Niederdruckaufkohlung von chromhaltigen Sinterstählen für Zahnräder Translated title: Low pressure carburization of chromium containing sintered steels for gear applications

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.

Abstract

In recent years, chromium containing powder metallurgy steels based on prealloyed powders such as Astaloy CrL (Iron + 1.5 % Chromium + 0.2 % Molybdenum) and Astaloy CrM (Iron + 3 % Chromium + 0.5 % Molybdenum) became extremely attractive due to the better sintering furnaces used in the industry which ofer oxygen-free atmospheres and high operating temperatures and also due to the lower cost of chromium compared to traditional alloying elements for PM, namely molybdenum, nickel and copper. When using appropriate sintering and heat treating conditions, these chromium containing steels ofer outstanding mechanical properties at relatively low cost.

However, thermochemical treatment of these materials by conventional gas carburizing combined with oil quenching is not possible since the carburizing gas contains oxygen compounds which penetrate the open pores and cause oxidation not only of the surface of the parts but also of inner sections resulting in signiicant embrittlement. Furthermore the quenching oil contaminates the pores which necessitates expensive washing operations.

In the present work, low pressure carburization with high pressure gas quenching was studied, which route is an alternative for these oxidation sensitive chromium containing materials. It was shown that this heat treatment is highly suitable for case hardening these sensitive materials.