DE3305879C2

DE3305879C2 - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Verbundformteils

Info

Publication number: DE3305879C2
Application number: DE19833305879
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr. 5830 Schwelm Albano-Müller; Winfried Dr.-Ing. Dr. 5608 Radevormwald Huppmann; Valentin Dipl.-Ing. 5608 Radevormwald Manolache; Bernhard Dipl.-Ing. 5630 Remscheid Schelb
Original assignee: Sintermetallwerk Krebsoege GmbH
Current assignee: Sintermetallwerk Krebsoege GmbH
Priority date: 1983-02-19
Filing date: 1983-02-19
Publication date: 1985-01-17
Also published as: DE3305879A1

Abstract

Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Verbundformteils, bei dem ein eine Funktionsfläche aufweisender Formteilbereich aus einem anderen Legierungspulver hergestellt worden ist als der aus einem Grundwerkstoffpulver aufgebaute Grundkörper des Verbundformteils. Dazu wird aus einem der Pulver (d. h. dem Legierungspulver und/oder dem Grundwerkstoffpulver) mit Hilfe eines Kunstharzbinders und mechanischer Verdichtung auf weniger als 30% gegenüber dem Ausgangspulver, vorzugsweise mit Hilfe einer Vorformmaschine nach Art einer in der Gießereitechnik üblichen Kernschießmaschine, ein Vorformling hergestellt. Der Vorformling wird in die Preßform eingelegt, der verbleibende Preßformbereich wird mit dem anderen Pulver ausgefüllt. Danach wird die Gesamtheit durch Anwendung des Verbundpreßdruckes zum Verbundrohling verdichtet. Der so hergestellte Verbundrohling wird zum Verbundformteil gesintert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung ehes Verhundformteils, bei dem ein eine Funktionsfläche aufweisender Formteilbereich aus einem anderen Legierufigsp'/ver hergestellt wird als der aus einem Grundwerkstoffpulver aufgebaute Grundkörper des Verbundformteiis, wobei das Legierungspulver wenigstens eines Formteils zu einem Vorformling vorverdichtet und in einer Preßform mit dem Legierungspulver des anderen Formteils zu einem Verbundrohling verdichtet wird, der anschließend gesintert wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Gattung (Dc-AS 22 62 400) wird durch isostatischen Druck ein erster zylindrischer Körper mit einem Druck bei unter 50% des Druckes beim Verbundpressen hergestellt. Der durch die Verdichtung entstehende Leerraum wird mit dem Pulver eines zweiten Werkstoffes nachgefüllt Danach wird das ganze auf Enddichte verdichtet. Dabei wird mit einer elastischen Form gearbeitet, die dem isostatischen Druck ausgesetzt wird. — Mit diesem Verfahren mögen sich auch Verbundformteile herstellen lassen, bei denen ein Formteilbereich eine Funktionfläche mit bestimmten Eigenschaften aufweist, allerdings nur dann, wenn es sich um Verbundformteile und Funktionsflächen einfacher geometrischer Struktur handelt. Kritisch ist auf jeden Fall die Reproduzierbarkeit und Maßhaltigkeit der nach diesem Verfahren hergestellten Verbundformteile, zumal die Bemessung und Verteilung der in die elastische Form einzufüllenden Legierungspulver insbesondere dann nicht mit genügender Genauigkeit kontrolliert werden kann, wenn das die FunklimixfliVhr .iiifwciM-tnii- !"onnioil im Verhältnis /um Ciruniikorptrrcinc mir geringe Mnssehut.

Außerdem ist es bekannt (DE-Patentanmeldung M 38 56, bekanntgemacht am 18. Juni 1953), mehrere Kaltpreßlinge zusammenzusetzen und durch Heißpressen zu einem einzigen Werkstück zu vereinigen. In die sem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß es nicht möglich sei, mehrere vorgepreßte Körper durch Kaltpressen zu einem einheitlichen Stück miteinander zu verbinden. Die herrschende Lehre geht dahin, daß die Kaltpreßlinge durch Heißpressen zu einem einzigen Werkstück vereinigt werden müssen.

Es ist selbstverständlich bekannt die Preßbarkeit von Legierungspulvern durch Zusatz eines Bindemittels in Form eines Kunstharzbinders zu verbessern /Kieffer/

ίο Hotop, Sintereisen und Sinterstahl, 1948, S. 130 und 131).

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Verfahren so zu verbessern, daß damit reproduzierbar

und mit großer Maßhaltigkeit Verbundrohlinge auch

mit sehr dünnen Formt.eilbreichen hergestellt werden

Or können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Legierungspulver aller Formteile nach Zusatz eines Kunstharzbinders mit Hilfe einer Vorformmaschine vom Typ der in der Gießereitechnik üblichen Kernschießmaschi nen zu Vorformlingen verdichtet werden, deren mecha nische Verdichtung gegenüber dem Ausgangspulver weniger ais 3ö% beträgt und daß die Vorformiinge dann zusammengesetzt und gemeinsam zum Verbundrohling kaltverdichtet werden. Nach bevorzugter Aus-

führung soll jeder Vorformling mit einem Kunstharzbinder, vorzugsweise Phenolharzbinder, in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-% geformt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden aus den verschiedenen Legierungspuivern zunächst unab hängig voneinander Vorformteile hergestellt, und zwar auf sogenannte Kzrnschließmaschinen, deren Aufbau und Wirkungsweise weiter unten erläutert wird. Kernschießmaschinen hat man bisher zur Herstellung von fertiggepreßten Formteilen eingesetzt, die anschließend

gesintert werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt daß Kernschießmaschinen sich auch zur Herstellung von Vorformlingen eignen, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gleichsam als Zwischenprodukt entstehen. Obgleich dk auf diese Weise herge-

stelllen Vorformlinge mit Rücksicht auf die Eigenschaften der Kernschießmaschine verhältnismäßig glatte Oberflächen aufweisen, gelingt es dennoch, die zusammengesetzten Vorformlinge in einer gemeinsamen Preßform zu einem Verbundrohling zu verdichten, der keine störenden Durchmischungen der verschiedenen Legierungspulver aufweist, sich aber dennoch durch hinreichend festen Verbund der jeweiligen Formteile auszeichnet. Das mag unter anderem auch damit zusammenhängen, daß den Legierungspulvern ein Kunstharz-

H) binder zugesetzt wird, der spätestens beim Sintern wieder ausgebrannt wird.

Mit Hilfe einer Kernschießmaschine zu sinternde Formlinge herzustellen, ist an sich in der Pulvermetallurgie bekannt (DE-PS 30 04 209). Nicht erkannt wurde jedoch in der Vergangenheit, daß überraschenderweise mit Hilfe einer solchen Kernschießmaschine hergestellte Vorformlinge reproduzierbar zu dem angestrebten definierten Verbund und reproduzierbar zu genau definierten physikalischen Eigenschaften des eine Funk- tionsfläche aufweisenden Bereiches und des Grundkörpers führen. Überraschend ist fernerhin, daß gerade die so hergestellten Vorformlinge durch Variation des Kiiiisihur/bimlerflntcils eine genaue nin.sicllung des gewünschten Verdichlungsverhaltens bei der Verdichtung

ö¹) zum Verbundrohling zulassen.

Die VorfoTnmaschincn, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden, sind, wie bereits erwähnt, Maschinen des Typs, der im Gießerei-

wesen als Kernschießmaschine üblich ist. Bei einer Kernschießmaschine werden das Füllen einer sogenannten Kernbüchse und das Verdichten des mit dem Gießereiformsandbinder versetzten Kernsandes mit Hilfe eines Druckluftsandgemisches erreicht. Die Kernbüchse wird mit der Einblasöffnung nach oben durch eine auf einem Tisch angeordnete, mechanisch oder pneumatisch betätigte Einspannvorrichtung festgeklemmt Durch ein Anheben d«;s Arbeitstisches mit Hilfe eines im Maschinenständer eingebauten Hubzylinders wird die Kernbüchse gegen die den Sandbehälter nach unten anschließende Düsenplatte mit einer oder mehreren Blasöffnungen gepreßt Der Sandbehälter wird ständig durch seitliche Lufteintritte mit Druckluft von z. B. bis 7 bar beaufschlagt. Ein Rührwerk sorgt für aie Ausbildung eines Druckluft Sand-Gemisches, bei dem im Idealfall jedes einzelne Sandkorn von Druckluft umgeben ist Im Augenblick des Ausblasens reißt die Druckluft den Sand durch die Blasöffnung in die Kernbüchse, wo er sich aufgrund seiner kinetischen Energie und unter dem Preßdruck verdichtet Da beim Blasvorgang die Druckluft aus der Kernbüchse entweichen muß. sind in ihr besondere Entlülftungsöffnungen und Entlüf'.ungskanäle angebracht Arbeitet man mit einer Maschine dieses Typs im Rahmen der Erfindung als Vorforminaschine, so ist anstelle der Kernbüchse eine Form für den Vorformling einzusetzen bzw. die Kernbüchse entsprechend auszubilden — und die Mischung aus Kernsand und Kunstharzbinder wird durch die Mischung aus Metallpulver und Kunstharzbinder ersetzt Maschinen, die wie vorstehend beschrieben arbeiten, werden auch als Kernblasmaschinen bezeichnet. Das Füllen der Vorformlingsform und das Verdichten des Pulvers zum Vorformling können auch auf andere Weise geschehen: Eine vorgegebene Preßluftmenge strömt mit einem Nenndruck von z. B. 6 bis 8 bar in einen mit dem Pulver gefüllten geschlitzten Zylinder, entspannt sich darin und wirkt schußartig aul^: die Pulversäule. Das Pulver erhält dadurch eine hohe Geschwindigkeit, die ausreicht, es in die unter dem Pulverzylinder zwischen Maschinentisch und DüsenpLtte eingespannte Vorformlingsform zu schießen. Der Vorformling erhält dadurch seine Festigkeit, ohne daß die Kernbüchse unter Preßluftdruck steht Nach dem Schießvorgang strömt die überschüssige Luft durch den geschlitzten Zylinder, locken die darin verbliebene Pu!vcrsäü!c selbständig ohneRührwerk auf und entweicht anschließend durch ein Überströmventil. A us der Vorformlingsform muß in diesem Fall die atmosphärische Luft beim Schießen abgeführt werden. So arbeiten Kernschießmaschinen im engeren Sinne.

Im folgenden wird die cvfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführliche,- erläutert Es zeigt in schematischer Darstellung

F i g. 1 einen Vorformling, wie er für das erfindungsgemäße Verfahren benötigt wird, im Vertikalschnitt,

Fig.2 einen Vertikalschnitt durch ein mehrteiliges Preßwerkzeug mit eingesetztem Vorformling und eingefülltem Pulver und

F i g. 3 einen im Rahmen des erfindungsgem.ißen Ver- bo fahrens hergestellten Verbundrohling und

Fig.4 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach F i g. 3.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 bis 3 entnimmt man zunächst, daß es sich bei dem erfin- b5 dungsgemäßen Verfahren um die Herstellung eines Verbundformteils handelt, bei dem ein eine Funktionsfläche 1 aufweisender Fo.'i.nteilbereich 2 aus einem an deren Legierungspulver hergestellt worden ist als der aus dem Grundwerkstoffpulver aufgebaute Grundkörper 3 des Verbundformteils. Das Legierungspulver sowie das Grundwerkstoff pulver werden gemeinsam und gleichzeitig mit Hilfe eines mehrteiligen Preßwerkzeuges mit Preßform Fund Preßstempel Sdurch Anwendung eines vorgegebenen Verbundpreßdruckes zu dem Verbundrohling 2,3 verdichtet, der in F i g. 3 dargestellt wurde. In Fig.4 erkennt man, daß ein einwandfreier Verbund erzielt wurde. Der so hergestellte Verbundrohling 2,3 wird, wie zeichnerisch nicht dargestellt wurde, zum Verbundformteil gesintert.

Im Ausführungsbeispiel wurde zunächst aus dem Grundwerkstoffpulver mit Hilfe eines Kunstharzbinders und mechanischer Verdichtung auf weniger als 30% gegenüber dem Ausgangspulver der Vorformling 4 hergestellt, der in F i g. 1 erkennbar ist. Er entspricht dem Grundkörper 3 des Verbundrohlings 2,3. Der Vorformling 4 wurde in die Preßform Feingelegt. Der verbleibende Preßformbereich wurde mit dem Legierungspulver 5 ausgefüllt Das ist die Situation, die in F i g. 2 dargestellt wurde. Im Anschluß daran, jrfolgt eine Verdichtung der Gesamtheit durch Anwendung des Verbundpreßdruckes bis zu dem Verbundrohling 2, 3, der, aus der Preßform Fausgestoßen, in der Fig.3 dargestellt wurde. Es wurde so gearbeitet, daß der Vorformling 4 eini Dichte aufweist, dessen Dichte mit der Dichte des in den verbleibenden Preßformbereich eingefüllten Pulvers 5 ohne wesentliche Abweichung übereinstimmte. Folglich entstand auch ein Verbundrohling 2,3 überall praktisch gleicher Dichie bei gutem Verbund und definierter Trennung der Werkstoffe in der Verbundzone.

Ausführungsbeispiel

F i g. 3 zeigt das Beispiel eines hochbelasteten Sintergleitlagers, das als Verbundteil aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen ausgeführt wurde. Für die Lauffläche wurde als spezieller Lagerwerkstoff eine Mischung aus Eisenpulver mit 40 Gew.-% einer verschleißfesten Kobaltl~gierung gewählt, während für den Grundkörper reines Eisen ausreichte.

Für den Grundkörper wurde ein Vorformling hergestellt, wofür ein Gemisch aus 98.5% Eisenpulver und 1,5% Phenolharz auf einer Kernschießmaschine verarbeitet wurde. Der Vorformling war so beschaffen, daß sein Innendurchmesser 1,6 mm größer war als der Innendurchmesser des fertigen Lagers. Der so erhaltene Vorformling wurde in ein konventionelles Pulverpreßwerkzeug eingelegt und der verbleibende Ringspalt zwischen dem Preßdorn und dem Vorformling wurde anschließend mit einer Mischung aus 60 Gew.-% Eisenpulver und 40 Gew.-% KoDaltlegierung gefüllt. Die beiden Pulver wurden anschließend gemeinsam verdichtet und als Verbundpreöling aus dem Werkzeug entnommen.

Der Preßling wurde anschließend bei 1200⁰C in reduzierter Atmosphäre zum Verbundlager gesintert, wobei gleichzeitig das im Verbundpreßling noch enthaltene Phenolharz ausgebrannt wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Verbundformteils, bei dem ein eine Funktionsfiäche aufweisender Formteilbereich aus einem anderen Legierungspulver hergestellt wird als der aus einem Grundwerkstoffpulver aufgebaute Grundkörper des Verbundformteils, wobei das Legierungspulver wenigstens eines Formteils zu einem Vorformling verdichtet und in einer Preßform zusammen mit dem Legierungspulver des anderen Formteils zu einem Verbundrohling verdichtet wird, der anschließend gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungspulver aller Formteile nach Zusatz eines Kunstharzbinders mit Hilfe einer Vorformmaschine vom Typ der in der Gießereitechnik üblichen Kernschießmaschinen zu Vorformlingen verdichtet werden, deren mechanische Verdichtung gegenüber dem Ausgangspulver weniger ils- 30% beträgt, und daß die Vorformlinge dann zusammengesetzt und gemeinsam zum Verbundrohling kaltverdichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vorformling mit einem Kunstharzbinder, vorzugsweise Phenolharzbinder, in einer Menge von I bis 20 Gew.-% geformt wird.