DE2550428A1

DE2550428A1 - Gleitteil sowie sinterverfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2550428A1
Application number: DE19752550428
Authority: DE
Inventors: Shigeru Akutagawa; Hiroshi Kumon; Kenji Miyake; Yoshimaru Zitsukane
Original assignee: Toyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1974-11-09
Filing date: 1975-11-10
Publication date: 1976-05-20
Also published as: JPS5179606A; JPS551322B2; US4042385A

Description

Die Erfindung betrifft ein G-leitteil sowie ein Sinterverfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Sinterverfahren mit begrenzter Kühlung zur Herstellung von Eisenmaterial mit hohem Kohlenstoffgehalt, das zur Verwendung als G-leitmaterial geeignet ist.

Es ist bekannt, eisenhaltige, gesinterte mechanische Teile durch Kompression und Verdichtung von Eisenpulver herzustellen, das beispielsweise durch einen Reduktionsvorgang hergestellt und durch eine bestimmte Menge Kohlenstoffpulver, beispielsweise in Form von Graphit, gemischt wird; dadurch werden Pellets erhalten, und diese werden während 10 bis 50 Mi-

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BANK=DRESDNERBANK₁HAMBURG₁₄O₃O₄₄₈(BLZ₂Oo₈OO₀₀) . POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 . TELEGRAMMrSPECHTZIES

nuten bei einer Temperatur zwischen etwa 1100 und 1150 C in einem Ofen erhitzt, in dem die Atmosphäre so gewählt ist, daß Oxydationen, Decarbonisierungen oder andere unerwünschte Reaktionen verhindert werden; diese Atmosphäre kann beispielsweise aus endothermischem Gas, beispielsweise Ep, GO und Hp, bestehen. Die Pellets werden normalerweise in sogenannte Sintergefäße gelegt, die durch geeignete Fördereinrichtungen durch den Ofen geführt werden. Mit einem derartigen Verfahren hergestellte Sinterprodukte weisen einen niedrigen Kohlenstoffgehalt auf, und zwar entweder, da lediglich ein geringer Kohlenstoffgehalt in dem Pulver vor dem Sintern enthalten ist, oder weil selbst bei anfänglicher Zugabe einer vergleichsweise großen Kohleiistoffmenge die Sinterung bei bekannten Verfahren derart ist, daß sie von erheblicher Decarbonisierung begleitet ist, die während des Erhitzens zum Sintern und während des Abkühlens der Pellets stattfindet, das unmittelbar dem Sintern folgt. Die Struktur der endgültigen Produkte, die durch konventionelle Verfahren erhalten werden, ist im allgemeinen feines Zementit und eine wesentlich größere Menge von Ferrit in einer perlartigen Matrix. Trotz daß die Sinterung andererseits mehrere Vorteile im Vergleich zur Verwendung von Rohmaterial in verschiedenen Zuständen und Kombinationen und zur Herstellung von Teilen aufweist, die Abmessungen haben, die in hohem Maße durch Präzision bestimmt werden, ist herausgefunden worden, daß wegen des niedrigen Kehlen— atoffgenaltes und der oben erwähnten. Zusammensetzung, die im allgemeinen erhalten wird, die nach bekannten. Verfahren her-

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gestellten Sinterprodukte ungeeignet sind, um als mechanische Gleitteile, beispielsweise als Dichtungselemente, verwendet zu werden, da die Verwendung derartiger Teile zu einer unerwünschten Abnutzung der Berührungsflächen führt.

Ein anderer Nachteil bei bekannten Sinterverfahren bezieht sich auf die Verwendung von Gleit- oder Schmiermitteln. Um die Fließfähigkeit während der Kompression und der Verdichtung von Eisenpulver zu erleichtern, ist es bekannt, ein Gleitoder Schmiermittel, beispielsweise Zinkstearat, beizumischen. Wenn hergestellte Pellets ("green compacts") danach durch eine Sinterungsstufe in einem bekannten Sinterbehälter gefördert werden, wird im allgemeinen das Zinkstearat lediglich unvollständig entfernt, das sich in dem Behälter ansammelt und die Bildung großer locher in den dabei berührten Oberflächen der Pellets verursacht, so daß Produkte mit rauhen Oberflächen erhalten werden. Außerdem sind die Zusammensetzung und der Kohlenstoffgehalt der Pellets, die durch derartiges restliches Zinkstearat berührt worden sind, häufig von denen der nicht berührten Teile verschieden. Beispielsweise ist herausgefunden worden, daß bei Sinterung von Pellets, die aus einer Mischung aus 97 <fo Eisenpulver und 3 $ Graphit mit einer Zugabe von 0,8 $£ Zinkstearat hergestellt worden sind, der Kohlenstoffgehalt der gesinterten Pellets, die den Zinkstearatrest berührt haben, etwa 3,2 ^ beträgt, während der Kohlenstoffgehalt der anderen Teile 2,8 $> beträgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Sinterverfahren zu schaffen, bei dem der Kohlenstoff nach dem Sintern in Pulverpellets wiedergewonnen wird und bei dem Pulverprodukte mit einer Struktur hergestellt werden, die im wesentlichen durch agglomeriertes Zementit in einer perlartigen Matrix gebildet wird und weniger Ferrit enthält, so daß derartige Produkte zur Verwendung als G-leitteile geeignet sind.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sinterverfahren zu schaffen, bei dem die Pellets in Sinterbehältern gesintert werden, die einen Aufbau aufweisen, der die Vermeidung unerwünschter Effekte des G-leitmittels gestattet, das anfänglich in der Pulvermischung zur Herstellung der gesinterten Produkte enthalten sein kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sinterverfahren zu schaffen, das eine wirtschaftliche Herstellung von eisernen Sinterprodukten mit hohem Kohlenstoffgehalt im industriellen Maßstab gestattet.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sinterverfahren zu schaffen, das die Herstellung von G-leitteilen gestattet, die eine verringerte Abnutzung der Oberflächen von Bauteilen bewirkt, die mit dem G-leitteil in Verbindung stehen.

Das erfindungsgemäße Sinterverfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen zwei

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Hauptverfahrensschritte vorgesehen sind. In dem ersten Verfahrensschritt, der im folgenden als "erste Behandlungsstufe" bezeichnet wird und im wesentlichen dem üblichen Sintern in konventionellen Verfahren entspricht, werden Pellets, die aus Eisenpulver mit 2 bis 5 Gew.-^ Kohlenstoff hergestellt und die in einen Sinterbehälter gebracht werden, gesintert, indem sie während 10 bis 60 Minuten auf einer Temperatur im Bereich zwischen 1000⁰C bis zur eutektisehen Temperatur des Eisen-Kohlenstoff -G-emi sehe s gehalten werden. Die zweite Hauptstufe, die im folgenden als "zweite Behandlungsstufe" bezeichnet wird, schließt sich unmittelbar an die erste Stufe an und besteht im wesentlichen darin, die Pellets während 10 bis 30 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000⁰C in einer carbonisierenden Atmosphäre zu halten, wodurch der erforderliche Kohlenstoffgehalt in den Pellets erzielt wird, die danach abgekühlt werden, um die erste und zweite Behandlungsstufe zu vervollständigen. Vor der ersten Behandlungsstufe kann eine Vorsinterungsstufe eingeschoben werden, jedoch ist dies nicht unbedingt erforderlich.

Weiter zeichnet sich das erfindungsgemäße Sinterverfahren dadurch aus, daß Sinterbehälter mit einer Anzahl löcher verwendet werden, deren Anzahl eine proportional größere offene lläche definiert, wie dies bei bekannten Sinterbehältern vorgesehen ist j dies führt zu einer höheren Wirksamkeit der Carbonisierung während der zweiten Behandlungsstufe der Pellets und gestattet eine wirksame Abgabe und Dispersion des Gleit-

mittels, wenn sich dieses in den metallischen Pulvern befindet, um die Verdichtung zu erleichtern.

Das erfindungsgemäße Sinterverfahren weist somit zwei Hauptverfahrensstufen auf, wobei die zweite Stufe der ersten unmittelbar folgt. Dabei werden die gesinterten Pellets während einer festen Zeit bei einer Temperatur, die zwar erhöht, jedoch unterhalb der Sintertemperatur ist, in carbonisierendem Gas gehalten, so daß die gewünschte Komponente, beispielsweise Kohlenstoff im Falle der Eisen-Carbid-Pellets zur Verwendung als Gleitelemen-te, eindiffundiert wird. Erfindungsgemäß kann der Sinterbehälter Löcher aufweisen, deren Größe und Verteilungsdichte geeignet ist, um eine wirksame Entfernung des Gleit- oder Schmiermittels zu ermöglichen, das gegebenenfalls anfänglich den Pellets zugefügt worden ist.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der Temperatur und des Kphlenstoffpotentials in einem Ofen zur Sinterung von Eisen-System-Produkten gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung der Temperaturverteilung in einem Ofen zur erfindungsgemäßen Sinterung,

Fig. 3 und 4 Mikrofotografien mit 115-facher Vergrößerung, die die Struktur der erfindungsgemäß gesinterten Produkte darstellen, und

Fig. 5 und 6 entsprechende Mikrofotografien von Beispielen gesinterter Produkte zum Vergleich.

Das Eisenpulver zur Herstellung von Pellets zur erfindungsgemäßen Sinterung wird durch bekannte Reduktion oder einen Atomisierungsprozeß hergestellt, und der damit vermischte Kohlenstoff wird in geeigneter Weise in Form natürlichen oder künstlichen Graphits verwendet. Palls die Mischung lediglich eine Eisen-Kohlenstoff-Mischung ist, "beträgt das Gewichtsverhältnis des Eisenpulvers 98 bis 95 i° und das des Kohlenstoff-' pulvers 2 bis 5 $· Falls der Anteil des Kohlenstoffpulvers weniger als 2 <?o ist, wird das Zementit nicht im ausreichenden Maße in dem gesinterten Produkt ausgefällt} dies führt daher zu einer hohen Abnutzung der Teile, die in Gleitberührung mit dem Produkt gebracht werden, und außerdem zum Festfressen der Gleitteile. Falls dagegen der Kohlenstoff anteil über 5 i° beträgt, ist das erhaltene gesinterte Produkt brüchig, und in diesem Fall wird das Sinterprodukt übermäßig abgenutzt.

Um die mechanische Festigkeit und die Verschleißfestigkeit des fertigen Produkts zu verbessern, können Nickel, Molybden oder Kobalt zugemisoht werden, und zwar in Mengen bis zu jj Gew.-$. Außerdem können geringe Zugaben, normalerweise

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0,5 bis 1 Gew.-#, Zinkstearat, LitMumstearat oder Substanzen mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden, um als G-leit- oder Schmiermittel zu wirken, das die Verdichtung des Pulvergemisches erleichtert.

Die Verdichtung eines derartigen Pulvers wird durch bekannte Verfahren vorgenommen. Beispielsweise wird das Pulver einem Verdichtungsdruck von 4 bis 8 Tonnen/cm ausgesetzt, um Pellets mit einer Materialdichte ("green density") von 6,0 bis 6,8 g/cm herzustellen.

Erfindungsgemäß wird ein Sinterbehälter aus hitzebeständigem Stahl verwendet, um die Pellets durch die erste und zweite Behandlungsstufe zu fördern. Der Sinterbehälter gleicht einem Sinterbehälter, der bei bekannten Verfahren verwendet wird, und ist daher derart ausgebildet, daß er eine Atmung des Materials gestattet. TJm jedoch die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, ist der Sinterbehälter so ausgebildet, daß seine Carbonisierungsfähigkeit größer ist als die des Ofens. Außerdem ist der Sinterbehälter vorteilhafterweise mit Lö- · ehern zur leichten Entnahme des Z inks t ear at s während des Erhitzens versehen.

Falls kein Zinkstearat verwendet wird, ist es nicht erforderlich, die oben erwähnten Löcher vorzusehen, und das erwünschte Ergebnis, d.h. die gewünschte Zusammensetzung und

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Struktur des Produkts, wird mit einem Sinterbehälter entsprechend bekannten Verfahren erhalten.

!Palis jedoch Löcher vorgesehen sind, muß die Größe der Löcher und deren Dichteverteilung sorgfältig ausgewählt werden.

Bei Versuchen ist herausgefunden worden, daß bei Verwendung von runden Löchern mit einem Durchmesser von weniger als 2 mm in einem Sinterbehälter sich das geschmolzene Schmier- oder Gleitmittel in dem Behälter ansammelt, so daß sich die oben erwähnten Nachteile ergeben, während die Verwendung von Löchern mit einem Durchmesser von über 6 mm ein unerwünschtes Einströmen von Gas in den Behälter ermöglichen, das die Atmosphäre in dem Sinterofen bildet und das normalerweise einen Kohlenstoffanteil von 0,15 bis 0,2 ^ aufweist, mit dem Ergebnis, daß es nicht möglich ist, den Kohlenstoffanteil des Sinterbehälters oberhalb 2,5 ^ zu halten; die erhaltenen Sinterprodukte weisen daher einen niedrigen Kohlenstoff anteil auf und haben nicht die erforderlichen Qualitäten zur Verwendung als Gleitelemente. Daher sollte der Lochdurchmesser zwischen 2 und 6 mm betragen. Vorzugsweise ist der Lochdurchmesser im Bereich zwischen 3 und 5 mm. Mit Lochdurchmessern in diesem Bereich beträgt die Dichteverteilung der Löcher in geeigneter Weise 25 bis 100 Löcher/100 cm , wobei die Dichteverteilung der Löcher proportional zu- oder abnehmend ist, wenn der Lochdurchmesser ab- bzw. zunehmend ist. Falls die Dichte geringer ist als 25 Löcher/100 cm , ist die Abgabe von Schmier- oder

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G-leiiaaittel aus dem Behälter schwierig, während eine Diclite mit mehr als 100 Löcher/100 cm zu einer Abnahme des Kohlenstoff gehaltes in den gesinterten Pellets führt. Für den Erfindungszweck ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die in dem Sinterbehälter ausgebildeten löcher rund sind, sondern diese können auch elliptisch, quadratisch, rechteckig oder anders geformt sein, mit Ausnahme eines sehr schmalen Schlitzes. Die Locliform wird im allgemeinen im Hinblick auf die Erleichterung der Herstellung der Sinterbehälter ausgewählt.

Falls ein Schmier- oder Gleitmittel, beispielsweise Zinkstearat, nicht der anfänglichen Pulvermischung zugefügt wird, können Sinterprodukte mit einer gewünschten Struktur erfindungsgemäß hergestellt werden, unabhängig davon, ob die Sinterbeliälter die oben beschriebene Konstruktion oder eine bekannte Konstruktion aufweisen.

Die Sinterung von Pellets wird durch deren Erhitzung in Gegenwart einer carbonisxerenden Atmosphäre bewirkt, die in geeigneter Weise aus einem endothermen G-as besteht, das aus Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Methan, Propan oder Butan, hergestellt istj insbesondere wird aus Butan hergestelltes endothermes Gas bevorzugt.

Die Pellets werden zuerst bei einer Temperatur von etwa 700°® erhitzt und bei dieser Temperatur während 10 bis 20 Minuten gehalten, wobei während dieser Zeit eventuell zugefüg-

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tes Gleit- oder Schmiermittel dissoziiert und verflüchtigt wird. Diese Vorsinterungsstufe ist nicht erforderlich, falls kein G-leit- oder Schmiermittel zugefügt ist, oder falls sich dies aus anderen Überlegungen zu dem speziellen Herstellungsverfahren ergibt.

Falls eine Vorsinterung vorgenommen wird, so wird diese von einer ersten Behandlungsstufe (d.h. regulären Sinterung) gefolgt, die darin "besteht, daß die Temperatur in einen Bereich zwischen 100O⁰C bis zur eutektischen Temperatur des Eisen-Kohlenstoff-Systems angehoben wird, !alls die Sintertemperatur niedriger als 1000⁰C ist, ist die Diffusion des Kohlenstoffs in die Pellets und außerdem die Bindung der Teilchen der Pellets ungenügend, so daß die erwünschte Struktur in den Sinterprodukten nicht erreicht wird und die Sinterprodukte eine geringe Festigkeit aufweisen. Palis dagegen die Sintertemperatur die eutektische Temperatur der Hauptkomponenten überschreitet, so daß die Pellets geschmolzen werden, kann ihre gewünschte Form nicht beibehalten werden; , in diesem Fall wird auch die gewünschte Struktur in den Sinterprodukten nicht erhalten. Es sei festgestellt, daß die Obergrenze der Temperatur während der ersten Behandlungsstufe die eutektische Temperatur der Hauptkomponenten des Pulver gemisches ist. Die Dauer der ersten Behandlungsstufe ist langer oder kürzer, wenn die Temperatur niedriger oder höher ist, und beträgt in vorteilhafter Weise «wischen 10 und 60 Minuten.

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Der ersten Behandlungsstufe folgt unmittelbar die zweite Behandlungsstufe, während der die Pellets für 10 bis 30 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000⁰C gehalten werden. Diese zweite Behandlungsstufe hat einen wesentlichen Einfluß auf die eventuelle Struktur der Sinterprodukte. In Pig. 1, in der die Temperaturkurve und das Kohlenstoffpotential in einem Ofen bei konventionellen Sinterverfahren dargestellt sind, wird gezeigt, daß die Sinterprodukte unmittelbar nach dem regulären Sintern abgekühlt werden (entsprechend der ersten Behandlungsstufe in dem erfindungsgemäßen Verfahren)} es existiert lediglich ein sehr schmaler Bereich, in dem die Carbonisierung von Sinterprodukten, oder genauer die Wiederherstellung von Kohlenstoff in Sinterprodukten, erreicht werden kann, mit dem Ergebnis, daß der schließliche Kohlenstoffgehalt niedrig ist, wobei die endgültige Struktur konventionell hergestellter Produkte im allgemeinen eine perlartige Matrix ist, die feine Zementite und einen großen Betrag von Gerriten enthält. Im Gegensatz dazu, wie für das erfindungsgemäße Verfahren aus Pig. 2 entnommen werden kann, kann die Carbonisierung von Sinterprodukten während einer längeren Zeit fortschreiten, und zwar während der zweiten Behandlungsstufe, in der das Kohlenstoffpotential zunimmt und in dem Sinterbehälter 2,5 ?S oder mehr erreicht. Eine Carbonisierung wird dadurch ermöglicht, so daß.der Kohlenstoff, der in das . gesinterte Pellet eingedrungen ist, mit dem in dem Ferrit enthaltenen Eisen reagiert. Zementit wird in zufriedenstellendem Maße ausgebildet, und feiner Zementit ist in dem gesinterten

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Pellet enthalten; gleichzeitig wird das Ferrit in Perlit umgewandelt. Hie schließlich erhaltene Struktur in den Sinterprodukten ist eine Perlitmatrix, die ein dispergiertes Agglomeratzementit und sehr wenig Ferrit sowie einen Kohlenstoffgehalt von 2 bis 5 ?° enthält.

Es ist natürlich nicht erforderlich, daß die gesinterten Pellets bei einer festen Temperatur während der zweiten Behandlungsstufe gehalten werden, sondern lediglich, daß sie bei einer Temperatur in dem oben erwähnten Bereich sind. Palls die Temperatur in der zweiten Behandlungsstufe 100O⁰C übersteigt, ist das Kohlenstoffpotential niedrig und es ergibt sich eine ungenügende Carbonisierung der Sinterprodukte. Die Temperatur kann auf einer Temperatur unterhalb 800⁰C gehalten werden, jedoch muß in diesem Fall, da die Carbonisierungsgeschwindigkeit gering ist, die zweite Behandlungsstufe eine außerordentlich lange Zeit andauern, was kommerziell nicht praktikabel ist. Im Hinblick auf die Prozeßdauer und zur Erleichterung der Temperatursteuerung beträgt der Temperaturbereich für die zweite Behandlungsstufe der Pellets vorzugsweise 850 bis 95O⁰C.

Die Dauer der zweiten Behandlungsstufe ändert sich ersichtlich entsprechend verschiedener Faktoren, "beispielsweise anfänglicher oder am Ende erwünschter Kohlenstoffgehalt, Dichte oder Querschnittsabmessungen der Pellets, sollte jedoch im allgemeinen mindestens 10 Minuten betragen, um einen Carbonisierungsgrad oder eine Carbonisierungstiefe zu erreichen, so

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daß die Sinterprodukte zur Verwendung als G-leitteile geeignetsind. Falls die zweite Behandlungsstufe mehr als 30 Minuten beträgt, wird eine außerordentlich hohe Menge von Zementit erzeugt, das als Netzwerk entlang grauer Grenzen ausfällt und zu einer unerwünschten Brüchigkeit der Sinterprodukte führt.

Der Sinterofen kann weitgehend beliebig ausgebildet sein, ein bevorzugt geeigneter Ofen weist jedoch einen G-itterbandförderer auf, über den beispielsweise ein hitzebeständiges Stahlband gelegt und der mit Temperatureinsteil- und -Steuereinrichtungen versehen ist. Die zweite Behandlungszone ist in geeigneter Weise beispielsweise durch den Aufbau von Schamottsteinen oder ähnlichem Material definiert, die unmittelbar angrenzend vorgesehen ist und mit dem Ausgang des Sinterofens verbunden oder durch ein Ausgangsendteil in dem Sinterofen gebildet wird, der durch geeignete Trennwände festgelegt ist. Die Behandlungsdauer wird in geeigneter Weise dadurch geändert, daß die Transportgeschwindigkeit des Bandförderers oder anderer Transporteinrichtungen geändert wird.

Die durch das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Sinterprodukte weisen einen G-esamtkohlenstoffgehalt von 2,0 bis 5,0 fo, 1,1 bis 1,8 fo gebundenen Kohlenstoff und 0,9 bis 3,2 tfo freien Kohlenstoff auf; Versuche haben gezeigt, daß derartige Produkte eine gute Festigkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen und gleichzeitig, wenn sie als Grleitelemente verwendet werden, eine verringerte Abnutzung

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eines mit dem Produkt in Berührung stehenden Plächenteils "bewirken. Die erhaltenen Produkte sind daher insbesondere vorteilhaft, wenn sie beispielsweise als Motorkolben verwendet werden, die gas- und öldioht sein müssen.

Die Erfindung wird weiter mit Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben.

In dem unten beschriebenen Beispiel 1 enthielt das Pellet keine Zugabe von Zinkstearat als Schmier- oder Gleitmittel, und bekannte Sinterbehälter ohne Löcher wurden verwendet; in Beispiel 2 enthielten die Pellets eine Zugabe von Zinkstearat, und die Sinterbehälter wiesen eine geeignete Anzahl und Dichte von Löchern, wie oben beschrieben, auf.

Beispiel 1
1. Verfahren

Pellets ("green compacts") mit einer Materialdichte von 6,6 g/cm wurden aus einer Mischung aus 96 G-ew.-^ reduzierten Eisenpulvers von handelsüblicher Korngröße und 4 Gew.-^S Graphit hergestellt, das eine mittlere !Teilchengröße von 4 u aufwies j diese Komponenten wurden gründlich gemischt. Diese Pellets wurden in Behälter gelegt, die jeweils mehrere Pellets aufnehmen konnten und 200 mm lang, 200 mm breit und 30 mm tief waren; danach wurden die Behälter abgedeckt und durch einen

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Gritterbandförderer durch einen Ofen transportiert, in dem die Pellets gesintert wurden. Die in dem Sinterofen verwendete Atmosphäre bestand aus einem aus Butan hergestellten endothermen Gas, dessen volumenmäßige Zusammensetzung aus 30,5 $ H₂, 45 ^cß> H₂, 23,8 °ß> CO und 0,1 °/o CO₂ und der Rest aus Verunreinigungen bestand. Die Behandlung der Pellets bestand in der Vorsinterung während 15 Minuten bei 700⁰C, gefolgt von einer regulären Sinterung, d.h. einer primären Behandlung gemäß der Erfindung, während 15 Minuten bei 1100⁰C und einer zweiten Behandlung, bei der die Pellets während 10 Minuten auf 900⁰C gehalten wurden. Die Pellets wurden dann gekühlt, wodurch Sinterprodukte erhalten wurden, die in der oben erwähnten Mikrofotografie der Fig. 3 dargestellt sind. Diese Sinterprodukte hatten einen Gesamtkohlenstoff gehalt von 3,83 f° 1,62 io gebundenen Kohlenstoff und 2,21 # freien Kohlenstoff, wobei die Zugfestigkeit 26 kg/cm und die Härte H_RB 62 betrug.

2. Struktur

Die Struktur der durch das oben beschriebene Verfahren hergestellten Sinterprodukte wird bei einer Vergrößerung von in der oben beschriebenen Mikrofotografie der Fig. 3 dargestellt« In der Fotografie sind die schwarzen 2eile Poren, die grauschwarzen Teile Perlit und die weißen Seile Zementit. Es kann festgestellt werden, daß agglomeriertes Zementit in einer Matrix von feinem Perlit dispergiert ist.

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3. Kohlenstoffgehalt und mechanische Eigenschaften

Durch Veränderung des Kohlenstoffgehalts in den Pellets, d.h. lediglich für das zugegebene G-raphit, werden der Kohlenstoffgehalt und die mechanischen Eigenschaften der durch das oben beschriebene Verfahren erhaltenen Sinterprodukte gemäß Tabelle 1 erhalten.

Tabelle 1

Kohlenstoff in den Pellets	Gesamter Kohlenstoff gehalt	Gesinterte	Pelleto	Zug festig keit ₉ (kg/cm^)	Härte H_RB
2 jS	1,90 $,	Gebundener Kohlenstoff gehalt	Freier Kohlen stoff	35	73
3 36	2,89 $	1,45 £	0,45 5$	30	68
4 io	3,83 >J	1,53 #	1,36 3ί	26	62
5 *	4,82 £	1,62 g	2,21 io	21	58
	1,71 #	3,11 #

4. Versuche

Die durch das oben beschriebene Verfahren erhaltenen Sinterprodukte wurden bearbeitet, um Vollzylinder mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Länge von 10 mm zu bilden. Jeder Zylinder wurde als Gleitteil verwendet und folgendermaßen untersucht. Eine Andruckkraft von 2 kg wurde ausgeübt, um den Zylinder mit seinem Außenumfang gegen eine drehbar

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gelagerte gußeiserne Scheibe (Vickers-Härtewert 200) anzudrücken, wobei die mittlere Längsachse des Zylinders rechtwinklig zur Drehachse der Scheibe war, und die Scheibe wurde mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 5 m/sek während 10 Minuten, gedreht, worauf die maximale Beschädigung in Mikron gemessen wurde; die Werte der Yersuchsergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt, die auch die Ergebnisse des gleichen Versuchs zeigt, der mit einem bekannten Gleitelement aus speziellem Gußeisen, bekannt unter dem Handelsnamen larkalloy, durchgeführt wurde.

In !Tabelle 2 kennzeichnet der Begriff "Abriebtiefe des Gleitelements" (d.h. Abriebtiefe des Zylinders aus dem Sinterprodukt) den maximalen Abrieb entlang einer Radiallinie des Gleitelements, der Begriff "Kerbung" wird bestimmt durch die Rauhheit der äußeren Umfangsflache der Scheibe, die durch ein Gleitelement berührt wird, und kennzeichnet dadurch die Tiefe der Einkerbung bezüglich einer Bezugsfläche, und der Begriff "Übertragungsgrad" kennzeichnet die Höhe, bis zu der übertragenes Material auf Grund adhäsiver Abnutzung oberhalb einer Referenzfläche steht.

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Tabelle 2

	Abriebtiefe des Gleit elements (p)	Gußeisenscheibe	Übertragungs grad (p.)
enthaltener Kohlenstoff: 2 $	40	Kerbung	5,0
» 3 Io	45	11,0	4,0
« 4 $>	50	10,0	3,2
« 5 fo	70	8,0	3,0
Tarkalloy	90	7,4	4,0
17,2

Gemäß Tabelle 2 ist das in Beispiel 1 hergestellte Material für das GIeitelement weniger der Abnutzung ausgesetzt und verursacht außerdem eine geringere Abnutzung der berührten Oberflächen. Es kann außerdem festgestellt werden, daß ein erhöhter Kohlenstoffgehalt in den Gleitelementen zu einer erhöhten Abnutzung der Gleitelemente, jedoch zu einer geringeren Abnutzung der mit diesen in Kontakt stehenden Oberflächen,
führt.

Beispiel 2

1. Verfahre-n

Pellets mit einer Materialdichte von 6,6 g/cm wurden durch Verdichtung einer Pulvermischung hergestellt, die durch gründ-

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liclies Vermischen von reduziertem Eisenpulver mit kommerzieller Korngröße sowie Graphitpulver (mittlere Teilchengröße 4 jx) im Verhältnis 97 Gew.-^ bzw. 3 Gew.-^ bereitet wurde; darauf-, hin wurden 0,8 Gew.~<fo Zinkstearat zugegeben. Diese Pellets vnirden in Behälter gebracht, die 200 cm lang, 200 cm breit und 30 cm tief und geeignet waren, mehrere Pellets aufzunehmen. Die Behälter wurden dann mit einer Abdeckung abgedeckt und wiesen runde Löcher mit einer Verteilungsdichte von 49 Löcher

pro 100 cm mit jeweils einem Durchmesser von 3 mm auf; die Behälter wurden mittels eines Gitterbandförderers durch einen Sinterofen transportiert, in dem eine aus einem aus Butan hergestellten endothermen Gas bestehende Atmosphäre enthalten war, dessen Volumenzusammensetzung 30,5 f° H₂, 45 $> N₂, 23,8 $ CO und 0,1 fo CO₂ enthielt. Die Behandlung der Pellets bestand in einer Vorsinterung während 15 Minuten bei 70O⁰C, einer ersten Behandlungsstufe während 15 Minuten bei 1100⁰C, einer zweiten Behandlungsstufe während 10 Minuten bei 900⁰C und schließlich der Abkühlung. Die erhaltenen Sinterprodukte, deren Zusammensetzung in der Mikrofotografie der Fig. 4 dargestellt ist, hatten einen Gesamtkohlenstoffgehalt von 2,83 $, 1,39 i° gebundenen Kohlenstoff und 1,44 $ freien Kohlenstoff} die Zugfestigkeit betrug 30 kg/mm und die Härte auf der Rockwell B-Skala (H_RB) betrug 68,

2. Struktur

Die Struktur der Sinterprodukte ist mit 115-facher Vergrößerung in Fig. 4 dargestellt, in der die schwarzen Teile Poren sind, die grauschwarzen i'eile Perlit und die weißen Teile Zementit. Es kann festgestellt werden, daß die Struktur agglomeriertes Zementit enthält, das in einer Matrix von feinem Perlit dispergiert ist.

3. Versuche

Die so erhaltenen Produkte wurden bearbeitet, um Gleitelemente mit den Abmessungen 10 χ 10 χ 10 m zu erhalten. Jedes Gleitelement wurde mit einer Druckkraft von 30 kg/ cm gegen eine gußeiserne Scheibe mit einem Vickers-Härtewert von 200 angedrückt, und während dieses Andrucks wurden das Gleitelement und die Scheibe in Gleitkontakt mit einer relativen Geschwindigkeit von 7 m/sek während 10 Minuten bewegt, worauf die Abnutzung in Mikron gemessen wurde; die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Zum Vergleich zeigt Tabelle 3 auch die Abnutzung bekannter Gleitelemente, die aus speziellem Gußeisen, bekannt unter dem Handelsnamen Tarkalloy, hergestellt sind und die in der gleichen Weise untersucht worden sind; außerdem sind decarbonisierte Sinterprodukte aufgeführt, die in der gleichen Weise wie die Gleitelemente des Beispiels hergestellt worden sind, mit der Ausnahme, daß keine Sinterbe-.hälter verwendet wurden. In Tabelle 3 sind jeweils die Minimal-

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und Maximalwerte der Meßwerte dargestellt.

Tabelle 5

	Tarkalloy	Abriebtiefe des GIeit- elements (p.)	Kerbung der Gußeisenscheibe
enthaltener Kohlenstoff 1 °/o	deearbonisierte Sinterprodukte	16-50	2-7
κ 2 °/o	9-25	0-6
" 5 $	18 - 25	0-2
	24 - 40	0,5 - 5
-5-9S	58 - 42	0,5 - 2,5
14 - 41	1 - 4
7-24	5-9

Wie sich aus Tabelle 5 ergibt, verursachen decarbonisierte Sinterprodukte eine große Abnutzung der gußeisernen Scheiben, während diese Abnutzung verringert ist, wenn Sinterprodukte mit Kohlenstoffgehalt im Bereich zwischen 2 und 5 i° als GfIe it elemente verwendet werden. Jedoch kann auch festgestellt werden, daß ein hoher Kohlenstoffgehalt die Abnutzung der Grleitelemente wesentlich erhöht.

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4. Beurte ilung

Lochdurchmesser und Dichteverteilung in den verwendeten Sinterbehältern zum Transport der Pulverpellets des Beispiels 2 wurden verändert, und die G-esamtbeurteilung der Ergebnisse wurde durchgeführt; die Beurteilungen sind in der unten stehenden Tabelle 4 zusammengefaßt, in der 0 "gut", Δ "akzeptabel" und χ "schlecht" bedeuten.

Tabelle 4

Lo chdur chme s s e r (mm)	Dichte- verteilung _p (Loeher/100 cnT)	Beur teilung	Bemerkungen zur Beurtei lung
1	100	Δ	geringe Blockierung der Löcher
3	50	Δ	wie oben
	25	χ	Blockierung vieler Löcher
5	100	0
	50	0
7	25	0
	100	Δ	geringe Decar- bonisierung
10	50	0
	25	0
50	Δ	geringe Decar- bonisierung
25	Δ	geringe Decar- bonisierung
50	χ	Decarbonisierung
25	X	Decarbonisierung

Die Mikrofotografie der Fig. 5, in der die schwarzen Teile Poren, die grauschwarzen Teile grobes Perlit und die weißen Teile feines Zementit sind, zeigt eine Struktur eines Sinterproduktes, das die gleiche Zusammensetzung wie die Pellets des Beispiels 2 (1) Verfahren aufweist, das jedoch durch einen Sinterofen mit "bekannten Sinterbehältern transportiert worden ist, die keine löcher aufweisen, und wobei die Pellets in einem Sinterverfahren einer Behandlung ausgesetzt wurden, bei der die Temperatur der in Fig. 1 entsprach. Die Mikrofotografie der Fig. 6 zeigt eine Struktur von Sinterprodukten, die in der gleichen Weise wie die in Beispiel 2 hergestellt wurden, mit der Ausnahme, daß keine Sinterboxen verwendet wurden, d.h. es wurde die Struktur der Produkte erhalten, die in Tabelle 3 als "decarbonisierte Sinterprodukte" bezeichnet wurden. In der Fotografie sind die schwarzen Teile Poren, die grauschwarzen Teile Perlit und die weißen Teile Ferrit. Während der ersten Behandlungsstuf e lag eine wesentliche Decarbonisierung der gesinterten Pellets vor, aus denen diese Produkte erhalten wurden, und zwar deshalb, da diese einer Atmosphäre mit einem niedrigen Kohlenstoffpotential ausgesetzt waren; während der nachfolgenden zweiten Behandlungsstufe war die Carbonisierung ungenügend, da keine Sinterbehälter verwendet wurden. Daher ergab sich keine Ausfällung von Zementit, und die G-e samt struktur der Produkte wird vollständig durch gleichmäßiges Perlit gebildet.

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, 255Ü428

Das erfindungsgemäße Sinterverfahren ist nicht auf die Herstellung der oben beschriebenen Teile beschränkt, und die zweite Behandlungsstufe von Sinterpellets kann in einer Atmosphäre zum Einbringen von anderen als Kohlenstoffkomponenten in die Sinterpeilets bewirkt werden, entsprechend der ursprünglichen Zusammensetzung der Pellets und deren vorgesehenen Verwendung.

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Claims

255Q428 Patentansprüche

1. Sinterverfahren zur Herstellung eines aus Eisen "bestehenden Gleitteils mit hohem Kohlenstoffgehalt, g e kennzeichne t durch folgende Verfahrensschritte ι Herstellung einer Mischung von 2 bis 5 G-ew.-^ Kohlenstoffpulver in Eisenpulver,

Verdichten der Mischung mittels eines Drucks von 4 "bis 8 t/cm zur Bildung einer Verdichtungsmasse (Pellets), Einbringen der Verdichtungsmasse in einen Sinterbehälter, Aufheizen der Verdichtungsmasse in einem Ofen während 10 bis 60 Minuten bei einer erhöhten Temperatur von etwa 1000⁰C bis zur eutektischen Temperatur der Hauptbestandteile der Verdichtungsmasse und

Warmhalten der erhitzten Verdichtungsmasse in dem Ofen während 10 bis 30 Minuten bei etwa 800 bis 1000⁰C, wobei der Sinterbehälter zumindest während des Warmhalteabschnitts eine größere Fähigkeit zum Carbonisieren aufweist als der Ofen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ze ichne t , daß der Ofen eine Carbonisierungsatmosphäre aufweist.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -

ζ. eichnet , daß. die C arboni sie rungs atmosphäre ein aus Kohlenwasserstoffen gebildetes endothermes Gas ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das endotherme Gas aus Butan gebildet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Sinterbehälter eine Öffnung mit einem semipermeablen Querschnitt aufweist, der kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur während des Warmhalteabschnittes etwa 850 bis 95O⁰C beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, g e kennzeichne t durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt, nämlich Hinzufügen eines Gleit- oder Schmiermittels in einer Menge von etwa 0,5 bis 1 Gew.-fo zu der Mischung vor der Verdichtung.

8. Verfahren nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterbehälter Öffnungen in einer Dichteverteilung von etwa 25 bis 1000 Iöcher/100 cm aufweist, deren Durchmesser etwa 2 bis 6 mm beträgt.

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9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e Ic e η η -■■- zeichnet , daß der Durchmesser der Löcher etwa 3 la is 5 mm beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 Ms 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Gleitmittel Zinkstearat ist.

11. Gleitteil, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

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