DE2320525B2

DE2320525B2 - Verschleißfeste borreiche Sinterlegierung

Info

Publication number: DE2320525B2
Application number: DE19732320525
Authority: DE
Inventors: Naoki Matsumuro; Tuyosi Morisita
Original assignee: Toyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1972-04-22
Filing date: 1973-04-21
Publication date: 1975-01-16
Also published as: DE2320525A1; JPS491412A; JPS5148124B2

Description

zu dtnen auch die üblicherweise in den

vera enthaltenen Elementen gerechnet werden, betragt

vorzugsweise höchstens 3%.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile des ,₅ Erfindungsgegenstandes gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor.

In der Zeichnung zeigen

Fig 1 bis 4 in Mikrofilraaufnahmen in 115facher Vergrößerung Gefüge von erfindur.esseraßen Sinterlegierungen gemäß den Beispielen 1 bis 4

Die erfindungsgemäße Sinterlegierung besteht 1,0 bis 4,0% Kohlenstoff, 0,5 bis 2,0% Bor und mindestens

84% Eisen.

In einer Ausführungsform der Erfindung enthalt die Sinterlegierung bis zu 5% Nickel und/oder bis zu ''% Molybdän, einzeln oder in Kombination, wodurch ihre Hitzebeständigkeit und mechanische Festigkeit erhöht wird. Eine derart verbesserte Sinterlegierung ist auch schweren Bedingungen gewachsen, insbesondere auch bei hoher Drehzahl oder unter hoi«.r Belastung verwendbar.

Die Sinterlegierung gemäß der Erfindung kann ferner Verunreinigungen enthalten, die durch das Verfahren zum Erzeugen der Legierung bedingt sind. Ein zu hoher Gehalt an diesen Verunreinigungen würde jedoch die Eigenschaften der Sinterlegierung beeinträchtigen. Daher liegt der Gesamtgehalt an Verunreinigungen vorzugsweise unter 3%.

Die erfindungsgemäße Silberlegierung kann auf

Die Erfindung betrifft eine verschleißfeste borreiche Sinterlegierung, insbesondere eine derartige Legierung, die sich unter schweren Bedingungen befriedigend verhält und die als Werkstoff für Gleitstücke in Motoren u. dgl. verwendet werden kann.

Seit einigen Jahren werden Gleitstücke gefordert, die auch sehr schweren Bedingungen gewachsen sind, beispielsweise wenn der Motor andauernd mit hoher Drehzahl und unter hoher Belastung läuft und ihm nur wenig Schmiermittel zugeführt wird. Unter diesen Bedingungen verhalten sich die bekannten Gleitstücke nicht einwandfrei, weil an ihrer Oberfläche leicht ein Festfressen stattfindet, das zu einem sehr starken Verschleiß führt.

Es ist schon versucht worden, diese Nachteile zu beseitigen und eine hohe Verschleißfestigkeit zu erzielen, indem man Dispersionen von Metallkarbiden,

wie TiC und SiC, Metalloxiden, wie Al₂O₃ und SiO₂, 40 übliche Weise hergestellt werden, indem ein Pulver- und Metallnitriden verwendet. Auch die aus diesen gemisch mit der erforderlichen Zusammensetzung

gepreßt und der Preßling in einer nichtoxidierenden

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Dispersionen hergestellten Gleitstücke haben jedoch den Nachteil, daß sie Riefen in der Fläche bilden, auf der sie gleiten, weil die Dispersionen im allgemeinen sehr hart sind. Daher sind weitere Versuche gemacht worden, in denen beispielsweise Graphit, Kohlenstoff oder Sulfide in Pulverform verwendet wurden, so daß das Produkt selbstschmierend war. Ein derart verbesserter Werkstoff hat aber den Nachteil, daß bei einem hohen Beruhrungsdruck zwischen dem aus dem Werkstoff hergestellten Gleitstück und seinem Gegenstück, beispielsweise bei einem Betrieb mit hoher Drehzahl oder unter hoher Belastung, die Oberfläche des Gleitstückes leicht abzundert, so daß ein sehr starker Verschleiß auftritt.

Es ist ferner bekannt, daß eine Sinterlegierung bis zu 0,45% Bor enthalten kann, wodurch ihre Dichte und Zugfestigkeit erhöht wird. Es ist jedoch keine Sinterlegierung bekannt, die zur Erhöhung ihrer Verschleißfestigkeit mindestens 0,5% Bor enthalt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Schaffung einer neuen Sinterlegierung mit hoher Verschleißfestigkeit.

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Sinterlegierung, die als Werkstoff Rif ein Gleitstück geeignet ist, das im wesentlichen frei von den vorgenannten Nachteilen der bekannten Gleitstücke.

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B~l -

Atmosphäre, z. B. einem Inertgas oder einem reduzierend wirkenden Gas oder im Vakuum gesintert wird. In der Grundmasse der Sinterlegierung mit der vorgenannten Zusammensetzung bildet sich in großer Menge das ternäre Kristalleutektikum Fe — B—C, das unter einer Belastung von 200 ρ eine Vickershärte von 1100 bis 1300 hat, so daß ein daraus hergestelltes

Gleitstück keine Riefen in der Fläche bildet, auf der es gleitet.

Das aus der erfindungsgemäßen Sinterlegierung hergestellte Gleitstück braucht ferner nur schwach geschmiert zu werden, weil es nicht zum Festfressen neigt

und infolge der hohen Bindekraft zwischen den Metallteilchen in der Legierung die Oberfläche des Gleitstücks nicht leicht abzundert.

Die chemische Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Sinterlegierung ist auf folgende Uberlegun-

6ö gen zurückzuführen:

Der Kohlenstoffgehalt Hegt zwischen 1,0 und 4,0%, weil bei weniger als 1,0% Kohlenstoff die Sinterlegierung an ihrer Oberfläche bei starker Gleitbeanspruchung zum Festfressen neigt.. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das metallische Proeutektoid in großer Menge in der Grundmasse der Legierung bleibt. Bei einem Kohlenstoffgehalt über 4,0% wird die so erhaltene Sinterlegierung jedoch infolge der

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Ausscheidung einer relativ großen Menge Graphit to spröde, daß sie als Werkstoff für ein Gleitstück praktisch nicht mehr verwendet werden kann. Der Borgehalt der Sinterlegierung soll 0,5 bis 2,0% betragen, weil bei einem Borgehalt von unter 0,5% die Sinterlegierung zum Verschleißen und Festfressen neigen würde. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das teruBre Kristalleutektikum Fe-B-C in der Legienmg nicht in der erforderlichen Menge gebildet _wird. Bei einem Borgebalt über 2,0% ist dagegen die Sinterlegierung so brüchig, daß sie als Werkstoff für ein Gleitstück nicht geeignet ist.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der beigefügten Ausfübrungsbeispiele erläutert, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wurde eine verschleißfeste Sinterlegierung hergestellt, die aus 1,24% Kohlenstoff, 0,78% Bor, Rest im wesentlichen Eisen und Verunreinigungen, bestand.

Kohlenstoffpulver mit einer solchen Korngröße, daß es durch ein Sieb von 200 mesh geht, Ferroberpulver (bestehend aus 26,43% Bor, 1,33% S^:licium, 1,99% Aluminium, 1,42% Kupfer, 0,69% Mangan! Rest im wesentlichen Eisen) in einer solchen Korngröße, daß es durch ein Sieb von 150 mesh geht, und pulverförmiges reduziertes Eisen in einer solchen Korngröße, daß es durch ein Sieb von 180 mesh geht, wurden zu einem Gemisch mit der genannten Zusammensetzung vermengt. Das Gemisch wurde dann 30 Minuten lang in einem Zwillingstrommelmischer gemischt. Mit Hilfe einer Form, deren Innenwandung mit einem Schmiermittel überzogen war, wurde das Gemisch unter einem Druck von 3,5 Mp/cm² zu einem Preßling von 12 χ 12,7 χ 75 mm gepreßt. Der Preßling wurde 20 Minuten lang in einer exothermen Atmosphäre aus reduzierend wirkendem Gas bei lOOOC gesintert und dann luftgekühlt. Es wurde eine Sinterlegierung der genannten Zusammensetzung erhalten.

In Fig. 1 stellen die grauschwarzen Flächen Fe—Fe₃C und stellen die schwarzen Flächen Poren dar, während die weißen Flächen das ternäre Kristalleutektikum Fe—B—C darstellen. Die Sinterlegierung hatte insgesamt unter einer Belastung von 5 kp eine Vickershärte von 280 bis 300. Die aus dem ternären Knstalleuktektikum bestehenden Anteile hatten unter einer Belastung von 100 p eine Vickershärte von 900 bis 1100.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde eine verschleißfeste Sinterlegierung erzeugt, die aus 4,0% Kohlenstoff, 0.768% Bor, Rest im wesentlichen Eisen, bestand.

Naturgraphitpulver in einer solchen Korngröße, daß es durch ein Sieb von 325 mesh geht, und Ferroborpulver(bestehendaus 1,5% Silicium,0,5% Mangan, 0,8% Bor, einer sehr kleinen Menge Aluminium und Kupfer, Rest im wesentlichen Eisen) in einer solchen Korngröße, daß es durch ein Sieb von 150 mesh geht, wurden zu einem Gemisch mit der vorstehend angegebenen Zusammensetzung miteinander vermengt. Das Gemisch wurde 20 Minuten lang in einem Doppelkegelmischsi* gründlich gemischt. Mit Hilfe einer Form, deren Innenwandung mit Schmiermittel überzogen war, wurde das Gemisch unter einem Druck von 3 Mp/cm¹ zu einem Preß'ing von

12 χ 12,7 χ 75 nim gepaßt. Der Preßling wurde 30 Minuten lang in einer Wasserstoffgasatmosphäre bei einer Temperatur von 1250° C gesintert und dann in einem Ofen gekühlt. Man erhielt auf diese Weise eine Sinterlegierung mit der vorgenannten Zusammensetzung.

In Fig. 2 stellen die grauen Flächen Fe-C und stellt die übrige Fläche das ternäre Kristalleutektoid Fe—B—C dar. Die Sinterlegierung hatte insgesamt unter einer Belastung von 5 kp eine Vickershärte von 580 bis 620.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurde eine verschleißfeste Sinterlegierung erzeugt, die aus 2,8% Kohlenstoff, 1,04% Bor, Rest im wesentlichen Eisen und Verunreinigungen, bestand.

Naturgiaphitpulver mit einer solchen Korngröße, daß es durch ein Sieb von 325 mesh geht, Ferroborpulver (bestehend aus 26,43% Bor, 1,33% Silicium, 1,99% Aluminium, 1,42% Kupfer, 0,69% Mangan. Rest im wesentlichen Eisen) mit einer solchen Korngröße, daß es durch ein Sieb ve 150 mesh geht, und durch Zerstäuben erzeugtes Eisenpulver mit einer solchen Korngröße, daß es durch ein Sieb von 100 mesh geht, wurden zu einem Gemisch mit der genannten Zusammensetzung vermengt. Das Gemisch wurde dann 30 Minuten lang in einem Zwillingstrommelmischer gründlich gemischt. Mit Hilfe einer Form, deren Innenwandung mit Schmiermittel überzogen war, wurde das Gemisch unter einem Druck von 3,5 Mp/cm² zu einem Preßling von Yi χ 12,7 χ 75 mm gepreßt. Der Preßling wurde in einer Argongasatmosphäre 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 1250 C gesintert und dann im Ofen gekühlt. Man erhielt auf diese Weise eine Sinterlegierung mit der genannten Zusammensetzung.

In F i g. 3 stellen die grauen Flächen Fe—C und stellt die übrige Fläche das ternäre Kristalleutektikum Fe — B — C dar. Die Sinterlegierung hatte irsgesamt unter einer Belastung von 5 kp eine Vickershärte von 540 bis 600.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wurde eine verschleißfeste Sinterlegierung erzeugt, die aus 3,91% Kohlenstoff. 1,82% Bor. Rest im wesentlichen Eisen und Verunreinigungen, bestand.

Naturgraphitpulver mit einer solchen Korngröße, daß es durch ein Sieb von 325 mesh geht, Ferroborpulver (bestehend aus 26,43% Bor, 1,33% Silicium. 1.99% Aluminium, 1,42% Kupfer, 0,69% Mangan. Resi im wesentlichen Fisen) mit einer solchen Korngrölsc, daß es durch ein Sieb von 150 mesh geht, und Elektrolyteisenpulver mit einer solchen Korngröße, daß es durch ein Sieb von 80 mesh geht, wuiden zu einem Gemisch mit der vorgenannten Zusammensetzung vermengt. Das Gemisch wurde dann mit einem ZwiTlingstrommelmischer 1 Stunde lang gründlich gemischt. Mit Hilfe einer Form, deren Innenwand mit Schmiermittel überzogen war, wurde das Gemisch unter einem Druck von 4,5 Mp/cm² zu einem Preßling von 12 χ 12,7 χ 75 mm gepreßt. Der Preßling wUide 30 Minuten lang in einer Argonatmosphäre bei 1250° C gesintert und dan;» langsam abgekühlt. Man erhielt eine Sinterlegierung mit der genannten Zusammensetzung.

In F i g. 4 stellen die weißen Flächen das ternäre

Kristalleutektikum Fe-Β—C dar. Die Sinterlegierung hatte insgesamt unter einer Belastung von 5 kp eine Vickershärte von 620 bis 720.

Aus der nachstehenden Tabelle gehen die Ergebnisse einer Versuchsreihe hervor, in der die Sinterlegierungen gemäß den vorstehenden Beispielen und die bekannten Werkstoffe auf Verschleißfestigkeit geprüft wurden. Die Prüfung wurde mit einem Verschleißprüfgerät durchgeführt, das mit einer trockenen Scheibe verseher war.

In der Prüfung wurde zur Bestimmung der Verschleißfestigkeit jeder Legierung der Verschleiß eines Prüflings gemessen, der 10 Minuten lang unter einem Druck von 1,8 kg radial gegen den Umfang einei Scheibe gedrückt wurde, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 19,8 m/sec rotierte.

Tabelle I

Teil A Bekannte Legierungen

	Gußeisen mit Nadelgraphit	Legierungs7.usammensct7.ung	Sinterlegierung Λ	Sinterlegierung B
	3,0	Phosphorreiches Gußeisen	5,0	0,8
Kohlenstoff		3,0
Bor	Rest		Rest	Rest
Eisen	2,2Si	Rest	5,0Pb	16,0 Cu Dichte
Andere Elemente	0,7Mn	0,6 P	2,0Cu
	2,0Ni	2.0Si	2,0Ni	7,4 g/cm³
	0,8Mo	6,SMn	0,5Mo
	1,0Cu

Tiefe des Verschleißens von
Prüflingen, die 10 Minuten lang
gegen eine rotierende, verchromte	200—235		352 -463	550—60O¹)
Scheibe gedrückt wurden (μτη) ..		300—358
Tiefe des Verschleißens von
Prüflingen, die 10 Minuten lang
gegen eine rotierende Scheibe aus
hochfrequenzabgeschrecktem
Gußeisen mit Lamellengraphit	350-^400		über 600')	330—350')
gedrückt wurden {μία)	500—600¹I

') Neigt zum Festfressen.

Tabelle I

Teil B Erfindungsgemäße Legierungen

Legierungszusammcnsclzung

Beispiel 1

Bet spiel 2

Beispiel 3

Beispie] 4

Kohlenstoff Bor

Eisen

Andere Elemente Tiefe des Verschleißes von

Prüflingen, die 10 Minuten lang gegen eine rotierende, verchromte Scheibe gedrückt wurden (pan) ..

Tiefe des Verschleißes von Prüflingen, die 10 Minuten lang gegen eine rotierende Scheibe aus hochfrequenzabgescnrecktem Gußeisen mit Lamellengraphit gedruckt wurden (pin)

U4

0,78

Rest

Verunreinigungen

193—212

4,0

0,768

Rest

2,8

1,04

Rest

Verunreinigungen Verunreinigungen

110—123

115—128

3,91

1,82

Rest

Verunreinigungen

86—92

73— 92

58— 75

56— 63

50—55

Aus der Tabelle I erkennt man, daß die erfindungsgemäße Sinterlegierung eine höhere Verschleißfestigkeit hat als die bekannten Legierungen.

;s m it s-

Außer den vorstehenden Beispielen wurden nachstehende Sinterlegierungen erzeugt, welche dieselbe Zusammensetzung hatten wie jeweils eine der Legierungen gemäß den vorstehenden Beispielen, jedoch unter Zusatz von Nickel und/oder Molybdän, einzeln oder in Kombination.

Tabelle II Zusammensetzung von mit Ni und/oder Mo modifizierten Sinterlegierungen (%)

	C	B	Ni	Mo	Rest	Andere Elemente
(D	1,24	0,78	2.0		Fe	Verunreinigungen
(2)	1.24	0,78	1,5	0,5	Fe	Verunreinigungen
(3)	2,8	1,04	2,0	—	Fe	Verunreinigungen
(4)	2,8	1,04	1.5	0,5	Fe	Verunreinigungen
(5)	3.91	1,82	1.5	0,5	Fe	Verunreinigungen
(6)	3,91	1,82	—	0,5	Fe	Verunreinigungen

Die Gesamtmenge der Verunreinigungen und der zusätzlich in den erfindungsgemäß vorgesehenen Bestand teilen Kohlenstoff, Bor, Nickel, Molybdän und Eisen vorhandenen Legierungselemente soll vorzugsweise 3°/ nicht übersteigen, weil ein höherer Gehalt an Verunreinigungen und solchen zusätzlichen Legierungselementei die Verschleißfestigkeit der Legierung beeinträchtigen würde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

L Verschleißfeste borreiche Sinterlegierung, d adurcb gekennzeichnet,daßsieaus 1,0bis 4,0% Kohlenstoff, 0,5 bis 2,0% Bor und mindestens 84% Eisen neben herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht
2. Sinterlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 5% Nickel enthält
3. Sinterlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß sie bis zu 2% Molybdän enthält.
4. Sinterlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt an Ver- <s unreinigungen höchstens 3% beträgt.

Weiter besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Sinterlegierung, die sich bei hoher Verschleißfestigkeit durch erhöhte Hitzebeständigkeit und mechanische Festigkeit auszeichnet

Die Erfindung besteht in einer verschleißfesten borreichen Legierung, die aus 1,0 bis 4,0% Kohlenstoff, 05 bjs 20% Bor, mindestens 84% Eisen und gegebenenfalls bis zu 5% Nickel und/oder bis zu 2% Molybdän sowie den berstellungsbedingten Verunremigun-