DE3017104A1

DE3017104A1 - Metallpulvermischung fuer die herstellung von sinterkoerpern und deren herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE3017104A1
Application number: DE19803017104
Authority: DE
Inventors: Ernest E Haack
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1979-06-01
Filing date: 1980-05-03
Publication date: 1980-12-11
Also published as: DE3017104C2; US4299629A

Description

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Metallpul Vermischung für die Herstellung von
Sinterkörpern und deren Herstellungsverfahren.

Die vorliegende Erfindung betrifft hochverdichtete Sinterlegierungskörper mit mindestens 95 %, vorzugsweise nahezu 100 % der theoretischen Dichte und das Verfahren zur Herstellung dieser Sinterkörper. Die Erfindung betrifft gleichermaßen Sinterlegierungskörper mit hoher Verschleiß -, Korrosions - und Temperaturbeständigkeit, , die für die Herstellung von Maschinenteilen in Verbrennungskraftmaschinen geeignet sind.

Maschinenteile für Verbrennungskraftmaschinen, wie beispielsweise Ventilsitzringe und Kolbenringe, müssen neben einer hohen Verschleißfestigkeit auch eine hohe Festigkeit gegen Korrosion und Wärmewechsel beanspruchung besitzen. Es ist allgemein bekannt, daß Sinterwerkstoffe auf der Basis von Nickel - und Kobaltlegierungen ideale Korrosions - und Wärmefestigkeitswerte besitzen. Die Festigkeit solcher Legierungen ist jedoch nicht für alle Anwendungsbereiche ausreichend. Insbesondere für hoher Beanspruchung ausgesetzte Maschinenteile, wie Ventilsitzringe für Verbrennungskraftmaschinen, wird neben hohen Festigkeitswerten auch eine hohe Verdichtung von bis nahezu 100 % der theoretischen Dichte verlangt.

Bekanntlich beeinflussen neben der Korngröße des Sinterpulvers in erster Linie auch Pressdruck sowie Sintertemperatur und Sinterdauer die Verdichtung beziehungsweise Porosität der Sinterkörper. So entsteht ein hochverdichteter Sinterkörper bei hohem Pressdruck, hoher Sintertemperatur und Sinterdauer. Solche Sinterkörper

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sind dann allerdings wegen des erheblich höheren Apparate - und Energieaufwandes erheblich teurer, und zugleich ist es nach einem derartigen Verfahren vielfach nicht möglich, Sinterkörper mit einem derart hohen Verdichtungsgrad herzustellen.

Es ist nach der DE - PS 975.195 schon versucht worden, Eisen - oder Eisenlegierungen unter Zusatz von bis zu 2,5 % elementarem Bor zu extrem hochverdichteten magnetischen Pol schuhlinsen zu sintern. Dabei bildet das Bor mit den Eisen - bzw. Eisenlegierungspulvern beim Sintern niedrig schmelzende Verbindungen, die bei Sintertemperatur die Hohlräume im Sinterkörper ausfüllen. Allerdings können nach diesem Verfahren die Sintertemperatur und Sinterdauer nicht wesentlich gesenkt werden, da die niedrigschmelzenden Verbindungen des Bors sich erst während des Sinterns bilden müssen.

Nach der US - .PS 3.950.165 beziehungsweise auch in ähn-Ticher Weise den US - Patentschriften 3.890.145, 3.770.392 und 3.689.257 ist es bereits versucht worden, Mischungen von Eisenpulvern mit Eisentitanlegierungspulvern bei solch hohen Temperaturen zu sintern, bei denen ein Teil des Sinterpulvers in flüssiger Phase vorliegt. Allerdings sind solche Verfahren relativ kostspielig, und die Kontrolle der erforderlichen, sehr genau dosierten Zusammensetzung der Sinterpulver bereitet in der Praxis Schwierigkeiten.

Nach der US - PS 3.890.145 wird ein sehr feines Wolframpulver in der Kälte mit einer metallischen Bindemetalllegierung mit 65 bis 90 % Nickel, 5 bis 20 % Chrom und 5 bis 15 % Phosphor gemischt. Die Bindemetallegierung

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wird bei der Sintertemperatur flüssig. Nach der US - PS 3.770.392 besteht der Hauptbestandteil aus im wesentlichen Molybdän und einem Matrixmetall auf der Basis von Kupfer und Nickel. Nach der US - PS 3.689.257 bestehen die Pulvermischungen aus Eisensiliziumlegierungen mit mehr als 7 % Silizium mit Eisenpulvern. Der Siliziumgehalt liegt zwischen 0,3 und 10 %.

Nach der US - PS 3.471.343 werden zur Erzielung einer hö-

heren Verdichtung die Sinterkörper aus speziellen Sinterlegierungen zweimal gepreßt und gesintert. Dieses Verfahren ist aber, insbesondere wegen der zusätzlichen Werkzeuge und der zusätzlichen Verfahrensschritte, erheblich teurer.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sinterpulver zu finden, welches ohne zusätzliche Maßnahmen zu hochverdichteten Sinterkörpern gesintert werden kann. Die Sinterkörper sollen eine Dichte von mindestens 95 %, vorzugsweise aber 99 % der theoretischen Dichte besitzen, und sie sollen verschleißfest und korrosionsbeständig sein. Das Verfahren ihrer Herstellung soll durch Anwendung möglichst niedriger Sintertemperaturen und Pressdrlicke wirtschaftlich sein.

Erfindüngsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Pulvermischung aus 95 bis 99,5 % eines hochlegierten Metallpulver und 0,5 bis 5 % eines niedrigschmelzenden Metall - oder Legierungspulvers gelöst. Das Pulvergemisch wird anschließend in einer geeigneten Form gepreßt und zum hochverdichteten Endprodukt gesintert.

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Es wurde gefunden, daß bei relativ niedrigen Drücken derartige Metallpulver beispielsweise auf eine Dichte zwischen 6,8 und 7,2 g/cm³ gepreßt werden können, und daß beispielsweise bei Temperaturen zwischen 1000 und 1300⁰C beziehungsweise bei etwa der Schmelztemperatur der niedrigschmejzenden Komponente während 20 bis 40 Minuten ein Sinterkörper mit hoher Verdichtung und Festigkeit hergestellt werden kann. Daraufhin ist ein Minimum von Energie und Herstellungsaufwand erforderlich.

Nickenegierungspulver sind vorzugsweise für die Herstellung hochverdichteter Ventilsitzringe geeignet, und die vorzugsweise verwendeten Legierungspulver bestehen hauptsächlich aus Nickel mit gegebenenfalls weiteren Zusätzen.

Vorzugsweise besteht das niedrigschmelzende Metall - oder Legierungspulver ebenfalls hauptsächlich aus Nickel. In bevorzugten Ausführungen enthält die niedrigschmelzende Nickellegierung Zusätze an Bor und Silizium. Es wurde gefunden, daß gerade mit derartigen Legierungen der hohe

Verdichtungsgrad erreichbar ist.

Die Zugabemengen der niedrigschmelzenden Komponenten liegen zwischen 0,5 und 5 %, da Zugabemengen von mehr als 5 % einen Sinterkörper mit geringerer Festigkeit und Verdichtung ergeben, so daß diese Körper als Ventilsitzringe nicht mehr geeignet sind.

Während der Sinterung schmilzt die niedrigschmelzende Nickellegierung, und die flüssige Phase reagiert mit Pulvern der Hauptkomponente unter gegebenenfalls Bildung einer metallurgischen Lösung in der Hauptkomponente, so daß ein Artikel, wie zum Beispiel ein Ventil sitzring, mit

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der geforderten hohen Dichte entsteht. Preßdruck, Sintertemperatur und Sinterdauer können dabei erheblich niedriger gehalten werden als in den bisher bekannten Sinterverfahren, so daß die Fertigung solcher Sinterkörper wirtschaftlicher ist.

Die vorzugsweise entsprechend der vorliegenden Erfindung für die Hauptkomponente zu 95 bis 99,5 % verwendeten Legierungen bestehen aus
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Kohlenstoff bis maximal 1.25 %

Kobalt 9 bis 11 %

Wolfram , 13 bis 16 % Chrom 27 bis 31 %

Silizium maximal 1 % Eisen maximal 8 &

Nickel und unvermeidbare Verunreinigungen als Rest

Die vorzugsweise verwendete niedrigschmelzende Zusatzlegierung besteht aus

Kohlenstoff	maximal 1 %
Chrom	5 bis 18 %
Bor	0.1 bis 4 %
	vorzugsweise 1 bis 4 %
Silizium	0.1 bis 6 %
	vorzugsweise 3 bis 6 %
Eisen	maximal 6 %
Nickel und Verun
reinigungen	als Rest

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Die Teilchengröße der Hauptpulverkotnponerite ist für die Erfindung nicht wesentlich, so daß in diesem Verfahren die üblicherweise verwendeten Teilchengrößen der Pulver eingesetzt werden können. Beispielsweise kann die Teilchengröße der Hauptpulverkomponente bis maximal 150 μ betragen. Ebenso kann die Teilchengröße der niedrigschmelzenden Pulverkomponente bis maximal 150 μ betragen.

Die Erfindung sei anhand zweier Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert:

Beispiel 1

97 Gewichtsteile einer Nickelbasislegierung mit 0.8 % Kohlenstoff, 10 % Kobalt, 14.5 !Wolfram, 29 % Chrom, 0.8 % Silizium, 7 % Eisen und dem Rest Nickel werden mit 3 Gewichtsteilen einer niedrigschmelzenden Nickellegierung mit 0.7 % Kohlenstoff, 14 % Chrom, 3 % Bor, 4.5 % Silizium, 4.5 % Eisen und dem Rest Nickel vermischt. Anschließend wird das Sinterpulvergemisch mit einem Preßdruck von 7,2 g/cm³ gepreßt und bei 1270⁰C über 40 Minuten gesintert.

Der entstandene Ventilsitzring besitzt eine hohe Ver dichtung von 99 Prozent der theoretischen Dichte.

Beispiel 2 .

99 Gewichtsteile der Basislegierung aus Beispiel 1 werden mit einem Gewichtsteil einer niedrigschmelzenden Zusatzlegierung mit 0.05 % Kohlenstoff, 7 % Chrom, 3.1 % Bor, 4.5 % Silizium, 3 % Eisen und dem Rest Nickel vermischt.

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Anschließend wird aus dem Pulvergemisch ein Ventilsitzring mit einem Druck von 7₉5 g/cm³ gepreßt und für 24 Minuten bei 127O⁰C gesintert.

Der entstandene Ventilsitzring besitzt eine hohe Verdichtung von 99 Prozent der theoretischen Dichte.

Beide nach den Beispielen 1 und 2 gesinterten Ventilsitzringe erwiesen sich in Motortestläufen als korrosionsfest und bruchsicher bei wechselnder Wärmebelastung.

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Claims

Patentansprüche:

. Sinterpulver für die Herstellung von hochverdichteten Sinterkörpern, insbesondere Ventilsitzringen, mit hoher Festigkeit gegen Verschleiß, Korrosion und Wärmewechsel beanspruchung, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus einem Gemisch von 95 bis 99,5 Teilen einer Sinterbasislegierung und 0,5 bis 5 Teilen einer bei niedrigerer Temperatur schmelzenden Zusatzlegierung besteht, so daß beim Pressen und Sintern oberhalb der Schmelztemperatur der Zusatzlegierung, aber unterhalb der Schmelztemperatur der Hauptlegierung ein Sinterkörper mit einer Dichte von mindestens 95 % der theoretischen

Dichte entsteht.

. Sinterpulvermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzlegierung aus Nickel als Hauptbestandteil mit Zusätzen von 0,1 bis 4 % Bor und von 0,1 bis 6 % Silizium besteht.

. Sinterpulvermischung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigschmelzende Zusatzlegierung aus
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maximal 1 % Kohlenstoff 5 bis 18 % Chrom OJ bis 4 % Bor 0 1 bis, 6 % Silizium maximal 6 % Eisen Rest Nickel mit unvermeidbaren Verunreinigungen

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- 2 besteht.

. Sinterpulvermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterbasislegierung als Hauptkomponente Nickel entr hält.

. Sinterpulvermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterbasislegierung aus

maximal 1.25 9 bis 11 % 27 bis 31 % 13 bis 16 % maximal 8 % maximal 1 % Rest

Kohlenstoff

Kobalt Chrom Wolfram Eisen Silizium

Nickel mit unvermeidbaren

Verunreinigungen

besteht.

Verfahren zur Herstellung der Sinterkörper aus den Sinterpulvermischungen nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterpulvermischungen auf eine Dichte zwischen 6,8 und 7,2 g/cm³ formgepreßt und anschließend während einer Dauer von 20 bis 40 Minuten bei 1000 bis 1300⁰C gesintert werden.

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