DE1533222A1 - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines festschmierstoffhaltigen Werkstoffes - Google Patents

Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines festschmierstoffhaltigen Werkstoffes

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DE1533222A1 DE19661533222 DE1533222A DE1533222A1 DE 1533222 A1 DE1533222 A1 DE 1533222A1 DE 19661533222 DE19661533222 DE 19661533222 DE 1533222 A DE1533222 A DE 1533222A DE 1533222 A1 DE1533222 A1 DE 1533222A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines festschmierstoffhaltigen, metallischen und duktilen Werkstoffes mit Kupfer oder/und Hiokel als Primärmetall.
f, ,
Es ist bereits bekannt, selbstsclilerende legierungen, welche beispielsweise als lager- oder Bremsmaterial Verwendung finden, aur pulvermetallurgischem Wege herzustellen duroh Zugabe eines pulverförmigen lestschntierstoffes» s.B. Graphit, zu einem Meta L!pulvergemisch. Sill solches festsohmierstoffhaltiges Pulvergemisch wird dann bekanntlich einer Brück- und Wärmebehandlung unterworfen. Die so hergestellten Werkstoffs besitzen jedoOh
.: Ttifjnlftraj Aug^urf-Tei<fen|i'»pTiA*i»ft44rff^4w f<hrif^ch«n BeüiUgunf SprniiMU nur n*ch Vereinbarung
ÖÖ9f2S/OT?| BAD ORlGlNAl
eine sehr geringe Duktilität und eine sehr hohe Schlagempfindlichkeit. ·
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem als Material für lager, Bremsen oder dergleichen geeigneten metallkeramischen Körper die Duktilität zu verbessern und seine Sprödigkeit, welche durch die Zugabe von Festschmierstoffen zunimmt, zu vermindern sowie seine Schlagfestigkeit zu erhöhen.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass dem Pulvergemisch Phosphor in Form, von Phosphorlegierungen oder -verbindungen in einer solchen Menge zugegeben wird, dass der Phosphoranteil im Endprodukt mindestens 0,5 öew.-$ beträgt.
Zwar sind Phosphorzusätze in metallkeramischen Körpern bekant. So ist bereits darauf hingewiesen worden, dass bei der Herstellung von metallkeramischen Körpern aus Metallpulvergemischen geringe Mengen von Phosphiden sich positiv auswirken können, z.B. zur lösung von Verunreinigungen (Kieffer-Hotop, Pulvermetallurgie und Sinterwerkstoffe, 1948, Seiten 125 und 178). Hierbei handelt es sich um Phosphor als natürlicher Begleiter der einzelnen Metall'3. Es wurde auch schon vorgeschlagen» dem Pulvergemisch unter anderem auch Phoaphorzusätze zum Zwecke des Desoxydierens beizufüge:..
BAD C .'.Ci"-'- *"
009825/0171
In "beiden Fällen dient der Phosphor nicht nur zur Löseng einer anderen Aufgabe, auch seine Menge ist erheblich geringer als "bei dem .erfindungsgemässen Verfahren. Wegen der bekannten grossen Reaktionsfreudigkeit des Phosphors und der dadurch bedingten, bereits beim Desoxydieren mit noch verhaltnismässig geringen Phosphorzusätzen beobachteten heftigen, explosionsartigen Reaktion des Phosphors mit anderen Stoffen, hat man bisher von einer Zugabe grösserer Mengen abgesehen.
Im Gegensatz hierzu lehrt die Erfindung bewusst die Verwendung grösserer Phosphormengen, so dass auch der Phosphorgehalt im Endprodukt erheblich höher liegt als bei bekannten, selbstschmierender. Werkstoffen. Die bei dem erfindungsgemässen Verfahren in Porm von Phosphorlegierungen oder -verbindungen zugegebene Menge an Phosphor ist hierbei noch etwas grösserr als die im End~ produkt verbleibenden, um den bei der Wärmebehandlung entstehenden Abbrand und die Desoxydation zu berücksichtigen. Durch die ι Erfindung wird ein Werkstoff geschaffen, der gegenüber anderen tekannten, selbstschmierenden Sinterwerkstoffen wesentlich geringere Spiödigkeit und besserep3ildsamkeit aufweist und eine höhere Elastizität und Schlagfestigkeit besitzt. Seine Lauf- und Pestigkeitseigenachaften sind den entsprechenden bekannten Materialien überlegen.
G-emäss der Erfindung wird eine günstige Verbindung des Phosphors mit den Primärmetallpartikeln dadurch erreicht, dass der Werk-
009825/0176 " 4 ~
stoff "bzw. das gepresste Pulvergemisch, einer Temperatur von 700 Me 350° 0, vorzugsweise 750 bis 780° C ausgesetzt wird.
In einer besonderen, vorteilhaften Ausführungsform der Er- fii'Axag j.st vorgesehenv dass eier Phosphor in Porin einer Phosphor-Kupfer-Verbindung oder -Legierung, z.B. Phosphorkupfer, vorzugsweise mit 5-20 Gew.-^ Phosphorgehalt dem Pulvergemisch beig-^el»en '-vird, Kit dem erfindungsgeznässen 7er.fab.ren lassen w sich Werkstoffe hoher Duktilität und grosser Schlagfestigkeit erzielen, wenn die phosphorhaltige Verbindung oder Legierung in elaer solchen Ksnge beigegeben wird, dass der Phosphorgehalt im Endprodukt bis 2 Gew.-^ beträgt.
Dan ^rflMungsgeaiässe 7erfahren bietet die Möglichice it, sowohl in oxydierender wie auch in sauerstoffreier Atmosphäre zu arbeiten, Im ersten Pail ist der prozentuale Abbrand höher und die Reaktion spontaner. In beiden Fällen ist ein entsprechend hoher Vorpressdruck bis etwa 5 Mp/cm erforderlich. Die Wärmebehandlung erfolgt etwa im Bereich zwischen 750 bis 780° C. Im
i=*:, der Erfindung hat ee sich als besonders vorteilhaft er-'wiesen, dass bei Durchführung der Wärmebehandlung in oxydierender Atmosphäre dem Primärmetallpulver etwa 6 Gew.-$ des PhosphG:.}r3p.fc-?pul---3rs nut 15$ Phosphor gehalt beigegeben werden. Gemä.:j der Erfindung empfiehlt es sich, dass der Werkstoff bei Beha.io.lung in oxydierender Atmosphäre nach der Wärmebehandlung heiß gepreßt wird.
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Besonders gute Ergebnisse erzielt man mit dem erfinöungsgemässen Verfahren beim Arbeiten in sauerstoffreier Atmosphäre, z.B. in einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere in einer Atmosphäre mit freiem Wasserstoff. Diese Maßnahme "bringt eine Reihe von beachtlichen Vorteilen. Man erreicht eine vollständigere Diffusion des Phosphors in den Metallanteilen und erhält daher ein ausgeprägteres und gleichmässigeres Gefüge. Man kann dünnwan- . j digerejPreßlinge erzeugen und eine höhere Pertigungstoleranz beim nachfolgenden Kaltpreßvorgang erreichen.
G-emäss einem besonders vorteilhaften Ausfülirungsbeispiel des neuen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei Durchführung der Wärmebehandlung in sauerstoffreier Atmosphäre dem Primärmetallpulver etwa 10 Gew.-$ des Phosphorkupferpulvßrs mit 15$ Phosphorgehalt beigegeben werden. Die bei Ausführung der Erfindung in sauerstofffreier Atmosphäre erreichte vollständigere Diffusion des Phosphors in den Metallanteilen ergibt eine Verminderung der Kerbwirkung und führt zu guten duktilen Eigenschaften des Metallförmlings. In dieser besonderen Ausführung bietet die Erfindung die Möglichkeit, das Vor- und Nachpreßen des Werkstoffes im gleichen Gesenk
ausführen, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit des neuen Verfahrens beträchtlich erhöht. Eine besonders vorteilhafte Maßnahme der Erfindung besteht darin, dass bei Behandlung des Werkstoffes in sauerstoffreier Atmosphäre im Anschluss an die Wärmebehandlung · eine Profil- oder/und Kalibrierpressung auf kaltem Wege vorgenommen wird. In Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich auch,
.' - 6 - ■ .■ ■
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dass bei Behandlung des Werkstoffs in sauerstoffreier Atmosphäre eine nachträgliche Glühbehandlung bis zu ■ 750 0O in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt wird.
Dank der erflndungsgemässen Maßnahmen können verhältnismässig hohe Pestschmierstoffzusätze für den herzustellenden Werkstoff verwendet werden, ohne dass dessen Duktilität und Schlagfestigkeit beeinträchtigt werden. So sieht die Erfindung vor, dass dem Pulvergemisch ein iestschmierstoff in Feinverteilung von 4 bis 12 &ew.-fo oder in granulierter Form von 8 bis 25 Gew.-^ • beigegeben wird.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen auf pulvermetallurgischem Wege hergestellten Werkstoff. Gemäss der Erfindung zeichnet sich dieser neue Werkstoff durch folgende Zusammensetzung aus :
neben Kupfer oder/und Nickel als Primärmetall weist er einen Phosphorgehalt von 0,5 bis 2 Gew.-$> auf und enthält einen ?estschmieratoff, beispielsweise Graphit, in einem Anteil von 4 bis 25 Gew.-#. Dieser Werkstoff zeigt sehr hohe Duktilität und Schlagfestigkeit bei ausgezeichneten selbstschmierenden Eigenschaften. Ein besonders bedeutsames Merkmal dieses erfindungsgemässen Werkstoffes besteht darin, dass an der Oberfläche der Primärmetallpartikel Verbindung des Phosphors mit dem Primärmetall vorliegen. Die Kontakte zwischen den PrimärmetallpartiiCeln. werden also durch Verbindungen des Phosphors mit dem Primärme-
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tall als feste Brücken gebildet.
Im Rahmen der Erfindung ist ferner vorgesehn, dass der Werkstoff metallische Zusätze wie Blei, Zinn, Zink» Nickel, Kobalt, Mangan oder/und Silber enthält, um die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes zu verbessern. Bei einer vorteilhaften erfindungsgemässen Ausfuhrungsform ist insbesondere vorgesehen, a dass der Werkstoff einen Bleianteil bis 20 Gew.-^ aufweist.
Im folgenden wird die Erfindung ar.-id.nd von Beispielen für ver-
schiedene Varianten des Hersxsllungsverfahrens erläutert : .1. Beispiel: Heißpre3en in normaler Ofenatmosphäre
1) Kaltpreßen bis etwa 5 Mp/cm , Haltezeit.ca. 10 See.
2) Wärmebehandlung über 750 0C, vorzugsweise 780 0C, normale
ι Ofenatmosphäre, Haltezeit (nac':i Erreichter !Temperatur)
5 Min.
druck
3) E-ißpre^ 1,5 Mp/cm2 bis3Mp/cm2 (je nach Verhältnis von
Querschnittzu Durchmesser und unter Berücksichtigung der Verluste durch Gesenkreibung), Haltezeit ca. 10 See.
4.) Ausstoßen und Abkühlen an normaler Luft.
Pur -as Kaltpressen wird ein getrenntes Gesenk benötigt, um die Füllhöhe zu erreichen. Gegebenenfalls kann zur Verminderung der Füllhöhe das Mver vorgepresst und. granuliert werden. Der
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Grünling kann im Kaltpressgesenk hergestellt und in Wärmebuchsen in den Ofen eingebracht werden. Das "besondere Heißpressgesenk v/ird vorgewärmt auf eine Temperatur zwischen 300 bis 400 0C, so dass die in Wärmebuchsen auf das Gesenk gesetzten Presslinge bis zum Erreichen des Heißpressdruckes innerhalb des notwendigen Temperaturbereiches bleiben. Nachdem der Druck in der vorgenannten Zeit aufrecht erhalten blieb, erfolgt EntIa-" sfcung und Ausstoßen des Presslinges, und Abkühlen desselben an der Luftatmosphäre. Gegebenenfalls kann, insbesondere bei Verwendung von Temperaturen über 150 0C, eine nachfolgende Normalglühbehandlung vorgenommen werden.
Bei diesem Verfahren können Graphitzusätze in Peinverteilung von 4 bis 12 Gew.-^ verwendet'und in granulierter Porm in Anteilen von 8 bis 25 Gew.-^ verwendet werden.
2. Beispiel: Sinterpressverfahren in sauerstoffreier Atmosphäre
1) Kaltpressdruck bis 5 Mp/cm , Haltezeit ca. 10 See.
2) Wärmebehandlung 750 C, in sauerstoffreier Ofenatmospähre. Die Teile werden in verschlossenen Behältern unter Luftabschluss eingepackt und zur Vermeidung der Entkohlung werden Graphitpulver und Holzkohle zugesetzt; Haltezeit (nach erreichter Glühtemperatur) mindestens 20 Min.
3) Kaitpressdruck 3 Mp/cm , Haltezeit ca. 10 See.
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Bei diesem Verfahren wird die Wärmebehandlung zwischen zwei Kaltpressvorgängea eingeschaltet, in beiden Fällen sind die Presslinge bei Normaltemperatur, d.h. für den zweiten Kaltpressvorgang müssen die Teile wieder abgekühlt sein. Verwendet werden hier mit Erfolg Graphitzusätze von 4-12 Gew.-^ in Peinverteilung.
3. Beispiel; Sinterverfahren in Wasserstoffsc'hutzgasatmosphäre
Die Vorbereitung der einzelnen Pulver erfolgt wie bei den anderen Verfahren. Pur die Herstellung dünnwandiger Presslinge empfiehlt es sich, kein vorgepresstes oder granuliertes Pulver zu verwenden.
1) Kaltpressdruck bis zu 5 Mp/cm
2) Wärmebehandlung bis 850 0C, Ofenatmosphäre, die freien Wasserstoff enthält.
3) Kaltpressdruck bis zu 8 Mp/cm .
4) Ausglühen bis zu 750 0C, Ofenatmosphäre, die freien Wasserstoff enthält..
Bei Verwendung von agglomerierten Pulver, muss der Agglomerisationsdruck niedriger als der vorstehend unter 1 genannte Kaltpressdruck sein. Nach jeder der beiden Wärmebehandlungen findet eine Abkühlung in der Schutzgasatmosphäre bis unter 200 0C statt. Die Presslinge werdenmrmalerweise vor dem zweiten Kaltpressen
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bis zu Zimmertemperatur abgekühlt. Bei diesem Verfahren ist es möglich, denselben Gesenksatz füi$' beide Pressvorgänge zu benutzen. Graphitzusätze zwischen 4 und 12 Gew.-^ sind möglich.
Patentansprüche :
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Claims (1)

DR. FRITZ WALTER 153322? DIPL.-INQ. ERNICKE PATENTANWÄLTE ' Il 89 AUQSBURQ UtriAsplatz 12 Telefon 27815 und 28844 . Datums 1 . Juli 1 Akte: 83-150 ni/jl Patentansprüche: .) Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines festschmierstoffhaltigen, metallische η und duktilen 7/erkstoffes mit Kupfer oder/ur-Nickel als Primärmetall dadurch gekennzeichnet, dass dem Pulvergemisch Phosphor in Form von Phosphorlegierungen oder -verbindungen in einer solchen Menge beigegeben wird, as der Phosphoranteil im Endprodukt mindestens 0,5 •ev.; -,'·> beträgt. 2.) Verfahren nach Anspruch· 1, dadurlh gekennzeichnet, dass der Werkstoff einer Temperatur von 700 bis 850 0C vorzugsweise 750 bis 780 0C ausgesetzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Phosphor in Form einer Phosphor-Kupfer-Verbindung oder-Legierung vorzugsweise mit 5 bis 009825/0176 BAD 0Rie!NAL - 20 Gew.-$ Phosphorgehalt "beigegeben wird, 4.)' Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass eine phosphorhaltige Verbindung oder Legierung in einer solchen Menge beigegeben wird, dass der Phosphorgehalt im Endprodukt bis 2 Gew.-$ beträgt. 5.) Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass "bei Durchführung der Wärmebehandlung in osydierenaer Atmosphäre dem Primärmetallpulver etwa 6 Gew.-$ des Phosphor-Kupferpulvers mit 15$ Phosphorgehalt beigegeben werden. 6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff bei Behandlung in oxydierender Atmospäre'nach der Wärmebehandlung heiß gepresst wird. 7.) Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Durchführung der Wärme- · behandlung in sauerstoffreier Atmosphäre dem Primärmetallpulver etwa 10 Gew.-$ des Phosphor-Kupferpulvers rr.it 15$ Phosphorgehalt beigegeben werden. ö.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vor- und Nachpressen des Werkstoffes im 009825/0176 BAD ORicJNAL " m " gleichen Gesenk vorgenommen wird. 9.) Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass bei Behandlung des Werkstoffes in sauerstofffreier Atmosphäre im Anschluss an die Wärmebehandlung eine Profil- oder/und Kalibrierpressung auf kaltem Wege vorgenommen wird. ■ i 10.) Verfahren nach Anspruch 7 oder folgenden, dadurch g e ke -inzeichnet, dass bei Behandlung des Werkstü.'fes in sauerstoffreier Atmöspähre eine nachträgliche Glühbehandlung bis zu 750 0C in einer Wasserstoffatmospäre durchgeführt wird. 11.) Verfahren nach Anspruch 1 oaer folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass dem Pulvergemisch ein Pest- I Schmierstoff in Feinverteilung von 4 bis 12 Gew.-^ oder in granulierter Form von 8 bis 25 Gew.-^ beigegeben wird. 12. Auf pulvermetallurgischem Wege, hergestellter metallischer Werkstoff, gekennzeichnet durch folgende Pul- ' verzusammensetzung :
1) Kupfer oder/und MTickel als Primärmetall,
2) Phosphorgehalt von 0,5 bis 2 Gew.-^,
3) Pestschmierstoff, beispielsweise Graphit in einem Anteil von 4 bis 25 Gew.-$
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13.) Werkstoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche der Primärmetallpartikel Verbindungen des Phosphors mit dem Primärmetall·vorliegen.
14.) Werkstoff nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff metallische Zusätze . wie Blei, Zinn, Zink, Ficlfel, Kobalt, Mangan oder/und
Silber enthält.
15.) Werkstoff nach Anspruch 42 ode* folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass er einen $i,sianteil bis 20 Gew.-^ aufweist.
Lr. P. ,.alter und Dipl.-Ing. Ernicke
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