EP0283464A2 - Verfahren zum Herstellen eines Sinterkörpers - Google Patents

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    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a sintered body with at least one molybdenum-containing wear layer, wherein a low-alloy iron powder forming the later base body with a metal powder layer resulting in the later wear layer from a carbon-free mixture of unalloyed iron and unalloyed molybdenum in a common form Molded body is pressed, which is then sintered.
  • rocker arms which are used to transmit the cam movement of a camshaft to a valve, for example an internal combustion engine
  • the end face interacting with the cams is exposed to considerable stress, which leads to corresponding wear.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method by means of which sintered bodies can be provided with a molybdenum-containing wear layer which corresponds to particularly high requirements with regard to wear resistance and compliance with low manufacturing tolerances, such as are set in particular with rocker arms for valve actuation of internal combustion engines.
  • the invention solves the problem in that the metal powder for the later wear layer is compacted into a pre-compact with the iron powder for the later base body before the mold is filled in, and that when the metal powder mixture for the later wear layer is compacted into a pre-compact, a profiling is pressed into its surface facing the base body.
  • the outer shape of the pre-compact can no longer be adversely affected, even without a synthetic resin bond, by filling the iron powder for the later base body into the common mold already containing the pre-compact and by subsequently pressing the two metal powder layers together no mixing of the metal powders of the two layers impairing the wear resistance of the wear layer can occur at the boundary layer between the pre-compact and the metal powder layer for the base body.
  • pre-compressing the later wear layer different internal friction conditions of the two metal powder layers can easily be taken into account and uniform densities of both layers can be achieved.
  • the profiling should be pressed into the surface of the preform with a profile thickness of at least 0.1 mm. The design of the profile depends on the respective requirements and can be chosen accordingly.
  • the surface of the pre-compact is profiled in two directions, which are preferably at right angles to one another, there is no preferred direction for the transmission of shear stresses between the wear layer and the sintered body, as would be the case with a uniaxial profiling.
  • the carbon-free metal powder mixture for the later wear layer is compacted outside the common shape for the sintered body and the wear layer to form a pre-compact, it may be advantageous for easier handling of the pre-compact to subject this pre-compact to pre-sintering, for example at approx. 700 ° C. to increase the dimensional stability of the pre-compact. This measure will therefore be particularly recommended for comparatively thin wear layers.
  • the metal powder mixture 3 for the later wear layer is initially in its own mold 4 compacted to a preform 5, as indicated in FIGS. 1 to 3.
  • a carbon-free mixture 3 of, for example, 65 to 80% by weight of unalloyed iron and 35 to 20% by weight of unalloyed molybdenum can be used for the wear layer 2.
  • This metal powder mixture 3 is compressed using the press ram 6 of the molding press 4 to at least 50% of the theoretical density of the powder mixture and ejected as a pre-compact 5 by moving the counter tool 7 for the press ram 6 out of the press mold 4 according to FIG. 3.
  • the preform 5 can then be subjected to a pre-sintering at approx. 700 ° C. before it is processed further. However, this presintering can be omitted if the shape of the preform 5 is sufficient for handling.
  • the surface of the preform 5 facing the sintered body 1 is profiled, with a profile depth of at least 0.1 mm.
  • This profile 8, which is embossed into the surface via the press ram 6, can advantageously consist of two sets of profile grooves intersecting at right angles, as is indicated in FIGS. 5 and 7.
  • the preform 5 is then placed in a common mold 9 for the wear layer and the sintered body, as shown in FIG. 8.
  • the mold is filled with a low-alloy iron powder 10 (FIG. 9), after which the pre-compact 5 with the iron powder 10 is pressed into a shaped body by pressing the punch 11 with a pressure of at least 2 t / cm 2 .
  • FIG. 10 the compression is shown.
  • the molded body can then be pre-sintered in the mold 9, calibrated at a pressure above 2 t / cm 2 and finish-sintered at a temperature up to 1350 ° C., after which the workpiece can be ejected via the counter tool 12 (FIG. 11).
  • the wear layer 2 can then be carburized on the end face of the sintered body 1 or hardened by quenching and tempering.

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Abstract

Zum Herstellung eines Sinterkörpers (1) mit wenigstens einer molybdänhaltigen Verschleißschicht (2) wird ein den späteren Grundkörper bildendes, niedrig legiertes Eisenpulver (10) mit einer die spätere Verschleißschicht (2) ergebenden Me­tallpulverschicht aus einer kohlenstofffreien Mischung (3) von unlegiertem Eisen und unlegiertem Molybdän in einer ge­meinsamen Form (9) zu einem Formkörper gepreßt, bevor dieser Formkörper gesintert wird.
Um ein Vermischen der beiden Metallpulverschichten zu vermeiden, wird das Metallpulver für die spätere Verschleiß­schicht (2) vor dem Auffüllen der Form (9) mit dem Eisenpul­ver (10) für den späteren Grundkörper zu einem Vorpreßling (5) verdichtet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Her­stellen eines Sinterkörpers mit wenigstens einer molybdän­haltigen Verschleißschicht, wobei ein den späteren Grund­körper bildendes, niedrig legiertes Eisenpulver mit einer die spätere Verschleißschicht ergebenden Metallpulverschicht aus einer kohlenstofffreien Mischung von unlegiertem Eisen und unlegiertem Molybdän in einer gemeinsamen Form zu einem Formkörper gepreßt wird, der anschließend gesintert wird.
  • Bei Schlepphebeln, die zur Übertragung der Nockenbe­wegung einer Nockenwelle auf ein Ventil, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine, dienen, ist die mit den Nocken zusammenwirkende Stirnseite einer erheblichen Be­anspruchung ausgesetzt, die zu einem entpsrechenden Ver­schleiß führt. Es besteht daher die Forderung, die Schlepp­hebel an der mit den Nocken zusammenwirkenden Stirnseite mit einer Verschleißschicht zu versehen, die sich unter den auf­tretenden Belastungen durch eine hohe Verschleißfestigkeit auszeichnet und eine vorteilhafte Werkstoffpaarung bezüglich der Nockenwelle darstellt.
  • Um Ventilstößel in einfacher und billiger Weise mit einer Verschleißschicht herstellen zu können, die vor allem eine hohe Gleitverschleißfestigkeit aufweist, ist es be­kannt (DE-B-2 822 902), diese Verschleißschicht aus einer kohlenstofffreien Mischung aus unlegiertem Eisen und unle­giertem Molybdän ein Sintern mit einer vergleichs­weise hohen Sintertemperatur bis 1350° C zu bilden. Zu diesem Zweck wird zunächst das Metallpulver für die Ver­schleißschicht und dann ein niedrig legiertes Eisenpulver für den Stößelkörper in eine gemeinsame Form eingefüllt und gemeinsam zu einer Formkörper gepreßt, bevor dieser Form­körper gesintert wird. Durch dieses gemeinsame Verpressen kann jedoch eine Vermischung der beiden Metallpulverschich­ten in ihrem Verbindungsbereich nicht ausgeschlossen werden, so daß niedrig legiertes Eisenpulver in die spätere Ver­schleißschicht gelangen kann, wodurch die Verschleißfestig­keit herabgesetzt wird. Außerdem kann beim Verpressen der beiden Metallpulverschichten nicht immer eine vorgegebene Schichtdicke für die Verschleißschicht sichergestellt wer­den, wozu noch kommt, daß aufgrund unterschiedlicher innerer Reibungsverhältnisse der beiden Metallpulverschichten bei einem gemeinsamen Verpressen nicht zwangsläufig eine ein­heitliche Dichte beider Pulverschichten erzielt wird.
  • Um bei Verbundrohlingen eine Pulververmischung zu vermeiden, ist es bekannt (DE-A-3 305 879), einen kunstharz­gebundenen Vorpreßling für eine spätere Verschleißschicht herzustellen, der in eine Form eingelegt und zusammen mit dem in die Form eingefüllten Metallpulver für den Grund­körper verdichtet und gesintert wird. Aufgrund der Kunst­harzbindung des Vorpreßlings ist dieses bekannte Verfahren jedoch zur Herstellung einer molybdänhaltigen Verschleiß­schicht ungeeignet, weil durch den Kunstharzbinder zwangs­läufig Kohlenstoff in die Verschleißschicht gelangen würde, was jedoch zur Sicherstellung der Werkstoffeigenschaften dieser Verschleißschicht unbedingt ausgeschlossen werden muß.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe Sinterkörper mit einer molybdänhaltigen Verschleißschicht versehen werden können, die besonders hohen Anforderungen hinsichtlich der Ver­schleißfestigkeit und der Einhaltung geringer Fertigungsto­leranzen entspricht, wie sie insbesondere bei Schlepphebeln zur Ventilbetätigung von Verbrennungskraftmaschinen gestellt werden.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Metallpulver für die spätere Verschleißschicht vor dem Auffüllen der Form mit dem Eisenpulver für den späteren Grundkörper zu einem Vorpreßling verdichtet wird und daß beim Verdichten der Metallpulvermischung für die spätere Verschleißschicht zu einem Vorpreßling in dessen dem Grund­körper zugekehrten Oberfläche eine Profilierung eingedrückt wird.
  • Durch das Vorverdichten des Metallpulvers für die spätere Verschleißschicht zu einem Vorpreßling - was in der gemeinsamen Form durchgeführt werden kann, im allgemeinen jedoch außerhalb dieser Form geschehen wird - kann für die spätere Verschleißschicht eine maßhaltige Form mit einer vorbestimmten Verdichtung sichergestellt werden. Wie sich gezeigt hat, kann die äußere Gestalt des Vorpreßlings auch ohne Kunstharzbindung durch das Einfüllen des Eisenpulvers für den späteren Grundkörper in die gemeinsame, den Vor­preßling bereits enthaltende Form und durch das anschließende gemeinsame Verpressen der beiden Metallpulverschichten nicht mehr nachteilig beeinflußt werden, so daß es an der Grenz­schicht zwischen dem Vorpreßling und der Metallpulverschicht für den Grundkörper zu keiner die Verschleißfestigkeit der Verschleißschicht beeinträchtigenden Vermischung der Metall­pulver der beiden Schichten kommen kann. Außerdem können durch die Vorverdichtung der späteren Verschleißschicht un­terschiedliche innere Reibungsverhältnisse der beiden Me­tallpulverschichten einfach berücksichtigt und gleichmäßige Dichten beider Schichten erzielt werden.
  • Da durch das Vorverdichten der Metallpulvermischung für die spätere Verschleißschicht eine weiterreichende Ver­krallung zwischen den beiden Metallpulverschichten verhin­dert wird, müssen allerdings zusätzliche Maßnahmen zur Si­cherstellung der erforderlichen Haftfestigkeit zwischen der Verschleißschicht und dem Sinterkörper ergriffen werden, indem in die dem Grundkörper zugekehrte Oberfläche der Ver­schleißschicht eine Profilierung eingeprägt wird, die für eine zusätzliche Verkrallung der beiden Verbundteile sorgt. Um einen ausreichenden Verkrallungseffekt sicherzustellen, sollte die Profilierung mit einer Profildicke von wenig­stens 0,1 mm in die Oberfläche des Vorpreßlings eingedrückt werden. Die Gestaltung der Profilierung hängt dabei von den jeweiligen Anforderungen ab und kann dementsprechend ge­wählt werden. Wird dafüf gesorgt, daß die Oberfläche des Vorpreßlings in zwei zueinander vorzugsweise rechtwinkelig verlaufenden Richtungen profiliert wird, so ergibt sich für die Übertragung von Schubspannungen zwischen der Verschleiß­schicht und dem Sinterkörper keine Vorzugsrichtung, wie dies bei einer einachsigen Profilierung der Fall wäre.
  • Wird die kohlenstofffreie Metallpulvermischung für die spätere Verschleißschicht außerhalb der gemeinsamen Form für den Sinterkörper und die Verschleißschicht zu einem Vor­preßling verdichtet, so kann es zur leichteren Handhabung des Vorpreßlings vorteilhaft sein, diesen Vorpreßling einer Vorsinterung, beispielsweise bei ca. 700° C, zu unterwerfen, um die Formstabilität des Vorpreßlings zu erhöhen. Diese Maßnahme wird daher vor allem bei vergleichsweise dünnen Verschleißschichten zu empfehlen sein.
  • An Hand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Ver­fahren näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 eine Preßform zum Herstellen eines Vorpreßlings für die Verschleißschicht nach dem Einfüllen der hiefür eingesetzten Metallpulvermischung in einem schema­tischen Querschnitt,
    • Fig. 2 diese Preßform nach dem Verdichtungshub des Preß­stempels,
    • Fig. 3 die Preßform für den Vorpreßling in der Ausstoß­stellung,
    • Fig. 4 den Vorpreßling in einem Querschnitt,
    • Fig. 5 den Vorpreßling in einer Draufsicht auf die dem Sin­terkörper zugekehrte Oberfläche,
    • Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung einer un­terschiedlichen Oberflächengestaltung des Vorpreß­lings,
    • Fig. 7 den Vorpreßling in einem Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 5 in einem größeren Maßstab,
    • Fig. 8 die gemeisame Form zum Verpressen des Vorpreßlings und des eingefüllten Eisenpulvers für den Sinter­körper nach dem Einlegen des Vorpreßlings in einem schematischen Querschnitt,
    • Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Darstellung der gemein­samen Form nach dem Einfüllen des Eisenpulvers für den Sinterkörper,
    • Fig. 10 die gemeinsame Form nach dem Verpressen der beiden Metallpulverschichten,
    • Fig. 11 das Ausstoßen des gepreßten Formkörpers und
    • Fig. 12 den fertigen Sinterkörper in einem Querschnitt.
  • Um einen Sinterkörper 1 mit einer molybdänhaltigen Verschleißschicht 2, beispielsweise einen Schlepphebel zur Ventilbetätigung einer Brennkraftmaschine, unter Bedingungen zu erhalten, die einen störenden Einfluß des Verpressens des Metallpulvers für den Sinterkörper 1 auf die Verschleiß­schicht ausschließen, wird die Metallpulvermischung 3 für die spätere Verschleißschicht zunächst in einer eigenen Preßform 4 zu einem Vorpreßling 5 verdichtet, wie dies in den Fig. 1 bis 3 angedeutet ist. Für die Verschleißschicht 2 kann eine kohlenstofffreie Mischung 3 aus beispielsweise 65 bis 80 Gew. % unlegiertem Eisen und 35 bis 20 Gew. % unle­giertem Molybdän eingesetzt werden. Diese Metallpulvermi­schung 3 wird mit Hilfe des Preßstempels 6 der Formpresse 4 auf mindestens 50 % der theoretischen Dichte der Pulvermi­schung verdichtet und als Vorpreßling 5 ausgestoßen, indem das Gegenwerkzeug 7 für den Preßstempel 6 entsprechend der Fig. 3 aus der Preßform 4 gefahren wird. Der Vorpreßling 5 kann dann vor seiner weiteren Verarbeitung noch einer Vor­sinterung bei ca. 700 ° C unterworfen werden. Diese Vorsin­terung kann aber entfallen, wenn die Formfestigkeit des Vor­preßlings 5 für die Handhabung ausreicht.
  • Um eine belastungsfähige Verbindung zwischen der Ver­schleißschicht 2 und dem Sinterkörper 1 sicherzustellen, wird die dem Sinterkörper 1 zugekehrte Oberfläche des Vor­preßlings 5 profiliert, und zwar mit einer Profiltiefe von wenigstens 0,1 mm. Diese Profilierung 8, die über den Preß­stempel 6 in die Oberfläche eingeprägt wird, kann vorteil­haft aus zwei einander rechtwinkelig schneidenden Scharen von Profilnuten bestehen, wie dies in den Fig. 5 und 7 ange­deutet ist. Es ist aber auch möglich, in der zu profilieren­den Oberfläche noppenartige Vertiefungen in einander schnei­denden Reihen vorzusehen, um die erwünschte Verkrallung zwi­schen dem Sinterkörper 1 und der Verschleißschicht 2 sicher­zustellen.
  • Der Vorpreßling 5 wird dann in eine gemeinsame Form 9 für die Verschleißschicht und den Sinterkörper eingelegt, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Nach dem Einlegen des Vorpreßlings 5 wird die Form mit einem niedrig legierten Eisenpulver 10 aufgefüllt (Fig. 9), wonach der Vorpreßling 5 mit dem Eisenpulver 10 durch ein Anstellen des Preßstempels 11 mit einem Druck von wenigstens 2 t/cm² zu einem Formkör­per verpreßt wird. In Fig. 10 wird die Verpressung gezeigt. Der Formkörper kann dann in der Form 9 vorgesintert, bei einem Druck über 2 t/cm² kalibriert und bei einer Tempera­tur bis 1350° C fertiggesintert werden, wonach das Werkstück über das Gegenwerkzeug 12 ausgestoßen werden kann (Fig. 11).
  • Die Verschleißschicht 2 kann dann an der gefährdeten Stirnseite des Sinterkörpers 1 aufgekohlt bzw. durch ein Abschrecken und Anlassen gehärtet werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines Sinterkörpers (1) mit wenigstens einer molybdänhaltigen Verschleißschicht (2), wo­bei ein den späteren Grundkörper bildendes, niedrig legier­tes Eisenpulver (10) mit einer die spätere Verschleißschicht (2) ergebenden Metallpulverschicht aus einer kohlenstoff­freien Mischung (3) von unlegiertem Eisen und unlegiertem Molybdän in einer gemeinsamen Form (9) zu einem Formkörper gepreßt wird, der anschließend gesindert wird, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Metallpulver für die spätere Ver­schleißschicht (2) vor dem Auffüllen der Form (9) mit dem Eisenpulver (10) für den späteren Grundkörper zu einem Vor­preßling (5) verdichtet wird und daß beim Verdichten der Metallpulvermischung (3) für die spätere Verschleißschicht (2) zu einem Vorpreßling (5) in dessen dem Grundkörper zu­gekehrte Oberfläche eine Profilierung (8) eingedrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (8) in die Oberfläche des Vorpreßlings (5) mit einer Profiltiefe von wenigstens 0,1 mm eingedrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Oberfläche des Vorpreßlings (5) in zwei zuein­ander vorzugsweise rechtwinkelig verlaufenden Richtungen profiliert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorpreßling (5) vorgesintert wird.
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