DE19524251C1

DE19524251C1 - Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Formteiles

Info

Publication number: DE19524251C1
Application number: DE1995124251
Authority: DE
Inventors: Karl Leithner
Original assignee: Supervis
Current assignee: Supervis
Priority date: 1995-07-04
Filing date: 1995-07-04
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2015-07-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Formteiles mit bainitischem Gefüge (Zwischenstufengefüge), insbesondere eines Pleuels für Verbren nungskraftmaschinen, wobei ein Sinterpulver, dessen Massenanteile der Komponenten 0,5-2% Mo; 0,4-0,8% C; 0,5-3% Cu; 1-4% Ni und Rest Fe betragen, formgepreßt und an schließend bei einer Temperatur von ca. 1100° bis 1300°C gesintert wird.

Es ist bekannt, Formteile, insbesondere auch Pleuel für Verbrennungskraftmaschinen, auf pulvermetallurgischem Wege herzustellen, wobei diese Formteile geschmiedet werden, um die für ein Pleuel erforderlichen Festigkeitswerte zu erhalten. Maßnahmen dieser Art sind in folgenden Druckschriften beschrieben: DE-A1-42 32 432, DE-C1-38 06 236, DE-A1-39 02 075, EP-B1-330 830, DE-C1-41 14 488, DE-A1-32 00 549, DE-A1-39 04 020, DE-A1-39 29 267, DE-A1-43 03 592, EP-B1-342 800. Durch das Schmieden erhalten diese pulverme tallurgisch hergestellten Formteile zwar die geforderten Festigkeitswerte, der damit verbun dene Arbeitsaufwand ist aber erheblich.

In diesem Zusammenhang ist vor allem die DE-A1 42 04 948 zu erwähnen, die ein Verfah ren zur Herstellung eines Pleuels beschreibt, das als gesinterter Bauteil ausgebildet ist, wobei hier als Ausgangsmaterial drei verschiedene Sinterlegierungen erörtert werden. Nach dem in dieser Veröffentlichung beschriebenen Verfahren wird ein Pleuel einstückig hergestellt und anschließend der Pleuelkopf geteilt. Dieser Bauteil wird nach dem Sintern an den vorgese henen Trennstellen mit Trennkerben versehen und nach seiner Fertigstellung durch Bruch in seine Einzelteile zerlegt. Dazu dient ein Trennwerkzeug, das in der erwähnten Beschreibung als Spreizkopf bzw. Keilvorrichtung bezeichnet wird. Um diese Bruchtrennung durchzufüh ren, ist hier vorgesehen, den Sinterteil mit einer geringen Dichte zu fertigen, die einer gro ßen Restporösität gleichzusetzen ist und die sich günstig auf den Vorgang des Trennens durch Bruch auswirkt. Als Sintertemperatur sind etwa 1100°C angegeben. Es ist hier ferner vermerkt, daß unmittelbar aus der Sinterhitze abgekühlt wird, wobei jedoch über den Ver lauf der Abkühlung in dieser Vorveröffentlichung keine Angaben zu finden sind.

Ferner ist es aus der EU-B1-354 389 bekannt, pulvermetallurgisch hergestellte Formteile mit einem bainitischen Gefüge (Zwischenstufengefüge) mit hoher Festigkeit bei gleichzeitig guter Dehnung bzw. Zähigkeit herzustellen, indem diese Formteile einem Verfahren unter worfen werden, wie es bei der Herstellung von Stählen mit bainitischem Gefüge (Zwischen stufengefüge) bekannt ist, wobei dafür Salzbäder eingesetzt werden und wobei die Poren des Sinterteiles wenigstens teilweise mit einem Füllstoff gefüllt werden, der gegen die bei einer raschen Abkühlung in einem Bad verwendeten Mittel und Chemikalien resistent ist. Dieser Füllstoff hat die Aufgabe, die Poren des Sinterteiles zu verstopfen, damit bei der Salz schmelze oder bei der Verwendung eines anderen Bades die darin befindlichen Chemikalien nicht in das Innere des Sinterformteiles eindringen können, die zu Ausblühungen führen, die in der Folge den Sinterteil unbrauchbar machen. Nach den detaillierten Ausführungen in dieser Druckschrift wird der aus Sinterpulver hergestellte Formteil auf eine Dichte von nur 7,1 g/cm² gepreßt. Während des Sintervorganges wird auf den Formteil soviel Kupfer auf gebracht, daß sein Gewicht dem Porenvolumen entspricht, das rund 10% des Teilgewichtes beträgt. Während des Sintervorganges schmilzt das zusätzlich aufgebrachte Kupfer und infil triert in die Poren des Formteiles. Als Sintertemperatur sind ca. 1230°C während 40 Minu ten angegeben. Anschließend wird der heiße Sinterteil (1230°C) während einer nicht defi nierten Zeitspanne auf 870°C abgekühlt und während 15 Minuten auf dieser Temperatur in einem Salzbad behalten. Der nun eine Temperatur von 870°C aufweisende Formteil wird anschließend innerhalb von zwei Minuten auf 345°C abgekühlt, dann weiterhin durch 45 Minuten in einem Salzbad auf 320°C gehalten und dann erst beliebig abgekühlt. Es sind hier mehrere Abkühlzonen mit stufenförmigem Verlauf vorgesehen. Offenbar ist hier dieser stufenförmige Verlauf für die Abkühlung erforderlich, um die Poren des gering verdichteten Sinterkörpers ausreichend mit Kupfer zu füllen. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis we gen des damit verbundenen hohen Aufwandes nicht durchsetzen können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren vor zuschlagen, mit dem auf einfachem Wege Formteile aus Sinterstahl, insbesondere Pleuel für Verbrennungskraftmaschinen geschaffen werden können, die ein bainitisches Gefüge (Zwi schenstufengefüge) aufweisen, das eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig guter Dehnung bzw. Zähigkeit besitzt, also jene Festigkeitseigenschaften aufweist, die für ein Pleuel unabdingbar notwendig sind, ohne daß es der aus dem Stand der Technik bekannten, aufwendigen Maß nahmen bedarf.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch jene Verfahrensmaßnahmen, die Inhalt und Gegen stand des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 sind.

Anhand der schematischen Diagramme nach den Fig. 1 und 2 werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erörtert, ohne die Erfindung dadurch auf diese Beispiele einzuschränken. Das als Ausgangsmaterial verwendete Sinterpulver nach dem ersten Verfahrensbeispiel weist folgende Massenanteile der Komponenten auf: 0,5-2% Mo; 0,4-0,8% C; 0,5-3% Cu und 1-4% Ni, der Rest ist Eisen, wobei das Molybdän mit dem Eisen vorlegiert ist. Der herzustellende Formteil wird gepreßt, und zwar auf eine Dichte von 7,3 g/cm³ bzw. größer. Der so gepreßte Formteil (Grünling) wird dann im Sinterofen auf ca. 700°C erhitzt bei einer Anheizzeit von ca. 5 Minuten und einer Behaltzeit von ca. 10 Minuten, anschließend wäh rend ca. 10 Minuten auf die Sintertemperatur von ca. 1120°C aufgeheizt und auf dieser Sintertemperatur ca. während 30 Minuten gehalten und anschließend abgekühlt, wobei die Abkühlgeschwindigkeit auf ca. 1°C/sec. eingestellt wird. Diese Abkühlgeschwindigkeit ist zumindest im kritischen Temperaturbereich von 900°C-400°C einzuhalten. Bei der er wähnten Abkühlgeschwindigkeit von ca. 1°C/sec. - unter der theoretischen Voraussetzung, daß diese Abkühlung pro Zeit linear erfolgt - dauert die Abkühlphase auf die übliche Raumtemperatur ca. 18 Minuten. Die Fig. 1 zeigt die beschriebenen Phasen anhand eines Zeit-(t)/Temperatur-(°C)-Diagrammes schematisch (Einfachsintertechnik). Die hier angege benen Verfahrensschritte sind als Beispiel zu verstehen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, diese Verfahrensgrößen (Zeit, Temperatur, Abkühlgeschwindigkeit) in Abhängigkeit der je weiligen konkreten Zusammensetzung des Pulvers in den vorgegebenen Grenzen zu variie ren, um ein optimales Zwischenstufengefüge zu erhalten.

Anstelle der beispielsweise beschriebenen Einfachsintertechnik kann auch die Doppelsinter technik eingesetzt werden. Die erste Phase dieser Doppelsintertechnik veranschaulicht Fig. 2 ebenfalls anhand eines Zeit-(t)/Temperatur-(°C)-Diagrammes schematisch. Der Formteil - hergestellt wie oben beschrieben - wird nach dem Aufheizen auf ca. 750°C vorerst abge kühlt und anschließend nachgepreßt (diese Nachpreßphase ist im Diagramm nach Fig. 2 mit NP bezeichnet), und zwar auf einen Dichtegrad von ca. 7,5 g/cm³ oder mehr, und dann an schließend in der oben beschriebenen Weise gesintert unter Einhaltung der erwähnten Ab kühlgeschwindigkeit. An das in Fig. 2 gezeigte schematische Diagramm schließt also als zweite Phase das Diagramm nach Fig. 1 an (Doppelsintertechnik). Auch hiefür gilt, daß die angegebenen Verfahrensgrößen (Zeit, Temperatur, Abkühlgeschwindigkeit) in Abhängigkeit der jeweiligen konkreten Zusammensetzung des Pulvers in den vorgegebenen Grenzen vari ierbar sind, um jeweils ein optimales Gefüge zu erzielen.

Wie Versuche zeigen, wird durch das beschriebene Verfahren bei Verwendung der oben an geführten Bestandteile des Ausgangsmaterials ein bainitisches Gefüge (Zwischenstufen gefüge) ohne besonderen zusätzlichen Verfahrensschritt erhalten, das die für Pleuel erforderlichen und geforderten hohen Festigkeitswerte aufweist. Die bainitischen Gefüge (Zwischenstufengefüge) entsprechen in der Morphologie einem Vergütungsgefüge, sind jedoch für ihre besseren Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften und die bessere Zer spanbarkeit gegenüber den Vergütungsgefügen bekannt. Außerdem wird bei der bainitischen Umwandlung die Gefahr einer Härterißbildung umgangen und zusätzlich eine bessere Durchhärtung erreicht. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten bainitischen Gefüge (Zwischenstufengefüge) haben sich als ausgezeichnet in Hinblick auf die Dauerfe stigkeit erwiesen, was aus umfangreichen Versuchen hervorgeht. Diese Sinterstähle weisen dynamische Werkstoffnennwerte auf, die zum Teil bereits im Bereich von vergüteten Schmiedestählen liegen. Unter Einsparung des Sinterschmiedevorganges oder einer Vergü tungsbehandlung, die zusätzlich mit der Gefahr von Härterissen verbunden wäre, wird eine hohe Dauerfestigkeit erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur für Pleuel zweckmäßigerweise anwendbar, sondern auch für andere gesinterte Formteile, die Festig keitseigenschaften erfordern, wie sie für Pleuel üblich sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Formteiles mit bainitischem Gefüge (Zwischenstufengefüge), insbesondere eines Pleuels für Verbrennungskraftmaschinen, wobei ein Sinterpulver, dessen Massenanteile der Komponenten 0,5-2% Mo; 0,4-0,8% C; 0,5-3% Cu; 1-4% Ni und Rest Fe betragen, formgepreßt und anschließend bei einer Temperatur von ca. 1100 bis 1300°C gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdän in mit dem Eisen vorlegierter Form verwendet wird und das Formteil bei Einfachpreßtechnik auf eine Dichte von mindestens 7,3 g/cm³, bei Doppelpreß technik auf eine Dichte von mindestens 7,5 g/cm³ gepreßt wird und daß nach dem Sin tern die Abkühlgeschwindigkeit zumindest über einen Teilbereich der Abkühlung auf 0,5-8°C/s eingestellt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Sintern die Abkühlgeschwindigkeit im Abkühlbereich von 900°-400°C auf 0,5-8°C/s eingestellt wird.