DE3017104C2

DE3017104C2 - Sinterpulver für die Herstellung hoch verdichteter Sinterkörper

Info

Publication number: DE3017104C2
Application number: DE3017104A
Authority: DE
Inventors: Ernest E. Muskegon Mich. Haack
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1979-06-01
Filing date: 1980-05-03
Publication date: 1984-05-17
Also published as: US4299629A; DE3017104A1

Description

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 Preßdrücke wirtschaftlich sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Sinterpulver gelöst, welches aus einem Gemisch von 95 bis 99,5 Teilen einer Sinterbasislegierung mit dem Hauptbestandteil Nickel und 0,5 bis 5 Teilen einer bei niedriger Sintertemperatur schmelzenden Zusatzlegierung aus Nickel als Hauptbestandteil mit Zusätzen von 0,1 bis 4% Bor und 0,1 bis 6% Silizium besteht.

Die bevorzugt eingesetzte, niedrig schmelzende Zusatzlegierung besteht aus

5 bis 18% Chrom
0,1 bis 6% Silizium
0,1 bis 4%Bor
maximal

^r>

maximal 1% Kohlenstoff

Rest Nickel mit unvermeidbaren

Verunreinigungen

Die bevorzugt eingesetzte Sinterbasislegierung ,-, besteht aus

27 bis 31% Chrom
13 bis 16% Wolfram

9 bis	11%	Kobalt	Silizium
maximal	28%	Eisen	Nickel mit unvermeidbaren
maximal	1,25% Kohlenstoff	Verunreinigungen.
maximal	1%
Rest

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 niedrig schmelzenden Komponente während 20 bis 40 Minuten ein Sinterkörper mit hoher Verdichtung und Festigkeit hergestellt werden kann. Dabei ist ein Minimum von Energie und Herstellungsaufwand erforderlich.

Gefunden wurde ferner, daß die Zugabemengen der niedrig schmelzenden Komponenten zwischen 0,5 und 5% liegen müssen, da Zugabemengen von mehr als 5% einen Sinterkörper mit geringerer Festigkeit und

45 Verdichtung ergeben, so daß diese Körper als Ventilsitzringe nicht mehr geeignet sind.

Während der Sinterung schmilzt die niedrig schmelzende Nickellegierung, und die flüssige Phase reagiert mit Pulvern der Hauptkomponente unter gegebenenfalls Bildung einer metallurgischen Lösung der Hauptkomponente, so daß ein Artikel, wie zum Beispiel ein Ventilsitzring, mit der geforderten hohen Diente 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 Teilchengröße der Hauptpulverkompouente ist fßr 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 μπι betragen. Ebenso kann die Teilchengröße der niedrig schmelzenden Pul verkomponente bis maximal 150 μτη betragen.

Die Erfindung sei anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Beispiel 1

97 Gewichtsteile einer Nickelbasislegierung aus 0,8% Kohlenstoff, 10%Koöalt, 14,5% Wolfram, 29% Chrom, 0,8% Silizium, 7% Eisen und dem Rest Nickel werden mit 3 Gewichtsteilen einer niedrig schmelzenden Nickellegierung aus 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 1270° C während 40 Minuten gesintert.

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

Beispiel 2

99 Gewichtsteile der Basisiegieruiig aus Beispiel 1 werden mit einem Gewichtsteil einer niedrig schmelzenden Zusatzlegicrung aus 0,05% Kohlenstoff, 7% Chrom, 3,1% Bor, 4,5% Silizium, 3% Eisen und dem Rest Nickel vermischt.

Anschließend wird aus dem Pulvergemisch ein Ventilsitzring mit einem Druck von 7,5 g/cm³ gepreßt und während 24 Minuten bei 12^0° C gesintert.

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

Claims

Patentansprüche:

1. Sinterpulver für die Herstellung von hochverdichteten Sinterkörpem, insbesondere Ventil- sitzringen mit hoher Festigkeit gegen Verschleiß, Korrosion und Wärmewechselbeanspruchung, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus einem Gemisch von 95 bis 99,5 Teilen einer Sinterbasislegierung mit dem Hauptbestandteil Nickel und 0,5 bis 5 Teilen einer bei niedriger Sintertemperatur schmelzenden Zusatzlegierung aus Nickel als Hauptbestandteil mit Zusätzen von 0,1 bis 4% Bor und 0,1 bis 6% Silizium besteht

2. Sinterpulvermischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigschmelzende Zusatzlegierung aus

5 bis 18% Chrom

0,i bis 6% Silizium >u

0,1 bis 4% Bor maximal 6% Eisen maximal 1% Kohlenstoff

Rest Nickel mit unvermeidbaren

Verunreinigungen

besteht.

3. Sinterpulvermischung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinter- _w basislegierung aus

27 bis 31% Chrom

13 bis 16% Wolfram

9 bis 11% Kobalt

maximal 8% Eisen maximal 1,25% Kohlenstoff maximal 1% Silizium und dem

Rest Nickel mit unvermeidbaren

Verunreinigungen

besteht.

45

Die Erfindung betrifft ein Sinterpulver für die Herstellung von hoch verdichteten Sinterkörpern, insbesondere Ventilsitzringen, mit hoher Festigkeit so gegen Verschleiß, Korrosion und Wärmewechselbeanspfuchung.

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

Bekanntlich beeinflussen neben der Teilchengröße des Sinterpulvers in erster Linie auch Preßdruck sowie Sintertemperatur und Sinterdauer die Verdichtung beziehungsweise Porosität der Sinterkörper. So entsteht ein hoch verdichteter Sinterkörper bei hohem Preßdruck, hoher Sintertemperatur und Sinterdauer. Solche Sinterkörper sind dann allerdings wegen des höheren Apparate- und Energieaufwandes erheblich teurer, und zugleich ist es nach einem derartigen Verfahren vielfach nicht möglich, Sinterkörper mit einem hohen Verdichtungsgrad herzustellen.

Es ist nach der DE-PS 9 75 195 schon versucht worden, Eisen- oder Eisenlegierungen unter Zusatz von bis zu 1$% elementarem Bor zu extrem hoch verdichteten magnetischen Polschuhlinsen zu sintern. Dabei bildet das Bor mit den Eisen- beziehungsweise Eisenlegierungspulvern 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 Sintems bilden müssen.

Nach der US-PS 39 50 165 beziehungsweise auch in ähnlicher Weise den US-Patentschriften 38 90 145, 37 70 392 und 36 89 257 ist es bereits versucht worden, Mischungen von Eisenpulvern mit Eisentitanlegierungspulvem bei solch hohen Temperaturen zu sintern, bei denen ein Teil 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 38 90145 wird ein sehr feines Wolframpulver in der Kälte mit einer metallischen Bindemetallegierung aus 65 bis 90% Nickel, 5 bis 20% Chrom und 5 bis 15% Phosphor gemischt. Die Bindemetallegierung wird bei der Sintertemperatur flüssig. Nach der US-PS 37 70 392 besteht der Hauptbestandteil im wesentlichen aus Molybdän und einem Matrixanteil auf der Basis von Kupfer und Nickel. Nach der US-PS 36 89 257 bestehen die Pulvermischungen aus Eisensiliziumlegierungen mit mehr als 7% Silizium mit Eisenpulvern. Der Siliziumgehalt liegt zwischen 0,3 und 10%.

Nach Kieffer/Hotop »Sintereisen und Sinterstahl«, 1948, Seiten 177 bis 180, werden Sinterkörper aus einem Gemisch von Eisen-Nickel und einer Eisen-Aluminiumvorlegierung nach einer Vorpressung von ca. 6 t/cm² drei Stunden bei 1150° bis 1300⁰C gesintert. Die relativ lange Sinterdauer von 3 Stunden erhöht jedoch die Energiekosten zur Herstellung der Sinterkörper wesentlich.

Nach der US-PS 34 71 343 werden zur Erzielung einer höheren 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.

Ebenso ist die Herstellung der Sinterkörper nach F. Eisenkolb »Fortschritte der Pulvermetallurgie«, Band II, Seiten 262 und 263, aus 80% Nickel und 20%Chrom sowie Zusätzen an Titankarbid oder Oxid durch Pressen bei 4,7 Mp/ cm². Sintern bei 1100° bis 1250⁰C und anschließendes Nachpressen bei 1100⁰C aufwendig und teuer.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Sinterpulver zu finden, welches ohne zusätzliche Maßnahmen zu hoch verdichteten Sinterkörpem gesintert werden kann. Die Sinterkörper sollen eine Dichte von mindestens