DE2251909C2

DE2251909C2 - Sinterkörper und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE2251909C2
Application number: DE2251909A
Authority: DE
Inventors: Terence Michael Coventry Warwickshire Cadle; Edwin Bruce Farmer
Original assignee: Brico Engineering Ltd
Current assignee: Federal Mogul Coventry Ltd
Priority date: 1971-10-23
Filing date: 1972-10-23
Publication date: 1983-10-27
Also published as: JPS4850907A; GB1399812A; DE2251909A1; AU466216B2; US3829295A; JPS5323761B2; IT966411B; FR2157563A5; AU4782172A; ZA727376B; SE391951B

Description

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Die Erfindung betrifft einen Sinterkörper aus einem im wesentlichen aus Eisen bestehenden Sinterskelett, das mit Kupfer oder einer Kupferlegierung getränkt und oberflächengehärtet ist.

Nach pulvermetallurgischen Verfahren hergestellte Sinterkörper dieser allgemeinen Art aus einem mit Kupfer getränkten Sinterskelett auf Eisenbasis, wobei unter bestimmten Bedingungen auch eine Oberflächenhärtung vorgesehen sein kann, sind bekannt, vgl. den Übersichtsartikel P. R. Marshal »The Production of Powder Metallurgy Parts« auf den Seiten 53 bis 67 in

»Metallurgical Reviews«, Juni 1968.

Der Erfindung liegt die Aufgabe die Schaffung eines derartigen Sinterkörpers zugrunde, der, bei Aufrechterhaltung der allgemein vorteilhaften Eigenschaften derartiger Sinterkörper und bei einfacher Herstellbarkeit nach an sich üblichen pulvermetallurgischen Verfahren, eine hohe Zugfestigkeit aufweist und ohne besondere Vorkehrungen una verfahrenstechnische Komplikationen einer abschließenden Oberflächenhärtung nach herkömmlichen Verfahren der Einsatzhärtung zugänglich ist.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Sinterkörper der eingangs genannten allgemeinen Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Sinterskelett aus 1,5 bis 2,0 Gew.-% Nickel, 0,3 bis 0,7 Gew.-% Molybdän, 1 bis 2 Gew.-o/o Kupfer, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, insgesamt nicht mehr als 2 Gew.-% Mangan, Silicium, Schwefel und Phosphor und Eisen mit herstellungsbedingten Beimengungen als Rest besteht.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß das Sinterskelett mit 8 bis 25 Gew.-% Kupfer bzw. Kupferlegierung, bezogen auf das Sinterskelett, getränkt ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Sinterskelett 1,75 Gew-% Nickel, 0,5 Gew.-% Mo'ybdän, 1,5 Gew.-% Kupfer und 0,25 Gew.-% Kohlenstoff aufweist und mit 14 Gew.-% Kupfer oder Kupferlegierung imprägniert ist.

Erfindungsgemäße Sinterkörper weisen, bei guten Allgemeineigenschaften, wie sie mit nach pulvermetallurgischen Verfahren hergestellten Sinterkörpern angestrebt werden und erzielbar sind, besonders gute Zugfestigkeitseigenschaften auf, bei gleichzeitiger Eignung zur Oberflächenhärtung nach üblichen Verfahren der Einsatzhärtung.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sinterkörpers kann, ausgehend von den allgemeinen Grundsätzen der Pulvermetallurgie, in der Weise vorgegangen werden, daß das Sinterskelett aus einem 1,5 bis 2,0 Gew.-°/o Nickel, 0,3 bis 0,7 Gew.-% Molybdän, 1 bis 2 Gew.-% kupfer, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, insgesamt nicht mehr als 2 Gew.-% Mangan, Silicium, Schwefel und Phosphor, sowie Eisen mit herstellungsbedingten Beimengungen als Rest enthaltenden Pulvergemisch hergestellt, das Sinterskelett mit, bezogen auf das Sinterskelett, 8 bis 25 Gew.-% Kupfer bzw. Kupferlegierung getränkt und das getränkte Sinterskelett sodann oberflächengehärtet wird. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß ein Pulvergemisch mit einer Teilchengröße kleiner als 127 μΐη verwendet wird, daß das Pulvergemisch vor dem Sintern mit einem Druck von 463 bis 695 MN/m² verpreßt, bei einer Temperatur im Bereich von 1090°C bis 1120° gesintert und durch Aufkohlen oder Nitrierhärtung oberflächengehärtet wird.

Aus der DE-AS 12 91 909 ist ein selbst-schmierender, Kohlenstoff und Blei und gegebenenfalls Nickel enthaltender und mit Blei getränkter Sinterkörper bekannt. Die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Sinterkörper verwendeten Preßdrucke liegen in dem beispielsweise aus Kieffer-Hotop, »Sintereisen und Sinterstahl«, 1948, S. 122 bis 124 an sich bekannten Rahmen der für pulvermetallurgische Verfahren verwendeten Preßdrucke.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Sintergegenständen beschrieben.

Es wird von einer Vorlegierung oder Teilvorlegierung in Form eines Pulvers mit Teilchengrößen kleiner als

127 μπι und der folgenden Zusammensetzung ausgegangen:

Ni

Mo

Cu

Mn, Si, S, P

Fe

1,5-2,0%
0,3-0,7%
1,0-2,0%
insgesamt nicht
mehr als 2%
Rest

(sämtliche Prozentangaben in der vorliegenden Beschreibung sind Gewichtsprozente).

Dieses Vorlegierungs- oder Teilvorlegierungs-Pulver wird mit 0,1 bis 0,3% (bezogen auf das Gewicht des Vorlegierungspulvers) Kohlenstoff in Form von Graphit, und vorzugsweise mit einem kleinen Anteil, beispielsweise vcn 1%, eines geeigneten Gleitmittels, wie beispielsweise Zinkstearat, gemischt. Hie Bestandteile werden in einer geeigneten Mischvorrichtung gründlich durchmischt.

Dieses Gemisch wird dann in einer geeigneten pulvermetallurgischen Prese mit einem Druck von 463 bis 695 MN/m² verpreßt und in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise einer reduzierenden Atmosphäre aus getrocknetem, gekracktem Ammoniak oder einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre eines endothermischen Gases, 20 bis 30 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 1090⁰C bis 1120°C gesintert. Das Gleitmittel verflüchtigt sich während des Sinterprozesses.

Dieses Sintererzeugnis bzw. -skelett wird sodann mit Kupfer oder einer Kupferlegierung in einer Menge von 8 bis 25% (bezogen auf das Gewicht des Körpers) infiltriert; hierzu kann der Körper beispielsweise in eine geeignete Form, deren Wände über den Körper hinausragen, eingelegt und Kupfer- oder Kupferlegierungspulver zwischen den Formwandungen über den Sinterkörper geschichtet werden. Sodann wird der Körper in einem Ofen auf eine beträchtlich über den Schmelzpunkt des Kupfers bzw. der Kupferlegierung liegende Temperatur erhitzt, derart, daß das gesamte geschmolzene Kupfer bzw. die geschmolzene Kupferlegierung in die Poren des Sinterkörpers eindringt; die Dauer der Erhitzung ist so gewählt, daß das Kupfer bzw. die Kupferlegierung den Körper gleichmäßig und einheitlich durchdringen kann.

Geeignete Kupferlegierungen sind Kupfer mit 3% Kobalt oder Kupfer mit 5% Eisen und 5% Mangan.

Nach der Infiltration wird der Körper sodann einer Oberflächen- bzw. Einsatzhärtung, beispielsweise einer

Karburier-, Nitrier- oder irgendeiner anderweitigen bekannten Form der Kohlenstoff-Oberflächen- bzw. Einsatzhärtung unterworfen.

Bei einem speziellen Beispiel enthielt das Vorlegierungspulver 1,75% Nickel, 0,5% Molybdän, 1,5% Kupfer und wurde mit 0,25% Graphit und 1 % Zinkstereat gemischt Nach der Sinterung in der oben angegebenen Weise wurde das Skelett mit 14% Kupfer imprägniert.

Die Zugfestigkeit des Erzeugnisses ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle:

Zusatzbedingung

Zugfestigkeit

gesintert
gesintert und
einsatzgehärtet
gesintert, imprägniert und
einsatzgehärtet

417 MN/m² 710 MN/m²

1004 MN/m²

Wie ersichtlich, weist das Sintererzeugnis, nachdem es in der beschriebenen Weise mit Kupfer infiltriert bzw. imprägniert wurde, und nachfolgender Oberflächen- bzw. Einsatzhärtung, eine wesentlich höhere Zugfestigkeit auf als bei Oberflächen- bzw. Einsatzhärtung ohne Infiltration (Imprägnierung).

Dies steht im Gegensatz zur Erwartung; beispielsweise erhält man für eine Legierung der Zusammensetzung 10 bis 20% Kupfer; 0,1 bis 0,3% Kohlenstoff; Mangan, Silicium zusammen weniger als 2%, Rest Eisen, die folgenden Werte:

Zustandbedingung

Zugfestigkeit

gesintert 417 MN/m²

gesintert und 633 MN/m²

einsatzgehärtet

gesintert, imprägniert und 617 MN/m²

einsatzgehärtet

Anderweitige physikalische Eigenschaften von erfindungsgemäßen Erzeugnissen wurden wie folgt bestimmt:

Dichte

Querbruchmodul
Schlagfestigkeit
(Charpy, kerblos)

7,0 bis 8,0 g/cm³ 1860 MN/m²

37 Joule

Claims

Patentansprüche:

1. Sinterkörper aus einem im wesentlichen aus Eisen bestehenden Sinterskelett, das mit Kupfer oder einer Kupferlegierung getränkt und oberflächengehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterskelett aus 1,5 bis 2,0 Gew.-% Nickel, 0,3 bis 0,7 Gew.-% Molybdän, 1 bis 2 Gew.-% Kupfer, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, insgesamt nicht mehr als 2 Gew.-°/o Mangan, Silicium, Schwefel und Phosphor, und Eisen mit herstellungsbedingten Beimengungen als Rest besteht.

2. Sinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterskelett mit 8 bis 25 Gew.-% Kupfer- bzw. Kupferlegierung bezogen auf das Sinterskelett, getränkt ist.

3. Sinterkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterskelett 1,75 Gew.-% Nickel, 0,5 Gew.-% Molybdän, 1,5 Gew.-% Kupfer und 0,25 Gew.-% Kohlenstoff aufweist und mit 14 Gew.-% Kupfer oder Kupferlegierung imprägniert ist.

4. Sinterkörper nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Aufkohlen oder durch Nitrierhärtung oberflächengehärtet ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch Pressen eines Pulvergemischs und anschließendes Sintern ein im wesentlichen aus Eisen bestehendes Sinterskelett hergestellt, dieses mit Kupfer oder einer Kupferlegierung getränkt und der getränkte Sinterskelettkörper oberflächengehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterskelett aus einem 1,5 bis 2,0 Gew.-% Nikkei 0,3 bis 0.7 Gew.-% Molybdän, 1 bis 2 Gew.-% Kupfer, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, insgesamt nicht mehr als 2 Gew.-% Mangan, Silizium, Schwefel und Phosphor, sowie Eisen mit herstellungsbedingten Beimengungen als Rest enthaltendem Pulvergemisch hergestellt, das Sinterskelett mit, bezogen auf das Sinterskelett, 8 bis 25 Gew.-% Kupfer bzw. Kupferlegierungen getränkt und das getränkte Sinterskelett sodann oberflächengehärtet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulvergemisch mit einer Teilchengröße kleiner als 127 μπι verwendet wird, daß das Pulvergemisch vor dem Sintern mit einem Druck von 463 — 695 MN/m² verpreßt, bei einer Temperatür im Bereich von 1090⁰C bis 1120⁰C gesintert und durch Aufkohlen oder Nitrierhärtung oberflächengehärtet wird.