open to closed porosity and pore connectivity at different densities and temperatures…

Austenitkorngröße in sintergehärteten pulvermetallurgischen Stählen

Kurzfassung Für schmelzmetallurgische Stähle ist seit langem bekannt, dass die Austenitkorngröße einen entscheidenden Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften hat. Besonders eine Austenitisierungsbehandlung, bei der für lange Zeit auf hoher Temperatur gehalten wird, kann ein dramatisches Kornwachstum bewirken, das die Bildung von Restaustenit fördert und in schlechten mechanischen Eigenschaften resultiert.

Sinterhärten – eine spezielle Wärmebehandlung für pulvermetallurgische Präzisionsteile∗

Kurzfassung Sinterhärten wurde in den letzten Jahren aufgrund der hohen Zeit- und Kosteneffizienz zu einem extrem wichtigen Prozess in der Eisenpulvermetallurgie. Diese Härtemethode ist exklusiv für pulvermetallurgische Teile anwendbar, da direkt nach dem Sintern aus der Sinterhitze abgeschreckt wird. Dies führt zur Einsparung von Energie und Kosten, da bei einer konventionellen Härtung ein zusätzlicher Erwärmschritt auf Härtetemperatur auf über 850°C notwendig ist. Außerdem wird das Sinterhärten normalerweise durch Gasabschreckung anstelle einer Ölabschreckung durchgeführt, die Kühlraten bis zu 4 K/s ermöglicht und vorteilhaft besonders in Bezug auf Maßhaltigkeit und Sauberkeit der Teile ist. Allerdings ist neben diesen Vorteilen auch ein offensichtlicher Nachteil mit dieser Härtemethode verbunden, nämlich die niedrige Zähigkeit der Teile nach der Sinterhärtung. Für einige Anwendungen, wie beispielsweise Synchronnaben in Getrieben, kann das zu erheblichen Problemen führen, schon bei der Montage der Naben auf der Welle. Aus diesem Grund ist eine Erhöhung der Zähigkeit dieser Materialien von großem Interesse. In der vorliegenden Arbeit wurden die Einflussfaktoren auf die Zähigkeit im Hinblick auf ihre Wichtigkeit für den vorlegierten Cr-Mo-Sinterstahl Astaloy CrM (Fe-3%Cr-0,5%Mo-C) untersucht. Diese waren die Sintertemperatur, der Kohlenstoff- und Nickelgehalt, die Partikelgröße der Pulver und die Austenitkorngröße. Mithilfe dieses Wissens ist es möglich, die Zähigkeit des sintergehärteten Astaloy CrM-basierten Stahls signifikant zu verbessern.

Heat Treatment of Sintered Steels – what is different?

Abstract Powder metallurgy ferrous precision parts are employed in numerous industrial sectors. In case of high mechanical loading, as e. g. in automotive applications, heat treatment is frequently required after the press-and-sinter manufacturing. Here the specific features of PM parts have to be considered, in particular the presence of open and/or graded porosity. In the present study it is shown that processes such as sinter hardening, low pressure carburizing and plasma nitriding are particularly suited for sintered parts since the problems usually caused by the porosity can largely be avoided. By appropriate selection of the alloying system combined with optimum sintering and heat treatment, components can be obtained that are competitive to parts machined from wrought steels but offer additional benefits such as attractive NVH (noise-vibration-harshness) behavior.

Reaction of Unalloyed and Cr-Mo Alloyed Steels with Nitrogen from the Sintering Atmosphere

Abstract Nitrogen is usually regarded as an inert sintering atmosphere for PM steels; however, this cannot be taken for granted in particular for steels alloyed with nitride forming elements. Among those elements, chromium has become more and more important as an alloying element in sintered low alloy structural steels in the last decade due to the moderate alloying cost and the excellent mechanical properties obtainable, in particular when sinter hardening is applied. The high affinity of Cr to oxygen and the possible ways to overcome related problems have been the subject of numerous studies, while the fact that chromium is also a fairly strong nitride forming element has largely been neglected at least for low alloy steel grades, although frequently used materials like steels from Cr and Cr-Mo prealloyed powders are commonly sintered in atmospheres consisting mainly of nitrogen. In the present study, nitrogen pickup during sintering at different temperatures and for varying times has been studied for Cr-Mo prealloyed steel grades as well as for unalloyed carbon steel. Also the effect of the cooling rate and its influence on the properties, of the microstructure and the composition have been investigated. It showed that the main nitrogen uptake occurs not during isothermal sintering but rather during cooling. It could be demonstrated that a critical temperature range exists within which the investigated CrM-based steel is particularly sensitive to nitrogen pickup.

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.

Niederdruckaufkohlung von chromhaltigen Sinterstählen für Zahnräder

Kurzfassung In den letzten Jahren haben chromhaltige pulvermetallurgische Stähle auf der Basis vorlegierter Pulver wie Astaloy CrL (Eisen + 1,5% Chrom + 0,2% Molybdän) und Astaloy CrM (Eisen + 3% Chrom + 0,5% Molybdän) zunehmend Interesse gefunden. Die Gründe hierfür sind einerseits die niedrigeren Kosten für Chrom verglichen mit traditionellen Legierungselementen in der Pulvermetallurgie, wie Molybdän, Nickel und Kupfer, andererseits die mittlerweile in der Industrie verfügbaren deutlich verbesserten Sinteröfen, die eine sauerstofffreie Atmosphäre und hohe Temperaturen ermöglichen. Bei der Verwendung entsprechender Sinter- und Wärmebehandlungsbedingungen erzielen diese chromhaltigen Stähle hervorragende mechanische Eigenschaften bei relativ niedrigen Materialkosten. Allerdings ist für diese Materialien eine konventionelle Gasaukohlung mit anschließender Ölabschreckung nicht möglich, da die Kohlungsgase immer signiikante Mengen an sauerstohaltigen Verbindungen enthalten, welche in die ofenen Poren der Sinterteile eindringen können und Oxidation der Teile, nicht nur der Oberläche, sondern auch des Inneren, bewirken, was zu einer deutlichen Versprödung führen würde. Auch kann das Härteöl die Poren kontaminieren, was die Notwendigkeit für teure Waschoperationen der Teile bedingt und damit zu erhöhten Kosten führt. In der hier vorliegenden Arbeit wurde als Alternative für diese oxidationsempindlichen, chromhaltigen Materialien die Niederdruckaukohlung kombiniert mit einer Hochdruckgasabschreckung untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass diese Wärmebehandlung eine sehr gute Methode für die Randschichthärtung chromhaltiger Sinterstähle ist.