DE3730082C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eisenhaltiger Sinterlegierungen mit erhöhter Abriebfestigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, z. B. zur Verwendung in Teilen für Ventile von Motoren.

Es wurde vorgeschlagen, bewegliche Motorteile, an deren Abriebfestigkeit besonders hohe Anforderungen gestellt werden, wie z. B. Kipphebel, aus einer eisenhaltigen Sinterlegierung herzustellen, die durch Sintern eines durch Pressen von eisenhaltigen Legierungspulvern gebildeten Preßkörpers erzeugt wird. Eine derartige eisenhaltige Sinterlegierung zur Herstellung von beweglichen Motorteilen ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung mit der Publikationsnummer 59/83 704 offenbart. Man erhält diese bekannte eisenhaltige Sinterlegierung durch Sintern eines Preßkörpers aus eutektischem eisenhaltigem Legierungspulver, das Kohlenstoff, Bor, Molybdän, Phosphor und weitere Elemente enthält und in seinem Gefüge Bor-Karbid, Molybdän-Karbid, Phosphor-Karbid und andere einfache Karbide in Verbindung mit zusammengesetzten Karbiden aufweist, so daß sie erhöhte Abriebfestigkeit besitzt.

Aus der DE 30 15 898 A1 sind verschleißfeste Sinterlegierungen zur Verwendung in Verbrennungsmotoren, insbesondere für Kipphebel, Ventilsitze, Kolbenringe, Zylinderauskleidungen und dgl. bekannt, die aus 0,5 bis 4,0 Gew.-% Kohlenstoff, 5,0 bis 30,0 Gew.-% Chrom, weniger als 10,0 -Gew.-% Nickel und/oder Molybdän und/oder Kobalt und/oder Kupfer, 0,1 bis 5,0 Gew.-% Phosphor und/oder Bor und/oder Silicium, Eisen als Rest besteht und bei Temperaturen von nicht über 1250°C mit flüssiger Phase gesintert wird.

Das Kohlenstoff und Phosphor enthaltende eutektische eisenhaltige Legierungspulver wird im allgemeinen durch Verfahren gewonnen, bei denen verschiedene Metalle, einschließlich Eisen, geschmolzen und in einem nach Maßgabe der angestrebten Eigenschaften vorbestimmten Gewichtsverhältnis miteinander gemischt werden, dann die geschmolzenen Metalle zur Bildung einer Legierung verfestigt werden, und die Legierung, z. B. mechanisch zu Pulver zermahlen wird.

Aus der DE-OS 24 28 091 ist es bekannt, verschleißfeste Sinterlegierungen durch Mischen von Pulvern aus Graphit, Ferrolegierungen und Metallen, Pressen des Gemisches und umschließendes Sintern herzustellen.

Ferner betrifft die DE 35 06 275 A1 ein Verfahren zum Verbinden von zwei porösen Metallkörpern miteinander, wobei als Hartlot ein metallisches Material verwendet wird, das eine eutektische Legierung enthält, das in dem porösen Metallkörper gut diffusionsfähig ist, oder eine Legierung enthält, die zur Bildung einer derartigen eutektischen Legierung geeignet ist. Dabei wird das Hartlot zwischen den Metallkörpern angeordnet, dasselbe und die Metallkörper auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Hartlotes erhitzt und danach abgekühlt.

Es ist bei den oben genannten Verfahren zur Herstellung von eutektischen eisenhaltigen Legierungspulvern üblich, daß die so gewonnene Legierung inhomogene Bereiche aufweist.

Mit anderen Worten: Die Legierung besitzt Seigerungen, die durch die Lösungskonzentrations-Differenz zwischen einem Teil mit fester Phase und einem Teil mit flüssiger Phase zu Beginn des Schmelzens der Metalle entstehen und zwischen denen sich eine Grenze ausbildet.

Beim Sintern des Preßkörpers werden die niedrigschmelzenden Bestandteile des eisenhaltigen eutektischen Legierungspulvers flüssig, bevor andere Bestandteile in den flüssigen Phasenzustand gelangen, und die Kristallkorngrenze der Legierung wird mit auf diese Weise entstandenen flüssigen Phasenkomponenten ausgefüllt. Infolgedessen ziehen die Kristallkörner der Legierung durch die Oberflächenspannung der flüssigen Phasenkomponenten einander an und werden dadurch miteinander verbunden, wobei die Entstehung von Luftblasen und anderen unerwünschten Zwischenräumen verhindert wird. Auf diese Weise erhält man die eisenhaltige Sinterlegierung mit verbesserter Abriebfestigkeit.

Die Herstellkosten sind jedoch vergleichsweise hoch, wenn man das eisenhaltige eutektische Legierungspulver, das als Rohmaterial dient, nach der beschriebenen Methode herstellt, die das Schmelzen der miteinander gemischten Metalle, einschließlich Eisen, das Verfestigen der geschmolzenen Metalle zur Gewinnung des Legierungsblocks und das Zermahlen des Legierungsblocks zu Pulver vorsieht.

Zwischenzeitlich wurde ferner das Zerstäuben vorgeschlagen, durch das man ein eutektisches eisenhaltiges Legierungspulver, das Kohlenstoff und Phosphor enthält, direkt aus verschiedenen geschmolzenen Metallen, einschließlich Eisen, gewinnt, Es handelt sich hier um ein Verfahren zur Herstellung eisenhaltigen eutektischen Legierungspulvers, durch das sich die Herstellkosten wirksam verringern lassen.

Bei der Anwendung des Zerstäubens besitzt das als Ergebnis gewonnene eisenhaltige eutektische Legierungspulver nur geringe Steigerungen und befindet sich in einem stabilen Zustand mit homogenem Gefüge. Beim Sintern erhält man jedoch nicht genügend flüssige Phasenkomponenten, die sich als Folge des Schmelzens der niedrigschmelzenden Bestandteile des den Preßkörper bilden­ den eisenhaltigen eutektischen Legierungspulvers ergeben. Deshalb weist der Sinterkörper zahlreiche unerwünschte Poren auf, so daß die Härte vergleichsweise gering ist.

Zur Verbesserung solcher Sinterlegierungen, die durch Zerstäuben gewonnen wurden, wurde in Betracht gezogen, den Preßkörper bei höherer Temperatur zu sintern und damit den Anteil der flüssigen Phasenkomponenten zu vergrößern. In diesem Fall tritt jedoch das andere Problem auf, daß die verschiedenen Arten von Phospiden, die jeweils im allgemeinen hart, aber brüchig sind, um die Karbide herum kristallisieren, die im Matrixgefüge der eisenhaltigen Sinterlegierung auftreten. Wenn dann die eisenhaltige Sinterlegierung, in denen die Phosphide kristallisiert sind, zur Herstellung eines beweglichen Motorteils verwendet werden, das eine Gleitreibungsfläche besitzt, tritt bei dem anderen Teil des Motors, das mit dieser Gleitreibungsfläche des beweglichen Teils in Kontakt steht, unerwünscht großer Abrieb in den Bereichen auf, die mit der Gleitreibungsfläche des beweglichen Teils in Kontakt kommen.

Es ist dementsprechend Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung einer eisenhaltigen Sinterlegierung anzugeben, das die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile und Probleme beseitigt. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung eisenhaltiger Sinterlegierungen anzugeben, die erhöhte Abriebfestigkeit besitzen und aus der sich ein bewegliches Motorteil herstellen läßt, das eine Gleitreibungsfläche aufweist, die bei einem anderen Motorteil, das mit ihr in Kontakt steht, keinen unerwünscht großen Abrieb verursacht; die Sinterlegierung soll durch Sintern eines Preßkörpers herstellbar sein, der aus einem Kohlenstoff und Phosphor enthaltenden eisenhaltigen eutektischen Legierungspulver gewonnen wird, das durch Zerstäuben und Abschrecken geschmolzener Metalle, einschließlich Eisen, mit Hilfe des beschriebenen Zerstäubungsverfahrens oder eines ähnlichen Verfahrens erhalten wird.

Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem das Sintern in der Weise erfolgt, daß während des Sinterns des Preßkörpers in geeigneten Maß flüssige Phase auftritt und die Rekristallisation in der eisenhaltigen Sinterlegierung gehemmt wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Das eutektische Fe-Cr-P-C-Mo- und/oder -B-Legierungspulver enthält 2,5 bis 5,0 Gew.-% Chrom als weiteres Element neben Eisen, Phosphor und Kohlenstoff sowie zusätzlich wenigstens eines der Elemente Molybdän und Bor, das als eine der eutektischen Komponenten zusammen mit dem Eisen, Phosphor und Kohlenstoff wirksam ist.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Legierungs­ pulvermischung durch Mischen des Graphits und des eisenhal­ tigen Legierungspulvers mit dem eutektischen Fe-Cr-P-C-Mo- und/oder -B-Legierungspulver zubereitet, das durch Abschrecken der zu verfestigenden geschmolzenen Metallmischung gewonnen wird. Das eutektische Fe-Cr-P-C-Mo- und/oder -B-Legierungs­ pulver wird in der Weise zubereitet, daß es außer dem Chrom 2,0 bis 3,0 Gew.-% Phosphor, nicht mehr als 4,0 Gew.-% Kohlenstoff und 8,0 bis 11,0 Gew.-% Molybdän und/oder 0,5 bis 3,0 Gew.-% Bor sowie Eisen als Rest enthält. Das Graphit wird in einer solchen Menge hinzugefügt, daß die Gesamtmenge von Graphit und Kohlenstoff in dem eutektischen Fe-Cr-P-C-Mo- und/oder -B-Legierungspulver einen Anteil von 5 bis 8 Gew.-% der Gesamtmenge an Graphit und eutektischem Fe-Cr-P-C-Mo- und/oder -B-Legierungspulver bildet; das Ferro- oder eisenhaltige Legierungspulver wird so zubereitet, daß es 11 bis 14 Gew.-% Chrom enthält und einen zwischen 30 und 70 Gew.-% liegenden Anteil der gesamten Legierungspulvermischung bildet. Sodann wird der durch Formpressen des gemischten Legierungspulvers hergestellte Preßkörper gesintert. Bei dem Sinterprozeß entstehen in dem Preßkörper geeignete flüssige Phasenkompo­ nenten unter Einwirkung sowohl des Graphits als auch des zwischen 11 und 14 Gew.-% Chrom enthaltenden Ferrolegierungspulvers, die mit dem eutektischen Fe-Cr-P-C-Mo- und/oder -B-Legierungspulver gemischt sind. Deshalb besitzt die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene eisenhaltige Sinterlegierung in gewünschter Weise Mischkarbide in ihrem Matrixgefüge und somit eine hervorragende Abriebfestigkeit. Zudem ist die erfindungsgemäß gewonnene eisenhaltige Sinterlegierung aus dem eutektischen Fe-Cr-P-C-Mo- und/oder -B-Legierungspulver hergestellt, das gewonnen wurde, indem man die geschmolzene Metallmischung durch Abschrecken verfestigen ließ. Dies bedeutet, daß das durch die Zerstäu­ bungsmethode oder ein ähnliches Verfahren mit relativ geringem Kostenaufwand gewonnene eutektische Fe-Cr-P-C-Mo- und/oder -B-Legierungspulver beim erfindungsgemäßen Verfahren als Rohmaterial für die eisenhaltige Sinterlegierung verwendet werden kann, so daß deren Herstellkosten wirksam verringert sind.

Falls aus der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellten eisenhaltigen Sinterlegierung ein bewegliches Motorteil mit einer Gleitreibungsfläche, z. B. ein Kipphebel, hergestellt wird, wird verhindert, daß ein anderes Motorteil, das mit diesem beweglichen Teil in Kontakt steht, unerwünscht hohen Abrieb in dem Bereich erfährt, der mit der Gleitreibungs­ fläche des beweglichen Teiles in Berührung kommt.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 und 2 zeigen Schliffbilder jeweils einer eisenhaltigen Sinterlegierung, die gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wurde.

Fig. 3 und 4 zeigen Schliffbilder von eisenhaltigen Sinterlegierungen, die durch ein von dem erfindungsgemäßen Verfahren abweichendes Verfahren erzeugt wurden,

Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils eines Ventilbetätigungsmechanismus eines Motors, der für einen Vergleichstest verwendet wurde, um eisenhaltige Sinterlegierungen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurden, mit anderen eisenhaltigen Sinterlegierungen zu vergleichen, die durch ein von dem erfindungsgemäßen Verfahren abweichendes Verfahren hergestellt wurden,

Fig. 6 und 7 zeigen graphische Darstellungen, die jeweils ein Ergebnis des Vergleichstests zeigen, bei dem die Leistungsfähigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten eisenhaltigen Sinterlegierungen mit gemäß anderen Verfahren erzeugten Sinterlegierungen verglichen wurde.

Es wird nunmehr eine Reihe von Prozessen zur Gewinnung verschiedener eisenhaltiger Sinterlegierungen nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens im einzelnen beschrieben:

Bei diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eutektisches Fe-Mo-Cr-P-C-Legie­ rungspulver zubereitet, das man durch Abschrecken einer zerstäubten Metallschmelze erhält mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 100 µm verfestigt, und das nicht mehr als 4,0 Gew.-% Kohlenstoff (C), zwischen 2,5 und 5,0 Gew.-% Chrom (Cr), zwischen 8,0 und 11,0 Gew.-% Molybdän (Mo), zwischen 2,0 und 3,0 Gew.-% Phosphor (P) und als Rest Eisen enthält. Als Beispiel werden vier Proben eutektischer Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver X₁, X₂, X₃ und X₄ mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen bereitgestellt.

Tabelle 1

Sodann wird dem in der oben angegebenen Weise zubereiteten eutektischen Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver Graphitpulver mit einer Teilchengröße von 10 µ oder weniger hinzugefügt. Der Antei des hinzugefügten Graphits ist so gewählt, daß die Gesamtmenge an Graphit und Kohlenstoff in dem eutektischen Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver im Bereich von 5 bis 8 Gew.-% der Gesamtmenge an Graphit und eutektischem Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver liegt.

Die unten angegebene Tabelle 2 zeigt vier Proben eutektischen Legierungspulvers mit Graphitgehalt Y₁, Y₂, Y₃ und Y₄, die durch Zugabe von 1,38 Gew.-% Graphit zur Probe X₁, 7,3 Gew.-% Graphit zur Probe X₂, 4,9 Gew.-% Graphit zur Probe X₃ bzw. 2,2 Gew.-% Graphit zu der Probe X₄ erhalten wurden.

Tabelle 2

Sodann wird dem eutektischen Legierungspulver mit Graphitgehalt Fe-Cr-Legierungspulver hinzugefügt, das aus 12 Gew.-% Chrom und Eisen als Rest besteht und eine Teilchengröße von nicht mehr als 100 µm aufweist in vier verschiedenen Mengen hinzugefügt, so daß vier verschiedene Legierungspulvermischungen entstehen, in denen das Fe-Cr-Legierungspulver je einen Anteil von 55 Gew.-%, 60 Gew.-%, 50 Gew.-% bzw. 50 Gew.-% der Gesamtmenge des Graphit und das Fe-Cr-Legierungspulver enthaltenden eutek­ tischen Legierungspulver bildet. Den vier verschiedenen Legierungspulvermischungen werden ferner 1,5 Gew.-% Paraffin oder 2,0 Gew.-% Zinkstearat als Binder zugefügt. Sodann werden sie gepreßt, wobei Drücke von 5,5·10³ bar bis 6,0·10³ bar angewendet werden, so daß vier verschiedene Preßkörper Z₁, Z₂, Z₃ und Z₄ vorbestimmter Form erzeugt werden (s. Tabelle 3).

Tabelle 3

Die vier verschiedenen Legierungspulvermischungen werden zu Platten gepreßt und sodann in einer Umgebungsatmosphäre von Wasserstoffgas (H₂) bei 600°C erhitzt, so daß man vorgesinterte Preßkörper erhält.

Die auf diese Weise gewonnenen vorgesinterten Preßkörper werden in einem Vakuumofen bei 1060°C bis 1100°C während 20 bis 30 Minuten regulär gesintert und dann während 30 Minuten einer Erwärmung bei etwa 900°C unterworfen. Anschließend werden die Sinterkörper in Stickstoffgas (N₂) abgeschreckt und weiterhin während etwa 100 Minuten in einem Vakuumofen bei 550°C bis 560°C getempert. Aus den Sinterkörpern Z₁, Z₂, Z₃ und Z₄ wurden vier Proben T₁, T₂, T₃ bzw. T₄ hergestellt. Diese Proben T₁, T₂, T₃ bzw. T₄ besaßen Härten H_RC=56, H_RC=55, H_RC=58 bzw. H_RC=57 und wiesen sämtlich sehr hohe Abriebfestigkeit auf.

In den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Schliffbildern der Proben T₁ bzw. T₂ repräsentieren die schwarzen Bereiche jeweils ein Martensit-Gefüge. Jeder der fast gleichförmig darin verteilten weißen Bereiche repräsentiert Chrom-Carbide oder Chrom-Molybdän-Mischcarbide.

Im folgenden sind Ergebnisse eines Vergleichs zwischen den erfindungsgemäß gewonnenen Proben T₁, T₂, T₃ und T₄ einerseits und drei Referenz-Proben T₅, T₆ und T₇ aus eisenhaltigen Sinterlegierungen andererseits dargestellt, die nach einem von dem Verfahren gemäß der Erfindung abweichenden und nachstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurden.

Bei der Herstellung der Referenz-Probe T₅ wurde zunächst nach der Zerstäubungsmethode mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 100 µm hergestelltes und 4,16 Gew.-% Kohlenstoff, 3,18 Gew.-% Phosphor, 4,85 Gew.-% Chrom, 10,1 Gew.-% Molybdän und Eisen als Rest enthaltendes eutektisches Legierungspulver mit Fe-Cr-Legierungspulver bestehend aus 12,5 Gew.-% Chrom und Eisen als Rest und mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 100 µm vermischt, wobei das Mischungsverhältnis 45/55, bezogen auf das Gewicht, betrug. Die auf diese Weise hergestellte Legierungspulvermischung wurde nach Zusatz von 2 Gew.-% Zinkstearat als Binder bei einem Druck von 5,5·10³ bar gepreßt und dadurch ein plattenförmiger Preßkörper gebildet.

Als nächstes wurde der Preßkörper in Wasserstoffgas bei 600°C erwärmt, um einen vorgesinterten Preßkörper zu erzeugen, der sodann in einem Vakuumofen bei 1100°C während 20 Minuten regulär gesintert und anschließend während 30 Minuten bei 900°C erhitzt wurde. Aus dem auf diese Weise hergestellten Sinterkörper entstand durch Abschrecken in Stickstoffgas und Tempern in einem Vakuumofen während 100 Minuten bei 600°C die Referenz-Probe T₅.

In den in Fig. 3 gezeigten Schliffbildern der Referenz-Probe T₅ erscheinen Chromcarbide oder Chrom-Molybdän-Mischcarbide (weiße Bereiche) in der Matrix (schwarzer Bereich) und ferner Phosphide (graue Bereiche) in Form eines Netzes um die Chromcarbide oder Chrom-Molybdän-Mischcarbide; die Referenz- Probe T₅ hatte eine Härte von H_RC=56.

Im folgenden sind die Verfahrensschritte beschrieben, nach denen die Referenz-Probe T₆ einer eisenhaltigen Sinterlegierung erzeugt wurde.

Zunächst wurde durch Zerstäuben mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 100 µm gewonnenes und 3,1 Gew.-% Kohlenstoff, 2,28 Gew.-% Phosphor, 5,5 Gew.-% Chrom, 12 Gew.-% Molybdän und Eisen als Rest enthaltendes eutektisches Legierungspulver zubereitet, dem sodann Graphitpulver zugesetzt wurde. Die Menge dieses zugesetzten Graphits war so gewählt, daß die Gesamt­ menge an Graphit und Kohlenstoff in dem eutektischen Legierungspulver 4 Gew.-% der Gesamtmenge aus Graphit und eutektischem Legierungspulver ausmacht.

Sodann wurde dem graphithaltigen eutektischen Legierungspulver ein Fe-Cr-Legierungspulver, bestehend aus 13,5 Gew.-% Chrom und Eisen als Rest und mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 100 µm in einer solchen Menge zugesetzt, daß es 50 Gew.-% der Gesamtmenge des graphithaltigen eutektischen Legierungspulvers und des Fe-Cr-Legierungspulvers ausmacht. Die auf diese Weise hergestellte Legierungspulvermischung wurde nach Zusatz von Zinkstearat in einer Menge von 2 Gew.-% als Binder bei einem Druck von 5,5·10³ bar gepreßt, um einen platten­ förmigen Preßkörper zu erzeugen.

Als nächstes wurde der Preßkörper in Wasserstoffgas bei 500°C erwärmt, um einen vorgesinterten Preßkörper zu erzeugen, der sodann in einem Vakuumofen bei 1070°C während 20 Minuten regulär gesintert und anschließend während 30 Minuten bei etwa 90°C erwärmt wurde. Aus dem auf diese Weise hergestellten Sinterkör­ per entstand durch Abschrecken in Stickstoffgas und Tempern in einem Vakuumofen während 10 Minuten bei 560°C die Referenz- Probe T₆.

In dem in Fig. 4 dargestellten Schliffbild der Referenz-Probe T₆ zeigt sich, daß Chromcarbide oder Chrom-Molybdän-Mischcarbide (weiße Bereiche) verglichen mit den in Fig. 1 und 2 darge­ stellten Proben T₁ bzw. T₂ nicht in genügender Menge in der Matrix (schwarzer Bereich) erzeugt wurden. Die Härte der Refe­ renz-Probe T₆ betrug H_RC=49. Die Referenz-Probe T₇ wurde durch Sintern eines zu einer Platte ausgeformten Preßkörpers erzeugt, der 2,1 Gew.-% Kohlenstoff, 11,0 Gew.-% Chrom, 0,7 Gew.-% Molybdän, 0,1 Gew.-% Niob (Nb) und Eisen als Rest enthielt.

Für den oben erwähnten Leistungsvergleich wurden, wie in Fig. 5 dargestellt, sieben Kipphebel 4 mittels Aluminium-Spritzguß hergestellt. Diese Kipphebel 4 wurden aus den vier nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren erzeugten Proben T₁ bis T₄ und aus den drei nach dem vorbeschriebenen, von der Erfindung abweichenden Verfahren erzeugten Referenz-Proben T₅ bis T₇ hergestellt und besitzen mit 2T₁, 2T₂, 2T₃, 2T₄, 2T₅, 2T₆ bzw. 2T₇ bezeichnete Gleitflächen. Die sieben Kipphebel 4 wurden derart an einem Motor montiert, daß die Gleitflächen 2T₁, 2T₂, 2R₃, 2T₄, 2T₅, 2T₆ und 2T₇ mit den jeweiligen Nockenflächen 8T₁, 8T₂, 8T₃, 8T₄, 8T₅, 8T₆ bzw. 8T₇ einer Nockenwelle 6 in Berührung kamen. Eine Feder 10 wurde so justiert, daß sie über den Kipphebel 4 Druck auf die jeweiligen Nockenflächen 8T₁, 8T₂, 8T₃, 8T₄, 8T₅, 8T₆ oder 8T₇ ausübte. Der Motor wurde ununterbrochen während 200 Stunden mit einer Drehzahl von 2000 U/min betrieben, wobei an allen sieben Kipphebeln 4 das gleiche Schmieröl (Schmieröl­ temperatur etwa 50°C) wirksam war. Die Nockenwelle 6 bestand aus Eisenguß mit 3,0 Gew.-% Kohlenstoff, 1,5 Gew.-% Silicium (Si), 0,6 Gew.-% Molybdän und 0,08 Gew.-% Chrom. Die Nockenflächen 8T₁ bis 8T₇ waren abgeschreckt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen das Resultat des auf diese Weise durch­ geführten Vergleichs.

Fig. 6 zeigt den Abriebverlust der Gleitflächen 2T₁ bis 2T₇ der aus den vier Proben T₁ bis T₄ und den drei Referenz-Proben T₅ bis T₇ hergestellten Kipphebel 4. Fig. 7 zeigt die Abrieb­ verluste der Nockenflächen 8T₁ bis 8T₇ der Nockenwelle 6, mit denen diese Gleitflächen 2T₁ bis 2T₇ während der ganzen Betriebszeit des Motors in Kontakt waren.

Während, wie Fig. 6 zeigt, die Gleitflächen 2T₅, 2T₆ und 2T₇ der aus den Referenz-Proben T₅, T₆ bzw. T₇ hergestellten Kipp­ hebel vergleichsweise große Abriebsverluste von 10 µm, 36 µm bzw. 16 µm aufwiesen, hatten die Gleitflächen 2T₁ bis 2T₄ der aus den Proben T₁ bis T₄ hergestellten Kipphebel 4 Abriebver­ luste von weniger als 10 µm. Dies zeigt, daß jede der Proben T₁ bis T₄ erhöhte Abriebfestigkeit aufwies.

Während, wie aus Fig. 7 erkennbar ist, die Nockenflächen 8T₅, 8T₆ und 8T₇, die mit den Gleitflächen 2T₅, 2T₆ und 2T₇ der aus den Referenz-Proben T₅, T₆ bzw. T₇ hergestellten Kipphebel 4 in Kontakt standen, vergleichsweise große Abriebverluste von 90 µm, 135 µm bzw. 401 µm aufwiesen, betrugen die Abrieb­ verluste der Nockenflächen 8T₁ bis 8T₇, die sich in Kontakt mit den Gleitflächen 2T₁ bis 2T₄ der aus den Proben T₁ bis T₅ her­ gestellten Kipphebel 4 befanden, weniger als 25 µm. Dies be­ deutet, daß die Nockenflächen 8T₁ bis 8T₄ keinen unerwünscht hohen Abrieb durch die Gleitflächen 2T₁ bis 2T₄ der aus den Proben T₁ bis T₄ hergestellten Kipphebel 4 erleiden.

Der Grund, warum bei dem vorangehend beschriebenen Beispiel das eutektische Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver aus nicht mehr als 4 Gew.-% Kohlenstoff, 2,5 bis 5,0 Gew.-% Chrom, 8,0 bis 11,0 Gew.-% Molybdän, 2,0 bis 3,0 Gew.-% Phosphor und Eisen als Rest besteht, wird im folgenden erläutert:

Kohlenstoff verbindet sich mit Chrom, Molybdän und Eisen beim Sintern zu Metallcarbiden, die zur Verstärkung der Matrixstruk­ tur der eisenhaltigen Sinterlegierung beitragen. Es ist jedoch schwierig, in der Schmelze vor dem Zerstäuben die Verteilung des darin enthaltenden Kohlenstoffs zu steuern, weshalb es nötig ist, den Kohlenstoff in dem eutektischen Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver auf den Bereich von nicht mehr als 4 Gew.-% zu beschränken.

Chrom geht in der Matrix in feste Lösung und bildet feste Phasen, die zur Verstärkung des Gefüges beitragen. Es verbindet sich mit Kohlenstoff, wodurch Chromcarbid erzeugt wird, das zu einer Verbesserung der Abriebfestigkeit beiträgt. Das Ergebnis eines Experiments, das zur Bestimmung des gewünschten Chromge­ halts in dem eutektischen Legierungspulver in Anbetracht der oben erwähnten Eigenschaften des Chroms durchgeführt wurde, hat bestätigt, daß die feste Lösung sich in der Matrix dann nicht in genügender Weise ausbildet, wenn der Chromgehalt weniger als 2,5 Gew.-% beträgt; andererseits bewirkt ein Chromanteil von mehr als 5,0 Gew.-% keine solche Verbesserung, die die damit verbundene Kostenerhöhung rechtfertigt. Deshalb wurde der Chromgehalt in den eutektischen Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver auf den Bereich zwischen 2,5 und 5,0 Gew.-% festgelegt.

Molybdän bildet harte Phasen in der Matrix, war zu deren Ver­ stärkung beiträgt. Es verbindet sich ferner mit Eisen, Phosphor und Kohlenstoff und erniedrigt damit den Schmelzpunkt der Le­ gierung, wodurch die flüssige Phase in der Legierung beim Sin­ tern vermehrt wird. Das Ergebnis eines Versuchs, der zur Bestim­ mung des gewünschten Molybdängehalts in dem eutektischen Legie­ rungspulver in Anbetracht der oben erwähnten Eigenschaften des Molybdäns durchgeführt wurde, hat bestätigt, daß der Schmelz­ punkt der Legierung beim Sintern dann nicht genügend herabge­ setzt wird, wenn der Molybdängehalt weniger als 8,0 Gew.-% beträgt, daß andererseits jedoch bei einem Molybdängehalt von mehr als 11,0 Gew.-% in der Legierung beim Sintern zu viel flüssige Phase erzeugt wird, so daß die Zähfestigkeit der eisenhaltigen Sinterlegierung verringert wird. Dementsprechend wurde der Molybdängehalt in dem eutektischen Fe-Mo-Cr-P-C- Legierungspulver auf den Bereich zwischen 8,0 und 11,0 Gew.-% festgelegt.

Phosphor bildet mit Eisen, Molybdän und Kohlenstoff ein Eutek­ tikum, wodurch auch die Abriebfestigkeit der eisenhaltigen Sinterlegierung verbessert wird. Das Ergebnis eines Versuchs zur Bestimmung des gewünschten Phosphorgehalts in dem eutek­ tischen Legierungspulver in Anbetracht der oben erwähnten Eigenschaften des Phosphors hat bestätigt, daß der Schmelzpunkt der Legierung in dem Sinterprozeß dann nicht genügend herabge­ setzt wird, wenn der Phosphorgehalt weniger als 2 Gew.-% be­ trägt, und daß Phosphide netzförmig um Carbide in der Matrix kristallisieren, so daß deren Zähfestigkeit verringert wird, wenn der Phosphorgehalt mehr als 3 Gew.-% beträgt. Dement­ sprechend wurde der Phosphorgehalt in dem eutektischen Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver auf den Bereich zwischen 2,0 bis 3,0 Gew.-% festgelegt.

Im folgenden ist begründet, warum die Menge an Graphitpulver so gewählt ist, daß die Gesamtmenge de Graphitpulvers und des Kohlenstoffs in dem eutektischen Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver einen zwischen 5 und 8 Gew.-% liegenden Teil der Gesamtmenge des Graphitpulvers und des eutektischen Fe-Mo-Cr-P-C- Legierungspulvers ausmacht.

Wenn beim Sintern nicht genügend flüssige Phase erzeugt wird, haben die Sinterkörper eine große Anzahl von unerwünschten Poren. Diese enthalten außerdem einen unzureichenden Anteil an Carbiden, so daß ihre Härte herabgesetzt ist, wenn die Gesamt­ menge des Graphitpulvers und des Kohlenstoffs in dem eutekti­ schen Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver einen Teil ausmacht, der weniger als 5 Gew.-% der Gesamtmenge des Graphitpulvers und des eutektischen Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulvers beträgt. Es wurde ferner bestätigt, daß in der Matrix kristallisierte Carbide oder Verbund-Carbide gröber waren und somit die Zähfestigkeit der eisenhaltigen Sinterlegierung herabsetzen, wenn die Gesamt­ menge des Graphitpulvers und des Kohlenstoffs in dem eutekti­ schen Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver einen Anteil von mehr als 8 Gew.-% an der Gesamtmenge des Graphitpulvers und dess eutek­ tischen Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulvers aufwies. Infolgedessen wurde die Gesamtmenge des Graphitpulvers und des Kohlenstoffs so gewählt, daß der Anteil im Bereich von 5 bis 8 Gew.-% der Gesamtmenge liegt. Da außerdem die in den Sinterkörpers ausge­ bildeten Blasen größer werden, wenn das Graphitpulver einen mittleren Teilchendurchmesser von mehr als 10 µm hat, wird vorzugsweise ein Graphitpulver verwendet, dessen mittlerer Teilchendurchmesser nicht größer als 10 µm ist.

Der Grund, warum das Fe-Cr-Legierungspulver 11 bis 14 Gew.-% Chrom enthält und einen im Bereich zwischen 30 und 70 Gew.-% liegenden Anteil der gesamten aus dem eutektischen Fe-Mo-Cr-P-C-Legierungspulver, dem Graphitpulver und dem Fe-Cr-Legierungspulver bestehenden Mischung bildet, ist im folgenden erläutert:

Beim Sintern der aus der Legierungspulvermischung gebildeten Preßkörper entsteht oft nicht genügend feste Phase, so daß vergleichsweise zu viel flüssige Phase gebildet sind. Es ist deshalb schwierig, die Sinterkörper maßgetreu zu halten, wenn das Fe-Cr-Legierungspulver einen Anteil an der gesamten Legierungspulvermischung bildet, der kleiner ist als 30 Gew.-%. Bei mehr als 70 Gew.-% entsteht zu wenig flüssige Phase. Dementsprechend wurde der Gehalt an Fe-Cr-Legierungspulver auf den Bereich zwischen 30 und 70 Gew.-% der gesamten Legierungs­ pulvermischung festgelegt.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke kann auch so weitergebildet werden, daß das verwendete eutektische Legie­ rungspulver statt dem oder zusätzlich zum Element Molydän Bor im Bereich von 0,5 bis 3,0 Gew.-% enthält. Bor bildet mit Eisen und Kohlenstoff harte Phasen in der Matrix und setzt den Schmelzpunkt herab. Man erhält jedoch nicht genügend harte Phasen in der Matrix, wenn der Borgehalt weniger als 0,5 Gew.-% beträgt; bei einem Borgehalt von mehr als 3,0 Gew.-% entsteht übermäßig viel flüssige Phase beim Sintern, so daß die gewonnene eisenhaltige Sinterlegierung in ihrer Zähfestigkeit verringert wird. Dementsprechend liegt der Borgehalt in dem eutektischen Legierungspulver in dem Bereich zwischen 0,5 und 3,0 Gew.-%

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eisenhaltiger Sinterlegierungen, mit erhöhter Abriebfestigkeit durch Mischen von Pulvern aus Graphit, Ferrolegierungen und Metallen, Pressen des Gemisches und anschließendem Sintern, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Zubereiten einer Legierungspulvermischung durch Mischen von
  • (a) eutektischem Fe-Cr-P-C-Mo- und/oder -B-Legierungspulver, das durch Abschrecken einer Schmelze gewonnen wird und aus 2,5 bis 5 Gew.-% Chrom, 2,0 bis 3,0 Gew.-% Phosphor, nicht mehr als 4,0 Gew.-% Kohlenstoff, 8,0 bis 11,0 Gew.-% Molybdän und/oder 0,5 bis 3,0 Gew.-% Bor sowie Eisen als Rest besteht,
  • (b) Graphit in einer solchen Menge, daß die Gesamtmenge an Graphit und Kohlenstoff im eutektischen Fe-Cr-P-C-Mo- und/ oder -B-Legierungspulver im Bereich zwischen 5 bis 8 Gew.-% der Gesamtmenge an Graphit und des eutektischen Fe-Cr-P-C-Mo- und/oder -B-Legierungspulvers liegt, und
  • (c) Ferrolegierungspulver, das zwischen 11 und 14 Gew.-% Chrom enthält und 30 bis 70 Gew.-% der gesamten Legie­ rungspulvermischung ausmacht.
• - Pressen der Legierungspulvermischung zu einem Preßkörper vorbestimmter Form und
• - Sintern des Preßkörpers zu einer eisenhaltigen Sinterle­ gierung mit Mischcarbiden in ihrer Matrix.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eutektisches Fe-Cr-P-C-Mo- und/oder -B-Legierungspulver einer Teilchengröße von nicht mehr als 100 µm verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ferrolegierungspulver einer Teilchengröße von nicht mehr als 100 µm verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Graphitpulver eines mittleren Teilchendurchmessers von nicht mehr als 10 µm verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkörper in Wasserstoff bei etwa 600°C vorgesintert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkörper bei 1060°C bis 1100°C während 20 bis 30 Minu­ ten im Vakuum gesintert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Körper bei etwa 900°C während etwa 30 Minu­ ten erwärmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erwärmte Sinterkörper in einer Stickstoff-Atmosphäre abgeschreckt und bei 550 bis 560°C während etwa 170 Minuten getempert wird.