DE2206416C3

DE2206416C3 - Sinterlegierungen

Info

Publication number: DE2206416C3
Application number: DE19722206416
Authority: DE
Inventors: Itaru Nagoya; Hashimoto Kametaro; Ushitani Kenzi; Serino Yoichi; Toyota Aichi; Mitani Seishu Kyoto; Imanishi Kunizo Nagoya; Niimi (Japan)
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1971-06-28
Filing date: 1972-02-11
Publication date: 1976-01-29

Description

3 4

fähigkeit einer Legierung erhöht. Bei weniger als

0,2% Zusatz ergibt sich jedoch eine nur ungenügende Beispiel 1

Festigkeit und Verschleißfestigkeit, während eine

Beimischung von mehr als 1,0% Kohlenstoff zu einer

Ausscheidung von Zementit führt, der die Legierung 5 Das Sinterskelett wird aus Eisenpulver mit einer

versprcdet und es schwierig macht, die Legierung Korngröße von weniger als 0,149 nun und Pulver

maschinell zu bearbeiten. Daraus ergibt sich der einer Eisen-Chrom-Legierung mit einer Korngröße

Beimischungsbereich von Kohlenstoff zwischen 0,2 von ebenfalls weniger als 0,149 mm, sowie Graphit-

und 1,0%. Pulver hergestellt. Die Bestandteile werden derart

Chrom bildet mit dem Eisen eine feste Lösung und io gemischt, daß man eine Mischung von 94,4% Eisen,

erhöht die Zähigkeit, indem es Mischkarbide, wie 5% Chrom und 0,6% Kohlenstoff (jeweils Gewichts-

(F₃C)i₈Cr₄C, (Fe₃OjCr₄C und Fe₃C · Cr₁C, bildet. prozent) erhält. Die Mischung wird unter einem

Diese Karbide koexistieren mit Fe₃C und erhöhen Formdruck von 5 t/cm² bis auf eine Dichte von

die Härte und die Verschleißfestigkeit der Stähle. 6,7 g/cm³ geformt; das Formteil wird I¹/. Stunden

Außerdem erhöht Chrom bei hohen Temperaturen 15 bei einer Temperatur von 1300°C in reduzierender

die Warmfestigkeit und Beständigkeit der Legierung. Gasatmosphäre gesintert

Bei weniger als 0,2% zeigt sich jedoch ve η dieser Dieses Sinterskelett wird in ebenfalls reduzierender

Wirkung relativ wenig, während bei einem Zusatz Gasatmosphäre bei einer Temperatur von 1050°C

von mehr als 15% keine weitere Steigerung dieser mit einer Legierung getränkt, die 70% Kupfer und

Wirkung mehr eintritt und die Legierungen schwer 20 30% Blei enthäh.
bearbeitbar werden. Daher liegt der Gehalt zwischen

0,2 und 15%. Beispiel 2

Im folgenden werden die Tränklegierungen beschrieben. Das Sinterskelett, das im Zusammenhang mit

Antimon bildet auf der Oberfläche haftende Oxid- 25 Beispiel I beschrieben worden ist, wird bei einer filme, die eine Schmierwirkung ausüben. Außerdem Temperatur von 1130°C 1 Stunde lang in reduzierenverbessert es die Bearbeitbarkeit. Diese Wirkung der Gasatmosphäre mit einer Legierung getränkt, die erfordert mindestens 1% Zusatz, während bei mehr 95% Kupfer und 5% Chrom enthält,
als 25%, Zusatz die Festigkeit der Legierung abfällt. 30

Weiterhin kann zur Tränkung eine Legierung ver- Beispiel 3
wendet werden, die 70% Kupfer und 3θ"% Blei enthält (Keimet). Bei dieser Legierung geht ein Teil Das Sinterskelett, das im Zusammenhang mit des Kupfers in Lösung in dem Skelettkörper und Beispiel 1 beschrieben worden ist, wird bei einer erhöht so dessen Festigkeit. Das Kupfer erhöht ferner 35 Temperatur von 1050°C 1 Stunde lang in reduzierendie Wärmeleitfähigkeit, der Tränklegierung und bildet der Gasatmosphäre mit einer Legierung getränkt, die zusammen mit Blei einen die Schmierwirkung er- 60% Kupfer, 30% Blei und 10% Zinn enthält,
höhenden Oxidfilm. Außerdem erhöht Kupfer die
Benetzbarkeit des Eisens durch Blei und damit die

Schmierwirkung, die ihrerseits die Verschleißfestigkeit 40 - B e i s ρ i e 1 4
erhöht. Bei weniger als 5% Zusatz dieser Tränklegierung ist diese Wirkung jedoch nur gering, wäh- Das Sinterskelett wird aus Eisenpulver mit einer rend bei einer Beifügung von mehr als 30% die Festig- Korngröße von weniger als 0,149 mm, einem Pulver keit des Sinterskeletts abfällt. Daher liegt der Bereich einer Eisen-Chrom-Legierung mit einer Korngröße zwischen 5 und 30%. 45 von weniger als 0,149 mm, sowie Graphitpulver her-

Eine andere Tränklegierung enthält 60% Kupfer, gestellt. Diese Bestandteile werden derart gemischt,

30% Blei und 10% Zinn. Das Zinn; schmilzt teilweise daß die Mischung 93,2% Eisen, 6% Chrom und 0,8%

in Form einer festen Lösung in das Kupfer ein und Kohlenstoff (in Gewichtsprozenten) enthält. Die

erhöht damit die Festigkeit und die Verschleißfestig- Mischung wird unter einem Formdruck von 6 t/cm²

keit des Kupfers. Zinn hat aber auch die Wirkung, daß 50 bis auf eine Dichte von 7,1 g/cm³ gepreßt und danach

es das Blei im Kupfer fein und gleichmäßig verteilt bei 1300°C IV2 Stunden lang in reduzierender Atmo-

und daher die Verschleißfestigkeit der Legierung sphäre gesintert,

erhöht. Das Sinterskelett wird bei HOO⁰C I¹I₂ Stunden lang

Eine dritte Tränklegierung besteht aus 95% Kupfer in reduzierender Gasatmosphäre mit Antimon ge-

und 5% Chrom. Ein Teil des Chroms schmilzt in das 55 tränkt.

Kupfer in Form einer festen Lösung ein und erhöht Die folgende Tabelle zeigt die Versuchsergebnisse,

se die Festigkeit des Kupfers, während der restliche die mit den Beispielen 1 bis 4 gewonnen wurden. Die

Teil während der praktischen Benutzung bei hohen Abriebmenge ist in der Tabelle in mm angegeben, die

Temperaturen auf der Oberfläche einen Oxidfilm in Richtung der Höhe eines Probestückes abgetragen

bildet und damit der Legierung einen verminderten 60 wurde, nachdem das Probestück 100 Stunden lang

Reibungskoeffizienten gibt, der seinerseits zur Er- einem Abriebversuch ausgesetzt wurde, bei dem ein

höhung der Verschleißfestigkeit beiträgt. Diese Wir- unter einem Winkel angeordnetes Probestück unter

kung macht sich besonders dann bemerkbar, wenn einem Oberflächendruck von 30 kg/cm² mit Hilfe

diese Tränklegierung mit einem Anteil von 10 bis eines Anschlags aus wärmebeständigem Stahl

30% verwendet wird. 65 2500 Stoßen pro Minute ausgesetzt war, während es

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf einem Träger aus Gußeisen lOmal pro Minute

auf verschiedene Ausführungsbeispiele beschrie- gedreht wurde. Die Temperatur betrug dabei zwischen

ben. 500 und 550° C.

	Beispiele der	22 06	416	¹ 6	Abrieb
5	erfi ndungsgernäßcn			Här:e	(mm)
	Sinterlegierungen	Zusammensetzung	Zugfestigkeit	(Hv. 0.2)
	Beispiel 1	(Gewichtsprozent)	(kg/mm²)

				0,32
Beispiel 2			315 bis 342
	(Fe-SCr-O₅OC)	70
	getränkt mit			0,44
Beispiel 3	14 (70 Cu-30 Pb)		327 bis 366
	(Fe-5Cr-0,6 C)	72
	getränkt mit			0,32
Beispiel 4	14 (95 Cu-5 Cr)		310 bis 353
	(Fe-SCr-O.OC)	67
	getränkt mit			0,38
Vergleichspioben	14 (60 Cu-30 Pb-IO Sn)		276 bis 329
Spezialgußeisen	(Fe-6Cr-0,8 C)	62
	getränkt mit
	9Sb			7,42
wärmebeständiger			250 bis 300
Stahl	(Fe-3,5C-2,5 Si-I Mn-	40
0,6 P-0,5 Cr-0,5 Mo-			6,88
0,1V)		290 bis 310
(Fe-0,4 C-2 Si-15 Cr-	90
15 Ni-2 W-0,5 Mn)

Claims

einem starken Abrieb, der zu einer Verminderung der Leistung des Verbrennungsmotors und zu anormalen Patentansprüche: Betriebsbedingungen führt. Durch die DT-AS 12 91 909 sind Sinterlegierungen 5 der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei

1. Sinterlegierung, bestehend aus einem Sinter- denen zur Herstellung von Stromabnehmern ein selbstskelett aus Stahl, dadurch gekennzeich- schmierender bleigetränkter Sinterkörper verwendet net, daß das Sinterskelett aus einer Legierung wird, der 0,5 bis 5% Kupfer und/oder 0 bis 5% mit 0,2 bis 15% Chrom, 0,2 bis 1% Kohlenstoff, Molybdän, Nickel oder Chrom und/oder 0 bis 0,2% Rest Eisen besteht und mit 1 bis 25% Antimon io Kohlenstoff enthalten kann. Die Tränkung erfolgt getränkt ist. mit 10 bis 30% Blei. Die Auswahl von Kupfer als

2. Sinterlegierung, bestehend aus einem Sinter- Bestandteil des Sinterskeletts und von Blei als Tränskelett aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß das kungsmaterial erfolgt hierbei zumindest vorwiegend Sinterskelett aus einer Legierung mit 0,2 bis 15% im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit und nicht Chrom, 0,2 bis 1% Kohlenstoff, Rest Eisen be- 15 im Hinblick darauf, die Abriebfestigkeit eines an steht und mit 5 bis 30% einer aus 70% Kupfer sich schon sehr harten Körpers bei hohen Tempe- und 30% Blei bestehenden Legierung getränkt ist. raturen durch Herbeiführung einer Schmierwiikung

3. Sinterlegierung, bestehend aus einem Sinter- zu mindern.

skelett aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Es sind ferner Sinterstahlkörper bekannt (Kieffer/

Sinterskelett aus einer Legierung mit 0,2 bis 15% 20 Hotop, Sintereisen und Sinterstahl, S. 427, 517/518), Chrom, 0,2 bis 1% Kohlenstoff, Rest Eisen be- bei denen als Tränkmaterial Kupfer und Kupfersteht und mit 10 bis 30% einer aus 95% Kupfer legierungen mit Zusätzen, wie z. B. Eisen in fester und 5% Chrom bestehenden Legierung getränkt Lösung, Zinn, Silicium, Chrom und Phosphor verist. wendet werden, um eine saubere maßgenaue Obei-

4. Sinterlegierung, bestehend aus einem Sinter- 25 fläche zu erhalten und um die elektrische bzw. die skelett aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen.

Sinterskeleit aus einer Legierung mit 0,2 bis 15% Ferner sind legierte Sinterstähle bekannt (Eisen-

Chrom, 0,2 bis 1% Kohlenstoff, Rest Eisen be- kolb, Fortschritte der Pulvermetallurgie, S. 116, steht und mit 5 bis 30% einer aus 60% Kupfer, 132ff.), die auf pulvermetallurgischem Wege aus 30% Blei und 10% Zinn bestehenden Legierung 30 Mischungen gewonnen werden, die unter anderem getränkt ist. Chrom und Kohlenstoff enthalten. Es sind ferner

5. Verwendung einer Sinterlegierung nach einem Tränklegierungen auf Eisengrundlage bekanntgeder Ansprüche 1 bis 4 als Werkstoff zur Her- worden (Ei sen kolb, a.a.O., S. 132, unten), die stellung von Ventilsitzringen. zum Ziel haben, die Tränkung derart durchzuführen,

35 daß man möglichst gleichmäßige Dichte und hohe Festigkeit auch bei komplizierten Teilen mit ungleichmäßigem Querschnitt erreicht.

Die Erfindung sieht im Gegensatz dazu die in den

Patentansprüchen I bis 4 angegebenen Sinterlegie-

40 rungen vor. Sie weisen auch bei hohen Temperaturen

eine hohe Verschleißfestigkeit gegen Abrieb auf und

eignen sich demgemäß zur Herstellung von Ventilsitzringen in Verbrennungsmotoren, die mit bleifreiem Benzin oder flüssigem Propangas betrieben 45 werden sollen. Diese Motoren bleiben trotz des Fehlens derartiger Zusätze zum Treibstoff im Betrieb normal, d. h. es tritt keine Verschlechterung des Betriebsverhaltens durch Abrieb, d. h. Veränderungen der Abmessungen der Ventilsitzringe und damit 50 der Abdichtung der Ventile auf. Die erfindungsge-

Die Erfindung betrifft Sinterlegierungen mit einem mäßen Sinterlegierungen sind jedoch auch für andere Sinterskelett aus Stahl. Zwecke, nämlich zur Herstellung von Lagern in VorAufgabe der Erfindung ist es, Sinterlegierungen zu richtungen zum Warmwalzen von Stahl und für schaffen, die sich zur Herstellung von Bauteilen andere Teile geeignet, die beim Betrieb hohen Tempecignen, die bei hohen Temperaturen einer starken 55 raturen und gleichzeitig hohen mechanischen Be-Abriebbelastung ausgesetzt sind, so insbesondere lastungen ausgesetzt sind.

von Ventilsitzringen von Verbrennungsmotoren. Man Die Tränkung des Sinterskeletts bewirkt, daß die

verwendet zu diesem Zweck seither entweder be- so behandelte Sinterlegierung Schiniereigenschaften sondere Gußeisensorten oder wärmebeständigen Stahl. aufweist. Daraus sowie aus der Festigkeit des Sinter-Diese Materialien sind jedoch nur dann für den ge- 60 skeletts ergibt sich, daß der Abrieb bei hohen Tempenannten Zweck geeignet, wenn Benzin verbrannt wird, raturen sowie der Freiflächenverschleiß außerordentdas Bleizusätze enthält, die bei der Verbrennung lieh gering ist.

Bleioxid bilden, das sich an der Oberfläche der Ventil- Im folgenden werden die Wirkungen der einzelnen

sitzringe ablagert und die notwendige Schmierwirkung als Zusätze verwendeten Elemente und Legierungen, herbeiführt. Bei Verwendung von bleifreiem Benzin 65 sowie die Gründe für die Bemessung der Beimischungsoder verflüssigtem Propangas ohne Bleizusätze jedoch mengen dargelegt.

entfällt diese Schmierwirkung. Die seither zu diesem Kohlenstoff bildet zusammen mit Eisen Perlit.

Zweck verwandten Materialien unterliegen dann Dadurch wird die Festigkeit und die Verschleiß-