DE2251909C2 - Sintered bodies and manufacturing processes therefor - Google Patents

Sintered bodies and manufacturing processes therefor

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Description

5555

Die Erfindung betrifft einen Sinterkörper aus einem im wesentlichen aus Eisen bestehenden Sinterskelett, das mit Kupfer oder einer Kupferlegierung getränkt und oberflächengehärtet ist.The invention relates to a sintered body made of a sintered skeleton consisting essentially of iron, which is impregnated with copper or a copper alloy and surface-hardened.

Nach pulvermetallurgischen Verfahren hergestellte Sinterkörper dieser allgemeinen Art aus einem mit Kupfer getränkten Sinterskelett auf Eisenbasis, wobei unter bestimmten Bedingungen auch eine Oberflächenhärtung vorgesehen sein kann, sind bekannt, vgl. den Übersichtsartikel P. R. Marshal »The Production of Powder Metallurgy Parts« auf den Seiten 53 bis 67 inSintered bodies produced by powder metallurgical processes of this general type from a with Copper-soaked iron-based sintered skeleton, with surface hardening under certain conditions can be provided are known, see the review article P. R. Marshal, "The Production of Powder Metallurgy Parts «on pages 53 to 67 in

»Metallurgical Reviews«, Juni 1968."Metallurgical Reviews," June 1968.

Der Erfindung liegt die Aufgabe die Schaffung eines derartigen Sinterkörpers zugrunde, der, bei Aufrechterhaltung der allgemein vorteilhaften Eigenschaften derartiger Sinterkörper und bei einfacher Herstellbarkeit nach an sich üblichen pulvermetallurgischen Verfahren, eine hohe Zugfestigkeit aufweist und ohne besondere Vorkehrungen una verfahrenstechnische Komplikationen einer abschließenden Oberflächenhärtung nach herkömmlichen Verfahren der Einsatzhärtung zugänglich ist.The invention is based on the object of creating such a sintered body which, if maintained the generally advantageous properties of such sintered bodies and easy to manufacture according to conventional powder metallurgical processes, has a high tensile strength and no special Precautions and procedural complications after a final surface hardening conventional method of case hardening is accessible.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Sinterkörper der eingangs genannten allgemeinen Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Sinterskelett aus 1,5 bis 2,0 Gew.-% Nickel, 0,3 bis 0,7 Gew.-% Molybdän, 1 bis 2 Gew.-o/o Kupfer, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, insgesamt nicht mehr als 2 Gew.-% Mangan, Silicium, Schwefel und Phosphor und Eisen mit herstellungsbedingten Beimengungen als Rest besteht.Based on a sintered body of the general type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention solved in that the sintered skeleton of 1.5 to 2.0 wt .-% nickel, 0.3 to 0.7 wt .-% molybdenum, 1 to 2% by weight of copper, 0.1 to 0.3% by weight of carbon, a total of not more than 2 wt .-% manganese, silicon, sulfur and phosphorus and iron with production-related There are admixtures as the remainder.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß das Sinterskelett mit 8 bis 25 Gew.-% Kupfer bzw. Kupferlegierung, bezogen auf das Sinterskelett, getränkt ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Sinterskelett 1,75 Gew-% Nickel, 0,5 Gew.-% Mo'ybdän, 1,5 Gew.-% Kupfer und 0,25 Gew.-% Kohlenstoff aufweist und mit 14 Gew.-% Kupfer oder Kupferlegierung imprägniert ist.It can preferably be provided that the sintered skeleton is made with 8 to 25% by weight of copper or copper alloy, based on the sintered skeleton, is soaked. According to a particularly advantageous embodiment, it is provided that the sintered skeleton 1.75% by weight nickel, 0.5% by weight Mo'ybdenum, 1.5% by weight copper and 0.25 Has wt .-% carbon and is impregnated with 14 wt .-% copper or copper alloy.

Erfindungsgemäße Sinterkörper weisen, bei guten Allgemeineigenschaften, wie sie mit nach pulvermetallurgischen Verfahren hergestellten Sinterkörpern angestrebt werden und erzielbar sind, besonders gute Zugfestigkeitseigenschaften auf, bei gleichzeitiger Eignung zur Oberflächenhärtung nach üblichen Verfahren der Einsatzhärtung.Sintered bodies according to the invention have good general properties, as they do after powder metallurgy Process produced sintered bodies are aimed for and are achievable, particularly good tensile strength properties on, with simultaneous suitability for surface hardening according to conventional methods of the Case hardening.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sinterkörpers kann, ausgehend von den allgemeinen Grundsätzen der Pulvermetallurgie, in der Weise vorgegangen werden, daß das Sinterskelett aus einem 1,5 bis 2,0 Gew.-°/o Nickel, 0,3 bis 0,7 Gew.-% Molybdän, 1 bis 2 Gew.-% kupfer, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, insgesamt nicht mehr als 2 Gew.-% Mangan, Silicium, Schwefel und Phosphor, sowie Eisen mit herstellungsbedingten Beimengungen als Rest enthaltenden Pulvergemisch hergestellt, das Sinterskelett mit, bezogen auf das Sinterskelett, 8 bis 25 Gew.-% Kupfer bzw. Kupferlegierung getränkt und das getränkte Sinterskelett sodann oberflächengehärtet wird. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß ein Pulvergemisch mit einer Teilchengröße kleiner als 127 μΐη verwendet wird, daß das Pulvergemisch vor dem Sintern mit einem Druck von 463 bis 695 MN/m2 verpreßt, bei einer Temperatur im Bereich von 1090°C bis 1120° gesintert und durch Aufkohlen oder Nitrierhärtung oberflächengehärtet wird.To produce a sintered body according to the invention, proceeding from the general principles of powder metallurgy, the procedure is that the sintered skeleton consists of 1.5 to 2.0% by weight of nickel, 0.3 to 0.7% by weight. -% molybdenum, 1 to 2% by weight copper, 0.1 to 0.3% by weight carbon, a total of not more than 2% by weight manganese, silicon, sulfur and phosphorus, as well as iron with production-related additions as the remainder containing powder mixture produced, the sintered skeleton with, based on the sintered skeleton, impregnated with 8 to 25 wt .-% copper or copper alloy and the impregnated sintered skeleton is then surface-hardened. According to an expedient embodiment it can be provided that a powder mixture with a particle size smaller than 127 μΐη is used, that the powder mixture is pressed before sintering at a pressure of 463 to 695 MN / m 2 , at a temperature in the range from 1090 ° C to 1120 ° and is surface hardened by carburizing or nitriding.

Aus der DE-AS 12 91 909 ist ein selbst-schmierender, Kohlenstoff und Blei und gegebenenfalls Nickel enthaltender und mit Blei getränkter Sinterkörper bekannt. Die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Sinterkörper verwendeten Preßdrucke liegen in dem beispielsweise aus Kieffer-Hotop, »Sintereisen und Sinterstahl«, 1948, S. 122 bis 124 an sich bekannten Rahmen der für pulvermetallurgische Verfahren verwendeten Preßdrucke.DE-AS 12 91 909 is a self-lubricating, Sintered bodies impregnated with lead and containing carbon and lead and optionally nickel are known. The press pressures used for the production of the sintered bodies according to the invention are, for example from Kieffer-Hotop, "Sintereisen und Sinterstahl", 1948, pp. 122 to 124 known frames of the press pressures used for powder metallurgical processes.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Sintergegenständen beschrieben.The following is an embodiment of a method according to the invention for producing sintered articles described.

Es wird von einer Vorlegierung oder Teilvorlegierung in Form eines Pulvers mit Teilchengrößen kleiner alsIt is made from a master alloy or partial master alloy in the form of a powder with particle sizes smaller than

127 μπι und der folgenden Zusammensetzung ausgegangen: 127 μπι and assumed the following composition:

NiNi

MoMon

CuCu

Mn, Si, S, PMn, Si, S, P

FeFe

1,5-2,0%
0,3-0,7%
1,0-2,0%
insgesamt nicht
mehr als 2%
Rest1.5-2.0%
0.3-0.7%
1.0-2.0%
overall not
more than 2%
rest

(sämtliche Prozentangaben in der vorliegenden Beschreibung sind Gewichtsprozente).(All percentages in the present description are percentages by weight).

Dieses Vorlegierungs- oder Teilvorlegierungs-Pulver wird mit 0,1 bis 0,3% (bezogen auf das Gewicht des Vorlegierungspulvers) Kohlenstoff in Form von Graphit, und vorzugsweise mit einem kleinen Anteil, beispielsweise vcn 1%, eines geeigneten Gleitmittels, wie beispielsweise Zinkstearat, gemischt. Hie Bestandteile werden in einer geeigneten Mischvorrichtung gründlich durchmischt.This master alloy or partial master alloy powder 0.1 to 0.3% (based on the weight of the master alloy powder) carbon in the form of graphite, and preferably with a small amount, for example 1%, of a suitable lubricant such as for example zinc stearate. Here are the ingredients are mixed thoroughly in a suitable mixer.

Dieses Gemisch wird dann in einer geeigneten pulvermetallurgischen Prese mit einem Druck von 463 bis 695 MN/m2 verpreßt und in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise einer reduzierenden Atmosphäre aus getrocknetem, gekracktem Ammoniak oder einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre eines endothermischen Gases, 20 bis 30 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 10900C bis 1120°C gesintert. Das Gleitmittel verflüchtigt sich während des Sinterprozesses.This mixture is then pressed in a suitable powder metallurgical press at a pressure of 463 to 695 MN / m 2 and in a protective gas atmosphere, for example a reducing atmosphere of dried, cracked ammonia or a carbon-containing atmosphere of an endothermic gas, for 20 to 30 minutes at one temperature sintered in the range of 1090 0 C to 1120 ° C. The lubricant evaporates during the sintering process.

Dieses Sintererzeugnis bzw. -skelett wird sodann mit Kupfer oder einer Kupferlegierung in einer Menge von 8 bis 25% (bezogen auf das Gewicht des Körpers) infiltriert; hierzu kann der Körper beispielsweise in eine geeignete Form, deren Wände über den Körper hinausragen, eingelegt und Kupfer- oder Kupferlegierungspulver zwischen den Formwandungen über den Sinterkörper geschichtet werden. Sodann wird der Körper in einem Ofen auf eine beträchtlich über den Schmelzpunkt des Kupfers bzw. der Kupferlegierung liegende Temperatur erhitzt, derart, daß das gesamte geschmolzene Kupfer bzw. die geschmolzene Kupferlegierung in die Poren des Sinterkörpers eindringt; die Dauer der Erhitzung ist so gewählt, daß das Kupfer bzw. die Kupferlegierung den Körper gleichmäßig und einheitlich durchdringen kann.This sintered product or skeleton is then with copper or a copper alloy in an amount of 8 to 25% (based on the weight of the body) infiltrated; for this purpose, the body can, for example, in a suitable shape, the walls of which protrude beyond the body, inlaid and copper or copper alloy powder be layered between the mold walls over the sintered body. Then the body becomes in a furnace to a temperature well above the melting point of the copper or copper alloy Temperature heated so that all of the molten copper or the molten copper alloy in penetrates the pores of the sintered body; the duration of the heating is chosen so that the copper or the copper alloy can penetrate the body evenly and uniformly.

Geeignete Kupferlegierungen sind Kupfer mit 3% Kobalt oder Kupfer mit 5% Eisen und 5% Mangan.Suitable copper alloys are copper with 3% cobalt or copper with 5% iron and 5% manganese.

Nach der Infiltration wird der Körper sodann einer Oberflächen- bzw. Einsatzhärtung, beispielsweise einerAfter the infiltration, the body then undergoes a surface or case hardening, for example a

Karburier-, Nitrier- oder irgendeiner anderweitigen bekannten Form der Kohlenstoff-Oberflächen- bzw. Einsatzhärtung unterworfen.Carburizing, nitriding or any other known form of carbon surface or case hardening subject.

Bei einem speziellen Beispiel enthielt das Vorlegierungspulver 1,75% Nickel, 0,5% Molybdän, 1,5% Kupfer und wurde mit 0,25% Graphit und 1 % Zinkstereat gemischt Nach der Sinterung in der oben angegebenen Weise wurde das Skelett mit 14% Kupfer imprägniert.In a specific example, the master alloy powder contained 1.75% nickel, 0.5% molybdenum, 1.5% copper and was mixed with 0.25% graphite and 1% zinc stereate after sintering in the above The skeleton was impregnated with 14% copper.

Die Zugfestigkeit des Erzeugnisses ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle:The tensile strength of the product results from the following table:

ZusatzbedingungAdditional condition

Zugfestigkeittensile strenght

gesintert
gesintert und
einsatzgehärtet
gesintert, imprägniert und
einsatzgehärtetsintered
sintered and
case hardened
sintered, impregnated and
case hardened

417 MN/m2 710 MN/m2 417 MN / m 2 710 MN / m 2

1004 MN/m2 1004 MN / m 2

Wie ersichtlich, weist das Sintererzeugnis, nachdem es in der beschriebenen Weise mit Kupfer infiltriert bzw. imprägniert wurde, und nachfolgender Oberflächen- bzw. Einsatzhärtung, eine wesentlich höhere Zugfestigkeit auf als bei Oberflächen- bzw. Einsatzhärtung ohne Infiltration (Imprägnierung).As can be seen, after the sintered product has been infiltrated with copper in the manner described or impregnated, and subsequent surface or case hardening, a significantly higher tensile strength than with surface or case hardening without infiltration (impregnation).

Dies steht im Gegensatz zur Erwartung; beispielsweise erhält man für eine Legierung der Zusammensetzung 10 bis 20% Kupfer; 0,1 bis 0,3% Kohlenstoff; Mangan, Silicium zusammen weniger als 2%, Rest Eisen, die folgenden Werte:This is contrary to expectation; for example, the composition is obtained for an alloy 10 to 20% copper; 0.1 to 0.3% carbon; Manganese, silicon together less than 2%, balance iron, the following Values:

ZustandbedingungState condition

Zugfestigkeittensile strenght

gesintert 417 MN/m2 sintered 417 MN / m 2

gesintert und 633 MN/m2 sintered and 633 MN / m 2

einsatzgehärtetcase hardened

gesintert, imprägniert und 617 MN/m2 sintered, impregnated and 617 MN / m 2

einsatzgehärtetcase hardened

Anderweitige physikalische Eigenschaften von erfindungsgemäßen Erzeugnissen wurden wie folgt bestimmt: Other physical properties of products according to the invention were determined as follows:

Dichtedensity

Querbruchmodul
Schlagfestigkeit
(Charpy, kerblos)Transverse failure modulus
Impact resistance
(Charpy, notchless)

7,0 bis 8,0 g/cm3 1860 MN/m2 7.0 to 8.0 g / cm 3 1860 MN / m 2

37 Joule37 joules

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Sinterkörper aus einem im wesentlichen aus Eisen bestehenden Sinterskelett, das mit Kupfer oder einer Kupferlegierung getränkt und oberflächengehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterskelett aus 1,5 bis 2,0 Gew.-% Nickel, 0,3 bis 0,7 Gew.-% Molybdän, 1 bis 2 Gew.-% Kupfer, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, insgesamt nicht mehr als 2 Gew.-°/o Mangan, Silicium, Schwefel und Phosphor, und Eisen mit herstellungsbedingten Beimengungen als Rest besteht.1. Sintered body made of a sintered skeleton consisting essentially of iron, which is covered with copper or a copper alloy is impregnated and surface-hardened, characterized in that the sintered skeleton made of 1.5 to 2.0% by weight nickel, 0.3 to 0.7% by weight molybdenum, 1 to 2% by weight copper, 0.1 to 0.3% by weight carbon, in total not more than 2% by weight manganese, silicon, sulfur and Phosphorus, and iron with manufacturing-related additions as the remainder. 2. Sinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterskelett mit 8 bis 25 Gew.-% Kupfer- bzw. Kupferlegierung bezogen auf das Sinterskelett, getränkt ist.2. Sintered body according to claim 1, characterized in that the sintered skeleton with 8 to 25 wt .-% Copper or copper alloy based on the sintered skeleton, is impregnated. 3. Sinterkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterskelett 1,75 Gew.-% Nickel, 0,5 Gew.-% Molybdän, 1,5 Gew.-% Kupfer und 0,25 Gew.-% Kohlenstoff aufweist und mit 14 Gew.-% Kupfer oder Kupferlegierung imprägniert ist.3. Sintered body according to claim 1 or 2, characterized in that the sintered skeleton 1.75 wt .-% Nickel, 0.5% by weight molybdenum, 1.5% by weight copper and 0.25% by weight carbon and with 14 % By weight copper or copper alloy is impregnated. 4. Sinterkörper nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Aufkohlen oder durch Nitrierhärtung oberflächengehärtet ist.4. Sintered body according to one or more of the preceding claims, characterized in that that it is surface-hardened by carburizing or nitriding. 5. Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch Pressen eines Pulvergemischs und anschließendes Sintern ein im wesentlichen aus Eisen bestehendes Sinterskelett hergestellt, dieses mit Kupfer oder einer Kupferlegierung getränkt und der getränkte Sinterskelettkörper oberflächengehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterskelett aus einem 1,5 bis 2,0 Gew.-% Nikkei 0,3 bis 0.7 Gew.-% Molybdän, 1 bis 2 Gew.-% Kupfer, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, insgesamt nicht mehr als 2 Gew.-% Mangan, Silizium, Schwefel und Phosphor, sowie Eisen mit herstellungsbedingten Beimengungen als Rest enthaltendem Pulvergemisch hergestellt, das Sinterskelett mit, bezogen auf das Sinterskelett, 8 bis 25 Gew.-% Kupfer bzw. Kupferlegierungen getränkt und das getränkte Sinterskelett sodann oberflächengehärtet wird.5. A method for producing a sintered body according to one or more of the preceding claims, in which by pressing a powder mixture and subsequent sintering an essentially sintered skeleton made of iron, impregnated with copper or a copper alloy and the impregnated sintered skeletal body is surface-hardened, characterized in that the sintered skeleton made of 1.5 to 2.0% by weight Nikkei, 0.3 to 0.7% by weight molybdenum, 1 to 2% by weight Copper, 0.1 to 0.3% by weight carbon, no more than 2% by weight total manganese, silicon, sulfur and phosphorus, as well as iron with production-related additions as a powder mixture containing the remainder produced, the sintered skeleton with, based on the sintered skeleton, 8 to 25 wt .-% copper or copper alloys impregnated and the impregnated sintered skeleton is then surface-hardened. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulvergemisch mit einer Teilchengröße kleiner als 127 μπι verwendet wird, daß das Pulvergemisch vor dem Sintern mit einem Druck von 463 — 695 MN/m2 verpreßt, bei einer Temperatür im Bereich von 10900C bis 11200C gesintert und durch Aufkohlen oder Nitrierhärtung oberflächengehärtet wird.6. The method according to claim 5, characterized in that a powder mixture is used with a particle size smaller than 127 μπι that the powder mixture is pressed before sintering at a pressure of 463-695 MN / m 2 , at a temperature in the range of 1090 0 C to 1120 0 C and is surface-hardened by carburizing or nitriding.
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