DE4219531C2 - Verfahren zum Herstellen eines Sinterkörpers mit wenigstens einer molybdänhaltigen Verschleißschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterkörpers mit wenig­ stens einer molybdänhaltigen Verschleißschicht, wobei ein den späteren Grundkörper bildendes, niedrig legiertes Eisenpulver und ein die spätere Verschleißschicht ergebendes, unlegiertes Molybdän enthaltendes Metallpulver auf Eisenbasis zu einem Formkörper gepreßt und anschließend gesintert werden.

Um die Verschleißfestigkeit von Teilen für die Ventilbetätigung einer Brennkraftmaschine, beispielsweise von Ventilstößeln oder Kipphebeln, zu verbessern, sind verschiedene Sinterle­ gierungen bekannt (DE-OS 37 30 082, DE-OS 24 28 091), die im wesentlichen aus Molyb­ dän, Bor, Kohlenstoff, Phosphor und Resteisen zusammengesetzt sind. Der Molybdängehalt wird dabei mit 18 Gew.-% nach oben beschränkt, um eine Abnahme der mechanischen Festigkeit als Folge der zunehmenden Versprödung von Sinterteilen aus solchen Sinterlegie­ rungen zu vermeiden. Aus diesem Grunde können die aus diesen bekannten Sinterlegierun­ gen hergestellten Ventilstößel den auftretenden, hohen Belastungsanforderungen nicht genügen.

Damit einerseits eine ausreichende mechanische Festigkeit und anderseits ein entsprechend hoher Verschleißwiderstand sichergestellt werden können, ist es bei Ventilstößeln von Brennkraftmaschinen außerdem bekannt (DE-PS 28 22 902), den Ventilkörper und die Verschleißschicht aus unterschiedlichen Sinterwerkstoffen herzustellen, so daß die gesinterte Verschleißschicht einen hohen Molybdänanteil von 20 bis 35 Gew.-% aufweisen kann, ohne die mechanische Festigkeit des Ventilkörpers zu beeinträchtigen. Das Metallpulver für diese Verschleißschicht, das mit dem niedrig legierten Eisenpulver für den Ventilkörper in einer gemeinsamen Form verpreßt wird, wird dabei aus einer kohlenstofffreien Mischung aus unlegiertem Eisen und dem unlegierten Molybdän gebildet, damit der Ventilstößel auf Grund der großen Sintergeschwindigkeit unter Bedingungen des Festphasensinterns bei hohen Sintertemperaturen bis 1350°C gesintert werden kann.

Zur Steigerung des Verschleißwiderstandes wird die gesinterte Verschleißschicht nachträglich aufgekohlt, wobei sich Mischcarbide bilden. Das Molybdän ergibt einen ausgezeichneten Car­ bidbildner und bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, daß die Neigung zum Anfressen des Gegenwerkstoffes, also der Nocken, gering bleibt. Diese guten Werkstoffeigenschaften be­ dingen allerdings einen entsprechenden Herstellungsaufwand zufolge der vergleichsweise hohen Sintertemperaturen und der Notwendigkeit einer nachträglichen Aufkohlung.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß eine Verschleißschicht für hochbelastbare Sinterkörper, insbesondere für die Ventilsteuerung von Brennkraftmaschinen, mit geringem Aufwand hergestellt werden kann, ohne eine Beeinträchtigung der Belastungsfähigkeit des Sinterkörpers in Kauf nehmen zu müssen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Metallpulver für die Verschleiß­ schicht 10 bis 30 Gew.-% Molybdän, 1,5 bis 3,0 Gew.-% Kohlenstoff und Phosphor in einer Menge von 0,3 bis 0,7 Gew.-% enthält und daß der aus dem Grundkörper und der Ver­ schleißschicht gebildete Formkörper unter den Bedingungen eines Flüssigphasensinterns bei einer Temperatur von 1070 bis 1130°C gesintert wird.

Durch den vergleichsweise hohen Kohlenstoffanteil des Metallpulvers für die Verschleiß­ schicht entsteht bereits beim Sintern eine Vielzahl von Mischcarbiden, die aufgrund des Flüs­ sigphasensinterns eine gleichmäßige Verteilung über die gesamte Verschleißschicht erfahren, was gegenüber einer Carbidbildung durch ein nachträgliches Aufkohlen die vorteilhafte Mög­ lichkeit dickerer Verschleißschichten mit über die Dicke gleichbleibenden Verschleißeigen­ schaften eröffnet. Der Phosphoranteil bewirkt dabei im Zusammenhang mit dem Kohlenstoff­ anteil eine deutliche Senkung der Sintertemperatur unter den Bedingungen des Flüssigpha­ sensinterns, so daß der Sinteraufwand klein gehalten werden kann. Außerdem wird die Maß­ haltigkeit verbessert. Trotz des Kohlenstoffeinsatzes und des Sinterns mit einer ausgeprägten flüssigen Phase bleibt die Neigung zur Austenitbildung begrenzt, wodurch eine ausreichende Dauerfestigkeit erreicht wird. Zur leichteren Verarbeitung kann der Phosphoranteil auch als Legierungsbestandteil des Eisenpulvers zugefügt werden.

Besonders günstige Werkstoffeigenschaften für die Verschleiß­ schicht können bei einem Molybdängehalt von 15 bis 25 Gew.-% festgestellt werden. Bei einem solchen Molybdängehalt wird ein für ein vorteilhaftes Verschleißverhalten ausreichender Carbidanteil sichergestellt, ohne einen erhöhten Verschleiß des mit dem Sinterkörper zusammenwirkenden Konstruktionstei­ les befürchten zu müssen. Der Kohlenstoffanteil des Metall­ pulvers für die Verschleißschicht wird in diesem Fall vor­ zugsweise zwischen 1,8 und 2,8 Gew.-% liegen.

Ausführungsbeispiel:

Zur Herstellung eines Schlepphebels für die Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine wurde für den Grundkörper ein han­ delsübliches, diffusionslegiertes Sinterpulver mit 5 Gew.-% Nickel, 2 Gew.-% Kupfer, 1 Gew.-% Molybdän und 0,5 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen, eingesetzt. Das Metallpulver für die mit den Nocken einer Nockenwellen zusammenwirkende Ver­ schleißschicht enthielt neben dem unlegierten Eisen als Ba­ sispulver ca. 25 Gew.-% Molybdän, 0,5 Gew.-% Phosphor in Form von Ferrophosphor und 2,4 Gew.-% Kohlenstoff in Form von Naturgraphit. Die maximale Korngröße des Eisenpulvers lag unter 75 µm, wobei der Hauptanteil eine mittlere Korn­ größe von 10 µm aufwies. Das Molybdänpulver hatte bei einer mittleren Korngröße von 8 µm eine maximale Korngröße von 35 µm, während ein Naturgraphitpulver mit einer Korngröße klei­ ner 5 µm und ein Ferrophosphorpulver mit einer Korngröße klei­ ner 12 µm eingesetzt wurden. Diese Pulvermischung für die Verschleißschicht wurde zu einem Formling mit einer Dichte von 6,2 g/cm³ verpreßt, der anschließend mit dem Sinterpul­ ver für den Grundkörper in einer gemeinsamen Form zu einem Schlepphebel gepreßt wurde, bevor dieser in einer Stick­ stoff-Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 800°C vorgesintert wurde. Das Flüssigphasensintern erfolgt im An­ schluß an einen Kalibriervorgang in einem Bandofen in einer Stickstoff-Wasserstoffatmosphäre bei einer Sintertemperatur zwischen 1080 und 1120°C während einer Zeit von 60 Minuten. Nach der Abkühlung konnte für die Verschleißschicht eine Härte von 600 HV gemessen werden, die durch eine zusätzliche Härtung auf 950 HV 10 erhöht wurde.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das darge­ legte Ausführungsbeispiel beschränkt. So könnte das Flüssig­ phasensintern auch in einem Vakuumofen durchgeführt werden, und zwar bei gleichen Sintertemperaturen. Außerdem ist der Verfahrensschritt einer Vorsinterung nicht notwendig, wenn die durch das Verpressen erreichte Grünfestigkeit für die Werkstückhandhabung ausreicht. Die Kalibrierung bietet sich vor allem dann an, wenn besonders hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Festigkeit des Grundkörpers gestellt werden. Abgesehen davon müssen der Grundkörper und die Ver­ schleißschicht keinesfalls gemeinsam verpreßt werden, obwohl dieses gemeinsame Verpressen Vorteile mit sich bringt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines Sinterkörpers mit wenigstens einer molybdänhaltigen Verschleißschicht, wobei ein den späteren Grundkörper bildendes, niedrig legiertes Eisenpul­ ver und ein die spätere Verschleißschicht ergebendes, unlegiertes Molybdän enthaltendes Metallpulver auf Eisenbasis zu einem Formkörper gepreßt und anschließend gesintert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver für die Verschleißschicht 10 bis 30 Gew.-% Molybdän, 1,5 bis 3,0 Gew.-% Kohlenstoff und Phosphor in einer Menge von 0,3 bis 0,7 Gew.-% enthält und daß der aus dem Grundkörper und der Verschleißschicht gebildete Formkörper unter den Bedingungen eines Flüssigphasensinterns bei einer Temperatur von 1070 bis 1130°C gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Phosphor als Legie­ rungsbestandteil des Eisenpulvers zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Molybdänanteil des Metallpulvers für die Verschleißschicht 15 bis 25 Gew.-% beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffanteil des Metallpulvers für die Verschleißschicht 1,8 bis 2,8 Gew.-% beträgt.