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Verfahren zur Herstellung von Lagern aus Aluminium und seinen Legierungen
durch Pressen und Sintern der pulverförmigen Bestandteile Es ist bekannt, Sinterlager
dadurch herzustellen, daß man Metallpulver in Formen preßt und einem Sinterungsprozeß
unterwirft. Solche öllosen Lager werden bisher in der Hauptsache aus Kupferlegierungen,
wie z. B. Bronze, sowie aus Eisen und Beimengungen von Blei und Graphit hergestellt.
Die Erzeugung von Leichtmetallagern, wie sie in gegossener Form Verwendung finden.,
bietet bisher die Schwierigkeit, daß solche Lager meistens aus mehrphasigen Legierungen
bestehen, bei denen während :des Sinterungsprozesses leicht unerwünschte und schwer
zu übersehende Konzentrationsänderungen .durch Diffusion vor sich gehen. In den
Fällen, wo man solche Konzentrationsänderungen von vornherein beabsichtigt, indem
man Pulver :der einzelnen Elemente mischt, preßt und sintert, machen dieAluminiumlegierungen
wiederum dadurch Schwierigkeiten, daß sich das Phasengleichgewicht bei ihnen gar
nicht oder nur sehr unvollkommen einstellt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Aluminiumsinterlager, die
aus einer weichen Grundmasse- aus Aluminium oder einem Aluminiummischkristall bestehen
und harte Tragkristalle aus einer intermetallischen Verbindung enthalten. Derartige
Legierungen werden im gegossenen Zustand
für Aluminiumlager bereits
verwendet. Die Herstellung auf dem Gußwege hat jedoch den Nachteil, daß die irntermetallischen
Verbindungen, welche primär erstarren, leicht in unerwünscht grobkristalliner Form
kristallisieren.
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Dieser Nachteil wird bei der pulvermetallurgischen Herstellung vermieden,
indem man die irntermetallischen Verbindungen auf schmelzflüssigem Wege herstellt,
die spröden Legierungen zu Pulver zerkleinert und diese Pulver in der gewünschten
Korngröße mit Aluminiumpulver ver-, mengt.
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Nach der Erfindung wird nun so vorgegangen; daß man nur solche ntermetallischen
Verbindungen verwendet, die dem reinen Aluminium bzw. einem aluminiumreichen Mischkristall
als Phase im ZustandsschaubiM benachbart sind. Bei aluminiumreichen Gemischen, die
der angegebenen Bedingung genügen, treten beim Erhitzen auf Sintertemperatur keine
oder so geringe Diffusionsvorgänge zwischen den einzelnen Bestandteilen auf, daß
eine Veränderung der Zusammensetzung der einzelnen Pulverteilchen in nennenswertem
Maße nicht einsetzen kann, weil die Mischung,der Pulver von vornherein dem Phasengleichgewicht
entspricht.
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Die Vorteile der nach der Erfindung herzustellenden Metallpulvermischung
liegen in folgendem begründet: Bei Aluminiumpulvergemischen, die der angegebenen
Bedingung genügen, treten beim Erhitzen auf Sintertemperatur keine oder so geringe
Diffusionserscheinungen,der einzelnen Bestandteile ineinander auf, daß eine Veränderung
der Zusammensetzung der einzelnen Pulverkörnchen in nennnswertexn Maße reicht eintreten
kann, weil sich ,die Lagermetallzusammensetzung im Phasengleichgewicht befindet.
Es bleiben also die als Auflagepunkte für die Lagerwelle dienenden harten Einschlüsse
der intermetallischen Aluminiumverbindungen ohne Veränderung ihrer wünschenswerten
Eigenschaften erhalten. Würde man Mischungen von Aluminiumpulver mit intermetallischen
V@erbiridungen, die nicht dem reinen Aluminium bzw. Aluminiummischkristall im Zustandsschaubild
benachbart sind, herstellen, so lassen sich Diffusionserscheinungen und dementsprechend
Verschlechterung -der Lagereigenschaften nicht vermeiden.
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Die Zustandsschaubilder von Legierungen, auf die der Legierungsfachmann
bei allen das Gefüge und seine Eigenschaften betreffenden Fragen zurückgreift, geben
bekanntlich Auskunft über die Gleichgewichtszustände bei jeder Temperatur. Greift
man von den bekannten binäres Aluminiumlegierungen das Zustandsdiagramm Aluminium-Eisen
beispielsweise heraus, so ersieht man, daß Eisen und Aluminium folgende binäre Verbindungen
bilden: A13 Fe, Als Fee, A12 Fe, Al Fe, Al Fes.
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Von diesen intermetallischen Verbindungen ist nach dem bekannten Zustandsschaubild
Als Federn reinen Aluminium .als Phase benachbart.
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Für das System Aluminium-Mangan lautet die dem reinen Aluminium als
Phase benachbarte binäre .Verbindung A17Mn, für das System Aluminium-Nickel Als
Ni, für das System Aluminium-Antimon Al Sb (z. vgl. Hansen, »Der Aufbau der Zweistoffiegierungen«,
Berlin 193,6, S. 111, 131, 139 und 145).
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Im System Aluminium-Kupfer ist die intermetallische Verbindung mit
dem höchsten Aluminiumgehalt A12 Cu (ü) .als Phase nicht direkt ,d'em reinen Aluminium
benachbart, sondern einem Aluminiummischkristall (w) (Hansen a.a.0: S.104). Im System
Aluminium-Magnesium (Hansen a. a. O. S. 12g) ist die Verbindung Al. Mg2 mit
einem höchsten Aluminiumgehalt in ähnlicher Weise, nicht dem reinen Aluminium, sondern
dem Aluminiummlischkristall a benachbart.
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Diese bekannten Zustandsschaubilder geben also dem Fachmann bekannt,
welche intermetallische Verbindung nach der Lehre (des erfindungsgemäßen Verfahrens
in jedem einzelnen Fall zu wählen ist, nämlich a) für den Fall, daß auf der Aluminiumseite
reines Aluminium als Phase auftritt, die .dem reinen: Aluminium als Phase benachbarte
intermetallische Verbindung, b) für den Fall, daß auf .der Aluminiumseite ein Aluminiummischkristall
als Phase auftritt, die dem Aluminiummischkri:s,tall als Phase benachbarte intermetallische
Verbindung.
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Da nach der der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis Diffusionserscheinungen
vermieden werden sollen, so ergibt sich, daß von den beiden Mischkristallen eines
Systems jeweils der aluminiumreiche Mischkristall für die Pulvermischung nach der
Erfindung zu wählen ist.
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Als Beispiele für intermetallische Verbindungen, die Verwendung 'bei
der Herstellung von Lagern nach -der Erfindung finden können, kommen .demgemäß in
Frage: A13 Fe, A17 Mn, A13 Ni, Al Sb, A12 Cu, A13 Mg2. Außerdiesen von binären Legierungen
genommenen Beispielen lassen sich auch einige aus Mehrstofflegierungen anführen,
z. B. die Einlagerung von Mg Zn2, M92 S' in eine Aluminiumgrundmasse.
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Neben dem Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung, der darin besteht,
daß die Diffusion und damit idie Veränderung,der Pulverzusammensetzung vermieden
wird, tritt als weiterer Vorteil hinzu, daß es- möglich ist, die intermetallischen
Verbindungen in einem derart feinverteilten Zustand dem Lagerkörper einzuverleiben,
wie dies auf dem Wege des Gusses nicht möglich .ist. An Handeines Beispieles sei
das Verfahren näher erläutert. Ausführungsbeispiel Zur Herstellung eines Aluminium-Eisen-Lagers
nach der Erfindung wird zunächst ein Teil .des Aluminiums mit dem Eisen im Verhältnis
der intermetallischenVer'bindung A13Fe zusammengeschmolzen und vergossen. Die erhaltene
Legierung, welche, wie die meisten Metallverbindungen, sehr spröde und sehr grobkörnig
ist, wird alsdann pulverisiert und zu dem A13 Fe-Fulver das Aluminiumpulver, welches
als Grundmasse dienen soll, hinzugefügt. Nach. gründlicher Durchmischung wird nach
bekannten Verfahren, z. B. durch Pressen und Sintern, ein Lagerkörper hergestellt.
Das zur Verwendung gelangende Pulver der intermetallischen Verbendüngen
soll
möglichst fein gemahlen sein. Es eignen sich am besten Pulver, die durch ein Sieb
mit io ooo Maschen/cm2 hindurchgehen. Das Aluminiumpulver kann dagegen bedeutend
gröber sein. Die Mengenverhältnisse des Aluminiumpulvers und der interkristallinen
Legierung werden am besten so bemessen, daß auf 85 bis 95 % Aluminiumpulver
15 bis 5 °/a des Legierungspulvers kommen. Je nach der Grölte des angewandten
Druckes kann ein poröses, oder ein, möglichst dichtes Lager hergestellt werden.