Impact Fracture Behaviour of Powder Metallurgy Steels Sintered at Different Temperatures

Abstract

For powder metallurgy steels prepared through the press-and-sinter route, interparticle bonding is the most decisive feature defining the mechanical properties. It depends on the compacting pressure, but predominantly on the sintering conditions, mainly the sintering temperature. In the present contribution, the progressive strengthening of the sintering necks with increasing temperature is shown by fractography for plain carbon steels as well as alloyed grades. For sintered steels, in contrast to wrought steels, the appearance of cleavage fracture is rather a positive sign, indicating pronounced interparticle strength as attained at high sintering temperatures. At lower temperatures, in contrast, localised failure of the sintering necks typically occurs as ductile rupture, but with rather low consumed energy. Alloy elements with a high oxygen affinity introduced by prealloying retard formation of sound sintering bridges up to temperatures at which carbothermal reduction of the surface oxides becomes possible, while admixing such elements through suitable masteralloys yields attractive interparticle strength already at standard belt furnace temperatures of 1120 °C.

Bei pulvermetallurgischen Stählen, die durch Pressen und Sintern hergestellt werden, ist der Teilchenverbund der wichtigste Parameter für die mechanischen Eigenschaften. Er hängt vom Pressdruck und den Sinterbedingungen ab, vor allem der Temperatur. In diesem Beitrag wird die Festigkeitszunahme mit steigender Temperatur durch fraktographische Untersuchungen an Fe‑C sowie an legierten Varianten gezeigt. Im Gegensatz zu schmelzmetallurgischen Stählen ist bei Sinterstählen das Auftreten von Spaltbruch ein positives Signal, weil es hohe Festigkeit der Sinterkontakte anzeigt, wie das durch hohe Sintertemperaturen erreicht wird. Bei niedrigeren Temperaturen tritt der Bruch lokalisiert an den Sinterkontakten auf, zwar duktil, aber mit geringem Energieverbrauch. Sauerstoffaffine Legierungselemente, die vorlegiert eingebracht werden, erfordern für die Bildung stabiler Sinterkontakte Temperaturen, bei denen eine carbothermische Reduktion der Oberflächenoxide möglich wird. Ein Zusatz solcher Elemente über die Masteralloy-Route dagegen ergibt gute Versinterung schon bei den üblichen Bandofentemperaturen um 1120 °C.