DE10336407A1

DE10336407A1 - Pulvermetallurgisch hergestellte Lagerteile für Turbolader sowie Verfahren zur Herstellung solcher Lagerteile

Info

Publication number: DE10336407A1
Application number: DE10336407A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Krüger; Franz-Josef Schleifstein
Original assignee: Bleistahl Prod & Co KG GmbH; Bleistahl-Produktions & Co KG GmbH
Current assignee: Bleistahl Prod & Co KG GmbH; Bleistahl-Produktions & Co KG GmbH
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-08-07
Also published as: DE10336407B4

Abstract

Die Erfindung betrifft Lagerteile, insbesondere für Turbolader, hergestellt auf pulvermetallurgischem Weg, mit DOLLAR A 0,8 bis 1,2 Gew.-% C DOLLAR A 4 bis 26 Gew.-% Co DOLLAR A 1,5 bis 2,5 Gew.-% Mo DOLLAR A 2,0 bis 3,0 Gew.-% Cr DOLLAR A 1,0 bis 2,0 Gew.-% Ni DOLLAR A 0,3 bis 0,7 Gew.-% Mn DOLLAR A 0,3 bis 0,7 Gew.-% S DOLLAR A Rest Fe DOLLAR A sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Teile.

Description

Die Erfindung betrifft auf pulvermetallurgischem Weg hergestellte Lagerteile, insbesondere für Turbolader und insbesondere Turboladerhülsen, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Teile.
Es ist bekannt, Lagerteile pulvermetallurgisch herzustellen. Pulvermetallurgische Herstellungsverfahren ermöglichen eine hochpräzise Fertigung, die nur weniger Nachbearbeitungsschritte bedarf. Gleichzeitig können auf pulvermetallurgischem Weg auch sonst nur schwer einmischbare Bestandteile, beispielsweise Schmier- und Gleitmittel, auf einfache Weise zugemischt bzw. zulegiert werden.
An herkömmliche Turbolader für Kraftfahrzeuge werden hohe Anforderungen an die Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit bei Temperaturen ≥ 900°C gestellt. Hierfür haben sich metallische und keramische Werkstoffe als tauglich erwiesen. Die Leistungs- und Effizienzsteigerung im modernen Motorenbau führt jedoch zu immer höheren Temperaturbelastungen und verlangt Materialien mit guten Gleiteigenschaften bei hohen Temperaturen.
Unter den Einsatzbedingungen schützen die vom Motor abgegebenen Verbrennungsgase die Lagerteile vor Oxidation und oxidationsbedingten Verschleißerscheinungen. Allerdings ist dieser Schutz insbesondere bei hohen Temperaturen begrenzt, so daß der Einsatz von hochoxidationsbeständigen Materialien notwendig ist.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung von Lagerteilen, insbesondere Turboladerhülsen, die hinreichend oxidations- und temperaturbeständig sind und bei Temperaturen bis zu 1100°C gute Gleiteigenschaften haben. Die Teile sollen eine hinreichend hohe Standfestigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird mit pulvermetallurgisch hergestellten Lagerteilen mit

0,8 bis 1,2 Gew.-% C

4 bis 26 Gew.-% Co

1,5 bis 2,5 Gew.-% Mo

2,0 bis 3,0 Gew.-% Cr

1,0 bis 2,0 Gew.-% Ni

0,3 bis 0,7 Gew.-% Mn

0,3 bis 0,7 Gew.-% S

Rest Fe

gelöst.
Kobalt-Molybdän-Legierungen für die pulvermetallurgische Herstellung von Ventilsitzringen sind aus der DE 34 13 593 C1 bekannt. Es hat sich jetzt überraschend gezeigt, daß diese Legierungen auch für die Anwendung in Turboladern in Frage kommen, wo es auf gute Gleiteigenschaften bei hohen Temperaturen bis zu 1100°C und mehr ankommt. Ventilsitzringe werden maximal bis zu 750°C beansprucht.
Die erfindungsgemäßen Legierungen zeichnen sich durch ihren Kobaltgehalt aus, der im Bereich von 4 bis 26 Gew.-% liegt. Pulvermetallurgisch hergestellte Lagerteile mit einem dergestalt erhöhten Kobaltgehalt zeigen die gewünschten guten Gleiteigenschaften, und eine hohe Standzeit.
Bevorzugt liegt der Kobaltgehalt bei den erfindungsgemäß hergestellten Teilen im Bereich von 10 bis 25 Gew.-% Co, besonders bevorzugt im Bereich von 16 bis 24 Gew.-% Co.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Teile können übliche Metallpulver mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,5 bis 40 μm eingesetzt werden. Es hat sich allerdings als Vorteilhaft erwiesen, wenn das Kobaltpulver eine mittlere Teilchengröße von ≤ 10 μm hat und insbesondere im Bereich von 0,5 bis 5 μm.
Bei anderen Metallen als Kobalt liegt die mittlere Teilchengröße zumeist im Bereich von 10 bis 40 μm.
Die einzelnen Bestandteile können als Elementpulver zugegeben werden. Zumeist wird jedoch der Kohlenstoff gebunden an andere Metalle zugesetzt, beispielsweise mit dem Eisen. Der Schwefelanteil kann insbesondere auch als Mangansulfid oder Molybdänsulfid zugesetzt werden. Der Schwefelanteil ist mitverantwortlich für die Gleiteigenschaften und gewährleistet als interne Schmierung verbesserte Notlaufeigenschaften.
Vorteilhaft ist die Zumischung des Chroms in Form von Ferrochrompulver.
Mit dem Zusatz des Kobaltpulvers in besonders feiner Form ergibt sich eine sehr gute Verteilung innerhalb der Mischung.
Die erfindungsgemäßen Lagerteile werden auf übliche Art und Weise hergestellt. Dazu wird das Pulvergemisch, dem gegebenenfalls in geringen Mengen ein unter hohen Temperaturen ausgasendes Wachs oder dergleichen zur Formstabilisierung der Rohpreßlinge zugemischt wird, mit einer Preßkraft von mehr als 40 MPa zu den Gleitteilen, insbesondere Hülsen, gepreßt, welche anschließend bei einer Temperatur von bis zu 1200°C in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre gesintert werden. Die Sinterstücke werden gegebenenfalls einer Nachverdichtung mit einer Preßkraft von mehr als 120 MPa unterworfen und gegebenenfalls weiter vergütet. Bei der Nachverdichtung handelt es sich um eine übliche Heiß- oder Kaltverdichtung. Eine Nachvergütung kann in der Weise vorgenommen werden, daß die Hülsen nach der Verdichtung 15 min lang auf eine Temperatur oberhalb des AC₃-Punktes erwärmt, dann abgekühlt und bei einer Temperatur von etwa 600°C 30 min lang angelassen werden.
Bei den zum Einsatz kommenden Metallpulvern handelt es sich um solche, wie sie üblicherweise pulvermetallurgisch verwandt werden. Besonders bevorzugt sind Pulver mit spratziger Form, die zu einer inniger Verzahnung der Partikel führen und damit zu einem bessern Zusammenhalt der Preßlinge. Wird ein Kobaltpulver mit geringer Teilchengröße im Bereich von etwa 0,5 bis 5 μm zugesetzt, führt dies zu einer Anreicherung der Kobaltphasen in den zwischen den gröberen Teilchen liegenden Zwischenräumen, einer sehr guten Verteilung auf der Oberfläche der gröberen Teilchen und beim Sintervorgang zu einem recht gleichmäßigen Eindringen und einer guten Verteilung des Kobalts in den einzelnen Körnern.
Erfindungsgemäß werden unter „Lagerteilen" Teile verstanden, die in einen Gleitprozeß eingebunden sind, auch beispielsweise Führungen für überwiegend linear bewegte Bauteile, wie Ventilführungen.
Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel näher erläutert:
Beispiel:
Ein Rohling mit 0,85 Gew.-% C, 18,5 Gew.-% Co, 1,65 Gew.-% Mo, 2,9 Gew.-% Cr, 1,9 Gew.-% Ni, 0,35 Gew.-% Mn, 0,35 Gew.-% S, Rest Fe und unvermeidliche Spuren wurde unter Verwendung eines Wachses – 0,5 Gew.%, bezogen auf die Legierungsbestandteile – auf übliche Weise hergestellt. Die eingesetzten Pulver hatten eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 10 bis 40 μm, das Kobaltpulver eine mittlere Teilchengröße von < 5 μm. Das Mangan wurde als Mangansulfid zugegeben, das Chrom als Ferrochrom. Der Rohling wurde zweimal mit mehr als 60 MPa verpreßt und anschließend bei einer Temperatur von mehr als 1050°C unter reduzierenden Bedingungen gesintert.
Nach üblicher Vergütung ergab sich eine Hülse mit hoher Stand- und Temperaturfestigkeit.

Claims

Lagerteil, insbesondere für Turbolader im Kraftfahrzeugbau, insbesondere Turboladerhülse, hergestellt auf pulvermetallurgischem Weg, mit 0,8 bis 1,2 Gew.-% C 4 bis 26 Gew.-% Co 1,5 bis 2,5 Gew.-% Mo 2,0 bis 3,0 Gew.-% Cr 1,0 bis 2,0 Gew.-% Ni 0,3 bis 0,7 Gew.-% Mn 0,3 bis 0,7 Gew.-% S Rest Fe
Lagerteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Pulver eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 0,5 bis 40 μm hat.
Lagerteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Chrom als Ferrochrompulver vorliegt.
Lagerteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kobaltpulver eine mittlere Teilchengröße von ≤ 10 μm hat.
Lagerteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kobaltpulver eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 0,5 bis 5 μm hat.
Verfahren zur Herstellung von Lagerteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auf pulvermetallurgischem Wege, bei dem ein Pulvergemisch aus 0,8 bis 1,2 Gew.-% C 4 bis 26 Gew.-% Co 1,5 bis 2,5 Gew.-% Mo 2,0 bis 3,0 Gew.-% Cr 1,0 bis 2,0 Gew.-% Ni 0,3 bis 0,7 Gew.-% Mn 0,3 bis 0,7 Gew.-% S Rest Fe

und gegebenenfalls erforderlichen herstellungsbedingten Zusätzen zu Rohlingen gepreßt, die Rohlinge anschließend in neutraler oder reduzierender Atmosphäre gesintert und gegebenenfalls nachverdichtet und/oder vergütet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohlinge mit einer Preßkraft von ≥ 40 MPa verdichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohlinge bei einer Temperatur von mehr als 1050°C gesintert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Metallpulver einer mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 40 μm eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Kobaltpulver einer mittleren Teilchengröße von ≤ 10 μm eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Kobaltpulver einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,5 bis 5 μm eingesetzt wird.