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Verfahren zur Herstellung hochbeanspruchbarer, aus Schichten verschiedener Legierungs- zusammensetzung bestehender Ma8c en- und Apparateteile auf pulvermetallurgi8chem
Wege
Auf dem Gebiete der Pulvermetallurgie ist es bereits bekannt, Werkstücke aus einzelnen Schichten verschiedener Zusammensetzung herzustellen. So hat man oel der Herstellung von Sinterlagerkörpem vorgeschlagen, die auf Reibung beanspruchten äusseren Zonen des Lagers mit einem Schmiermittel, vorzugsweise mit Graphit anzureichern, um die Schmierfähigkeit zu erhöhen. Ein anderer Vorschlag geht dahin, bei der Herstellung von Maschinenteilen, Verbundwerkzeugen u. dgl. mehrschichtige Metalle für ein Werkstück zu verwenden, von welchen die mechanisch hochbeanspruchten Teile, z.
B. aus Hartmetall, die übrigen Teile aus Eisen oder Stahl bestehen. Auf diese Weise wird z. B. ein Verbundwerkzeug hergestellt, indem der Werkzeugschaft aus Eisen-und Stahlpulver und das Arbeitsprofil aus Hartmetallpulver geformt wird und beide Teile unter Zwischenschaltung eines Metallbleches gesintert werden, so dass sie sich unter Vermittlung dieses Bleches vereinigen. Zur Vermeidung von inneren Spannungen wird dabei empfohlen, für die einzelnen Schichten Legierungszusammensetzungen mit gleichem Dehnung-und Schrumpfungskoeffizienten zu verwenden. Man hat aber auch schon Maschinenteile, wie Kegelräder, Nockenhebel od. dgl. bei ihler Herstellung durch Sintern mit einer harten Aussenschicht versehen, die hohen Beanspruchungen gewachsen ist.
In diesem Falle wird der Kern des Kegelrades od. dgl. aus Eisenpulver geformt, während für den harten Überzug eine Mischung von Eisen- pulver mit Eisenkarbidpulver verwendet wird.
Der mit dem Überzug versehene Kern wird in üblicher Weise gesintert.
Es wurde nun gefunden, dass besonders hoch beanspruchbare, aus Schichten verschiedener
Legierungszusammensetzung bestehende Ma- schinen-und Apparateteile auf pulvermetallurgi- schem Wege erhalten werden, wenn für die hochbeanspruchten Stellen der Werkstücke, z. B. an Hohlkehlen, an Druckstellen oder Faser- knickstellen Pulverschichten verwendet werden, die zufolge ihres hohen Gehaltes an Kohlenstoff oder anderen Legierungselementen bei der Le- gierungsbildung durch Wärmebehandlung eine wesentlich grössere Volumszunahme erfahren als die Schichten der niedriglegierten oder un- legierten Nachbarzonen.
Diese Volumsvermehrung kommt nur dann zustande, wenn die Karbidbildung od. dgl. erst bei der Wärmebehandlung nach dem Verformen vor sich geht. Hiezu müssen die Komponenten für die Karbidbildung od. dgl., also z. B. Kohlenstoff und karbidbildendes Metall, in der Ausgangsmischung vorhanden sein.
Dadurch, dass die Schichtzonen höheren Legierungsgrades bei der Wärmebehandlung eine Volumsvermehrung erfahren, die wesentlich grösser ist als die der niedrig oder unlegierten Nachbarzonen, erhalten diese eine Zugspannung, die äusseren Zonen hingegen eine Druckspannung. Diese Druckspannung wirkt sich bei auftretenden Zugspannungen sehr günstig aus, weil sie erst abgebaut werden muss, ehe die Zugspannung zur Auswirkung gelangt. Man kann auf diese Weise die Legierungsmittel sparsamst und doch wieder in konzentriertester Form zur Anwendung bringen, wobei noch eine besonders günstige Übertragung der äusseren Beanspruchung auf den Werkstoffkern erzielt wird. Bekanntlich war bisher die Beanspruchbarkeit von Werkstücken gerade in dieser Beziehung sehr begrenzt.
Als besonders vorteilhaft hat sich bei der Durchführung des Verfahrens das Pressen bei hohen Temperaturen und auch das Pressen und Sintern im Mehrstufenverfahren erwiesen. Der Aufbau der Sinterkörper kann dabei so erfolgen, dass entweder dem vorgepressten und vorgesinterten Kernkörper örtlich höherwertiges Pulver aufgepresst und aufgesintert wird, oder dadurch, dass die Pulversorten verschiedener Zusammensetzung schichtweise und entsprechend örtlich begrenzt in die Matrize gefüllt werden.
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Process for the production of highly stressable, metal and apparatus parts consisting of layers of different alloy compositions on powder metallurgical chemistry
ways
In the field of powder metallurgy it is already known to produce workpieces from individual layers of different compositions. For example, in the production of sintered bearing bodies, it has been proposed that the outer zones of the bearing exposed to friction be enriched with a lubricant, preferably with graphite, in order to increase the lubricity. Another proposal is in the manufacture of machine parts, composite tools and. Like. To use multilayer metals for a workpiece, of which the mechanically highly stressed parts, eg.
B. made of hard metal, the remaining parts are made of iron or steel. In this way, z. B. a composite tool is produced by the tool shank is formed from iron and steel powder and the working profile from hard metal powder and both parts are sintered with the interposition of a metal sheet so that they unite with the intermediary of this sheet. To avoid internal stresses, it is recommended to use alloy compositions with the same expansion and contraction coefficient for the individual layers. However, machine parts such as bevel gears, cam levers or the like have also been provided with a hard outer layer in their manufacture by sintering, which can withstand high loads.
In this case, the core of the bevel gear or the like is formed from iron powder, while a mixture of iron powder with iron carbide powder is used for the hard coating.
The core provided with the coating is sintered in the usual way.
It has now been found that particularly highly stressable, made of layers of different
Alloy composition, existing machine and apparatus parts can be obtained by powder metallurgy if, for the highly stressed areas of the workpieces, e.g. For example, powder layers can be used on fillets, pressure points or fiber kinks which, due to their high content of carbon or other alloying elements, experience a significantly greater increase in volume during the alloy formation through heat treatment than the layers of the low-alloy or unalloyed neighboring zones.
This increase in volume only occurs when the carbide formation or the like only takes place during the heat treatment after the deformation. For this purpose, the components for carbide formation must od. Like., So z. B. carbon and carbide-forming metal, be present in the starting mixture.
Because the layer zones with a higher alloying grade experience an increase in volume during the heat treatment, which is significantly greater than that of the low-alloy or unalloyed neighboring zones, they receive tensile stress, whereas the outer zones receive compressive stress. This compressive stress has a very beneficial effect when tensile stresses occur, because it first has to be reduced before the tensile stress takes effect. In this way, the alloying agents can be used sparingly and yet again in the most concentrated form, with a particularly favorable transfer of the external stress to the material core being achieved. It is well known that the load-bearing capacity of workpieces was very limited in this regard.
When carrying out the process, pressing at high temperatures and pressing and sintering in a multi-stage process have proven to be particularly advantageous. The sintered body can be constructed in such a way that either locally higher-quality powder is pressed and sintered onto the pre-pressed and pre-sintered core body, or by the powder types of different compositions being filled into the die in layers and in a correspondingly localized manner.
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