DE1160194B

DE1160194B - Verwendung von Aluminium-Sinter-Werkstoffen fuer auf Gleitung beanspruchte Maschinenteile

Info

Publication number: DE1160194B
Application number: DEM34814A
Authority: DE
Inventors: Dr Richard Weber; Otto Heill
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1957-07-18
Filing date: 1957-07-18
Publication date: 1963-12-27

Description

Verwendung von Aluminium-Sinter-Werkstoffen für auf Gleitung beanspruchte Maschinenteile Für auf Gleitung beanspruchte Maschinenteile, insbesondere Kolben und Lager, wurden bisher sowohl gegossene Aluminiumlegierungen als auch Reinaluminium- oder Aluminiumlegierungsblättchenpulver, dem auch Siliziumpulver zugemischt sein kann, verwendet. Auf Gleitung beanspruchte Maschinenteile aus gegossenen Legierungen haben jedoch den Nachteil einer zu geringen Raumtemperaturhärte nach einer Warmbehandlung, auf Gleitung beanspruchte Maschinenteile aus Blättchenpulver auch in Mischung mit Siliziumpulver haben bei erhöhter Temperatur dagegen eine Härte, die in manchen Fällen zu hoch ist, abgesehen davon, daß sie sich schwer durch Warmverformung herstellen lassen. Insbesondere ist es auch bekannt, Gemische von Aluminiumblättchenpulver und Siliziumpulver mit einem Anteil von mehr als 20% Siliziumpulver pulvermetallurgisch zu verarbeiten. Aber auch die so erhaltenen Werkstücke besitzen die oben erwähnten Nachteile einer zu hohen Härte und einer erschwerten Warmverformung.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von verdüstern Aluminiumpulver mit 20% und mehr Siliziumgehalt, das noch mit bei Aluminiumlegierungen üblichen weiteren Legierungsbestandteilen legiert und/oder gemischt sein kann, zur Herstellung von auf Gleitung beanspruchten Maschinenteilen durch intensive Warmverformung des kaltgepreßten und gegebenenfalls gesinterten Pulvers, wobei die Werkstücke bei Raumtemperatur die gleiche Härte vor und nach einer Warmbehandlung haben müssen, und außerdem eine Warmhärte, die der der gegossenen Legierung gleicher Zusammensetzung entspricht. Es hat sich nämlich gezeigt, daß Pulver, das aus gegossenen Aluminiumlegierungen mit 20% und mehr Siliziumgehalt verdüst ist, die Vorteile des Blättchenpulvers bzw. Aluminium-Silizium-Pulvergemisches, nämlich die gleiche Resthärte nach einer Warmbehandlung wie vor derselben mit den Vorteilen der gegossenen Aluminiumlegierung, nämlich die nicht zu hohen, aber doch ausreichende Warmhärte miteinander verbindet. Diese Eigenschaft ist vor allem für pulvermetallurgisch hergestellte Lager erwünscht, weil durch die höhere Schmiegsamkeit ein Ausgleich von örtlichen Störstellen erreicht wird. Weiterhin zeichnen sich die erfindungsgemäß hergestellten Werkstücke durch eine außerordentlich hohe Wechselfestigkeit aus, die darauf zurückgeführt wird, daß durch die erfindungsgemäße Verwendung von verdüstern Aluminiumlegierungspulver eine weitaus feinere Verteilung des Siliziums erreicht wird, als dies beim Mischen von Aluminium- und Siliziumpulver der Fall wäre. Diese Eigenschaft ist besonders für Hochleistungslager außerordentlich wichtig. Die Erfindung soll aber auch die Verwendung von solchen Legierungspulvern umfassen, bei denen die daraus hergestellten Werkstücke hinsichtlich ihrer Warmhärte mit gegossenen Legierungen nicht verglichen werden können, weil letztere gar nicht herstellbar sind. Auch in diesem Fall hat das verdüste Pulver eine niedrigere Warmhärte als Gemische gleicher Zusammensetzung aus mechanisch behandeltem Aluminiumpulver, d. h. Blättchenpulver. Außerdem lassen sich diese Pulver, wenn sie kaltgepreßt und gegebenenfalls gesintert sind, besonders gut warmverformen, z. B. strangpressen, walzen und schmieden, wodurch die Herstellung auf Gleitung beanspruchter Maschinenteile erheblich erleichtert wird.
Auf Gleitung beanspruchte Maschinenteile aus verdüstern Aluminiumpulver mit übereutektischem Siliziumgehalt haben darüber hinaus den Vorteil, daß sie im Vergleich zum gegossenen Werkstoff, der praktisch keine Dehnung hat, eine Dehnung von über 1% aufweisen, was ihre Verwendbarkeit erheblich erweitert.
Außerdem haben die Werkstoffe, die aus verdüstern Aluminiumlegierungspulver durch Warmverformung hergestellt worden sind, den weiteren Vorteil, daß sie auch bei Verformungsgraden über 1. : 22 ihre Festigkeit und Härte behalten. Im Gegensatz dazu fallen diese Eigenschaften bei Körpern, die aus gegossenen Legierungen hergestellt worden sind, bei gleichen Verformungsgraden stark ab.
Als Legierungsbestandteile bei der Herstellung von verdüstern Aluminiumlegierungspulver kommen außer Silizium insbesondere Kupfer, Magnesium, Nickel, Blei, - Zinn und/oder Cadmium in Betracht. Statt diese zusätzlichen Legierungsbestandteile bereits in den erschmolzenen Ausgangswerkstoff vor der Verdüsung einzulegieren, kann man auch dem Legierungspulver die Bestandteile Blei, Zinn, Mangan und/oder Cadmium oder weiteres Silizium in Pulverform zusetzen und diese Mischung pulvermetallurgisch verarbeiten. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften können dem verdösten Pulver weitere an sich bekannte nichtmetallische, die Gleiteigenschaften verbessernde Zusätze zugemischt werden, z. B. Graphit, Oxyde, Sulfide oder Kunststoffe. Das verwendete, verdöste Aluminiumlegierungspulver weist in bekannter Weise geringfügige Oxydgehalte auf. Beispiel 1 Ein verdöstes Legierungspulver (mittlere Korngröße 0,042 mm) der Zusammensetzung 21% Si -1-1,5% Cu + 0,5% Ni -f- 1,0% Mg und einem Oxydgehalt von 2% wurde zu Bolzen kalt gepreßt, die vorgewärmt bei einem Preßdruck von 6,5 t/cm2 (bei Blättchenpulver gleicher Zusammensetzung betrug der Preßdruck 9,5 t/cm?) auf einer Strangpresse zu Bändern von 20 - 3 mm verpreßt wurden (Verformungsgrad 1: 24). Diese Bänder wurden anschließend in Stücke entsprechender Länge geschnitten und zu Halblagerschalen geformt.

Ein Vergleich zwischen den aus verdüstern Pulver und Blättchenpulver hergestellten Werkstoffen mit der entsprechenden Gußlegierung ergibt folgende Werte:

Legierungspulver Guß_

verdöst Blättchen- legierung

Pulver

Anlieferungshärte .. 117 120 100

Warmhärte 250° C 42 58 42

Resthärte ......... 117 120 83

Zugfestigkeit ...... 31 35 20

Dehnung . . . ...... . 1,2 0,2 0,2

Beispiel 2 Ein verdöstes Legierungspulver (mittlere Korngröße 0,042 mm) der Zusammensetzung 20% Si 1,0% Cu + 0,5% Ni + 1,0% Mg und einem Oxydgehalt von 2% wurde mit Silizium- und Graphitpulver in solchen Mengen gemischt, daß der Gesamt-Silizium-Gehalt 30% und der Graphitgehalt 3% betrug. Diese Mischung wurde zu Bolzen kalt gepreßt, vorgewärmt und auf einer Strangpresse über einen Dorn zu Rohren verpreßt (Verformungsgrad 1 : 27). Die Rohre dienten als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Lagern. Bei den Werkstücken betrug die Anlieferungshärte 105 kg/mm-', die Warmhärte bei 250° C 36 kg/mm2 und die Resthärte 104 kg/mm2. Beispiel 3 Verdüstern Legierungspulver der Zusammensetzung 24'% Si + 1,2% Cu + 1,0% Ni + 1,0'11/o Mg und einem Oxydgehalt von 2% wurde Siliziumpulver in solchen Mengen beigemischt, daß der Gesamt-Siliziumgehalt 32% betrug. Diese Mischung wurde zu Ronden kaltgepreßt, bei 470°C gesintert und in einem entsprechenden Gesenk zu Kolben geschmiedet. Bei diesen Kolben beträgt die Anlieferungshärte 140 kg/mm2, die Warmhärte bei 250° C 25 kg/mm2 und die Resthärte 142 kg/mm2.

Die nach den Beispielen 2 und 3 hergestellten Werkstücke können in ihrer Warmhärte nicht mit einer gegossenen Legierung gleicher Zusammensetzung verglichen werden, da eine solche Legierung auf dem Gießwege nicht herstellbar ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verwendung eines aus verdüstern Aluminiumpulver mit 200/0 und mehr Siliziumgehalt durch intensive Warmverformung des kaltgepreßten und gegebenenfalls gesinterten Pulvers hergestellten Werkstoffs zur Herstellung von auf Gleitung beanspruchten Maschinenteilen, für die bei Raumtemperatur die gleiche Härte vor und nach einer Erwärmung und außerdem eine Warmhärte, die der einer gegossenen Legierung gleicher Zusammensetzung entspricht, gefordert wird.
2. Verwendung eines verdösten Aluminiumpulvers nach Anspruch 1, in dem als weitere Legierungsbestandteile Kupfer, Magnesium, Nickel, Blei, Zinn und Cadmium und/oder als Mischungsbestandteile Blei, Zinn, Mangan, Cadmium und/oder weiteres Silizium enthalten sind für den in Anspruch 1 genannten Zweck.
3. Verwendung von verdüstern Aluminiumpulver nach Anspruch 1 oder 2, wobei dem Pulver vor der Verarbeitung noch weitere an sich bekannte nichtmetallische, die Gleiteigenschaften verbessernde Zusätze, und zwar vorzugsweise Graphit, Oxyde und/oder Sulfide oder Kunststoffe, zugemischt worden sind für den im Anspruch 1 genannten Zweck. In Betracht gezogene Druckschriften: R. Kieffer und W. Hotop, Pulvermetallurgie und Sinterwerkstoffe, 1943, S. 18, 19; Zeitschrift für Metallkunde, Bd. 46 (1955), S. 810 bis 812, und Bd. 47 (1956), S. 74 bis 78; In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1023 231.