CN110607491A - 用于生产粉末冶金产品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生产粉末冶金产品，尤其是轴承、密封或滑动元件、阀组件或阀座圈的方法。根据该方法，提供粉末混合物，其包括：第一硬质相，其包含52至78重量％的钼、0至2重量％的硅、0至1.5重量％的铜、以及剩余重量比例的铁和生产相关的污染物；第二硬质相，其包含0至0.8重量％的锰和小于0.1重量％的碳；0至1.8重量％的石墨；均为0至5重量％的钴、磷化铁、铜、青铜、含磷物、硫化物、氟化钙和钼；0.1至1.8重量％的压制助剂和流动改进剂；以及该粉末混合物的总重量的剩余比例的铁基粉末。此后，尤其通过压制将提供的粉末混合物形成生坯。最后，将形成的生坯烧结为粉末冶金产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于生产粉末冶金产品的方法，所述粉末冶金产品尤其是轴承、密封或滑动元件，阀组件或阀座圈，以及通过执行该方法生产的粉末冶金产品。本发明此外还涉及一种具有这类粉末冶金产品的摩擦学系统以及内燃机和电动机器，该内燃机和电动机器均具有这种粉末冶金产品，以及可替选地或附加地具有这类摩擦学系统。
背景技术
已知以粉末冶金生产轴承、密封或滑动元件、用于进气阀和排气阀的阀座圈的阀组件。这类粉末冶金生产方法使仅需要很少再加工步骤的高度精确制造成为可能。同时，也可以通过粉末冶金产品以简单的方式混合通常难以混合的成分，例如润滑剂和滑动剂。
从DE 103 36 407A1得知这类粉末冶金生产方法。
发明内容
本发明的目的是创造一种用于粉末冶金产品的改进的制作方法。通过这种方法，特别地生产具有改进磨损特性的粉末冶金产品，从而在内燃机或电动机器中采用创造的粉末冶金产品时，这些粉末冶金产品也具有增加的使用期限。
根据本发明，通过独立专利权利要求的主题解决该目的。有利实施方式为从属专利权利要求的主题。
根据本发明的方法用于生产粉末冶金产品，尤其轴承、密封或滑动元件，阀组件或阀座圈。根据该方法，提供粉末混合物。该粉末混合物包括：第一硬质相，该第一硬质相包含52重量％至78重量％的钼、0重量％至2重量％的硅、0重量％至1.5重量％的铜、以及剩余重量比例的铁和生产相关的污染物；第二硬质相，该第二硬质相包含0重量％至0.8重量％的锰和小于0.1重量％的碳；0重量％至1.8重量％的石墨；均为0重量％至5重量％的钴、磷化铁、铜、青铜、含磷物、硫化物、氟化钙和钼；0.1重量％至1.8重量％的压制助剂和流动改进剂；以及该粉末混合物的总重量的剩余比例由铁基粉末形成。然后尤其通过压制将提供的粉末混合物形成为生坯。在此之后，将形成的生坯烧结为粉末冶金产品。
根据该方法的优选实施方式，提供的第二硬质相包含：25重量％至30重量％的钼、6重量％至11重量％的铬、2重量％至4.5重量％的硅、0重量％至5重量％的铁，其中，该第二硬质相的总重量的剩余比例由钴和生产相关的污染物形成，或者该第二硬质相包含：26重量％至32重量％的钼、12重量％至19重量％的铬、2重量％至5重量％的硅、0重量％至5重量％的钴，其中，该第二硬质相的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。可以显示出可以实现通过根据本发明的该方法生产的粉末冶金产品的改进磨损特性。
根据该方法的有利实施方式，提供的第一硬质相和第二硬质相的比例总共达到粉末混合物的总重量的10％至45％，且第一硬质相的重量比例与第二硬质相的重量比例的比率达到在3:1和1:3之间，或者第一硬质相和第二硬质相的比例总共达到粉末混合物的总重量的22％至40％，且第一硬质相的重量比例与第二硬质相的重量比例的比率达到在2:1和1:2之间。通过本实施方式，可以甚至进一步优化通过根据本发明的方法生产的粉末冶金产品的耐磨性。
特别有利地，提供的铁基粉末包含至少一种工具钢粉末。
根据另一个有利实施方式，提供的30重量％至70重量％的铁基粉末由包括如下项的粉末组成：0.8重量％至1.3重量％的碳、3重量％至5重量％的铬、0重量％至1重量％的钴、0重量％至0.5重量％的锰、3重量％至7重量％的钼、0重量％至1重量％的硅、2重量％至4重量％的钒、5重量％至7.5重量％的钨，其中，该粉末的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。
特别实际地，尤其通过单轴向压制使提供的粉末混合物形成以具有6.3g/cm3至7.5g/cm3的生坯密度。这被证明是特别有利于进一步加工和通过根据本发明的方法生产的冶金产品。
特别实际地，在烧结期间使铜基浸渍剂渗入形成的生坯中存在的孔隙。这被证明是同样也特别有利于进一步加工且另外改善通过根据本发明的方法生产的粉末冶金产品的导热性。
特别优选地，在1,065℃和1,195℃之间的温度下烧结形成的生坯。
根据优选实施方式，提供的粉末混合物包含多于0.15重量％且高达5重量％的磷化铁。可替选地或附加地，提供的粉末混合物包含多于0重量％且高达5重量％的青铜。可替选地或附加地，提供的粉末混合物包含多于0重量％且高达5重量％的含磷物。可以显示出以此方式可以实现通过根据本发明的方法生产的粉末冶金产品的改进磨损特性。
根据另一优选实施方式，提供的第二硬质相包含多于0重量％且高达0.8重量％的锰。同样地，采用该方式甚至进一步改善通过根据本发明的方法生产的粉末冶金产品的耐磨性。
根据另一优选实施方式，提供的第一硬质相包含0.4重量％至2.0重量％的硅。同样地，采用该方式甚至进一步改善通过根据本发明的方法生产的粉末冶金产品的耐磨性。
此外本发明涉及一种通过根据本发明的方法生产的粉末冶金产品。上文阐述的根据本发明的方法的优势随后也适用于根据本发明的粉末冶金产品。
依照根据本发明的粉末冶金产品的有利实施方式，根据本发明的粉末冶金产品包含：0.5重量％至1.8重量％的碳、2重量％至9重量％的铬、4重量％至16重量％的钴、0重量％至1.6重量％的锰、10重量％至22重量％的钼、0重量％至2重量％的硅、0.5重量％至6重量％的钒、1重量％至8重量％的钨、5重量％至25重量％的铜、0重量％至2重量％的钙、0重量％至1.5重量％的硫化物、0重量％至5重量％的镍，其中，根据本发明的粉末冶金产品的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。
依照根据本发明的粉末冶金产品的另一有利实施方式，根据本发明的粉末冶金产品包含：0.7重量％至1.5重量％的碳、2重量％至5重量％的铬、8重量％至12重量％的钴、0重量％至1重量％的锰、12重量％至18重量％的钼、0重量％至2重量％的硅、1重量％至3重量％的钒、2重量％至4重量％的钨、10重量％至20重量％的铜、0重量％至0.5重量％的钙、0重量％至1重量％的硫化物、0重量％至3重量％的镍，其中，根据本发明的粉末冶金产品的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。
此外本发明涉及一种摩擦学系统，该摩擦学系统包括上文介绍的粉末冶金产品。上文阐述的根据本发明的方法和根据本发明的粉末冶金产品的优势因此也适用于根据本发明的摩擦学系统。
依照根据本发明的摩擦学系统的优选实施方式，根据本发明的粉末冶金产品的表面与奥氏体、铁素体或马氏体产品机械接触，以及可替选地或附加地，根据本发明的粉末冶金产品的表面与氮化的或氮碳共渗产品机械接触。
此外本发明涉及一种用于机动车辆的内燃机。该内燃机包括上文介绍的粉末冶金产品，以及可替选地或附加地，上文介绍的摩擦学系统。上文阐述的根据本发明的方法、根据本发明的粉末冶金产品和根据本发明的摩擦学系统的优势因此也适用于根据本发明的内燃机。
此外本发明涉及一种用于机动车辆的电动机器。该电动机器包括上文介绍的粉末冶金产品，以及可替选地或附加地，上文介绍的摩擦学系统。上文阐述的根据本发明的方法、根据本发明的粉末冶金产品和根据本发明的摩擦学系统的优势因此也适用于根据本发明的电动机器。
从从属权利要求、从附图和从借助附图的相关联的图描述获得本发明的其它特征和优势。
应当理解，上文提及的和在下文中仍待阐述的特征可以不仅仅以所陈述的各自组合来使用、而且还以其它组合来使用、或自身独立使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选示例性实施方式在附图中示出且在如下描述中更详细地阐述。
仅有的图1示出了根据本发明的摩擦学系统10的简化示例，该摩擦学系统10被用在机动车辆的内燃机的汽缸盖16中。摩擦学系统10包括阀开口11，该阀开口11可以通过阀体13封闭。图1示出了处于关闭位置的阀体13。可以使用X45CrSi9-3、X50CrMnNiNbN21-9、X53CrMnNiNbN21-9或尼孟镍克合金80a(Nimonic 80a)作为用于阀体13的材料。阀体13可包括涂层或硬化层。阀体13包括阀杆14，该阀杆14轴向地合并至阀盘15。阀开口11被阀座圈12封闭。
具体实施方式
在图1中所示的关闭位置上，阀盘15封闭阀开口11。为此，阀盘15利用接触部17依靠阀座圈12。可以采用该方式氮化且硬化阀座圈12。
阀座圈12可以包含：0.5重量％至1.8重量％的碳、2重量％至9重量％的铬、4重量％至16重量％的钴、0重量％至1.6重量％的锰、10重量％至22重量％的钼、0重量％至2重量％的硅、0.5重量％至6重量％的钒、1重量％至8重量％的钨、5重量％至25重量％的铜、0重量％至2重量％的钙、0重量％至1.5重量％的硫化物、和0重量％至5重量％的镍，其中，根据本发明的粉末冶金产品的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。可替选地，阀座圈12可以包含：0.7重量％至1.5重量％的碳、2重量％至5重量％的铬、8重量％至12重量％的钴、0重量％至1重量％的锰、12重量％至18重量％的钼、0重量％至2重量％的硅、1重量％至3重量％的钒、2重量％至4重量％的钨、10重量％至20重量％的铜、0重量％至0.5重量％的钙、0重量％至1重量％的硫化物、和0重量％至3重量％的镍，其中，根据本发明的粉末冶金产品的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。
通过根据本发明的方法，即以粉末冶金方式生产阀座圈12。
在用于生产阀座圈12的方法中，提供粉末混合物并使其形成为用于阀座圈12的生坯。
可以通过压制、尤其通过单轴向压制使提供的初始材料形成为6.3g/cm3至7.5g/cm3的生坯密度。
随后烧结形成的生坯。在该过程期间，可以在烧结期间使形成的生坯中存在的孔隙渗入有铜基浸渍剂。可以在1,065℃和1,195℃之间的温度下烧结形成的生坯。代替烧结操作，生坯的热轧也是可行的。
粉末混合物包括：第一硬质相，该第一硬质相包含52重量％至78重量％的钼、0重量％至2重量％的硅、0重量％至1.5重量％的铜、以及剩余重量比例的铁和生产相关的污染物；第二硬质相，该第二硬质相包含0重量％至0.8重量％的锰和小于0.1重量％的碳；0重量％至1.8重量％的石墨；均为0重量％至5重量％的钴、磷化铁、铜、青铜、含磷物、硫化物、氟化钙和钼；0.1重量％至1.8重量％的压制助剂和流动改进剂；以及初始材料的总重量的剩余比例由铁基粉末形成。
提供的粉末混合物也可以包含多于0.15重量％且高达5重量％的磷化铁。可替选地或附加地，提供的粉末混合物也可以包含多于0重量％且高达5重量％的青铜。可替选地或附加地，提供的粉末混合物也可以包含多于0重量％且高达5重量％的含磷物。
提供的第二硬质相同样也可以包含多于0重量％且高达0.8重量％的锰。
提供的第一硬质相也可以包含0.4重量％至2.0重量％的硅。
另外，提供的第二硬质相可以包含：25重量％至30重量％的钼、6重量％至11重量％的铬、2重量％至4.5重量％的硅、0重量％至5重量％的铁，其中，该第二硬质相的总重量的剩余比例由钴和生产相关的污染物形成。可替选地，提供的第二硬质相可以包含：26重量％至32重量％的钼、12重量％至19重量％的铬、2重量％至5重量％的硅、0重量％至5重量％的钴，其中，该第二硬质相的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。
除此之外，第一硬质相和第二硬质相的比例可以总共达到基材的10重量％至45重量％，且第一硬质相的重量比例与第二硬质相的重量比例的比率可以达到在3:1和1:3之间。可替选地，第一硬质相和第二硬质相的比例可以总共达到粉末混合物的总重量的22重量％至40重量％，且第一硬质相的重量比例与第二硬质相的重量比例的比率可以达到在2:1和1:2之间。
此外，提供的初始材料的铁基粉末可以包含至少1至2种钢粉末。除此之外，提供的30重量％至70重量％的铁基粉末可以由包括如下项的另一种粉末组成：0.8重量％至1.3重量％的碳、3重量％至5重量％的铬、0重量％至1重量％的钴、0重量％至0.5重量％的锰、3重量％至7重量％的钼、0重量％至1重量％的硅、2重量％至4重量％的钒、5重量％至7.5重量％的钨，其中，该另一种粉末的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。
采用上文所示的方式，同样也可以生产其它粉末冶金产品，尤其轴承、密封或滑动元件，阀组件或阀体。
Claims (18)
1.一种用于生产粉末冶金产品的方法，所述粉末冶金产品尤其为轴承、密封或滑动元件，阀组件或阀座圈，所述方法包括如下步骤：
a)提供粉末混合物，所述粉末混合物包括：
-第一硬质相，所述第一硬质相包含52重量％至78重量％的钼、0重量％至2重量％的硅、0重量％至1.5重量％的铜、以及剩余重量比例的铁和生产相关的污染物，
-第二硬质相，所述第二硬质相包含0重量％至0.8重量％的锰和小于0.1重量％的碳，
-0重量％至1.8重量％的石墨，
-均为0重量％至5重量％的钴、磷化铁、铜、青铜、含磷物、硫化物、氟化钙和钼，
-0.1重量％至1.8重量％的压制助剂和流动改进剂，
-其中，所述粉末混合物的总重量的剩余比例由铁基粉末形成，
b)将在步骤a)中提供的所述粉末混合物特别地通过压制而形成为生坯，
c)将在步骤b)中形成的所述生坯烧结为所述粉末冶金产品。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
在步骤a)中提供的所述第二硬质相包含：25重量％至30重量％的钼、6重量％至11重量％的铬、2重量％至4.5重量％的硅、0重量％至5重量％的铁，其中，所述第二硬质相的总重量的剩余比例由钴和生产相关的污染物形成，
或者，在步骤a)中提供的所述第二硬质相包含：26重量％至32重量％的钼、12重量％至19重量％的铬、2重量％至5重量％的硅、0重量％至5重量％的钴，其中，所述第二硬质相的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于
在步骤a)中提供的所述第一硬质相和所述第二硬质相的比例总共达到粉末混合物的总重量的10％至45％，且所述第一硬质相的重量比例与所述第二硬质相的重量比例的比率达到在3:1和1:3之间，
或者，所述第一硬质相和所述第二硬质相的比例总共达到所述粉末混合物的总重量的22％至40％，且所述第一硬质相的重量比例与所述第二硬质相的重量比例的比率达到在2:1和1:2之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
在步骤a)中提供的铁基粉末包含至少一种工具钢粉末。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
在步骤a)中提供的30重量％至70重量％的铁基粉末由包含如下成分的粉末组成：
0.8重量％至1.3重量％的碳、3重量％至5重量％的铬、0重量％至1重量％的钴、0重量％至0.5重量％的锰、3重量％至7重量％的钼、0重量％至1重量％的硅、2重量％至4重量％的钒、5重量％至7.5重量％的钨，其中，粉末的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
在步骤b)中尤其通过单轴向压制使在步骤a)中提供的粉末混合物形成以具有6.3g/cm3至7.5g/cm3的生坯密度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
在步骤c)中的烧结期间使铜基浸渍剂渗入在步骤b)中形成的所述生坯中存在的孔隙。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
在步骤c)中，在1,065℃和1,195℃之间的温度下烧结在步骤b)中形成的所述生坯。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
在步骤a)中提供的粉末混合物包含多于0.15重量％且高达5重量％的磷化铁，和/或
在步骤a)中提供的粉末混合物包含多于0重量％且高达5重量％的青铜，和/或
在步骤a)中提供的粉末混合物包含多于0重量％且高达5重量％的含磷物。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
在步骤a)中提供的第二硬质相包含多于0重量％且高达0.8重量％的锰。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于
在步骤a)中提供的第一硬质相包含0.4重量％至2.0重量％的硅。
12.一种粉末冶金产品，所述粉末冶金产品通过根据前述权利要求中任一项所述的方法来生产。
13.根据权利要求12所述的粉末冶金产品，其特征在于，所述粉末冶金产品包含：
0.5重量％至1.8重量％的碳、2重量％至9重量％的铬、4重量％至16重量％的钴、0重量％至1.6重量％的锰、10重量％至22重量％的钼、0重量％至2重量％的硅、0.5重量％至6重量％的钒、1重量％至8重量％的钨、5重量％至25重量％的铜、0重量％至2重量％的钙、0重量％至1.5重量％的硫化物、0重量％至5重量％的镍，其中，所述粉末冶金产品的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。
14.根据权利要求12所述的粉末冶金产品，其特征在于，所述粉末冶金产品包含：
0.7重量％至1.5重量％的碳、2重量％至5重量％的铬、8重量％至12重量％的钴、0重量％至1重量％的锰、12重量％至18重量％的钼、0重量％至2重量％的硅、1重量％至3重量％的钒、2重量％至4重量％的钨、10重量％至20重量％的铜、0重量％至0.5重量％的钙、0重量％至1重量％的硫化物、0重量％至3重量％的镍，其中，所述粉末冶金产品的总重量的剩余比例由铁和生产相关的污染物形成。
15.一种摩擦学系统，所述摩擦学系统具有根据权利要求12至14中任一项所述的粉末冶金产品。
16.根据权利要求15所述的摩擦学系统，
其特征在于
所述粉末冶金产品的表面与奥氏体、铁素体或马氏体产品机械接触，和/或所述粉末冶金产品的表面与氮化的或氮碳共渗产品机械接触。
17.一种用于机动车辆的内燃机，所述内燃机具有：
-根据权利要求12至14中任一项所述的粉末冶金产品，和/或
-根据权利要求15或16所述的摩擦学系统。
18.一种用于机动车辆的电动机器，所述电动机器具有：
-根据权利要求12至14中任一项所述的粉末冶金产品，和/或
-根据权利要求15或16所述的摩擦学系统。
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