DE2508798B2 - Pulver fuer die herstellung eines abriebbestaendigen gleitwerkstoffs und daraus hergestellter gleitwerkstoff - Google Patents

Pulver fuer die herstellung eines abriebbestaendigen gleitwerkstoffs und daraus hergestellter gleitwerkstoff

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DE2508798B2 DE19752508798 DE2508798A DE2508798B2 DE 2508798 B2 DE2508798 B2 DE 2508798B2 DE 19752508798 DE19752508798 DE 19752508798 DE 2508798 A DE2508798 A DE 2508798A DE 2508798 B2 DE2508798 B2 DE 2508798B2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pulver für die Herstellung eines abrie'obeständigen Gleitwerkstoffs auf Eisenbasis mit Graphit- und Phosphor-Zusatz.
Sinterprodukte aus Gemischen, die Teilchen aus Carbid, beispielsweise aus WC, TiC oder dergleichen als Basis und Co, Cu oder dergleichen als Bindemittel enthalten, sind bereits bekannt und als sehr abriebbeständig verwendet worden. Da jedoch die in diesen Sinterlegierungen enthaltenen Carbide sehr hart sind, führt die Verwendung dieser Werkstoffe manchmal zu einem sehr starken Abrieb der mit ihnen in Gleitberührung stehenden Werkstoffe. Aus F. Eisenkolb »Über pulvermetallurgisch hergestellte Cleit- und Reibwerkstoffe«, Referat, gehalten am 24.4.1957 in Dresden, sind Gleitwerkstoffe auf Eisenbasis mit Graphit- und Phosphor-Zusatz bekannt, wobei aus DL-PS 20 635 zu erkennen ist, daß bei Eisen-Phosphor-Gemischen Sintertemperaturen von 950 bis 11500C zu den üblichen Temperaturen gehören. Ferner wird in der DT-PS 9 75 195 beschrieben, die Herstellung dichter Sinterkörper werde durch den Zusatz geringer Bormengen günstig beeinflußt.
Bei den bekannten Gleitwerkstoffen besteht jedoch die Gefahr des Festfressens oder sie weisen nicht die erforderliche Abriebfestigkeit auf.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Gleitwerkstoff zu schaffen, der billig ist, zugleich eine gute Abriebfestigkeit besitzt, ohne zu spröde zu sein, und bei dem die Gefahr des Festfressens nicht auftritt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Pulver aus einem pulverförmigen Legierungsgemisch aus 70 bis 98% einer ternären eutektischen Legierung aus 0,2 bis 3% Bor, 1 bis 4% Kohlenstoff und Eisen als Rest und aus 2 bis 30% einer ternären eutektischen Legierung aus 3 bis 7% Phosphor und 0,5 bis 2,5% Kohlenstoff und Eisen als Rest, wobei beide Legierungspulver eine Teilchengröße gleich oder kleiner als 70 μπι haben.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Pulver gute Sintereigenschaften besitzt und der nach der Sinterung erhaltene f>5 Gleitwerkstoff gute Festigkeit und Abriebbeständigkeit besitzt. Ferner tritt bei Verwendung des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffes die Erscheinung des Festfres
sens nicht auf.
Nachstehend wird die Erfindung ausführlich erläutert.
Die erfindungsgemäß als Grundmetall verwendete eutektische Fe—B—C-Legierung besteht aus 0,2 bis 3% B, 1 bis 4% C, Rest Eisen. Die kritische Bedeutung dieser Anteilsbereiche wird nachstehend erläutert.
B ist für die Erzielung einer genügend hohen Abriebbeständigkeit wichtig. Bei einem B-Gehalt unter 0,2% nimmt der Metallgehalt zu, so daß leicht ein Festfressen vorkommen kann. Bei einem B-Gehalt über 3% wird der Werkstoff dagegen für die praktische Verwendung zu spröde.
C ist wichtig für die Bildung von Carbiden. Bei einem C-Gehalt unter 1% werden nur sehr wenig Carbide gebildet und nimmt der Metallgehalt zu. Bei Verwendung des Werkstoffes als Gleitwerkstoff kommt es dann leicht zum Festfressen. Ferner hat der Gleitwerkstoff dann eine geringere Abriebbeständigkeit. Dagegen bilden sich bei einem C-Gehalt über 4% beim Schmelzen große Mengen von Graphit und Gasblasen. Feiner wird dann die gegenseitige Benetzbarkeit der eutektischen Fe-B—C-Legierung und der eutektischen Fe-P—C-Legierung herabgesetzt, so daß der Werkstoff keine genügende Festigkeit und Abriebbeständigkeii besitzt.
Die erfindungsgemäß als Bindemetall verwendete eutektische Fe- P—C-Legierung enthält 3 bis 7% P und 0.5 bis 2,5% C, Rest Fe.
Die kritische Bedeutung dieser Anteilsbereiche wird nachstehend erläutert.
P ist wichtig, weil es in Form eines Phosphides, wie Fe3P. die Abriebfestigkeit verbessert. Bei einem P-Gehalt unter 3% nimmt der Metallgehalt zu und es kommt leicht zum Festfressen. Bei einem P-Gehalt über 7% dagegen bilden sich beim Schmelzen der eutektischen Fe-P—C-Legierung Gasblasen in beträchtlichen Mengen und wird die gegenseitige Benetzbarkeit der eutektischen Fe- P—C-Legierung und der eutektischen Fe-B—C-Legierung herabgesetzt, so daß die Sintereigenschaften verschlechtert werden. Infolgedessen kann man nicnt einwandfrei sintern, und der erhaltene Gleitwerkstoff hat eine geringere Festigkeit und Abriebbeständigkeit.
C ist wichtig für die Verschleißbeständigkeit des Gleitwerkstoffes, weil es zu einer Vei kokung führt. Bei einem C-Gehalt unter 0,5% ist der Metallgehalt höher. Dagegen werden bei einem C-Gehalt über 2,5% beim Schmelzen mehr Graphit und Gasblasen gebildet, so daß die gegenseitige Benetzbarkeit der Legierung und der eutektischen Fe- B — C-Legierung herabgesetzt wird. Dies führt zu schlechteren Sintereigenschaften und zu einer geringeren Festigkeit und Verschleißbeständigkeit.
Man kann diese beiden eutektischen Legierungen nach allen üblichen Verfahren herstellen, beispielsweise durch Gießen.
jede der beiden eutektischen Legierungen wird nach bekannten Verfahren zu einem Pulver mit einer Teilchengröße nicht größer als 74 μίτι zerkleinert. Weder die eutektische Fe-B-C-Legierung noch die eutektische Fe-P—C-Legierung kann in beträchtlichem Maße plastisch verformt werden, wenn Teilchen größer als 74 μπι vorhanden sind. Beim Formpressen eines aus den beiden eutektischen Legierungen bestehenden Gemisches mit einer Teilchengröße größer als 74 μηι hat der Preßkörper daher große Poren. Wenn der Preßkörper danach gesintert wird, wobei die eutektische Fe-P—C-Legierung eine flüssige Phase
bildet, tüfli diese die Poren nicht vollständig aus, sondern es sind auch in dem Sinterproduki große Poren vorhanden. Das Produkt hat daher eine geringe Dichte, und man kann im diesem FaI! keine genügende Festigkeit und Abriebbestilnd/gkeit erzielen. ;
Durch Pulverisieren beider euiektkchen Legierungen zu sehr feinen Teilchen erhäh man zwar ein aktiviertes pulver, doch kamn man die Aufgabe der Erfindung auch dann einwandfrei lösen, wenn man ein dera_tiges aktiviertes Pulver verwendet Für die Erfindung genügt ic es daher, beide eutektische Legierungen zu einem Pulver mn einer Teilchengröße von 74 μπι oder kleiner zu mahlen.
Die auf diese Weise pulverisierte eutektische Fe_B—C-Legierung und eutektische Fe- P—C-Legie- ο rung mit den vorstehend angegebenen Zusammensetzungen undTeiäChengrößen werden zu einem genügend einheitlichen Gemisch vermischt, das zu 2 bis 30% aus der pulverformigen eutektischen Fe-P-C-Legierung besteht.
Der Anteil der ais Bindemetali verwendeten eutektischen Fe-P—C-Legierung muß unbedingt im Bereich von 2 bis 30% liegen. Wenn der Anteil dieser eutektischen Legierung kleiner ist als 2%, bildet das Bindemetall beim Sintern die flüssige Phase nicht in genügender Menge, so daß keine gute Sinterung erzielt wird. Infolgedessen hat das .Sinterprodukt dann keine genügend hohe Festigkeit und Abriebbeständigkeit. Wenn der Anteil der eutektischen Fe-P—C-Legierung dagegen größer ist als 30%, bildet das Bindemetall beim Sintern die flüssige Phase in einer zu großen Menge, so daß das Produkt zu stark verformt wird und daher die Nachverarbeitungskosten erhöht werden.
Zur Erzielung eines Sinterprodukts mit guten Gleitcigenschaften ist es zweckmäßig, wenn der Anteil der eutektischen Fe-P—C-Legierung 5 bis 20% beträgt.
Das auf diese Weise erhaltene Pulvergemisch wird in eine Form eingebracht, welche die gewünschte Gestalt besitzt, und wird unter einem Preßdruck von 0,5 bis 3 t/cm2 gepreßt. Bei einem Preßdruck unter 0,5 t/cm2 hat der Preßkörper nur eine geringe Festigkeit und kann nur schwer manipuliert werden. Bei einem Preßdruck über 3 t/cm2 wird die Dichte nicht so erhöht, wie dies angesichts der Höhe des Preßdruckes zu erwarten wäre, und bilden sich Risse im Preßkörper.
Der auf diese Weise erhaltene Preßkörper wird bei 950 bis 1130°C in einer geeigneten Atmosphäre mindestens 5 min lang gesintert. Als Sinteraimosphäre kann man ein Inertgas, beispielsweise Argon oder Stickstoff, verwenden oder Wasserstoffgas, durch die Zersetzung von Ammoniak gebildetes Gas, oder Vakuum. Unsere Versuche haben gezeigt, daß im Hinblick auf die Porosität des Produkts diese Atmosphären in folgender Reihenfolge zu bevorzugen sind: Inertgase, durch die Zersetzung von Ammoniak gebildetes Gas, Wasserstoffgas und Vakuum, welches zu dem besten Produkt führte. Bei einer Sinterdauer unter 5 min bildet die eutektische Fe-P-C-Legierung keine flüssige Phase in genügender Menge, so daß kein genügend festes Produkt erzielt werden kann. Die obere Grenze der Sinterzeit ist im Riahmen der Erfindung nicht besonders kritisch. Die Begrenzung der Sintertemperatur auf den Bereich von 950 bis 1130°C ist darauf zurückzuführen, daß die Kristallisationstemperatur der eutektischen Fe-P-C-Legierung 9500C und die der eulektischen Fe-B-C-Legierung 1130°C beträgt. Bei piner Tenmeratur unter 950°C bildet die eutektische
Fe-P-C-Legierung kerne flüssige Phase, so daß sie keine Bindemittelwirkung hat. Bei eii/er Temperatur über 1130'C schmilzt auch das Grundmetall, so daß die gewünschten Wirkungen nicht erzielt werden und beim Abkühlen der Schmelze Fehler beispielsweise in Form von Rissen auftreten.
Im Rahmen der Erfindung kann man vor de; Sinterung eine Vorsinterung vornehmen.
Das auf diese Weise erhaltene Sin:erprodukt enthält in seinem Gefüge Teile aus Fe3(B1C; und aus (Fe +Fe3[B1P1C]J und feine Poren.
Der erfindungsgemäße Gleitwerkstoff hat ein Porenvolumen nicht über 7% und einen Porendurchmesser von nicht über 50 μπι. Bei einem Porendurchmesser von höchstens 30 μπη hat der Werkstoff eine besonders hohe Festigkeit und Abriebbes'.ändigkeit und erhäh man einen besonders guten Gleitwerkstoff.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt
Abb. i in einem Diagramm die Ergebnisse eines Abriebversuches bei erfindungsgemäßen und üblichen Produkter.,
A b b. 2 eine Mikroaufnahme eines gemäß Beispie! 1 erhaltenen Produkts in 200facher Vergrößerung.
Abb. 3 eine Mikroaufnahme eines gemäß Beispiel 2 erhaltenen Produkts in 200facher Vergrößerung.
Abb.4 eine Mikroaufnahme eines gemäß Beispiel 3 erhaltenen Produkts in 200facher Vergrößerung und
A b b. 5 in einem Diagramm die durch Röntgenfeinstrukturanalyse bestimmte P- und C-Konzeniraüon im Gefüge eines erfindungsgemäßen Produkts.
Beispiel 1
(1) Eutektische Fe-B —C-Legierung: 95%,
davon 1,83% B, 3,0% C, Rest Fe.
(2) Eutektische Fe-P-C-Legierung:5%.
davon 5,66% P, 1,6% C, Rest Fe.
Die eutektischen Legierungen aus Fe, B und C und aus Fe, P und C wurden getrennt voneinander aus ihren Bestandteilen erschmolzen. Jede Legierung wurde dann so pulverisiert und gesiebt, daß durch ein Sieb von 74 μΐη Maschenweite gehende Teilchen gewonnen wurden. Die erhaltenen Legierungspulver wurden in dem vorgenannten Mischungsverhältnis miteinander gemischt. Dem pulverförmigen Legierungsgemisch wurde eine Azetonlösung hinzugefügt, die als Schmiermittel Campher in einer Menge von 2% der Legierungskomponenten enthielt. Das so erhaltene Gemisch wurde getrocknet und eine Stunde lang mit einem Zwillingstrommelmischer gemischt. Das gemischte Pulvergemisch wurde unter einem Preßdruck von 2 t/cm2 zu einem Formkörper von 3,7 χ 11 χ 80 mm gepreßt und zum Vorsintern 20 min lang bei 4000C in einer Argon-Atmosphäre stehengelassen. Das vorgesinterte Gemisch wurde danach 30 min lang bei 10000C gesintert und allmählich abgekühlt.
Die auf diese Weise erhaltene Sinterlegierung hatte eine Dichte von 7,1—7,2 g/cm3, eine Porosität von 6,0 — 6,3%, eine Porengröße nicht über 25 μΐη, eine Härte von 45-50 HRC-Einheiten und eine Biegefestigkeit von 55-60 kp/mm2. In der Abriebprüfung wurden die in A b b. 1 dargestellten Eigenschaften ermittelt. Dabei wurde keine Beschädigung des als Gegenwerkstoff verwendeten verchromten Gegenstandes beobachtet.
Das Gefüge der auf diese Weise erhaltenen Sinterlegierung ist in A b b. 2 gezeigt. In dieser Mikroaufnahme stellen die schwarzen Kreise Poren dar; die grauen Flächen bestehen aus (Fe + Fe3[B,P,C]) und die weißen Flächen aus Fe3(B1C).
Beispiel 2
(1) Eutektische Fe-B-C-Legierung:90%,
davon 1,5% B, 4,0% C, Rest Fe.
(2) Eutektische Fe-P-C-Legierung: 10%,
davon 4,73% P, 1,0% C, Rest Fe.
Die eutektischen Legierungen aus Fe, B und C und aus Fe, P und C wurden getrennt voneinander aus ihren Bestandteilen erschmolzen. Jede Legierung wurde dann so pulverisiert und gesiebt, daß durch ein Sieb von 42 μΐη Maschenweite gehende Teilchen gewonnen wurden. Die erhaltenen Legierungspulver wurden in dem vorgenannten Mischungsverhältnis miteinander gemischt. Dem pulverförmigen Legierungsgemisch wurde eine Azetonlösung hinzugefügt, die als Schmiermittel Campher in einer Menge von 2% der Legierungskomponenten enthielt. Das so erhaltene Gemisch wurde getrocknet und eine Stunde lang mit einem Zwillingstrommelmischer gemischt. Das gemischte Pulvergemisch wurde unter einem Preßdruck von 2 t/cm2 zu einem Formkörper von 3,7 χ 11 χ 80 mm gepreßt und in einem Vakuum von 2xl0~2Torr mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 3 Grad/min auf 980°C erhitzt. Der Formkörper wurde zum Sintern 1 Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten. Der Sinterkörper wurde allmählich abgekühlt.
Die auf diese Weise erhaltene Sinterlegierung hatte eine Dichte von 7,5 - 7,6 g/cm3, eine Porosität von 0,5-0,8%, eine Porengröße nicht über ΙΟμπι, eine Härte von 50-55 HCR-Einheiten und eine Biegefestigkeit von 60 — 65 kp/mm2. Beim Abriebversuch wurden die in A b b. 1 dargestellten Eigenschaften ermittelt. Dabei wurde keine Beschädigung der Oberfläche des als Gegenwerkstoff verwendeten verchromten Gegenstandes beobachtet.
Das Gefüge der auf diese Weise erhaltenen Sinterlegierung geht aus der A b b. 3 hervor. In dieser Mikroaufnahme stellen die schwarzen Kreise Poren dar; die grauen Flächen bestehen aus
(Fe+ Fe3[B1P1C])
und die weißen Flächen aus Fe3(B1C).
Beispiel 3
(1) Eutektische Fe-B-C-Legieru.ng:80%,
davon 0,92% B, 1,2% C, Rest Fe.
(2) Eutektische Fe-P—C-Legierung: 20%,
davon 3,1% P, 13% C, Rest Fe.
Zur Herstellung des Formkörpers wurde auch hier so vorgegangen, wie im Beispiel 2 beschrieben.
Der Formkörper wurde 30 min lang bei 400° C in einer V/asscrstoffgasatinosphäre vorgesintert. Danach wurde er 30 min lang bei 10800C gesintert Der Sinterkörper mtn-de alltnshüch abgekühlt
Der Sinterkörper hatte eine Dichte von 73-7,4 g/ cm3, eine Porosität von 3,8—23%, eine Porengröße nicht über 30μπτ, eine Härte von 40—45 HRC-Einheiten und eine Biegefestigkeit von 40-45 kp/mm2. Die Ergebnisse des Abriebversuches des so erhaltenen Sinterprodukts gehen aus der Abb. 1 hervor. Nach diesem Abriebversuch wurde keine Beschädigung der Oberfläche des als Gegenwerkstoff verwendeten verchromten Gegenstandes beobachtet
Das Gefüge der auf diese Weise erhaltenen Sinterlegierung ist in Abb.3 gezeigt. In dieser Mikroaufnahme stellen die schwarzen Kreise Poren dar; die grauen Flächen bestehen aus
(Fe+ Fe3[B1P1C])
ίο und die weißen Flächen aus Fe3(B1C).
A b b. 5 zeigt die durch Röntgen-Feinstrukturanalyse ermittelte Verteilung von P und C in erfindungsgemäßen Produkten. In A b b. 5 ist auf der Abszisse der Abtastweg des Röntgenstrahl und sind auf der Ordinate die Konzentrationen von P und C aufgetragen. In dem in A b b. 5 gezeigten Diagramm ist mit A der
e3[B,P,C])-Teil
und mit B der Fe3(B1C)-TeU des Gefüges dargestellt. An den Grenzflächen des
Fe+ Fe3[B1P1C])TeUs
bilden sich nichtmetallische Einschlüsse, die eine höhere als die im mittleren Bereich vorhandene P-Konzentration besitzen. Dies geht aus der A b b. 5 hervor.
Dabei wurden Prüfkörper analysiert die gemäß A b b. 3 in einer Wasserstoffgasatmosphäre gesintert worden waren. Ähnliche Ergebnisse kann man natürlich bei der Analyse von Prüfkörpern erhalten, die in einer anderen Atmosphäre gesintert worden sind, beispielsweise in einer Argongasatmosphäre oder im Vakuum.
Die in den vorstehenden Beispielen erwähnten Abriebversuche wurden wie folgt durchgeführt:
Ein Prüfkörper mit einer konvexen Stirnfläche, die einen Krümmungsradius von 3 mm hatte (Grundlinie 3 mm, Länge 15 mm) wurde mit einer Kraft von 1,8 kp gegen eine rotierende verchromte Scheibe gedrückt, wobei der konvexe Teil des Prüflings vertikal an der Scheibe angriff. Die Scheibe wurde mit einer solchen Drehzahl gedreht, daß sie an ihrer Berühningsstelle mit dem Prüfkörper eine Geschwindigkeit von 19,8m/sec hatte. Dieser Versuch wurde in Abwesenheit von Schmieröl 10 min lang durchgeführt Der Abrieb wurde gemessen. In A b b. 1 sind auch die Ergebnisse von Abriebversuchen dargestellt denen Kontrollprodukte 1 und 2 unterworfen wurden. Das Kontrollprodukt 1 bestand aus phosphorreichem Gußeisen mit 3% C, 0,6% P, 2% Si, 0,8% Mn, Rest Fe. Das Vergleichsprodukt 2 war eine Sinterlegierung, in der 10% MoS2 in einer Cu-Sn-Legierung dispergiert waren.
AiK der Rpschrpihiing geht hervor, Haß rjpr durch
Sintern von zwei pulverförmigen ternären eutektischen Legierungen hergestellte Gleitwerkstoff gemäß der Erfindung nicht nur die für Sinterprodukte typischen Eigenschaften besitzt, sondern daß er auch kleinere Poren und eine niedrigere Porosität aufweist als sie in den üblichen Sinterprodukten erzielt werden können und daß er ferner eine hohe Abriebbeständigkeit hat wie aus der A b b. 1 hervorgeht Da in dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff der zu einem unerwünschten Festfressen neigende Metallanteil von einem nichtmetallischen Anteil mit hohem P-Gehalt umgeben ist kann man auch eine genügend niedrige Neigung zum Festfressen und eine genügend hohe Festigkeit erzielen.
Insbesondere mit einem verchromten Gegenwerkstoff ist der erfindungsgemäße Gleitwerkstoff gut verträglich. Er beschädigt einen verchromten Gegenwerkstoff nicht
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Pulver für die Herstellung eines abriebbeständigen Gleitwerkstoffes auf Eisenbasis mit Graphit- und Phosphor-Zusatz, bestehend aus einem pulverförmigen Legierungsgemisch aus 70 bis 98% einer ternären eutektischen Legierung aus 0,2 bis 3% Bor, 1 bis 4% Kohlenstoff und Eisen als Rest und aus 2 bis 30% einer ternären eutektischen Legierung aus 3 bis 7% Phosphor und 0,5 bis 2,5% Kohlenstoff und Eisen als Rest, wobei beide Legierungspulver eine Teilchengröße gleich oder kleiner als 74 μπι haben.
2. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Legierungsgemisch zu 5 bis 20% aus der ternären eutektischen phosphorhaltigen Legierung besteht.
3. Abriebbeständiger Gleitwerkstoff aus dem Pulver nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Porenvolumen von nicht mehr als 7,0%.
DE19752508798 1974-03-01 1975-02-28 Pulver für die Herstellung eines abriebbeständigen Gleitwerkstoffs und daraus hergestellter Gleitwerkstoff Expired DE2508798C3 (de)

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DE2508798A1 DE2508798A1 (de) 1975-09-04
DE2508798B2 true DE2508798B2 (de) 1977-01-27
DE2508798C3 DE2508798C3 (de) 1977-09-08

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JPS50118908A (de) 1975-09-18
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