In der vorliegenden Arbeit wurden manganlegierte Sinterstähle für pulvermetallurgische Präzisionsteile untersucht. Traditionell sind PM-Stähle mit Cu, Ni und Mo legiert, da diese Elemente leicht reduzierbare Oxide bilden, und die Reinheit der Sinteratmosphäre ist daher nicht von entscheidender Bedeutung. Allerdings sind diese Elemente toxisch oder schwer zu recyceln, und alle haben sich drastisch verteuert. Mangan ist dagegen ein kostengünstiges Legierungselement mit sehr positivem Effekt auf die Härtbarkeit von Stählen, und es ist in der Schmelzmetallurgie weit verbreitet. In der Pulvermetallurgie wird Mn dagegen als problematisch eingestuft, wegen der hohen Sauerstoffaffinität und des hohen Dampfdruckes, der beim Sintern zu Mn-Verlusten v.a. an der Oberfläche führt. In dieser Arbeit wird die Einführung von Mn in Sinterstähle durch die Vorlegierungstechnik untersucht. Gegenüber der klassischen Mischtechnik sollte wegen der reduzierten chemischen Aktivität des legierten Mn geringere Oxidationsempfindlichkeit und auch niedrigerer Dampfdruck gegeben sein. Aus Versuchspulvern mit unterschiedlichen Gehalten an Mn und z.T. Cr - bis insgesamt 2% - sowie aus Reineisenpulvern, die als Referenz dienten, wurden durch Matrizenpressen bei 600 MPa Grünlinge hergestellt und im Dilatometer 60 min bei 1300°C gesintert; die Heiz- und Kühlraten betrugen 10 K/min. Es zeigte sich, dass Reineisenproben in Vakuum bzw.<br />Argon unsymmetrische alpha-gamma/gamma-alpha -Umwaldung und starke Schwellung zeigen, sowie starkes Kornwachstum, das zu interkristallinem Sprödbruch führt. Schon geringe Gehalte an C, Mn bzw. Cr oder Sintern in N2 vehindern diese Effekte. Sintern in H2 bewirkt zwar ebenfalls asymmetrische Umwandlung unn Kornwachstum, die Körper brechen aber duktil, was darauf hinweist, dass der erwähnte interkristalline Bruch durch Sauerstoff an den Korngrenzen bewirkt wird. Das Entgasungs- und Reduktionsverhalten von Preßlingen ohne bzw. mit 0.8%C wurde im Dilatometer in 4 Sinteratmosphären untersucht; durch Massenspektrometrie wurden die chemischen Reaktionen vor allem in der Aufheizperiode erfaßt. Sinterdichte und mechanische Eigenschaften wurden gemessen und Gefüge bzw. Schlagbruchflächen charakterisiert. Der positive Effekt von Mn- und v.a. Cr+Mn-Zusatz auf die mechanischen Eigenschaften konnte bestätigt werden. Die Reduktion der Oberflächenoxide auf den Pulverteilchen wird durch die Legierungselemente zu höheren Temperaturen verschoben, und in diesem Fall ist auch bei Sinterung in H2 der Kohlenstoff das primäre Reduktionsmittel. Mn-Abdampfung, die bei mischlegierten Mn-Stählen ein großes Problem darstellt, war bei den vorlegierten Varianten sehr viel weniger kritisch, nur bei Mn-Gehalten >1% und Sintertemperaturen >1250°C trat an den Oberflächen nennenswerter Mn-Verlust auf. Insgesamt kann festgestellt werden, dass die Vorlegierungsroute für Mn-legierte Sinterstähle gegenüber dem konventionellen Mischlegieren mit Elementar-Mn oder Ferromangan entscheidende Vorteile bietet.<br />
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Traditionally, powder metallurgy steels used for precision parts have been alloyed with Cu, Ni and Mo since these elements form easily reducible oxides, and the purity of the sintering atmosphere is therefore not critical. However, these alloy elements are toxic or difficult to recycle, and all of them have become drastically more expensive. Manganese, in contrast, is a cheap alloy element with very positive effect on the hardenability of steels of steels, and it is widely employed for wrought steels. In powder metallurgy, Mn has been regarded as unsuitable because of its sensitivity to oxygen and its high vapour pressure that leads to Mn evaporation during sintering. In this work, the introduction of Mn through the prealloying route has been studied as compared to the classical admixing technique, since prealloyed Mn, due to its lower chemical activity, was expected to be less reactive to oxygen and also less prone to evaporate during sintering. Compacts pressed from various ferrous powder grades prealloyed with low and higher amounts of Mn or Cr-Mn - up to 2% combined - as well as from commercial plain iron powder grades used as a reference were sintered in a dilatometer in different atmospheres. The powders were compacted at 600 MPa under die wall lubrication. The sintering process was carried out in the dilatometer at 1300ºC for 60 min isothermally, with heating and cooling rate ±10K/min, in different atmospheres. It showed that sintering of plain iron in vacuum and argon resulted in strongly asymmetrical alpha-gamma/gamma-alpha transformation, and also enormous grain growth was observed with resulting grain boundary embrittlement. Presence of carbon, Mn and Cr eliminated these effects, as did sintering in N2 containing atmospheres.<br />Sintering in H2 resulted in asymmetrical transformation and grain growth, the materials were however ductile, which implies that the grain boundary embrittlement mentioned above is caused by oxygen enrichment there. The degassing and reduction behaviour of the powders, as delivered and with addition of 0.8%C, was investigated in the dilatometer in four different atmospheres, mass spectrometry being used to identify the chemical reactions in the heating stage. Sintered density and mechanical properties were determined and metallographic section and fracture surface of impact energy samples in room temperature were prepared. It showed that addition of Mn and especially of Cr+Mn positively affects the mechanical properties. The removal of surface oxides is shifted to higher temperatures with increasing content of these elements, and even when sintering in H2, carbon then is the main reducing agent.<br />Evaporation of Mn, which is a considerable problem with sintered Mn steels prepared through the mixing route, was much less pronounced in the prealloyed grades, ony at Mn contents >1% and temperatures >1250°C really significant Mn loss at the surfaces being observed. As a conclusion it can be stated that introducing Mn into sintered steels through the prealloying route offers pronounced advantages compared to Mn admixing as elemental or ferroalloy powders.
