Sinterhärten – eine spezielle Wärmebehandlung für pulvermetallurgische Präzisionsteile∗ Translated title: Sinter hardening – a special heat treatment for powder metallurgy precision parts

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.

Abstract

Sinter hardening has become a process of high importance in ferrous powder metallurgy in the last years because of the time- and cost-effective manufacturing it permits. It is a hardening method applicable only for PM parts in which the parts are sintered and quenched directly after the sintering step, which saves the energy and costs connected to a conventional hardening in which the parts must be reheated to hardening temperature, which is usually above 850°C. Furthermore sinter hardening is done by gas quenching instead of oil quenching, with cooling rates up to 4 K/s, which is beneficial in terms of dimensional stability and cleanliness of the specimen. In contrast to these advantages a considerable problem with this hardening method is the usually low toughness after sinter hardening. For some applications such as synchronizer hubs in automotive transmissions this can cause failures e. g. when fixing the hubs on the shaft. For this reason an increase of the toughness is of high interest.

In the present work, factors influencing the toughness were investigated regarding their importance for the prealloyed Cr-Mo sintered steel Astaloy CrM (Fe-3%Cr-0.5%Mo-C), namely the sintering temperature, the carbon and Ni contents, the powder particle size and the austenite grain size. With the help of this knowledge it is possible to significantly increase the toughness of sinter hardened Astaloy CrM based steels.