DE1521593C

DE1521593C - Process for sintering and bonding a metal powder consist of the composite body on a carrier body

Info

Publication number: DE1521593C
Authority: DE
Inventors: Fred Enos Pepper Pike Nitz Jacob Solon Ohio Kendall (V St A )
Original assignee: Abex Corp , New York, N Y (VStA)
Publication date: 1971-06-16

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auf- licht. Die Härte verläuft von Maximalwerten ent-The invention relates to a method for incident light. The hardness varies from maximum values

sintern und Verbinden eines vorwiegend aus Metall- sprechend der Linie 13 außerhalb der Verbindungs-sintering and connecting a predominantly metal-speaking line 13 outside the connecting

pulver bestehenden Verbundkörpers auf einen fläche zwischen beiden Körpern zu einem Minimal-powder existing composite body on a surface between the two bodies to a minimum

Trägerkörper aus einem Eisenwerkstoff, bei welchem wert entsprechend der Linie 14 im mittleren BereichCarrier body made of a ferrous material, at which value according to the line 14 in the middle area

beide Körper in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre 5 der Verbindungsfläche. Diese Härtung entsteht dufchboth bodies in a nitrogen-containing atmosphere 5 of the connection surface. This hardening arises

erhitzt werden. die Einwirkung des in der Erhitzungsatmosphäre ent-be heated. the effect of the

Bei einem bekannten derartigen Verfahren erfolgt haltenen Stickstoffs. Wäre der Trägerkörper 11 vor die Sinterung des Metallpulvers zu dem Verbund- seiner Verbindung mit dem Sinter- oder Verbundkörper in einem ersten Erhitzungsschritt auf etwa körper 10 nitriert worden, so würde der Härtungs-650 bis 75O⁰C, und die Verbindung des dabei ent- ίο verlauf der Linie 13 entsprechen. Würden andererstehenden Sinter körpers mit dem Trägerkörper tritt seits die freiliegenden Flächen des Trägerkörpers bei einer weiteren Erhitzung auf 725 bis 900° C nach erfolgter Verbindung mit dem Sinter- oder ein. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die zwei- Verbundkörper 10 nitriert werden, so würde' der stufige Erhitzung und die relativ hohe Erhitzungs- Härteverlauf der Linie 14 entsprechen. Beide Fälle temperatur. 15 führen zu unbefriedigenden Ergebnissen.One known method of this type involves holding nitrogen. If the support body 11 has been about nitrided before the sintering of the metal powder to the composite its connection with the sintering or composite body in a first heating step to the body 10, the curing 650 would corresponds the to 75O ⁰ C, and the compound thereby ίο correspond to the course of line 13. If there were other standing sintered bodies with the carrier body, the exposed surfaces of the carrier body would occur during further heating to 725 to 900 ° C after the connection with the sintered or. The disadvantage of this method is that the two composite bodies 10 are nitrided, so the stepped heating and the relatively high heating hardness curve would correspond to line 14. Both cases temperature. 15 lead to unsatisfactory results.

Nach einem anderen Verfahren ist es bekannt, Der in Fig.'l dargestellte Körper wird in folgen-According to another method it is known, the body shown in Fig.'l is in the following

eineri aus Eisenschwammkörnchen bestehenden der Weise hergestellt: ,made from granules of sponge iron in the following manner:,

Sinterkörper in einer Ammoniakatmosphäre gleich- Zunächst wird der zu sinternde VerbundkörperSintered body in an ammonia atmosphere is the same - First, the composite body to be sintered

zeitig zu sintern und zu härten; bei diesem Ver- geformt. Das Metallpulver der Sintermasse bestehtto sinter and harden early; deformed at this. The metal powder consists of the sintered mass

fahren ist jedoch keine Verbindung des Sinterkörpers 20 vorherrschend aus Kupfer, aber auch andere MetalleHowever, no connection of the sintered body 20 is predominantly made of copper, but also other metals

mit einem Trägerkörper vorgesehen. wie Zinn, Blei, Eisen und nichtmetallische Pulverprovided with a carrier body. such as tin, lead, iron and non-metallic powders

Gegenüber diesen bekannten Verfahren besteht wie Graphit oder Siliziumoxid können verwendet die Aufgabe der Erfindung in der Vereinfachung werden. Als Beispiel sei die Zusammensetzung einer und Verbilligung eines Verfahrens zum Sintern und typischen Sintermasse in Gewichtsprozenten ange-Verbinden des Sinterkörpers mit einem Trägerkörper 25 geben: 79 Cu, 7 Sn, 1 Pb, 1 SiO₂ und 12 Graphit, bei gleichzeitiger Oberflächenhärtung von Teilen des Es lassen sich keine prozentualen Grenzwerte für Trägerkörpers, wobei dieses Verfahren gleichzeitig eine solche Masse angeben, weil die Zusammeneine bessere Qualität des mit dem Trägerkörper ver- Setzungen stark von der Natur der Größe, der Dichbundenen Sinterkörpers ergeben soll. tigkeit und der Form der Bestandteile, dem DruckCompared to these known methods, there is how graphite or silicon oxide can be used to simplify the object of the invention. As an example, the composition of a method for sintering and the cost of a method for sintering and typical sintering mass in percent by weight are given as an example - connecting the sintered body with a carrier body 25: 79 Cu, 7 Sn, 1 Pb, 1 SiO ₂ and 12 graphite, with simultaneous surface hardening of parts of the No percentage limit values can be given for support bodies, this method at the same time specifying such a mass because the combination should result in a better quality of the settlements with the support body, depending on the nature of the size, of the sealed sintered body. activity and the form of the components, the pressure

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein- 30 und der Temperatur, des Preßvorganges und schließgangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch ge- lieh dem Aufbringen auf das Endprodukt und vielen löst,. daß der -Verbundkörper im wesentlichen aus anderen Faktoren abhängen. Auch können die anKupfer mit Zusätzen aus Zinn, Blei, Eisen, Graphit gegebenen Komponenten teilweise durch andere und/oder Siliziümdioxid besteht und daß die Er- Metalle ersetzt werden, ohne daß das erfindungshitzung des Verbundkörpers, seine Verbindung mit 35 gemäße Verfahren dadurch beeinträchtigt würde, dem Trägerkörper und die Härtung von Oberflächen- Wenn die Metallpulveranteile gut durchmischt sind, teilen des Trägerkörpers gleichzeitig in einem ein- werden sie — beispielsweise bei einem Druck von zigen Verfahrensschritt in einer Wärme durchgeführt etwa 1,9 t/cm² — zu einem Preßling zusammenwird. Hierdurch wird nicht nur die Bearbeitungszeit gedrückt.This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned above and the temperature, the pressing process and the closing process, by applying it to the end product and many others. that the composite body depend essentially on other factors. Also, the components given to copper with additions of tin, lead, iron, graphite can partly be made up of others and / or silicon dioxide and the Er metals can be replaced without the inventive heating of the composite body, its connection with the methods according to the present invention being impaired, the support body and the hardening of surfaces- If the metal powder components are well mixed, share the support body at the same time in one they are carried out - for example, at a pressure of tens of process steps in a heat about 1.9 t / cm ² - becomes a compact . This not only reduces the processing time.

•verkürzt und das Bearbeitungsprogramm vereinfacht, 40 Als Trägerkörper wird ein nitrierfähiger Stahl sondern das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt ausgewählt, der ein oder mehrere, in geringem Umauch die Anwendung wesentlich niedrigerer Bearbei-■. ... fang harte Nitride bildende ,Metalle enthält (beitungstemperaturen, die nämlich bereits zwischen 500 spielsweise ein Stahl SAE 4000 oder 8000 oder und 560° C liegen können. Gleichzeitig ergibt sich Nitralloy). Die Oberfläche des Trägerkörpers wird ein günstigerer Oberflächenhärteverlauf, so daß das 45 mechanisch und/oder chemisch gereinigt; ein ÜberErzeugnis eine bessere Qualität als nach den be- : ziehen mit einer Kupferschicht ist nicht erforderlich, kannten Verfahren aufweist. Anschließend wird der gepreßte Verbundkörper• Shortened and the machining program simplified, 40 A nitridable steel is used as the carrier body but the inventive method allows selected one or more, in a small Umauch the use of significantly lower machining ■. ... contains metals which form hard nitrides (processing temperatures, namely already between 500 for example a steel SAE 4000 or 8000 or and 560 ° C. At the same time there is nitralloy). The surface of the carrier body is a more favorable surface hardness curve, so that the 45 mechanically and / or chemically cleaned; an overproduct of better quality than after the purchase: covering with a copper layer is not necessary, known procedures. Then the pressed composite body

Besonders günstige qualitative Ergebnisse lassen und der Trägerkörper zusammengefügt und in einerLet particularly favorable qualitative results and the carrier body joined together and in one

sich erzielen,, wenn man einen Trägerkörper ver- stickstoffhaltigen Atmosphäre in einer Wärme beican be achieved, if you put a carrier body in a nitrogenous atmosphere in a heat

wendet, der aus einem nitrierbaren Stahl besteht. 50 Temperaturen zwischen 500 und 560° C behandelt.applies, which consists of a nitrable steel. 50 temperatures between 500 and 560 ° C treated.

Auch ein Trägerkörper, der vorwiegend aus Beryllium Dabei erfolgt in einem Arbeitsgang die Sinterung desAlso a carrier body, which is predominantly made of beryllium. The sintering of the takes place in one operation

besteht, welches gegebenenfalls Nickel als Kataly- Preßlings, seine Verbindung mit dem Trägerkörperconsists, which optionally nickel as a Kataly-Preßlings, its connection with the carrier body

sator enthält, eignet sich besonders gut. und eine Einsatzhärtung der freiliegenden Oberflächecontains sator is particularly suitable. and case hardening the exposed surface

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines des Trägerkörpers. Die Atmosphäre kann beispiels-The invention is described below with reference to one of the carrier body. The atmosphere can be for example

Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die 55 weise eine Ammoniakatmosphäre sein (bei Verwen-Embodiment with reference to the 55 wise be an ammonia atmosphere (when using

Darstellungen näher erläutert. Es zeigt · - dung einer Kohlenmonoxidatmqsphäre wird für .dieIllustrations explained in more detail. It shows that a carbon monoxide atmosphere is created for the

Fig. 1 eine Seitenansicht eines nach der .Erfin- Einsatzhärtung eine höhere Temperatur benötigt.)Fig. 1 is a side view of a .Erfin case hardening requires a higher temperature.)

dung hergestellten Gegenstandes und Zweckmäßigerweise läßt man das Gas der Ammoniak-manure produced object and expediently one lets the gas of the ammonia

F ig. 2 eine Darstellung des Härteverlaufes längs atmosphäre zirkulieren; die Dauer, der Wärme-Fig. 2 a representation of the hardness profile circulating along the atmosphere; the duration, the heat

der Schnittlinie 2-2 der Fig. 1. 60 behandlung hängt von der gewünschten Nitrierungs-the section line 2-2 of Fig. 1. 60 treatment depends on the desired nitriding

. Fig. 1 läßt einen Sinterkörper 10 erkennen, der tiefe ab und kann beispielsweise 18 Stunden dauern,. Fig. 1 shows a sintered body 10 which is deep and can last, for example, 18 hours,

mit einem Trägerkörper 11 verbunden ist. Die Sinte- Während dieser Behandlung wird das Werkstück zuris connected to a carrier body 11. The Sinte- During this treatment, the workpiece is used for

rung des Verbundkörpers 10, seine Verbindung mit Verbindung des Verbundkörpers 10 mit dem Trägef-tion of the composite body 10, its connection with connection of the composite body 10 with the carrier

dem Trägerkörper 11 und die Oberflächenhärtung körper 11 einem Zusammenfügungsdruck von etwathe support body 11 and the surface hardening body 11 an assembly pressure of about

des letzteren sind erfindungsgemäß in einer einzigen 65 14 kg/cm² ausgesetzt. . _v of the latter are exposed according to the invention in a single 65 to 14 kg / cm ^2. . _v

Wärme erfolgt. Der Verlauf der Härte durch den Die guten mechanischen Eigenschaften der so er- ^f- Heat occurs. The course of the hardness by the ^f The good mechanical properties as ER -

Trägerkörper 11 längs der Verbindungsfläche beider zielten Verbindung lassen sich durch eine mole-Carrier body 11 along the connecting surface of both targeted connections can be made by a molecular

Körper ist in F i g. 2 durch die Linie 12 veranschau- kulare Diffusion in der Verbindungsfläche zwischenBody is in FIG. 2 through the line 12 visual diffusion in the connecting surface between

Verbundkörper 10 und Trägerkörper 11 bei einer niedrigeren Temperatur als der Nitrierungstemperatur erklären, wobei die Verbindung der beiden Körper bereits erfolgt, ehe die Oberflächennitrierung und damit Oberflächenhärtung eintritt. Hieraus ergibt sich ein besser aufgebautes Metallgittergefüge und damit eine höhere Festigkeit. Bei der Zersetzung des Ammoniakgases bei hohen Temperaturen wirkt das Eisen des Trägerkörpers als Katalysator, und der freigesetzte naszierende Sauerstoff nitriert den Stahlkörper viel schneller als es bei molekularem Stickstoff der Fall ist; außerdem reduziert der ebenfalls freigesetzte naszierende Wasserstoff Oxide des Sinterkörpers und des Trägerkörpers in der Berührungsfläche ebenfalls wesentlich besser als molekularer Wasserstoff.Composite body 10 and support body 11 at a lower temperature than the nitriding temperature explain, whereby the connection of the two bodies takes place before the surface nitriding and thus surface hardening occurs. This results in a better built-up metal lattice structure and thus a higher strength. Acts in the decomposition of ammonia gas at high temperatures the iron of the support body acts as a catalyst, and the released nascent oxygen nitrates the steel body much faster than is the case with molecular nitrogen; in addition, that also reduces released nascent hydrogen oxides of the sintered body and the carrier body in the contact surface also much better than molecular hydrogen.

Aus F i g. 2 ist der Verlauf der Härte in der Verbindungsfläche beider Körper dargestellt: die unterschiedliche Einsatzhärtung bedeutet eine unterschiedliche Nitrierung, die an den freiliegenden Stellen des Trägerkörpers stärker ist als im Bereich der Verbindung. Der Verbindungsbereich ist daher zäher. Dieser sehr günstige Härteverlauf läßt sich auf andere Weise praktisch nicht erzielen, sondern nach den bisher üblichen Verfahren verläuft die Härte entweder nach der Linie 13 (bei Nitrierung des Trägerkörpers vor seiner Verbindung mit dem Sinterkörper) oder nach der Linie 14 (bei Nitrierung und Härtung des Trägerkörpers nach seiner Verbindung mit dem Sinterkörper 10).From Fig. 2 is the course of the hardness in the connection surface both bodies shown: the different case hardening means different Nitriding, which is stronger at the exposed points of the carrier body than in the area of the connection. The connection area is therefore tougher. This very favorable hardness curve can be applied to others Wise practically not achieve, but according to the usual methods, the hardness either runs according to the line 13 (with nitriding of the carrier body before its connection with the sintered body) or after line 14 (in the case of nitriding and hardening of the carrier body after its connection with the sintered body 10).

In Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels kann der Trägerkörper vorwiegend aus Beryllium bestehen, und als Katalysator für die Zersetzung des Ammoniak bei der Wärmebehandlung kann Nickel verwendet werden. Der Verbundkörper 10 kann statt überwiegend aus Kupfer aus Zink oder auch aus einer anderen bei mindestens der Nitriertemperatur sinterfähigen Legierung bestehen. An Stelle des Nitrierverfahrens kann gegebenenfalls auch ein anderes Einsatzhärtungsverfahren angewendet werden.In a modification of the embodiment described above, the carrier body can predominantly consist of beryllium, and as a catalyst for the decomposition of ammonia during heat treatment nickel can be used. The composite body 10 can instead be predominantly made of copper made of zinc or another alloy that can be sintered at at least the nitriding temperature exist. Instead of the nitriding process, another case hardening process can optionally also be used be applied.

Claims

Patent claims:

1. Method for sintering and joining a predominantly made of metal powder

ίο composite body on a carrier body an iron material in which both bodies are heated in a nitrogenous atmosphere are, characterized in that the composite body consists essentially of copper with additions of tin, lead, iron, graphite and / or silicon oxide and that the heating of the composite body, its connection with the carrier body and the hardening of surface parts the carrier body carried out simultaneously in a single process step in a heat will.

2. The method according to claim 1, characterized in that a carrier body consisting of a nitrable steel is used.

3. Modification of the method according to claim 1, characterized in that a Carrier body, which consists primarily of beryllium, is used.

4. The method according to claim 3, characterized in that a support body with nickel is used as a catalyst.

5. The method according to the preceding claims, characterized in that the heating of the composite body, its connection with the carrier body and the hardening in one Ammonia atmosphere is carried out.

1 sheet of drawings