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KurzfassungFür schmelzmetallurgische Stähle ist seit langem bekannt, dass die Austenitkorngröße einen entscheidenden Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften hat. Besonders eine Austenitisierungsbehandlung, bei der für lange Zeit auf hoher Temperatur gehalten wird, kann ein dramatisches Kornwachstum bewirken, das die Bildung von Restaustenit fördert und in schlechten mechanischen Eigenschaften resultiert.

Powder metallurgy ferrous precision parts are employed in numerous industrial sectors. In case of high mechanical loading, as e. g. in automotive applications, heat treatment is frequently required after the press-and-sinter manufacturing. Here the specific features of PM parts have to be considered, in particular the presence of open and/or graded porosity. In the present study it is shown that processes such as sinter hardening, low pressure carburizing and plasma nitriding are particularly suited for sintered parts since the problems usually caused by the porosity can largely be avoided. By appropriate selection of the alloying system combined with optimum sintering and heat treatment, components can be obtained that are competitive to parts machined from wrought steels but offer additional benefits such as attractive NVH (noise-vibration-harshness) behavior.

Nitrogen is usually regarded as an inert sintering atmosphere for PM steels; however, this cannot be taken for granted in particular for steels alloyed with nitride forming elements. Among those elements, chromium has become more and more important as an alloying element in sintered low alloy structural steels in the last decade due to the moderate alloying cost and the excellent mechanical properties obtainable, in particular when sinter hardening is applied. The high affinity of Cr to oxygen and the possible ways to overcome related problems have been the subject of numerous studies, while the fact that chromium is also a fairly strong nitride forming element has largely been neglected at least for low alloy steel grades, although frequently used materials like steels from Cr and Cr-Mo prealloyed powders are commonly sintered in atmospheres consisting mainly of nitrogen. In the present study, nitrogen pickup during sintering at different temperatures and for varying times has been studied for Cr-Mo prealloyed steel grades as well as for unalloyed carbon steel. Also the effect of the cooling rate and its influence on the properties, of the microstructure and the composition have been investigated. It showed that the main nitrogen uptake occurs not during isothermal sintering but rather during cooling. It could be demonstrated that a critical temperature range exists within which the investigated CrM-based steel is particularly sensitive to nitrogen pickup.

KurzfassungSinterhärten 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.