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Verfahren zur Verbesserung der Sintereigenschaften von Bronzepulvern
Es ist bekannt, die Festigkeit von Bronzeguß durch Zulegieren von Phosphor zu steigern.
Es hat sich aber nicht bewährt, Phosphor solchen Kupfer- und Kupferlegierungsschinelzen
zuzulegieren, aus denen Metallpulver für Sinterzwecke hergestellt werden sollen,
da dadurch die Pulver mit massiver kugeliger Kornform anfallen und sich zu schwer
verpressen lassen. Man hat deshalb vorgeschlagen, phosphorfrei hergestellten Kupferle-gierungspulvern
nachträglich ein Pulver aus phosphorhaltigen Vorlegierungen beizumischen, um auf
diese Weise zu Sinterkörpern mit höheren Festigkeitseigenschaften zu gelangen. Hierdurch
waren gewisse Erfolge erzielbar.
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Es wurde nun gefunden, daß man bei der Herstellung von Sinterkörpern
aus Bronzepulver eine erhebliche Steigerung der Festigkeit und Dehnung durch Zumischung
von Phosphor erzielen kann, wenn man den. Phosphor nicht gebunden als gepulverte
Vorlegierung, sondern die gleiche Phosphormenge frei a,ls gepulverten roten Phosphor
zusetzt. Es wurde dabei festgestellt, daß diese Verbesserung der Festigkeitswerte
mit der Erhöhung des Zusatzes an rotem Phosphorpulver bis zu einem bestimmten Prozentsatz
zunimmt, der von der Zusammensetzung der Bronze abhängig ist. Bei Bronze mit 9111/o
Cu und 9'% Sn ist eine Steigerung der Festigkeitswerte bei Phosphorzusatz bis zu
0,3 % zu beobachten. Eine weitere Steigerung des Phosphorzusatzes in der erfindungsgemäßen
Form ergibt keine weitere Verbesserung der Festigkeitseigenschaften dieser Legierung.
Dagegen tritt schon bei Erhöhung des Phosphorzusatzes um 0,1 bis 0,211/o auf 0,4
bis 0,5'% beim Sintern eine zu starke Verflüssigung im Sinterkörper auf. Erhöhung
des Phosphorgehaltes auf über 0,511/o macht die Sinterkörper vollständig unbrauchbar.
Der optimale Prozentsatz an zuzusetzendem Phosphor kann ohne Schwierigkeit durch
Vorversuche für jede Zinnbronze ermittelt werden..
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Überraschenderweise bleibt der zugegebene Phosphorgehalt während und
nach der Sinterung des Pulvers erhalten., auch wenn der Sauerstoffgehalt des Pulvers
beachtlich ist und z. B. 0,12% beträgt. Für das Verfahren der Erfindung sind infolgedessen,
die normalen im Handel erhältlichen Bronzepulver ohne weiteres als Ausgangsmaterial
geeignet.
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Eine weitere erhebliche Steigerung der Festigkeits-und Dehnungswerte
der aus dem erfindungsgemäß mit rotem Phosphorpulver vermischten Bronzepulver hergestellten
Sinterkörper kann in weiterer Ausbildung der Erfindung erzielt werden, indem man
den Sauerstoffgehalt des Bronzepulvers vor dem Vermischen mit rotem Phosphor durch
reduzierende Behandlung verringert.
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Die überraschendeWirkung des Zusatzes von Phosphorpulver zu Bronzepulver
nach dem Verfahren der Erfindung wird durch folgende Vergleichsversuche, die gleichzeitig
ein Beispiel für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung zeigen, veranschaulicht.
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Ausführungsbeispiel 1 Drei Proben von Zinnbronzepulver mit 91% Kupfer
und 9'% Zinn wurden ohne Beimischung von Phosphor mit verschiedenen Preßdrücken
von 2, 4 und 6 t/cm2 gepreßt. Mit den gleichen Preßdrücken wurden drei weitere Preßlinge
aus einem Zinnbronzepulver gleicher Zusammensetzung, dem vor dem Verpressen 311/o
gepulverten Phosphorkupfers mit 10'% Phosphor in einer Korngröße kleiner als 0,06
mm zugesetzt worden waren, hergestellt. Ebenso wurden mit gleichen Prelldrücken
drei Proben eines Zinnbronzepulvers mit 91'°/o Kupfer und 911/o Zinn verpreßt, nachdem
das Pulver vor dem Verpressen nach dem Verfahren der Erfindung sorgfältig mit 0,311/o
gepulvertem rotem Phosphor von einer Korngröße von ebenfalls kleiner als 0,06 mm
vermischt worden war. Sämtliche Proben wurden dann unter völlig gleichen Bedingungen
gesintert. Es ergab sich:
Es wird angenommen, daß diese überraschenden Ergebnisse beim erfindungsgemäßen
Zusatz von Phosphorpulver wie folgt zu erklären sind: Beim Zusatz von feinpulverigem
rotem Phosphor zu Pulver aus Zinnbronze: wird der Phosphor beim Sinterglühen durch
Diffusion langsam vorm Metallpulver aufgenommen. Dabei bildet sich an der Kornoberfläche
eine Metall-Phosphor-Legierung, die schon von Anfang an alle Anteile des ursprünglichen
Bro@nzepulverkorns oder der Mischung aufnimmt und bei der Bildung der flüssigen
Phase und ihrer Erstarrung ar. der Brückenbildung beteiligt. Wird dagegen nach der
bisher üblichen Verfahrensweise gepulvertes Phosphorkupfer beigemischt, so werden
die sich bildenden Brücken zunächst zinnärmer sein als das Grundkorn und damit geringere
Festigkeit haben..
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Das folgende Beispiel zeigt, daß eine weitere Verbesserung der Sintereigenschaften
des erfindungsgemäß hergestellten Bronzepulvers bzw. der Festigkeitseigenschaften
der daraus hergestellten Sinterteile durch Verringerung des Sauerstoffgehaltes des
Pulvers vor dem Zusatz des Phosphorpulvers erzielt wird. Ausführungsbeispiel 2 Ein
Zinnbronzepulver mit 910/a Kupfer und 9% Zinn, das wie das nach Beispiel 1 mit Phosphorpulver
verarbeitete Bronzepulver einen Sauerstoffgehalt von 0,12% besaß, wurde vor dem
Phosphorzusatz durch Glühen unter Wasserstoff auf einen Sauerstoffgehalt von 0,05%
reduziert. Nach dem Glühen wurde es mit 0,3% Pulver aus rotem Phosphor mit einer
Korngröße von kleiner als 0,06 mm sorgfältig vermischt, mit Preßdrücken von 2, 4
und 6 t/cm2 zu drei Proben je einmal gepreßt und unter den gleichen Bedingungen
wie die nach Beispiel 1 hergestellten Proben einmal gesintert. Es wurden folgende
Ergebnisse erzielt:
| Preßdruck Zugfestigkeit Dehnung |
| t/cm2 kg/mm2 °/o - |
| 2 1.1,5 15,0 |
| 4 25,0 30,0 |
| 6 30,0 38,0 |
Wie bei den bekannten Metallpulvern lassen. sich 45 auch bei den nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Bronzepulver die Festigkeits- und Dehnungswerte durch mehrmaliges
Pressen und Sintern noch weiter steigern. Ausführungsbeispiel 3 Bei einem ohne vorheriges
Glühen nach Beispiel 1 mit Phosphorpulver vermischten Bronzepulver mit 91% Kupfer
und 9% Zinn wurden durch zweimaliges Verpressen mit einem Preßdruck von 6 t/cm2
und zweimaliges Sintern unter sonst gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1 eine
Zugfestigkeit von 35,0 kg/mm2 und eine Dehnung von 47,5% erzielt.
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Der Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt in erster Linie in
der Gewinnung eines Pulvers, das beim Verpressen und Sintern unter sonst gleichen
Bedingungen Sinterkörper mit wesentlich höheren Festigkeits- und Dehnungswerten
ergibt als die aus bekannten Bronzepulvern bzw. Phosphor als Vorlegierung enthaltenden
Pulvermischungen hergestellten.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt noch auf preßtechnischem
Gebiet. Phosphor-Kupfer-Legierungen sind sehr hart und spröde, und ihre Beimischung
verschlechtert den Zusammenhalt und die Kantenfestigkeit der sogenannten grünen
Preßlinge. Man muß deshalb bestrebt sein, diese in dieser Beziehung ungünstigen
Pulveranteile niedrig zu halten. Derartig störende Einwirkungen treten beim Zusatz
von rotem Phosphor nicht auf, da die Eigenschaften für die Herstellung der grünen
Preßlinge günstiger und die Zusätze geringer sind.
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Auch bei der Sinterung von lose geschütteten, kugelförmigen Körnern
zu Körpern von bestimmter einheitlicher Porengröße, wie das üblicherweise bei der
pulvermetallurgischen Herstellung von Filtern durchgeführt wird, bietet die Zumischung
von rotem Phosphor zu den verwendeten Zinnbronzepulvern erhebliche Vorteile gegenüber
bisher angewendeten Verfahren. Bei der Sinterung kugelförmiger Pulver in loser Schüttung
berühren sich die einzelnen Pulverteilchen nur in Punkten, und die verbindenden
Brücken von Korn zu Korn sind dementsprechend schwach. Die so hergestellten Sinterkörper
haben daher nur eine geringe mechanische Festigkeit.
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Man hat versucht, eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit dadurch
zu erreichen, daß man, von kugelförmigen Pulvern ausging, deren Oberflächen verzinnt
worden waren. Beim Sintern solcher Pulver entsteht an der Kornoberfläche vorübergehend.
eine flüssige Phase, die zu einer stärkeren Brückenbildung und festeren Bindung
führt. Die erforderliche Vorbebandlun;g der Pulver ist jedoch umständlich. Einen
gleichen Effekt würde die Bildung einer flüssigen: Phase auf den: Kornoberflächen
durch Zusatz geringer Phosphormengen haben. Diese können jedoch in diesem Fall nicht
durch Zumischung von gepulvertem Phosphorkupfer eingebracht werden:, weil dieses
zu einer teilweisen Verstopfung der Poren und damit zu einer uneinheitlichen Porengröße
führt.
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Die Zugabe von gepulvertem rotem Phosphor gemäß der Erfindung stört
dagegen, den gleichmäßigen Aufbau der Poren nicht und: ergibt infolge einer auf
den Kugeloberflächen: auftretenden. flüssigen Phase eine erwünschte festere Brückenbildung.