Wear of sinter hardened PM steels in dry operation

Abstract

In der modernen Industrie ist es immer wichtiger geworden Bauteile möglichst kosteneffizient zu produzieren. Aufgrund der momentanen Rohstoffsituation wird es vor allem immer wichtiger Teile auch ressourceneffizient herstellen zu können. All diese Anforderungen werden von der Pulvermetallurgie in Kombination mit Sinterhärten erfüllt. Ein Nachteil ist, dass nach dem Sintern normalerweise Poren zurückbleiben. Die Einsetzbarkeit von Stahlpulvern, die auch durch Gasabschreckung härtbar sind, erweist sich allerdings als Vorteil, da direkt von der Sintertemperatur aus härten kann. Diese so hergestellten Sinterstähle weisen üblicherweise aber eine recht geringe Zähigkeit auf.<br />Dieser Umstand stellt für die Verschleißbeständigkeit durchaus einige Schwierigkeiten dar. Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit dem Verschleißverhalten von 4 verschiedenen pulvermetallurgischen Stählen, die durch eine Gasdusche härtbar sind. Dazu wurden Legierungen bei zwei unterschiedlichen Temperaturen sintergehärtet und untersucht. Ein Material wurde einem Verschleißtest mit unterschiedlichen Gleitgeschwindigkeiten und Normalkräften, aufgebaut nach der so genannten "Stift Scheibe" Konfiguration, unterzogen. Dabei stellte sich eine Last von 30 N sowie eine Geschwindigkeit von ~ 2,6 m/s durch reproduzierbare und stabile Resultate als besonders geeignet heraus. Im Anschluss wurden unter diesen Bedingungen die verschiedenen Materialien getestet und verglichen. Dabei tat sich das mit Kohlenstoff und Nickel legierte Stahlpulver Distaloy LH durch eine gleichbleibend geringe Verschleißrate bei beiden getesteten Temperaturen (1120 und 1250° C) besonders hervor. Des Weiteren wurden die mechanischen Eigenschaften eines der verwendeten Stahlpulver (Astaloy CrM), mit verschiedenen Kohlenstoffgehalten sowie teilweise mit Nickel legiert untersucht. Dabei wurde, wie erwartet, festgestellt, dass durch die Zulegierung von Nickel bessere Eigenschaften erzielt werden können als durch eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes.<br />

Sinter hardening is a way of producing hard precision parts.<br />This procedure gained importance in the past few years, due to the cost and time efficiency it allows. However, the problem is that after the quenching, the toughness is usually pretty poor. This intensifies the wear problem, at least for the more severe regimes. This work focuses on the problem of wear resistance of sintered steels. Four different sinter hardening steel grades were tested on a pin-on-disk test rig against a reference material, which was 100Cr6 roller bearing steel. For comparison, varying conditions were tested with one material. An applied load of 30 N and a velocity of ~ 2.5 m/s turned out to be a proper combination, due to the good reproducibility and stability of the results. At these conditions, the four materials, which were sinter hardened at two different temperatures, were tested and compared. The material consisting of Distaloy LH, alloyed with nickel and carbon, showed a similar, namely low level of wear rate for both temperatures.<br />In addition, this work was concerned with testing the mechanical properties of one of the materials, which was also used for the wear tests. This material was Astaloy CrM alloyed with different amounts of carbon and nickel. As expected, the result of these tests was that the alloy with nickel shows better performances than alloys with higher percentages of carbon can reach.