DE1483173C

DE1483173C - Verfaheren zum Pulvermetallurgischen Herstellen eines feinkornigen Legierungs gegenstandes

Info

Publication number: DE1483173C
Authority: DE
Inventors: Samuel Forest Hills Cross Alan Little Neck NY Storchheim (V St A)
Original assignee: Alloys Research & Manufacturing Corp, Woodside, N Y (VStA)
Publication date: 1971-04-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines feinkörnigen Legierungsgegenstandes, der mehr als 50 Gewichtsprozent eines Basismetalls enthält, dessen Oxid beim Schmelzpunkt des Metalls nicht durch Wasserstoff reduziert wird.

Die Pulvermetallurgie erlaubt, schwierig geformte Gegenstände auf einfache Weise dadurch herzustellen, daß man die jeweiligen metallischen Komponenten in Pulverform vermischt, das Gemisch in eine geeignete Preß- oder Sinterform bringt, um dem Gemisch die gewünschte Gestalt zu erteilen und dann das geformte Gemisch sintert. Dabei muß die bei der Sinterung angewandte Temperatur hoch genug sein,' die Pulverpartikel zur Diffusion zu bringen, um auf diese Weise einen im wesentlichen homogenen Gegenstand zu erhalten. Es gibt indes bestimmte Metalle, ··;■; die sich pulvermetallurgisch überhaupt nicht oder nur unter großen Schwierigkeiten verarbeiten lassen. Zu diesen Metallen gehört vor allem das Aluminium, das die Eigenschaft hat, sich rasch mit einer inerten Oxidschicht zu überziehen. Eine solche Oxidschicht wirkt auf den Aluminiumteilche.n als Isolierschicht, die eine ausreichende Diffusion zwischen benachbarten Partikeln verhindert. Bei Anwendung pulvermetallurgischer Verfahren auf Aluminium sind die erhaltenen Produkte durch grobe Oberfiächenfehler und uneinheitliches Aussehen gekennzeichnet und enthalten oft Löcher oder Blasen oder sogar beides. Theoretisch gesehen konnten einige der Probleme, die in der Pulvermetallurgie des Aluminiums auftreten, dadurch umgangen werden, daß man vollständig reines Aluminium verwendet und das ganze Verfahren in völliger Abwesenheit irgendwelcher oxidierender Stoffe, z. B. Wasserdampf, durchführt. Die Einhaltung solcher Bedingungen ist jedoch praktisch fast unmöglich.

In »Technical Publication Nr. 1574« des American Institute of Mining and Metallurgical Engineers (1943) erläutern C r e m e r und C ο r d i a η ο einige der in der Pulvermetallurgie des Aluminiums auftretenden Probleme. Die beiden Autoren geben an, daß zur Erzielung brauchbarer Ergebnisse die zur Formung des Pulvergemisches verwendete Preß- oder Sinterform mit ebenen Metallplättchen ausgekleidet werden müßte. Dieses plättchenförmige Metallpulver wurde in Tetrachlorkohlenstoff suspendiert und in Form eines dünnen Filmes auf die Formwandungen aufgesprüht, um dort eine nahezu undurchlässige Schicht zu bilden. In manchen Fällen wurde dem Tetrachlorkohlenstoff eine Fettsäure oder eine Seife zugesetzt. Selbst unter diesen Vorsichtsmaßnahmen hat es sich bei dem von C r e m e r und Cordiano durchgeführten Verfahren als notwendig erwiesen, zur Erzielung guter Resultate Preßdruckc in der Größenordnung von 7875 kp/cm² anzuwenden. Eine solche Ausfütterung der Form und ein solcher Preßdruck waren sogar dann erforderlich, wenn das Aluminium nicht als einziger Bestandteil, sondern im Gemisch mit anderen legierbaren Pulvern vorlag.

In der USA.-Patentschrift 2 115 651 wird ausgeführt, daß die Sinterung in einer völlig wasserfreien Atmosphäre durchgeführt werden muß. Bei diesem Verfahren wird die Sinterung bei einer Temperatur durchgeführt, die etwa zwei Drittel des unter Berücksichtigung der Einwaage ermittelten Durch-Schnitts der Schmelzpunkte der in der Mischung vorliegenden Elemente beträgt. Nach den gegebenen Beispielen scheint die Temperatur so gewählt /11 sein.

um die Sinterung unterhalb der eutektischen Temperatur durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Schwierigkeiten zu überwinden, und zur Lösung dieser Aufgabe erfolgt die pulvermetallurgische Herstellung eines feinkörnigen Legierungsgegenstandes, der mehr als 50 Gewichtsprozent eines Basismetalls enthält, dessen Oxid beim Schmelzpunkt des Metalls nicht durch Wasserstoff reduziert wird, in folgender Weise:

1. Die Pulvermischung einer Korngröße von mindestens 3 bis 1600 Mikron wird bis zu einer Dichte von nicht mehr als 98% der theoretischen Dichte verformt, dadurch, daß

a) der Preßdruck auf 472,5 kp/cm² beschränkt wird oder

b) bei über diesem Wert liegenden Preßdrucken 0,25 bis 5,0 Gewichtsprozent eines Gleitmittels verwendet_werden, das sich beim Erhitzen des Preßkörpers b~is*äuf etwa 400"C verflüchtigt;

2. Der Preßkörper wird zur Sinterung mit einer Temperatursteigerung von mindestens 20, vorzugsweise 50 grd/Minute in einer feuchtigkeitshaltigen Atmosphäre mit einem Taupunktsbereich von —51,1 bis -28,9" C erhitzt.

Als Basismetalle können z. B. Aluminium, Magnesium, Titan, Beryllium, Zink oder Blei verwendet werden.

Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Legierungsgegenstände zeichnen sich durch ihre Regelmäßigkeit, ihre Einheitlichkeit und Ebenheit und dadurch aus, daß sie keine Ausbuchtungen, Unregelmäßigkeiten und makroskopische Löcher aufweisen. Sie sind ferner durch sehr hohe Zug- und Druckfestigkeiten sowie eine ausgezeichnete Duktilität und eine Bruchdehnung von mehr als 5% gekennzeichnet. Legierungsgegenstände, die mehr als 90 Gewichtsprozent Aluminium enthalten, besitzen eine Druckfestigkeit von mehr als 5624 kp/cm², häufig sogar von mehr als 703 kp/cm² mit einer-Durchbiegung von mehr als etwa 3% beim Bruch. Solche druckfesten Gegenstände lassen sich besonders vorteilhaft als Lager verwenden. Die erfindungsgemäßen Legierungsgegenstände eignen sich auch hervorragend zum Kaltschmiedcn.

Die Form der für das Verfahren der Erfindung verwendeten Aluminiumpartikeln ist, soweit das Aluminiumpulver in Form von Nadeln, Drahtschnipseln, Spänen u. dgl. vorliegt, unwesentlich. Kugelförmige Partikelchcn sind jedoch im allgemeinen schwerer zu verpressen als anders geformte. Es können daher alle nicht kugeligen Aluminiumpartikeln verwendet werden, deren durchschnittliche Größe mehr als etwa 3 Mikron beträgt. Bei Verwendung kleinerer Aluminiumpartikeln treten, abgesehen von der Gefahr einer Explosion, auch Schwierigkeilen beim Einfüllen in die Preßform auf. Die maximale Partikelgröße hängt von dein Endprodukt, der Leistungsfähigkeit der Vorrichtung und der notwendigen gleichmäßigen Durchinischung der Komponenten ab. Wenn die Produkte als schmiedbare Preßlinge für heißes und kaltes Schmieden oder /um Strangpressen bei Prcßdrucken yon über 0,21 kp/enr verwendet werden, sollen die Aluininiumpartikcln nicht

zu grob sein und vorzugsweise ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,651 mm passieren. In manchen Fällen ist es möglich, 12,7 mm große Aluminiumpartikeln zu verwenden, die granuliert vorliegen.

In Tabelle 1 sind handelsübliche; für das Verfahren der Erfindung brauchbare Aluminiumpulver angegeben, deren Korngrößen-Verteilung in Volumprozent angegeben ist. Die Zerkleinerung des Materials erfolgte an der Luft.

Tabelle

Korngrößen verteilung	TypA	Typ B	TypC	Typ D
Lichte Maschenweite (= Korngröße), Mikron, Volumprozent 149..........	11,0 _:, ,:, ,13,4 14,5 11,5 14,0 35,6 keine 1,115	39,5 16,5 15,5 8,2 10,6 ■ 9,7 . . 94 seC"^- 1,165	23,0 59,4 16,9 0,6 * 0,0 0,05 - 91 see 1,042	o 0 0 0,05 10,8 89,0-- keine 0,902
149 bis 105 .
105 bis 74.
74 bis 53.... .-.
53 bis 44
bis, 44 '.
Fließgeschwindigkeit, see/50 g..'. Dichte, g/ccm :

Außerdem kann im Handel erhältliches, aus der Schmelze zentrifugal zerstäubtes Aluminiumpulver verwendet werden. Typische Beispiele dieser Art haben die folgende Größe:

	Tabelle 2	Schüttgewicht
Länge	Durchmesser	g/ccm
mm	mm	.1,176
2,37	0,35	1,152
1,30	0,23	1,148
1,04	0,18	0,996
1,35	0,26

30

35

Der Aluminiumgehalt des Pulvergemisches, der größer als 99% sein kann, hängt von den gewünschten Eigenschaften des Endproduktes, von der Qualität der Gleitmittel und von anderen Zusätzen ab. Es ist vorteilhaft, aber nicht Bedingung, daß das verwendete Aluminiumpulver relativ rein, z. B. ein in Helium zerstäubtes Aluminium ist; in diesem Fall ist die Dicke der Oxidschicht um die Aluminiumpartikeln auf ein Minimum beschränkt. Es kann jedoch auch in der Luft zerstäubtes Aluminium verwendet werden, ohne die Ergebnisse wesentlich zu beeinträchtigen. Die im Aluminium enthaltenen Verunreinigungen sind so gering als möglich zu halten und sollten vorzugsweise nicht mehr als etwa 1% betragen.

Wenn ein nur aus Aluminium bestehender Gegenstand hergestellt werden soll, brauchen dem Pulver natürlich keine weiteren Metalle zugesetzt werden. Bekanntlich können jedoch sowohl die Festigkeitsais auch andere Eigenschaften des Aluminiums durch Zusatz anderer legierbarer Elemente verbessert -⁶⁰ werden. Beispielsweise weist eine Aluminium-Kupfer-Legierung mit einem Kupfergehalt von etwa 5% eine höhere Festigkeit als reines Aluminium auf. Zur Erzielung guter Festigkeitseigenschaften ist deshalb die Mitverwendung einer kleinen Menge Kupfer ⁶·⁵ als Legierungsbestandteil vorteilhaft. Die Art des verwendeten Kupferpulvers ist nicht ausschlaggebend. Zur Herstellung eines dichten Gegenstandes hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn das Pulvergemisch eine kleine Menge flockenförmiges Kupfer enthält. Wenn der Verdichtungsdruck ausreicht, das Pulvergemisch auf eine Dichte von über 85% der theoretischen" Dichte zu verpressen, dienen die Kupferflocken nicht nur der Legierungsbildung, sondern sie wirken gleichzeitig als ein zusätzliches Gleitmittel, das das Verdichten sowie das Auswerfen der Preßkörper aus der Preßform erleichtert. Zu diesem Zweck kann die Pulvermischung, bezogen auf ihr Gewicht, etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent Kupferfiocken enthalten. Es muß jedoch darauf geachtet werden, der Pulvermischung nur so viel Kupferflocken zuzusetzen, daß keine sichtbare Streifenbildung auftritt. Wenn die Teilchengröße des Aluminiumpulvers sehr klein ist, können ohne Streifenbildung bis zu 10% Kupferflocken verwendet werden.

Übliche Kupferflocken, die verwendet werden können, haben im allgemeinen eine Dicke von 2 bis 0,00127 Mikron und je Flocke eine Fläche von etwa 9,67 · 10~⁹ bis 31,6 · 10~⁶cm². Bevorzugt werden Flocken mit einer Dicke von 0,203 bis 0,0127 Mikron und einer Fläche von 0,96- 10"⁷ bis 31,6· 10~⁷cm².

Bei der Herstellung von Legierungen mit größerem Kupfergehalt, oder wenn auf die verbessernden Eigenschaften der Kupferflocken keine Rücksicht genommen werden muß, können die Kupferflocken teilweise oder auch ganz durch Kupferpulver ersetzt werden. Bei der Verwendung von Kupferpulver wird die Partikclgröße so gewählt, daß die Partikeln ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm passieren können und nicht größer sind. Grobe Kupferpulver neigen dazu, im Endprodukt makroskopische Löcher zu bilden. Sind jedoch solche Löcher im Endprodukt erwünscht, so kann Kupferpulver von größerer Partikelgröße verwendet werden.

Kupfer kann teilweise oder vollständig durch andere legierbare Zusätze, z. B. Magnesium, Aluminium-Magnesium-Legierungen, Silizium-Aluminium-Legierungen, Zink oder Messing ersetzt werden. Bestimmte Zusätze, wie Silizium, werden nur in vorlegierter Form zugesetzt. Die pulverförniigen Zusätze sollen ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,71 mm bzw. zur Vermeidung makroskopischer

5 6

Löcher ein Sieb mit einer lichten Maschenweite ratur der jeweiligen Metallpulvermischung vollständig von 0,044 mm passieren. Die jeweiligen Konzen- verdampfen. Vorzugsweise sollte die Verflüchtigung trationen der verschiedenen legierbaren Elemente unterhalb etwa 400° C stattfinden. Zu diesem Zweck werden unter Berücksichtigung der Eigenschaften haben sich organische, nicht oxydierende Verbindes Endproduktes gewählt. Auch hier wird die Ver- 5 düngen, ζ. B. hochmolekulare Amide, als besonders dichtung erleichtert, wenn etwa 1 bis 5 Gewichts- vorteilhaft erwiesen. Es können aber auch gesättigte prozent der legierbaren Zusätze in Flockenform · Kohlenwasserstoffe, z. B. Paraffinöl, mit ausreichend vorliegen. hohen Siedepunkten verwendet werden. Im allge-Die Gesamtmenge der Zusätze kann bis zu etwa meinen können die bekannten in Preßformen ver-45% betragen; zur Erzielung bester physikalischer 10 wendeten Gleitmittel eingesetzt werden.
Eigenschaften kommen weniger als etwa 10%, vor- Bei dem Verfahren der Erfindung hat das Gleitzugsweise etwa 1 bis etwa 8%> legierbare Zusätze in mittel nicht nur die Funktion eines Schmiermittels. Frage. Die bei der Sinterung verdampfenden, in der Pulverin manchen Fällen tritt bei einem Kupfergehalt mischung vorhandenen Verunreinigungen bilden im von mehr als etwa 2% ^eme Schrumpfung des Preß- 15 Preßkörper Gasporen; das entweichende Gas kann körpers ein, die durch Zusatz einer geeigneten Menge das Aussehen der Oberfläche des Preßlings nachteilig Magnesium verringert und auch vollständig ver- beeinflussen. Auch das Gleitmittel verdampft, und hindert werden kann. Das Magnesium wird entweder zwar schnell, wenn das Pulvergemisch auf die Sinterin elementarer Form oder mit Aluminium vor- temperatur erhitzt wird. Das Gleitmittel tritt aus dem legiert verwendet. Die Verwendung von Magnesium 20 Preßkörper aus und bildet in diesem untereinander hat den weiteren Vorteil, daß die Sinterungsdauer verbundene Poren von mikroskopischer Größe, durch verkürzt, eine Entfärbung des Prqduktes vermindert, welche bei fortschreitender Sinterung die verdampfenerhöhte Festigkeit und Zähigkeit des Endproduktes den Verunreinigungen"entweichen können,
sowie eine erhöhte Ansprechbarkeit bei der Nach- Für die Herstellung eines Lagers werden Preßhärtung erreicht werden. Bei Erhöhung des Magne- 25 drucke von etwa 472,5 bis 6 300 kp/cm² angewandt, siumgehalts über die zur Vermeidung der Schrump- um die gewünschte Dichte von 60 bis 95% der theo-Jiing notwendige Menge kann eine Ausdehnung des retischen Dichte zu erreichen.
■ Produktes eintreten, die in manchen Fällen er- Wenn poröse Legierungsgegenstände, z.B. zur wünscht ist. Zur Verringerung einer Schrumpfung Verwendung als Filter hergestellt werden sollen, ist durch Zugabe von Magnesium soll das Pulvergemisch 30 ein Preßdruck von 0 bis etwa 8 kp/cm² ausreichend, mindestens etwa 2%, im allgemeinen nicht mehr als Als porös gelten solche Gegenstände, die nach der '■ etwa 8% Kupfer und mindestens etwa 0,05% Magne- Verdichtung eine Dichte bis zu 85% der theoretischen sium enthalten. Zur Beeinflussung der Schrumpfung Dichte der jeweiligen Mischung aufweisen. Die theoist eine Magnesiummenge von über 1% nicht not- retische Dichte errechnet sich aus der Dichte und wendig, jedoch sind manchmal zusätzliche Mengen 35 der volumetrischen Konzentration jeder einzelnen bis zu etwa 10% erforderlich. In manchen Fällen ist für das Gemisch eingesetzten Komponente. Bei einer es zweckmäßig, bis zu 20% Magnesium zu verwenden. Dichte von mehr als 98% der theoretischen Dichte

In vielen Fällen tritt bei der Sinterung eine Schrump- verschwindet im allgemeinen jegliche Porosität,
fung ein, wenn dem Aluminium Zink-Kupfer-Legie- Die verdichtete Pulvermischung muß rasch auf rungen, wie beispielsweise Messing, zulegiert werden. 4c Sintertemperatur erhitzt werden. Die Sintertempe-Bei Verwendung von aluminiumhaltigen Legierungen ratur wird empirisch ermittelt. Die für ein gegebenes kann auch Silizium die durch Zusatz von Kupfer System ermittelte Sintertemperatur liegt oberhalb oder Messing bewirkte Schrumpfung ausgleichen, der eutektischen Temperatur, aber unterhalb der ist jedoch keinesfalls so wirksam wie Magnesium. Schmelztemperatur des Basismetalls. Der Ausdruck Der günstige Einfluß des Magnesiums auf Alu- 45 »eutektische Temperatur« bezeichnet in diesem Zuminium-Kupfer-Legierungen kann völlig oder teil- sammenhang den aus der metallurgischen Terminoweise verlorengehen, wenn das Pulvergemisch be- logic bekannten Schmelzpunkt des eutektischen Gestimmte zusätzliche Metalle, z. B. Mangan, Nickel misches, die peritektische Temperatur oder, falls oder Eisen, enthält. Diese Metalle wirken der Ver- kein binärer oder kein eutektischer Polymetalleffekt besserung der Zugfestigkeit durch Magnesium ent- 50 beobachtet wird, den Schmelzpunkt des am niedriggegen und werden daher vorzugsweise den Alu- sten schmelzenden, in der Mischung vorhandenen minium-Kupfer-Magnesium-Legierungen nicht züge- Metalls. Für den Fall, daß nur ein einziges Metall setzt, wenn nicht durch sie besondere Wirkungen vorliegt, wird die eutektische Temperatur hier willerreicht werden sollen. Im allgemeinen sollen bei kürlich als eine Temperatur definiert, die 50 grd Aluminium-Kupfer-Magnesium-Legierungcn Verun-55 unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls liegt. Bei reinigungen auf ein Mindestmaß beschränkt werden. vielen Legierungen liegen die optimalen Bedingungen Wenn Magnesium-Aluminium-Vorlegierungen ver- etwa zwischen der Solidus- und der Liquidustempewendet werden, sind Verunreinigungen zu vermeiden ratur.

oder jedenfalls unter 1 Gewichtsprozent, bezogen Innerhalb dieses Temperaturbereiches, der im all-

auf die Vorlegierung, zu halten. _; 60 gemeinen eine Streuung von 70 bis 200 grd aufweist.

Das dem Pulvergemisch bei einem Preßdruck wird mit dem Ausdruck »optimale Temperatur« die

von über 472,5 kp/cm² in einer Menge von 0,25 bis Temperatur bezeichnet, bei welcher die Diffusion

5,0 Gewichtsprozent zugesetzte Gleitmittel soll mit der Legierungsbestandteile oder der Aluminium-

keinem der in der Mischung vorhandenen Kompo- partikeln mit genügender Schnelligkeit verläuft, um

nenten reagieren und nicht oxydierend wirken. Das 65 innerhalb einer wirtschaftlich tragbaren Zeitspanne

Gleitmittel, das sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Produkt mit den gewünschten Eigenschaften zu

ein Pulver sein kann, soll bei einer Temperatur gewährleisten. Bei jedem Gemisch wird die jeweilige

zwischen etwa 100 C und der eutektischen Tempo- optimale Temperatur innerhalb der festgesetzten

Grenzen etwas variieren und muß daher von Fall zu Fall bestimmt werden. Zur Bestimmung der optimalen Temperatur werden von einer vorgegebenen. Zusammensetzung zweckmäßigerweise verschiedene kleine Proben hergestellt und jede dieser Proben nach dem Verfahren der Erfindung bei einer Temperatur innerhalb der angegebenen Grenzen gesintert, wobei die einzelnen Sinterungstemperaturen um etwa 20 grd voneinander abweichen. Aus der Bruchfestigkeit der verschiedenen Proben wird dann der Bereich der optimalen Temperatur bestimmt. Für jedes Gemisch wird die optimale Temperatur: normalerweise um etwa 15 bis 20 grd schwanken. Bei Aluminium-Magnesium- und Aluminium-Kupfer-Legierungen beträgt die Sintertemperatur im allgemeinen mehr als etwa 600⁰C.

Das Erhitzen des Gemisches auf Sintertemperatur muß so rasch als möglich erfolgen. Die Temperatursteigerung kann mit einer Geschwindigkeit von 20 bis etwa 600 grd/Minute erfolgen. Die Festigkeitseigenschaften des Endproduktes sind um so besser, je höher die Erhitzungsgeschwindigkeit war; wird andererseits zu schnell erhitzt, so können sich Blasen bilden. Daher muß die optimale Erhitzungsgeschwindigkeit für ein vorgegebenes Pulvergemisch nach einem empirischen Ermittlungsverfahren bestimmt werden. In den meisten Fällen beträgt das Minimum einer wirksamen Erhitzungsgeschivindigkeit mindestens etwa 40, vorzugsweise 50 grd/Minute. Obwohl zweckmäßigerweise die Pulvermischung mit hoher Geschwindigkeit von Raumtemperatur bis zur Sintertemperatur erhitzt wird, kommt es lediglich darauf an, dieses schnelle Erhitzen von der Verflüchtigungstemperatur des Gleitmittels, mindestens aber von einer Temperatur Von 400⁰C bis zur Sintertemperatur durchzuführen.

Die Sinteratmosphäre muß sorgfältig überwacht werden; sie muß gegenüber den in der Pulvermischung vorliegenden Komponenten inert sein und nicht oxydierend wirken. In vielen Fällen ist ein reduzierendes Medium, z. B. Wasserstoff, von Vorteil, Die Anwendung stickstoffhaltiger Schutzgase führt nur dann zu befriedigenden Ergebnissen, wenn Magnesium Legierungsbestandteil ist.

Besondere Sorgfalt muß auf den Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre verwendet werden, die während der Sinterung'halb trocken, jedoch nicht feuchtigkeitsfrei sein soll. Da bei dem Verfahren der Erfindung die Anwesenheit eines beschränkten Feuchtigkeitsgehaltes die Bildung eines feinkörnigeren und festeren Produktes zu fördern scheint, ist ein beschränkter Feuchtigkeitsgehalt in der Sinterungsatmosphäre wesentlich. Der Feuchtigkeitsgehalt der bei dem Verfahren der Erfindung während der Sinterung angewandten Atmosphäre sollte so groß sein, daß die Atmosphäre in der Umgebung des ge-.sinterten Materials einen Taupunkt von etwa —63 bis — 23" C aufweist.

Entspricht der Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre einem Taupunkt von über etwa — 23^r'C, so ist die Tendenz größer, die Probe während der Sinterung zu oxydieren, was eine beträchtliche Reduzierung der ' Festigkeitseigenschaften zur Folge hat. Taupunkte über —63° C sind unwirtschaftlich.

Es wird angenommen, daß ein begrenzter Feuchtigkeitsgehalt die Bildung eines Sintergerüstes beschleunigt, das bei der Sintertemperatur ein Zusammensinken, in manchen Fällen sogar ein Anschmelzen, verhindert. Dieses Phänomen ist bei relativ schweren · Gegenständen von größter Bedeutung.

Vorzugsweise entspricht der Feuchtigkeitsgehalt der verwendeten Atmosphären Taupunkten zwischen -29 und -51°C. .

Bei einer Sintcrungsdauer von 10 Minuten, einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 45 grd/Minute und einem Taupunkt der Ofenatmosphäre von —29" C wurden bei Aluminium-Kupfer-Gemischen mit verschiedenen Gehalten an Kupferflocken, die auf eine Dichte von 95% der theoretischen Dichte komprimiert worden waren und die V₂% eines organischen Gleitmittels enthielten, folgende Sintertemperaturen angewandt:

Tabelle 3

Gewichtsprozent	Sintertemperatur
Kupferflocken	"C
0 -=""-	. 644 bis 648
2	630 bis 632 ;
4	620 bis 635 ,
5	610 bis 615
6	600 bis 605
8	595 bis 600

Besondere Bedeutung kommt der Tatsache zu, daß es bei dem Verfahren der Erfindung nicht notwendig ist, die Preß- oder Sinterform mit einem Schmiermittel zu versehen, um ein Anhaften an den Formwänden zu vermeiden, was bei vielen anderen Prozessen unvermeidlich ist. . . ·..··:■■

Das Abkühlen des gesinterten Produktes nach der Sinterung ist für die Güte des Legierungsgegenstandes nicht entscheidend. Es kann langsam auf Raumtemperatur abgekühlt werden, indem man das Produkt im Ofen abkühlen läßt, oder es kann rasch abgekühlt werden, indem das Produkt durch Abschrecken od. dgl. gekühlt wird.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren der Erfindung erläutern. .

B e i s ρ i e 1 1 , - ■

(Selbstschmierende Lager)

Ein Gemisch aus reinem Aluminiumpulver des in Tabelle 1 angegebenen Typs A, das als Zusatz Kupferflocken gemäß Tabelle 5 in den dort angegebenen Mengen enthielt, wurde '/2 Stunde lang gemischt und zu Lagern mit einem inneren Durchmesser von 1,27 cm, einem äußeren Durchmesser von 1,9 cm, einer Länge von 1,27 cm und einer Dichte von 77 bis 78% der theoretischen Dichte verpreßt. Die Preßkörper wurden auf einem Förderband in einem Sinterofen kontinuierlich in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert. Die Geschwindigkeit des Förderbandes wurde so eingestellt, daß die Erhitzungsgeschwindigkeit auf Sintertemperatur nahezu 150 grd/Minute war. Der Taupunkt innerhalb des Ofens betrug -29" C.

Die gesinterten Produkte zeigten eine ausgezeichnete Zugfestigkeit. Wie aus der Tabelle 4 hervorgeht, hat eine Aluminium-Kupfer-Legierung mit einem

109 615/69

Kupfergehalt von 4 Gewichtsprozent eine Zugfestigkeit von 7,9 bis 9,0 kp/mm² und-eine Aluminiumlegierung mit 4 Gewichtsprozent Kupfer und 0,6 Gewichtsprozent Magnesium eine Zugfestigkeit von

ίο

24,6 kp/mm². Wenn diese Gegenstände glasiert und mit einem Gleitmittel, z. B. einem hochmolaren organischen Amid imprägniert werden, weisen sie ausgezeichnete Lagereigenschaften auf.

Tabelle 4 ·

Herstellung und Eigenschaften von porösen Lagern aus Aluminium-Kiipfer-Legierungen und aus .Aluminium-Kupfer-Magnesium-Legierungen

Zusammensetzung des Pulvergemisches ..

Verwendeter Sinterofen ".

Ofentemperafur¹.

Sinterdauer ".

Dichte vor der Sinterung

Dichte nach der Sinterung

Maße vor der Sinterung

Optimale Maße nach der Sinterung

Porosität nach dem Sintern.

Zugfestigkeit nach optimaler Sinterung....

AD = äußerer Durchmesser.
ID = innerer Durchmesser.

Beispiel 2 (Teile hoher Dichte)

Ein aus Aluminiumpulver des Typs A, 6 Gewichtsprozent Kupferflocken und '/₂ Gewichtsprozent Gleitmittel bestehendes Gemenge wurde '/2 Stunde lang vermischt. Das Gemisch wurde zu 5,08 cm langen Stäbchen mit einer Dichte von 95% der theoretischen Dichte verpreßt und die Stäbe kontinuierlich bei * 625^r'C 8 Minuten lang in einem Sinterofen mit Förderband in Wasserstoffatmosphäre gesintert. Die Erhitzungsgeschwindigkeit auf Sintertemperatur betrug etwa 50grd/Minute. Der Taupunkt innerhalb des Ofens betrug —24" C.

Wie die in der Tabelle 5 aufgeführten Ergebnisse zeigen, wiesen die gesinterten Produkte ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf. Gewichtsprozent Cu,
Korngröße 149 bis 74 Mikron,
Gewichtsprozent
Cu-Flocken, . . ; '

2 Gewichtsprozent Gleitmittel, Rest Al (Typ A) 2 Gewichtsprozent Cu, -■ Korngröße 149 bis 74 Mikron, 2 Gewichtsprozent Cu-Flocken, ■

0,6 Gewichtsprozent Mg, . ·. Korngröße 0,044 mm, 2 Gewichtsprozent Gleitmittel,
Rest Al (Typ A)

Ofen mit einem durch die Muffel laufenden endlosen Förderband

•593" C - -=-_

Bandgeschwindigkeit
20,4 Minuten in einer
Sinterungszone von 30,48 cm

74,9%- .,

19,05 mm AD, 12,57 mm ID,
12,45 mm lang

oben 19,23 mm AD,

12,70 mm ID, 12,75 mm lang

unten 19,23 bis 19,20 mm AD,
12,60 bis 12,70 mm ID,
etwa 20%

7,9 bis 9,0 kp/mm²..

45 604 C .

Bandgeschwindigkeit ■.·■,-,■ 3,4 Minuten in einer 30,48 cm langen Sinterungszone ..;.

78,3% ■;■

•19,05 mm AD, 12,62 mm ID, 13,69 mm lang

oben 19,05 bis 19,15 mm AD, 19,15 mm AD, 12,65 bis 12,67 mm ID, 13,92 mm lang

unten 19,18 bis 19,24 mm AD, 12,67 bis 12,70 mm ID, 20%

etwa 24,6 kp/mm²

Tabelle 5

Cu-Flocken
Gewichtsprozent

0
1

2,5

Zugfestigkeit
kp/mm²

7,1
12,9

22,5
24,1
26,4
32,8
36,6

Dehnung

, .Ui

35-27
j H
19

14
14

13 :

Rockwellhürte H kp/mm²

■-■18 ; ■·■■

■.95..

%■

ίθ2

Be i s ρ i e I e 3 und

Aluminiumpulver mit einer maximalen Korngröße " Magnesium mit einer maximalen Korngröße von von 175 Mikron, davon 35,6 Gewichtsprozent mit 65 44 Mikron und mit 0,5 Gewichtsprozent eines Fett-

süureamids als Schmiermittel vermischt. Aus diesem Gemisch wurden unter einem Druck von 3150 kp/cm² Stäbchen mit einer Größe von 3,18 χ 12,7 χ H)l,6nini

einer maximalen Korngröße von 44 Mikron, wurde 30 Minuten lang mit 4 Gewichtsprozent Kupferflocken, 0,3 Gewichtsprozent in Helium zerstäubtem

hergestellt, die auf 95% der theoretischen Dichte verdichtet waren. Jedes Stäbchen wurde für sich in einer Atmosphäre disoziierten Ammoniaks mit einem Taupunkt von -29 bis -34° C gesintert und dann Sinterung sowie die mechanischen Eigenschaften des gesinterten Materials sind nachfolgend in Tabelle 6 zusammengestellt. Aus den angegebenen Werten ergibt sich der eindeutige Einfluß der Sinterbedingungen

abgekühlt. Die Sintertemperatur und Dauer der 5 auf die Eigenschaften des Endproduktes.

Tabelle Beispiel

3 ·

Erhitzungsgeschwindigkeit
grd/min

Taupunkt der

Ofenatmosphäre

"C

89 -29 bis -34

59 -29 bis .-36

Beispiele

Sinterdauer

oberhalb 6(X)¹C

Minuten

16 .

Höchsttemperatur

"C

Sinterdauer bei

Höchsttemperatur

Minuten

. Zugfestigkeit
kp/mm²

19,7
15,9

Dehnung

12 12

15

Handelsübliches, aus der Schmelze zentrifugal zerstäubtes Aluminiumpulver wurde mit 4% Kupferflocken, 1,2% eines handelsüblichen, als Gleitmittel verwendeten Wachses sowie mit den in Tabelle 7 angegebenen Mengen Magnesiumpulver vermischt und.unter einem Druck von fast 3150kp/cnr zu Stäbchen von 3,18 χ 12,7 χ 101,6 mm bis zu einer Dichte von 95% der theoretischen Dichte verpreßt. Jedes Stäbchen wurde für sich in einem Heizofen auf 25 messen.

eine Sintertemperatur von nahezu 645 bis 650" C in einer Atmosphäre disoziierten Ammoniaks gebracht, die in der Umgebung des sinternden Produkts einen Taupunkt von etwa —42°C hatte. Jede Probe wurde etwa 5 Minuten lang der Sinterungstemperatur ausgesetzt, aus dem Ofen genommen und.auf.Raumtemperatur abgekühlt. Die mechanischen Eigenschaften wurden unmittelbar nach dem Sintern und Abkühlen sowie nach 48stündiger Kaltausiagerung ge

Tabelle

Wagnesium-	Erhitzur
gehalt	von Sin
0,1
0,1
0,1
0,3
0,3
0,3
0

von 400 C bis zur

Sintertemperatur

grd/min

53
80
31,5

Dehnung

/0

12,5

18

15

5,5

9
11

3,5

	Nach 48 Stunden	Kaltauslagerung
Zugfestigkeit
kp/mm²	Dehnung	Zugfestigkeit
	%	kp/mm²
17,0	9,5	16,6
16,8	17	16,9
16,9	15	16,5
14,8	3	15,5
., ' 17,7	5,5	18,8
16,7	6	17,7
11,1	5	7,2 .

Die Versuche zeigen den außergewöhnlichen Einfluß einer kleinen Menge Magnesium auf Aluminium-Kupfer-Legierungen. Sie zeigen außerdem, daß bei Magnesiumkonzentrationen unter etwa 0,3% eine Erhitzungsgeschwindigkeit von weniger als 20 grd/ Minute angewendet werden kann, obwohl höhere Erhitzungsgeschwindigkeiten die Dehnung bedeutend verbessern. .

■ ' : SO

B e i s ρ i e 1 6

Handelsübliches, aus der Schmelze zentrifugal zerstäubtes Aluminiumpulver wurde mit '/2% eines handelsüblichen Wachses als Gleitmittel und verschiedenen Mengen Magnesium vermischt. Das Gemisch wurde unter einem Druck von weniger als 472,5 kp/cm² zu Stäbchen von 3,i8 χ 12,7 χ 101,6 cm mit einer Dichte von 95% der theoretischen Dichte verformt. Jedes Stäbchen wurde allein in einem Heizofen auf Sintertemperatur von ungefähr 645 bis 650" C gebracht. Durch den Ofen wurde diso/.iiertes Ammoniak in einer Menge von 8,496 nr'/ Std. geleitet. Der Taupunkt betrug in der Nähe der Stäbchen etwa -50"C. Jede Probe wurde etwa 3 Minuten lang auf Sintertemperatur gehalten, dann aus dem Ofen genommen und auf Zimmertemperatur abgekühlt. Das Produkt hatte unmittelbar nuch dem Sintern und Abkühlen die folgenden mechanischen Eigenschaften:

	Erhitzungs	Dehnung	Zugfestigkeit
Magnesium	geschwindigkeit von 400" C bis zur	■ la	kp/mm²
gehalt	Sintertemperatur grd/min	.8,5	6,9 ·
0,1	55	17	7,7
0,1 „■	. 72,5	16	9,1
0,1	87	27	' 8,6 .
0,1	92,5	6	6,3
'0,3	55	10	7,0
0,3	72,5	14	9,0
0,3	87	19	. 8,7
0,3	92,5	2,5	4,2
1,0	55	5	6,1
1,0	72,5 .	5	7,0
1,0	87	10	9,8
r,0	92,5	3,5	5,9
2,0	55	2	4,5
2,0	72,5	3,5	7,8
2,0 ■	87	7	10,1
2,0	92,5

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen eines feinkörnigen Legierungsgegenstandes, der mehr als 50 Gewichtsprozent eines Basismetalls enthält, dessen Oxid beim Schmelzpunkt des Metalls nicht durch Wasserstoff reduziert wird, gekennzeichnet dur c'h folgende Verfahrensschritte:

1. Die Pulvermischung einer Korngröße von mindestens 3 bis 1600 Mikron wird bis zu einer Dichte, von nicht mehr als 98% der theoretischen Dichte verformt, wobei
a) der Preßdruck auf 472,5 kp/cm² beschränkt wird, oder

b) bei über diesem Wert liegenden Preßdrucken 0,25 bis 5,0 Gewichtsprozent eines Gleitmittels verwendet werden, das sich beim Erhitzen des Preßkörpers bis auf etwa 400⁰C verflüchtigt;
2. der Preßkörper wird zur Sinterung mit einer Temperalursteigerung von mindestens 20, vorzugsweise 50 grd/Minute in einer feuchtigkeitshaltigen Atmosphäre mit einem Taupunktsbereich von -51,1 bis —28,9° C erhitzt.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf Pulvermischungen mit Aluminium als Basismetall.