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"Eisen-Sinterwerkstoff" Legierte Sinterstähle mit 1 bis 10% Kupfer
gehören zum Stande der Technik; der Kupferzusatz.erhöht dabei die Festigkeit und
wirkt bei Gehalten von etwa 2% dem Schwinden beim Sintern entgegen, während höhere
Kupfergehalte beim Sintern ein Wachsen ergeben Bekannt sind auch Sintermessinge
mit Kupfergehalten von etwa 70% und mehr, Rest Zink, die-zusätzlich noch Blei in
der Größenordnung von etwa 1,% enthalten können.Des weiteren gehört zum Stande der
Technik Sinterneusilber mit etwa 65% Kupfer und 17% Zink, Rest Nickel sowie Sinterbronzen
mit mindestens 70% Kupfer, etwa 5 bis 10% Zink und wahlweise mehreren Prozent Blei.
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Die vorerwähnten Sinterlegierungen haben sich für zahlreiche Verwendungszwecke
bewährt. So kommen die kupferhaltigen Sinterstähle vornehmlich wegen ihrer hohen
Festigkeit für Maschinenteile zur Verwendung, während sich die Sinterlegierungen
auf Kupferbasis vor allem als Gleitlager, Filter- und Reibwerkstoffe, Kugel- und
Rollenlager-Käfige bewährt haben.
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Bekannt sind auch infiltrierte Sinterwerkstoffe, die als
Durchdringungsverbundwerkstoffe
bezeichnet werden; bei ihnen ist der bei Sinterstählen üblicherweise vorhandene
Porenraum ausgefüllt mit Kupfer oder Kupferlegierungen. Die Füllung des Porenraumes
geschieht in der Weise, daß einmal die Kupferlegierung von außen durch sogenannte
Auflage- oder Tauchtränkung oder zum anderen durch Verwendung eines mit Kupfer übersättigten
Eisenmischkristalls, der bei Sintertemperatur unter Freigabe von Kupfer zerfällt
und dadurch ebenfalls eine Infiltration bewirkt, zugeführt wird.
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Die infiltri erten Durchdringungsverbundwerkstoffe haben ihr Anwendungsgebiet
dort, wo es auf Druckdichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit ankommt. Durch die
vollkommene Tränkung dieser Werkstoffe wird jede durchgehende Porosität vermieden.
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Die Erfindung basiert nun auf der überraschenden Feststellung, daß
zwischen den kupferhaltigen Sinterstählen und den Durchdringungsverbundwerkstoffen
einerseits sowie den Kupfer-Sinterlegierungen andererseits ein Zusammensetzungsbereich
und Dichtebereich existiert, der einen Eisen-Sinterwerkstoff mit hoher Festigkeit,
ausreichender Zähigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit sowie einem äußerst dekorativen
Aussehen ergibt. Im einzelnen besteht die Erfindung in einem Eisen-Sinterwerkstoff
mit einer Raumerfüllung von 70 bis 90% aus 60 bis 8% Eisen, 0 bis 5% Blei, Rest
farbgebendes und/oder glanzverleihendes NE-Metall.
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Als Legierungsrest kann der erfindungsgemäße Eisen-Sinterwerkstoff
nicht nur reines NE-Metall wie beispielsweise Kupfer, sondern auch NE-Metall-Legierungen
enthalten,
sofern diese Legierungen dem gesinterten Werkstoff ein
gefälliges Aussehen geben. In dieser Hinsicht besonders geeignet sind Messing einschließlich
der Sondermessinge und Bronzen, die dem Werkstoff' noch in einer Konzentration bis
herunter zu 15% die ihnen eigene Farbe verleihen. Diese Farbe kann je nach dem Kupfergehalt
von goldrot bis grünlich-gelb und goldgelb variieren und bildet einen idealen Untergrund
beim Vergolden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Sinterwerkstoffes besteht
darin, daß er gut lötbar ist und sich die Oberflächenporen in einfacher Weise durch
Polieren schliessen lassen.
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Der Zusatz an farbgebendem und/oder glanzverleihendem NE-Metall kann
zwischen 15 und 40% variieren und liegt aus wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise
zwischen 15 und 25%. Die Auswahl des NE-Metalls erfolgt im Hinblick auf die gewünschte
Farbe, wobei sich die Messinge gemäß DIN 17660/61 und 1709 außerordentlich gut bewährt
haben. Besonders eigenen sich Messinge mit folgender Zusammensetzung: Ms 80 mit
und ohne Blei-Zusatz, Ms 72 mit und ohne Blei-Zusatz, So Ms 76 mit und ohne Blei-Zusatz.
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Als Bronzenzusatz kommen Pulver mit der Zusammensetzung gemäß DIN
17 662/1705/1716 infrage, insbesondere Bronzen folgender Zusammensetzung: Sn Bz
mit und ohne Blei, Sn Bz mit und ohne Blei, Rg 5 mit und ohne Blei, Sn PB Bz 5.
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Die Sintertemperatur liegt etwa 20 bis 1000C oberhalb der Solidustemperatur
der NE-Metallkomponente und somit weit unterhalb der üblichen Sintertemperatur von
Eisensinterwerkstoffen. Dieser Temperaturbereich gewährleistet, daß sich eine flüssige
Phase des NE-Metalles bildet, die die einzelnen Eisenteilchen metallisiert und das
gewünschte Aussehen des Sinterteils ergibt. Gleichzeitig kommt eine erstaunliche
hohe Festigkeit des Sinterkörpers zustande.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Gemisch aus Eisenpulver
und dem Pulver des farbgebenden und/ oder glanzverleihenden NE-Metalls ebenso wie
mit dem NE-Metall bereits vormetallisiertes Eisenpulver verwendet werden.
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Die so erhaltenen Sinterkörper sind direkt verwendbar. Sie lassen
sich noch nach den üblichen Verfahren des kalt- oder warmnachverdichtens bearbeiten.
Des weiteren läßt sich der erfindungsgemäße Eisen-Sinterwerkstoff nach dem Sintern
auch umformen, beispielsweise pressen und prägen. Insbesondere eignet sich der Werkstoff
zum Umformen durch Walzen oder Extrodieren. Die Erfindung wird nachfolgend anhand
einiger Ausführungsbeispiele des näheren erläutert: Beispiel 1 Ein Pulvergemisch
aus 75 Eisen und 2% Messing mit 1,5 Blei wurde in einem Werkzeug bei einem Preßdruck
von cm2 zu Formkörpern gepreßt. Anschließend wurden die
Preßlinge
30 min. bei 970 0C unter Schutzgas gesintert.
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Nach dem Sintern besaßen die Formteile trotz des hohen Eisengehaltes
eine homogene gelbliche Messingfarbe.
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Durch ein Polieren wurde eine Farbe gereicht, die der Oberfläche einen
polierten, regulinischen Messings entspricht. Die Sinterteile besaßen bei einer
Dichte von 7,05 g/cm3 eine Festigkeit von 23,1 kp/mm2 und eine Dehnung von 8,3%.
Aufgrund seines farbigen und glänzenden Aussehens eignet sich dieser erfindungsgemäße
Eisen-Sinterwerkstoff zum Herstellen von Teilen, die wie Schmuckstücke ein dekoratives
Aussehen besitzen müssen.
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Beispiel 2 Ein Pulvergemisch aus 75% Eisen und 25% Messing (78,5%
Cu, 20% Zn, 1,5% Pb) wurde mit einem Preßdruck von 6 Mp/cm2 zu Prüfstäben gemäß
Stahl-Eisen(Prüfblatt 88-69 gepreßt.
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Anschließend wurden die Stäbe 30 min. bei 970 0C unter Schutzgas gesintert.
Die Festigkeit betrug bei einer Dichte von 7,1 g/cm3 im Durchschnitt 24 kp/mm2;
die Dehnung betrug 8%. Anschließend wurden die Stäbe kalt nachverdichtet. Dabei
wurde eine Dichte von 7,55 g/cm3 erreicht und die Festigkeit bei einer Bruchdehnung
von 4% auf 32,7 kp/mm2 erhöht. Nach einem weiteren Sintern bei 700°C wurde bei gleicher
Dichte eine Festigkeit von 28,4 kp/mm² und eine Bruchdehnung von 8,8% erreicht.
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Beispiel 3 Ein Pulvergemisch aus 75% Eisen und 25% Messing mit 3%
Pb wurde zu Prüfstäben gemäß Stahl-Eisen-Prüfblatt 88-69 mit 6 Mp/cm² verpreßt.
Anschließend wurden die Stäbe 30 min.
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bei 97O0C unter Schutzgas gesintert. Die Stäbe wurden dann durch Walzen
in Stufen mit jeweils 10% bis 50% kalt umgeformt. Die nach den einzelnen Umformungsgraden
erzielten Ergebnisse sind in Tafel I zusammengefaßt. Dabei bezieht sich der Umformungsgrad
auf die prozentuale Höhenabnahme. Zum Vergleich sind die Eigenschaften der einzelnen
Komponenten des verwendeten Pulvergemisches, nämlich Sintereisen und Sintermessing
mit aufgeführt. Die Sintertemperatur des Messings wurde dabei abweichend zu 8400C
gewählt. Alle übrigen Verfahrensparameter blieben konstant. Während die beiden Einzelkomponenten
nur maximale Festigkeiten um 30 kp/mm2 erreichen, besitzt die erfindungsgemäße Legierung
eine Festigkeit von über 50 kp/mm2. Überraschend ist weiterhin, daß die erfindungsgemäße
Legierung einen Qualitätskoeffizienten von 0,8 aufweist, während die Einzelkomponenten
bei 0,6 liegen.
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Tafel I : 75% Fe, 25% Ms (Pb) Fe Ms 80 Pb Umformungs- Dichte Zug-
Dehnung Dichte Zug- Dehnung Dichte Zug- Dehnung festigkeit festigkeit festigkeit
grad (g/cm³) (kp/mm²) (%) (g/cm³) (kp/mm²) (%) (g/cm³) (kp/mm²) (%) 0 7,06 23,1
8,3 6,75 14,6 5,2 7,60 11,9 13,6 10 % 7,28 31,6 4,0 7,00 22,0 2,8 7,93 17,8 3,2
20 % 7,46 36,3 2,8 7,18 23,1 1,8 8,12 19,5 2,2 30 % 7,70 43,4 2,4 7,37 29,9 1,8
8,30 27,9 2,2 40 % 7,83 49,7 2,0 7,52 31,1 1,6 8,41 32,9 2,2 50 % 7,96 52,5 1,5
7,68 34,7 1,6 8,45 28,2 2,0