Diffusionslegierte Fe-C Masterlegierungen für die PM-Formteilfertigung

Abstract

Kohlenstoff gilt in der Pulvermetallugie als wichtiges Legierungselement. Dabei wird der Kohlenstoff bei der Herstellung als Graphit zum Eisenpulver beigemengt. Hierbei treten in der Praxis jedoch einige Probleme auf. Einerseits kann es schon beim Transport und vor allem beim Füllen der Pressmatrizen zu Entmischung und Wegstauben ("dusting") des feinen Graphitpulvers kommen. Andererseits ist vor allem der große Raumbedarf des Graphits beim Pressen auf hohe relative Dichten hinderlich. Der Grund hierfür ist die relativ niedrige Dichte des Graphits im Gegensatz zum Eisen. Beim Sintern löst sich der Graphit im Basismetall und hinterlässt Poren. Der TU Wien ist es aber gelungen, hochkohlenstoffhaltige Fe-C Masterlegierungen herzustellen und dabei die oben genannten negativen Effekte nicht zu stark werden zu lassen. Dabei wird C als Graphit einem Eisenbasispulver beigemengt und dann durch Reaktionsglühen teils gelöst, teils in Zementit übergeführt. Nach der Deagglomeration des Pulvers folgt ein zweiter Glühvorgang, der das Pulver besser verarbeitbar macht. In dieser Diplomarbeit wurden nun einige Fe-C Masterlegierungen hergestellt, bei denen der Kohlenstoff teils als Zementit, großteils aber als an die Fe-Partikel angesinterter Graphit vorlag; solche mit C diffusionslegierten Pulver galten bisher als nicht herstellbar. Aus diesen Pulvern wurde dann eine "optimale Masterlegierung" bestimmt. Diese wurde dann mit Eisenpulver gemischt und daraus Formteile hergestellt. Als Referenz dienten Formteile, die auf konventionellem Weg, d.h. mit Graphitzusatz, hergestellt wurden. Beim Vergleich der mechanischen Eigenschaften zeigte sich, dass die neuen Fe-C Masterlegierungen durchwegs mit den Referenzformteilen mithalten können. Bei der Analyse der Gefüge des Sinterzustandes konnte kein Unterschied zwischen Master- und Referenzprobe festgestellt werden.<br />

Carbon is an alloying element of major importance in the pm industry. Usually carbon is admixed as fine graphite to the iron powder, however there are some problems in practise. Due to the low density of graphite compared to the iron powder, it absorbs considerable space in the compacted part. During subsequent sintering, the graphite diffuses into the iron matrix, and pores are left behind. Furthermore, fine graphite powders tend to segregate during handling of the powder mix (so-called "dusting"), resulting in heterogeneous carbon distribution.<br />One may propose to use prealloyed iron-carbon powder, but carbon lowers the compressibility, because it strongly hardens the iron matrix. At Vienna University of Technology, Fe-C masteralloys with adequate compressibility were developed and patented. These masteralloys are produced by mixing iron powder with graphite followed by a special heat treatment. The mixed powder is preheated which results in dissolution and in part formation of cementite. After deagglomeration of the resulting powder cake the powder is heated again to carry out a special soft anneal. The biggest advantage of the new Fe-C master alloys is not in the mechanical properties, but in the better handling of this powder.<br />Nearly no dusting or segregation could be observed. Furthermore it is a more cost-effective way for the powder production. Furthermore, carbon segregation can be completely avoided, which is decidedly a benefit in particular at higher total carbon contents.