EP1281461B1 - Verfahren zur endkonturnahen Fertigung von Bauteilen bzw. Halbzeugen aus schwer zerspanbaren Leichtmetalllegierungen - Google Patents

Verfahren zur endkonturnahen Fertigung von Bauteilen bzw. Halbzeugen aus schwer zerspanbaren Leichtmetalllegierungen Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for the near-net-shape production of components or semi-finished products made of hard-to-cut light metal alloys and one made by the process Component or semi-finished product.
  • powder-metallurgical manufacturing is highly wear-resistant Components of the material delivered as powder, processed in the classic powder press process, sintered, heat treated and calibrated.
  • the peculiarity of such a highly wear-resistant the material is very distorted during sintering due to the necessary liquid phase sintering is caused.
  • the required dimensional and dimensional accuracy in the subsequent Calibration is restricted here.
  • the invention can also be referred to are used as a method for producing a sintered part made of sintered light metal with variable Proportions of wear protection particles as an alloy component.
  • this is a method for producing Sintered molded parts made of light metals, preferably aluminum with 10 - 30% silicon content, Mg 0-3%, Cu 0-5%, Zn and Fe 0-7%.
  • Other light metals with changed Si components can be produced in this way.
  • hard material particle additives can also be used such as oxides, carbides and silicates with proportions of 0-30%.
  • the process advantageously combines the processes of cold or hot isostatic presses, Extrusion, sawing and calibration with preferably integrated faceting, if necessary Heat treatment and forging into a new whole.
  • the starting point of the invention is the powder metallurgical material Aluminum with Si fractions of approx. 14% which, among other things, is used in an application Sprocket against a steel chain, as a rotor and stator in a camshaft phasing system or an oil pump has excellent, previously unknown, good wear properties.
  • the precision that is customary in sintered parts is generated.
  • the big delays like in the classic sintering process described above no longer occur here.
  • the highly wear-resistant Material can be manufactured in close dimensional tolerances.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur endkonturnahen Fertigung von Bauteilen bzw. Halbzeugen aus schwer zerspanbaren Leichtmetalllegierungen und ein durch das Verfahren hergestelltes Bauteil bzw. Halbzeug.
Herkömmlicherweise wird bei der pulvermetallurgischen Herstellung von hochverschleißfesten Bauteilen der Werkstoff als Pulver angeliefert, im klassischen Pulverpressverfahren verarbeitet, gesintert, wärmebehandelt und kalibriert. Die Eigenart eines solchen hochverschleißfesten Werkstoffes ist jedoch ein starker Verzug beim Sintern, der durch die notwendige Flüssigphasensinterung hervorgerufen wird. Die geforderte Form- und Maßgenauigkeit beim anschließende Kalibrieren ist hier eingeschränkt.
Um diesen Nachteil der oben genannten Werkstoffe im Punkt Genauigkeit zu beheben, wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 zur Verfügung gestellt. Die Unteransprüche richten sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Mit anderen Worten und in einer Ausführungsvariante kann die Erfindung auch bezeichnet werden als Verfahren zur Herstellung eines Sinterteiles aus Sinterleichtmetall mit veränderlichen Anteilen an Verschleißschutzpartikeln als Legierungsanteil.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist diese ein Verfahren zur Herstellung von Sinterformteilen aus Leichtmetallen, vorzugsweise Aluminium mit 10 - 30 % Siliziumanteilen, Mg 0 - 3 %, Cu 0 - 5 %, Zn und Fe 0 - 7 %. Auch andere Leichtmetalle mit veränderten Si-Anteilen sind so herstellbar. Alternativ zu Si als Verschleißträger können auch Hartstoffpartikelzusätze wie Oxide, Carbide und Silikate mit Anteilen von 0 - 30 % eingesetzt werden.
Das Verfahren vereinigt vorteilhafterweise die Verfahren Kalt- oder Heißisostatpressen, Strangpressen, Sägen und Kalibrieren mit vorzugsweise integriertem Facettieren, gegebenenfalls Warmbehandeln und Schmieden zu einer neuartigen Gesamtheit.
Ausgangspunkt der Erfindung ist bei einer Ausführungsform der pulvermetallurgische Werkstoff Aluminium mit Si-Anteilen von ca. 14 % der unter anderem in einer Anwendung als Kettenrad gegen eine Stahlkette, als Rotor und Stator in einem Nockenwellenverstellersystem oder einer Ölpumpe hervorragende, bisher nicht gekannte, gute Verschleißeigenschaften besitzt.
In bevorzugter Ausführung wird die Erfindung mit folgenden Verfahrensschritten umgesetzt:
  • Verpressen des Rohpulvers in einer Kalt- oder Heißisostatpresse zu einem Bolzen oder einer Form, die zum späteren Strangpressen geeignet ist. Vorteilhaft ist hier der Einsatz eines gepressten Bolzens aus Leichtmetallpulver, um im Gegensatz zu schmelzmetallurgisch hergestellten Bolzen ein gleichmäßigeres Gefüge ohne Lunker und Seigerungen etc. (mit gleichmäßig guter Si-Verteilung und damit guten Verschleißeigenschaften) zu erhalten;
  • Strangpressen des Bolzens nahe der Sintertemperatur des Leichtmetalls. Dabei Rekristallisation des Gefüges und Temperaturerhöhung bis zur optimalen Temperatur. Der Strangpressbolzen hat nun schon eine sehr gute Maßtoleranz, die für manche Bauteile schon genügen kann;
  • wenn die Maßtoleranz noch nicht ausreichend ist, um hochpräzise, einbaufertige Konturen zu erhalten, wird der stranggepresste Bolzen noch weiter nachkalibriert;
  • der Strangpressbolzen wird in das für das Bauteil später notwendige Maß in geeigneter Weise getrennt. Gegebenenfalls wird er dann noch warmbehandelt, einem Nachkalibrierarbeitsgang unterzogen und an definierten Kanten facettiert. Denkbar ist auch, den Strang als Ganzes in einer Art Ziehprozess auf genaue Maße zu bringen und danach zu trennen.
Erfindungsgemäß wird die bei Sinterteilen übliche Präzision erzeugt. Die großen Verzüge wie im oben beschriebenen klassischen Sinterverfahren treten hier nicht mehr auf. Der hochverschleißfeste Werkstoff ist in engen Maßtoleranzen herstellbar.

Claims (10)

  1. Verfahren zur endkonturnahen Fertigung von Bauteilen bzw. Halbzeugen aus schwer zerspanbaren Leichtmetalllegierungen mit den folgenden Schritten:
    Bereitstellen eines Pulvermaterials, bestehend aus Leichtmetall und gegebenenfalls Hartstoffpartikelzusätzen als Verschleißträger und/oder anderen Legierungsmetall-zusätzen; anschließend
    isostatisches Pressen des Pulvermaterials zu einem Formkörper; und
    Unterwerfen des Formköpers einem Strangpressvorgang nahe der Sintertemperatur des Leichtmetalls ohne Sintern des gepressten Formkörpers vor dem Strangpressen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Leichtmetall Aluminium verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Legierungsbestandteile Silizium, vorzugsweise 10 - 30 % Si, Magnesium, vorzugsweise 0 - 3 % Mg, Kupfer, vorzugsweise 0 - 5 % Cu, Zink, vorzugsweise 0 - 7 % Zn, Eisen, vorzugsweise 0 - 7 % Fe umfassen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Verschleißträger Silizium und/oder Hartstoffpartikelzusätze, insbesondere Oxide, Carbide und Silikate, bevorzugt mit Anteilen von 0-30% eingesetzt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Pulvermaterial heiß- bzw. kaltisostatisch zu dem Formkörper gepresst wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Strangpressen so durchgeführt wird, dass eine Rekristallisation des Gefüges und Temperaturerhöhung bis zur optimalen Temperatur eintritt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der gepresste Strang nach dem Strangpressen vereinzelt wird, insbesondere durch einen Schneidvorgang zu einhöhigen Bauteilen bzw. Halbzeugen vereinzelt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem nach der Vereinzelung eine Weiterverarbeitung bzw. Kalibrierung des Bauteils bzw. Halbzeuges durchgeführt wird, wenn vorgegebene Eigenschaften bzw. Maßtoleranzen noch nicht erreicht sind, insbesondere durch eine Nachkalibrierung und/oder eine Facettierung.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Strangpressprodukt durch einen Ziehvorgang weiterverarbeitet wird, wenn vorgegebene Eigenschaften bzw. Maßtoleranzen noch nicht erreicht sind, worauf dann eine Vereinzelung erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Strangpressprodukt wärmebehandelt wird.
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