DE3232001A1

DE3232001A1 - Verschleissfeste sinterlegierung, verfahren zu deren herstellung und daraus hergestellte nocke

Info

Publication number: DE3232001A1
Application number: DE19823232001
Authority: DE
Inventors: Shuichi Fujita; Koji Kazuoka; Takeshi Toyota Aichi Okuzyo; Tetsuya Nagoya Aichi Suganuma; Yoshitaka Takahashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1981-08-27
Filing date: 1982-08-27
Publication date: 1983-03-31
Also published as: GB2109004A; US4491477A; GB2109004B; JPS5837158A; DE3232001C2

Description

Verschleißfeste Sinterlegierung, Verfahren zu deren
Herstellung und daraus hergestellte Nocke

Die Erfindung betrifft eine verschleißfeste Sinterlegierung mit ausgezeichneten Gleiteigenschaften und insbesondere ein,e verschleißfeste Sinterlegierung, die im Vergleich mit der aus der US-PS 4 268 309 bekannten und der in der US-Patentanmeldung Nr. 213 239 offenbarten, verschleißfesten Sinterlegierung verbesserte Selbstschmiereigenschaften und eine verbesserte Passung an ein entgegenwirkendes bzw. Gegen-Gleitelement hat, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen verschleißfesten Sinterlegierung.

Die aus der US-PS 4 268 309 bekannte, verschleißfeste Sinterlegierung enthält 15 bis 25 Gew.-% Cr, 0,3 bis 0,8
Gew.-% P, 1 bis 5 Gew.-% Cu, 0 bis 3 Gew.-% Mo, 1,5 bis 4,0 Gew.-% C und als Rest Fe mit weniger als 2 Gew.-% Verunreinigungen. Die in der US-Patentanmeldung Nr. 213 239 offenbarte, verschleißfeste Sinterlegierung enthält 2,5 bis 7,5 Gew.-% Cr, 0,1 bis 3,0 Gew.-% Mn, 0,2 bis 0,8

B/22

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844

Bayer. Vereinsbank (München) KIo. 508 941

Posischeck (München) Kto. 670-43-804

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Gew.-% P, 1 bis 5 Gew.-% Cu, O bis 3 Gew.-% Mo, 1,5 bis 3,5 Gew.-% C und als Rest Fe mit weniger als 2 Gew.-% Verunreinigungen. In diesen Druckschriften wird beschrieben, daß solche verschleißfeste Sinterlegierungen für die Verwendung als verschiebbare bzw. Gleitelemente, beispielsweise als Nocken bzw. Nockenwellen und Kipphebel bzw.
Schwinghebel in Ventilbetätigungssystemen, die beim Betrieb der Bedingung einer hohen Flächenpressung ausgesetzt werden müssen, geeignet sind, weil die in diesen Druck-Schriften beschriebenen Sinterlegierungen eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit sowie eine hohe Dichte und eine hohe Härte zeigen.

In den letzten Jahren ist jedoch von Automobilen bzw.
Kraftfahrzeugen in weitem Umfang eine hohe Betriebsleistung bzw. Gebrauchsleistung gefordert worden, was dazu führte, daß die Betriebsbedingungen von Kipphebeln bzw. Schwinghebeln und Nocken immer schärfer bzw. härter geworden sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verschleißfeste Sinterlegierung zur Verfügung zu stellen, die im Vergleich mit der' aus der US-PS 4 268 309 bekannten und der in der US-Patentanmeldung Nr. 213 239 offenbarten Sinterlegierung eine verbesserte Verschleißfestigkeit hat und ausgezeichnete Gleiteigenschaften bzw. ein ausgezeichnetes Gleitverniögen zeigt. Durch die Erfindung soll auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen verschleißfesten Sinterlegierung zur Verfügung gestellt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete, verschleißfeste Sinterlegierung gelöst.

Der erfindungsgemäßen Sinterlegierung werden durch die darin verteilten, feinen Sulfid- oder Pb-Teilchen wirksame

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Selbstschmiereigenschaften verliehen.

Die erf'indungsgemäße, verschleißfeste Sinterlegierung wird hergestellt, indem man durch Zerstäubung ein Legierungspulver herstellt, das die Legierungselemente mit Ausnahme von Kohlenstoff in bestimmten Mengen enthält, zu dem Legierungspulver eine bestimmte Kohlenstoffmenge, beispielsweise in Form von Graphitpulver, zugibt, die auf diese Weise erhaltene Mischung unter Ausbildung eines bestimmten Profils bzw. einer bestimmten Gestalt kompaktiert bzw. preßverdichtet und dann den erhaltenen Grünling bzw. Preßling sintert.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die' beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 (a) ist eine schematische Ansicht, die den Zustand einer Pulvermischung vor dem Sintern darstellt. 20

Fig. 1 (b) ist eine schematische Ansicht, die den Zustand der in Fig. 1 (a) gezeigten Pulvermischung nach dem Sintern darstellt.

Fig. 2 (a) ist eine schematische Ansicht, die den Zustand einer gemäß der Erfindung eingesetzten Pulvermischung vor dem Sintern darstellt, und

Fig. 2 (b) ist eine schematische Ansicht, die den Zustand der in Fig. 2 (a) gezeigten Pulvermischung nach

dem Sintern darstellt.

Die erfindungsgemäße, verschleißfeste Sinterlegierung
zeigt eine hohe Verschleißfestigkeit und hervorragende Passungseigenschaften an ein entgegenwirkendes bzw. Gegenelement.

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Die erf indungsgernäße, verschleißfeste Sinterlegierung enthält vorzugsweise 2,5 bis 25 Gew.-% Cr, 0,10 bis 1,5 Gew.-% Mn, 0,35 bis 0,65 Gew.-% P, 1,0 bis 3,0 Gew.-% Cu, 0,7 bis 1,5 Gew.-% Si, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Mo, entweder 0,5 bis 2,0 Gew.-% S oder 1,0 bis 3,0 Gew.-% Pb, 1,8 bis 3,0 Gew.-% C und weniger als 2,0 Gew.-% Verunreinigungen, wobei der Rest Fe ist. In der Sinterlegierung ist S (oder Pb) in Form von Sulfid (oder Blei) mit einer Teilchengröße von weniger als 100 pm gleichmäßig ausgeschieden bzw. verteilt.

Die erfindungsgemäße Sinterlegierung kann erhalten werden, indem man ein Legierungspulver 11 herstellt, das aus den Elementen der Sinterlegierung einschließlich S (oder Pb) 12 mit Ausnahme von Kohlenstoff besteht, zu diesem Pulver zwecks Herstellung eines kompaktierten·bzw. preßverdichteten Pulvers (eines Grünlings bzw. grünen Preßlings) eine bestimmte Menge von Kohlenstoff 3 zugibt und dann den Preßling bzw. Formkörper sintert.

Das als Material für die erfindungsgemäße Sinterlegierung eingesetzte Legierungspulver ist nach einem bekannten, üblichen Verfahren erhältlich^ es wird jedoch im allgemeinen durch das Zerstäubungsverfahren aus einem geschmolzenen Metall erhalten.

Beim Zerstäubungsverfahren wird das geschmolzene Legierungsmaterial, das hergestellt wird, nachdem die pulverförmigen Legierungselemente mit Ausnahme von Kohlenstoff miteinander vermischt worden sind, zur Herstellung des zerstäubten Metalls von der Oberseite her zerstäubt, während ein Wasserstrahl von der Seite in einer N_?-Atmosphäre gegen das tropfende, geschmolzene Metall gedruckt bzw. gespritzt wird. Die Teilchengröße des zerstäubten Legierungspulvers entspricht geeigneterweise einer lichten Ma-

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schenweite von weniger als 177 μπι (80 mesh ) und vorzugsweise von weniger als 150 pm (100 mesh ), wobei vorzugsweise weniger als 40 % des Volumens des zerstäubten Legierungspulvers aus Teilchen bestehen, deren Teilchengröße einer lichten Maschenweite von weniger als 45 pm (350
mesh ) entspricht.

Das als Material für die Sinterlegierung eingesetzte Legierungspulver sollte als Verunreinigungen geeigneterweise weniger als 0,5 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 0,3 Gew.-% Sauerstoff und weniger als 0,3 Gew.-96 und vorzugsweise weniger als 0,1 Gew.-% Kohlenstoff enthalten.

Zu dem auf diese Weise erhaltenen, zerstäubten Legierungspulver wird Kohlenstoff, und zwar im allgemeinen Graphit und vorzugsweise schuppenförmiger bzw. Flockengraphit, zugegeben. Im allgemeinen wird Graphit mit einem mittleren Teilchendurchmesser von bis etwa 10 pm eingesetzt, jedoch werden feine Teilchen mit einer Größe von weniger als 2 bis 3 pm bevorzugt. Diese Elemente können durch ein übliches, bekanntes Verfahren vermischt werden, jedoch kann ein spezielles Matrix-Mischverfahren, ein Mischverfahren unter Druckentlastung oder ein Schwingmühlenverfahren angewandt werden. Diese Verfahren setzen die Absonderung bzw. Ausscheidung von Graphit bei den Misch- und Kompaktierungsvorgängen auf ein Minimum herab, wodurch die Härte der Matrix und die Gestalt, die Größe und die Verteilung der Carbide in verschiedenen Teilen des Produkts gleichmäßig gemacht werden und erwünschte Ergebnisse mit geringeren Unterschieden in den Eigenschaften des Produkts bezüglich der Verschleißfestigkeit und der Verhinderung des Fressens und des Lochfraßes bzw. der Grübchenbildung erzielt werden.

Beim Vermischen kann zu dem zerstäubten bzw. durch Zerstäubung erhaltenen Legierungspulver erfindungsgemäß zu-

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sammeη mit Kohlenstoff ein übliches Schmiermittel wie

Zinkstearat zugegeben werden. Die zuzugebende Menge des Schmiermittels kann weniger als etwa 1,2 Gew.-% und vorzugsweise etwa 0,3 bis 1,0 Gew.-% betragen.

Das auf diese Weise hergestellte Material wird kompaktiert, gesintert und dann abgekühlt. Das Kompaktieren bzw. Preßverdichten wird unter Erzielung einer gewünschten Gestalt im allgemeinen unter einem Druck von etwa 4,9 bis etwa 6,9 kbar (etwa 5 bis etwa 7 t/cm ) und vorzugsweise von etwa 5,4 bis etwa 6,4 kbar (etwa 5,5 bis etwa 6,5
t/cm ) durchgeführt. Die Dichte des kompaktierten Produkts beträgt geeigneterweise etwa 5,8 bis etwa 6,4 g/cm und vorzugsweise etwa 5,9 bis etwa 6,3 g/cm . Als nächstes wird das kompaktierte Pulver bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1020°C bis etwa 1180⁰C und vorzugsweise von etwa 105O⁰C bis etwa 1150⁰C gesintert. Die Sinterdauer hängt von der Temperatur ab. Das Sintern wird üblicherweise etwa 30 oder etwa 90 min lang durchgeführt. Es ist erwünscht, daß das Sintern in einem Gas wie Wasserstoff, Stickstoff, einer Wasserstoff-Stickstoff-Mischung oder zersetztem bzw. gespaltenem Ammoniak oder im Vakuum durchgeführt wird. Die Durchführung des Sinterns in dem üblichen, denaturierten RX-Gas ist unerwünscht. Der Taupunkt

der angewandten Atmosphäre beträgt geeigneterweise weniger als -10⁰C und vorzugsweise weniger als -20°C.

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

Unter Verwendung der auf diese Weise erhaltenen Sinterlegierung können Motornocken und andere Teile hergestellt werden. Eine Motornocke aus

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dieser Sinterlegierung kann beispielsweise unter Ausnutzung der beim Sintern erzeugten, flüssigen Phase mit einem Stahlrö-hr integriert bzw. unter Bildung eines Ganzen mit einem Stahlrohr verbunden werden, wodurch eine gewünschte Nockenwelle hergestellt wird. Durch eine Vorsinterung, die üblicherweise in AX-Gas von 900 bis 1000⁰C durchgeführt wird, kann die Festigkeit einer vorgesinterten Masse bei der Bearbeitung und beim Zusammenbau der Maschinenteile erhöht werden.
10

Nachstehend werden die Gründe für die Begrenzung des Gehalts der in der erfindungsgemäßen Sinterlegierung enthaltenen Elemente erläutert:

Es wird angenommen, daß Chrom zur'Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der Eigenschaft der Verhinderung des Fressens beiträgt. Der Chromgehalt ist auf 2,5 bis 25,0 Gew.-% beschränkt. Wenn der Chromgehalt weniger als 2,5 Gew.-% beträgt, wird die Verschleißfestigkeit der Sinterlegierung verschlechtert, während im Falle eines 25,0 Gew.-% überschreitenden Chromgehalts die gewünschte Wirkung der Zugabe von Chrom nicht erzielt wird, sondern im Gegenteil die Gleiteigenschaften verändert werden und der Angriff auf ein zu koppelndes Element bzw. Bauteil in unerwünschter Weise verstärkt wird.

Mangan wird im festen Zustand in die Matrix hineingelöst und erhöht dadurch die Festigkeit der Matrix, aktiviert die Sinterung des als Grundmetall verwendeten Eisens und unterdrückt das Wachstum der Kristalle, was zu einer Verfeinerung und Sphäroidisierung bzw. Zusammenballung der Carbide führt, wodurch die Gleiteigenschaften der Sinterlegierung verbessert werden. Wenn weniger als 0,10 Gew.-% Mn zugegeben werden, treten solche Wirkungen nicht auf, während das zerstäubte Legierungspulver im Falle der Zuga-

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be einer 3,0 Gew.-% überschreitenden Mn-Menge sphäroidisiert bzw. zusammengeballt und gehärtet wird, wodurch die Zusammehdrückbarkeit und Formbarkeit des Legierungspulvers in hohem Maße verschlechtert werden und die Erzielung einer gewünschten Dichte und Härte unmöglich gemacht wird. Außerdem führt überschüssiges Mangan während des Sinterns zu einer Erhöhung des Gehalts an restlichem Austenit, weshalb es in diesem Fall wahrscheinlich ist, daß sich die Härte vermindert und daß das Sinterungsvermögen durch Oxidation beeinträchtigt wird. Die Zugabe von Mn ist infolgedessen auf eine Menge von 0,10 bis 3,0 Gew.-% und vorzugsweise von 0,10 bis 1,5 Gew.-% eingeschränkt.

Phosphor wird während des Sinterns im festen Zustand in die Matrix hineingelöst, wodurch nicht nur das Sintern aktiviert und ein Sintern bei einer niedrigeren Temperatur ermöglicht, sondern auch eine Steaditphase mit einem niedrigen Schmelzpunkt gebildet wird, so daß die Dichte mittels einer flüssigen Phase erhöht wird. Wenn P in einer Menge von weniger als 0,1 Gew.-% zugegeben wird, sind diese durch die Zugabe von P erzielten Wirkungen unzureichend. Wenn P in einer 0,8 Gew.-% überschreitenden Menge zugegeben wird, wird zuviel flüssige Phase gebildet, was zu einem abnormen Wachstum von Carbid und.Steadit und dadurch zu einer Versprödung der Korngrenzen und einer Verminderung des Gleitvermögens bzw. der Gleiteigenschaften führt. Die Zugabe von P ist infolgedessen auf 0,1 bis 0,8 Gew.-% eingeschränkt,und die optimale P-Menge beträgt 0,35 bis 0,65 Gew.-%.

Genauso wie Cr verstärkt Molybdän die Matrix, wodurch die Härtbarkeit verbessert und die Härte der Sinterlegierung erhöht wird. Außerdem dient Molybdän zur Bildung eines harten, zusammengesetzten Carbids, das hauptsächlich aus (Fe, Cr, Mo),,C besteht, wodurch die Gleiteigenschaften

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verbessert werden. Auch ohne Mo können die für ein Gleitelement wie eine Nocke erforderlichen Eigenschaften sichergestellt werden, jedoch führt die Zugabe von Mo zu einer Sphäroidisierung bzw. Zusammenballung des Profils des Carbids und zu einer Unterdrückung des Angriffs auf ein zu koppelndes Bauteil. Infolgedessen ist die Zugabe einer Mo-Menge von weniger als 3 Gew.-% wirksam. Bei der Zugabe einer 3 Gew.-% überschreitenden Molybdänmenge werden an den Korngrenzen netzstrukturartige Carbide gebildet, was dazu führt, daß die Sinterlegierung versprödet, die Gleiteigenschaften beeinträchtigt werden und die Fertigungskosten erhöht werden. Die Zugabe von Mo ist infolgedessen auf weniger als 3 Gew.-% und vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Gew.-% eingeschränkt.

Kupfer, das im festen Zustand in die Matrix hineingelöst wird, stabilisiert das Sintern, erhöht die Härte durch Verfestigung des als Grundmetall verwendeten Eisens und führt zu einer Verfeinerung und Sphäroidisierung bzw. Zusammenballung der Carbide. Die Zugabe von weniger als 1,0 Gew.-% Cu ist unwirksam, während im Fall der Zugabe von mehr als 5,0 Gew.-% Cu die Korngrenzen bzw. Kristallgrenzen geschwächt werden, die Gleiteigenschaften verschlechtert werden bzw. das Gleitvermögen vermindert wird und die Fertigungskosten erhöht werden. Die Zugabe von Cu ist infolgedessen auf 1,0 bis 5,0 Gew.-% und vorzugsweise auf 1,5 bis 3,0 Gew.-% eingeschränkt.

Silicium, das im festen Zustand in die Matrix hineingelöst wird, stabilisiert das Sintern des als Grundmetall verwendeten Eisens und führt zu einer Sphäroidisierung bzw. Zusammenballung der Carbidteilchen. Außerdem ist während der zur Herstellung des Legierungspulvers durchgeführten Zerstäubung Silicium als Desoxidationsmittel erforderlich. Wenn die Si-Menge weniger als 0,5 Gew.-% beträgt, kann

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die Oxidation jedoch nicht unterdrückt werden, so daß eine ungenügende Desoxidationswirkung erzielt wird. Andererseits führt die Zugabe von mehr als 2 Gew.-% Si zu einer Verminderung der Härtbarkeit der Matrix und der Härte der Sinterlegierung sowie auch zu einer Vergröberung und einer schlechten Verteilung der Carbide an Korngrenzen, wodurch das Gleitverrnögen verschlechtert wird. Die Zugabe von Si ist infolgedessen auf 0,5 bis 2 Gew.-% und vorzugsweise auf 0,7 bis 1,5 Gew.-% eingeschränkt.

Kohlenstoff, der üblicherweise in Form von Graphit eingesetzt wird, wird im festen Zustand in die Matrix hineingelöst, wodurch die Härte erhöht und das als Grundmetall verwendete Eisen verfestigt wird. Kohlenstoff bildet zusammen mit in dem Legierungspulver enthaltenen Metallen zusammengesetzte Carbide und trägt zur Bildung der Steaditphase bei, wodurch die Verschleißfestigkeit erhöht
wird. Bei der Zugabe einer unter 1,5 Gew.-% liegenden C-Menge sind jedoch die Härte der Matrix und die Menge des Steadits unbefriedigend, während im Falle der Zugabe von mehr als 3,5 Gew.-% C eine Vergröberung der Matrix und die Bildung einer Netzstruktur von Carbid und Steadit an den Korngrenzen gefördert werden, so daß die Gleiteigenschaften in hohem Maße verschlechtert werden und der Angriff auf ein zu koppelndes Bauteil verstärkt wird. Die Zugabe von C ist infolgedessen auf 1,5 bis 3,5 Gew.-% eingeschränkt. Der optimale Bereich der zuzugebenden C-Menge beträgt 1,8 bis 3,0 Gew.-%.

Der erfindungsgemäßen Sinterlegierung werden dadurch, daß in dem Legierungspulver Schwefel oder Blei enthalten sein muß, Selbstschmiereigenschaften verliehen. Die Zugabe von S ist auf 0,5 bis 3,0 Gew.-% und vorzugsweise auf 0,5 bis 2,0 Gew.-% eingeschränkt. Die Zugabe von Pb ist auf 1,0 bis 5,0 Gew.-% und vorzugsweise auf 1,0 bis 3,0 Gew.-%

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eingeschränkt. Wenn Schwefel oder Blei in einer zu geringen Menge zugegeben wird, ist die erzielte Selbstschmierwirkung; unzureichend, während die Zugabe einer zu großen Menge zur Versprödung der Sinterlegierung führt, weshalb die vorstehend erwähnten Beschränkungen gelten. Die auf der Zugabe von S beruhende Versprödung wird durch Zugabe von 0,1 bis 3,0 Gew.-% Mn in wirksamer Weise unterdrückt.

Im Rahmen der Erfindung stellt die Art und Weise, in der S (oder Pb) zugegeben wird, einen wichtigen Faktor dar. Wie es in Fig. 1 (a) gezeigt wird, wird Schwefel (oder Blei) üblicherweise in Form eines pulverisierten Sulfids (oder einer pulverisierten Bleive^bindung) 2 zu einem getrennt hergestellten Legierungspulver 1, das aus den anderen metallischen Elementen besteht, sowie zu Graphit 3 zugegeben und damit vermischt, worauf die Sinterung durchgeführt wird. Wie. es in Fig. 1 (b) gezeigt wird, werden die Sulfidteilchen (oder Bleiteilchen) 6 bei diesem Verfahren an den Korngrenzen der die Carbide enthaltenden Legierungsmatrix 5 schlecht verteilt (in den Fig. 1 und 2 sind Hohlräume 4 und Poren 7 dargestellt). In dem Fall, daß das Legierungspulver und das Sulfidpulver (oder Bleiverbindungspulver) getrennt hergestellt werden, wird außerdem die Teilchengröße des S (oder Pb) enthaltenden PuI-vers größer, so daß solche größeren Teilchen die Oberflächen des Legierungspulvers bedecken können, wodurch hervorgerufen wird, daß die Interdiffusion zwischen den
Teilchen des Legierungspulvers unzureichend wird, was zu einer Unterbrechung der glatten Sinterung führt. Infolgedessen vermindert sich die Dichte der Sinterlegierung, was zu einer Verschlechterung der Eigenschaften der verschleißfesten Sinterlegierung, d.h. zu einer geringeren Härte, einer geringeren Festigkeit und einer niedrigeren Verschleißfestigkeit führt.

4P *

it - S t i

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Erfinduiigsgemäß wird das Material, das die Legierungselemente in jeweils bestimmten Mengen mit Ausnahme des Kohlenstoffs enthält, unter Bildung des Legierungspulvers 11, 12 zerstäubt, und dann wird dazu Kohlenstoff 3 zugegeben, worauf die erhaltene Mischung kompaktiert bzw. preßverdichtet und gesintert wird. Die feinen Sulfidteilchen (oder Bleiteilchen) 13 werden in der Sinterlegierung 11 gleichmäßig abgeschieden, weshalb eine Sinterlegierung mit ausgezeichneten Gleiteigenschaften erhalten werden kann. Außerdem wird die der Sinterlegierung innewohnende Verschleißfestigkeit nicht beeinträchtigt, weil die Sulfidteilchen (oder Bleiteilchen) die Sinterung nicht unterbrechen, wie vorstehend erwähnt wurde.

Im Vergleich mit dem Verfahren, bei dem das Sulfidpulver (oder das Bleipulver) von dem Legierungspulver getrennt hergestellt und damit vermischt wird, worauf das Kompaktieren und die Sinterung durchgeführt werden, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren verhindert,, daß das Sulfid (oder das Blei) während der Sinterung verstreut bzw. umhergestreut wird. Demzufolge wird der Anteil, in dem das Sulfid (oder das Blei) in der Sinterlegierung verbleibt, erh'öht, wodurch das Gleitvermögen in hohem Maße verbessert wird.

In der Sinterlegierung ist das Sulfid beispielsweise in Form von FeS, Cr_?S und MnS abgeschieden, während Blei nur in Form von Pb abgeschieden ist.

Es ist im Rahmen der Erfindung wichtig, die Teilchengröße des Sulfids (oder des Bleis) in der Sinterlegierung so zu regulieren, daß sie weniger als 100 μτη beträgt, und die Sulfidteilchen (oder Bleiteilchen) sollen gleichmäßig in der Sinterlegierung verteilt bzw. dispergiert sein.

Wenn die abgeschiedenen Sulfidteilchen (oder Bleiteilchen) eine Teilchengröße von mehr als 100 jum haben, ist es wahr-

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scheinlich, daß die Sinterlegierung versprödet, so daß die Verschleißfestigkeit beeinträchtigt werden kann.

Die Vorteile der Erfindung werden anhand der Ergebnisse von Versuchen, die mit in den nachstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Sinterlegierungen durchgeführt wurden, näher erläutert. In den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 sind unter

"%" jeweils "Gew.-%" zu verstehen.
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Beispiel 1:

Durch Zerstäubung wurde ein Legierungspulver hergestellt, das 2,5 % Cr, 0,1 % Mn, 0,1 % P, 1,0 % Cu, 0,5 % Si, 0,5 % S und als Rest Fe enthielt. Nachdem zu dem Legierungspulver 1,6 % Graphit zugegeben und damit vermischt worden waren, wurde unter einem Preßdruck von 5,9 kbar (6 ton/cm ) eine Preßmasse hergestellt. Die auf diese Weise erhaltene Preßmasse wurde in einer reduzierenden Atmosphäre 60 min lang bei 1180 C gesintert, wobei eine erfindungsgemäße Sinterlegierung erhalten wurde, die 2,5 % Cr, 0,1 % IAn, 0,1 % P, 1,0 % Cu, 0,5 % Si, 0,5 % S, 1,5 % C und als Rest Fe enthielt.

Beispiel 2:

Ähnlich wie in Beispiel 1 wurde durch Zerstäubung ein Legierungspulver hergestellt, das 5,0 % Cr, 1,0 % Mn, 0,5 % P, 2,0 % Cu, 1,0 % Si, 1,0 % Mo, 1,0 % S und als Rest Fe enthielt. Dann wurden zu dem Legierungspulver 2,7 % Graphit zugegeben und damit vermischt, und das Kornpaktieren bzw. Preßverdichten und die Sinterung wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1, wobei die Sintertemperatur jedoch HlO⁰C betrug, durchgeführt. Auf diese Weise wurde eine erfindungsgemäße Sinterlegierung erhalten, die 4,9 % Cr, 1,0 % Mn, 0,5 % P, 2,0 % Cu, 1,0%

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Si, 1,0 % Mo, 1,0 % S, 2,5 % C und als Rest Fe enthielt.

Beispie-1 3:

Ähnlich wie in Beispiel 1 wurde durch Zerstäubung ein Legierungspulver hergestellt, das 25,0 % Cr, 3,0 % Mn, 0,8 % P, 5,0 % Cu, 2,0 % Si, 3,0 % Mo, 3,0 % S und als Rest Fe enthielt. Dann wurden zu dem durch Zerstäubung hergestellten Legierungspulver 3,8 % Graphit zugegeben und damit vermischt. Das Kompaktieren und die Sinterung wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1, wobei die Sintertemperatur jedoch 1100⁰C betrug, durchgeführt. Auf diese Weise wurde eine erfindungsgemäße Sinterlegierung erhalten, die 24,0 % Cr, 3,0 % Mn, 0,8 % P, 5,0 % Cu, 2,0 % Si, 3,0 % Mo, 2,8 % S, 3', 5 % C und als Rest Fe enthielt.

Beispiel 4:

Ähnlich wie in Beispiel 1 wurde durch Zerstäubung ein Legierungspulver hergestellt, das 2,5 % Cr, 0,1 % Mn, 0,1 % P, 1,0 % Cu, 0,5 % Si, 1,0 % Pb und als Rest Fe enthielt. Dann wurden zu dem Legierungspulver 1,6 % Graphit zugegeben und damit vermischt. Das Kompaktieren und die Sinterung wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1, wobei die Sintertemperatur jedoch 1180⁰C betrug, durchgeführt. Auf diese Weise wurde eine erfindungsgemäße Sinterlegierung erhalten, die 2,5 % Cr, 0,1 %-Mn, 0,1 % P, 1,0 % Cu, 0,5 % Si, 0,9 % Pb, 1,5% C und als Rest Fe enthielt.

Beispiel 5:

Ähnlich wie in Beispiel 1 wurde durch Zerstäubung ein Legierungspulver hergestellt, das 5,0 % Cr, 1,0 % Mn,

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0,5 % P, 2,0 % Cu, 1,0 % Si, 1,0 % Mo, 3,0 % Pb und als Rest Fe enthielt. Dann wurden zu dem Legierungspulver 2,7 % Graphit zugegeben und damit vermischt, und das Kompaktieren und die Sinterung wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1, wobei die Sintertemperatur jedoch 1120 C betrug, durchgeführt. Auf diese Weise wurde eine erfindungsgemäße Sinterlegierung erhalten, die 4,9 % Cr, 1,0 % Mn, 0,5 % P, 2,0 % Cu, 1,0 % Si, 1,0 % Mo, 2,8 % Pb, 2,5 % C und als Rest Fe enthielt.

Beispiel 6:

Ähnlich wie in Beispiel 1 wurde durch Zerstäubung ein Legierungspulver hergestellt, das 25,0 % Cr, 3,0 % Mn, 0,8 % P, 5,0 % Cu, 2,0 % Si, 3,0 % Mo,' 5,0 % Pb und als Rest Fe enthielt. Dann wurden zu dem Legierungspulver 3,8 % Graphit zugegeben und damit vermischt, und das Kompaktieren und die Sinterung wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1, wobei die Sintertemperatur jedoch 1110⁰C betrug, durchgeführt. Auf diese Weise wurde eine erfindungsgemäße Sinterlegierung erhalten, die 24,0 % Cr, 3,0 % Mn, 0,8 % P, 5,0 % Cu, 2,0 % Si, 3,0 % Mo, 4,7 % Pb,' 3,5 % C und als Rest Fe enthielt.

Vergleichsbeispiel 1:

Ähnlich wie in Beispiel 1 wurde durch Zerstäubung ein Legierungspulver hergestellt, das 5,0 % Cr, 1,0 % Mn, 0,5 % P, 2,0 % Cu, 1,0 % Si, 1,0 % Mo und als Rest Fe enthielt. Nachdem zu dem Legierungspulver 2,7 % Graphit zugegeben worden v/aren, wurden das Kompaktieren und die Sinterung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 oder 5 durchgeführt, wodurch eine Sinterlegierung hergestellt wurde, die 4,9 % Cr, 1,0 % Mn, 0,5 % P, 2,0 % Cu, 1,0 % Si, 1,0 % Mo, 2,5 % C und als Rest Fe enthielt (US-Patentanmeldung Nr. 213 239).

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Vergleichsbeispiel 2:

Nachdem' zu dem im Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen Legierungspulver 1,3 % Schwefelpulver und 2,7 % Graphit zugegeben und damit vermischt worden waren,wurden das Kompaktieren und die Sinterung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 durchgeführt, wodurch eine Sinterlegierung hergestellt wurde, die 4,9 % Cr, 1,0 % Mn, 0,5 % P, 2,0 % Cu, 1,0 % Si, 1,0 % Mo, 1,0 % S, 2,5 % C und als Rest Fe enthielt.

Vergleichsbeispiel 3:

Nachdem zu dem im Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen Legierungspulver 4,0 % Pb-Pulver und 2,7 % Graphit zugegeben und damit vermischt worden waren, wurden das Kompaktieren und die Sinterung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5 durchgeführt, wodurch eine Sinterlegierung hergestellt wurde, die 4,9 % Cr, 1,0 % Mn, 0,5 % P, 2,0 % Cu, 1,0 % Si, 1,0 % Mo, 2,9 % Pb, 2,5 % C und als Rest Fe enthielt.

Ver'suchsergebnisse:

Unter Verwendung der in den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellten Sinterlegierungen wurde jeweils eine Nocke für die Verwendung in einem Verbrennungsmotor hergestellt. Ein fünfstündiger Haltbarkeitsversuch wurde durchgeführt, während jede Nocke ohne Schmierung und bei 3000 u/min mit einem Kipphebel aus Gußeisen mit hohem Chromgeha.lt gekoppelt wurde. Die anfänglichen Passungseigenschaften werden in Tabelle 1 bewertet.

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"ν.

Tabelle 1

Eigenschaften der Sinterlegierung

Dichte- Dichte- Anteil des Verschleißschutzeigenverhält- Härte verhält- verbleiben- schäften

Seß^der UOkR) (S)^S Pb(%) °^{der Betra}S ^{deS Betra}S ^deS ., ., UUKg; Wo) ^rui/); Nockenab- Kipphebelmasse· (%) _{riebs (} j _abriebs (pm)

70 60 50 60 40 40 90 160 150 * Dichteverhältnis der Preßmasse: scheinbare Dichte/wahre Dichte

Beispiel	1	79
	2	78
	3	78
	4	78
	5	78
	6	77
Ver- gleichs- bei- spiel	1 •2 3	79 74 73

550	97
530	96
500	95
540	97
520	96
500	94
550	97
420	90
380	88

95 -	95
95	60
93	80
94	75
93.	35
94	60
-	120
77	350
73	330

Der Vergleich der Beispiele 1 bis 6 mit dem Vergleic.hsbeispiel 1 hinsichtlich der Versuchsergebnisse zeigt deutlich die hervorragende Wirkung der Zugabe von S oder Pb, d.h. die Erzielung einer bemerkenswert hohen Verschleißfestigkeit. Außerdem gehen aus einem Vergleich des Beispiels 2 mit dem Vergleichsbeispiel 2 und des Beispiels 5 mit dem Vergleichsbeispiel 3 hinsichtlich der Versuchsergebnisse deutlich die Wirkungen hervor, die erzielt werden, wenn zur Herstellung eines S oder Pb enthaltenden Legierungspulvers S oder Pb zusammen mit den anderen metallischen Bestandteilen zerstäubt wird. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die Dichte der Preßpulvermasse vermindert wurde, der Anteil des in der Sinterlegierung verbleibenden Sulfids oder Bleis sank und die günstigen Eigenschaften

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der Sinterlegierung verlorengingen, wenn das getrennt hergestellte Sulfid- oder Bleipulver mit dem Legierungspulver -vermischt wurde. Die Haltbarkeits- bzw. Standfestigkeitseigenschaften verschlechterten sich im Vergleich mit Vergleichsbeispiel 1 in einem größeren Ausmaß.

Wie vorstehend erwähnt wurde, wird die erfindungsgemäße Sinterlegierung hergestellt, indem man das S oder Pb enthaltende Legierungspulver herstellt, Kohlenstoff zugibt und die erhaltene Pulvermischung kompaktiert bzw. preßverdichtet und sintert. Die erfindungsgemäße Sinterlegierung zeigt eine bessere Verschleißfestigkeit und verbessert die Eigenschaften bezüglich der Passung an ein zu koppelndes Bauteil, wodurch der Betrag des Abriebs bzw. Ver-

schleißes des entgegenwirkenden bzw. Gegenelements vermindert wird.

Claims

TD.. If Patentanwälte und EDTKE — DUHLiNG — I\1NNE Vertreter beim EPA /v n ^n Dipl.-Ing. H.Tiedtke ürupe - Pellmann - Ijirams Dipi.-cnem. g. Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann q ο q 2 Π fi 1 Dipl.-Ing. K. Grams Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat cable: Germaniapatent München 27.August 1982 DE 2415 case GF-2372/82-DT-198 Patentansprüche

1. Verschleißfeste Sinterlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2,5 bis 25,0 Gew.-% Cr, 0,10 bis 3,0 Gew.-% Mn, 0,1 bis 0,8 Gew.-% P, 1,0 bis 5,0 Gew.-% Cu, 0,5 bis 2,0 Gew.-% Si, 0 bis 3 Gew.-% Mo, 1,5 bis 3,5
Gew.-% C, entweder 0,5 bis 3,0 Gew.-% S oder 1,0 bis 5,0 Gew.-% Pb und als Rest Fe mit weniger als 2 Gew.-% Verunreinigungen enthält, wobei S oder Pb in der Sinterlegierung in Form von Sulfid- oder Bleiteilchen mit einer Größe von weniger als 100 pm gleichmäßig verteilt ist.

2. Verschleißfeste Sinterlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2,5 bis 25,0 Gew.-% Cr, 0,10 bis 1,5 Gew.-% Mn, 0,35 bis 0,65 Gew.-% P, 1,5 bis 3,0 Gew.-% Cu, 0,7 bis 1,5 Gew.-% Si, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Mo, entweder 0,5 bis 2,0 Gew.-% S oder 1,0 bis 3,0 Gew.-% Pb, 1,8 bis 3,0 Gew.-% C und als Rest Fe mit weniger als 2 Gew.-% Verunreinigungen enthält.

3. Verschleißfeste Sinterlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Zugabe von C zu einem Pulver aus Cr, Mn, P, Cu, Si, ggf. Mo, entweder S oder Pb und Fe als Rest und anschließendes Kompaktieren

B/22

Dresdner Bank (München) Kto. 3 939 844 Bayer. Vereinsbank (München) Kto. 508 941 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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bzw. Preßverdichten und Sintern hergestellt wird.

4.'- Nooke, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus der verschleißfesten Sinterlegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Sinterlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

durch Zerstäubung ein Legierungspulver, das 2,5 bis 25,0 Gew.-% Cr, 0,10 bis 3,0 Gew.-% Mn, 0,1 bis 0,8 Gew.-% P, 1,0 bis 5,0 Gew.-% Cu, 0,5 bis 2,0 Gew.-% Si, 0 bis 3,0 Gew.-% Mo, entweder 0,5 bis 3,0 Gew.-% S oder 1,0 bis 5,0 Gew.-% Pb und als Rest Fe mit weniger als 2 Gew.-% Verunreinigungen enthält, hergestellt wird,

zu dem Legierungspulver 1,5 bis 3,5 Gew.-% Kohlenstoff zugegeben werden,

die in dem vorangehenden Schritt erhaltene Mischung unter Ausbildung einer vorbestimmten Gestalt kompaktiert bzw. preßverdichtet wird und

der erhaltene Preßling gesintert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mischung unter einem Druck von 4,9 bis 6,9 kbar

p
(5 bis 7 ton/cm ) kompaktiert und das Sintern 45 bis 90 min lang bei 1050 bis 1180 C durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern in einem zersetzten bzw. gespaltenen NH„-Gas mit einem Taupunkt von weniger als -10°C durchgeführt wird.