DE2928792B1 - Verfahren zum Verbundsintern - Google Patents
Verfahren zum VerbundsinternInfo
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- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden Vt)Ii pulvermetallurgisch erzeugten Körpern mit
kompakten Körpern durch Flüssig-Phase-Verbundsintern und die Anwendung dieses Verfahrens zum
Verbinden von Preßkörpern aus stahlgebundenem Hartstoff, insbesondere Metallkarbid, vorzugsweise
'Titankarbid, mit Stahl.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst wirtschaftliches, also kostengünstiges Verfahren
anzugeben, nach dem es möglich ist, einen zähen, kompakten Grundkörper, z. Ii. aus Stahl, mit einem
hochverschleißfesten pulvermetallurgisch hergestellten Körper zu paaren. Hochverschleißfeste
Materialien haben allgemein einen so hohen Anteil an Hartstoff (Metallnitride, -boride, -silizide und
-karbide), daß sie schmelzmetallurgisch nicht erzeugt werden können. Sie werden daher auf pulvermetallurgischem
Weg hergestellt, wobei der pulverförmige Hartstoffanteil an einem metallischen Binder, ebenfalls
in Pulverform, gemischt, gepreßt und gesintert wird.
Die Verbindung von kompakten Körpern gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung gehört zum
Stand der Technik. Aus »Industrie-Anzeiger«, 1968, Seiten IH bis 23 ist das Verbinden durch Preßschweißen
generell bekannt. Das durch Erwärmen der zu verbindenden Körper, Zusammendrücken mit geringem
Druck ohne Verformung und Zusammensintern im Vakuum oder unter Schutzgas, evtl. mit metallischen
Zwischenlagen (Diffusionsschweißen), geschieht. Das Zusammensintern zweier Preßkörper
oder zweier Sinterkörper, gegebenenfalls mit Einstäuben der Berührungsflächen mit einem Material
hohen Dampfdrucks ist aus der DE-PS 867 164 bekannt. Das Aufeinanderlegen von Preß- oder Sinterkörpern
mit vorheriger spanabhebender Bearbeitung der Verbindungsflächen und Zusammensintern ist bekannt
aus DE-AS 1471078.
Allen diesen bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß sie nur die Verbindung gleichartiger Körper zum
Ziel haben. Es werden also entweder Preßkörper miteinander verbunden oder Sinter- oder Kompaktkörper.
Das Zusammensintern von Körpern unterschiedlicher Ausgangsstruktur, also z. B. Preß- mit Sinterkörpern
oder Preß- mit Kompaktkörpern ist bisher nur nach vorherigem Heißpressen vorgenommen
worden. Man legt dabei auf den kompakten Grundkörper eine Pulverschüttung oder einen vorgepreßten
Körper und preßt diesen dann unter hohem Druck und hoherTemperatur gegen den kompakten Körper.
Anschließend erfolgt die Verbundsinterung. Dieses Heißpressen führt zwar technisch zu einem brauchbaren
Ergebnis, hat jedoch den Nachteil, daß es einen hohen apparativen Energieaufwand zur Erzeugung
des Drucks und der Temperatur erfordert und daher sehr teuer ist.
Es ist noch ein weiteres Verfahren bekannt (DE-PS 2 139738), bei dem ein Verbundkörper aus zwei verschiedenen
Materialien in der Weise hergestellt werden kann, daß eine Schüttung der verschiedenen Pulver
in zwei Lagen erfolgt, diese dann gepreßt und anschließend gesintert werden. Dieses Verfahren ermöglicht
jedoch nur die Herstellung eines pulvermetallurgischen Verbunderzeugnisses, nicht jedoch die
Verbindungeines pulvermetallurgischen Erzeugnisses mit einem Kompaktkörper.
Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
ein Preßkörper aus einem Material mit mindestens einem bei Sintertemperatur eine flüssige Phase bildenden
Bestandteil drucklos und direkt auf die Oberfläche eines kompakten Körpers aufgesetzt und beide
Teile durch Sintern im Vakuum oder unter Schutzgas bei einer unterhalb der Liquidustemperatur des kompakten
Körpers liegenden Temperatur fest miteinander verbunden werden. Die Sinterung erfolgt also
ohne Druckanwendung, ohne Zwischenlage (Lot) und ohne mechanische Bearbeitung der Kontaktflächen.
Die Sintertemperatur sollte je nach Art der Materialien im Bereich von 1 K)O bis 1400° C liegen.
Daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein dichter Verbund zwischen dem pulvermetallurgisch
erzeugten und dem kompakten Körper zu erzielen war, mußte angesichts der vielen Bemühungen, die
in andere Richtung liefen, überraschen. Insbesondere, daß man ohne Druckanwendung einen ausreichenden
Verbund hersteilen könnte, war nicht zu erwarten gewesen. Dies ergibt sich daraus, daß man es für notwendig
hielt, das Pulver vor dem Sintern unter sehr hohem Druck durch Explosionsverdichten weiter anpressen
zu müssen. Ein Verzicht auf jede Druckanwendung müßte dem Fachmann als unmöglich erscheinen.
Während der Preßkörper beim Sintern außerordentlich stärkt schwindet, tritt beim kompakten
Körper eine Schwindung praktisch nicht auf, so daß angenommen werden mußte, daß ein guter Verbund
zwischen diesen beiden nicht auftreten würde, wenn man nicht zusätzliche Maßnahmen trifft, wie
entweder Heißpressen und Zwischenlegen von Lot.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen in dem Verzicht auf
- teures Heißpressen
- Anwendung von Lot
- eine zusätzliche Verfahrensstufe zur Herstellung eines Sinterkörpers aus dem Preßkörper, um
dann anschließend die Verbindung durch das bekannte Diffusionsschweißen herzustellen,
- mechanische Vorbereitung der zu verbindenden Teile.
Besondere Vorteile bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich, wenn Preß-
ORIGINAL
körper aus stahlgebundenem Hartstoff, insbesondere Metallkarbid, vorzugsweise Titankarbid, mit Stahl
verbunden werden. Stahlgebundener Hartstoff hat eine hohe Verschleißbeständigkeit, bei entsprechender
Wahl des Stahlbinders außerdem hohe Korrosionsbeständigkeit und läßt sich im weichgeglühten
Zustand leicht spanabhebend bearbeiten und anschließend durch eine Wärmebehandlung auf höhere
Härte bringen.
Das nachfolgende Beispiel dient zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fun rostfreier Stahl, Werkstoff-Nr. 4006, mit 0,08 bis 0,12%. C, 12 bis 14% Cr, Rest Eisen wurde nach
Entfettung mit einem Preßkörper bestehend aus 20% Titankarbid und 80% einer nickelmartensitischen
Stahllegierung aus 15% Mo, 13% Ni und 15%· Co,
0,8% Nb, 0,02% B, Rest Fe ohne Lot und ohne Druckanwendung bei einer Sintertemperatur von
128O0C im Vakuum von 10 'Torr gesintert.
Anhand eines Schliffbildes konnte festgestellt werden, daß ein sehr guter Verbund zwischen Preßkörper
und kompaktem Körper erzielt worden war.
Nach einem Lösungsglühen bei 840° C und Luftbzw. Gasabkühlung hatte die Hartstofflegierungsschicht
eine Härte von 50 HRC. Nach der mechanischen Bearbeitung durch Hobeln wurde 6 Std. bei
480° C warmausgelagert, wodurch die Härte auf 69 HRC gesteigert werden konnte, ohne daß der Verbund
dadurch geschädigt wurde.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit Vorteil zur Herstellung solcher Teile anwenden, die
an einzelnen Abschnitten erhöhte Verschleißbeständigkeit und an anderen Abschnitten höhere Zähigkeit
aufweisen müssen, wie Wurfschaufeln für Sandstrahlmaschinen, Preßformen (Matrizen) und Stempel zum
Verarbeiten von stark abrasiven Stoffen, wie Keramik, Karbide, Nitride usw. Das Plattieren von Ringdüsen
und Schneidmessern für die Kunststoffgranulatherstellung ist ein weiteres Anwendungsgebiet.
Hinsichtlich ihrer Größe unterliegen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Teile
keiner Beschränkung. Im Gegensatz dazu begrenzt beim bekannten Heißpressen die Größe der durch die
Heißpresse aufzubringenden Druckkräfte die Größe der herstellbaren Verbundteile. Für bestimmte großflächige
Teile ist daher das erfindungsgemäße Verfahren von besonderem Vorteil. Solche großen Teile, die
nicht mehr durch Heißpressen erzeugt werden können, könnten zwar durch Hochtemperaturlöten hergestellt
werden, jedoch ist der Aufwand dafür größer und kein so guter Verbund erreichbar wie beim erfindungsgemäßen
Verfahren.
ORIGINAL INSPECTED
Claims (2)
1. Verfahren zum Verbinden von pulvermetallurgisch erzeugten Körpern mit kompakten Körpern
durch Flüssig-Phase-Verbundsintern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßkörper
aus einem Material mit mindestens einem bei Sintertemperatur eine flüssige Phase bildenden Bestandteil
drucklos und direkt auf die Oberfläche eines kompakten Körpers aufgesetzt und beide
Teile durch Sintern im Vakuum oder unter Schutzgas bei einer unterhalb der Liquidustemperatur
des kompakten Körpers liegenden Temperatur fest miteinander verbunden werden.
2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf die Verbundsinterung von Preßkörpern aus
stahlgebundenem Hartstoff, insbesondere Metallkarbid, vorzugsweise Titankarbid, mit Stahl.
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