DE2704376C3

DE2704376C3 - Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung graphithaltiger Kupferlegierungen

Info

Publication number: DE2704376C3
Application number: DE2704376A
Authority: DE
Inventors: Katsuhiro Komuro; Masateru Suwa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-02-02
Filing date: 1977-02-02
Publication date: 1979-03-29
Also published as: US4207096A; DE2704376A1; GB1518781A; JPS5293621A; JPS561376B2; DE2704376B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung graphithaltiger Kupferlegierungen mittels des Einbringens metallisierter Graphitteilchen in eine Legierungsschmelze.

Ein festes Schmiermittel enthaltende Legierungen finden allgemein Verwendung für mechanische Gleitkontaktteile vor Verbrennungsmotoren, wie Lager, Getriebe, Kolben, Zylinder unH dergleichen. Die Verwendung von solchen ein festes Schmiermittel enthaltenden Legierungen wurde durch die Notwendigkeit bedingt, die Schmierung euren die eigene Schmierwirkung des festen Schmiermittels zu ergänzen, falls der Schmierölfilm abreißen sollte. Es ist gut bekannt, daß Graphit in idealer Weise als festes Schmiermittel verwendet werden kann, und es wurden bereits verschiedene Arten von Legierungen hergestellt, weiche Graphit enthalten.

Dabei treten jedoch Schwierigkeiten auf. Wenn beispielsweise Graphit selbst zu einem relativ leichten Material, wie Aluminium, zugesetzt wird, kann Graphit aufschwimmen und somit kaum gleichförmig dispergiert werden. Es ist auch bisher keine Graphit und Kupfer enthaltende Legierung von praktischem Wert zugänglich. Dies läßt sich auf folgende Tatsache zurückführen: Graphit und Kupfer sind ineinander nicht löslich und unterscheiden sich außerdem durch ihre Dichte, so daß dann, wenn Graphitteilchen in ein Schmelzbad aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gegeben und in diesem dispergiert werden, diese Teilchen aufschwimmen und zu einer unausgewogenen Dispersion führen, wenn die Schmelze in eine Gußform gegossen wird. Diese Eigenschaft verstärkt sich proportional mit der Größe des gebildeten Gußkörpers.

Als neue Methode zum Dispergieren von Graphit. ohne Aufschwimmen des Graphits, in einem Metall, welches praktisch keine Löslichkeit in Graphit zeigt (Löslichkeit geringer als 0,005%), wurde ein Verfahren beschrieben, bei dem metallisierte Graphitteilchen, wie mit einem Nickel- oder Kupferüberzug, in einem gasförmigen Dispergiermittel dispergiert und mit dem Gasstrom in eine Metallschmelze eingeblasen werden, (DE-OS 16 08 178). Dieses Verfahren hat zufriedenstellende Ergebnisse bei der Anwendung auf Metalle ohne gegenseitige Löslichkeit mit Graphit, wie Aluminium, Zink, Magnesium, gezeigt Man hat zwar erwähnt, daß sich dieses Verfahren auch auf Aluminiumlegierungen mit einem geringen Kupfergehalt anwenden lasse, bisher war es jedoch nicht möglich, dieses Verfahren unter Verwendung von reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung zufriedenstellend durchzuführen. Es gab daher bisher keine Alternative zu der Anwendung der pulvermetallurgischen Methode für die Kombination von Kupfer mit Graphit Die Anwendung dieser Methode erfordert jedoch höheren wirtschaftlichen Aufwand, als er für das Gießen erforderlich ist, und außerdem erweisen sich die Sinterprodukte als schlechter im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften als Gußkörper oder durch Gießen und Schmieden verarbeitete Formstücke. In der Technik besteht daher ein starkes Bedürfnis nach der Entwicklung einer Schmelztechnik, welche die gleichförmige Dispersion von Graphit in Kupfer ermöglicht, ohne daß ein Aufschwimmen von Graphit verursacht wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum gleichförmigen Dispergieren von Graphit in einer Kupferlegierung zur Verfugung zu stellen, bei dem die Graphitteilchen auch beim Vergießen nicht aufschwimmen.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung graphithaltiger Kupferlegierungen mittels des Einbringens metallisierter Graphitteilchen in eine Legierungsschmelze, das dadurch gekennzeichnet ist daß 5 bis 50 Volum-% metallisierter Graphit teilchen in der Kupferlegierungsschmelze, der bis zu 10 Gew.-% mindestens eines der Elemente Titan, Chrom, Zirkonium und/oder Magnesium zugesetzt worden ist dispergiert werden und die Schmelze danach unter Druck verfestigt wird.

Vorzugsweise erfolgt die Verfestigung der Schmelze unter einem Druck von mehr als 100 bar.

Gußkörper aus graphithaltigen Kupferlegierungen, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gehalten werden, enthalten die Graphittekchen in praktisch gleichförmiger Dispersion innerhalb der gesamten Struktur.

Diese mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielte Wirkung ist überraschend und könnte weder mit den bisher vorgeschlagenen Methoden erreicht noch von diesen abgeleitet werden.

Die wesentliche Verhinderung des Aufschwimmens der Graphitteilchen durch die Zugabe mindestens eines der Elemente Titan, Chrom, Magnesium oder Zirkonium zu einer Schmelze von Kupfer oder einer Kupferlegierung wurde durch zahlreiche Versuche reproduzierbar nachgewiesen. Jedes der vorstehend erwähnten Zusatzme'alle gehört dem Typ an. der in Gegenwart von Graphit ein Karbid bildet Es wurde daher angenommen, daß durch die Zugabe eines karbidbildenden Metalls die Wirkung erzielt wird, daß die durch Aufschwimmen verursachte Auswanderung der Graphitteilchen kontrolliert wird. Es wurde versucht andere Metalle dieses karbidbildenden Typs als die vorstehenden vier Metalle zuzusetzen, dabei wurde jedoch praktisch keine Wirkung erzielt So ergab beispielsweise die Zugabe von Magan, Silicium, Nickel, Eisen, Aluminium, Kobalt und Zinn keinen merklichen Effekt Es wurde gefunden, daß unter den zahlreichen karbidbildenden Metallen lediglich die vier vorstehend erwähnten Metalle, nämlich Chrom, Titan, Magnesium und Zirkonium, die Wirkung zeigen, das Aufschwimmen

von Graphit zu verhindern.

Die Mengen dieser zu Kupfer zugesetzten Metalle liegen innerhalb des llltireichs zwischen einem Anteil, der lediglich ausreicht, um das Vorliegen des Metalls erkennbar zu machen, bis 10Gew.-% im Fall von Chrom, Titan und Zirkonium, und 6 bis 10Gew.-% im Fall von Magnesium. Dieser Bereich gilt auch in Fällen, in denen zwei oder mehrere dieser Metalle in Form eines Gemisches verwendet werden, für die Gesamtmenge der Metalle. Es ist zu berücksichtigen, daß die Verwendung irgendeines dieser Metalle in einer Menge im Oberschuß über den vorstehend definierten Mengenbereich zur Bildung einer spröden Legierung führt, deren Wert vermindern ist Außerdem hat sich die Zugabe von Magnesium in einer Menge von weniger als 6Gew.-% als unzureichend erwiesen, um das Aufschwimmen von Graphit zu verhindern.

Die Graphitbeschickung der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Legierungen sollte vorzugsweise nicht weniger als 5 Volum-% für die Eignung als Gleitteile, wie Lager, Kolben, Getriebe -ind dergleichen betragen, weil sonst die Selbstschmierwirkung des in den Legierungen enthaltenen festen Schmiermittels nicht ausreicht Es ist außerdem wünschenswert, daß diese Graphitbeschickung bis zu 50 Volum-% beträgt, um eine ausreichende Festigkeit und andere allgemeine mechanische Eigenschaften für die Eignung als mechanische Teile zu erzielen.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die Graphitteilchen in eine Schmelze einer Kupferlegie rung, die mindestens eines der Elemente Titan. Chrom. Magnesium und Zirkonium enthält, gegeben und in dieser dispergiert werden, und diese Schmelze dann unter Druck verfestigt wird, ermöglicht die Anwendung des Gießens zur Herstellung von Formkörpern aus der Legierung.

Die Gießmethode hat gegenüber dem pulvermetallurgischen Verfahren mehrere Vorteile, so z. B. den, daß sie die Bildung von Teilen mit komplizierter Gestalt ermöglicht und die Herstellungskosten vermindert werden können. Aus diesen Gründen wird das Gießen in weitem Umfang zur Herstellung von verschiedenen Arten von Maschinenteilen angewendet Die Situation ist jedoch im Fall von Gußlegierungen mit aispergiertem Graphit etwas anders. Bei diesen Legierungen neigen die Graphitteilchen zu einer Segregation im oberen TeU des Gußkörpers, und da Graphit dem geschmolzenen Metall in Form von Teilchen zugesetzt wird, wird die Oberfläche des Graphits so groß, daß die Abgabe von absorbiertem Gas aus dieser Oberfläche in die Schmelze nicht mehr vernachlässigt werden kann. Es treten darüber hinaus Schwierigkeiten durch das während des Schmelzens und der Verfestigung gebildete Gas und die Schwindung auf; dadurch wird die Qualität des Produkts beeinträchtigt und eine Massen produktion für diese Legierungen verhindert

Um die Forderung nach einer Qualitätsverbesserung der durch Gießen hergestellten Maschinenteile zu erfüllen, wurde weitgehend Grundlagenforschung über die Methode zum gleichförmigen Dispergieren der Graphitteilchen durchgeführt, wobei auf das geschmolzene Metall ein hydrostatischer Druck ausgeübt wurde, Ims die vollständige Verfestigung eingetreten war. Dabei wurde gefunden, daß durch einen hydrostatischen Druck eine merkliche Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen der Schmelze und der Form erreicht werden kann, wodurch die Verfestigungsdauer vermindert und ein feineres Gefüge erzielt wird, während gleichzeitig das Aufschwimmen von Graphit verhindert wird.

Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere mit einem Nickel- oder Kupferübei - zug auf den Graphitteilchen erreicht Es wurde außerdem gefunden, daß der auf die Schmelze zum Zeitpunkt der Verfestigung ausgeübte Druck vorzugsweise mehr als 100 bar betragen sollte, damit bestmögliche Ergebnisse erzielt werden.

ίο Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat die Größe der Graphitteilchen keinen wesentlichen Einfluß auf die gleichförmige Dispergierung des Graphits und es ist daher für die Auswahl der verwendeten Graphiueilchen keine besondere Sorgfalt erforderlich; es hat sich jedoch als besonders günstig erwiesen, Graphitteilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 50 μπι zu verwenden, weil durch die Verwendung einer solchen Teilchengröße der Graphitteilchen die Verarbeitung der Legierung zu Gleitkontaktteilen erleichtert werden kann. Es wird bei Gleitkontaktteilen häufig beobachtet, daß beim Reißen des Schmierölfilms die in Kontakt kommenden Metalle aneinander haften, woduic.i das plastische fluide Bett unmittelbar unterhalb der Reibungsoberfläche bis 100 ujn vertieft wird; wenn in einem solchen Haftkontakt ein Metall an der anderen Metalloberfläche haftet würde eine Metallablagerung aufgebaut die Werte \on mehreren 10 μπι annehmen kann. Wenn in diesem Fall die Graphitteilchen kleine Teilchengröße haben, können sie zusammen mit dem Metall abgetrennt

j» werden und aus dem Reibungsbereich entfernt werden. Wenn ihre Größe jedoch mehr als 50 μπι l>eträgt, wird eine ausreichende Widerstandskraft gegenüber dem plastischen Fließen erreicht und die Gefahr der Abtrennung zusammen mit Kupfer wird minimal gehalten.

Im Hinblick auf die Erhöhung der Gleichförmigkeit der Dispersion der Graphitteilchen übt die Temperatur des geschmolzenen Metalls einen Einfluß aus. Der bevorzugte Bereich der Schmelztemperatur liegt um 20 bis 100°C, vorzugsweise 30 bis 60⁰C. höher als die Liquidustemperatur. Wenn die Schmelzetemperatur weniger als 20°C über der Liquidustemperatur ist. so fehlt der Schmelze die Leichtflüssigkeit wodurch die Gefahr der Bildung kalter Einschlüsse oder Poren erhöht und die Qualität des Gußstücks verschlechtert wird. Wenn andererseits die Schmelzetemperatur mehr

als 100° C höher als die Liquidustemperatur ist so haben die Graphitteilchen die Tendenz, aufzuschwimmen.

Nach dem bereits vorgeschlagenen Verfahren zur

Herstellung von graphithaltigen Legierungen werden die Graphitteilchen metallisiert und mit Hilfe eines als Dispergiermittel diev«nden Gases in die Schmelze des anderen Metalls eingeblasen. Bei dem erfindungsgemä Ben Verfahren ist jedoch ein solcher Schritt nicht erOrcrrlich. Das Einleiten eines dispergierenden Gases ist ohne jede Bedeutung, da es keine Verbesserung verursacht wie mn Hilfe von Makrophotographien oder anderen Methoden zu erkennen ist Die Anwendung eines Überzugs für die Graphitteilchen, wie eines

Oberzugs aus NicM. Kupfer oder Kobalt ist jedoch wichtig, weil dies die Bindungsreaktion zwischen den Graphitteilchen und den in der Schmelze der Kupferlegierung vorliegenden Elementen, wie Ti'an, Chrom, Magnesium und Zirkonium, intensiviert

b5 Die zum Metallisieren der Graphitteilchen erfindungsgemäß verwendeten Metalle unterliegen keinen speziellen Beschränkungen, abgesehen davon, daß sie mit Kupfer verträelich sein miksnn AIIp in H»n

erfindungsgemäß durchgeführten Versuchen verwendeten Metalle, wie Nickel, Kupfer, Kobalt, Chrom und Eisen, hatten die aktive Wirkung, das Aufschwimmen von Graphit zu verhindern. Dabei kann jedes geeignete Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise aus der Gasphase oder aus der Flüssigphase, angewendet werden. Es wird jedoch bevorzugt, das Verfahren des strumlosen Metallisierens in Gegenwart von Hypophosphorsäuregruppen zur Bildung eines Nickelüberzugs anzuwenden. Dieses Verfahren ermöglicht eine reichliche Menge an Phosphor im Nickelüberzug; dieser Phosphor wird frei, wenn das Nickel in der Schmelze schmilzt, und dient als Entgasungsmittel, so daß die Bildung von Gußstücken hoher Qualität ermöglicht wird. Es wird angenommen, daß das Beschichtungsmetall die Wirkung hat, die Oberfläche der Graphitteilchen sauberzuhalten. Wenn eine Graphit enthaltende Kupferlegierung, die unter Verwendung der metallbeschich- icicfi Gräpfiiticfiüiicn gcuituct WOruCii ί3ΐ, dürCn CiH Lichtmikroskop betrachtet wird, so wird festgestellt, daß das Beschichtungsmetall geschmolzen und die Schmelze in einer Form verfestigt ist, in der sie direkt mit dem Graphit in Kontakt steht. Es ist somit ersichtlich, daß das Aufschwimmen der Graphitteilchen nicht einfach auf die niedere Dichte des Graphits, sondern vielmehr auf die unzureichenden Oberflächenbedingungen zurückzuführen ist. Es wird angenommen, daß das Beschichtungsmetell diesen Nachteil kompensiert.

Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen wurde der Versuch gemacht, die metallisierten Graphitteilchen in das Metallschmelzebad einzubringen, nachdem die metallisierten Oberflächen der Graphitteilchen einer reduzierenden Reinigung unterzogen worden waren, um sie von jeglichem Oxidfilm zu befreien. Es wurde gefunden, daß ausgezeichnete Ergebnisse erreicht werden, wenn diese Reduktions-Reinigung bei einer Temperatur von 400 bis 800° C durchgeführt wird.

Diese Untersuchungen zeigen an, daß bevorzugt metallisierte Graphitteilchen mit Teilchengrößen von mehr als 50μπι, die einer Reduktions-Reinigung unterworfen worden sind, in die Schmelze einer Kupferlegierung eingeführt und in dieser dispergiert werden, in der mindestens eines der Elemente, Chrom, Titan, Zirkonium und Magnesium, in den vorgenannten Mengen enthalten ist. Die Schmelzetemperatur ist 30 bis 60% über der Liquidustemperatur und die Schmelze wird unter einem Druck von mehr als 100 bar verfestigt. Eine Metallbeschichtung wird bevorzugt durch stromloses Vernickeln in Gegenwart von Hypophosphorsäure erreicht

Die Schmelze, welche die in ihr dispergierten Graphitteilchen enthält, wird abgekühlt und verfestigt. Dazu wird die Schmelze in eine Schalengußform, Metallform, Spritzmatrize etc. eingegossen oder mit Hilfe 60% Stranggießens, Schleudergießens oder Spritzgießens verarbeitet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert

Darin zeigt F i g. 1 eine Makrophotographie eines vertikalen Schnitts durch einen Gußblock aus einer 30 Volum-% Graphit und 1% Ti enthaltender Aluminiumbronze mit 9% Ai, die erfindungsgemäß hergestellt worden ist;

F i g. 2 ist die Makrophotographie eines Gußblockes in 400facher Vergrößerung aus einer 10 Volum-% Graphit und 0,5% Ti enthaltenden Al-Bronze;

Fig. 3 ist eine Makrophotographie einer anderen

graphithaltigen Kupferlegierung, die erfindungsgemäß erhalten wurde, und

F i g. 4 ist ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen dem Graphitgehalt der Legierungen und dem angewendeten Druck darstellt

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen erläutert

Beispiel 1

Teilchen von natürlichem Graphit mit einer Teilchengröße von 50 bis 200 μιη und granulierte Teilchen von natürlichem Graphit wurden mit Kupfer bis zu einer Dicke von 2 bis IO μιη chemisch metallisiert und danach einer Reinigungsbehandlung in einer Wasserstoffatmo sphäre bei 400°C unterworfen. Diese kupferbeschichte ten Graphitteilchen wurden dann in eine Schmelze von reinem Kupfer, der 6Gew.-% Magnesium zugesetzt worden waren, eingeführt und die Schmelze geriihr' ~.!·¹.?!· ii-'-rH" he· einem Wert

jiZ ι CfTipCrSiür GCr

von 50° C oberhalb der Liquidustemperatur gehalten. Die Graphitteilchen wurden in einer Menge von 5, 10,20 bzw. 30 Wium-% eingeführt. Die gesamte Menge der eingeführten Graphitteilchen wurde in der Schmelze ohne Aufschwimmen verteilt. Daraus hergestellte

2=> Guliblöcke mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Länge von 150 mm zeigten die gleichförmige Dispersion von Graphit innerhalb des gesamten Blocks.

Beispiel 2

JO Magnesium wurde in Anteilen von 9 bzw. 10 Gew.-% in eine reine Kupferschmelze gegeben. Dann wurden kupferbeschichtete Graphitteilchtn wie in Beispiel 1 eingeführt und die Schmelze gerührt, wobei die Temperatur der Schmelze um 50° C oberhalb der

J5 Liquidustemperatur gehalten wurde. Die Menge der zugesetzten Graphitteilchen betrug 5, 10, 20 bzw. 30 Volum-%. Die Graphitverteilung in den Gußblöcken war so gut wie in Beispiel 1.

Beispiel 3

Magnesium wurde in Mengen von 6, 9 bzw. IOGew.-% in reine Kupferschmelzen sowie nickelbeschichtete Graphitteilchen in jede dieser Schmelzen gegeben; die Temperatur der Schmelze lag bei einem Wert von 50° C oberhalb der Liquidustemperatur. Die Graphitteilchen wurden in Mengen von 5, 10, 20 bzw. 30 Volum-% zugesetzt Der Nickelüberzug war durch chemisches Vernickeln von natürlichen Graphitteilchen einer Teilchengröße von 50 bis 200 μιη und von granulierten natürlichen Graphitteilchen bis zu einer Dicke von 2 bis 10 μιη gebildet worden. DL so erhaltenen beschichteten Graphitteilchen wurden dann einer Reinigungsbehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre bei 700° C unterworfen. Die gemäß Beispiel 1

hergestellten Gußblöcke zeigten die gleichförmige Dispersion von Graphit innerhalb des gesamten Blocks.

Beispiel 4

Chrom wurde in Mengen von 0,5,1 bzw. 2 Gew. °/o zu Schmelzen aus reinem Kupfer gegeben; dann wurden die kupferbeschichteten Graphitteilchen gemäß Beispiel 1 in diese Schmelzen eingeführt und es wurde weiter wie in Beispiel 1 verfahren. Das Ergebnis war ebenso günstig wie dort

Beispiel 5

Die gleiche Verfahrensweise wie in Beispiel 4 wurde wiederholt, wobei jedoch die vernickelten Graphitteil-

chcn, die gemäß Beispiel 3 hergestellt worden waren, in die Schmelze eingeführt wurden. Eine gleichförmige Dispersion der Graphitteilchen war die Folge.

Beispiele 6 und 7

CJ'iom wurde in Mengen von 0,5,1 bzw. 2 Gew.-% zu Aluminiumbronze mit 9% Aluminium, Bronze mit 8% Zinn und Messing mit 40% Zink gegeben; kupfer- bzw. nickclbeschichtete Graphitteilchen wra'den in jede dieser Schmelzen eingeführt und diese weiter gemäß Beispiel I verarbeitet.

Beispiele 8 bis 11

Dieselben Mengenanteile wie an Chrom wurden in diesen Beispielen durch Titan und Zirkonium ersetzt und zusammen mit kupfer- oder nickelbeschichteten Graphitteilchen jeweils zu reinem Kupfer oder den vorgenannten Kupferlegierungen zugesetzt und gemäß Beispiel ! weiterverarbeitet. Die gemäß den Beispielen 6 bis 11 hergestellten Gußblöcke zeigen alle eine gleichmäßige Verteilung der Graphitteilchen. Wie das in F i g. 2 gezeigte Gefüge erkennen läßt, steht Graphit in direktem Kontakt mit der Matrix aus Aluminiumbronze; die Oberflächen der Graphitteilchen sind völlig frei von irgendeiner Verbindungsschicht.

Vergleichsbeispiele I bis 3

Kupfer- bzw. nickelbeschichtete Graphitteilchen einer Größe von 50 bis 200 μηι, die chemisch einen Überzug von 2 bis 10 μιη erhalten hatten, wurden in gasförmigem Argon suspendiert oder ohne Suspension im Argon direkt in Schmelzen aus reinem Kupfer, Bronze, Aluminiumbronze bzw. Messing eingeblasen, wobei die Schmelzetemperatur bei einem Wert von 50 bis 150⁰C oberhalb der Liquidustemperatur gehalten wurde. Die Graphitteilchen wurden in jedem Fall in einer Menge von 5 Volum-% eingeblasen. Dabei wurden die Graphitteilchen nicht in der Schmelze zurückgehalten und schwammen an die Oberfläche der Schmelze auf.

Vergleichsbeispiele 4 und 5

Jedes der nachstehenden Elemente Eisen, Silicium, Nickel, Maga:i. Kobalt, Zink und Aluminium wurde für sich in einer Menge von 1,2 bzw. 5 Gew.-% jeweils zu reinem Kupfer, Bronze Aluminiumbronze und Messing gegeben, und kupfer- oder nickelbeschichtete Graphitteilchen wurden in einer Menge von 5 Volum-% in jede der Schmelzen eingeführt, während die Schmelzetemperatur bei einem Wert von 50 bis 150° C oberhalb der Liquidustemperatur gehalten wurde. In jedem Fall schwammen die Graphitteilchen in der Schme'^e auf.

Vergleichsbeispiel 6

Eine 30 Volum-% Graphit enthaltende Aluminiumlegierung wurde durch Zugabe von nickelbeschichteten Graphitteilchen hergestellt und der daraus hergestellte Gußblock wurde zerschnitten und in Schmelzen aus reinem Kupfer, Aluminiumbronze und Messing eingeführt. Der Graphit blieb jedoch nicht in der Schmelze dispergiert, sondern flottierte zum größten Teil in den Oberflächenbereich der Schmelze.

Beispiel 12

Fig.3 ist eine Makrophotographie des Längsschnittes eines Gußblocks, der durch Verfestigung einer

') Al-Bronze mit 9% Al und einem Zusatz von 0,7% Ti unter einem Druck von 150 bar erhalten wurde. Die kupferbeschichteten Graphitteilchen mit einer Teilchengröße von etwa 100 μπι wurden in einer Menge von 20 Volum-% in die Schmelze eingeführt und nach dem

in Rühren bei einer Schmelzetemperatur von 100°C oberhalb der Liquidustemperatur wurde die Schmelze in eine Metallform mit einem Innendurchmesser von 50 mm gegossen und gepreßt. Wenn kein Druck angewendet wird, zeigt Graphit in Kupferlegierungen

ι ■> eine größere Tendenz, aufzuschwimmen, als in Aluminiumlegierungen; unter Druck wird der Graphit jedoch gleichförmig dispergiert, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Vorheiztemperatur der Form betrug 300" C.

_M Beispiel 13

F i g. 4 ist ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen dem angelegten Druck und der Graphitsegregation für den Fall zeigt, in dem die Graphitteilchen in einer Legierung aus Kupfer mit 8% Zinn und 0,7% Titan 2Ή dispergiert wurden. Der zylindrische Gußblock hatte einen Durchmesser von 100 mm und eine Höhe von 150 mm. In dem Diagramm zeigt Kurve a den kritischen Druck zur Verhinderung des Aufschwimmens von Graphit an. Es ist ersichtlich, daß in der Druckzone jo unterhalb der Kurve a die Neigung besteht, daß im oberen Teil des Gußblocks eine graphitreiche Schicht gebildet wird, während sich im unteren Teil des Gußblocks eine an Graphit verarmte Schicht ausbildet. Wenn dagegen ein höherer Druck angewendet wird, als r> er der Kurve a entspricht, so werden die Graphitteilchen praktisch gleichförmig innerhalb des gesamten Gußblocks verteilt. Daraus geht hervor, daß die Anwendung eines Druckes von mehr als 100 bar empfehlenswert ist. Es wurde außerdem gefunden, daß die Gleichförmigkeit der Graphitverteilung um so besser wird, je höher der angewendete Druck (oberhalb der Kurve a) ist.

Kurve b zeigt den kritischen Druck zur Vermeidung von Fehlern im Makrogefüge des Gußblocks: Bei einem 4> niedrigeren Druck, als er der Kurve b entspricht, wird zwar eine Graphitverteilung erreicht, doch besteht die Neigung zur Bildung von Schrumpfporen u. ä_

Kurve c zeigt den kritischen Druck für das Verbleiben der Mikroporosität, der durch Farbstoffeindringtests und durch lichtmikroskopische Beobachtungen bestimmt wurde. Bei einem Pressen mit einem Druck tberhalb dieser Kurve verbleiben keine Mikroporen im Gefüge.

Eine ähnliche Wirkung wird auch bei anderen Kupferlegierungen wie auch bei Aluminiumlegierungen beobachtet; in jedem Fall kann ein Gußblock hoher Qualität erhalten werden, wenn ein Druck in der Größenordnung von 400 bar angewendet wird.

Wie aus den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen ersichtlich ist, kann die gleichförmige Dispersion von Graphit in Kupferlegierungen erreicht werden, indem mindestens eines der Elemente Titan, Chrom, Zirkonium und Magnesium dem Kupfer zugesetzt wird. Es ist außerdem ersichtlich, daß die Verfestigung unter Druck das Erreichen einer gleichförmigen Graphitverteü'JP.g stark fördert. Der Graphit schwimmt auch dann nicht auf, wenn der Gußblock umgeschmolzen oder erneut geschmolzen wird, so daß

derartige GuQblöcke für die Verwendung als mechanische Gleitkontaktteile sehr geeignet sind und außerdem ausgezeichnete Abriebfestigkeit besitzen. Sie können daher in idealer Weise zur Herstellung von verschiedenen Arten von Gleitkontaktteilen, wie Lagern, Getrieben, Kolben, Zylindern und dergleichen, verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung graphithaltiger Kupferlegierungen mittels des Einbringens metallisierter Graphitteilchen in eine Legierungsschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß 5 bis 50 Volum-% metallisierter Graphitteilchen in der Kupferlegierungsschmelze, der bis zu 10Gew.-% mindestens eines der Elemente Titan, Chrom, Zirkonium und/oder Magnesium zugesetzt worden ist, dispergiert werden und die Schmelze danach unter Druck verfestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze unter einem Druck von is mehr als 100 bar verfestigt wird.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf eine Kupferlegierungsschmelze, der Magnesium in einer Menge von 6 bis 10Gew.-% einzeln oder in Kombination mit einem oder mehreren der genannten Metalle in einer Gesamtmenge von höchstens 1OGew.-°/o zugesetzt worden ist