DE2928792C2

DE2928792C2 - Verfahren zum Verbundsintern

Info

Publication number: DE2928792C2
Application number: DE2928792A
Authority: DE
Inventors: Fritz 4150 Krefeld Frehn
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1979-07-17
Publication date: 1981-03-12
Also published as: DE2928792B1; FR2461541B1; US4386959A; FR2461541A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von 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 Verfaiiren anzugeben, nach dem es möglich ist, einen zähen, kompakten Grundkörper, z. B. 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 18 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 Zwischenlagcn (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 unterschiedlieber 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 hoher Temperatur 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 2139738), 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 Verbindung eines puivermciaUurgischcn 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 1100 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 hefen, überraschen. Insbesondere, daß man ohne Druckanwendung einen ausreichenden Verbund herstellen 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, tr»it beim kompakten Körper eine Schwindung praktisch nicht auf, so da«} angenommen werden mußte, daß ein guter Verbund zwischen diesen beiden nicht auftreten würde, wenn man nicht zusätzliche Maßnahmen trifft, wie entwcilei Heißpressen und Zwischenk-gen von Lot.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen in dem Verzicht auf

- teures Heißpressen

- Anwendung von Int

- eine zusätzliche Verfahrensstufe zur Herstellung eines Sinterkörper aus dem Preßkörpei, 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-

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 ι ο des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiel

Ein rostfreier Stahl, Werkstoff-Nr. 4006, mit 0,08 bis 0,12% C, 12 bis 14% Cr, Rest Eisen wurde nach is 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 1280° C im Vakuum von 10~³ Torr gesintert.

Anhand eines Schliffbildes konnte fesigestelIt werden, daß ein sehr guter Verbund zwischen Preßkörper und kompaktem Körper erzielt worden war.

Nach einem Lösungsglühen bei 840° C und Luft- bzw. 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 erfiudungsgemäßen 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.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden von pulvermetallurgisch erzeugten Körpern mit kompakten Körpern durch Flüssig-Phase-Verbundsintern, d a durch gekennzeichnet, daß ein Preßkörper ans 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.