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Verfahren zur Herstellung von Eisen-Graphit-Verbundkörpern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisen-Graphit-Verbundkörpern, welche insbesondere als Gleit-oder Friktionswerkstoffe Anwendung finden sollen.
Es ist bekannt, Eisengraphit-Werkstoffe mit Graphitgehalten von 5 bis 6 % auf pulvermetallurgischem Wege durch Heisspressen pulverisierter Eisen-Kohlenstoff-, insbesondere Eisengraphit-, Gemenge bei Temperaturen von 700 bis 8000 C herzustellen. Die Eisengraphit-Presslinge werden hiebei etwa 1 - 2 Stunden lang unter kohlenoxydhaltiger Atmosphäre bei 700 - 8000 C vorgesintert und daran anschliessend aus der Sinterhitze heraus heiss nachgepresst. Das Heisspressen ist in diesem Falle notwendig, weil der Sinterprozess bei 700 - 8000 C nur als ein Vorsinterprozess zu bezeichnen ist und ohne das Heissnachpressen kein Werkstoff mit Ansprüchenauf mechanische Festigkeit entstehen würde.
Je höher der Gehalt an Graphit wird, desto schwieriger wird es, Sinterkörper mit mechanischer Festigkeit - auch durch Heissnachpressen-zu erreichen, weil die Kontaktstellen zwischen den einzelnen Eisenteilchen bei hohen Graphitgehalten sehr beschränkt sind. Aus diesen Gründen sind daher bisher Eisengraphitwerkstoffe mit höheren Gehalten als 6 % nicht hergestellt und verwendet worden. Ausserdem ist die Herstellung mittels Drucksintem ein Verfahren, welches infolge seiner hohen Kosten für die Produktion von Massenwerkstoffen unwirtschaftlich ist.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, Sinterwerkstoffe auf Eisengraphitbasis herzustellen, deren Graphitgehalt über das bisher bekannte Mass hinausgeht, und dabei ein Sinterverfahren anzuwenden, welches Sinterwerkstoffe mit brauchbaren technischen Eigenschaften, insbesondere für Reib- und Gleitzwecke, ergibt.
Erfindungsgemäss wird die Herstellung brauchbarer Sinterwerkstoffe auf Eisen-Graphit-Basis mit Gehalten von 30bis 60 Vol. -0/0, das sind 10-30 Gew.-%, Graphit durchgeführt. In an sich bekannter Weise werden die Ausgangsstoffe innig vermischt, kalt gepresst oder gewalzt. Dabei ist besonders darauf zu achten, dass die in ihren Wichten unterschiedlichen Mischungskomponenten nicht entmischt werden. Das Sintern beginnt in einer reduzierenden Atmosphäre, beispielsweise Wasserstoff oder Kohlenmonoxyd. Man kann das Sintern aber auch in einer neutralen Atmosphäre, z. B. Stickstoff, beginnen und die beim Sintern durch die Wechselwirkung zwischen dem Graphit und den Oxydhäutchen der Eisenteilchen sich selbsttätig bildende CO-CO-haltige Sinteratmosphäre benützen.
Von 7500 C an wird der Sinterprozess in einer wasserstofffreien, insbesondere in einer neutralen oder CO-CO-haltigen Atmosphäre, weitergeführt. Hie- durch wird vermieden, dass durch Reaktion zwischen Wasserstoff und Graphit eine Methangasbildung auftritt, die entkohlend wirkt und zu porösem Material mit ungenügender Festigkeit führt. Ein entsprechender
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meidet jedoch gegenüber einem Sinterprozess im Vakuum bedeutende finanzielle Aufwendungen für die Anschaffung der Anlagen und ist in seiner Durchführung wesentlich einfacher und wirtschaftlicher. Die Höhe der Sintertemperatur und dieSinterzeit sind dabei so zu bemessen, dass eine möglichst grosse Festigkeit erreicht wird, ohne dass eine zu starke Diffusion des Kohlenstoffs in dem. sich bildenden Austenit stattfindet.
Aus diesem Grunde ist es zweckmässig, die Sintertemperatur vorzugsweise auf 10000 C zu begrenzen. Damit bei der Abkühlung der in Lösung gegangene Kohlenstoff sich aus dem Austenit wieder ausscheiden kann, muss die Abkühlung bis zirka 7500 C langsam erfolgen. Unterhalb dieser Grenze soll jedoch eine so schnelle Abkühlung durchgeführt werden, dass als Umwandlungsprodukt des Austenits noch
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ein ferritisch-perlitisch-graphitisches Gefüge erzielt wird. BeiGraphitgehaltenüber40Vol.-% kannes wegen der vielen Kontaktstellen zwischen Eisen und Graphit auch zur Bildung von Perlit kommen. Die Einlagerung harter Perlitteilchen in eine bedeutend weichere ferritisch-graphitische Grundmasse ist günstig für das Reib- und Gleitverhalten des Sinterwerkstoffes.
Nach dem geschilderten Verfahren erhält man Verbundkörper mit einer Porosität von zirka 12 %. Durch an sich bekannte geringe anorganische Zusätze, maximal bis etwa 20%, von beispielsweise Blei, Bleiverbindungen, Schwefel, Molybdändisulfid, Quarz u. dgl., kann das Reib-und Gleitverhalten den besonderen Anforderungen angepasst werden. Zur Erreichung hoher Zerreiss-und Nibtberstfestigkeiten ist der Zusatz eines geringen Anteiles von Phosphor, vorzugsweise unter 1 %, vorteilhaft.
PATENTANSPRÜCHE :
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pulver mit Graphit, Herstellung von Formlingen durch Kaltpressen oder Walzen und Sintern derselben, dadurch gekennzeichnet, dass der Graphitanteil der Mischung 10-30 Gew.-% beträgt und die Sinterung bei Temperaturen bis 10500 C durchgeführt wird, wobei ab 7500 C in einer neutralen oder CO-haltigen, wasserstofffreien Schutzgasatmosphäre gesintert wird.