DE2815159A1

DE2815159A1 - Verfahren zur herstellung gesinterter presslinge aus legierungen auf aluminiumbasis

Info

Publication number: DE2815159A1
Application number: DE19782815159
Authority: DE
Inventors: Takao Awao; Mituki Kaobayashi; Akio Kato; Hisao Mituishi; Yujiro Mizusaki; Kunio Sato
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1977-04-09
Filing date: 1978-04-07
Publication date: 1978-10-19
Also published as: DE2815159C2; GB1600439A; US4177069A

Description

KRAUS & WEISERT

PATENTANWÄLTE ^B 1 Ö 1 59

«ALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPU-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE GARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 -TELEFON 089/797077-797078 ■ TELEX O5-212156 kpat d

TELEGRAMM KRAUSPATENT

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1862 AW/rm

SHOWA DENKO K.K. Tokyo / Japan

Verfahren zur Herstellung gesinterter Preßlinge aus Legierungen auf Aluminiumbasis

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gesinterter Preßlinge aus Legierungen auf Aluminiumbasis mit Gehalten an Si, Cu und Mg, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Aluminiumpulver und/oder ein Al-Si-Legierungspulver mit mindestens einem Pulver aus Al-Cu-Mg-Si, Al-Cu-Mg usw. in einem solchen Verhältnis vermischt, daß das erstere 70% . oder mehr, bezogen auf das Gesamtgewicht des entstehenden Pulvergemisches, ausmacht und daß die gesamte Zusammensetzung des entstehenden Pulvergemisches im wesentlichen im Bereich von 1,0 bis 6,0 Gew.-% Cu, 0,2 bis 2,0 Gew.-% Mg, 0,2 bis 2,0 Gew.-56 Si und Rest Al liegt, man das so erhaltene Pulvergemisch zu Formen bzw. Körpern verdichtet bzw. verpreßt und dann die so erhaltenen grünen Preßlinge in Luft sintert.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gesinterter Preßlinge aus Metallpulver mit einem überwiegenden Bestandteil an Al.

Der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Ausdruck "Preßling" soll jegliche Art von kompaktierten bzw. verdichteten Preßlingen, Preßkörpern usw. mit umfassen. Der Einfachheit halber wird in der vorliegenden Anmeldung der Ausdruck "Preßling" verwendet.

Es wurde gefunden, daß gesinterte Preßlinge aus einer Legierung auf der Basis von Aluminium viele praktische Anwendungen für verschiedene Maschinen- bzw. Apparateteile aufweisen, da sie ein leichtes Gewicht besitzen, eine höhere Festigkeit und eine sehr gute Antikorrosionseigenschaft aufweisen. Bei der Herstellung der gesinterten Preßlinge aus Legierungen auf Aluminiumbasis ist es erforderlich, das Metallpulver aus Aluminium oder Aluminiumlegierung bei höheren Temperaturen, wie bei

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500 "bis 600°C, zu sintern. Wenn während der Erwärmungszeit bis zur Sintertemperatur oder während der Sinterzeit eine Oberflächenoxidation der Metallteilchen abläuft, wird die Bindungskraft zwischen den einzelnen Teilchen schwach und die Festigkeit des gesinterten Preßlings verschlechtert sich. Zur Vermeidung einer solchen Oberflächenoxidation der Metallteilchen war es in der Vergangenheit Praxis, das Sintern in einer nicht-oxidierenden Umgebung, wie in einem Inertgas oder Vakuum, durchzuführen. Durch die Erzeugung einer Sinteratmosphäre, die nicht-oxidierend ist, erhöhen sich jedoch die Kosten für die Herstellungseinrichtungen und für den Betrieb sehr stark, so daß es unmöglich ist, Sinterprodukte mit niedrigem Preis zu erzeugen. Es besteht daher ein großer Bedarf nach einem Verfahren für die Herstellung von gesinterten Preßlingen aus Legierungen auf Aluminiumgrundlage, bei dem das Sintern in Luft durchgeführt werden kann, ohne daß es erforderlich ist, eine spezielle Sinteratmosphäre zu verwenden.

In der US-Patentschrift 3 687 657 wird von S. Storchheim bereits ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten Preßlingen aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage vorgeschlagen, bei dem das Sintern in Luft durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren wird ein Pulvergemisch verwendet, das durch Beimischen einer geringen Menge an Magnesiumpulver und/oder Zinkpulver zu dem Aluminiumpulver erhalten wurde. Ein niederschmelzendes eutektisches Gemisch aus Aluminium mit Magnesium oder mit Zink wird während des Erhitzens des Pulvergerais ehe s bis zur Sintertemperatur gebildet. So ist die Oberfläche der Teilchen aus Aluminiumpulver mit diesem eutektischen Gemisch überzogen und dadurch wird die Oxidation der Oberfläche aus Aluminiumteilchen während des Sinterns verhindert.

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Bei diesem Verfahren ist es tatsächlich möglich, das Sintern in Luft durchzuführen. Die nach diesem Verfahren hergestellten gesinterten Preßlinge besitzen jedoch eine niedrige Alterungshärtungsbeständigkeit und Versuche haben gezeigt, daß die gesinterten Preßlinge, die nach diesem Verfahren hergestellt werden, nachdem sie einer Lösungswärmebehandlung bzw. Lösungshitzebehandlung und einem anschließenden Abschrecken, gefolgt von einer künstlichen Alterungshärtung, unterworfen wurden, nur eine niedrige Zugfestigkeit von etwa 20 kg/mm oder einem ähnlichen Wert aufweisen. Weiterhin kann bei diesem Verfahren keine ausreichende mechanische Festigkeit erhalten werden, solange nicht extrem feines Ausgangspulver verwendet wird. Es ist beispielsweise unbedingt erforderlich, als Aluminiumpulver ein solches zu verwenden, das 35 bis 9596 oder mehr einer Fraktion aus feinen Teilchen enthält, wobei die Teilchen vollständig durch ein ca. 0,041 mm- (350 mesh) Tyler-Standardsieb hindurchgehen müssen, was gleichzeitig erforderlich macht, daß alle anderen zusätzlichen Metallpulver ebenfalls eine Größe besitzen, daß sie durch ein ca. 0,04i-mm-(350 mesh) Tyler-Sieb hindurchgehen. Bei dem Verfahren der US-Patentschrift ist es somit nicht nur nachteilig, daß das Ausgangspulver einen hohen Preis besitzt, sondern das Verfahren ist weiterhin problematisch, da das Pulver wegen der extrem feinen Teilchengröße eine schlechte Fließfähigkeit aufweist und die Geschwindigkeit beim Beschicken der Form für das Verdichtungsverfahren verlangsamt wird, wodurch die Produktivität abnimmt.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeiten der gesinterten Preßlinge aus Legierungen auf Aluminiumgrundlage besteht eine Möglichkeit darin, Elemente zuzugeben, die die Präzipitationshärtung der Aluminiummatrix verbessern, wie Silicium, Kupfer usw.. Unter diesen Zusatzelementen kann man insbesondere annehmen, daß Silicium die Präzipitationshärtung stark

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verbessert. Als praktisches Verfahren für die Zugabe von Silicium kann man an erster Stelle ein Beimischen einer einfachen Pulversubstanz des Siliciums zu dem Ausgangspulver nennen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Diffusionsrate des Siliciums so niedrig ist, daß die Siliciumteilchen als solche in dem gesinterten Körper zurückgehalten werden, selbst nach einer beachtlich lang dauernden Sinterung, und so können sie die Präzipitationshärtung nicht beeinflussen, sondern man beobachtet sogar im Gegenteil eine Abnahme in der Festigkeit.

Als anderes Verfahren für die Zugabe von Silicium kann man ein Verfahren verwenden, bei dem ein Pulver aus Al-Si-Legierung dem Ausgangspulver beigemischt wird. Im allgemeinen ist jedoch die Verdichtbarkeit beim Verdichten von Metallpulver schlechter für Legierungspulver mit hohem Siliciumgehalt. Wird daher eine große Menge an Al-Si-Legierungspulver mit hohem Siliciumgehalt zugegeben, wird der grüne Preßling während des Verdichtungsverfahrens nicht ausreichend verdichtet, so daß die Gefahr des Fortschreitens der inneren Oxidation beim Sintern in Luft auftritt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gesinterte Preßlinge aus einer Legierung auf Aluminiumgrundlage mit hoher Festigkeit durch Sintern in Luft herzustellen, ohne daß es erforderlich ist, eine spezielle Sinteratmosphäre zu erzeugen, so daß die Herstellungskosten niedrig werden.

Erfindungsgemäß soll weiterhin ein grobes Ausgangspulver, wie ein per se hergestelltes Pulver, beispielsweise durch Atomisierung, verwendet werden können, wobei die Herstellungskosten für das Ausgangspulver ebenfalls erniedrigt werden.

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Erfindungsgemäß soll weiterhin die Wirkung bei der Präzipitationshärtung durch Zugabe von Silicium mit Kupfer und Magnesium verbessert werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten Preßlingen aus Legierungen auf Aluminiumgrundlage, das gekennzeichnet ist durch eine erste stufe, bei der mindestens ein Pulver aus der Gruppe Aluminiumpulver und Pulver aus einer Al-Si-Legierung, die Si in einer Menge von höchstens 2,1 GeMJ.-% enthält, mit mindestens einem Pulver aus der zweiten Gruppe, die Al-Cu-Mg-Si-Legierungspulver, Al-Cu-Si-Legierungspulver, Al-Mg-Si-Legierungspulver, Cu-Mg-Si-Legierungspulver, Al-Cu-Mg-Legierungspulver, Al-Cu-Legierungspulver, Al-Mg-Legierungspulver, Mg-Cu-Legierungspulver, Cu-Pulver und Mg-Pulver enthält, in einem solchen Mischverhältnis vermischt wird, daß die Gesamtzusammensetzung des so erhaltenen Pulvergemischs im wesentlichen den folgenden Zahlen entspricht:

Cu 1,0 bis 6,0 Gew.-%

Mg 0,2 bis 2,0 "

Si 0,2 bis 2,0 »

Al Rest

und wobei das Pulver der ersten Gruppe mindestens 70% ausmacht, bezogen auf das Gesamtgewicht des entstehenden Pulvergemischs, eine zweite Stufe, bei der das entstehende Pulvergemisch in vorbestimmte Formen bzw.Gestalten unter Bildung grüner Preßlinge bzw. Grünpreßlinge verdichtet wird, und eine dritte Stufe, bei der die grünen Preßlinge bei einer Temperatur von 500 bis 65O°C in Luft gesintert werden.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Ausgangspulver können in zwei Gruppen, d.h. die erste und die zweite Gruppe, eingeteilt v/erden. Die Pulver der ersten Gruppe ergeben

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einen gesinterten Preßling mit der Hauptkomponente, d.h. Aluminium, oder mit Aluminium und Silicium unter den Nebenkomponenten. In die erste Gruppe fallen Pulver aus reinem Aluminiummetall und Pulver aus Al-Si-Legierungen mit einem Si-Gehalt von 0,3 bis 2,1 Gew.-%. Diese Pulver zeigen eine bessere Verdichtbarkeit bzw. Preßfähigkeit, d.h. eine bessere Verformbarkeit nach dem Preßformen bei einer späteren Verfahrensstufe.

Die Pulver der zweiten Gruppe ergeben den gesinterten Preßling mit Nebenkomponenten in geringer Menge und die zweite Gruppe umfaßt Pulver aus Al-Cu-Mg-Si-Legierungen, Pulver aus Al-Cu-Si-Legierungen, Pulver aus Al-Mg-Si-Legierungen, Pulver aus Cu-Mg-Si-Legierungen, Pulver aus Al-Cu-Mg-Legierungen, Pulver aus Al-Cu-Legierungen, Pulver aus Al-Mg-Legierungen, Pulver aus Cu-Mg-Legierungen, Pulver aus Cu-Metall und Pulver aus Mg-Metall. Alle diese Pulver zeigen eine schlechtere Verdichtbarkeit, verglichen mit denen der ersten Gruppe.

Bei der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Pulver aus der ersten Gruppe, d.h. Al-Pulver und/oder Al-Si-Legierungspulver, mit einem oder zwei oder mehreren der Pulver der zweiten Gruppe verarbeitet und damit vermischt. Das Mischverhältnis für jedes Pulver wird auf soIt ehe Weise unabhängig davon, ob das Pulver eine einfache Substanz oder eine Legierung ist-, bestimmt, daß. der Gehalt an jedem Element, bezogen auf das gesamte Pulvergemisch, den Zahlen 1,0 bis 6,0 Gew.-% Cu, 0,2 bis 2,0 Gew.-% Mg, 0,2 bis 2,0 Gew.-% Si und als Rest Al entspricht, und wobei das Pulver der ersten Gruppe mindestens 7O?6, vorzugsweise mindestens 87?S, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pulvergemischs, ausmacht.

Bei der Kombination der Pulver der ersten Gruppe mit dem bzw. denen der zweiten Gruppe wird es beispielsweise praktiziert, wenn Al-Pulver von der ersten Gruppe gewählt wird, ein Legie-

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rungspulver, das Si oder eine Kombination aus Si enthaltendem Legierungspulver mit einem anderen Pulver enthält, aus der zweiten Gruppe auszuwählen. Beispiele für solche Kombinationen sind:

(a) Al mit Al-Cu-Mg-Si-Legierung

(b) Al mit Al-Cu-Si-Legierung und Mg

(c) Al mit Al-Mg-Si-Legierung und Cu

(d) Al mit Cu-Mg-Si-Legierung

Wird ein Al-Si-Legierungspulver aus der ersten Gruppe ausgewählt, ist es möglich, ein LegierungspuTver mit keinem Si-Gehalt und/oder ein Metallpulver aus einer einfachen Substanz aus der zweiten Gruppe auszuwählen. Einige Beispiele für solche Kombinationen werden im folgenden aufgeführt:

(e) Al-Si-Legierung mit Cu und Mg

(f) Al-Si-Legierung mit Al-Cu-Mg-Legierung

(g) Al-Si-Legierung mit Al-Cu-Legierung und Al-Mg-Legierung

(h) Al-Si-Legierung mit Cu-Mg-Legierung

Es ist weiterhin möglich, Cu-Pulver und/oder Mg-Pulver zur sätzlich zu jeder der obigen Kombinationen zuzugeben bzw. mit diesen zu Verarbeiten, so daß die Zusammensetzung des Gemisches eingestellt wird.

Wenn der Gehalt an Si in dem Al-Si-Legierungspulver den Wert von 2,1?6 überschreitet, dann besteht die Gefahr, daß eine unzureichende Verdichtung, bedingt durch die Abnahme der Verdichtbarkeit von Al-Si-Legierungspulver, stattfindet, und weiterhin besteht die Gefahr, daß der gesinterte Preßling deformiert wird, da die Flüssigkeitsphase aus Al-Cu-Mg-Si-Legierung, die eine niedrigschmelzende Legierung ist, über-

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mäßig wird bei der Diffusion von Cu und Mg in die Al-Si-Legierung während des Sinterns. Es ist daher erforderlich, ein Al-Si-Legierungspulver mit einem Gehalt an legiertem Si, der höchstens 2,1 Gew.-% beträgt, zu verwenden.

Wenn das aus der zweiten Gruppe ausgewählte Pulver keinen Si-Gehalt besitzt und wenn der Si-Gehalt im Al-Si-Legierungspulver der ersten Gruppe unter dem Wert von 0,3 Gew.-% liegt, wird es unmöglich sein, die Wirkung des Si bei der Präzipitationshärtung zu erreichen, wie es im folgenden näher erläutert wird, da der Si-Gehalt in dem erhaltenen gesinterten Preßling erniedrigt ist. In diesem Fall ist es erforderlich, ein Al-Si-Legierungspulver, das mindestens 0,3 Gew.-^ Si enthält, zu verwenden. Es ist natürlich auch möglich, ein Legierungspulver aus Al-Si gleichzeitig mit einem Pulver unter denen der zweiten Gruppe zu verwenden, das einen legierten Si-Gehalt besitzt. In diesem Fall kann es möglich sein, ein Al-Si-Pulver zu verwenden, das weniger als 0,3 Gew.-% Si enthält. Es ist weiterhin möglich, sowohl ein Al-Pulver als auch ein Al-Si-Legierungspulver in der ersten Gruppe zu verwenden.

Jedes der Pulver in der zweiten Gruppe zeigt eine schlechtere Verdichtbarkeit, verglichen mit den Pulvern der ersten Gruppe. Wenn daher der Anteil bzw. das Verhältnis in dem Gesamtpulvergemisch, das durch die Pulver der zweiten Gruppe hergestellt wird, 30 Gew.-% überschreitet, wird der bei der späteren Verfahrensstufe gebildete Preßling nicht ausreichend verdichtet sein, so daß eine große Menge an Luft (enthaltend Sauerstoff) innerhalb des grünen Preßlings zurückbleibt und gleichzeitig viele offene Poren gebildet werden, die mit der Außenatmosphäre in Verbindung stehen. Dementsprechend wird die innere Oxidation während des Sintervorgangs fortschreiten und eine ausreichende mechanische Festigkeit wird nicht erzielt. Das Mischverhältnis von Pulver der ersten Gruppe zu dem der zwei-

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ten Gruppe sollte daher so bestimmt v/erden, daß die Menge an Pulver der ersten Gruppe dem Wert von mindestens 70 und vorzugsweise einem Wert von mindestens 87 Gew.-?6 entspricht.

Als Ausgangspulver, wie Al-Pulver und Al-Si-Pulver, ist es möglich, gröbere Pulver als bei dem bekannten Verfahren zu verwenden. Beispielsweise kann ein Pulver, das durch Atomisierung hergestellt wurde und das eine Teilchengröße in dem Bereich besitzt, daß alle Teilchen durch ein 0,297 mm-Tyler-Standardsieb (AS mesh) hindurchgehen, per se verwendet werden. Selbst bei der Verwendung solch grober Pulver ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, eine ausreichende mechanische Festigkeit zu erzielen, was im folgenden näher erläutert wird. Während auf der Oberfläche von Teilchen aus Al-Pulver oder Al-Si-Legierungspulver, das nach dem Atomisierungsverfahren hergestellt wurde, im allgemeinen eine dünne Oxidhautschicht gebildet wird, kann eine Oxidhautschicht dieser Dicke leicht bei dem Verdichtungsverfahren, wie im folgenden näher erläutert, zerstört v/erden, so daß die mechanische Festigkeit des entstehenden gesinterten Preßlings kaum verschlechtert wird, wenn man solche Pulver verwendet, die durch Atomisierung erzeugt werden.

Das wie oben hergestellte Pulvergemisch wird dann in eine Verdichtungsform, wie eine Metallform, gegeben, um es in die vorbestimmte Form zu verdichten. Als Einrichtung für diese Verdichtung kann man ebenfalls bekannte Preßmaschinen bzw. -Vorrichtungen verwenden. Die Innenseite der Verdichtungsform wird zuvor mit einem Schmiermittel überzogen. Als Schmiermittel kann man beispielsweise eine Lösung verwenden, die durch Auflösen von Zinkstearat, Lithiumstearat oder Aluminiumstearat in Tetrachlorkohlenstoff hergestellt wurde. Schmieröle mineralischen Ursprungs und pflanzlichen Ursprungs usw. können verwendet werden. Es ist jedoch bevorzugt, nicht irgendein solches Schmiermittel mit dem Pulvergemisch zu vermischen.

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Bei dem Verdichtungsverfahren ist es bevorzugt, das Pulvergemisch so zu pressen, daß eine Dichte des grünen Preßlings erhalten wird, die etwa 90 bis 99/6 und vorzugsweise 95% oder mehr der theoretischen Dichte erreicht. Da das Pulvergemisch Al-Pulver und/oder Al-Si-Pulver, die eine bessere Verdichtbarkeit, wie zuvor beschrieben, besitzen, in einer Menge von mindestens 70 Gevi.-% enthält, zeigt es eine bessere Verdichtbarkeit, verglichen mit dem bekannten Verfahren, so daß es nun möglich ist, relativ niedrige Drucke, beispielsweise 3 bis 4 t/cm oder so bis zur Verdichtung bis zu einem Wert von 98 bis 99% der theoretischen Dichte zu verwenden.

Der grüne Preßling, hergestellt wie oben beschrieben, wird dann in Luft bei einer Temperatur von 500 bis 650⁰C, vorzugsweise von 530 bis 600⁰C, gesintert. Wenn die Rate bei der Temperaturerhöhung des grünen Preßlings bis zur Sintertemperatur zu niedrig ist, kann die innere Oxidation in gewissem Ablauf während dem Verlauf der Temperaturerhöhung ablaufen, so daß es bevorzugt ist, die Rate der Temperaturerhöhung so hoch wie möglich zu halten. Damit die Rate der Temperaturerhöhung erhöht werden kann, ist es empfehlenswert, eine solche Maßnahme zu ergreifen, daß die Innentemperatur des Sinterofens auf die Sintertemperatur zuvor eingestellt wird, und dann den grünen Preßling schnell in diesen Ofen zu geben. Obgleich die Dauer der Sinterung unterschiedlich sein kann, abhängig von der Sintertemperatur, reicht es im allgemeinen aus, eine Zeit zu verwenden, die langer ist als 5 min, und in vielen Fällen reichen etwa 30 min oder so aus.

Damit die innere Oxidation verhindert wird, ist es bevorzugt, den grünen Preßling einem Vorerhitzen bei einer Temperatur unter der Sintertemperatur vor dem Sintern zu unterwerfen.

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Der nach der Sinterungsstufe erhaltene gesinterte Preßling wird dann einer thermischen Behandlung, wie der normalen Behandlung für gezogenes Aluminiummaterial, beispielsweise der sogenannten T6-Behandlung (Lösungswärmebehandlung, Abschrekken und Alterungshärtung) usw., unterworfen, um die Präzipitationshärtung zu erhalten. Es ist bevorzugt, die Lösungswärmebehandlung durchzuführen, indem man den gesinterten Preßling bei einer Temperatur von 480 bis 520⁰C während etwa 30 min hält. Die Alterungshärtung wird vorzugsweise durchgeführt, indem man den gesinterten Preßling bei 150 bis 200⁰C während 10 bis 20 h hält.

Bei der Stufe, bei der das Pulvergemisch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verdichtet wird, wird die dünne Oxidhautschicht über der Oberfläche von jedem Teilchen aus Al-Pulver und/oder Al-Si-Legierungspulver durch die Preßkraft, die auf die Teilchen einwirkt, zerstört, wodurch frische "jungfräuliche" Metall-oberflache von jedem Teilchen freigesetzt wird, so daß die Teilchen aus Al-Pulver und/oder Al-Si-Legierungspulver direkt mit ihren jungfräulichen Metallflächen aneinander in Kontakt kommen. Gleichzeitig kommen sie in Kontakt mit den Teilchen des Pulvers der zweiten Gruppe, wie Al-Cu-Mg-Legierungspulver usw., direkt auf ihren freiliegenden Oberflächen. Da über 70 Gew.-So des Pulvergemisches aus dem Pulver der ersten Gruppe, das eine bessere Verdichtbarkeit zeigt, bestehen, sind die grünen Preßlinge, die bei dieser Stufe erhalten werden, innerlich ausreichend verdichtet, so daß die innerhalb der Preßlinge eingeschlossene Luft verringert ist und daß weiterhin das Auftreten der offenen Poren, die mit der Außenatmosphäre in Verbindung sind, unterdrückt wird. Aus diesen Gründen wird das Portschreiten der inneren Oxidation bei Erhöhung der Temperatur bis zur Sintertemperatür oder während des Sinterns vermieden- Beim Erreichen der Sintertemperatur werden die Elemente Cu, Mg und/oder Si, die in den Teil-

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chen des Pulvers der zweiten Gruppe enthalten sind, in die Teilchen von Al-Pulver und/oder Al~Si-Legierungspulver der ersten Gruppe durch die Fläche des direkten Kontakts der Metalloberflächen miteinander diffundiert, so daß das Sintern in fester Phase abläuft. Gleichzeitig findet ebenfalls zwischen den Teilchen der Pulver der ersten Gruppe eine Festphasensinterung durch die Metall/Metall-Kontaktfläche statt. ¥enn eine niedrigschmelzende Legierung, wie Al-Cu-Mg-Si, Al-Mg-Si, Al-Cu-Si usw., als Pulver der zweiten Gruppe verwendet -wird, bildet sich eine Flüssigkeitsphase aus der niedrigschmelzenden Legierung bei der Sintertemperatur aus, so daß ein Flüssigkeitsphasensintern ebenfalls gleichzeitig mit dem Festphasensintern beginnt. Sind daher hochschmelzende Metallpulver, wie Cu-Pulver, Mg-Pulver usw., außer dem obigen niedrigschmelzenden Pulver vorhanden, diffundieren sie prompt durch die Flüssigkeitsphase in den Teilchenkörper aus dem Pulver der ersten Gruppe. Selbst wenn ein niedrigschmelzendes Legierungspulver, das bei der Sintertemperatur schmelzbar ist, in dem Pulver der zweiten Gruppe nicht verwendet wird, kann, solange, wie beispielsweise Cu-Mg-Legierungspulver, als Pulver der zweiten Gruppe verwendet wird, eine niedrigschmelzende eutektische Legierung, wie Al-Cu-Mg-Si usw., an der Nachbarschaft der Grenze benachbarter Teilchen durch Diffusion von Cu und Mg nach einem Festphasensinterverfahren gebildet werden, wobei eine geringe Bildung einer Flüssigkeitsphase an der Grenze der Teilchen während des Sinterns stattfindet, und durch diese Flüssigkeitsphase verläuft die Diffusion von Cu, Mg und/oder Si in den inneren Feststoff der Teilchen der Pulver der ersten Gruppe schnell ab. So wird in allen Fällen, obgleich _t Unterschiede im Grad auftreten können, ein Flüssigkeitsphasensintern mindestens teilweise zusätzlich zu dem Festphasensintern stattfinden, so daß ein.gesinterter Preßling,-in dem Si, Cu und Mg homogen innerhalb der Aluminiummatrix verteilt sind, schnell erhalten wird.

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Die gesamte Zusammensetzung des so erhaltenen gesinterten Preßlings, ausgenommen der oberflächlichen dünnen Oxidschicht, stimmt im wesentlichen mit der des Rohpulvergemischs überein. Dementsprechend liegt die Zusammensetzung des gesinterten Preßlings, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, im wesentlichen bei den Zahlen: 1,0 bis 6,0 Gew.-^ Cu, 0,2 bis 2,0 Gew.-% Mg, 0,2 bis 2,0 Gew.-% Si und Rest Al. Unter diesen Elementen wird Kupfer zu der Verstärkung der Aluminiummatrix durch Präzipitationshärtung und Lösungsverfestigung beitragen. Wenn der Kupfergehalt kleiner ist als 1,0%, wird keine Verfestigung der Aluminiummatrix zu beobachten sein, und wenn er 6,0% übersteigt, wird der gesinterte Preßling spröde und zusätzlich findet während des Sinterns ein abnormales Wachstum oder eine Expansion statt. Magnesium trägt ebenfalls zur Verstärkung der Aluminiummatrix durch Präzipitationshärtung bei. Magnesium in einer Menge unter 0,2% ergibt für die Verstärkung keine Wirkung und, wenn es 2,0% überschreitet, wird es eine Versprödung des erhaltenen gesinterten Preßlings bewirken. Silicium trägt wesentlich zur Verstärkung der Aluminiummatrix bei, bedingt durch die Präzipitationshärtung, wohingegen eine Menge unter 0,2% fast keine Wirkung auf die Verstärkung zeigt und eine Menge, die 2,0% überschreitet, eine Versprödung des gesinterten Preßlings bewirkt und gleichzeitig bewirken kann, daß während des Sinterns ein abnormales Wachstum stattfindet.

Es ist möglich, je nach Bedarf Eisen, Nickel, Chrom, Mangan*. Kobalt, Molybdän, Titan usw. außer den obigen Elementen Kupfer, Magnesium und Silicium zuzugeben. Eisen löst sich kaum in Aluminium, bildet jedoch eine Eisenverbindung und verringert die Dehnung und Zähigkeit des gesinterten Produkts. Wenn jedoch gleichzeitig Silicium vorliegt, wird die Löslichkeit des Eisens erhöht und die Prüfdehngrenze des gesinterten Produktes verbessert bzw. verstärkt. Der Bereich an Eisen-

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gehalt, in dem diese Wirkung erreicht v/ird, liegt zwischen, etwa 0,2 und 1,5 Gew.-%. Die mechanischen Festigkeiten des gesinterten Produkts im höheren Temperaturbereich können ohne Erhöhung der Empfindlichkeit gegenüber Zugkorrosionsrißbildung durch Zugabe von Nickel, Chrom, Mangan, Kobalt, Molybdän usv/. je in einer Menge von etwa 0,02 bis 0,5% verstärkt werden. Wenn 3^eclc>ch cLL_e Zähigkeit beachtet v/erden muß, ist es bevorzugt, die Gesamtmenge an diesen Elementen auf einen Wert von etwa 1,0 Gew.-% oder weniger zu beschränken. Zusätzlich hat das Titan die Wirkung, daß ein Kornfeinen stattfindet* und die Zugabemenge liegt vorzugsweise im Bereich von etv/a 0,005 bis 0,25 Gew.-%.

Es ist bevorzugt, daß diese Zusatzmetalle, v/ie Eisen, Nickel usw., vorher dem Legierungspulver der zweiten Gruppe beigemischt v/erden, v/ie Al-Cu-Mg-Si oder Al-Mg-Si, in Form des legierten Elements, so daß es als Legierungspulver kompundiert bzv/. eingearbeitet v/ird. Auf diese Weise ist es möglich, eine homogene und prompte Dispersion von Eisen, Nickel usw. zu erreichen, die schwierig in den Teilchen aus Aluminium der festen Phase aus einfacher Metallsubstanz, innerhalb der Aluminiumteilchen und/oder der Al-Si-Legierungsteilchen diffundieren, da sie in die Teilchen aus Aluminium und/oder Al-Si-Legierungspulver diffundieren, begleitet von der Diffusion von Kupfer, Magnesium und Silicium während des Sinterns.

In den folgenden Beispielen wird die vorliegende Erfindung erläutert. In den Beispielen 1 bis 9 v/ird Al-Pulver als in der ersten Gruppe verwendet und in den Beispielen 10 bis 15 v/ird Al-Si-Legierungspulver aus der ersten Gruppe verwendet. In allen Beispielen v/ird die Teilchengröße des Pulvers in mm bzw. nach dem Tyler-Standardmaß angegeben.

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Die T6-Behandlung erfolgt in jedem Beispiel auf solche Weise, daß die Lösungsbehandlung "bei 500⁰C während 30 min, gefolgt von Abschrecken mit Wasser, durchgeführt wird und daß die nachfolgende Alterungshärtung bei 165°C während 13 h durchgeführt wird.

Beispiel 1

Als Rohpulvergeraisch wird Aluminiumpulver verwendet, das durch Atomisierung hergestellt wird, und ein Pulver aus einer Legierung aus 40% Cu, 5% Mg, 8% Si und Al, verarbeitet in solchen Verhältnissen, daß die Gesamtzusammensetzung des entstehenden Pulvergemischs den folgenden Zahlen entspricht: 4,0% Cu, 0,5% Mg, 0,8% Si, Al. Die Teilchengrößenverteilung, das Mischverhältnis in Gewichtsbasis und das Schüttgewicht bzw. die scheinbare Dichte dieser Pulver sind in Tabelle I aufgeführt.

Tabelle I

Bestandteile des Pulvergemischs Al Al-Cu-Mg-Si

Grö- -0,297+0,149 mm (-48+100 mesh) 4,4% 1,8% ver- -0,149+0,103 mm (-100+145 mesh) 8,1% 4,4%

tei- -0,103+0,074 mm (-145+200 mesh)19,5% 9,0%

^lunS -0,074+0,052 mm (-200+250 mesh)21,6% 11,5%

-0,062+0,004 mm (-250+350 mesh) 7,2% 10,0%

-0,004 mm (-350 mesh) 39,2% 63,3%

Schüttgewicht 1,05 g/cnr 1,45 g/cnP

Mischverhältnis, ausgedrückt durch

das Gewicht 90% 10%

Die obigen beiden Pulver werden zusammen während etwa 30 min gemischt und dann wird das entstehende Gemisch in eine Metallform, deren innere Oberfläche zuvor mit einem Schmiermittel beschichtet wurde, das aus einer gesättigten Lösung

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aus Zinkstearat in Tetrachlorkohlenstoff "besteht, gegeben. Unter Verwendung einer Preßvorrichtung wird das in die Form eingefüllte Pulvergemisch verdichtet, wobei man einen grünen Preßling erhält, der eine Dichte von 98,2% des theoretischen Wertes aufweist. Die Dimensionen des grünen Preßlings sind gleich wie die Zugtestproben von JSPM-Standard 2-64. Ein grüner Preßling, erhalten, wie oben beschrieben, wird dann in ein aus rostfreiem Stahl (SUS 304) hergestelltes Boot gegeben und schnell zusammen mit dem Boot in eine einheitliche Heizvorrichtung gegeben, die zuvor auf eine Temperatur von 540°C in dem Sinterofen erhitzt wurde, und dann wird das Sintern während 5 min durchgeführt. Ein v/eiterer grüner Preßling, erhalten wie oben, wird auf gleiche Weise während 30 min gesintert. Für diese gesinterten Preßlinge wird ein Zugtest durchgeführt, der zeigt, daß die Proben, die 5 min gesintert wurden, eine Zugfestigkeit von 21,5 kg/mm und eine Dehnung von 4,8% aufweisen und daß die Proben, die 30 min gesintert wurden, eine Zugfestigkeit von 23,8 kg/mm und eine Dehnung von 5,6% aufweisen. Beide gesinterten Preßlinge zeigen einen besseren Oberflächenzustand und man erkennt kein Versagen.

Wenn der gleiche gesinterte Preßling, der 30 min gesintert wurde, der weiteren T6-Behandlung unterworfen wird, erhält

man eine Zugfestigkeit von 34,0 kg/mm . Beispiel 2

95 Gewichtsteile Aluminiumpulver und 5 Gewichtsteile Legierungspulver aus 40% Cu, 10% Mg, 12% Si und Al, die beide eine Teilchengrößenverteilung und ein Schüttgewicht besitzen, das ähnlich ist wie bei Beispiel 1, werden zusammen vermischt und, wie im Beispiel 1 beschrieben, verarbeitet. Man erhält einen gesinterten Preßling mit einer Zusammensetzung, die 2,0% Cu, 0,5% Mg, 0,6% Si und Al entspricht. Die Sinterbedingungen

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betragen 590⁰C und 30 min. Die Dichte dieses gesinterten Preßlings erreicht 94,2% des theoretischen Werts und er besitzt

eine Zugfestigkeit von 22,7 kg/mm und eine Dehnung von 13,9%. Wird der gleiche gesinterte Preßling der T^-Behandlung unterworden, so erhält man eine Zugfestigkeit von 34,3kg/mm .

Beispiel 3

94,2 Gewichtsteile Aluminiumpulver und 5,8 Gewichtsteile eines Legierungspulvers aus 60% Cu, 10% Mg, 8% Si und Al fast gleicher Größenverteilung und Schüttgewicht wie im Beispiel 1 v/erden miteinander vermischt und, wie im Beispiel 1 beschrieben, verarbeitet. Man erhält einen gesinterten Preßling mit einer Zusammensetzung von 3,5% Cu, 0,53% Mg, 0,46% Si und Al. Die Sinterbedingungen werden so ausgewählt, daß sie 570⁰C und 30 min betragen. Der Zugfestigkeitstest wird mit diesem gesinterten Preßling durchgeführt und man erhält eine Zugfestigkeit von 24,6 kg/mm und eine Dehnung von 3,2%. Wenn der gleiche gesinterte Preßling weiter der T6-Behandlung unterworfen

wird, wird eine Zugfestigkeit von 34,8 kg/mm erreicht. Beispiel 4

92,5 Gewichtsteile Aluminiumpulver und 7,5 Gewichtsteile Legierungspulver aus 60% Cu, 6,7% Mg, 5,3% Si und Al, beide mit einer Teilchengrößenverteilung und einer Schüttdichte fast gleich wie im Beispiel 1, v/erden zusammen vermischt. Man arbeitet, wie im Beispiel 1 beschrieben, und erhält einen gesinterten Preßling mit folgender Zusammensetzung: 4,5% Cu, 0,50% Mg, 0,40% Si und Al. Die Sinterbedingungen betragen 560⁰C während 30 min. Der Zugfestigkeitstest mit diesem ge-

sinterten Preßling ergibt eine Zugfestigkeit von 21,8 kg/mm und eine Dehnung von 2,9%. Der gleiche gesinterte Preßling wird der T6-Behandlung unterworfen. Man erhält danach eine

Zugfestigkeit von 38,3 kg/mm .

809842/09QÖ

Beispiel 5

92,7 Gewichtsteile Aluminiumpulver mit fast der gleichen Teilchengrößenverteilung und dem Schüttgewicht wie im Beispiel 1, 5,0 Gewichtsteile Legierungspulver aus 50% Cu, 8% Si und Al, 0,3 Gewichtsteile Magnesiumpulver und 2 Gewichtsteile eines weiteren Legierungspulvers aus 10% Mg, 15% Si und Cu werden gut miteinander vermischt und dann arbeitet man auf gleiche Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, und stellt einen gesinterten Preßling her. Dieser besitzt die Zusammensetzung 4,0% Cu, 0,51% Mg, 0,69% Si und Al. Die Sinterbedingungen sind 560°C während 30 min. Der Zugfestigkeitstest mit diesem gesinterten Preßling ergibt eine Zugfestigkeit von 21,5 kg/mm und eine Dehnung von 6,3%. Eine T6-ßehandlung des gleichen gesinterten Preßlings erhöht die Zugfestigkeit auf 34,2 kg/mm .

Beispiel 6

89,2 Gewichtsteile Al~Pulver mit fast der gleichen Größenverteilung und dem gleichen Schüttgewicht wie im Beispiel 1 werden zusammen mit 5,0 Gewichtsteilen Legierungspulver aus 60,6% Cu, 9,8% Mg, 7,6% Si und Al, 5,0 Gewichtsteilen eines weiteren Legierungspulvers aus 44,0% Cu, 8,2% Si und Al und 0,8 Gewichtsteilen eines elektrolytischen Kupferpulvers, das -350 mesh ist und ein Schuttgewicht von 1,66 g/cm besitzt, vermischt. Man arbeitet auf gleiche Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, und stellt einen gesinterten Preßling mit der Zusammensetzung 6,050 Cu, 0,49% Mg, 0,8% Si und Al her. Die Sinterbedingungen sind 560⁰C χ 30 min. Der Zugfestigkeitstest ergibt für diesen gesinterten Preßling eine Zugfestigkeit

von 24,0 kg/mm und eine Dehnung von 2,2%. Eine T6-Behandlung des gleichen gesinterten Preßlings .erhöht die Zugfestigkeit auf 33,1 kg/mm².

8098-42/09

- 19 -

Beispiel 7

Ein Aluminiumpulver, fast mit der gleichen Größenverteilung und dem Schüttgewicht wie das, das im Beispiel 1 verwendet wurde, ein Legierungspulver aus 44% Cu, 8,0% Si und Al und ein Magnesiumpulver aus 100% -350 mesh mit dem Schüttgewicht von 0,64 g/cm werden zusammen im Mischverhältnis auf Gewichtsbasis von 89,5% : 10,0% : 0,5% vermischt. Man arbeitet, wie im Beispiel 1 beschrieben, und man stellt einen gesinterten Preßling mit der folgenden Zusammensetzung 4,4% Cu, 0,5% Mg, 0,8% Si und Al her. Die Sinterbedingungen betragen 570⁰C χ min. Der Zugfestigkeitstest für diesen gesinterten Preßling

ergibt eine Zugfestigkeit von 20,6 kg/mm und eine Dehnung von 2,5%. Durch eine T6-Behandlung des gesinterten Preßlings wird eine Zugfestigkeit von 32,5 kg/mm erhalten.

Beispiel 8

Ein Aluminiumpulver, das fast die gleiche Teilchengrößenverteilung und das Schüttgewicht besitzt wie das, das im Beispiel 1 verwendet wurde, ein Legierungspulver aus 24,0% Mg, 20,0% Si und Al und ein elektrolytisches Kupferpulver aus 100% -200 mesh mit einem Schüttgewicht von 1,66 g/cm werden zusammen im Mischverhältnis auf Gewichtsbasis von 94,0% : 2,5% : 3,5% vermischt. Man arbeitet auf gleiche Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, und stellt einen gesinterten Preßling mit einer Zusammensetzung von 3,5% Cu, 0,5% Mg, 0,6% Si und Al her. Die Sinterbedingungen betragen 580⁰C χ 30 min. Der Zugfestigkeitstest für diese Probe ergibt eine Zugfestigkeit von 21,2 kg/mm und eine Dehnung von 5,0%. Durch eine T6-Behandlung wird die Zugfestigkeit auf 33,1 kg/mm erhöht.

8098 4 2/0908

Beispiel 9

Ein Aluminiumpulver, fast mit der gleichen Teilchengrößenverteilung und dem Schüttgewicht wie das, das im Beispiel 1 verwendet wurde, und ein Legierungspulver aus 10% Mg, 15% Si und Cu, bestehend aus 100% -200 mesh mit einem Schüttgewicht von 1>30 g/cm , v/erden gut in einem Gewichtsverhältnis von 96% : 4% vermischt. Man arbeitet auf die gleiche Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, und stellt einen gesinterten Preßling mit einer Zusammensetzung von 3,0% Cu, 0,4% Mg, 0,6% Si und Al her. Die Sinterbedingungen betragen 580°C χ 30 min. Der Zugfestigkeitstest für diese Probe ergibt eine Zugfestigkeit von 21,0 kg/mm und eine Dehnung von 6,2%. Der gleiche gesinterte Preßling wird einer T6-Behandlung unterworfen, wobei eine Zugfestigkeit von 33,6 kg/mm erreicht wird.

Die in den obigen Beispielen 1 bis 9 erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.

809842/0900

Tabelle II

Bei- Komponenten des Ausgangspulvers spiel

Mischver
hältnis auf Ge-•wichtsbasis (%)

Zusammensetzung des
gesinterten Preßlings (Gew.-%)
Cu Mg Si Al

Sinterte- Charakteristische dingung: Eigenschaften des 30 min gesinterten Preßbei (⁰C) lings*

S E ST

Al

2 Al Al-40#Cu-1O^Mg-12#Si

3 Al

4 Al Al-60^Cu-6,7%Mg-5,3% Si

5 Al

Mg

6 Al

Al-60,6^Cu-9,

Cu

90,0 10,0

95,0 5,0

94,2 5,8

92,5 7,5

92,7 5,0 0,3 2,0

39,2 5,0 5,0 0,8

4,0 0,5 0,8 Rest

2,0 0,5 0,6 "

3,5 0,58 0,46 «

4,5 0,50 0,40 η

4,0 0,51 0,69 "

6,0 0,49 0,80 »

540
590
570
560

560

21,2 4,8 34,0

22,7 13,9 34,3

24,6 8,2 34,8

21,8 2,9 38,3

21,5 6,3

OD

cn

24,0 2,2 33,1

Fortsetzung Tabelle II

7 Al
Al-WoCu-3,0/oSi

Mg

8 Al
Al-24%Mg-20°/Si

Cu

9 Al
Cu-WoMg-15/oSi

* S: Zugfestigkeit, kg/mm

ST: Zugfestigkeit nach der T6-Behandlung, kg/mm E: Dennung, %

10,0 4,4 0,50 0,80 Rest 570 20,6 2,5 32,5

2,5 3,5 0,50 0,60 » 580 21,2 5,0 33,1

4,0 ³'° °>⁴⁰ °'⁶° " 580 21,0 6,2 33,6

ISO

OD

cn

—Λ

cn

CD

Beispiel 10

Als Ausgangspulver werden ein Legierungspulver aus 0,84% Si und Al, hergestellt durch Atomisierung, ein elektrolytisches Kupferpulver und Magnesiumpulver verwendet und gut in solchen Verhältnissen vermischt, daß die gesamte Zusammensetzung des entstehenden Pulvergemischs 4,4% Cu, 0,5% Mg, 0,8% Si und Al entspricht. Die Teilchengrößenverteilung, das Mischverhältnis in Gewicht und das Schüttgewicht sind in der folgenden Tabelle III aufgeführt.

	-48+100 -100+145 -145+200	III	Cu	Mg
Tabelle	-200+250	Al-0,84%Si	-	-
Komponenten des Pulvergemischs	-250+350	6,8% 13,1% 18,0%	-	-
Teilchen- größen- vertei- lung in	-350	11,3%	-	-
Mesh	Schüttgewicht (g/cnr)	7,2%	100%	100%
	Mischverhältnis in Gew.-%	43,6%	1,66	0,64
	41,13	4,4%	0,5%
94,4%

Das verwendete Legierungspulver aus 0,84% Si und Al wurde vor dem Mischen durch Anlassen bei einer Temperatur von 350⁰C während 2 h in Luft behandelt. Das Vermischen dieser drei Pulver erfolgte in 30 min und dann arbeitete man, wie im Beispiel 1 beschrieben, und führte das Sintern durch. Die Sinterbedingungen sind 560⁰C χ 30 min. Der Zugfestigkeitstest, der für diesen gesinterten Preßling erhalten wurde, zeigt eine Zugfestigkeit von 24,6 kg/mm und eine Dehnung von 6,3%. Der Oberflächenzustand dieser Probe ist zufriedenstellend. Andererseits wird ein gesinterter Preßling, der nach dem

8098A2/090Ö ORIGINAL INSFECTSD

24 -

gleichen Verfahren, v/ie oben beschrieben, hergestellt wurde, ausgenommen, daß das Andauern des Sinterns 20 min beträgt, einer T6-Behandlung unterworfen, bevor der Zugfestigkeitstest durchgeführt wurde. Die Zugfestigkeit beträgt 35,1 kg/mm .

Beispiel 11

Unter Verwendung von zwei Legierungspulvern aus 0,4% Si und Al und 40% Cu, 5% Mg und Al als Ausgangspulverkomponenten werden die beiden in solchem Verhältnis vermischt, daß die gesamte Zusammensetzung des entstehenden Pulvergemischs v/ie folgt ist: 4,0% Cu, 0,5% Mg, 0,36% Si und Al. Die Teilchengrößenverteilung und das Schüttgewicht sowie das Mischverhältnis auf Gewichtsgrundlage sind in Tabelle IV aufgeführt.

Tabelle IV	Al-O,4%Si	Al-40%Cu-5%Mg
Komponenten des Pulvergemischs	10,1% 16,2%	2,0% 4,5% 8,8%
Teilchen- -48+100 mesh großen- _i00+145 " verteilung " * -145+200 "	13,5%	13,4%
-200+250 "	7,4%	8,0%
-250+350 "	41,4%	63,3%
-350 "	1,13	1,44
Schüttgewicht (g/cm )	90%	10%
Mischverhältnis auf Gewichts grundlage

Das Mischen dieser Pulver, das Verdichten des Gemisches und das Sintern des grünen Preßlings werden, wie im Beispiel beschrieben, durchgeführt. Der Zugfestigkeitstest, der mit der Probe hergestellt wurde, die durch Sintern bei 5Q0°C während 20 min erhalten wurde, ergibt eine Zugfestigkeit von 20,9 kg/mm und eine Dehnung von 7,5%. Ein weiterer gesinter-

2/0900 ^0R^^L INSPECTED

- 25 -

ter Preßling, der auf gleiche Weise, wie oben beschrieben, hergestellt wurde, wurde der T6-Behandlung unterworfen und es wurde die Zugfestigkeit gemessen. Die Zugfestigkeit beträgt 32,7 kg/mm².

Beispiel 12

Es werden drei Legierungspulver aus 0,75% Si und Al, 80% Cu und Al und 60% Mg und Al als Ausgangspulverkomponenten verwendet und die drei werden gut in dem in Tabelle V aufgeführten Mischverhältnis vermischt. Man erhält die folgende Gesamtzusammensetzung: 5,0% Cu, 0,4% Mg, 0,7% Si und Al. Das Legierungspulver aus 0,75% Si und Al zeigt eine Teilchengrößenverteilung und ein Schüttgewicht, die ähnlich sind wie die des Legierungspulvers aus 0,84% Si und Al gemäß Beispiel 10.

	Tabelle	V	Al-80%Cu	A1-60Ä
Komponenten	des Pulvergemischs	Al-0,75%Si	4,2% 5,2% 7,9%	9,1% 10,5% 13,9%
Teilchen größen verteilung	-48+100 mesh -100+145 " -145+200 "	8,7% 13,4% 15,0%	15,3%	14,2%
	-200+250 »	13,1%	7,0%	7,3%
	-250+350 "	8,5%	60,4%	45,0%
	-350 "	41,3%	1,50	0,86
Schüttgewi cht (g/cm )	1,13	6,25%	0,67%
Mischverhältnis auf Gewichts- grundlage	93,1%

Unter Verwendung dieser drei Pulver erfolgen das Mischen und das Verdichten, wie im Beispiel 1 beschrieben. Der Zugfestigkeitstest mit der Probe, die durch Sintern bei 570⁰C während 30 min erhalten wurde, ergibt eine Zugfestigkeit von 22,1 kg/mm und eine Dehnung von 4,0%. Nach der T6-Behandlung₃

8098A2/0900

die mit einer weiteren Probe durchgeführt wurde, die auf gleiche Weise hergestellt wurde, ausgenommen, daß das Sintern bei 58O⁰C während 30 min durchgeführt v/urde, wird eine Zugfestigkeit von 33,5 kg/mm erhalten.

Beispiel 13

Es werden zwei Legierungspulver, d.h. eine 0,62% Si-Al-Legierung und eine 11,8% Mg-Cu-Legierung, verwendet. Die beiden Pulver v/erden in dem in Tabelle VI aufgeführten Mischverhältnis verarbeitet, so daß man eine Gesamtzusammensetzung von 3,0% Cu, 0,4% Mg, 0,6% Si und Al erhält.

	Tabelle	VI	Al-0,62%Si	Cu-11,8%Mg
Komponenten	des Pulvergemischs	10,9% 11,1% 13,9%	-
Teilchen größen verteilung	-48+100 mesh -100+145 " -145+200 "	14,0%	-
	-200+250 "	7,6%	-
	-250+350 "	42,5%	100%
	-350 "	1,13	1,51
Schüttgewicht (g/cm )	96,6%	3,4%
Mischverhältnis auf Gewichts grundlage

Das Mischen dieser Pulver und das Verdichten erfolgen, wie im Beispiel 1 beschrieben. Der Zugfestigkeitstest für dio nach dem Sintern bei 57O⁰C während 30 min erhaltene Probe ergibt eine Zugfestigkeit von 20,7 kg/mm und eine Dehnung von 9,6%. Es wird eine v/eitere Probe auf gleiche Weise hergestellt, jedoch erfolgt das Sintern bei 58O⁰C während 30 min. Die T6-Behandlung wird anschließend durchgeführt. Diese Probe zeigt eine Zugfestigkeit von 35,2 kg/mm .

809842/0900

2875159

Beispiel 14

Als Ausgangspulverkomponenten werden ein Pulver aus 0,75% Si und Al, ein Pulver aus 60% Cu, 10% Mg und Al, Kupferpulver und Magnesiumpulver verwendet. Diese vier Pulver werden in dem in Tabelle VII aufgeführten Mischverhältnis vermischt, so daß man eine Gesamtzusammensetzung von 4,0% Cu, 0,6% Mg, 0,7% Si und Al erhält.

Tabelle VII

Komponenten des Pul- vergemischs	Al-0,75%Si	Al-60%Cu-10%Mg	Cu Mg
Teil- -43+100 mesh i^iicu.- —100+145 " gro ßen- -145+200 "	6,7% 10,2% 14,0%	1,5% 4,0% 9,6%	- -
tei- -200+250 "	15,7%	13,2%	-
lung -250+350 »	8,3%	8,6%	_ _
-350 "	45,1%	63,1%	100% 100%
Schüttgewicht (g/cnr)	1,13	1,47	1,66 0,64
Mischverhältnis auf Ge wichtsgrundlage	93,9%	5%	1% 0,1%

Das Mischen dieser Pulver und das Verdichten des Gemisches erfolgen, wie im Beispiel 1 beschrieben. Mit dem bei 570⁰C während 30 min gesinterten Preßling wird ein Zugfestigkeitstest durchgeführt. Er ergibt eine Zugfestigkeit von 22,1 kg/mm und eine Dehnung von 7,5%. Ein weiterer gesinterter Preßling wird auf gleiche Weise hergestellt und bei den gleichen Bedingungen gesintert. Es erfolgt dann die T6-Behandlung. Diese Probe zeigt eine Zugfestigkeit von 34,5 kg/mm .

Beispiel 15

Als Ausgangspulverkomponenten wird ein Pulver aus 6,52% Si

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2815153

und Al, ein Pulver aus 7% Mg und Cu und Magnesiumpulver verwendet. Diese drei Pulver werden in dem in Tabelle VIII aufgeführten Mschverhältnis bearbeitet, so daß man eine Gesamtzusammensetzung von 2,7% Cu, 0,7% Mg, 0,5% Si und Al erhält.

	Tabelle	mesh It ti	VIII	Cu-7%Mg	Mg
Komponenten	des Pulvergemischs	II	Al-0,52%Si	'-_	[
Teilchen größen verteilung	-48+100 -100+145 -145+200	Il	10,9% 8,3% 15,9%	-	-
	-200+250	ti	14,1%	-	-
	-250+350		7,6%	100%	100%
	-350	43,2%	1,53	0,64
	Schüttgewicht (g/cm⁵)	1,10

Mischverhältnis auf Gewichtsgrundlage 96,6% 2,9% 0,5%

Diese Pulver werden vermischt und dann nach dem gleichen Verfahren, wie im Beispiel 1 beschrieben, verdichtet. Der Zugfestigkeitstest für eine Probe, die bei 570⁰C während 30 min gesintert wurde, ergibt eine Zugfestigkeit von 20,6 kg/mm und eine Dehnung von 12,5%. Nach der T6-Behandlung, die mit einer weiteren Probe durchgeführt wurde, die auf gleiche Weise hergestellt wurde und die bei den gleichen Bedingungen, d.h. bei 570⁰C während 30 min, gesintert wurde, zeigt die

Probe eine Zugfestigkeit von 35,2 kg/mm .

Die in den Beispielen 10 bis 15 erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle IX zusammengesetzt.

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Tabelle IX

Bei- Komponenten des Ausgangspulvers Mischver- Zusammensetzung des Sinter- Charakteristische spiel hältnis gesinterten Preß- tempe- Eigenschaften des

(Gew.-?o) lings (Gew.-?0 ratur gesinterten Preß-Cu Mg Si Al (⁰C) lings*

S E ST

	10	Al-0,84%Si
		Cu
8608	11	Mg Al-O,4^Si
	12	Al-0,75?OSi
-■>.		Al-SO^Cu
co		Al-60%Mg
O	13	Al-0,62?OSi
		Cu-11,8% Mg
	14	Al-0,75%Si
		Cu
		Mg
	15	Al-O,52^Si

Mg

4,4 0,5 0,8 Rest 560 24,6 6,3 35,1 4,0 0,5 0,36 " 580 20,9 7,5 32,7

570

6,25 5,0 0,4 0,7 " 0,67

3,0 0,4 0,6 »

570 5Bo

22,1 4,0 33,5

20,7 9,6 35,2

4,0 0,6 0,7 " 570 22,1 7,5 34,5

2,7 0,7 0,5 " 570 20,6 12,5» 35,i

* S, ST und E entsprechen der in Tabelle II angegebenen Definition

Aus diesen Beispielen ist erkennbar, daß es nun möglich ist, gesinterte Preßlinge in Luft nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen, die nach einer Alterungshärtung eine sehr hohe Zugfestigkeit von 32 bis 34 kg/mm oder höher erreichen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, einen grünen Preßling mit hoher Dichte herzustellen, indem man die Mischverhältnisse insgesamt der Pulver mit schlechter Verdichtbarkeit, wie d.nem Legierungspulver aus Al-Cu-Mg-Si, Rupferpulver und Magnesiumpulver, unter 3O?o beschränkt und zweitens die Präzipitationshärtung, die durch Si hervorgerufen wird, ausreichend ausnutzt, indem man eine Al-Si-Legierung mit nur niedrigem Si-Gehalt in einer Menge einarbeitet, die geringer ist als 30%, oder indem man eine Legierung verwendet, die Si, legiert mit Cu und/oder Mg, enthält, so daß man eine schnelle und homogene Dispersion des Si in der Aluminiummatrix erreicht. Durch Kombination der Präzipitationshärtungswirkung durch Silicium, Kupfer und Magnesium mit der Lösungsverstärkung durch Kupfer und Magnesium ist es möglich, eine hohe Festigkeit selbst beim Sintern in Luft zu erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit sehr wirksam für die Herstellung von gesinterten Produkten, wie Maschinenteilen bzw. Vorrichtungsteilen, verwendet werden, bei denen eine hohe Festigkeit und ein leichtes Gewicht erforderlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt weiterhin den Vorteil, daß es nicht erforderlich ist, spezielle atmosphärische Gasoder Vakuumbedingungen zu verwenden, wodurch die Betriebskosten erniedrigt werden und gleichzeitig die Kosten für die Herstellungsvorrichtungen erniedrigt werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es weiterhin möglich, grobe Pulver mit einer Teilchengröße von beispielsweise -48 mesh (-0,297 mm) oder so als Hauptrohmaterial zu verwenden, d.h. ein Al-Pulver und/oder Al-Si-Legierungspulver, so daß

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- 7Γ -

Pulver, die durch Atomisierung hergestellt wurden, verwendet werden können und dadurch werden die Herstellungs- bzw. Betriebskosten noch wirtschaftlicher. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Arbeit und Kosten für die Herstellung der Ausgangspulver stark verringert werden, verglichen mit dem bekannten Verfahren. Weiterhin wird das Vermischen der Pulver erleichtert und die Fließfähigkeit des Pulvers verbessert, so daß die Geschwindigkeit bei der Beschickung beim Verdichten hoch wird und die Produktivität erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das die Herstellung von gesinterten Produkten aus Legierungen auf Aluminiumbasis mit hoher Festigkeit mit wesentlich niedrigeren Kosten ermöglicht, wobei gleichzeitig die Produktivität verbessert wird.

Zwischen Tyler Mesh und mm bestehen die folgenden Zusammenhänge :

Mesh mm

48	0,297
100	0,149
145	ca.0,103
200	0,074
250	0,062
300	ca.0,041

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von gesinterten Preßlingen aus Legierungen auf Aluminiumgrundlage, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens ein Pulver, ausgewählt aus der ersten Gruppe, die enthält Aluminiumpulver und Pulver aus Al-Si-Legierung, enthaltend höchstens 2,1 Gew.-% Si, mit mindestens einem Pulver, ausgewählt aus der zweiten Gruppe, die enthält Pulver aus Al-Cu-Mg-Si-Legierung, Al-Cu-Si-Legierung, Al-Mg-Si-Legierung, Cu-Mg-Si-Legierung, Al-Cu-Mg-Legierung, Al-Cu-Legierung, Al-Mg-Legierung, Mg-Cu-Legierung, Cu und Mg, in einem solchen Verhältnis vermischt, daß die Gesamtzusammensetzung des entstehenden Pulvergemisches den folgenden Bereichen entspricht:

Cu 1,0 bis 6,0 Gew.-?4

Mg 0,2 Ms 2,0 Gew.-%

Si 0,2 bis 2,0 Gew.-Ji

Al Rest

und wobei das Pulver der ersten Gruppe mindestens 70%, bezogen auf das Gesamtgewicht des entstehenden Pulvergemischs, ausmacht, man das entstehende Pulvergemisch zu vorbestimmten Formen unter Herstellung grüner Preßlinge verdichtet und die grünen Preßlinge bei einer Temperatur von 500 bis 600°C in Luft sintert.

809842/0900

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus der ersten Gruppe ein Aluminiumpulver ist und daß als Pulver, das aus der zweiten Gruppe ausgewählt wird, mindestens ein Legierungspulver verwendet wird, das legiertes Si enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der ersten Gruppe ausgewählte Pulver ein Al-Si-Legierungspulver ist und daß mindestens ein Pulver, das aus der zweiten Gruppe ausgewählt wird, nicht ein Pulver ist, das legiertes Si enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Al-Si-Legierungspulver mindestens 0,3# Si enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ein Aluminiumpulver und ein Al-Si-Legierungspulver aus der ersten Gruppe ausgewählt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Pulver aus der ersten Gruppe ausgewählt wird und daß mindestens ein Pulver aus der zweiten Gruppe ausgewählt wird und in solchen Verhältnissen vermischt werden, daß das Pulver der ersten Gruppe mindestens 87% des Gemisches ausmacht.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvergemisch beim Verdichten so komprimiert wird, daß der grüne Preßling eine Dichte von bis 99?o der theoretischen Dichte erreicht.

80 9 8 U 7. /D 9

2815153

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verdichten unter Vermeidung eines Vermischens des Schmiermittels mit dem Pulvergemisch durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche der Verdichtungsform zuvor mit Schmiermittel überzogen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Sintern bei einer Temperatur von 530 Ms 600⁰C durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Sinterstufe erhaltene gesinterte Preßling vreiter einer Lösungsbehandlung und anschließend einem Abschrecken und danach einer Alterungshärtung unterworfen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fe zuvor in legierter Form zumindest einem verwendeten Pulver der zweiten Gruppe unter Herstellung eines Pulvergemischs in solcher Menge zugegeben wird, daß sein Gehalt 0,2 bis 1,5%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pulvergemisches, beträgt.

13· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Element aus der Gruppe Ni, Cr, Mn, Co und Mo zuvor in legierter Form zumindest einem verwendeten Pulver der zweiten Gruppe in solcher Menge zugegeben wird, daß ein Pulvergemisch erhalten wird, worin $eder Gehalt 0,02 bis 0,5%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pulvergemischs, jedoch der Gesamtgehalt dieser Elemente unter 1,0% gehalten wird.

8098/»2/0900

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß Ti zuvor in legierter Form zumindest einem verwendeten Pulver der zweiten Gruppe unter Herstellung eines Pulvergemischs in solcher Menge zugegeben wird, daß seine Menge 0,005 bis 0,25%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pulvergemischs, beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß als Pulver der ersten Gruppe Pulver per se, die durch Atomisierung erhalten wurden, verwendet werden, und daß die Pulver eine solche Teilchengröße besitzen, daß die Gesamtpulver durch ein 48-Mesh Tyler Standardsieb (0,297 mm) hindurchgehen.

809842/Ü9QQ