EP0283464B1

EP0283464B1 - Verfahren zum Herstellen eines Sinterkörpers

Info

Publication number: EP0283464B1
Application number: EP88890044A
Authority: EP
Inventors: Friedrich Filz
Original assignee: Miba Sintermetall GmbH
Current assignee: Miba Sintermetall GmbH
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1988-03-07
Publication date: 1993-05-26
Anticipated expiration: 2008-03-07
Also published as: AT388523B; CA1282914C; EP0283464A3; ES2041340T3; EP0283464A2; JPS63247304A; JPH0564681B2; DE3881247D1; ATA61387A; US4839138A

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.
Schließlich ist es zur sintermetallurgischen Herstellung von Ventilsitzen für Verbrennungskraftmaschinen bekannt (EP-A1-130 604), zunächst einen ringförmigen Grundkörper aus einem legierten Eisenpulver vorzupressen und dann gemeinsam mit einer in Pulverform aufgebrachten, molybdänhaltigen Verschleißschicht fertigzupressen, bevor der Formkörper gesintert wird. Die Verschleißschicht wird nicht aus einer kohlenstofffreien Mischung von unlegiertem Eisen und unlegiertem Molybdän gebildet.
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 (vgl. Anspruch 1). Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 zu finden.
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

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, wobei 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.
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.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Vorpreßlings (5) in zwei zueinander vorzugsweise rechtwinkelig verlaufenden Richtungen profiliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorpreßling (5) vorgesintert wird.