{"id":10060,"date":"2026-03-09T14:32:59","date_gmt":"2026-03-09T06:32:59","guid":{"rendered":"https:\/\/am-material.com\/?p=10060"},"modified":"2026-03-09T14:32:59","modified_gmt":"2026-03-09T06:32:59","slug":"the-effects-of-graphite-and-mo%e2%82%82c-particles-on-the-sintering-and-mechanical-properties-of-18cr4vnbmo-powder","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/am-material.com\/de\/news\/the-effects-of-graphite-and-mo%e2%82%82c-particles-on-the-sintering-and-mechanical-properties-of-18cr4vnbmo-powder\/","title":{"rendered":"Der Einfluss von Graphit- und Mo\u2082C-Partikeln auf das Sintern und die mechanischen Eigenschaften von 18Cr4VNbMo-Pulver"},"content":{"rendered":"

Der Einfluss von Graphit- und Mo\u2082C-Partikeln auf das Sintern und die mechanischen Eigenschaften von 18Cr4VNbMo-Pulver<\/strong><\/p>\n\n\n\n

18Cr4VNbMo ist ein hochkohlenstoffhaltiger legierter Stahl, der h\u00e4ufig bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen zum Einsatz kommt. Seine mechanischen Eigenschaften sind denen herk\u00f6mmlicher Fertigungsverfahren deutlich \u00fcberlegen, da das Verfahren des Fl\u00fcssigphasensinterns entlang der Supersolidifikationslinie (SLPS) auf dem Temperaturunterschied zwischen der Solidus- und der Liquiduslinie basiert. Allerdings ist das Prozessfenster relativ eng.<\/p>\n\n\n\n

Die Ingenieure von TRUER haben mit Unterst\u00fctzung von Professoren der HNN-Universit\u00e4t dem 18Cr4VNbMo-Pulver eine geeignete Menge an Graphit- und Mo\u2082C-Partikeln beigemischt und so die Sintertemperatur f\u00fcr die Verdichtung von 1450 \u00b0C auf 1275 \u00b0C gesenkt, wodurch sich das Prozessfenster erweitert hat.<\/p>\n\n\n\n

1. Prozess s<\/strong>Schema eines pulvermetallurgischen Verfahrens<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die chemische Zusammensetzung von 18Cr4VNbMo-Pulver (wt%)<\/p>\n\n\n\n

\"\"
<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Die chemische Zusammensetzung von Mo\u2082C-Partikeln (mit 10 Gew.-% %-Zusatz)<\/p>\n\n\n\n

\"\"
<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Im Rahmen dieser Studie wurden drei Verfahren zur Herstellung von Verbundpulvern entwickelt.<\/p>\n\n\n\n

Schema 1: Dem 18Cr4VNbMo-Pulver werden 0 wt%, 3 wt% und 6 wt% Mo\u2082C-Partikel zugesetzt;<\/p>\n\n\n\n

Schema 2: Dem 18Cr4VNbMo-Pulver werden 0,3 wt%, 0,6 wt% und 0,9 wt% Graphitpartikel zugesetzt;<\/p>\n\n\n\n

Schema 3: Dem 18Cr4VNbMo-Pulver werden 6 wt% Mo\u2082C-Partikel beigemischt; anschlie\u00dfend werden jeweils 0,3 wt%, 0,6 wt% und 0,9 wt% Graphit hinzugef\u00fcgt.<\/p>\n\n\n\n

Das gemischte Pulver wurde einer Nassmischung, einer Trocknung und einem Pressvorgang unterzogen. Anschlie\u00dfend wurde es unter Argonatmosph\u00e4re 1 Stunde lang auf 350 \u00b0C erhitzt, um es zu entfetten; danach erfolgte eine Temperaturerh\u00f6hung auf 950 \u00b0C mit einer Geschwindigkeit von 5 \u00b0C\/min \u00fcber einen Zeitraum von 1 Stunde zur vorl\u00e4ufigen Verdichtung.<\/p>\n\n\n\n

Anschlie\u00dfend wurde die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 3 \u00b0C\/min auf die Zieltemperatur erh\u00f6ht und dort 1 Stunde lang gehalten, um eine vollst\u00e4ndige Verdichtung zu erreichen. Danach wurde die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 10 \u00b0C\/min auf 500 \u00b0C abgek\u00fchlt, und die Probe wurde im Ofen abgek\u00fchlt.<\/p>\n\n\n\n

2. <\/strong>Mikrostruktur<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"\"
<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Die wichtigsten in der gesinterten Probe nachgewiesenen Karbide, darunter M23<\/sub>C6<\/sub>, M6<\/sub>C und M7<\/sub>C3<\/sub>. Nach Zugabe von 0,6 Gew.-% %-Graphitpulver bildete sich das M7<\/sub>C3<\/sub> Es wurde eine Phase festgestellt.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

+ sowohl Graphit als auch Mo\u2082C bei 1150 \u00b0C + sowohl Graphit als auch Mo\u2082C bei 1450 \u00b0C       <\/p>\n\n\n\n

Bei der 18Cr4VNbMo-Probe, die Graphit- und Mo\u2082C-Partikel enthielt, war eine Verdichtung bei 1150 \u00b0C nur schwer zu erreichen, was zur Bildung kugelf\u00f6rmiger Partikel sowie einer gro\u00dfen Anzahl von Sinterh\u00e4lsen f\u00fchrte (Foto links).<\/p>\n\n\n\n

Die Elementanalyse an den Partikelgrenzen ergab eine deutliche Anreicherung von Sauerstoff und Eisen. Diese Beobachtung deutet darauf hin, dass die Partikelgrenzfl\u00e4chen unter den derzeitigen Sinterparametern nach wie vor von einer Schicht aus Metalloxiden bedeckt sind. Diese Oxidschicht behindert die atomare Diffusion und die metallurgische Bindung zwischen den Partikeln erheblich und hemmt dadurch den Verdichtungsprozess bei dieser Temperatur.<\/p>\n\n\n\n

Als die Sintertemperatur auf 1450 \u00b0C anstieg (Foto rechts), kam es bei dem Ausgangspulver zur Verdichtung. An den Pulvergrenzen bildete sich eine gestreckte Karbidstruktur. Die Elementanalyse ergab in diesem Bereich eine deutliche Cr-Segregation. In Verbindung mit der XRD-Analyse wurde daraus geschlossen, dass es sich bei dieser Phase haupts\u00e4chlich um M handelte.23<\/sub>C6<\/sub> Phase.<\/p>\n\n\n\n

Die Einf\u00fchrung von Graphit f\u00f6rderte die Umwandlung des metastabilen M23<\/sub>C6<\/sub> Phase zum stabilen M7<\/sub>C3<\/sub> Phase. Die Bildung dieser Phase f\u00fchrte zu einer deutlichen Steigerung der H\u00e4rte und Verschlei\u00dffestigkeit des Werkstoffs, erh\u00f6hte jedoch gleichzeitig dessen Spr\u00f6digkeit. Dies wurde auch durch anschlie\u00dfende Pr\u00fcfungen der mechanischen Eigenschaften best\u00e4tigt.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Im Pulversystem 18Cr4VNbMo betr\u00e4gt der M7<\/sub>C3<\/sub> und M23<\/sub>C6<\/sub> Die Phasen sind im Hochtemperaturbereich stabil vorhanden. Bei Abk\u00fchlung in den Gleichgewichtszustand wandelt sich die Phasenzusammensetzung allm\u00e4hlich in eine kubisch-raumzentrierte Mischkristalll\u00f6sung um, in der M vorherrscht.23<\/sub>C6<\/sub>.<\/p>\n\n\n\n

3. Verdichtung<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"\"
<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Im Temperaturbereich von 1350 bis 1400 \u00b0C stiegen die relativen Dichten der Proben, die 3 wt% bzw. 6 wt% Mo\u2082C enthielten, stark an und erreichten bei 1400 \u00b0C eine deutliche Verdichtung, Die relativen Dichten erreichten 98,87% bzw. 98,99%. Bei einem Temperaturanstieg auf 1450 \u00b0C betrug die relative Dichte des urspr\u00fcnglichen Pulverpressk\u00f6rpers 98,69%. Der Mechanismus f\u00fcr diesen temperaturbedingten Unterschied bei der Verdichtung besteht darin, dass bei hohen Temperaturen einige Mo\u2082C-Partikel einer teilweisen Zersetzung unterliegen und freien Kohlenstoff freisetzen. Der freie Kohlenstoff beteiligt sich an Redoxreaktionen und beseitigt dabei die Oxid-Diffusionsbarrieren, die die Oberfl\u00e4che der Pulverpartikel bedecken.<\/p>\n\n\n\n

Die relativen Dichten der Zusammensetzungen, die 0,6 Gew.-TP3T Graphit + 0 Gew.-TP3T Mo\u2082C bzw. 0,6 Gew.-TP3T Graphit + 6 Gew.-TP3T Mo\u2082C enthielten, stiegen bei Erreichen einer Temperatur von 1275 \u00b0C stark auf 99,65% bzw. 99,67%, als die Temperatur 1275 \u00b0C erreichte. Zu diesem Zeitpunkt waren die Pulver vollst\u00e4ndig gesintert und ausgeformt, und ihre theoretischen Dichten betrugen 7,68 g\/cm\u00b3 bzw. 7,79 g\/cm\u00b3.<\/p>\n\n\n\n

Im Gegensatz dazu erreichten die Zusammensetzungen mit 0,3 Gew.-% Graphit + 0 Gew.-% Mo\u2082C und 0,3 Gew.-% Graphit + 6 Gew.-% Mo\u2082C die maximale relative Dichte erst bei 1325 \u00b0C (99,52% bzw. 99,43%).<\/p>\n\n\n\n

Also, wenn man 0,6 Gew.-%-Graphit und 6 Gew.-%-Mo\u2082C-Partikel zum Original <\/strong>18Cr4VNbMo Das Pulver f\u00fchrte zu einer Senkung der f\u00fcr die Verdichtung erforderlichen Sintertemperatur um 12%.<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

4. Mechanische Eigenschaften<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"\"
<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Wenn die Sintertemperatur den optimalen Wert \u00fcberschreitet und weiter ansteigt, nimmt die Biegefestigkeit der Mo\u2082C-haltigen Proben deutlich ab. Diese Verschlechterung ist darauf zur\u00fcckzuf\u00fchren, dass die zu hohe Sintertemperatur die Vergr\u00f6berung der Karbide und die Bildung einer gro\u00dfen Menge an Fl\u00fcssigphase beg\u00fcnstigt, was in der Folge zur Entstehung von Poren und zu einer Verringerung der Biegefestigkeit f\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n

Nach Zugabe unterschiedlicher Mengen an Graphit zum Ausgangspulver erreicht das Material bereits bei einer niedrigeren Sintertemperatur schnell den H\u00f6chstwert der Biegefestigkeit, was haupts\u00e4chlich auf die verst\u00e4rkende Wirkung des Graphits auf die Verdichtungskinetik zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Die Zugabe von Graphitpulver f\u00fchrt jedoch zu einer Verringerung der Biegefestigkeit des Materials im verdichteten Zustand: Im Vergleich zum Ausgangspulver bewirkt Graphitpulver eine erhebliche Ausscheidung von M7<\/sub>C3<\/sub> Karbide im Werkstoff, die die Chromelemente in der Matrix \u00fcberm\u00e4\u00dfig verbrauchen, wodurch die Festigkeitssteigerung durch die feste L\u00f6sung und die Z\u00e4higkeit geschw\u00e4cht werden, und das an den Pulvergrenzen gebildete spr\u00f6de Karbidnetzwerk bietet einen Weg mit geringem Widerstand f\u00fcr die Rissausbreitung.<\/p>\n\n\n\n

Dieses Ph\u00e4nomen zeigt, dass die gezielte Steuerung der Karbidausscheidung und -verteilung von entscheidender Bedeutung f\u00fcr die Verbesserung der Biegefestigkeitseigenschaften des Werkstoffs ist.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Nach dem Verdichtungssintern erreichten die Proben mit 3 Gew.-% % und 6 Gew.-% % Mo\u2082C Spitzenh\u00e4rtewerte von 655 HV bzw. 743 HV, die deutlich \u00fcber den 586 HV des Ausgangspulvers lagen.<\/p>\n\n\n\n

Diese Festigkeitssteigerung wird auf die durch die Mo\u2082C-Partikel hervorgerufene Verst\u00e4rkungsphase zur\u00fcckgef\u00fchrt: Die Zugabe von Mo\u2082C f\u00f6rdert die massive Ausscheidung von M6<\/sub>C-Karbide sowie die an den Pulvergrenzen ausgef\u00e4llten Hartkarbide behindern die Bewegung von Versetzungen wirksam.<\/p>\n\n\n\n

Durch die Zugabe von Graphitpulver ver\u00e4ndert sich die Art der Karbide der zweiten Phase, die im Ausgangspulver ausfallen. Da M7<\/sub>C3<\/sub> weist eine h\u00f6here H\u00e4rte als M auf23<\/sub>C6<\/sub>, weisen die mit Graphit versetzten Proben im verdichteten Zustand eine deutlich h\u00f6here H\u00e4rte auf als das unver\u00e4nderte Ausgangspulver.<\/p>\n\n\n\n

Unter der kombinierten Wirkung von Graphitpulver und Mo\u2082C-Partikeln kommt es zur Ausscheidung von Sekund\u00e4rkarbiden mit hoher H\u00e4rte (insbesondere M6<\/sub>C) steigt weiter an, und die Gesamth\u00e4rte der Probe nimmt weiter zu.<\/p>\n\n\n\n

Konkret: Die Proben mit 0,3 Gew.-% Graphit + 6 Gew.-% Mo\u2082C und 0,6 Gew.-% Graphit + 6 Gew.-% Mo\u2082C erreichten Spitzenh\u00e4rtewerte von 819 HV bzw. 813 HV.<\/p>\n\n\n\n

5. Bruchanalyse<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"\"
<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Bei der Biegepr\u00fcfung verschiedener Querschnitte zeigte die Bruchfl\u00e4che des urspr\u00fcnglichen 18Cr4VNbMo-Pulvers keine nennenswerte Anisotropie. Risse breiteten sich vorrangig entlang der Pulvergrenzen aus und bildeten ein charakteristisches \u201eRock\u201c-Muster, was auf einen typischen intergranularen Bruchmechanismus hindeutet.<\/p>\n\n\n\n

Dar\u00fcber hinaus gibt es eine gro\u00dfe Anzahl von M23<\/sub>C6<\/sub> An den Korngrenzen des verdichteten 18Cr4VNbMo-Pulvers ausgef\u00e4llte Karbide. Unter Einwirkung von Spannung kam es bei diesen Karbidpartikeln selbst zu einem Spaltbruch, der ein paralleles Terrassenmuster aufwies, und schlie\u00dflich bildete sich ein gemischter Bruchmodus, der von einem intergranularen Bruch und einem Spaltbruch innerhalb der Karbide gepr\u00e4gt war.<\/p>\n\n\n\n

6. Schlussfolgerung<\/strong><\/p>\n\n\n\n

In dieser Studie wurde mittels der SLPS-Technik ein Verbundwerkstoff (zweiphasiges Graphit\/Mo\u2082C-Gemisch, das 18Cr4VNbMo beigemischt wurde) hergestellt. Die synergistischen Effekte der Partikel auf das Verdichtungsverhalten, die Entwicklung der Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften bei verschiedenen Sintertemperaturen wurden systematisch untersucht. Die wichtigsten Schlussfolgerungen lauten wie folgt:<\/p>\n\n\n\n

(1) Beim gesinterten Rohpulver kommt es an der Pulvergrenzfl\u00e4che zur Ausscheidung der Karbidphase. Durch die Zugabe von Graphit wandelt sich die ausgef\u00e4llte Phase in M um.7<\/sub>C3<\/sub> Phasen.<\/p>\n\n\n\n

(2) Die Verdichtungstemperatur von 18Cr4VNbMo-Pulver, das 0,6 Gew.-% Graphit und 6 Gew.-% Mo\u2082C enth\u00e4lt, sank von urspr\u00fcnglich 1450 \u00b0C auf 1275 \u00b0C (eine Verringerung um ca. 12%), die H\u00e4rte w\u00e4hrend der Verdichtungsphase stieg von 586 HV auf 819 HV (ein Anstieg um 39,8%) und die Biegefestigkeit erreichte 1366 MPa.<\/p>\n\n\n\n

 (3) Die gesinterte Probe aus dem Ausgangspulver wies eine gemischte Bruchart auf, bestehend aus intergranularem Bruch entlang der Pulvergrenzen und transgranularer Spaltung innerhalb der Karbide.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

The Effects of Graphite and Mo\u2082C Particles on the Sintering and Mechanical Properties of 18Cr4VNbMo Powder 18Cr4VNbMo is a high-carbon alloy steel commonly used in the manufacture of cutting tools. Its mechanical properties are significantly superior to those of traditional manufacturing through the super-solidification line liquid-phase sintering (SLPS) based on the temperature difference between the […]<\/p>\n","protected":false},"author":6,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"default","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","ast-disable-related-posts":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"set","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":"","_members_access_role":[],"_members_access_error":""},"categories":[1],"tags":[],"post_folder":[],"class_list":["post-10060","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-news"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/10060","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=10060"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/10060\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":10070,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/10060\/revisions\/10070"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=10060"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=10060"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=10060"},{"taxonomy":"post_folder","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/post_folder?post=10060"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}