DE3224419C2

DE3224419C2 - Verwendung einer Eisenlegierung für pulvermetallurgisch vorgesinterte Paßelemente

Info

Publication number: DE3224419C2
Application number: DE3224419A
Authority: DE
Inventors: Shuichi Fujita; Koji Kazuoka; Hitoshi Toyota Aichi Nakamura; Tetsuya Nagoya Aichi Suganuma; Yoshitaka Toyota Aichi Takahashi; Katsuhiko Aichi Ueda
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1981-07-01
Filing date: 1982-06-30
Publication date: 1985-06-20
Also published as: GB2104551A; JPS6146522B2; JPS583902A; GB2104551B; DE3224419A1; US4524046A

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer festen und starren Nocke-Nockenwelle-Baueinheit mit den folgenden Schritten: A) Formen eines Werkstücks mit einem darin befindlichen Durchgangsloch aus einem zu sinternden Legierungsmaterial, wobei das Material die Erzielung eines ersten Verhältnisses, nämlich des Verhältnisses der Kontraktion des Innendurchmessers des Werkstücks am Verbindungsbereich im Fall der Sinterung des Werkstücks als Einzelteil zu dem Innendurchmesser des Werkstücks vor dem Sintern, mit einem Wert von mehr als 2 ermöglicht, b) Vorsintern des Werkstücks, c) Anbringen des Werkstücks an einer Metallwelle in der Weise, daß die Metallwelle in das Durchgangsloch eingesetzt wird, und d) Sintern des an der Metallwelle angebrachten Werkstücks, wobei das Verbinden des Werkstücks mit der Metallwelle in der Weise durchgeführt wird, daß ein zweites Verhältnis, nämlich das Verhältnis der Differenz zwischen dem Außendurchmesser der Metallwelle und dem Innendurchmesser des kontrahierten Werkstücks nach dem Sintern zu dem Außendurchmesser der Metallwelle, mehr als 2 beträgt.

Description

Aus der DE-OS 28 51 141 ist ein Diffusions-Verbindungsverfahren bekannt, bei dem ein Paßelement, das aus einer besonderen Sinterlegierung, die während des Sinterns eine flüssige Phase erzeugt, hergestellt worden ist, metallurgisch mit einer Stahlrohrwelle verbunden wird. Bei diesem Verfahren wird ein Paßelement vorgesintert und dieses vorgesinterte Paßelement wird durch ein Einpreßverfahren oder ein Einstemmverfahren unter Anwendung eines Spielraums an der Welle angebracht. Dann wird das vorgesinterte Paßelement, das zusammengebaut worden ist, unter vorbestimmten Bedingungen gesintert, wobei es sich in ein verschleißfestes Nockenelement umwandelt und gleichzeitig eine metallische Verbindung des vorgesinterten Paßelementes mit der Welle erzielt wird. Das vorstehend erwähnte Verfahren ist infolgedessen unter dem Gesichtspunkt der Vereinfachung des Fertigungsverfahrens und der Kostenverminderung vorteilhaft.

Bei vielen Sinterlegierungen tritt jedoch eine Kontraktion oder eine Ausdehnung ein, wenn sie während des Sinterschrittes erhitzt werden, weshalb der Innendurchmesser des Paßelementes größer wird, was notwenigerweise dazu führt, daß zwischen dem Nockenelement und der Welle keine feste und starre Verbindung erzielt werden kann.

Bei dem bekannten Verfahren wird eine verschleißfeste Sinterlegierung auf Eisenbasis eingesetzt, die Eisen und 0,5 bis 2,0Gew.-% Kohlenstoff, 3,0 bis 18Gew.-% Molybdän, 0,8 bis 3,OGew.-°/o Phosphor, 0,02 bis 0,3 Gew.-°/o Bor und gegebenenfalls Kupfer und/oder Kobalt enthält und während des Sinterns eine flüssige Phase erzeugt. Ein aus einer solchen verschleißfesten Legierung auf Eisenbasis hergestelltes vorgesintertes Paßelement, das an einer Welle angebracht wird, wird jedoch während des Sinterns in der Weise mit der Welle verbunden, daß sich der Innendurchmesser des Nockenelementes um etwas mehr als 1%, auf den Innendurchmesser bezogen, ausdehnt und schließlich um etwas mehr als 1 % zusammenzieht. Infolgedessen verbleiben die Probleme, daß die Lokalisierung des gesinterten Nockenelementes auf der Nockenwelle notwendigerweise nicht genau ist und daß die Verbindungsfestigkeit aufgrund einer zu geringen Kontraktion unzureichend wird.

Die Verläßlichkeit der Verbindung ist infolgedessen notwendigerweise unbefriedigend.

In dem Fall, daß beim Zusammenbau der Spielraum zwischen dem Innendurchmesser des Nockenelementes und dem Außendurchmesser der Nockenwelle kleiner gewählt wird, um einen zu kleinen Betrag der Kontraktion zu kompensieren, können während des Einpreßverfahrens und/oder während der darauffolgenden Verfahrensschritte unerwartete Effekte erhalten werden, weil die vorgesinterte Masse eine geringe mechanische Festigkeit hat.
Aus der Literaturstelle Kieffer/Hotop »Pulvermetallurgie und Sinterwerkstoffe«, 1948, Seite 128, läßt sich entnehmen, daß die große Schwindungsneigung bestimmter Körper beim Sintern mit flüssiger Phase mit der Beseitigung der Oberflächenunregelmäßigksiten der Teilchen, mit Umkristallisationen und mit der Neigung der flüssigen Phase zu erklären sind, die umliegenden Pulverteiichen mit sich zu einer insgesamt dichteren Packung zu verbinden. Aus der Literaturstelle »Archiv für das Eisenhüttenwesen«, 24 (Mai/Juni 1953), Seiten 254 und 255, ist es bekannt, daß Eisenpulver durch Zusatz von Phosphaten in befriedigender Weise zusammengesintert werden können, wobei mit zunehmendem Phosphorgehalt ein Anstieg der Zugfestigkeit festgestellt wird.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Verwendung einer verschleißfesten Legierung, die für pulvermetallurgisch vorgesinterte Paßelemente mit hohem Kontraktionsvermögen geeignet ist, so daß eine zuverlässige feste und starre Verbindung zwischen den durch Aufsintern der Paßelemente erhaltenen Nockenelementen und einer Nockenwelle erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine bevorzugte Ausführungsform ist im Patentanspruch 2 beschrieben.

Die für das Paßelement verwendete Sinterlegierung zeigt ein Verhältnis der Kontraktion des Innendurchmessers des Nockenelementes nach dem Sintern zu dem ursprünglichen Innendurchmesser des Paßelementes vor dem Sintern von mehr als 2%. Das vorgesinterte Paßelement wird an einer beispielsweise aus einem Stahlrohr hergestellten Metallwelle angebracht und zur Verbindung mit der Welle in der Weise gesintert, daß das Verhältnis der Differenz zwischen dem Außendurchmesser der Metallwelle und dem Innendurchmesser des Nockenelementes nach dem Sintern in einem Zustand, bei dem es nicht mit der Welle verbunden tst, zu dem Außendurchmcsser der Mclallwellc (das scheinbare Übermaßvcrhällnis) mehr als 2% beträgt. Das scheinbare |

Übermaßverhältnis beträgt vorzugsweise mehr als 3% und insbesondere mehr als 4%. B

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 ist ein Diagramm, das die Sinterkurven (Dimensionskontraktionsverhältnis) der Sinterlegierungen von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt.
F i g. 2 ist eine Schnittansicht, die zur Erläuterung eines Verfahrens für die Messung der VerbindungsfestiEkeit

dient.

F i g. 3 ist ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen dem scheinbaren Übermaßverhältnis einer mit einem Paßelement zu verbindenden Nockenwelle bezüglich des Nockenelements und der Verbindungsfestigkeit erläutert wird.

F i g. 4 ist ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen dem Kontraktionsverhältnis der Sinterlegierungen und der Verbindungsfestigkeit erläutert wird.

F i g. 5 ist eine Mikrophotografie, aie den Diffusionsverbindungszustand der Nocke-Nockenwelle-Baueinheit von Beispiel 2 zeigt

Die verwendete Legierung besteht aus 2,5 bis 7,5 Gew.-% Cr, 0,1 bis 3,0 Gew.-% Mn, 0,2 bis 0,8 Gew.-% P, 1,0 bis 5,0 Gew.-% Cu, 03 bis 2,0 Gew.-% Si, weniger als 3 Gew.-% Mo, 1,5 bis 3,5 Gew.-% C und als Rest Fe mit weniger als 2 Gew.-% zulässigen Beimengungen. Die Sinterlegierung mit der vorstehend erwähnten Zusammensetzung hat eine Dichte von mehr als 7,3 g/cm³ und eine scheinbare Härte Hv (10 kg) von 350 bis 800 und zeigt in der Matrix eine gleichmäßige Verteilung von M₃C-Carbiden mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 5 bis 30 μπι und/oder einer gehärteten Steaditschicht, wobei diese etwa 5 bis 30% der Matrixfläche ausmachen.

Die erfindungsgemäß verwendete Sinterlegierung zeigt beim Verschleißtest eine gute Beständigkeit.

Nachstehend werden zuerst die Gründe für die Begrenzung des Gehalts der Elemente der erfindungsgemäß verwendeten Sinterlegierung beschrieben:

Ein Teil des Chroms wird in der Matrix im festen Zustand gelöst und verstärkt diese, indem es bei dem auf das Sintern folgenden Kühlvorgang Martensit oder Bainit bildet, während sich der Rest des Chroms unter Bildung von gehärteten Karbidteilchen des M₃C-Typs mit (Fe - Cr)₃C als Hauptbestandteil mit Kohlenstoff verbindet, wodurch die Eigenschaften der Sinterlegierung bezüglich des Verschleißschutzes und der Verhinderung des Fressens und Hängenbleibens verbessert werden. Die Zugabe einer Chrommenge von weniger als 2,5 Gew.-% ist unerwünscht, weil dies zu einer ungenügenden Karbidbildung und dazu führt, daß sich Karbid in Form eines Netzwerks an der Korngrenze anreichert, wodurch das Gefüge vergröbert und das Gleitvermögen in hohem Maße verschlechtert wird. Die Zugabe einer 7,5 Gew.-% überschreitenden Chrommenge führt unerwünschterweise nach dem Sintern zu einer übermäßigen Carbidmenge, zu einer Umänderung der Kristallstruktur vom M₃C-Typ in den M?C₃-Typ und faktisch zum Verschwinden der Phospliorverbindungsphase des Steadits, wodurch eine beträchtliche Änderung der Eigenschaften der Sinterlegierung hervorgerufen wird, die zu einer Veränderung des Gleitvermögens und sogar zu einer Verstärkung des Angriffs auf ein zu koppelndes Element führt.

Es wurde festgestellt, daß die Wirkung der Zugabe von Mangan auf die Aktivierung der Eisenmatrix für das * Sintern auffällig ist, wenn Chrom in einer Menge von 2,5 bis 7,5 Gew.-% hinzugegeben wird.

Wenn die beim Sintern der Legierung erzeugte flüssige Phase verwendet wird, um die Legierung mit einem anderen Element, beispielsweise aus Stahl, das mit der Legierung in Berührung ist, zu verbinden, führt eine zu große Chrommenge, die die Obergrenze der Legierung überschreitet, zu einer ungenügenden Erzeugung von flüssiger Phase, wodurch die Verbindungsfestigkeit herabgesetzt wird. Andererseits wird die Bearbeitbarkeit herabgesetzt, wenn das hinzugegebene Chromvolumen weiter erhöht wird, und außerdem wird die Aufbringbarkeit einer Schmiermittelschicht, die zur Verbesserung der Anfangspassung dient, schlecht, was zu einer Kostenerhöhung führt. Der Anteil von Chrom liegt vorzugsweise bei 4,5 bis 6,5 Gew.-%.

Mangan spielt im Rahmen der Erfindung eine sehr bedeutsame Rolle und zeigt die drei folgenden Wirkungen:

Mangan wird erstens im festen Zustand in der Matrix gelöst, verstärkt die Matrix und verbessert außerdem die Härtbarkeit der Legierung in einem bedeutenden Ausmaß; des weiteren erhärtet Mangan bei einem langsamen, mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 10°C/min in dem üblichen zum kontinuierlichen Sintern dienenden Ofen unter einer Atmosphäre aus gespaltenem Ammoniakgas durchgeführten Kühlvorgang, wobei leicht eine scheinbare Hv-Härte (10 kg) von über 350 erzielt und dadurch das Gleitvermögen verbessert werden kann.

Zweitens aktiviert Mangan die Fe-Matrix für das Sintern und ermöglicht dadurch ein Sintern bei niedrigeren Temperaturen, was mit der Wirkung einer Verminderung der Energiekosten verbunden ist.

Drittens unterdrückt Mangan das Kristallwachstum, verfeinert das Karbid und trägt zur Zusammenballung bei, wodurch das Gleitvermögen der Sinterlegierung verbessert wird.

Wenn das Werkstück aus dieser Legierung hergestellt wird, kann es nach dem Vorsintern bei 900 bis 1000⁰C bearbeitet und dann zusammengebaut werden. Die Zugabe von Mangan ist bezüglich der Erhöhung der Festigkeit des vorgesinterten Produkts in hohem Maße wirksam. Eine solche Wirkung der Erhöhung der Festigkeit des vorgesinterten Produkts ist prektisch nicht vorhanden, wenn weniger als 0,10% Mangan hinzugegeben werden, während die Zugabe einer 3,0% überschreitenden Manganmenge zu einer Härtung des zerstäubten Legierungspulvers führt, wodurch nicht nur eine eine gewünschte Dichte unmöglich machende starke Verminderung der Formbarkeit des Pulvers, sondern auch eine Erhöhung des Gehalts an Restaustenit während des Sinterns und die Neigung zu einer Herabsetzung des Sintervermögens durch Oxidation hervorgerufen werden. Der Anteil von Mangan liegt vorzugsweise bei 0,10 bis 1,5 Gew.-%.

Phosphor aktiviert das Sintern, indem nicht nur ein Sintern bei niedrigeren Temperaturen ermöglicht, sondern mittels einer flüssigen Phase auch eine höhere Dichte erzielt wird, indem eine Steaditphase mit niedrigem Schmelzpunkt gebildet wird. Die Wirkung des Phosphors wird unbefriedigend, wenn es in einer Menge von weniger als 0,2Gew.-% hinzugegeben wird. Andererseits führt die Zugabe einer 0,8% überschreitenden Phosphormenge zur Bildung eines Übermaßes an flüssiger Phase, was zu einem abnormen Wachstum von Karbid und Steadit und zu einer Versprödung der Korngrenzen führt, wodurch das Gleitvermögen herabgesetzt wird. Der Anteil von Phosphor liegt vorzugsweise bei 0,35 bis 0,65 Gew.-%.

Genauso wie Chrom erhöht Molybdän nicht nur die Härte der Sintermasse, sondern es verbessert auch das Gleitvermögen, indem es eiii gehärtetes Mischcarbid mit (Fe · Cr · Mo)₃C als Hauptbestandteil bildet. Auch ohne Zugabe von Mo kann das erforderliche Betriebsverhalten von gleitfähigen Teilen, wie Nocken, sicherge-

stellt werden, jedoch ist eine Zugabe von weniger als 3 Gew.-% Mo nützlich, weil dadurch das Karbid stärker zusammengeballt und die Aggressivität der Legierung gegenüber dem zu koppelnden Element unterdrückt wird. Die Zugabe einer 3 Gew.-% überschreitenden Molybdänmenge würde dazu führen, daß an den Korngrenzen eine Netzstruktur des Karbids gebildet wird, wodurch die Legierung verspröden, das Gleitvermögen herabgesetzt werden würde und die Kosten erhöht würden. Die Zugabe von Molybdän ist vorzugsweise auf 0,5 bis 1,5 Gew.-% eingeschränkt.

Kupfer stabilisiert das Sintern, erhöht die Festigkeit und Härte der Matrix, verfeinert das Karbid und trägt zu dessen Zusammenballung bei. Wenn Kupfer in einer Menge von weniger als l,0Gew.-% hinzugegeben wird, treten diese Wirkungen nicht auf. Andererseits werden die Korngrenzen geschwächt, was nicht nur zu einem vermindertem Gleitvermögen, sondern auch zu einer Erhöhung der Kosten führt, wenn Kupfer in einer zu großen Menge hinzugegeben wird. Die Zugabe von Kupfer ist infolgedessen auf 1,0 bis 5,0 Gew.-% und vorzugsweise auf 1,5 bis 3,0 Gew.-% eingeschränkt.

Silicium, ist in Gegenwart von 2,5 bis 7,5 Gew.-% Chrom wirksam, um eine Streuung der Dichte, die auf Veränderungen des Kohlenstoffgehalts beruht, zu unterdrücken, und um eine Zusammenballung der Karbidteilchen zu erzielen. Silicium ist erforderlich als hauptsächliches Desoxidationsmittel für das geschmolzene Metall, wenn dieses zur Herstellung eines Legierungspulvers zerstäubt wird. Die Zugabe einer zu geringen Siliciurnmenge führt zu einer Beschleunigung der Oxidation des Pulvers, während bei einer zu großen Siliciummenge nicht nur die Härtbarkeit der Matrix herabgesetzt wird, was zu einer Verminderung der Härte führt, sondern auch das Karbid vergröbert und eine Ausscheidung von Karbid an den Korngrenzen verursacht wird, was zu einem geringeren Gleitvermögen führt. Die Zugabe von Silicium ist infolgedessen auf 0,5 bis 2 Gew.-% und vorzugsweise auf 0,7 bis 1,5 Gew.-% eingeschränkt.

Graphit als Kohlenstoff erhöht die Härte und verstärkt die Matrix. Außerdem verbessert Kohlenstoff die Abriebbeständigkeit, indem er zusammen mit Chrom und Molybdän Mischcarbide, wie (Fe · Cr)₃C oder (Fe - Cr · Mo)₃C. bildet und zur Bildung der Steaditphase (Fe - Fe₃C - Fe₃P) beiträgt.
Die Zugabe von Kohlenstoff ist auf 1,5 bis 4,0 Gew.-% und vorzugsweise auf 1,8 bis 3,0 Gew.-% beschränkt.

Mit Ausnahme von Kohlenstoff werden die in der Legierung enthaltenen Elemente vorzugsweise in Form eines Eisenlegierungspulvers eingesetzt.

Das Legierungspulvermaterial sollte wünschenswerterweise als Verunreinigungen weniger als 0,5 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 0,3 Gew.-% Sauerstoff enthalten.

Die Teilchengröße des zerstäubten Legierungspulvers ist geeigneterweise weniger als 177 μΐη, vorzugsweise weniger als 149 μπι, wobei weniger als 40% des Gesamtvolumens weniger als 45 μπι Durchmesser haben sollen. Zu dem zerstäubten Legierungspulver wird Kohlenstoff, üblicherweise Graphit, hinzugegeben, und zwar vorzugsweise Flockengraphit. Im allgemeinen wird Graphit mit einem mittleren Teilchendurchmesser von bis zu etwa 10 μπι eingesetzt, jedoch sind feine Teilchen von weniger als 2 bis 3 μπι zu bevorzugen. Diese Elemente können durch ein übliches Verfahren vermischt werden, jedoch ist ein besonderes Mischverfahren unter Druckentlastung oder ein Schwingmühlenverfahren bevorzugt.

Das auf diese Weise hergestellte Material wird gepreßt, gesintert und dann abgekühlt. Das Pressen wird unter Erzielung einer gewünschten Gestalt im allgemeinen unter einem Preßdruck von etwa 4,9 bis etwa 6,9 kbar und vorzugsweise von 5,4 bis 6,4 kbar durchgeführt. Die Dichte des geformten Produkts beträgt 5,8 bis 6,4 g/cm³ und vorzugsweise 5,9 bis 6,3 g/cm³. Als nächstes wird das komprimierte Pulver bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1020° C bis etwa 1180° C und vorzugsweise von 1050° C bis 1150° C gesintert. Die Sinterdauer hängt von der Temperatur ab. Das Sintern wird üblicherweise etwa 30 bis 90 min lang durchgeführt. Es ist erwünscht, daß das Sintern in einem Gas, wie Wasserstoff, Stickstoff, einer Gasmischung aus Wasserstoff und Stickstoff oder gespaltenem Ammoniak, oder im Vakuum durchgeführt wird. Der Taupunkt der Atmosphäre beträgt geeigneterweise weniger als -10° C und vorzugsweise weniger als - 20° C.

Die auf diese Weise erhaltene Sintermasse erhält die notwenige Härte durch Abkühlen auf etwa 600° C mit einer Geschwindigkeit von etwa 10° C/min und vorzugsweise 20 bis 100° C/min.

! Das Vorsintern wird bei einer Temperatur durchgeführt, wie sie üblicherweise für diesen Zweck festgelegt

wird.

Als Wellenelement, an dem die vorgesinterte Masse angebracht wird, werden ein Stahlrohr oder ein Stahlstab eingesetzt

Beispie! 1

Ein Legierungspulver mit der Zusammensetzung: Fe, 5 Gew.-% Cr, 1 Gew.-°/o Si, 0,5 Gew.-°/b Mn, 0,5 Gew.-°/o P und 2,5 Gew.-% C (Material »A«) wurde für die spezielle verschleißfeste Sinterlegierung eingesetzt und ein vorgesintertes Paßelement mit einem Außendurchmesser von 50 mm, einem Innendurchmesser von (28 + λ) mm und einer Dicke von 15 mm hergestellt. Das vorgesinterte Paßelement wurde an einem Stahlrohr mit einem Außendurchmesser von 28 mm, einem Innendurchmesser von 20 mm und einer Länge von 30 mm angebracht Der Spielraum des Innendurchmessers des vorgesinterten Paßelements wurde auf 0 mm, 0,3 mm, 0,6 mm, 0,8 mm und 1,0 mm festgelegt wodurch mehrere Probestücke in Form von verbundenen Baueinheiten erhalten wurden. Bei jedem Probestück wurde die Scherfestigkeit bzw. die Schubfestigkeit in der in F i g. 2 gezeigten Weise gemessen, indem das Stahlrohr 2 mittels einer Druck ausübenden Vorrichtung nach unten gestoßen wurde, während die Sintermasse auf einen Träger mit einem darin befindlichen Loch aufgelegt wurde.

Die Dimensionsänderungsverhältnisse (Kontraktionsverhältnisse) der Sinterlegierung wurden bei vorgesinterten Paßelementen die nicht an dem Stahlrohr angebracht waren, gemessen. Das Sintern wurde durch 60minütiges Erhitzen bei den angegebenen Temperaturen in AX-Gas durchgeführt Die Ergebnisse der auf diese Weise

gemessenen Dimensionsänderungsverhältnisse werden durch die Kurven »A« in F i g. 1 gezeigt. Die gemessenen Werte der Scherfestigkeit werden in den F i g. 3 und 4 und in Tabelle 1 gezeigt. Bei jedem Wert handelt es sich um den Mittelwert von 10 gemessenen Probestücken.

Vergleichsbeispiel

Unter Anwendung einer Sinterlegierung mit der folgenden Zusammensetzung: Fe, 8 Gew.-% Mo, 5 Gew.-% Co, 2 Gew.-% Cu, 1,2 Gew.-% P, 0,06 Gew.-% B und 1 Gew.-% C (Material »B«) zu Vergleichszwecken wurden die vorgesinterten Paßelemente und die verbundenen Baueinheiten ähnlich wie in Beispiel 1 hergestellt. Nach dem Verfahren von Beispiel 1 wurden Tests durchgeführt, und die gemessenen Ergebnisse bezüglich der Dimensionsänderungsverhältnisse werden durch die Kurve »B« in F i g. 1 gezeigt, während die Ergebnisse der Messung der Scherfestigkeit in den F i g. 3 und 4 und in Tabelle 1 gezeigt werden.

Tabelle 1

Material	Sinter	Kontraktions-	Kontraktions	Spiel	scheinbares	scheinbares	Verbindungs-
	temperatur	verhältnis*)	betrag**)	raum«	Übermaß***)	Übermaßver	festigkeit
	(⁰C)	(%)	(mm)	(mm)	(mm)	hältnis (%)	(N/mm²)
A	1110	6,1	1,7	0	1,7	6,1	mehr als
							150-280
A	1110	6,1	1,7	0,3	1,4	5,0	150-280
A	1110	6,1	1,7	0,6	1,1	3,9	140-260
A	1110	6,1	1,7	0,8	0,9	3,2	100-220
A	1110	6,1	1,7	1,0	0,7	2,5	20-150
B	1150	1,2	0,3	0	0,3	1,1	1

Anmerkungen:

*) in dieser Spalte wird das Kontraktionsverhältnis des Innendurchmessers des während des Sinterns nicht an dem Stahlrohr angebrachten Paßelements angegeben.
**) in dieser Spalte wird der Kontraktionsbetrag des Innendurchmessers des während des Sinterns nicht an dem Stahlrohr

angebrachten Paßelements angegeben.

***) in dieser Spalte wird das scheinbare Übermaß des Stahlrohr-Außendurchmessers bezüglich des Innendurchmessers des Paßelements angegeben.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, zeigte die Sinterlegierung aus dem Material »A« von Beispiel 1 das maximale Kontraktionsverhältnis von etwa 6%, während die Sinterlegierung des Materials »B« des Vergleichsbeispiels einmal bei etwa 110⁰C expandierte und sich dann bei höheren Temperaturen zusammenzog. Das maximale Kontraktionsverhältnis des Vergleichsbeispiels betrug etwa 1,2%.

Beispiel 2

Unter Anwendung der gleichen Legierung wie in Beispiel 1, wurden vorgesinterte Paßelemente (Innendurchmesser: 28,3 mm) hergestellt. Diese vorgesinterten Paßelemente wurden an einer Stahlrohrwelle mit einem Außendurchmesser von 28 mm angebracht und dann unter solchen Bedingungen gesintert, daß das maximale Kontraktionsverhältnis gewährleistet werden konnte, wodurch eine Nocke-Nockenwelle-Baueinheit für die Verwendung in einem Motor, hergestellt wurde.

Der Innendurchmesser des Paßelements, das unter den gleichen Sinterbedingungen gesintert worden war, während es nicht an der Stahlrohrwelle angebracht war, betrug 26,6 mm, wobei der Kontraktionsbetrag 1,7 mm ( = 28,3 mm-26,6 mm) und das Kontraktionsverhältnis 6,0% [= (1,7 χ 100)/28,3] betrug. Das scheinbare Übermaß betrug 1,4 mm (= 28,0 mm —26,6 mm), und das scheinbare Übermaßverhältnis in bezug auf den Außendurchmesser der Stahlrohrwelle betrug 5,0% [ = (1,4 χ 100)/28,0].

Wie aus der Mikrophotographie von F i g. 5 ersichtlich ist, wurde festgestellt, daß die Sintermasse durch eine Diffusions-Verbindungsschicht in hervorragender Weise metallurgisch mit dem Stahlrohr verbunden war. Die Scherfestigkeit der verbundenen Baueinheit betrug 170 N/mm².

F i g. 3 faßt die in den Beispielen 1 und 2 erhaltenen Ergebnisse zusammen und erläutert die Beziehung zwischen dem Verhältnis des scheinbaren Übermaßes zu dem Außendurchmesser der Nockenwelle, mit dem das Nockenelement verbunden ist, und der durch die Scherfestigkeit ausgedrückten Verbindungsfestigkeit der verbundenen Baueinheit, bei der die Sinterlegierung »A« eingesetzt und der Spielraum variiert wurde.

Wenn die minimalen Werte der Verbindungsfestigkeit betrachtet werden, beobachtet man, daß die Wirkung der Erhöhung dieser Werte bei einem Verhältnis über 2% groß, bei einem Verhältnis von 3% auffallend und bei einem Verhältnis von mehr als 4% stabilisiert wird.

F i g. 4 erläutert die Beziehung zwischen der Verbindungsfestigkeit und dem Dimensionskontraktionsverhältnis des Paßelements, das gesintert wurde, während es nicht an der Welle angebracht war, und zwar unter der Bedingung, daß der Spielraum auf Werte von weniger als etwa 1,0mm festgelegt wurde, um die in Fig.3 gezeigten, hervorragenden Werte für das scheinbare Übermaßverhältnis zu gewährleisten.

Wenn auch die Minimalwerte der Verbindungsfestigkeit betrachtet werden, sieht man, daß die Wirkung der Erhöhung der Verbindungsfestigkeit bei Dimensionskontraktionsverhältnissen von mehr als 2% aufzutreten scheint. Je größer das Kontraktionsverhältnis der eingesetzten Legierung, beispielsweise mehr als 3%, mehr als

4% usw., ist, umso größer ist die Breite des Bereichs, in dem der Spielraum festgelegt werden kann, um eine genügende Wirkung zu zeigen. Im Fall der Sinterlegierung »A«, die sich mit einem Verhältnis von 6,1% zusammenzieht, wird auch bei einem Spielraum von 1,0 mm eine zufriedenstellende Wirkung erzielt. Die Wirkung wird stabil, wenn der Spielraum auf weniger als 0,6 nnm festgelegt wird.

5 Wie aus den Fig.3 und 4 hervorgeht, wird eine ähnliche Wirkung erzielt, wenn der Spielraum auf einen negativen Wert festgelegt wird, d. h. wenn die Welle für eine Verbindung der Welle mit dem vorgesinterten Paßelement durch Sintern in das vorgesinterte Paßelement durch Sintern in das vorgesinterte Paßelement eingepreßt wird.

ίο Beispiel 3

Ähnlich wie in Beispiel 2 wurden unter Verwendung verschiedener Zusammensetzungen Nocke-Nockenwellen-Baueinheiten hergestellt, wobei die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.

15 Tabelle 2

20	Werkstück	Charakteristische Werte der Sintermasse Dichte scheinbare (g/cm³) Härte Hv(10 kg)	370	Verbindungs- festigk. (N/mm²)	Verschleißfestigkeitstest Betrag des Betrag des Nockenab- Abriebs des riebs entgegenwirk. (μσι)^#) Kipphebels (μπι)")	20	Anmerkung (Wertein Cew.-%)
25	Legierung Nr. 1	7,36	560	150-280	95	3	2,5 Cr-O₁IOMn-SCV · 0,5Si-0,7P-l,5C
	2	7,45	780	160-270	22	8	5,0 Cr-1,0 Mn-2 Cu- 1 Si-0,5P-2,5C
	3	7,62	150-290	25	7.5 Cr-3.0 Mn-I Cu-

35

40

45

50

55

60

7,63 660

140-280

IS

2,0Si-0,2P-3,5C Legierung Nr. 2+3 Mo

Anmerkung:

*) Betrag des Abriebs in Richtung der Nockennase.
**) Maximale Tiefe des Abriebbereichs im Kipphebel-Gleitkissea

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Legierung aus 2,5 bis 7,5Gew.-°/o Chrom, 0,1 bis 3,OGew.-°/o Mangan, 0,2 bis 0,8 Gew.-°/o Phosphor, 1,0 bis 5,0 Gew.-°/o Kupfer, 0,5 bis 2,0 Gew.-% Silizium, 0 bis 3,0 Gew.-% Molybdän, 1,5 bis 3,5 Gew.-% Kohlenstoff und Eisen als Rest mit weniger als ZO Gew.-% zulässigen Beimengungen für pulvermetallurgisch vorgesinterte Paßelemente zur Herstellung von durch Schrumpfung auf eine Nockenwelle aufgesinterten Nockenelementen.

2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Legierung aus 4,5 bis 6,5 Gew.-% Chrom, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Mangan, 0,35 bis 0,65Gew.-% Phosphor, 1,5 bis 3,0Gew.-% Kupfer, 0,7 bis l,5Gew.-% Silizium, 0,5 bis

ίο 1,5 Gew.-% Molybdän, 1,8 bis 3,0 Gew.-% Kohlenstoff und Eisen als Rest mit weniger als 2 Gew.-°/o zulässigen Beimengungen besteht, für den Zweck nach Anspruch 1.