DE945565C

DE945565C - Process for the metal-ceramic production of sliding bodies

Info

Publication number: DE945565C
Application number: DEP7935A
Authority: DE
Inventors: Dr Max Koehler
Original assignee: KOEHLER GLEITMETALL DR
Current assignee: KOEHLER GLEITMETALL DR
Priority date: 1947-12-16
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1956-07-12

Description

Verfahren zur metallkeramischen Herstellung von Gleitkörpern Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gleitkörpern auf metallkeramischem Wege auf Eisengrundlage. Unter Gleitkörpern werden dabei ganz allgemein solche Werkstücke verstanden, die einer Beanspruchung durch gleitende Reibung ausgesetzt sind, also insbesondere Gleitlager, Kolbenringe, Zylinderbüchsen und Zahnräder.Process for the metal-ceramic production of sliding bodies The invention relates to the manufacture of sliding bodies using a metal-ceramic method Iron base. Such workpieces are generally referred to as sliding bodies understood that are exposed to stress due to sliding friction, so in particular plain bearings, piston rings, cylinder liners and gears.

Es ist bereits bekannt, auf metallkeramischem Wege Eisen-Blei-Legierungen zu gewinnen. Man hat auch schon Lagerwerkstoffe als Eisen-Blei-Graphitkörper durch Pressen und nachfolgendes Sintern erzeugt.It is already known to use iron-lead alloys in a metal-ceramic way to win. Bearing materials have also been identified as iron-lead-graphite bodies Pressing and subsequent sintering generated.

Massive Eisen-Graphit-Sinterlager mit einem C-Gehalt von 5 bis 6% im Fertigzustand, geeignet für geringe Geschwindigkeiten und unterbrochene Bewegungen, hat man aus feinstem Eisenpulver unter Zugabe von Graphit so hergestellt, daß die Mischungen nach der Kaltpressung gesintert und sodann bei Drücken von 15 bis 2o t/cm2 heiß nachgepreßt wurden. Diese Lagerkörper haben freie Graphiteinlagerungen, so daß sich nach kurzer Einlaufzeit die Lagerwelle mit einem Graphitfilm überzieht, auf dem die schmiertechnische Wirkung beruht.Solid iron-graphite sintered bearings with a C content of 5 to 6% in the finished state, suitable for low speeds and interrupted movements, has been made from the finest iron powder with the addition of graphite so that the Mixtures sintered after cold pressing and then at pressures of 15 to 2o t / cm2 were re-injected hot. These bearing bodies have free graphite inclusions, so that after a short running-in period the bearing shaft is covered with a graphite film, on which the lubricating effect is based.

Gemäß der Erfindung gelingt es, aus Eisenpulver in Verbindung mit anderen Stoffen durch Brikettieren, nachfolgendes Sintern und anschließende Heißverdichtung bei nur mäßigen Drücken mit Zusatzschmierung arbeitende Gleitkörper für hohe Beanspruchungen und Tourenzahlen in der Weise herzustellen, daß ein Gemisch aus Eisenpulver mit etwa 2% Graphit und etwa 30/o Blei nach dem Brikettieren bei 5 t/cm2 etwa 2 Stunden bei etwa IIoo° gesintert, dann abgekühlt und schließlich einer Nachverdichtung durch Pressen, Schmieden oder Walzen bei Temperaturen über 80o°, vorzugsweise bei Iooo°, und Drücken über 3 t/cm2, vorzugsweise bei 5 bis, 6 t/cm2, unterworfen wird.According to the invention it is possible to combine iron powder with other materials by briquetting, subsequent sintering and subsequent hot compression with only moderate ones Press sliding bodies working with additional lubrication for high loads and numbers of revolutions in such a way that a mixture can be produced of iron powder with about 2% graphite and about 30 / o lead after briquetting 5 t / cm2 sintered for about 2 hours at about 100 °, then cooled and finally redensification by pressing, forging or rolling at temperatures above 80o °, preferably at 100 °, and pressures above 3 t / cm2, preferably at 5 to, 6 t / cm2.

Durch die Heißpressung wird infolge des Bleigehaltes bei Eisen-Graphit-Körpern die Porosität auf einen geringen Bruchteil derjenigen gebracht, die sonst bei gesinterten Gleitkörpern üblich ist. Während nämlich bei Sinterkörpern der bisher üblichen Art auf Grundlage Eisen - Graphit - Blei ein spezifisches Gewicht von etwa 6 und ein Porenraum von etwa 25% üblich sind, beträgt das spezifische Gewicht eines 93 °/o Eisen enthaltenden Gleitkörpers, der gemäß der Neuerung hergestellt ist, etwa 7,5 bis 7,8, und statt des vorher vorhandenen Porenraumes ist nur noch eine Mikroporosität von etwa 2 bis 3% festzustellen.The hot pressing causes the lead content of iron-graphite bodies the porosity brought to a small fraction of that which would otherwise be found in sintered Sliders is common. While with sintered bodies of the previously usual type based on iron - graphite - lead a specific weight of about 6 and a Pore space of about 25% are common, the specific weight of a 93% Iron-containing sliding body, which is made according to the innovation, about 7.5 up to 7.8, and instead of the previously existing pore space there is only a microporosity from about 2 to 3%.

Der Bleizusatz zum Eisenpulver kann in Form eines Bleipulvers erfolgen, das mit anderen Elementen der Schwermetallgruppe vermischt ist. Geeignete Schwermetalle sind unter andererem - Zinn, Antimon, Mangan, Chrom, Silizium, Nickel und Kupfer. Beim Zusatz von Zinn und Antimon soll das Verhältnis zur zugesetzten Bleimenge so gehalten sein, daß Diffusionsvorgänge innerhalb der Mischkristallreihen Fe-Pb-Sn, Fe-Pb-Sl und Fe-Pb-Sb-Sn auftreten. Durch die Bildung derartiger Mischkristalle erscheint im Gegensatz zu den binären Fe-C-Phasen eine mehrkomponentige Mischkristallphase, die dem Gleitkörper neben den Festigkeitswerten des Stahles die elastischen Eigenschaften eines Spezialgußeisens verleiht. Ausführungsbeispiel Die nachfolgend beschriebenen Versuche wurden.The addition of lead to iron powder can take the form of lead powder, that is mixed with other elements of the heavy metal group. Suitable heavy metals are among others - tin, antimony, manganese, chromium, silicon, nickel and copper. When adding tin and antimony, the ratio to the amount of lead added should be as follows be kept that diffusion processes within the mixed crystal rows Fe-Pb-Sn, Fe-Pb-Sl and Fe-Pb-Sb-Sn occur. Through the formation of such mixed crystals In contrast to the binary Fe-C phases, a multi-component mixed crystal phase appears, the elastic properties of the sliding body in addition to the strength values of the steel of a special cast iron. Embodiment The following described Attempts were made.

durchgeführt mit einem Stoffgemisch folgender Zusammensetzung: 93% Eisenpulver, 2°/o Graphit mit einem .Aschengehalt von- i5,3%, 3% Spezialbleipulver (mit Zusätzen).carried out with a substance mixture of the following composition: 93% Iron powder, 2% graphite with an ash content of 5.3%, 3% special lead powder (with additions).

Das Pulver hatte vor dem Sintern folgende Siebanalyse: Maschenweite o,25 mm = II,% - 0,20 mm= i7,7 % - O,I5 mm= I,7% - 0,I2 mm =I7,5% - o,Io mm = 8,o% - - 0,075 mm -= I6,o% - o,o6o mm = 7,5% feiner als o,o6o mm = 2o,o% Die Pressung der Versuchsrohlinge erfolgte bei einem Druck von 5 t/cm2, die Sinterung erfolgte in neutraler Ofenatmosphäre während zweier Stunden bei einer Temperatur von IIoo° C. Die gesinterten Rohlinge hatten einen Porengehalt, der zwischen 2o und 25%. lag, die Zerreißfestigkeit lag zwischen Io und 12 kg/mm2. Diese Rohlinge wurden nun der den Gegenstand der Erfindung bildenden Nachbehandlung teils durch Pressen, teils durch Schmieden unterworfen. Die Nachbehandlung kann aber auch durch Walzen erfolgen.Before sintering, the powder had the following sieve analysis: Mesh size o, 25 mm = II,% - 0.20 mm = i7.7% - 0.15 mm = I, 7% - 0. I2 mm = I7.5% - o, Io mm = 8, o% - - 0.075 mm - = I6, o% - o, o6o mm = 7.5% finer than o, o6o mm = 2o, o% The pressing the test blanks took place at a pressure of 5 t / cm2, and sintering took place in a neutral oven atmosphere for two hours at a temperature of 100 ° C. The sintered blanks had a pore content between 20 and 25%. lay the tensile strength was between Io and 12 kg / mm2. These blanks were now the the subject of the invention after-treatment partly by pressing, partly subjected by forging. The aftertreatment can also be done by rolling.

Bei der einen Versuchsreihe betrug der Druck der nachfolgenden Heißpressung 3 t/cm2, die Temperatur 90o°. Es wurden Gleitkörper erhalten mit folgenden Eigenschaften: Streckgrenze ............. 2i,0 kg/mm2 Zerreißfestigkeit ......... 32,o kg/mm2 Dehnung ................. o %. Die Analyse der in dieser Weise nachbehandelten Gleitkörper ergab folgende Zusammensetzung: 0,38% C, o,I8% Si, 0,2I% Mn, 0,032% P, 3,05 0/o Pb, 0,680/o Sn, 0,5o % Cu. Die so hergestellten Körper sind als hochbeanspruchte Lagerteile vorzüglich geeignet. Gegenüber dem nicht nachbehandelten Werkstöff . ist die Belastbarkeit auf das 2 T/sfache gestiegen. Dieses Ergebnis wurde auch mittels durchgeführter Laufversuche bestätigt.In one series of tests, the pressure of the subsequent hot pressing was 3 t / cm2, the temperature 90o °. Sliding bodies were obtained with the following properties: Yield strength ............. 2i, 0 kg / mm2 tensile strength ......... 32, o kg / mm2 elongation ................. o%. The analysis of the slip bodies treated in this way resulted in the following composition: 0.38% C, 0.18% Si, 0.21% Mn, 0.032% P, 3.05% Pb, 0.680% Sn, 0.5% Cu. The bodies produced in this way are considered to be highly stressed Storage parts excellently suited. Compared to the non-post-treated material. the load capacity has increased by 2 T / s. This result was also achieved by means of running tests carried out confirmed.

Für die Herstellung von Kolbenringen reichen die physikalischen Eigenschaften der in dieser Weise nachbehandelten Körper noch nicht aus. Ein anderer Teil der gesinterten Rohlinge wurde einer Heißpressung .bei 6 t/cm2 und iooo° C unterworfen, teilweise wurde das Pressen durch Schmieden ersetzt.The physical properties are sufficient for the production of piston rings the body treated in this way is not yet finished. Another part of the Sintered blanks were subjected to hot pressing at 6 t / cm2 and 100 ° C, sometimes pressing was replaced by forging.

Die so behandelten Körper hatten. folgende Werte: Streckgrenze ............. 55,0 kg/mm2 Festigkeit ................ 70,0 kg/mm? Dehnung ................. 1,5 % = 5 d E-Modul ............ i 50o ooo kg/mm2 Die durchgeführte Analyse ergab folgende Werte: 0,3611/o C, 0,260/o Si, 0;280/o Mn, 0,0360/@P, 2,7r '/o Pb, '0,34"/o Cu, o,6o0/o Sn. Die auf diese Weise hergestellten Versuchskörper haben infolge ihrer hohen Streckgrenze und des hohen Elastizitätsmoduls diejenigen Eigenschaften, die für Kolbenringe erforderlich sind; sie müssen bekanntlich beim Einsetzen in den Kolben zunächst aufgespannt werden, ohne daß eine Dehnung zurückbleibt, müssen aber nach dem Einsetzen noch genügend Federkraft behalten. Die durchgeführten praktischen Versuche ergaben, daß die so hergestellten Gleitkörper hervorragend geeignet sind.The bodies so treated had. the following values: Yield strength ............. 55.0 kg / mm2 Strength ................ 70.0 kg / mm? Elongation ................. 1.5% = 5 d Modulus of elasticity ............ i 50,000 kg / mm2 The analysis carried out gave the following values: 0.3611 / o C, 0.260 / o Si, 0; 280 / o Mn, 0.0360 / @ P, 2.7r '/ o Pb, 0.34 "/ o Cu, o, 6o0 / o Sn. As a result of their high yield strength and high modulus of elasticity, the test specimens produced in this way have the properties that are required for piston rings; as is well known, they must first be clamped when inserting into the piston, without any elongation remaining but still retain sufficient spring force after insertion.The practical tests that have been carried out have shown that the sliding bodies produced in this way are excellently suited.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of sliding bodies which from iron powder in connection with other substances by briquetting, the following Sintering and subsequent hot compaction are produced, characterized in that then a mixture of iron powder with about 2 per cent graphite and about 30 per cent lead to the Briquetting at 5 t / cm2 sintered for about 2 hours at about 100 °, then cooled and finally a recompaction by pressing, forging or Rolling at temperatures above 8oo °, preferably at 100 °, and pressures above 3 t / cm2, preferably at 5 to 6 t / cm2.

2. The method according to claim I, characterized in that the starting material is one or more others in addition to lead Contains elements of the heavy metal group. Printed publications: Kieffer-Hotop, "Powder Metallurgy and Sintered Materials", 1943, pp.46, 58, I5I, 152, I53, I93, I95 ff., 205, 2o6, 342 to 345; Skaupy, "Metallkeramik", 1943, p.225; U.S. Patent No. 2 2I4 Io4.