DE68917904T2

DE68917904T2 - Verfahren zur Herstellung von pulvermetallurgisch gesinterten Formkörpern.

Info

Publication number: DE68917904T2
Application number: DE68917904T
Authority: DE
Inventors: Masaki Research Laborat Kawano; Yoshiaki Chiba Works Kaw Maeda; Kuniaki Research Laborat Ogura; Hiroshi Research Labor Ohtsubo; Shigeaki Research Labor Takajo; Keisuke Chiba Works Yoshimura
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1989-03-20
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2009-06-23
Also published as: DE68917904D1; EP0388549B1; CA1331841C; EP0388549A1; US4971755A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines großen Sinterproduktes mit hervorragender Festigkeit und geringer Oberflächenrauheit, das durch ein pulvermetallurgisches Verfahren oder mit einer großen Preßform hergestellt wird.
Herkömmlich hergestellte große Sinterprodukte sind wegen der hohen Kosten für die Form unwirtschaftlich.
Die Form wird normalerweise durch Bearbeiten eines Stahlmaterials, z.B. durch ein Zerspanungsverfahren usw., hergestellt. Dieses herkömmliche maschinelle Bearbeitungsverfahren braucht aber viel Zeit und ist teuer.
Da mit der Preßform andererseits verschiedene Arten und geringe Mengen von Produkten hergestellt werden, besteht zunehmend Bedarf an einer Preßform, die wenig kostet und schnell zu liefern ist. Dies hat daher das große Interesse an einem einfachen Herstellungsverfahren für diese Preßform jüngst wieder verstärkt.
Ein Vorschlag, beschrieben in der japanischen Otfenlegungsschrift Nr. 60-159101, besteht unter anderen in einem Verfahren zur Herstellung einer Preßform mit einem Pulvermetallurgieverfahren. Dieses Verfahren erzielt jedoch eine unzureichende Festigkeit, bringt nur die Festigkeit einer Kokille, läßt die allgemeinen Merkmale einer Preßform missen und ist daher nicht für den allgemeinen Typ einer Preßform wie einer Harzspritzgußform u.a. geeignet.
Andererseits gibt es ein Verfahren zum Tränken mit einem Metall von geringem Schmelzpunkt, um die Festigkeit der Preßform zu verbessern (siehe japanische Patentschrift Nr. 56-13763). Zwar wird hierbei die Festigkeit besser, die Oberflächenrauheit der Einspritzoberfläche wird aber nicht gleichmäßig, sondern wegen der Anwendung von Pulver mit normaler Teilchengröße ungleichmäßig. Wird die Form verdichtet, so kann sie deshalb nicht als Produkt hergestellt werden. Sie mußte am Schluß noch mehrere Stunden geschliffen werden, was der Verkürzung der Richtzeit für die Herstellung der Form eine bestimmte Grenze setzt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Form, die eine hervorragende Oberflächenrauheit und Festigkeit hat, in kurzer Zeit und unter Anwendung eines Pulvermetallurgieverfahrens hergestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, mit dem unter Verwendung von Pulver auf Eisenbasis große Sinterkörper bei geringen Kosten hergestellt werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Schrumpfen durch das Sintern zu begrenzen, Verformung oder Risse zu verhindern und andererseits ein großes Sinterteil mit hervorragender Festigkeit herzustellen, wobei die Oberflächenrauheit bis zu einem Grad verringert wird, daß man die zu erreichende Rauheit durch Schleifen rasch nachbessern kann.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, die Oberflächenrauheit eines Sinterkörpers zu verbessern und ein Sinterprodukt mit einer glatten Oberfläche bereitzustellen.
Enthält das Metallpulver feine Teilchen, soll hierdurch die Oberflächenrauheit des Sinterkörpers verringert werden, kann der Sinterkörper beim Sinter- und Tränkverfahren um einen bestimmten Betrag schrumpfen. Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, dieses Schrumpfen zu beschränken und einen Sinterkörper bereitzustellen, der überhaupt keine Deformation oder Beschädigung aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers durch Anwendung eines Pulvermetallurgieverfahrens; eine Aufgabe der Erfindung besteht zudem in der Bereitstellung eines Verfahrens, mit dem leicht ein Sinterkörper erhalten werden kann, der eine glatte Oberflache mit einer Oberflächenrauheit Ra von weniger als 1 um hat.
Die Erfinder hier haben ein Verfahren zur Herstellung einer Preßform durch Einsatz eines Pulvermtallurgieverfahrens untersucht und erhielten einen Sinterkörper mit besserer Oberflächenrauheit. Die Erfinder haben festgestellt, daß die Herstellung des oben genannten Sinterkörpers nur eine bessere Pulverfülldichte verlangt, damit die unregelmäßige Oberfläche weniger wird, d.h. eine Einstellung des Teilchendurchmessers vom zugeführten Pulver, seiner Menge und des Beschickungsverfahrens, und fanden außerdem, daß das folgende Verfahren die Herstellung einer Preßform ermöglichte, die eine hervorragende Oberflächenrauheit und Festigkeit hatte.
Der erste Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Sinterkörpers, das die Schritte umfaßt:
Beschicken einer vibrierenden Druckform mit einer Mischung aus im wesentlichen drei Metallpulverarten, wobei die erste Art aus groben Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 150 bis 500 um besteht und 20 bis 60 Gew.% des Körpers einnimmt, die zweite Art aus mittleren Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 15 bis 63 um besteht und 20 Gew.% oder mehr des Körpers einnimmt, und die dritte Art aus feinen Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger besteht und 10 bis 50 Cew.% des Körpers einnimmt; jede Teilchenart eine kontinuierliche Teilchengrößenverteilung hat; die Größenverteilung der groben Teilchen, die Größenverteilung der mittleren Teilchen und die Größenverteilung der feinen Teilchen zueinander abgegrenzt sind, wobei die Summe der Gewichtsprozente der drei Teilchenarten 90 Gew.% des Sinterkörpers übersteigt;
Erwärmen der Mischung zusammen mit der Druckform und Sintern der Mischung; und
Tränken des Sinterkörpers mit einem anderen Metall, wobei dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als der des Metallpulvers.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Sinterkörpers bereitgestellt, welches die Schritte umfaßt: Beschicken einer vibrierenden Druckform mit einer Mischung aus im wesentlichen drei Metallpulverarten, wobei die erste Art aus groben Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 250 bis 1000 um besteht und 30 bis 60 Gew.% des Körpers einnimmt; die Teilchen mit einem Durchmesser von mehr als 500 um 35 Gew.% oder mehr davon bilden, die zweite Art aus mittleren Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 15 bis 150 um besteht und 30 bis 60 Gew.% des Körpers einnimmt; die Teilchen mit einem Durchmesser von mehr als 63 um 35 Gew.% oder mehr davon bilden; die dritte Art aus feinen Teilchen mit einem Teilchendurchmessser von 10 um oder weniger besteht und 3 bis 25 Gew.% des Körpers bildet; alle Teilchenarten eine kontinuierliche Teilchengrößenverteilung haben; die Größenverteilung der groben Teilchen, die Größenverteilung der mittleren Teilchen und die Größenverteilung der feinen Teilchen voneinander abgegrenzt sind, und die Summe der Gewichtsprozente der drei Teilchenarten 90 Gew.% des Sinterkörpers übersteigt;
Erwärmen der Mischung zusammen mit der Druckform und Sintern der Mischung; und
Tränken des Sinterkörpers mit einem anderen Metall, dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als der des Metallpulvers.
Wird der Sinterkörper von hervorragender Festigkeit und Oberflächenglätte hauptsächlich durch das oben genannte Verfahren hergestellt, wird ein Metallpulver eingesetzt, das gewöhnlich im wesentlichen einen Teilchengrößenumfang hat, in dem feine Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 10 um 10 Gew.% oder mehr und 50 Gew.% oder weniger ausmachen, die mittleren Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 15 um oder mehr und 63 um oder weniger 20 Gew.% oder mehr ausmachen, und die groben Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 150 um oder mehr und 500 um oder weniger 20 Gew.% oder mehr und 60 Gew.% oder weniger des gesamten Gewichtsprozentsatzes ausmachen.
Um im großen Sinterkörper Risse oder Schlitze zu vermeiden und das Schrumpfen zu begrenzen, werden tatsächlich grobe Teilchen eingesetzt, bei denen das Sintern gering ist, um so die Teilchengrößenverteilung zu verbessern. Wird mit Blick auf die Oberflächenglätte ein Metallpulver eingesetzt, das die nachstehend genannten Eigenschaften besitzt, so können beim o.g. Verfahren die Herstellungsschritte, einschließlich des Schleifschrittes, insgesamt verkürzt und ein Sinterkörper erhalten werden, der keine Verformungen und Risse hat.
Das heißt, es wird ein Metallpulver eingesetzt, worin im wesentlichen die feinen Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger 3 Gew.% oder mehr und 25 Gew.% oder weniger ausmachen, die mittleren Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 15 um oder mehr und 150 um oder weniger 30 Gew.% oder mehr und 60 Gew.% oder weniger aller Teilchen ausmachen, die mittleren Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 63 um oder mehr 35 Gew. % oder mehr gegenüber den mittleren Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 15 um oder mehr und 150 um oder weniger ausmachen und die groben Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 250 um oder mehr und 1000 m oder weniger 30 Gew.% oder mehr und 60 Gew.% oder weniger darstellen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, wird sie nun beispielhaft mit Dezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine graphische Darstellung des Einflusses des Anteils der feinen Teilchen auf die Fülldichte;
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Oberflächenrauheit und der Fülldichte;
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Einflusses der Fülldichte eines getränkten Sinterkörpers auf die Festigkeit (Querbruchfestigkeit);
Fig. 4 eine graphische Darstellung des Einflusses der Kupfermenge auf die Querbruchfestigkeit und die Oberflächenrauheit; und
Fig. 5 eine graphische Darstellung des Einflusses der Schwingungsbedingung auf die Fülldichte.
Faktoren, die auf die Obrflächenrauheit des entsprechend der Erfindung aufgebautenen Produktes Einfluß haben, sind die Teilchengröße des Rohmaterials vom Sinterkörper selbst oder die Sinterbedingung und die Oberflächenrauheit der bei der Herstellung des Sinterkörpers verwendeten Preßform. Ist die Oberflächenrauheit des Sinterkörpers und der bei dessen Herstellung verwendeten Preßform gering, kann der Sinterkörper direkt oder nach kurzem Schleifen verwendet werden. Weist der Sinterkörper oder die zu dessen Herstellung verwendete Preßform eine starke Oberflächenrauheit auf, muß die Oberfläche des Sinterkörpers durch maschinelle Bearbeitung geglättet werden, z.B. durch Fräsen oder Schleifen, und je größer die Oberflächenrauheit, desto größer sind sowohl die Belastung beim Schritt der maschinellen Bearbeitung als auch der durch diesen Schritt verursachte Verlust.
Als Pulver, das bei der Erfindung als Rohmaterial verwendet werden muß, wird hauptsächlich Metallpulver verwendet. Wenn dieses Pulver ein normales Pulver ist, das bei einem normalen Pulvermetallurgieverfahren angewendet werden soll, kann dieses Pulver eingesetzt werden. Es können zum Beispiel zerstäubte Eisenpulver, reduziertes Eisenpulver, Legierungsstahlpulver und Pulver von Hochgeschwindigkeitsstahl verwendet werden.
Es ist nicht erforderlich, daß alle Pulvermischungen die gleiche Zusammensetzung aufweisen, sondern es könne Mischungen unterschiedlicher Pulverarten mit verschiedener Zusammensetzung angewendet werden. Sie müssen nur folgenden Teilchendurchmesser und -anteil erfüllen.
Das eingesetzte Pulver wird nicht durch seine Teilchenform beschränkt. Es kann auch ein Keramikpulver eingesetzt werden, das beim Sinterverfahren mit Metallpulver reagiert, eine Verbindung mit geringem Schmelzpunkt bildet und keine merkliche flüssige Phase erzeugt. Wird eine merkliche flüssige Phase gebildet, ist deren Größenveränderung beachtlich und führt dazu, daß sich die Form des Pulvers nur schwer aufrecherhalten läßt. Diese bemerkenswerte flüssige Phase sollte folglich vermieden werden.
Nachfolgend wird die Herstellung des Sinterkörpers beschrieben, dessen Festigkeit und Oberflächenrauheit besonders bemerkenswert sind. Die Gründe dafür, daß der Teilchendurchmesser in diesem Fall begrenzt ist, werden wie folgt beschrieben.
Um die Oberflächenrauheit zu verbessern, läßt sich die Wirkung verstärken, wenn feine Teilchen angewendet werden. Als feine Teilchen wird notwendigerweise ein Pulver mit einem Durchmesser von 10 um oder weniger verwendet. Die Oberflächenrauheit wird durch Anwendung eines Pulvers mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger verbessert. Es ist jedoch schwierig, die Fülldichte nur durch die Anwendung eines Pulvers mit diesem Teilchendurchmesser zu verbessern. Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 10 um weist im Vergleich mit Eisenpulver aus der herkömmlichen Pulvermetallurgie eine feinere Teilchengröße auf. Dieses Pulver ist teuer und somit unpraktisch, und es muß mit einem Pulver mit einer anderen Teilchengröße gemischt werden. Deshalb werden eine bestimmte Menge eines Pulvers mit einem Teilchendurchmesser von 15 um oder mehr und 63 um oder weniger und Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 150 um oder mehr und 500 um oder weniger zugesetzt. Die Zugabe dieser Pulver bewirkt, daß alle Teilchen den relativen Abstand ausreichend füllen, die Fülldichte und die maximale Festigkeit verbessert werden.
Ein Grund dafür, daß drei Arten des Teilchendurchmessers erforderlich sind, liegt darin, daß die Oberflächenrauheit bei der Verwendung von nur zwei Arten zunimmt, selbst wenn die Fülldichte verbessert wird. Das bedeutet, daß es zur Verbesserung der Fülldichte bei zwei Pulverarten erforderlich ist, daß ein großes Verhältnis der Teilchendurchmesser besteht (das Verhältnis des Teilchendurchmessers zwischen feinen Teilchen und groben Teilchen). Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger kann im allgemeinen leicht gesintert und verdichtet werden, so daß das Schrumpfen einige Prozent beträgt. Da wiederum das Schrumpfen der groben Teilchen im Vergleich mit dem der feinen Teilchen um wenige Prozent geringer ist, beträgt das Schrumpfen mehrere Prozent. Da wiederum das Schrumpfen der groben Teilchen im Vergleich mit dem der feinen Teilchen recht gering ist - um etwas weniger als eine Dezimalstelle - werden die Oberfläche des Sinterkörpers gerippt und die Fülldichte verbessert, wenn das mit diesen Verbindungen gemischte Material gesintert wird. Die Oberflächenrauheit wird jedoch zu stark. Wenn die dritten Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser zwischen dem der groben Teilchen und dem der feinen Teilchen angewendet werden, kann das durch das Sintern der feinen Teilchen hervorgerufene Schrumpfen begrenzt werden.
Wie bereits beschrieben bewirkt die vollständige Anwendung feiner Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger eine bessere Sintercharakteristik, die Fülldichte nimmt jedoch nicht zu und das Schrumpfen ist zu stark, so daß dies vermieden werden muß. Sie kann außerdem eine hervorragende Sintercharakteristik liefern und beim Sinterverfahren leicht eine geschlossene Pore bilden; und wie es später beschrieben werden wird, wird das Tränken der offenen Poren mit dem Tränkmittel beim Tränkverfahren nach dem Sinterprozeß zu stark behindert. Deshalb sollte die vollständige Anwendung feiner Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger vermieden werden.
Um die Oberflächenrauheit zu verbessern und die Festigkeit durch die Verbesserung der Dichte weiter zu erhöhen, ist es wie oben beschrieben erforderlich, einen Körper aus einem gemischten Pulver bereitzustellen, das drei bestimmte Arten der Teilchengrößenverteilung aufweist.
Ein Grund für die Beschränkung der Obergrenze des Teilchendurchmessers der groben Teilchen auf 500 um liegt darin, daß durch die Form der Preßform zum Beispiel das Fließen des Pulvers in den dünnen Teil, z.B. eine Rippe mit einer Dicke von etwa 2 mm, verhindert und die Formübertragung unzureichend wird.
Außerdem ist der Teilchendurchmesser und der Anteil dieser Pulver wichtig, und es ist erforderlich, daß die Gesamtmenge der Pulvermischung mit einem Teilchendurchmesser von 10 um 10 Gew.-% oder mehr und 50 Gew.-% oder weniger beträgt, Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 15 um oder mehr und 63 um oder weniger 20 Gew.-% oder mehr der Gesamtmenge beträgt und Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 150 um oder mehr und 500 um oder weniger 20 Gew.-% oder mehr und 60 Gew.-% oder weniger der Gesamtmenge beträgt. Ein Grund dafür, daß die mittleren Teilchen und die groben Teilchen auf mehr als 20 Gew.-% beschränkt sind, besteht darin, daß ein geringerer Wert als 20 Gew.-% nicht die Wirkung liefert, die durch die Beschränkung der mittleren und groben Teilchen erreicht wird, die Fülldichte nicht verbessert, und die maximale Festigkeit unzureichend wird.
Die Begründung für die Beschränkung des Anteils der groben Teilchen auf 60 Gew.-% oder weniger liegt darin, daß ein Wert von mehr als 60 Gew.-% die Oberflächenrauheit verstärken kann.
Der Grund dafür, daß der Anteil des Pulvers mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger auf 10 Gew.-% oder mehr und 50 Gew.-% oder weniger begrenzt ist, besteht in der Tatsache, daß Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger einen großen Einfluß auf die Art der Oberfläche des Produktes ausüben kann. Wenn die Gesamtmenge der Pulvermischung mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger geringer als 10 Gew.-% ist, wird die Oberflächenrauheit aufgrund der wenigen feinen Partikel stark, und wenn diese Menge auf der anderen Seite 50 Gew.-% übersteigt kann die Oberfläche des Sinterkörpers aufgrund des Schrumpfens im Bereich der feinen Teilchen eine gerippte Form erhalten, wie es oben beschrieben wurde, und die Oberflächenrauheit wird übermäßig stark.
Es ist somit erforderlich, daß die Gesamtmenge dieser drei Teilchengrößen mehr als 90 Gew.-% bezüglich des Gesamtgewichtes des Pulvers einnimmt, da bei einem geringeren Gesamtwert als 90 Gew.-% die Fülldichte aufgrund von Pulver außerhalb dieses vorgeschriebenen Bereichs merklich verringert wird und die zu erzielende Festigkeit nicht erreicht werden kann.
Die Herstellung eines großen Sinterkörpers, bei dem das durch das Sintern hervorgerufene Schrumpfen begrenzt ist und jede Deformation oder Rißbildung verhindert wird, wird nachfolgend beschrieben. Obwohl die Oberflächenrauheit zunimmt, wird in diesem Fall angenommen, daß die Oberflächenrauheit bis zu dem Grad erlaubt sein kann, bei dem die zur Verbesserung der Oberflächenrauheit durch Schleifen erforderliche Zeit gering ist, wenn man dies mit der zur Modifizierung von Rissen oder der Deformation erforderlichen Zeit vergleicht. Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger weist eine hervorragende Sintercharakteristik auf und kann bei einer normalen Sintertemperatur (etwa 1000ºC oder mehr) ein bemerkenswertes Schrumpfen von einigen Prozent hervorrufen, so daß andere Pulver mit unterschiedlicher Partikelgröße damit vermischt werden sollten, um dieses Schrumpfen auszugleichen. Um diese Wirkung zu erreichen, werden eine bestimmte Pulvermenge mit einem Teilchendurchmesser von 15 um oder mehr und 150 um oder weniger und eine weitere bestimmte Pulvermenge mit einem Teilchendurchmesser von 250 um oder mehr und 1000 um oder weniger zugesetzt. Die Zugabe dieser Pulver bewirkt, daß alle Teilchen den verfügbaren Raum ausreichend füllen und die Fülldichte und die abschließende Festigkeit verbessert werden. Eine große Menge grober Teilchen mit einer schlechteren Sintercharakteristik, insbesondere Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 500 um oder mehr, ermöglicht außerdem, daß das durch das Sintern hervorgerufene Schrumpfen begrenzt wird.
Der Teilchendurchmesser und der Anteil dieser Pulver sind wichtig, und es ist erforderlich, daß die Gesamtmenge an Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger 3 Gew.-% oder mehr und 25 Gew.-% oder weniger des gesamten Pulvers trägt, daß Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 15 m oder mehr und 150 um 30 Gew.-% oder mehr und 60 Gew.-% oder weniger des gesamten Pulvers beträgt, daß Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 63 um oder mehr mehr als 35 Gew.-% bezüglich des Pulvers mit einem Teilchendurchmesser von 15 um oder mehr und 150 um oder weniger beträgt und einen Teilchendurchmesser von 250 um übersteigt, daß Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 1000 um 30 Gew.-% oder mehr und 60 Gew.-% oder weniger der Gesamtmenge beträgt, und daß Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 500 um oder mehr 35 Gew.-% oder mehr bezüglich des Pulvers mit einem Teilchendurchmesser von 250 um oder mehr und 1000 um oder weniger enthält. Der Grund dafür, daß die mittleren Teilchen und die groben Teilchen jeweils auf 30 Gew.-% oder mehr begrenzt sind, besteht darin, daß bei einem Wert von weniger als 30 Gew.-% die Wirkung verloren geht, die durch die Einschränkung der mittleren Teilchen und der groben Teilchen erhalten wird, die Fülldichte des gemischten Pulvers nicht verbessert wird, die abschließende Festigkeit unzureichend und außerdem das Schrumpfen zu stark werden, wodurch der Sinterkörper einige Risse oder eine merkliche Deformation aufweisen kann.
Der Grund für die Beschränkung des Gewichtes der groben Teilchen auf 60 Gew.-% oder weniger besteht darin, daß bei einem Wert über 60 Gew.-% eine merkliche Oberflächenrauheit erzeugt werden kann. Der Grund dafür, daß der Anteil der groben Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 500 um oder mehr und 1000 um oder weniger 35% oder mehr beträgt, besteht darin, daß bei weniger als 35 Gew.-% von diesem Pulver, d.h. daß das Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 250 um oder mehr und 500 um mehr als 65% beträgt, der die Größe beschränkende Einfluß der groben Teilchen durch die Verringerung der Fülldichte und das Schrumpfen beim Sintern des Pulvers mit einem Teilchendurchmesser von 250 um und 50 um deutlich verringert wird und der Sinterkörper schließlich eine merkliche Deformation oder Risse aufweisen kann.
Die Begründung dafür, daß das Gewicht der mittleren Teilchen auf 60 Gew.-% oder weniger beschränkt ist, besteht darin, daß bei einem größeren Gewicht als 60 Gew.-% die Fülldichte des gemischten Pulvers nicht in der gleichen Weise verbessert wird, wie bei einem Gewicht von 30 Gew.-% oder weniger, und das durch die Sinterwirkung hervorgerufene Schrumpfen durch den Einfluß der Fülldichte gefördert wird. Der Grund dafür, daß der Teilchenanteil der mittleren Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 63 um oder mehr und 150 um oder weniger auf 35% oder mehr beschränkt ist, besteht außerdem in der Tatsache, daß bei einem Wert dieses Pulvers von 35 Gew.-% oder weniger, d.h. wenn Pulverteilchen mit einem Teilchendurchmesser von 63 um oder weniger 65% oder mehr betragen, durch die Verringerung der Fülldichte und das Schrumpfen des Pulvers mit einem Teilchendurchmesser von 63 um, das ein besseres Sintermerkmal zeigt, eine merkliche Verformung oder Risse des abschließenden Sinterkörpers hervorgerufen werden können. Der Grund dafür, daß der Anteil von Teilchen mit einem Durchmesser von 10 um oder weniger auf 3 Gew.-% oder mehr und 25 Gew.-% oder weniger begrenzt ist, besteht darin, daß Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 10 um die Art der Oberflache, die Fülldichte und die Sintercharakteristik wesentlich beeinflussen kann, wie es oben beschrieben wurde. Wenn die Gesamtmenge der Pulvermischung mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger geringer als 3 Gew.-% beträgt, bedeutet dies, daß die geringe Menge feiner Teilchen den zwischen den mittleren Teilchen und den groben Teilchen gebildeten Zwischenraum nicht ausreichen füllen kann und eine deutliche Zunahme der Rauheit hervorgerufen werden kann. Wenn die Menge 25 Gew.-% übersteigt, wird das Schrumpfen zu stark, und der Sinterkörper kann eine Deformation oder Risse aufweisen, wie es oben beschrieben wurde.
Somit ist es notwendig, daß die Gesamtmenge der drei bestimmten Teilchenarten mehr als 90 Gew.-% bezüglich des Gesamtgewichtes des Pulvers beträgt. Da bei einer Menge von weniger als 90 Gew.-% die Fülldichte bei diesem unbestimmten Pulver merklich abnimmt, kann die zu erzielende Festigkeit kann nicht erreicht werden, oder das Schrumpfen nimmt zu, oder eine Deformation oder Risse können hervorgerufen werden.
Mit dem Pulver mit der oben genannten Konfiguration der Teilchengröße können Metallfasern in einem Bereich von nicht mehr als 15 Gew.-% vermischt werden, wodurch das Schrumpfen beschränkt und eine Verbesserung der Festigkeit erreicht werden kann. Als kurze Metallfasern können Metallfasern, die die gleichen Bestandteile wie die Teilchen haben, und andere mit unterschiedlichen Bestandteilen angewendet werden. Zur Verbesserung der Festigkeit sind Fasern mit unterschiedliche Merkmalen bevorzugt.
Obwohl Details der Wirkung der zugesetzten kurzen Metallfasern nicht bekannt sind, kann in Betracht gezogen werden, daß das Schrumpfen der Teilchen durch Brückenbildung der kurzen Fasern selbst beschränkt ist, und daß die Wirkungen ihrer Festigkeit zur Verstärkung der Matrix der Teilchen (einschließlich des Tränkmittels) beitragen können; dies ist der Verstärkung einer Matrix durch kurze Fasern ähnlich, die man bei Verbundmaterialien, wie normalem FRM und FRP usw., findet. Es ist folglich bevorzugt, daß die kurzen Fasern etwa die gleiche Größe wie die Teilchen aufweisen oder größer als diese sind, damit sie das Schrumpfen durch die Brückenbildung wirksam beschränken können. Wenn die zugesetzte Menge der kurzen Fasern 15 Gew.-% übersteigt, wird die Fülldichte merklich verringert, und das durch die Verringerung dieser Dichte beim Sinterverfahren hervorgerufene Schrumpfen nimmt deutlich zu, so daß einige Nachteile entstehen, z.B. Risse des Sinterkörpers. Folglich ist ein Bereich von nicht mehr als 15 Gew.- % erforderlich.
Die Anwendung von kugelförmigen Pulvern als geeignete Teilchenform kann ebenfalls zu einem wirksameren Effekt bei der Verbesserung dieser Charakteristik führen. Unregelmäßig geformte Pulver können der steigenden Fülldichte aufgrund der Oberflächenrauheit eine Grenze setzen. Kugelförmige Teilchen erhöhen die Fülldichte stärker und können das Schrumpfen des Produktes beim Sinterverfahren merklich verringern. Es kann angenommen werden, daß dies durch die Verbesserung des Pulverflusses und eine geometrische Verringerung des Pulverabstandes hervorgerufen wird.
Das kugelförmige Pulver kann durch jede Einrichtung, z.B. verschiedene Mühlen und andere Mittel, hergestellt werden. Als Parameter für den Grad der Herstellung von kugelförmigem Pulver ist ein Fließvermögen (FR) für zerstäubtes Pulver (etwa 100 # (150 um)) effektiv, das bei einer üblichen pulvermetallurgischen Anwendung verwendet wird, und wenn FR = 16 s/50 g oder mehr als Grad für die Kugelbildung festgelegt wird, ist anzunehmen, daß das Pulver kugelförmiges Pulver ist, wohingegen bei groben Teilchen, bei denen die Messung des FR unmöglich ist, ein Verhältnis (a/b) zwischen dem großen Durchmesser (a) und dem geringen Durchmesser (b) des Teilchens im Bereich von 1 bis 1,3 als ähnlicher Anhaltspunkt angenommen werden kann.
Es folgt ein Beispiel, bei dem entweder Aluminiumpulver oder ein nichtmetallisches Pulver mit einem Pulver auf Eisenbasis als Rohmaterialpulver gemischt und diese Pulvermischung angewendet wird. Falls erforderlich kann Graphitpulver oder ein anderes Metallpulver oder Elemente, die während des Sinterverfahrens legieren, um die mechanische Eigenschaft zu verbessern, o.ä. eingemischt werden.
Das Mischen von Aluminiumpulver oder nichtmetallischem Pulver ist erforderlich, um das Schrumpfen des Sinterkörpers beim Sintern und Tränken zu begrenzen und außerdem einen Sinterkörper zu erhalten, der eine geringere Oberflächenrauheit hat. Obwohl der Wirkungsmechanismus des Aluminiumpulvers nicht vollständig bekannt ist, kann angenommen werden, daß das Aluminiumpulver durch die erhöhte Temperatur geschmolzen wird, sich dieses geschmolzene Produkt beim Verfahren dehnen kann, so daß es mit dem Eisenpulver reagiert, dies führt dazu, daß das Schrumpfen des geformten Körpers beim Sinterverfahren ausgeglichen wird.
Obwohl die Menge des zu vermischen Aluminiumpulvers nicht begrenzt ist, werden geeigneterweise 1 bis 15 Gew.-% bezüglich der Gesamtmenge des Pulvers auf Eisenbasis und des Aluminiumpulvers angewendet.
Nach einem von den Erfindern durchgeführten Versuch nimmt das Schrumpfen des Sinterkörpers beim Sintern und Tränken linear ab, und der Grad der Verringerung des Schrumpfens beträgt etwa 1 % pro 1 Gew.-% Aluminiumpulver. Da der Schrumpfungsgrad den Höchstwert von etwa 10% hat, wenn kein Aluminiumpulver eingemischt wird, kann das Vermischen mit 15 Gew.-% das Schrumpfen wirksam beschränken, und eine Menge von 1 Gew.-% hat eine geringere Wirkung.
Im Zusammenhang mit der Füllcharakteristik des gemischten Pulvers nach dem Mischen mit dem Pulver auf Eisenbasis und der Oberflächenrauheit des Sinterkörpers liegt die Teilchengröße des Aluminiumpulvers vorzugsweise im Bereich eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 1 bis 500 um; dies beruht auf der Tatsache, daß die Füllcharakteristik des gemischten Pulvers schlechter wird, wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser geringer als 1 um ist, und andererseits die Oberflächenrauheit des Sinterkörpers zunimmt, wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser 500 um übersteigt.
Obwohl die Reinheit des Aluminiumpulvers nicht eingeschränkt werden muß, soweit die Charakteristik des Sinterkörpers nicht beeinträchtigt wird, ist eine Gesamtmenge der Verunreinigungen von weniger als 20% bevorzugt.
Der Wirkungsmechanismus des nichtmetallischen Pulvers kann als ein Mechanismus angesehen werden, bei dem das abschließende Schrumpfen durch Verdrängung des Sinterphänomens begrenzt wird. Die Form des nichtmetallischen Pulvers ist nicht begrenzt, es kann jedoch auch ein kurzfasriges Pulver verwendet werden, z.B. eine Pulverform oder Whisker, die normalerweise bei Keramikmaterial verwendet werden. Obwohl die Mischungsmenge nicht begrenzt ist, ist ein Gewicht von weniger als 70 Gew.-% für das Gewicht des Pulvers mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger angemessen, das zum Schrumpfen des Pulvers auf Eisenbasis beiträgt. Wenn diese Menge 70% übersteigt, verringert sich nach einem von den Erfindern durchgeführten Versuch die Wirkung des Zusatzes von Metallpulver mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger, und gelegentlich zeigt sich, daß die Festigkeit des abschließenden Sinterkörpers beeinträchtigt wird, somit ist diese Menge nicht bevorzugt. Die Teilchengröße des nichtmetallischen Pulvers beträgt vorzugsweise 500 um oder weniger, da die Oberflächenrauheit des Sinterkörpers verstärkt wird, wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser 500 um übersteigt, und es ist ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser von mindestens 0,1 um oder mehr bevorzugt. Bei einem kurzfasrigen Pulver wird der geringe Durchmesser als typischer Durchmesser angewendet, dadurch kann es als normales Pulver angesehen werden. Die Art des nichtmetallischen Pulvers kann unbeschränkt sein, falls es keine merkliche flüssige Phase zeigt, wenn das Pulver auf Eisenbasis, z.B. Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) und Siliciumdioxid (SiO&sub2;) usw. gesintert werden sollen. Es kann auch Pulver angewendet werden, bei dem Zusätze mit dem Tränkmittel vermischt oder auf die Oberfläche des nichtmetallischen Pulvers aufgebracht sind, um die Benetzungscharakteristik mit dem tränkenden Metall zu verbessern.
Das Pulver auf Eisenbasis kann fast die Hälfte des Rohmaterialpulvers einnehmen; entsprechend den Anforderungen an die Eigenschaften des Sinterkörpers werden entweder reines Eisenpulver oder Stahllegierungspulver verwendet. Vorzugsweise wird zum Beispiel ein feines Pulver mit einem maximalen Teilchendurchmesser von 500 um und weiteren Teilchendurchmessern von 10 um oder weniger verwendet.
Die wie oben hergestellten Pulver werden miteinander gemischt. Obwohl dieses Nischungsverfahren mit einem normalen Mischer vom V-Typ oder einem Mischer vom Doppelschrotmühlen typ durchgeführt wird, ist der Mischer nicht auf diesen Typ begrenzt, wenn mit diesem Mischer die Konfiguration der Korngröße durch die Mahlwirkung nicht geändert wird. Beim Mischverfahren kann auch Graphitpulver zugesetzt werden.
Diese Mischungen werden in die bereits hergestellte Preßform gefüllt. Die Preßform kann angewendet werden, wenn das Pulver durch das Sintern eine bessere Festigkeit zeigt und seine Festigkeit ausreichend aufrechterhalten werden kann, bis eine Temperatur erreicht ist, bei der die Form der Preßform exakt übertragen wird, und die Übertragung der Preßform nicht durch eine zu starke Reaktion mit dem Pulver beeinträchtigt wird. Es wird normalerweise eine Keramikpreßform verwendet, die ihre Festigkeit bis zu einer hohen Temperatur beibehalten kann. Das Herstellungsverfahren dieser Form kann eine maschinelle Bearbeitung oder ein anderes Bearbeitungsverfahren der Keramikpreßform sein, das für ein exaktes Gießen ausreicht; und kurz gesagt können alle Herstellungsverfahren angewendet werden, mit denen eine hervorragende Rauheit der übertragenden Oberfläche und auch eine hervorragende Festigkeit erreicht werden können.
Das Beschickungsverfahren erfolgt bei trockenen Bedingungen, und es wird eine Schwingung angewendet, um die Fülldichte zu verbessern. Mit dieser Schwingung kann die oben genannte Wirkung der Teilchengrößenverteilung des Pulvers noch mehr verstärkt werden. Dieses Schwingungsverfahren kann durch elektromagnetische oder mechanische Schwingungen und andere Verfahren durchgeführt werden. Die Bedingungen für die Durchführung der Schwingung kann durch die Frequenz f (Hz), die Beschleunigung a (g) und die Amplitude d (mm) ausgedrückt werden, und diese Elemente stehen in folgendem Zusammenhang:
a = (2πf)²(d/2)/980
und somit können die Schwingungsbedingungen durch Bestimmung der oben genannten beiden Parameter definiert werden. Wenn das Pulver den Schwingungen ausgesetzt und gefüllt werden soll, erfolgt diese Schwingung bei einer Beschleunigung von 0,5 g oder mehr und einer Amplitude von 20 um, wodurch die Fülldichte ausreichend zunimmt.
Wenn die Beschleunigung auf unter 0,5 g verringert wird, wird die Bewegung der Teilchen zu stark gehemmt, und dies wird durch die Veränderung der Amplitude nicht beeinflußt so daß die Fülldichte nicht verbessert wird. Wenn die Amplitude geringer als 20 um ist, werden die Wirkung der Schwingung nicht erreicht und das Pulver nicht ausreichend gefüllt.
Die Füllcharakteristik kann außerdem verbessert werden, wenn ein geringerer Druck als bei der herkömmlichen Art des Heißpreßverfahrens angewendet wird. Obwohl ein Druck ausreichend ist, bei dem die Preßform nicht beschädigt wird, wird normalerweise ein Druck von 1 kg/cm² oder weniger angewendet. Dies hat den Vorteil, daß nicht nur die Füllcharakteristik durch die Wirkung des Drucks sondern auch die Übertragungskennlinie am Kantenteil des Formteils verbessert werden. Da durch die Anwendung des oben genannten Beschickungsverfahrens ein großes Produkt billiger und leicht geformt werden kann, ohne daß wie beim normalen Pulvermetallurgieverfahren eine teure Preßvorrichtung verwendet wird, ist die Erfindung für die Herstellung einer Spritzgußform mit einer großen Fläche von 1 m x 1 m sehr geeignet.
Beim folgenden Beispiel wird vor dem Füllen des Metallpulvers in die Preßform eine Schicht mit einer Dicke von weniger als 10 mm, die aus Metallpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 20 um besteht, mit der Oberfläche der Preßform verbunden und auf dieser Oberfläche gebildet.
Das mit der Preßform zu verbindende Pulver hat einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 20 um oder weniger und seine Dicke muß einen Wert von 10 mm oder weniger aufweisen. Zur Verbesserung der Oberflächenrauheit ist die Anwendung feiner Teilchen sehr wirksam. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser der feinen Teilchen 20 um übersteigt, beträgt die Oberflächenrauheit Ra nach dem Sinterverfahren mehr als 1 um, und somit wird die Wirkung der Beschichtung der Oberfläche mit den Teilchen aufgehoben. Der Grund für die Beschränkung der Dicke auf einen Wert von weniger als 10 mm besteht darin, daß bei einem Wert von mehr als 10 mm beim Sinterverfahren einige Risse erzeugt werden. Diese Risse können durch den Unterschied zwischen dem Schrumpfungsgrad des Füllpulvers und dem Schrumpfungsgrad des feinen Pulvers entstehen.
Obwohl dieses Verbindungsverfahren nicht besonders begrenzt ist, können ein Beschichtungsverfahren, bei dem Pulver in einem Lösungsmittelmedium verteilt ist, und ein Beschichtungsverfahren durch Sprühen u.ä. angewendet werden. Es ist auch die Anwendung eines Verfahrens möglich, bei dem eine bestimmte Menge einer Aufschlämmung, die im Lösungsmittelsmedium geschmolzen ist, in die Preßform eingeführt und diese Preßform geneigt wird, und die Oberfläche der Preßform anschließend gleichmäßig mit dem daran haftenden Pulver beschichtet werden kann. Dieses Verfahren ist für eine Preßform mit komplexer Form sehr wirksam. Beim Haften wird vor der Beschickung mit dem Pulver ein Vorsintern durchgeführt, um das Abblättern des haftenden Pulvers an der Oberfläche der Preßform zu verhindern.
Nach dem Haften wird das Pulver in die beschichtete Preßform gefüllt. Das Beschickungsverfahren erfolgt vorzugsweise durch Anwendung einer Schwingung oder durch ein Abstichverfahren.
Die Preßform kann eine Verbesserung der Festigkeit des Pulvers durch das Sinterverfahren bewirken; ihre Festigkeit ist bis zu einer Temperatur ausreichend, bei der die exakte Übertragung der Form der Preßform durchgeführt wird, und die Übertragung der Preßform wird durch eine übermäßige Reaktion mit dem Pulver nicht beeinträchtigt. Normalerweise wird eine Keramikpreßform verwendet, die ihre Festigkeit bis zu einer hohen Temperatur beibehalten kann. Die Preßform hat eine Form, bei der der Sinterkörper nach dem Sintern seine eigene Form beibehalten kann, oder eine Form, die ihre Funktion ohne einen übermäßigen Arbeitsaufwand erfüllen kann. Das Herstellungsverfahren dieser Form kann durch maschinelle Formgebung oder ein anderes Verfahren erfolgen, das für die Keramikpreßform geeignet ist, und wenn dieses Verfahren bei der Erzeugung der Rauheit der Übertragungsoberfläche hervorragend ist und eine besondere Festigkeit ergibt, kann kurz gesagt jedes Herstellungsverfahren angewendet werden.
Die mit Pulver gefüllte Preßform (Füllmaterial) wird dann in dieser Form in den Ofen gegeben, und danach folgt die Sinterwirkung. Wie es oben beschrieben wurde, ist es notwendig, daß die Preßform ihre Festigkeit bis zu einer Temperatur beibehält, bei der das Pulver die Festigkeit erzeugen kann, die vom Sinterverfahren hervorgerufen wird. Dieses Sinterverfahren wird in einer reduzierenden Atmosphäre, einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum durchgeführt, und nach dem Sintern wird die Preßform entnommen.
Da der erzeugte Sinterkörper in dieser Form nicht die erforderliche ausreichende Festigkeit aufweist, werden die im Sinterkörper verbleibenden Hohlräume mit einem Metall getränkt, das einen geringeren Schmelzpunkt als der Sinterkörper hat. Dieses Tränkverfahren kann in der reduzierenden Atmosphäre, der Inertgasatmosphäre oder im Vakuum durchgeführt werden. Als tränkendes Material kann ein Metall angwendet werden, das einen geringeren Schmelzpunkt als der Sinterkörper hat. Geeignete Materialien zum Tränken sind einige Metalle, wie Kupfer, eine Kupferlegierung, Zink, eine Zinklegierung, eine Aluminiumlegierung, eine Nickellegierung, Blei, eine Bleilegierung, Zinn und eine Zinnlegierung. Kupfer, eine Kupferlegierung, Zink oder eine Zinklegierung sind zum Tränken des Sinterkörpers geeigneter, der aus Pulver auf Eisenbasis besteht. Die Tränkmenge muß einen Wert haben, bei dem das Verhältnis der Dichte der tatsächlichen tränkenden Substanz bezüglich des Vakuumgrades größer als 90% ist, und falls dieser Wert geringer ist, wird ein unregelmäßig getränkter Zustand hervorgerufen, und die Härte und die Festigkeit werden aufgrund örtlich vorhandener restlicher Hohlräume verringert. Die Festigkeit des Produktes kann durch den Einfluß der Korngrößenkonfiguration des oben genannten Pulvers und durch den weiteren Einfluß des Tränkverfahrens verbessert werden. Dadurch kann die zu erzielende Festigkeit der Preßform erhalten werden.
Selbst wenn die Schritte des Sinterns und Tränkens in einem Schritt erfolgen, d.h. durch einen Wärmezyklus, kann die erreichte Wirkung nicht verändert werden. Das Zusammenfassen zu einem Schritt hat den Vorteil, daß der Schritt für die Herstellung der Preßform verkürzt werden kann.
Die Anwendung des oben genannten Herstellungsverfahrens ermöglicht eine deutliche Verkürzung des Schrittes für die Herstellung der Preßform, außerdem wird die Herstellung einer Preßform möglich, deren Oberflächenrauheit bzw. Festigkeit hervorragend sind.

Bevorzugte Ausführungsform 1

Zerstäubtes reines Eisenpulver mit unterschiedlichem Teilchendurchmesser und zerstäubtes Legierungsstahlpulver wurden wie in Tabelle 1 gezeigt gesichtet und hergestellt. Das Legierungsstahlpulver wies eine Zusammensetzung auf, die dem AISI-Standard 4600 (2Ni-0,5Mo) entspricht.
Diese Pulver wurden mit einem Mischer vom V-Typ gemischt, wodurch zwei Mischungsarten und drei Arten von Pulvermischungen hergestellt wurden, wie sie in Tabelle 2 gezeigt sind. Die Erfinder haben diese zwei Arten der Pulvermischungen geprüft. Dabei wurden der Bereich des Teilchendurchmessers und der Gewichtsanteil geändert und die Veränderung der Fülldichte gemessen und anschließend mit den drei erfindungsgemäßen Arten der Pulvermischung verglichen. In Tabelle 2 sind die Teilchengrößenverteilung und der Gewichtsanteil für die Erfindung und ein Vergleichsbeispiel gezeigt.
Die Beschickung erfolgte bei folgenden Bedingungen: eine Beschleunigung von 0,5G oder mehr, eine Amplitude von 20 um oder mehr, ein Zeitraum von 10 Minuten und eine maximale Fülldichte. Die Preßform für das Beschickungsverfahren wurde durch ein Shawverfahren hergestellt, bei dem die Keramikpreßform mit einer Preßform aus Holz und einer Preßform aus Silikonkautschuk hergestellt wird.
Diese mit Pulver gefüllte Preßform wurde eine Stunde lang bei 1000ºC gesintert. Nach dem Sinterverfahren wurde die Preßform entnommen, auf den Sinterkörper wurde ein Mittel zum Tränken mit Kupfer gegeben, und das Tränkverfahren wurde 30 Minuten lang bei 1120ºC durchgeführt. Dieses Material zum Tränken mit Kupfer wurde auf dem Sinterkörper angeordnet, wobei die tatsächliche Spritzoberfläche der Preßform nach unten zeigte und das Tränkmaterial nicht in einem direkten Kontakt mit der Spritzoberfläche stand. Da dieser direkte Kontakt zum Haften des Tränkmaterials nach dem Tränkverfahren führen und außerdem eine unregelmäßige Oberfläche hervorrufen kann, wird das Material in keinen direkten Kontakt gebracht. Es wurde eine Menge des Mittels zum Tränken mit Kupfer ausgewählt, mit der die Hohlräume des Sinterkörpers ausreichend gefüllt wurden. Die Form des getränkten Sinterkörpers beträgt etwa 200 mm (Länge) x 200 mm (Breite) x 60 mm (Höhe) und seine Oberfläche war dreidimensional gekrümmt. Die Querbruchfestigkeit wurde mit einem Versuchsstück mit 6 mm (Höhe) x 10 mm (Breite) x 35 mm (Länge) durchgeführt, das vom getränkten Sinterkörper erhalten wurde.
In Tabelle 2 sind das erfindungsgemäße Beispiel und das Vergleichsbeispiel als auch die Fülldichte, die Oberflächenrauheit, die Festigkeit (Querbruchfestigkeit) und die Härte gezeigt. Diese Zusammenhänge sind in den Figuren 1 und 2 graphisch dargestellt. Siehe Tabelle 2 und Fig. 1. Es wird deutlich, daß ungeachtet der Tatsache, daß die Fülldichte des erfindungsgemäßen Materials leicht 74% erreichen kann, zwei Teilchenarten das erfindungsgemäße Material nicht übertrafen, selbst wenn das Verhältnis des Teilchendurchmessers 48 beträgt. Siehe Tabelle 2 und Fig. 2. Das erfindungsgemäße Material ist dem Vergleichsmaterial bei der Oberflächenrauheit stark überlegen, und diese Oberflächenrauheit kann verbessert werden, wenn drei Teilchenarten angewendet werden. Die Erfindung ist außerdem bei der Anwendung der gleichen Stahlsorten bei der Festigkeit (Querbruchfestigkeit) und der Härte überlegen. Die Anwendung eines Legierungsstahlpulvers bewirkt eine weitere Verbesserung der Festigkeit und Härte. Selbst bei der Anwendung eines Legierungsstahlpulvers können die beiden Stahlpulverarten ähnlich wie im Falle von reinem Eisen die Oberflächenrauheit nicht verbessern, so daß die Oberflächenrauheit nicht von der Pulverzusammensetzung sondern im wesentlichen von der Teilchengrößenverteilung abhängt. Tabelle 1 Art Symbol durchschnittl. Teilchendurchm. (um) Teilchendurchmessers (um) Verhältnis des Teilchendurchmessers Reines Eisenpulver Legierungsstahlpulver Tabelle 2 durchschn. Teilchendurchmesser (fein:mittel:grob) Anteil (%) (fein:mittel:grob) verwendetes Pulver Fülldichte (%) Oberflächenrauheit (Ra) Querbruchfestigkeit (kgf/mm²) [Pa] Härte Bevorz. Ausf.-form Vergleichsbeispiel

Bevorzugte Ausführungsform 2

Pulver mit unterschiedlicher Teilchengrößenverteilung (-10 um, -63 um/+15 um, -500 um/+150 um) wurde durch Sichten des zerstäubten reinen Eisenpulvers hergestellt. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser war wie in Tabelle 1 gezeigt. Die Erfinder stellten außerdem Pulver mit einer unterschiedlichen Teilchengrößenverteilung von -15 um/+10 um oder -150 um/+63 um her. Diese Pulver wurden in den entsprechenden in Tabelle 3 gezeigten Anteilen gemischt.
Dann stellten die Erfinder in der gleichen Weise wie bei der bevorzugten Ausführungsform 1 getränkte Sinterkörper her. Die Oberfläche der Preßform wurde mit Schleifpapier geschliffen, so daß sie eine Rauheit Ra bis zu 0,1 um aufwies, und es wurde die erforderliche Zeit gemessen.
In Tabelle 3 sind die Oberflächenrauheit, die Festigkeit (Querbruchfestigkeit), die Fülldichte und das Verhältnis der erforderlichen Zeit bis zum Ende des Schleifens der Oberfläche des hergestellten getränkten Sinterkörpers gezeigt (bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt g 1). Das Pulver mit -63 um/+15 um und -500 um/+150 um und weniger als 20 Gew.-% und das Pulver mit -10 um und Weniger als 10 Gew.-% zeigte eine verringert Fülldichte, eine ungleichmäßige Oberflächenrauheit und eine geringe Festigkeit (Querbruchfestigkeit). Die Oberflächenrauheit wird auch durch feines Pulver mit -10 um und mehr als 50 Gew.-% verbessert. Die Fülldichte hat dabei nicht derart abgenommen; somit kann dies als Zunahme der Rauheit angesehen werden, die durch örtliches Schrumpfen durch die gestiegene Menge feiner Teilchen hervorgerufen wird, und folglich kann die steigende Fülldichte nicht notwendigerweise zur Verbesserung der Oberflächenrauheit führen.
Wenn die Gesamtmenge an -10 um, -63 um/+15 um, -500 um/+150 um 90 Gew.-% nicht erreicht, wird die Fülldichte nicht verbessert, und auch die Festigkeit nimmt ab. Wenn diese mehr als 90 Gew.-% betragen, werden die Fülldichte und die Festigkeit nicht so stark beeinflußt, und es kann eine hohe Qualität erzielt werden. Je geringer die Oberflächenrauheit nach dem Tränken ist, desto geringer ist außerdem die Schleifzeit, und sie kann anscheinend bis auf etwa 1/4 reduziert werden.

Bevorzugte Ausführungsform 3

Es wurde gemischtes Pulver mit drei Pulverarten (A, C, D) des zerstäubten reinen Eisenpulvers verwendet, das bei der bevorzugten Ausführungsform 1 angewendet wurde, und das Sintern erfolgte in der gleichen Weise wie bei der bevorzugten Ausführungsform 1.
Dabei wurde der Schwingungszustand bei der Beschickung geändert, um die Dichte des abschließenden getränkten Sinterkörpers zu regeln. Die Kupfermenge wurde dabei konstant gehalten: (Gewicht an Kupfer/Gewicht des getränkten Sinterkörpers) x 100 = 25.
In Fig. 3 ist das Verhältnis zwischen der Festigkeit (Querbruchfestigkeit) des getränkten Sinterkörpers und seiner Dichte gezeigt. Wenn die Fülldichte geringer als 90% ist, wird die Festigkeit zu stark verringert, somit muß die Fülldichte des getränkten Sinterkörpers mehr als 90% betragen. Tabelle 3 Gewichsanteil (Gew.-%) andere Fülldichte (%) Oberflächenrauheit Ra (um) Vehältnis der Schleifzeit Querbruchfestigkeit (kgf/mm²) [Pa] Bevorzugte Ausführungsform Vergleichsbeispiel Bemerkung: * gibt das Verhältnis der Schleifzeit an, bis Ra = 0,1 um erreicht ist. Das Schleifen wird mit Schleifpapier durchgeführt.

Bevorzugte Ausführungsform 4

Es wurde gemischtes Pulver mit drei Pulverarten (A, C, D) des zerstäubten reinen Eisenpulvers verwendet, das bei der bevorzugten Ausführungsform 1 angewendet wurde, und das Sintern erfolgte in der gleichen Weise wie bei der bevorzugten Ausführungsform 1.
Der Schwingungszustand bei der Beschickung wurde dabei geändert, um die Fülldichte zu ändern, und anschließend wurde die Kupfermenge des abschließenden getränkten Sinterkörpers geregelt. Danach wurden die Querbruchfestigkeit und die Oberflächenrauheit des Materials mit einer Fülldichte des getränkten Sinterkörpers von mehr als 90% gemessen.
Fig. 4 zeigt den Einfluß der Kupfermenge auf die Querbruchfestigkeit und die Oberflächenrauheit. Selbst wenn die Fülldichte mehr als 90% beträgt, ist ersichtlich, daß die Oberflächenrauheit zunimmt, wenn die Kupfermenge 35 Gew.-% bezüglich des getränkten Sinterkörpers übersteigt.

Bevorzugte Ausführungsform 5

Es wurde gemischtes Pulver mit drei Pulverarten (A, C, D) des zerstäubten reinen Eisenpulvers verwendet, das bei der bevorzugten Ausführungsform 1 angewendet wurde, und die Fülldichte wurde bei einem geänderten Schwingungszustand untersucht.
Die Form des Behälters betrug 50 mm (Durchmesser) x 50 mm (Höhe) und die Schwingungszeit 10 Minuten.
In Fig. 5 ist der Einfluß des Schwingungszustandes (Amplitude) auf die Fülidichte gezeigt. Um die Fülldichte zu verbessern, sind eine Beschleunigung von 0,5 g oder mehr und eine Amplitude von 20 um oder mehr erforderlich.

Bevorzugte Ausführungsform 6

Als Pulver auf Eisenbasis wurden Pulver mit einem Teilchengrößenbereich von -10 um, 15 bis 150 um, 250 bis 1000 um hergestellt. Das Pulver mit -10 um war Carbonyleisenpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 4,2 um und die Pulver mit 15 bis 150 um und 250 bis 1000 um waren zerstäubte Eisenpulver.
Diese Pulver wurden mit einem Mischer vom V-Typ gemischt, wodurch ein gemischtes Pulver mit einem bestimmten Gewichtsanteil hergestellt wurde, wie es in Tabelle 4 gezeigt ist. Dieser Gewichtsanteil wurde geändert, und danach wurde die Änderung der Eigenschaft gemessen. In Tabelle 4 sind erfindungsgemäße Beispiele und Vergleichsbeispiele gezeigt.
Das Beschickungsverfahren erfolgte 10 Minuten lang bei einer Beschleunigung von 0,5 G oder mehr und einer Amplitude von 20 um oder mehr und bei Bedingungen, bei denen die Fülldichte den Höchstwert aufwies. Die Preßform für die Beschickung wurde nach dem Shawverfahren zur Herstellung einer Keramikpreßform hergestellt, wobei eine Preßform aus Holz und eine Preßform aus Silikonkautschuk verwendet wurden. Auf die Oberfläche des mit diesen Pulvern beschickten Körpers wurde ein Material zum Tränken mit Kupfer gegeben, das aus einem Kupferlegierungspulver bestand und zu einem Block geformt worden war. Die Keramikpreßform, der mit Pulver beschickte Körper und das Tränkmaterial wurden in einen Ofen gegeben, 70 Minuten lang bei 1010ºC in einer Stickstoffgasatmosphäre erwärmt, wodurch der beschickte Körper gesintert wurde, und danach zwei Stunden lang auf 1130ºC erwärmt, damit das geschmolzene Tränkmaterial in den Sinterkörper eindringen kann. Die Haltezeit bei 1130ºC betrug 100 Minuten, danach wurde der Ofen abgekühlt. Die Form des getränkten Sinterkörpers betrug etwa 200 mm (Länge) x 200 mm (Breite) x 60 mm (Höhe) und die Oberfläche war dreidimensional gekrümmt.
Nach dem Abkühlen wurde der getränkte Sinterkörper aus der Keramikpreßform genommen, seine Größe wurde gemessen, und der Schrumpfungsgrad beim Sintern und Tränken wurde berechnet.
Tabelle 4 zeigt die Oberflächenrauheit, die Fülldichte, das Verhältnis der Schleifzeit und den Zusammenhang zwischen dem Schrumpfungsgrad und Rissen bei den Ausführungsformen dieser Erfindung als auch bei Vergleichsbeispielen.
Die bevorzugten Ausführungsformen b und c wurden als Varianten der bevorzugten Ausführungsform a hergestellt, wobei der Anteil der feinen Teilchen (-10 um) geändert und das Verhältnis der mittleren Teilchen (15 bis 150 um) zu den groben Teilchen (250 bis 1000 um) konstant gehalten wurde, und diese Ausführungsformen entsprechend den Vergleichsbeispielen i und j. Die bevorzugten Ausführungsformen d und e wurden als Varianten der bevorzugten Ausführungsform a hergestellt, wobei der Anteil der mittleren Teilchen (15 bis 150 um) geändert wurde, während das Verhältnis der feinen Teilchen zu den groben Teilchen konstant blieb, diese Ausführungsformen entsprechen den Vergleichsbeispielen k und l. Die bevorzugten Ausführungsformen £ und g wurden als Varianten der bevorzugten Ausführungsform a hergestellt, wobei der Anteil der groben Teilchen geändert wurde, während das Verhältnis der feinen Teilchen zu den groben Teilchen konstant blieb, und diese Ausführungsformen entsprechen den Vergleichsbeispielen m und n. Die bevorzugte Ausführungsform h wurde hergestellt, indem dem Pulver der bevorzugten Ausführungsform a ein Teil Pulver mit einer Teilchengrößenverteilung außerhalb des bestimmten Bereiches zugegeben wurde, und diese Ausführungsform entspricht dem Vergleichsbeispiel o.
Die Nachbearbeitungszeit wird als Summe der erforderlichen Zeit zur Verbesserung der Oberflächenrauheit Ra = 0,1 um des gesinterten und getränkten Körpers und der Korrekturzeit für im Sinterkörper erzeugte Risse und Deformationen ausgedrückt. Der Sinterkörper mit hervorragender Oberflächenrauheit kann beim Sintern und Tränken Risse bilden. Bei einem Sinterkörper mit Ra = 2,0 um (Vergleichsbeispiel j) zeigte sich, daß die Korrekturzeit für Risse und für die Deformation das dreifache der Zeit zum Schleifen der Oberfläche betrug.
Wenn der Sinterkörper selbst bei steigender Oberflächenrauheit keine Deformation und Risse zeigt, kann somit die für die Bearbeitung erforderliche Zeit verkürzt werden, und es ergeben sich einige Vorteile, da die Nachbearbeitungszeit nicht zunimmt, d.h. daß die erforderliche Nachbearbeitungszeit auf die Hälfte des Wertes verringert wurde.
Siehe Tabelle 4. Wenn der Anteil der feinen Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von -10 um geringer als 3% ist (Vergleichsbeispiel i), nimmt die Rauheit ab, es werden keine Risse im Sinterkörper gebildet, es ist jedoch eine zu lange Schleifzeit erforderlich. Wenn dieser Anteil andererseits 25% übersteigt (Vergleichsbeispiel j), nimmt die Fülldichte ab, der Schrumpfungsgrad wird ebenfalls geringer und im Sinterkörper können dann Risse gebildet werden. Es ist in ähnlicher Weise erkennbar, daß bei einem geringeren Anteil des Pulvers mit mittleren Teilchen (15 bis 150 um) als 30 Gew.-% (Vergleichsbeispiel 1) der Sinterkörper keine Risse bilden kann, die Oberflächenrauheit jedoch zunimmt und das Schleifverfahren viel Zeit benötigt. Wenn dieser Anteil andererseits 60 Gew.-% übersteigt (Vergleichsbeispiel k), nimmt die Fülldichte ab und der Schrumpfungsgrad steigt, wodurch im Sinterkörper einige Risse gebildet werden. Wenn der Anteil des Pulvers mit groben Teilchen (250 bis 1000 um) geringer als 30 Gew.-% ist, nimmt die Fülldichte nicht zu, es werden jedoch einige Risse gebildet (Vergleichsbeispiel n), und wenn andererseits dieser Anteil 60 Gew.-% übersteigt, bildet der Sinterkörper keine Risse, seine Oberflächenrauheit wird ungleichmäßig, das Schleifverfahren dauert lange, und die Nachbearbeitungszeit nimmt zu (Vergleichsbeispiel m).
Wenn die Gesamtmenge der Pulver mit Teilchen mit einem Durchmesser von -10 um, 15 bis 150 um und 250 bis 1000 um 90 Gew.- % nicht erreicht, wird die Fülldichte nicht verbessert, und durch das Schrumpfen beim Sinterverfahren können Risse gebildet werden. Wenn diese Materialien mehr als 90 Gew.-% betragen (Vergleichsbeispiel o), wird die Fülldichte nicht beeinflußt, und das Auftreten von Rissen kann verhindert werden (bevorzugte Ausführungsform h). Es kann darauf verwiesen werden, daß jede der bevorzugten Ausführungsformen ein relativ geringes Verhältnis der Nachbearbeitungszeit aufweist und einen wesentlichen Vorteil dieses Verfahrens darstellen kann, wie es oben beschrieben wurde. Tabelle 4-1 Mischungsanteil (Gew.-%) Teilchendurchmesser (feine Teilchen) mittlere Teilchen gobe Teilchen andere Bevorz. Ausf.-form Vergl.-beispiel Bemerkung: R&sub1;: Verhältnis der Teilchen (63 bis 150 um) zu den Teilchen (15 bis 150 um) R&sub2;: Verhältnis der Teilchen (500 bis 1000 um) zu den Teilchen (250 bis 1000 um) Tabelle 4-2 (Fortsetzung) Teilchendurchmesser Oberflächenrauheit Ra (um) Fülldichte (%) Nachbearbeitungszeit * Verh.der Zeit** Schleifen Reparatur Schrumpfungsgrad (%) Risse vorhanden/nicht vorhanden keine gebildet Bemerkung: * Nachbearbeitungszeit = Schleifzeit + Reparturzeit vorausgesetzt, daß in der Schleifzeit Ra = 0,1 um erreichtwird. Das Scheifen wird mit Schleifpapier ausgeführt. ** Vergleichsbeispiel j = 1

Bevorzugte Ausführungsform 7

Pulver, bei dem der Anteil der Teilchengrößenkonfiguration der mittleren Teilchen und der groben Teilchen wie in Tabelle 5 gezeigt geändert worden war, wurde zur Herstellung eines getränkten Sinterkörpers verwendet, wobei die Bedingungen für die Beschickung, das Sintern und das Tränken der bevorzugten Ausführungsform 6 ähnlich waren, und die Eigenschaften wurden gemessen. In Tabelle 5 sind die Oberflächenrauheit, die Fülldichte und der Zusammenhang zwischen dem Schrumpfungsgrad und Rissen bei erfindungsgemäßen Beispielen und Vergleichsbeispielen als Gesamtbetrag gezeigt.
Bei dem bei der bevorzugten Ausführungsform q verwendeten Pulver wurden das Pulver mit mittleren Teilchen und das Pulver mit groben Teilchen zehnmal mit einer Hammermühle zerkleinert, wodurch einige kugelförmige Teilchen hergestellt wurden, und diese Teilchen wurden dann vor dem Zerkleinern auf eine Partikelgröße ausgeglichen und anschließen im Versuch verwendet. Wenn das Ausmaß der Kugelform der Teilchen durch das Verhältnis zwischen dem großen Durchmesser a und dem geringen Durchmesser b (a/b) ausgedrückt wird, betrug der Durchschnittswert bei 20 Teilchen, die unter einem optischen Mikroskop beobachtet wurden, für das Pulver mit groben Teilchen 1,05 und für das Pulver mit mittleren Teilchen 1,2. Das Verhältnis zwischen dem großen Durchmesser und dem geringen Durchmesser des Pulvers, das keine kugelförmige Teilchen gebildet hatte, betrug für das Pulver mit den groben Teilchen 1,40 und für das Pulver mit den mittleren Teilchen 1,45. Die Auswertung des Fließvermögens betrug für das Pulver mit den mittleren Teilchen vor dem Herstellungsverfahren für kugelförmige Teilchen 15,5 s/50 g und nach dem Herstellungsverfahren für kugelfförmige Teilchen 17,9 s/50 g. Bei dem Pulver mit den groben Teilchen konnte jedoch das Fließvermögen aufgrund des hohen Teilchendurchmessers nicht gemessen werden.
Das Vergleichsbeispiel r zeigt einen Fall, bei dein der Anteil von 63 bis 150 um bei den mittleren Teilchen (15 bis 150 um) nicht 35 Gew.-% erreicht, und das Vergleichsbeispiel s zeigt einen Fall, bei dem der Anteil von 500 bis 1000 um bei groben Teilchen (250 bis 1000 um) nicht 35 Gew.-% erreicht. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß in einem Fall, bei dem der Anteil von 63 bis 150 um bei mittleren Teilchen (15 bis 150 um) und der Anteil von 500 bis 1000 um bei groben Teilchen (250 bis 1000 um) jeweils geringer als 35 Gew.-% ist, die Fülldichte nicht zunimmt und der Schrumpfungsgrad steigt wodurch Risse entstehen.
Die Herstellung kugelförmiger Teilchen kann die Fülldichte und die Oberflächenrauheit verbessern, der Schrumpfungsgrad wird ebenfalls begrenzt, und durch die Bildung kugelförmiger Teilchen kann eine verbesserte Charakteristik erhalten werden. Tabelle 5 Mischungsanteil (Gew.-%) Teilchendurchmesser andere Oberflächenrauheit Ra (um) Fülldichte Schr.-grad (%) Risse (vorhanden/nicht vorhanden) Bevorz. Ausf. Vergl.-beispiel *) Nachdem sie mit einer Hammermühle in eine kugelähnliche Form gebracht wurden; die Korngrößenkonfiguration ist geregelt. R&sub1;: Verhältnis der Teilchen (63 bis 150 um) zu den Teilchen (15 bis 150 um) R&sub2;: Verhältnis der Teilchen (500 bis 1000 um) zu den Teilchen (250 bis 1000 um)

Bevorzugte Ausführungsform 8

Es wurde Pulver verwendet, bei dem kurze rostfreie Fasern, die als Zusatz wirken, in verschiedenen Anteilen auf der Basis des in der bevorzugten Ausführungsform a verwendeten Pulvers gemischt wurden, der Sinterkörper wurde bei Bedingungen für Beschickung, Sintern, Tränken hergestellt, die der bevorzugten Ausführungsform 6 ähnlich sind, und seine Charakteristik wurde gemessen. Diese kurzen rostfreien Fasern waren SUS304. Es wurden Fasern mit einem großen Durchmesser von etwa 3 mm und einem geringen Durchmesser von etwa 1,03 mm verwendet. In Tabelle 6 sind die Oberflächenrauheit, die Fülldichte und das Verhältnis zwischen dem Schrumpfungsgrad und Rissen bei erfindungsgemäßen Beispielen und Vergleichsbeispielen gezeigt.
Siehe Tabelle 6. Die Zugabe kurzer Fasern kann die Fülldichte etwas verringern, der Schrumpfungsgrad wird unter dem Einfluß der Zugabe der kurzen Fasern begrenzt, außerdem wird auch die Festigkeit verbessert.
Im Vergleichsbeispiel v betrug der Anteil der zugegebenen kurzen rostfreien Fasern 16%, und die Fülldichte war sehr stark verringert, der Schrumpfungsgrad hatte zugenommen, und es waren einige Risse gebildet worden. Die Festigkeit war ebenfalls geringer.
Beim oben genannten ist es bevorzugt daß die Zugabemenge der kurzen Fasern 15 Gew.-% oder weniger beträgt. Tabelle 1-6 Mischungsanteil (Gew.-%) Teilchendurchmesser anderer zugegebene Fasern Bevorz. Ausf.-form Vergl.-beispiel (Gleiche Teilchengrößenverteilung bei Pulver ) * *) Mischungsanteil für die Teilchen außer den kurzen Fasern R&sub1;: Verhältnis der Teilchen (63 bis 150 um) zu den Teilchen (15 bis 150 um) R&sub2;: Verhältnis der Teilchen (500 bis 1000 um) zu den Teilchen (250 bis 1000 um) Tabelle 6-2 (Fortsetzung) Teilchendurchmesser Oberflächenrauheit Ra (um) Fülldichte Querbruchfestigket (kgf/mm²) [Pa] Risse (vorhanden/nicht vorhanden) Bevorz. Ausf. Vergl.-beispiel keine vorhanden

Bevorzugten Ausführungsform 9

Als Pulver auf Eisenbasis verwendeten die Erfinder Pulver auf Eisenbasis, bei dem 40 Gewichtsteile zerstäubtes reines Eisenpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 139 um (Teilchengrößenbereich 100 bis 200 um), 25 Gewichtsteile zerstäubtes reines Eisenpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 29 um (Teilchengrößenbereich 15 bis 63 um) und 25 Gewichtsteile Carbonyleisenpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 4,2 um (Teilchengrößenbereich 10 um oder weniger) gemischt waren und die Teilchengrößenkonfiguration geregelt war. 5,7 Gewichtsteile Aluminiumpulver mit einer Reinheit von 98% und mit einem mittleren Teilchendurchmesser 61 um (Teilchengrößenbereich von 40 bis 100 um) wurde mit 94,3 Gewichtsteilen des gemischten Eisenpulvers gemischt, wodurch ein gemischtes Pulver hergestellt wurde.
Als Preßform wurde eine Keramikform mit einer Oberflächenrauheit (Ra-Wert) von 0,3 um verwendet, die zuerst unter Schwingungen mit der Mischung beschickt wurde. Das Material zum Tränken mit Kupfer war Messingpulver, das zu einem Block gepreßt worden war und auf die Oberfläche des beschickten Körpers gegeben wurde. Die Keramikform, der mit Pulver gefüllte Körper und das Tränkmaterial wurden in einen Ofen gegeben und 70 Minuten lang bei 1010ºC in einer Stickstoffgasatmosphäre erwärmt. Der beschickte Körper wurde gesintert, seine Temperatur wurde anschließend zwei Stunden lang auf 1130ºC erhöht, um das Tränkverfahren durch Schmelzen des Tränkmaterials zu fördern. Die Haltezeit bei 1130ºC betrug 100 Minuten, der Ofen wurde anschließend abgekühlt.
Nach dem Abkühlen wurde der getränkte Sinterkörper aus der Keramikform entnommen, seine Größe wurde gemessen, und der Schrumpfungsgrad durch Sintern und Tränken wurde mit 1,4% berechnet.
Die Oberflächenrauheit an der Seitenoberfläche, die die Keramikform berührte, wurde mit Ra = 1,6 mu gemessen. Ein Sinterkörper mit diesem Wert kann als Form für den Spritzguß von Kunststoffen verwendet werden.

Bevorzugte Ausführungsform 10

Als Pulver auf Eisenbasis wurde Eisenpulver mit der gleichen Teilchengrößenkonfiguration wie bei der bevorzugten Ausführungsform 9 verwendet. 3,5 Gew.-% Aluminiumoxidpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 40 um (Teilchengrößenbereich 15 bis 100 um) wurde mit 96,5 Gewichtsteilen des gemischten Pulvers gemischt, wodurch ein gemischtes Pulver hergestellt wurde.
Dieses gemischte Pulver wurde in der gleichen Weise wie bei den vorangegangenen bevorzugten Ausführungsformen behandelt.
Nach dem Kühlen wurde der getränkte Sinterkörper aus der Keramikform genommen, seine Größe wurde gemessen, und der Schrumpfungsgrad beim Sintern und Tränken wurde mit 1,7% berechnet.
Die Oberflächenrauheit an der Seitenoberfläche, die die Keramikform berührte, wurde mit Ra = 1,5 um gemessen. Ein Sinterkörper mit diesem Wert kann zum Beispiel als Preßform für den Spritzguß von Kunststoffen verwendet werden.

Vergleichsbeispiel 1

Die Versuche wurden in der gleichen Weise wie bei der bevorzugten Ausführungsform 9 durchgeführt, abgesehen von dem Fall, bei dem weder Aluminiumpulver noch Aluminiumoxidpulver eingemischt wurde.
Als Ergebnis betrug der Schrumpfungsgrad beim Sinter- und Tränkverfahren 5,6%. Wenn zur Anwendung des Sintervorganges eine Preßform mit komplexer Form verwendet wird, die dieses Material räumlich einschränkt, führt dies bei einem starken Schrumpfen (über 2%) zu einem Sinterkörper, der zwangsläufig Risse aufweist, und somit kann das Sintern damit nicht durchgeführt werden.
Die Oberflächenrauheit Ra betrug 1,7 um, dies war der gleiche Wert wie bei der bevorzugten Ausführungsform 1.

Bevorzugte Ausführungsform 11

8,1 Gewichtsteile Aluminiumpulver mit einer Reinheit von 99% und einem mittleren Teilchendurchmesser von 36 um (Teilchengrößenbereich 15 bis 63 um) wurde mit 91,9 Gewichtsteilen zerstäubtem Legierungsstahlpulver (1,5% Ni, 0,5% Cu, 0,5% Mo) mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 67 um (Teilchengröße 10 bis 180 um) gemischt, danach wurde abgesehen von der oben genannten Bedingung ein Versuch unter den gleichen Bedingungen wie bei der bevorzugten Ausführungsform 9 durchgeführt.

Bevorzugte Ausführungsform 12

5,2 Gewichtsteile Aluminiumoxidpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 36 um (Teilchengrößenbereich 15 bis 63 um) wurde in der gleichen Weise wie bei der bevorzugten Ausführungsform 11 mit 94,8 Gewichtsteilen zerstäubtem Legierungsstahlpulver (1,5% Ni, 0,5% Cu, 0,5% Mo) gemischt, und abgesehen von der oben genannten Bedingung erfolgte der Versuch bei den gleichen Bedingungen wie bei der bevorzugten Ausführungsform 5. Als Ergebnis betrug der Schrumpfungsgrad beim Sinter- und Tränkverfahren 0,9% und die Oberflächenrauheit des Sinterkörpers hatte einen befriedigenden Wert von Ra = 1,9 um.

Vergleichsbeispiel 2

Der Versuch wurde bei den gleichen Bedingungen wie bei der bevorzugten Ausführungsform 11 durchgeführt, außer daß weder Aluminiumpulver noch Aluminiumoxidpulver eingemischt wurden.
Der Schrumpfungsgrad beim Sinter- und Tränkverfahren hatte den hohen Wert von 6,8%, die Oberflächenrauheit wies einen befriedigenden Wert von Ra = 1,6 um auf. Es entstand jedoch genau wie beim Vergleichsbeispiel 1 ein einschränkender Riß, dies führte dazu, daß das Sintern nicht durchgeführt werden konnte.

Bevorzugte Ausführungsform 13

Es wurde zerstäubtes reines Eisenpulver mit einem unterschiedlichen Teilchendurchmesser hergestellt, wie es in Tabelle 7 gezeigt ist, und wie in Tabelle 8 gezeigt gemischt, wodurch das Pulver für die Beschickung hergestellt wurde. Beim Mischen wurde ein Mischer vom V-Typ verwendet.
Als haftendes Pulver wurde Carbonyleisenpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 8,0 um verwendet.
Die Preßform für das Beschickungsverfahren war eine Keramikpreßform mit einer Oberflächenrauheit Ra = 0,3 um.
Das Haftverfahren erfolgte durch Mischen mit Aceton, das 1 Gew.-% Campher enthielt, und Auftragen des pastenartigen gemischten Materials mit einem Pinsel. Die Dicke betrug 3 mm. Als Vergleichsmaterial wurde außerdem eine Preßform hergestellt, die kein haftendes Material aufwies.
Das Beschicken erfolgte unter Anwendung von Schwingungen.
Die mit diesem Pulver beschickte Preßform wurde 60 Minuten lang bei 1120ºC in Wasserstoffgas gesintert. Nach dem Sintern wurde die Form zerteilt, und die Oberflächenrauheit der die Keramikform berührenden Oberfläche wurde gemessen. Die an der Keramikpreßform haftende Pulverschicht war ausreichend mit dem zugeführten Pulver in Kontakt gekommen.
In Tabelle 8 ist die Oberflächenrauheit von erfindungsgemäßen Beispielen und Vergleichsbeispielen gezeigt. Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Materialien (a, b, c) den Vergleichsmaterialien (d, e, f) stark überlegen sind.

Bevorzugte Ausführungsform 4

Als Pulver zum Beschicken wurde das in Tabelle 7 gezeigte Pulver d und als haftendes Pulver Carbonyleisenpulver verwendet, das das gleiche wie bei der bevorzugten Ausführungsform 13 war. Das Sinterverfahren erfolgte bei den gleichen Bedingungen wie bei dieser bevorzugten Ausführungsform. Die Dicke des haftenden Pulvers wurde auf 0,5, 1, 3, 10 bzw. 14 mm geändert, und der Einfluß dieser Dicke wurde gemessen.
Tabelle 9 zeigt den Einfluß der Dicke auf einige Risse in der Oberfläche. Wenn die haftende Schicht 10 mm überstieg, zeigte die Oberfläche bestimmte Risse. Tabelle 7 Kalssifizierung Art Symbol mittlerer Teilchendurchmesser (um) Teilchendurchmesser (um) Für die Beschrickung Zum Haften Reines Eisenpulver Carbonyleisenpulver mesh Tabelle 8 Pulver für die Beschickung Haftendes Pulver Sintekörper Art Mischungsanteil (Gew.-%) Dicke (mm) Oberflächenrauheit Ra (um) * Vergleichsbeispiel Tabelle 9 Haftendes Pulver Pulver für die Beschickung Art Dicke (mm) Oberflächenrauheit Ra (um) Risse in der Oberfläche nicht vorhanden X vorhanden * Vergleichsbeispiel

Bevorzugte Ausführungsform 15

Als Pulver für die Beschickung wurde das in Tabelle 7 gezeigte Pulver D und als haftendes Pulver gesichtetes zerstäubtes reines Eisenpulver mit dem in Tabelle 10 gezeigten mittleren Teilchendurchmesser verwendet. Die Dicke des haftenden Pulvers betrug 1 mm, das Sinterverfahren erfolgte bei den gleichen Bedingungen wie bei der bevorzugten Ausführungsform 13, und der Einfluß des haftenden Pulvers auf die Oberflächenrauheit wurde gemessen. Als Vergleichsmaterial stellten die Erfinder ein Material mit haftendem Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser mit 23 um (m) und ein weiteres Material her, bei dem als Pulver für die Beschickung ein gemischtes Pulver aus A, B, C und kein haftendes Pulver verwendet wurde (f).
In Tabelle 10 ist die Oberflächenrauheit des hergestellten Sinterkörpers gezeigt. Wenn der mittlere Teilchendurchmesser des haf tenden Pulvers 20 um übersteigt, beträgt die Oberflächenrauheit etwa 2 um; dies ist etwa das gleiche wie beim Sinterkörper f, bei dem die Korngrößenkonfiguration für das Pulver für die Beschickung angewendet und kein haftendes Pulver verwendet wird. Damit ein Sinterkörper mit einer Oberflächenrauheit Ra = 1 um oder weniger erhalten wird, muß der mittlere Teilchendurchmesser des haftenden Pulvers 20 um oder weniger betragen. Tabelle 10 Haftendes Pulver Pulver für die Beschickung Art Dicke (mm) mittlerer Teilchendurchmesser (um) Oberflächenrauheit Ra (um) * Vergleichsbeispiel

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Sinterkörpers mit den Schritten: Beschicken einer vibrierenden Druckform mit einer Mischung aus im wesentlichen drei Metallpulverarten, wobei: die erste Art aus groben Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 150 bis 500 um besteht und 20 bis 60 Gew.% des Körpers bildet, die zweite Art aus mittleren Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 15 bis 63 um besteht und 20 oder mehr Gew.% des Körpers bildet, die dritte Art aus feinen Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger besteht und 10 bis 50 Gew.% des Körpers bildet; jede Teilchenart eine kontinuierliche Teilchengrößenverteilung hat; die Größenverteilung der groben Teilchen, die Größenverteilung der mittleren Teilchen und die Größenverteilung der feinen Teilchen zueinander abgegrenzt sind; und die Summe der Gewichtsprozente der drei Teilchenarten 90 Gew.% des Sinterkörpers übersteigt;

Erwärmen der Mischung zusammen mit der Druckform und Sintern der Mischung; und

Tränken des Sinterkörpers mit einem anderen Metall, wobei dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als der des Metallpulvers.

2. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Sinterkörpers mit den Schritten: Beschicken einer vibrierenden Druckform mit einer Mischung aus im wesentlichen drei Metallpulverarten, wobei: die erste Art aus groben Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 250 bis 1000 um besteht und 30 bis 60 Gew.% des Körpers bildet; die Teilchen mit einem Durchmesser von mehr als 500 um 35 oder mehr Gew.% des Körpers bilden; die zweite Art aus mittleren Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 15 bis 150 um besteht und 30 bis 60 Gew.% des Körpers bildet; die Teilchen mit einem Durchmesser von mehr als 63 um 35 oder mehr Gew.% des Körpers bilden; die dritte Art aus feinen Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 10 um oder weniger besteht und 3 bis 25 Gew.-% des Körpers bildet; alle Teilchenarten eine kontinuierliche Teilchengrößenverteilung haben; die Größenverteilung der groben Teilchen, die Größenverteilung der mittleren Teilchen und die Größenverteilung der feinen Teilchen voneinander abgegrenzt sind; und die Summe der Gewichtsprozente der drei Teilchenarten 90 Gew.% des Sinterkörpers übersteigt;

Erwärmen der Mischung zusammen mit der Druckform und Sintern der Mischung; und

Tränken des Sinterkörpers mit einem anderen Metall, dessen Schinelzpunkt niedriger liegt als der des Metallpulvers.

3. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Körpers nach Anspruch 1 oder 2, wobei das metallische Pulver ein Pulver auf Eisenbasis ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Körpers nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Metallpulver ein Pulver auf Eisenbasis ist und Aluminiumpulver dem Pulver auf Eisenbasis zugeinischt wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Körpers nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Metallpulver ein Pulver auf Eisenbasis ist und nichtmetallisches Pulver dem Metallpulver zugemischt wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Körpers nach Anspruch 1 oder 2, wobei dem Metallpulver nicht mehr als 15 Gew.% kurze Metallfasern zugemischt wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Körpers nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei während der Beschickung der Druckform mit Metallpulver die Druckform eine Vibrationsschleunigung von größer oder gleich 0,5 G erfährt und dabei die Vibrationsamplitude größer oder gleich 20 um ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Körpers nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Druckform unter Vibrieren bei einem Druck von 1 kg/cm² oder darunter mit Metallpulver beschickt wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Körpers nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das andere Metall, das einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das Metallpulver und das beim Tränkschritt verwendet wird, ausgewählt wird aus Kupfer, Kupferlegierung, Zink, Zinklegierung oder aus mehreren davon.

10. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Körpers nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf der Oberfläche der Druckform eine 10 mm oder weniger dicke Schicht ausgebildet und angebracht wird, die aus dem Metallpulver oder einem anderen Metallpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 20 um oder weniger besteht, bevor die Druckform unter Vibrieren der Druckform mit dem Metallpulver beschickt wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Körpers nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei auf der Oberfläche der Druckform eine 10 mm oder weniger dicke Schicht ausgebildet und angebracht wird, die aus dem Metallpulver oder einem anderen Metallpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 20 um oder weniger besteht, bevor die Druckform unter Vibrieren der Druckform mit Metallpulver beschickt wird und das andere Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt, das zum Tränken des Metallpulvers verwendet wird, ausgewählt wird aus Kupfer, Kupferlegierung, Zink, Zinklegierung oder aus zweien oder mehreren davon.