DE19924219A1 - Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Abstract
Das Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie enthält mindestens 0,5 Vol.-% und hächstens 10 Vol.-% Aluminiumoxid-Pulver, dessen Sieb-Fraktion auf einer Sieböffnung von 30 mum höchstens 0,1 Gew.-% beträgt, wobei der Rest Aluminiumlegierungs-Pulver ist. Die Erfindung betrifft somit ein hochzuverlässiges Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie, das eine verbesserte Dauerfestigkeit, Schlagfestigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie und ein
Verfahren zu seiner Herstellung. Die Erfindung betrifft insbesondere ein hoch
zuverlässiges Ausgangsmaterial für einen Aluminiummatrix-Verbundkörper mit
darin dispergierten Aluminiumoxid-Teilchen und ein Verfahren zu seiner Her
stellung.
Obgleich bereits viele verschiedenartige Aluminiummatrix-Verbundmaterialien
mit darin dispergierten Aluminiumoxid-Teilchen und die Ausgangsmaterialien
dafür entwickelt worden sind, wird fast keines derselben in der Praxis erfolg
reich angewendet wegen der geringen Zuverlässigkeit. Die Haltbarkeit, der
Ausschuß-Anteil und die Kosten sind die Hauptprobleme, die es zu lösen gilt.
Bei der Lösung dieser Probleme ist es wichtig, wie Aluminiumoxid-Pulver und
Aluminiumlegierungs-Pulver in feinverteilter und gleichmäßiger Form mitein
ander gemischt werden können. Bei den meisten konventionellen Verfahren
wird einfach eine Verringerung der Teilchengröße (oder des mittleren Teil
chendurchmessers) des Pulvers angewendet.
Je geringer die Teilchengröße des Pulvers, um so höher sind die Kosten, und
wenn die Teilchengröße einfach verringert wird, entsteht das neue Problem
der Agglomeration. Ein agglomeriertes Pulver ist die Hauptursache für eine
verminderte Zuverlässigkeit. Ein einmal gebildetes agglomeriertes Pulver kann
nicht leicht wieder aufgetrennt werden und das agglomerierte Pulver wird bis
zum Endprodukt im agglomerierten Zustand gehalten. Die Größe der Agglome
ration kann 100 µm bis zu einigen mm erreichen und deshalb verursacht die
Bildung des agglomerierten Pulvers die gleichen Defekte wie ein Fremdmate
rial, das dem Endprodukt zugemischt ist. Es verringert die Festigkeit, die
Wechselfestigkeit, die Schlagfestigkeit, Zähigkeit und die Wärmebeständigkeit
und setzt die Zuverlässigkeit des Materials signifikant herab.
Üblicherweise werden die meisten der Materialien hergestellt durch einfaches
Mischen von Aluminiumoxid-Pulver, sowie es im Handel erhältlich ist, mit Alu
miniumlegierungs-Pulver unter Verwendung eines V-Mischers. Selbst wenn
eine gewisse Einstellung der Teilchengröße durchgeführt wird, kann die Ein
stellung ein einfaches Aussieben von voluminösen Teilchen durch Klassierung
mittels eines Siebes sein.
Ziel der Erfindung ist es, ein hochzuverlässiges Ausgangsmaterial für die Pul
vermetallurgie bereitzustellen, das eine verbesserte Wechselfestigkeit,
Schlagfestigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist, sowie ein Verfahren zu sei
ner Herstellung anzugeben.
In dem Bestreben, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, haben
die Erfinder verschiedene Versuche unternommen und sind dabei zu der
nachstehend beschriebenen Erfindung gelangt.
Das Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie enthält 0,5 Vol.-% bis 10 Vol.-%
Aluminiumoxid-Pulver, dessen Sieb-Fraktion auf einem Sieb mit einer Sie
böffnung von 30 µm 0,01 Gew.-% oder weniger beträgt, wobei der restliche
Teil Aluminiumlegierungs-Pulver ist.
Das erfindungsgemäß verwendete Aluminiumoxid-Pulver muß eine solche
Teilchengröße haben, daß eine Sieb-Fraktion von 0,01 Gew.-% oder weniger
erreicht wird, wenn ein Sieb mit einer Sieböffnung von 30 µm verwendet wird.
Wenn die Sieb-Fraktion 0,01 Gew.-% übersteigt, nimmt die Zuverlässigkeit
des Materials signifikant ab und deshalb wäre das Material für Motorteile für
Fahrzeuge oder für Maschinenteile nicht geeignet.
Die zugemischte Menge an Aluminiumoxid-Pulver muß mindestens 0,5 Vol.-%
und darf höchstens 10 Vol.-% betragen. Wenn die zugemischte Menge weni
ger als 0,5 Vol.-% beträgt, ist der Effekt auf das Matrixmaterial, insbesondere
die Verschleißfestigkeit, geringer und wenn sie 10 Vol.-% übersteigt, werden
die Schlagfestigkeit und die Wechselfestigkeit herabgesetzt. Eine bevorzugte
Zumischungsmenge an Aluminiumoxid-Pulver beträgt 2 bis 8 Vol.-%.
Das erfindungsgemäß verwendete Aluminiumlegierungs-Pulver unterliegt kei
nen speziellen Beschränkungen und im allgemeinen kann ein Pulver mit einer
Teilchengröße von -150 µm (Siebgröße) und vorzugsweise -75 µm verwendet
werden.
Als Herstellungsverfahren sind ein Gaszerstäubungs-Verfahren, ein Schmelz
spinn-Verfahren und ein Rotationsscheiben-Verfahren verfügbar und das Gas
zerstäubungs-Verfahren ist für die industrielle Produktion bevorzugt.
Wenn die Teilchengröße 150 µm übersteigt, wird ein gleichmäßiges Mischen
schwierig und voluminöse Teilchen können die Zuverlässigkeit verringern.
Ausgedrückt durch den durchschnittlichen Teilchendurchmesser (bestimmt
unter Anwendung des Laser-Beugungs-Verfahrens) beträgt die Größe vor
zugsweise 10 bis 100 µm, insbesondere 20 bis 40 µm. Das Pulver kann die
Form von Tränentropfen, eine kugelförmige, sphäroide, flockenförmige oder
unregelmäßige Gestalt haben. Das (die) Zerstäubungs-Medium/Atmosphäre
für das Gaszerstäubungs-Verfahren kann Luft, Stickstoff, Argon, Vakuum,
Kohlendioxid oder eine Mischung davon sein. Die Legierungs-
Zusammensetzung umfaßt eine Al-Ni-Basis, eine Al-Fe-Basis, eine Al-Si-Basis,
eine Al-Mg-Basis, eine Al-Cu-Basis und eine Al-Zn-Basis. Die Elemen
te, die zugegeben werden können, umfassen Übergangsmetall-Elemente wie
Ti, V, Cr, Mn, Mo, Nb, Zr und W. Für die Anwendung auf Maschinenteile eines
Fahrzeuges können eine Al-Fe-Si-Basis, eine Al-Ni-Si-Basis und eine
Al-Fe-Cr-Zr-Basis verwendet werden.
In dem vorstehend beschriebenen Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie
hat das Aluminiumoxid-Pulver vorzugsweise eine Teilchengröße, die so ein
gestellt ist, daß der mittlere Teilchendurchmesser mindestens 1,5 µm und
höchstens 10 µm beträgt, und der Gehalt des Pulvers mit einer Teilchengröße
außerhalb des Bereiches von 1,5 µm bis 10 µm beträgt höchstens 10 Gew.-%.
Der mittlere Teilchendurchmesser D50 (bestimmt unter Anwendung eines La
serbeugungs-Verfahrens) muß mindestens 1,5 µm und darf höchstens 10 µm
betragen. Wenn er kleiner als 1,5 µm ist, neigen die Teilchen stark zur Agglo
meration und wenn er 10 µm übersteigt, nimmt der Verstärkungseffekt, der
durch das Aluminiumoxid-Pulver erzielt wird, ab und außerdem wird die me
chanische Bearbeitung schwierig. Vorzugsweise beträgt der mittlere Teilchen
durchmesser mindestens 2 µm und höchstens 5 µm, besonders bevorzugt
sollte er mindestens 2 µm und höchstens 4 µm betragen.
Außerdem dürfen Teilchen mit einer Teilchengröße außerhalb des Bereiches
von 1,5 µm bis 10 µm höchstens 10 Gew.-% betragen. Wenn Teilchen, die
kleiner als 1,5 µm oder größer als 10 µm sind, in einer extrem großen Menge
verwendet werden, ist die Wahrscheinlichkeit höher, daß die vorstehend be
schriebenen Probleme auftreten.
In dem vorstehend beschriebenen Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie
beträgt der Feuchtigkeits-Gehalt des Aluminiumoxid-Pulvers vorzugsweise
höchstens 0,15 Gew.-%, bezogen auf das Aluminiumoxid-Pulver. Das Alumini
umoxid-Pulver kann unvermeidliche Verunreinigungen enthalten, wenn der
wesentliche Aluminiumoxid-Bestandteil aufrechterhalten wird. Der Feuchtig
keits-Gehalt beträgt jedoch vorzugsweise höchstens 0,15 Gew.-%. Wenn der
Feuchtigkeits-Gehalt 0,15 Gew.-% übersteigt, neigen die feinen Aluminiu
moxid-Teilchen zur Agglomeration, wodurch die Zuverlässigkeit herabgesetzt
wird. Der Feuchtigkeits-Gehalt kann erforderlichenfalls durch Erhitzen herab
gesetzt werden.
In dem vorstehend beschriebenen Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie
beträgt der Feuchtigkeits-Gehalt der gesamten Pulvermischung, die Aluminium
oxid-Pulver und Aluminiumlegierungs-Pulver enthält, höchstens 0,1 Gew.-%.
Das Pulver sollte nach dem Mischen und Glühen vorzugsweise einen Feuch
tigkeits-Gehalt von höchstens 0,1 Gew.-% aufweisen. Wenn der Feuchtigkeits-
Gehalt 0,1 Gew.-% übersteigt, besteht die Gefahr der Agglomeration zwischen
den Aluminiumoxid-Teilchen untereinander, zwischen den Aluminiumlegie
rungs-Pulverteilchen untereinander oder zwischen den Aluminiumoxid- und
Aluminiumlegierungs-Pulverteilchen untereinander.
In dem vorstehend beschriebenen Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie
beträgt die Anzahl der Defekte, die nicht kleiner als 200 µm sind, in einem
Preßling (Formkörper) nach dem Warmverformen höchstens 6/kg beim nicht
zerstörenden Test unter Anwendung eines Ultraschall-Defekt-Nachweises.
Wenn die Anzahl der Defekte, die nicht kleiner als 200 µm sind höchstens 6/kg
beträgt bei Anwendung des nicht-zerstörenden Tests unter Anwendung des
Ultraschall-Defekt-Nachweises, werden die mechanischen Eigenschaften auch
dann nicht beeinträchtigt, wenn das Material zu Teilen mit verschiedenen For
men verarbeitet wird, und eine ausreichende Zuverlässigkeit ist gewährleistet.
Wenn die Anzahl der Agglomerationen größer ist, werden die mechanischen
Eigenschaften, insbesondere die Wechselfestigkeit, signifikant schlechter.
Vorzugsweise wird ein solcher Formkörper erhalten durch die Stufen Mischen
der Pulver miteinander, Formen des gemischten Pulvers zu einem Vor-
Formkörper von etwa 60 bis 80% relativer Dichte durch Kaltpressen oder
durch CIP (isostatisches Kaltpressen) unter Verwendung eines Kautschuk-
Behälters, beispielsweise durch Erhitzen des Vor-Formkörpers, so daß die
wesentliche Temperatur 400 bis 550°C erreicht, und Formen zur Erzeugung im
wesentlichen einer Dichte von 100% (einer relativen Dichte von mindestens
99%) durch Warmextrusion oder Pulverschmieden. Beim Kaltpressen oder
CIP kann dann, wenn ein Aluminiumlegierungs-Pulver als Haupt-Komponente
der Pulvermischung eine hohe Härte hat, eine Formkörperdichte, die für die
Handhabung ausreichend ist, nicht erhalten werden, und der Formkörper neigt
mehr dazu, während der Handhabung zu zerbrechen. Wenn die Pulvermi
schung mindestens 1 h lang bei einer Temperatur von 250 bis 400°C geglüht
wird, nimmt die Härte des Pulvers ab und durch Kaltformen kann ein Vor-
Formkörper mit einer ausreichenden Dichte erhalten werden. Die bevorzugte
Glühdauer beträgt etwa 3 bis etwa 15 h.
Bei einer Temperatur unterhalb 250°C ist der Glüheffekt, d. h. die Abnahme der
Härte des Pulvers, nicht ausreichend und die Verbesserung ist dadurch nicht
genügend. Wenn die Temperatur 400°C übersteigt, nimmt zwar die Härte des
Pulvers ab, die Mikrostruktur des Aluminiumlegierungs-Pulvers, d. h. die Prä
zipitate und die Matrix, werden jedoch gröber, wodurch die Festigkeit oder dgl.
verringert werden, wenn das Pulver zu einem Preßling geformt wird. Bezüglich
der Glühdauer sei bemerkt, daß die Wärmeleitfähigkeit des Pulvers gering ist
und deshalb allgemein eine Glühdauer von mindestens 1 h erforderlich ist,
obgleich diese von der Menge des Pulvers abhängt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Ausgangsmaterials für
die Pulvermetallurgie ist dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumlegie
rungs-Pulver und das Aluminiumoxid-Pulver, dessen Teilchengröße durch
Luftklassierung eingestellt wird, unter Verwendung eines Kugelmediums
trocken miteinander gemischt werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Ausgangsmaterials
für die Pulvermetallurgie werden die voluminösen Teilchen und die agglome
rierten Teilchen des Aluminiumoxid-Pulvers entfernt und gleichzeitig wird ein
superfeines Pulver, beispielsweise Bug-Staub, durch Luftklassierung entfernt.
Daher kann ein Pulver mit einer engen Teilchengrößen-Verteilung erhalten
werden.
Das Aluminiumoxid-Pulver und das Aluminiumlegierungs-Pulver können unter
Verwendung eines handelsüblichen Mischers miteinander gemischt werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Bildung von agglomerierten Teilchen unter
Verwendung von Kugeln als Dispersionsmedium verhindert werden muß. Es
ist nicht leicht, durch einfaches Mischen des Aluminiumoxid-Pulvers mit dem
Aluminiumlegierungs-Pulver mittels eines Mischers, eine gleichmäßige
Durchmischung zu erzielen und die Zuverlässigkeit ist daher beeinträchtigt.
Die Verwendung von Kugeln verhindert die Bildung von agglomerierten Teil
chen durch den Aufprall- und Mahleffekt zwischen den Kugeln und zwischen
der Kugel und der Innenwand des Mischers sowie durch den Rühreffekt.
Durch Anwendung der Luftklassierung und durch Verwendung von Kugeln als
Dispersionsmedium wird es möglich, eine Pulvermischung zu erhalten, die
feinteiliges Aluminiumoxid-Pulver, dessen Sieb-Fraktion auf einer Sieböffnung
von 30 µm höchstens 0,01 Gew.-% beträgt, in einer Menge von mindestens
0,5 Vol.-% und höchstens 10 Vol.-% enthält, und der Rest Aluminiumlegie
rungs-Pulver ist.
Die Teilchengröße des Aluminiumoxid-Pulvers kann durch Verwendung eines
handelsüblichen Luftklassierers oder eines Zyklons eingestellt werden. So
kann beispielsweise ein Turboklassierer, hergestellt von der Firma Nisshin
Engineering, verwendet werden. Als Klassiermedium kann Luft, Stickstoff,
Kohlendioxid oder dgl. verwendet werden und die Verwendung von trockener
Luft ist bevorzugt. Vor und nach der Luftklassierung kann das Trocknen
durchgeführt werden, um die Bildung von agglomerierten Teilchen zu verhin
dern.
Es können Kugeln aus Keramiken, wie Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Alu
miniumnitrid, Siliciumnitrid oder dgl., Kugeln aus Kunststoffen wie Nylon und
Kugeln aus Hartgummi verwendet werden. Die Kugel hat vorzugsweise einen
Durchmesser von etwa 5 bis etwa 30 mm und die Menge der Kugeln beträgt
vorzugsweise etwa 1/20 bis 2/1 des Volumens der gesamten Pulvermischung.
Die Mischdauer beträgt allgemein etwa 10 min bis etwa 6 h, obgleich sie vom
Typ des Mischers abhängt. Das Trocknen kann vor und nach dem Mischen je
nach Bedarf durchgeführt werden, um die Bildung von agglomerierten Teilchen
zu verhindern.
Erfindungsgemäß kann ein Aluminiumlegierungs-Ausgangsmaterial mit darin
dispergierten Aluminiumoxid-Teilchen, das extrem wenige agglomerierte Teil
chen enthält, erhalten werden und ein daraus hergestellter Formkörper weist
eine verbesserte spezifische Festigkeit, Wärmebeständigkeit, Wechselfestig
keit, einen hohen Modul und eine verbesserte Verschleißfestigkeit sowie eine
verbesserte relative Zähigkeit und Duktilität und Schlagfestigkeit auf. Daher
kann ein Material mit einer hohen Qualität erhalten werden, das mit dem Stand
der Technik nicht vergleichbar ist, wobei dieses Material für Motorteile für ein
Fahrzeug, für mechanische Teile, für Sportartikel, als Komponenten für OA-
Geräte und andere Sinterteile verwendet werden kann.
Die obengenannten und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der
vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung
der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Fig. 1 zeigt eine Photographie in einem optischen Mikroskop, die einen Defekt
von nicht kleiner als 200 µm zeigt;
Fig. 2 zeigt eine Photographie (SEM), die Aluminiumoxid-Teilchen mit einer
Agglomeration von +30 µm zeigt;
Fig. 3 zeigt eine Photographie (SEM), die eine Vergrößerung der Agglomera
tion der Fig. 2 zeigt; und
Fig. 4 zeigt eine Photographie, die Aluminiumoxid-Teilchen zeigt, wobei die
Menge der groben Teilchen von +30 µm 0,01 Gew.-% oder weniger be
trägt.
Einem Aluminiumlegierungs-Pulver, das durch Luftzerstäubung hergestellt
wurde, wurden jeweils 5 Gew.-% Aluminiumoxid-Proben, wie sie in der Tabelle
1 aufgezählt sind, zugemischt unter Verwendung eines Mischmediums aus
Nylonkugeln, wobei die gemischten Pulver einem CIP und einer Warmextrusi
on unterworfen wurden zur Herstellung eines Formkörpers mit einer Dichte von
im wesentlichen 100% (einer relativen Dichte von nicht weniger als 99%),
und die dabei gebildeten Preßlinge (oder Formkörper) wurden einem Ultra
schall-Defektnachweis unterworfen. Danach wurden die Preßlinge einem
Charpy-Kerbschlag-Biegetest, einem Zugfestigkeitstest bei 150°C und einem
Drehdauerbiegetest bei 150°C unterworfen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle
2 angegeben.
Das verwendete Legierungspulver hatte hier die Legierungs-Zusammenset
zung 11,6 Gew.-% Al - 1,7 Gew.-% Fe - 1,9 Gew.-% Si und sie passierte ein
Sieb mit einer Sieböffnung von 75 µm. Die Proben für den Charpy-Kerbschlag
biegetest waren flache Proben ohne eine Kerbe und die Dauerfestigkeit wurde
bestimmt als Dauerfestigkeit bei 107 Cyclen gemäß der S-N-Kurve
(Belastungs-Haltbarkeits-Kurve). Die gleichen Tests wurden in den folgenden
Beispielen angewendet.
Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, daß die Formkörper A und
B, die Aluminiumoxid-Pulver enthielten, in dem die Menge an groben
+30 µm-Teilchen höchstens 0,01 Gew.-% (30 ppm und 60 ppm) betrug, höchstens 6
Defekte pro kg aufwiesen, die nicht kleiner als 200 µm waren, einen Charpy-
Kerbschlagbiegetest-Wert von mindestens 18 J/cm2 und eine Dauerfestigkeit
bei 150°C von mindestens 240 MPa aufwiesen. Es wurde daher gefunden, daß
Formkörper mit einer hohen Zuverlässigkeit erhalten werden konnten.
In der Tabelle 1 wurde die Menge der groben +30 µm-Teilchen unter Anwen
dung des Test-Sieb-Fraktions-Verfahrens gemäß JIS K5906-1991 bestimmt.
Die Fig. 1 zeigt eine photographische Aufnahme im optischen Mikroskop, die
einen Defekt von nicht kleiner als 200 µm zeigt, die Fig. 2 zeigt eine photogra
phische Aufnahme (SEM), die eine Teilchenstruktur mit einer +30 µm-Agglo
meration zeigt, die Fig. 3 stellt eine vergrößerte photographische Aufnahme
(SEM) gemäß Fig. 2 dar und die Fig. 4 stellt eine photographische Aufnahme
dar, die ein Teilchen der Aluminiumoxid-Teilchen zeigt, bei denen die Menge
an groben +30 µm-Teilchen höchstens 0,01 Gew.-% betrug.
Es wurden Pulvergemische hergestellt durch Zugabe der in Beispiel 1 verwen
deten Aluminiumoxid-Proben A in variierten Zumischungsmengen zu dem in
Beispiel 1 verwendeten Aluminium-Matrix-Legierungspulver, die so hergestell
ten Pulvergemische wurden einer CIP und einer Warmextrusion unterworfen
zur Herstellung von Preßlingen mit einer relativen Dichte von mindestens
99%. Die resultierenden Preßlinge wurden einem Charpy-Kerbschlagbiegetest,
einem Zugfestigkeitstest bei 150°C und einem Drehdauerbiegetest bei 150°C
unterworfen und es wurde der Verschleiß bestimmt. Die Ergebnisse sind in der
Tabelle 3 angegeben.
Die für den Charpy-Kerbschlagbiegetest verwendeten Proben waren flache
Proben ohne jede Kerbe und die Dauerfestigkeit war die Dauerfestigkeit
(Dauerfestigkeitsgrenze) bei 107 Cyclen entsprechend der S-N-Kurve
(Belastungs-Haltbarkeits-Kurve).
Aus den Ergebnissen ist zu ersehen, daß dann, wenn die Menge des zuge
mischten Aluminiumoxids mindestens 0,5 Vol.-% und höchstens 10 Vol.-% be
trug, der Charpy-Kerbschlagbiegewert mindestens 18 J/cm2 betrug, die Dauer
festigkeit bei 150°C mindestens 240 MPa betrug und der Verschleiß gering
war, so daß Preßlinge oder Formkörper mit verbesserten Eigenschaften erhal
ten werden konnten.
Dem in Beispiel 1 verwendeten Aluminium-Matrix-Legierungspulver wurden
Aluminiumoxid-Proben mit unterschiedlichen Feuchtigkeits-Gehalten, wie sie
in der Tabelle 4 angegeben sind, in einer Menge von 5 Vol.-% zugemischt und
die Pulvergemische wurden einer CIP und einer Warmextrusion unterworfen
zur Herstellung von Preßlingen mit einer relativen Dichte von mindestens 99%
und die Preßlinge oder Formkörper wurden einer Ultraschallbehandlung zur
Bestimmung der Defekte, einem Charpy-Kerbschlagbiegetest, einem Zugfe
stigkeitstest bei 150°C und einem Drehdauerbiegetest bei 150°C unterworfen.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 angegeben.
Aus den Ergebnissen ist zu ersehen, daß dann, wenn der Feuchtigkeitsgehalt
des Aluminiumoxid-Pulvers höchstens 0,15 Gew.-% betrug, die Anzahl der
Defekte, die nicht kleiner als 200 µm waren, höchstens 6 pro kg, der Charpy-
Kerbschlagbiegetestwert mindestens 18 J/cm2 und die Dauerfestigkeit bei
150°C mindestens 240 MPa betrugen.
Das in Beispiel 1 verwende Aluminiummatrix-Legierungs-Pulver und 5 Vol.-%
Aluminiumoxid-Proben, in denen die Menge der Teilchen außerhalb des
Bereiches von 1,5 bis 10 µm wie in der Tabelle 5 angegeben variierte, wurden
miteinander gemischt, die Pulvergemische wurden einem CIP und einer
Warmextrusion unterworfen zur Herstellung von Preßlingen mit einer relativen
Dichte von mindestens 99% und die Preßlinge oder Formkörper wurden ei
nem Charpy-Kerbschlagbiegetest, einem Zugfestigkeitstest bei 150°C und ei
nem Drehdauerbiegetest bei 150°C unterworfen. Die Ergebnisse sind in der
Tabelle 5 angegeben.
Aus den Ergebnissen der Tabelle 5 ist zu ersehen, daß dann, wenn die Menge
der Teilchen außerhalb des 1,5-10 µm-Bereiches in dem Aluminiumoxid
höchstens 10 Gew.-% betrug, der Charpy-Kerbschlagbiegewert mindestens
18 J/cm2 und die Dauerfestigkeit bei 150°C mindestens 240 MPa betrugen.
Das in Beispiel 1 verwendete Aluminiummatrix-Legierungspulver wurde mit
5 Vol.-% Aluminiumoxid gemischt unter Anwendung eines Verfahrens , bei
dem mit einem Kugelmedium (Aluminiumoxid-Kugeln) gemischt wurde, und
nach einem Verfahren , bei dem kein Kugelmedium verwendet wurde, und
die auf diese Weise hergestellten Pulvergemische wurden einem CIP und ei
ner Warmextrusion unterworfen zur Herstellung von Preßlingen mit einer rela
tiven Dichte von mindestens 99% und die Preßlinge wurden einem Charpy-
Kerbschlagbiegetest, einem Zugfestigkeitstest bei 150°C und einem Drehdau
erbiegetest bei 150°C unterworfen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 ange
geben.
Die Bedingungen für die Mischverfahren und waren folgende:
Mischverfahren : Es wurden Aluminiumoxidkugeln mit einem Durchmesser von 20 µm verwendet und es wurde trocken gemischt und es wurden 5 kg Aluminiumoxidkugeln für 20 kg Pulvergemisch verwendet.
Mischverfahren : Trockenes Mischen ohne Verwendung des Misch- Kugelmediums.
Mischverfahren : Es wurden Aluminiumoxidkugeln mit einem Durchmesser von 20 µm verwendet und es wurde trocken gemischt und es wurden 5 kg Aluminiumoxidkugeln für 20 kg Pulvergemisch verwendet.
Mischverfahren : Trockenes Mischen ohne Verwendung des Misch- Kugelmediums.
Aus den Ergebnissen ist zu ersehen, daß dann, wenn das Mischverfahren ,
in dem ein Mischkugelmedium verwendet wurde, angewendet wurde, die An
zahl der Effekte, die nicht kleiner als 200 µm waren, auf höchstens 6/kg her
abgesetzt werden konnte, ein Charpy-Kerbschlagbiegewert von mindestens 18 J/cm2
erzielt werden konnte und eine Dauerfestigkeit bei 150°C von minde
stens 240 MPa erzielt werden konnte.
Es wurden Pulvergemisch-Proben von jeweils 20 kg in rostfreie Behälter einge
führt, eine Probe wurde 10 h lang an der Luft bei 350°C geglüht und die ande
re wurde keiner Glühung unterworfen und die so behandelten Proben wurden
in Kautschuk-Behälter eingefüllt, die einen Innendurchmesser von
∅ 30 × 85 mm und ∅ 200 × 300 mm hatten. Danach wurden die Proben einer
CIP-Formgebung unterworfen und es wurden Probestücke zur Durchführung des
Biegefestigkeitstests und CIP-Formkörper aus den Vorformen für die Pulverex
trusion hergestellt. Die Teststücke für den Biegefestigkeitstest wurden dem
Biegefestigkeitstest unterworfen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 7 ange
geben.
aus den Ergebnissen ist zu ersehen, daß die Vor-Formkörper, die einer Glü
hung unterworfen worden waren, frei von Rissen waren und eine hohe Scher
festigkeit aufwiesen, während die Vor-Formkörper, die nicht geglüht worden
waren, während des Tests in zwei Teile zerbrachen und eine niedrige Scher
festigkeit von 2,8 kgf/cm2 aufwiesen.
Wie vorstehend angegeben, kann erfindungsgemäß ein Aluminiumlegierungs-
Ausgangsmaterial mit darin dispergierten Aluminiumoxid-Teilchen mit einer
gleichförmigen Qualität und einer extrem geringen Anzahl von agglomerierten
Teilchen erhalten werden und die daraus hergestellten Formkörper weisen
eine verbesserte spezifische Festigkeit, Wärmebeständigkeit, Dauerfestigkeit,
einen hohen Modul und eine hohe Verschleißfestigkeit sowie eine verbesserte
relative Zähigkeit und Duktilität und Schlagfestigkeit auf. Es kann somit ein
hochzuverlässiges Material, das nicht mit dem Stand der Technik vergleichbar
ist, erhalten werden, das für Maschinenteile für ein Fahrzeug, für mechanische
Teile, für Sportartikel, für Komponenten für OA-Geräte und andere Sinterteile
verwendet werden kann.
Die Erfindung wurde zwar vorstehend im Detail beschrieben und erläutert, es
ist jedoch für den Fachmann klar, daß diese Erläuterung nur beispielhaft ist
und die Erfindung nicht beschränkt.
Claims (14)
1. Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie, dadurch gekennzeichnet,
daß es mindestens 0,5 Vol.-% und höchstens 10 Vol.-% Aluminiumoxid-Pulver
enthält, dessen Sieb-Fraktion auf einer Sieböffnung von 30 µm höchstens
0,01 Gew.-% beträgt, wobei der übrige Teil Aluminiumoxid-Legierungspulver ist.
2. Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Teilchengröße des Aluminiumoxid-Pulvers so einge
stellt ist, daß der mittlere Teilchendurchmesser mindestens 1,5 µm und höch
stens 10 µm beträgt und der Gehalt an Pulver mit einer Teilchengröße außer
halb des 1,5-10 µm-Bereiches höchstens 10 Gew.-% beträgt.
3. Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeits-Gehalt des Aluminiumoxid-Pulvers
höchstens 0,15 Gew.-%, bezogen auf das Aluminiumoxid-Pulver, beträgt.
4. Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeits-Gehalt des gesamten Pulvergemisches
aus Aluminiumoxid-Pulver und Aluminiumlegierungs-Pulver höchstens
0,1 Gew.-% beträgt.
5. Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anzahl der Defekte, die nicht kleiner als 200 µm sind,
in einem durch Warmverformung hergestellten Formkörper höchstens 6/kg
beträgt, wenn der Formkörper einem nicht zerstörenden Test zum Nachweis
des Defekts durch Ultraschall unterworfen wird.
6. Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß es mindestens 2 Vol.-% und höchstens 8 Vol.-% Alumi
niumoxid-Pulver enthält.
7. Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der mittlere Teilchendurchmesser des Aluminiumoxid-
Pulvers mindestens 2 µm und höchstens 5 µm beträgt.
8. Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der mittlere Teilchendurchmesser des Aluminiumoxid-
Pulvers höchstens 4 µm beträgt.
9. Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für die Pulverme
tallurgie, dadurch gekennzeichnet, daß es die Stufe trockenes Mischen des
Aluminiumlegierungs-Pulvers mit Aluminiumoxid-Pulver, dessen Teilchengröße
durch Luftklassierung eingestellt worden ist, unter Verwendung eines Kugel
mediums umfaßt.
10. Ausgangsmaterial für die Pulvermetallurgie nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß es die Stufe Glühen des Pulvergemisches nach dem
trockenen Mischen bei einer Temperatur von mindestens 250°C und höch
stens 400°C umfaßt.
11. Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für die Pulverme
tallurgie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zur Durch
führung des trockenen Mischens mindestens 10 min und höchstens 6 h be
trägt.
12. Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für die Pulverme
tallurgie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühzeit min
destens 1 h beträgt.
13. Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für die Pulverme
tallurgie nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühzeit min
destens 3 h und höchstens 15 h beträgt.
14. Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für die Pulverme
tallurgie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumlegie
rungs-Pulver unter Anwendung eines Gaszerstäubungs-Verfahrens, eines
Schmelzspinn-Verfahrens oder eines Drehteller-Verfahrens geformt wird.
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