DE1928930C3

DE1928930C3 - Verwendung einer Eisen-Silizium-Sinterlegierung

Info

Publication number: DE1928930C3
Application number: DE19691928930
Authority: DE
Inventors: Takashi; Oda Reishiro; Nagasaki Daikoku (Japan)
Original assignee: Mitsubishi Jukogyo KX., Tokio
Priority date: 1968-06-11
Filing date: 1969-06-07
Publication date: 1976-04-22

Description

Es ist bekannt, Sinterwerkstoffe für tragende ausfüllt, so daß sich ein dichter Werkstoff ergibt. Maschinenteile zu benutzen. Dies ist auf die ver- Jedoch wird auch in diesem Fall die Verformbarkeit hältnismäßig niedrigen Herstellungskosten der ge- 25 der gesinterten Gegenstände erheblich beeinträchtigt, sinterten Werkstoffe und auf deren besondere- Vorzug wie das beim Sintern mit Zusatz von Kupfer der Fall zurückzuführen, daß sie -*egen ihrer guten Herstel- ist.

lungsgenauigkeit kaum einer maschinellen Bearbeitung Bekannt ist es auch, durch Sintern eines Gemenges

bedürfen. Sinterwerkstoffe sind jedoch zwangsläufig aus Eisen und Siliziumpulver Eisen-Silizium-Sinterporös, so <^Jaß sie hinsichtlich der mechanischen Eigen- 30 legierungen mit bis 3% Silizium herzustellen, die zwar schäften vergossenen und geschmiedeten Teilen gleicher eine ausreichende Zugfestigkeit, jedoch nur eine Zusammensetzung unterlegen sind. Insbesondere Sin- geringe Bruchdehnung besitzen und durch eine starke terwerkstpfie auf Eisenbans, bei denen die Änderung Schrumpfung gekennzeichnet sind. Insbesondere beim der Abmessungen beim Sintern sehr gering ist, neigen Zusatz von 3% Silizium ist die Bruchdehnung derzur Porosität, so daß solche Sinterwerkstoffe heutzu- 35 artiger Sinterlegierungen nur gering; bei höheren tage kaum für wichtige tragende Bauteile oder bei Siliziumgehalten wird darüber hinaus die Preßbarkeit schweren Belastungen benutzt werden. erheblich beeinträchtigt. So ist zwar auch ein Ver-

Es sind Versuche gemacht worden, um Sinterwerk- fahren bekannt, bei dem zur Herstellung einer Fe-Sistoffe zu erhalten, deren Dichte in der Nähe des Sinterlegierung mit 6,5% Si für Magnetkerne von theoretischen Wertes liegt. Die Porosität der Sinter- 40 einem Gemisch aus reinem Eisenpulver und einer werkstoffe soweit wie möglich zu verringern und die puiveriörmigen Fe-Si-Vorlegierung mit 45 "_o Si aus-Dichte und damit zwangläufig auch die Festigkeit der gegangen wird. Im Rahmen vorveröffentlichter VerWerkstoffe zu vergrößern, wurde bisher durch Er- suche wurden hauptsächlich die elektrischen Eigenhöhen des Verdichtungsdruckes zu erreichen ver- schäften dieser Legierung untersucht und die Schrumpsucht. So beträgt bei reduziertem Eisenpulver die 45 fung sowie Biegefestigkeit nur am Rande erwähnt. Dichte grüner Preßlinge bei einem Preßdruck von Ausgehend von den Versuchsergebnisse.1 war nicht zu 4 t/cm² ungefähr 78% der theoretischen Dichte und erwa:1en, daß eine Fe-Si-Sinterlegierung mit 0,3 bis 90% bei 8 t/cm². Auf diese Weise erhält man durch 10% Si besonders gute mechanische Eigenschaften, Erhöhen de« Preßdruckes grüne Preßlinge und damit insbesondere eine hohe Zähigkeit, besitzen würde,
gesinterte Werkstoffe höherer Dichte. Andererseits 50 Der allgemeinen praktischen Anwendung der bebcdingi iicz ;nfc!gc des zunsh^enden Verschleiße kannten Eisen-Silizium-Sinterlegierung stand bislang eine kürzere Lebensdauer der Preßwerkzeuge und eine deren außerordentlich starke Schrumpfung sowie die große Preßleistung, so daß die Durchfühmng dieses schlechte Preßbarkeit entgegen. Außerdem zeigte sich Verfahrens auf praktische Schwierigkeiten stößt. Im bei der Herstellung derartiger Sinterlegierungen, daß allgemeinen ist daher der Preßdruck auf 4 bis 6 t/cm^z 55 Pulvergemenge aus Eisen und Silizium keine dichten begrenzt, so daß die Dichte grüner Preßlinge auf Sinterkörper ergeben. Die Ursache für die Porosität diese Weise durchweg nur einen Wert von 6,0 bis gesinterter Eisen-SilirJum-Legierungen liegt in dem 6,6 g/cm³ erreicht. Wenn demnach ein solcher Preß- sogenannten Kirkendall-Effekt, d. h. in der unterling gesintert wird, ist es sehr schwierig, dichte Sinter- schiedlichen Diffusionsgeschwindigkeit des Eisens und körper zu erhalten, weil das Sintern nur wenig fort- 60 des Siliziums, die heim Sintern zur Entstehung von schreitet und der Werkstoff kaum schrumpft. Poren führt und damit die Werkstoffeigenschaften,

Weiterhin kann man zur Herstellung von Sinter- insbesondre die Duktilität und Zähigkeit, in starkem werkstoffen auf Eisenbasis verschiedene Verfahren Maße beeinträchtigt. Aus den vorstehenden Gründen anwenden, nämlich ein mehrfaches Pressen und Sintern, konnten sich Eisen-Silizium-Sinterlegieiungen bislang ein Sintern mit flüssiger Phase und eine Infiltration. 65 in die allgemeine Praxis nicht einführen.
Diese Verfahren besitzen jedoch ii<e folgenden Nach- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,

teile: eine Verwendung aufzuzeigen, wonach die nach oben-

Bei dem mehrfachen Pressen und Sintern wird das erwähntem Verfahren hergestellten Fe-Si-Sinterlegie-

rangen auch mit Siliziumgehalten über 3% Werkstücke mit hoher Dichte, großer Festigkeit und ausgezeichneter Verformbarkeit ergeben.

Gemäß der Erfindung wird die Verwendung von Sinterwerkstoffen auf Eisenbasis vorgeschlagen, bei denen dem Eisenpulver eine pulverförmige Eisen-Silizium-Legierung mit mehr als 7 Gewichtsprozent Silizium, Rest Eisen, in einer einen Endgehalt von 0,3 bis 10% Silizium ergebenden Menge zugesetzt worden ist. Der Zusatz von weniger als 0,3% Silizium verbessert kaum die Festigkeit des Sinterwerkstoffs, während der Zusatz von mehr als 10% Silizium die mechanischen Eigenschaften abrupt verschlechtert.

Die Löslichkeit des Siliziums im Eisen ist so groß, daß bis zu 10% Silizium hinzugesetzt werden können'. Folglich kann die Sintergeschwindigkeit erheblich vergrößert werden, während zugleich das Gefüge verfestigt wird, so daß s.th ein Sinterwerkstoff mit hoher Dichte, Festigkeit und Zähigkeit ergibt.

Die Erfindung sei im folgenden näher erklärt: Legierungen mit weniger als 7% Silizium sind praktisch nicht brauchbar, da sie unterhalb 1400⁰C keine flüssige Phase bilden. Andererseits ergeben Eisen-Silizium-Legierungen mit mehr als 7% Silizium eine flüssige Phase unterhalb 1400° C, so daß sie sich für die erfindungsgemäße Verwendung eignen. Unter den in Frage kommenden Eisen-Silizium-Legierungen sind solche mit mehr als ±7,5% Silizium besonders günstig, da sie bereits bei 1200 bis 1220⁰C eine flüssige Phase bilden. Wie sich aus den folgenden Acsführungsbeispielen ergibt, wird durch den Zum ζ dieser Legierungen das Sintern gerade oberhalb de: Temperatur der Bildung der flüssigen Phase, nämlich bei 1225°C, besonders beschleunigt.

In Tabelle 1 sind die mechanischen Eigenschaften von bei 1275°C gesintertem Eisen bei unterschiedlichen Zusätzen und Methoden gegenübergestellt. In Tabelle 2 sind die mechanischen Eigenschaften von bei 1225° C gesintertem Eisen verglichen.

Ohne näher darauf einzugehen, sei noch erwähnt, daß bei den eröndungsgemäß verwendeten Legierungen auch der Zusatz von Legierungselementen zum Eisen gestattet ist, die, wie beispielsweise Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Nickel, Kupfer, Kobalt, Wolfram, Molybdän, Niob, Titan, der Verfestigung dienen.

Tabelle 1

Fe—Si Sinter- Streck- Zug- Dehnung EinLegierung dauer grenze festigkeit schnürung

(Si%) (Std.) (kp/mm²) (kp/mm²) (%) (%)

	0,3	1	11,9	23,1	12,0	Π,Ο
		3	12,2	23,8	16,8	12,7
		5	11,9	24,5	17,6	12,9
	1		12.3	24,4	15,2	10,6
IO			12,8	26,2	15,2	11,4
		5	13,5	27,5	17,6	13,8
	2	I	22,9	40,8	16,8	16,4
			21,6	40,5	19,2	21,3
		5	22,3	42,8	26.0	33,4
15	3	¹ γ	29,2	46,8	25,2	31,1
		3	28,5	47,6	26,8	33,7
		5	27,1	48,3	30,8	44,0
	4	1	36,5	53,7	23,6	28,7
		3	37,1	55,5	23,0	32,1
2O	6	5	35,2	54,3	20,0	21,3
	8	5	45,2	60,0	14,0	15,9
	10	5	46,8	63,3	12,4	11,1
	—	5	21,3	29,8	8,8	7,3
	—	1	8,6	17,9	19,2	14,6
25	5	10,6	19,4	15,0	14,8
	Sintertemperatur..	. 1275°C
	Preßdruck	5 t/cm¹

Tabelle 2

Fe—Si Sinter- Streck- Zug- Dehnung Ein-Lcgierung dauer grenze festigkeit schnürung

(Si%) (Std.) (kp/mm¹) (kp/mm») (%) (%>

	1	27,0	43,2	18,8	19,0
35 3		28,7	46,8	26,0	29,7
	J	27,8	47,2	2t .8	32,6
	1	35,8	50,6	18,8	23,4
4		37,8	54,1	23,2	33,5
	5	38,2	55,9	26,0	30,9
40 6	5	46,2	60,0	16,2	16,4
8	5	54,6	63,8	8,6	8,9
—	1	8,4	17,5	15,2	11.1
—	5	9,6	18,0	18,4	13,5
Sintertemperatur	... 1225°C
45 Preßdruck	St/cTi»

Claims

Verdichten und Sintern mehrmals wiederholt, so daß

Patentanspruch · ein derart gesinterter Werkstoff sehr hohe Herstellungs

kosten bedingt. Das Sintern mit flüssiger Phase ist

Verwendung einer aus Eisenpulver und einer ein sehr nützliche.' Verfahrener Herstellung dichter pulverförmigen Eisen-Siüzium-Vorlegierung mit S gesinterter Produkte. Beim bintern von Eisenpulver mehr als 7% Silizium hergestellten Eisen-Silizium- ist es bekannt, die Suiterzeit durch Zusätze von Bor Sinterlegierung mit 0,3 bis 10% Silizium als Werk- odei Phosphor zum Eisenpulver in Form von pulverstoff für Gegenstände, die neben einer hohen förmigem Eisen—Bor oder Eisen-Phosphor zu be-Dichte eine Zugfestigkeit von mindestens 23,1 kg/ schleunigen und eine flüssige Phase bei der Sintermm², eine Dehnung von mindestens 8,8% und eine io temperatur zu erreichen, hur diesen hall gilt, je Einschnürung von mindestens 7,3% besitzen größer die Menge des Zusatzes, desto besser ist die _mü_ssen Dichte. Andererseits führt der Zusatz von mehr als

0,8% Phosphor und mehr als 0,2% Bor zu harten und spröden eutektciden Gefügebestandteilen, die an

₁₅ den Konigrenzen verbleiben und die Verf.-mbarkeit

des Sinterwerkstoffes erheblich beeinträchtigen, so daß dieses Verfahren wenig geeignet ist. Ein Zusatz von Kupfer ist für die Praxis ebenfalls nicht geeignet,

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung da Kupfer das Sintereisen spröde macht,
einer Eisen-Silizium-Sinterlegierung als Werkstoff für 20 Lnter »Infiltration« versteht man ein Verfahren, Gegenstände von hoher Dichte, Festigkeit und Zähig- bei dem unter Ausnutzung der Kapillarwirkung gelceit. schmolzenes Kupfer die Poren von gesintertem Eisen