DE202008001976U9 - Fluid-tight sintered metal parts - Google Patents

Abstract

Fluiddichtes Sintermetallteil hoher mechanischer Beanspruchbarkeit im wesentlichen aus non-ferrum Metallpulvermischungen, herstellbar durch:
– Vorlegen eines im wstl. pressmittelfreien Grünlings;
– druckloses Sintern des Grünlings unter Schutzgas bei Temperaturen bis zu 70% der Metallschmelztemperatur, bevorzugt bis zu 60% der Metallschmelztemperatur,
– ggf. Lösungsglühen, und
– ggf. Kalibrieren und weitere Verarbeitung.Fluid-tight sintered metal part of high mechanical strength consisting essentially of non-ferrum metal powder mixtures, producible by:
- Submission of one in wstl. press-free green goods;
Pressureless sintering of the green body under protective gas at temperatures of up to 70% of the molten metal temperature, preferably up to 60% of the molten metal temperature,
- if necessary solution annealing, and
- if necessary, calibration and further processing.

Description

Die Erfindung betrifft fluiddichte Sintermetallteile hoher mechanischer Beanspruchbarkeit, im wesentlichen aus non-ferrum Metallpulvermischungen.The The invention relates to fluid-tight sintered metal parts of high mechanical Strength, essentially non-ferrum metal powder mixtures.

Hier werden unter der Bezeichnung non-ferrum auch Metallmischungen verstanden, die Eisen in geringen Mengen, bis etwa 8 Gew.-% aufweisen – geringere Eisenmengen als Legierungszusätze sollen möglich sein.Here are understood as non-ferrum and metal mixtures, the iron in small amounts, to about 8 wt .-% have - lower Iron amounts as alloying additives should be possible.

Unter Sinterteilen erhöhter Beanspruchbarkeit werden im Zusammenhang mit dieser Erfindung Sinterteile einer größeren Härte als (drucklos) im wesentlichen festphasengesinterte Teile ohne aufwendige Presshilfsmittelentfernung gleicher chemischer Zusammensetzung verstanden.Under Sintered parts of increased strength are related with this invention sintered parts of a larger Hardness as (pressureless) substantially solid phase sintered Parts without complicated pressing aid removal of the same chemical Composition understood.

Unter fluiddichten Teilen wird im Zusammenhang mit dieser Anmeldung ein dichter Körper mit dichter Oberfläche, die keinen Eintritt von Fluiden – wie Flüssigkeiten oder Gasen – unter erhöhtem Druck (zwischen 0,1 und 100 bar) ermöglicht, verstanden. Sie werden auch als „druckdicht" bezeichnet.Under fluid-tight parts will be in the context of this application dense body with a dense surface, none Entry of fluids - such as liquids or Gases - under elevated pressure (between 0.1 and 100 bar), understood. They are also called "pressure tight" designated.

Zunächst sollen Vorgänge und Fachausdrücke auf dem Gebiet des Sinterns, wie sie dem Fachmann bekannt sind, erläutert werden.First should be processes and terminology in the field sintering, as known in the art, explained become.

Unter Sintern versteht man allgemein die Verarbeitung von Ausgangswerkstoffen in Pulverform, die Kombinationen mit physikalischen Eigenschaften, die schmelzmetallurgisch nicht wirtschaftlich herstellbar sind, erlaubt. Nach der Verdichtung auf Grünlinge werden diese im Sinterofen einer prozessgesteuerten und kontrollierten Wärmebehandlung unterzogen. Diese Behandlung eines Pulverpreßlings findet bei einer Temperatur ab etwa der Hälfte der Schmelztemperatur bis etwa zur Schmelztemperatur statt. Sintern ist äußerst temperaturabhängig. Nach Temperatur und Druck findet Schwinden und Abnahme der Porosität statt.Under Sintering is generally understood to mean the processing of starting materials in powder form, the combinations with physical properties, which are not economically producible by melt metallurgy, allowed. After compaction on green compacts they become in the sintering furnace of a process-controlled and controlled heat treatment subjected. This treatment of a powder compact finds at a temperature from about half of the melting temperature to about the melting temperature instead. Sintering is extremely temperature dependent. After temperature and pressure, shrinkage and decrease in porosity occurs instead of.

Sintern findet standardmäßig drucklos in einem Sinterofen unter Umgebungsdruck und Schutzgasatmosphäre statt.sintering By default, it is pressureless in a sintering furnace under ambient pressure and inert gas atmosphere instead.

Gesinterte Produkte zeichnen sich besonders aus durch:

• – eine hohe Rohstoffausnutzung
• – eine hohe geometrische Reproduzierbarkeit von Massenbauteilen
• – die Möglichkeit zur Kombination unterschiedlicher Legierungsbestandteile –

auch solchen, die keine homogene Schmelze bildenSintered products are characterized by:

• - a high raw material utilization
• - a high geometric reproducibility of mass components
• - the possibility of combining different alloy components -

even those that do not form a homogeneous melt

Es bestehen verschiedene Varianten des Sinterns:It There are different variants of sintering:

Flüssigphasensintern (liquid phase sintering)Liquid phase sintering (liquid phase sintering)

Partikel aus höherschmelzendem Material werden durch die beim Sintern auftretende flüssige Phase eines anderen Materials miteinander verbunden und bewirken eine starke Schwindung.particle from higher melting material are by the sintering occurring liquid phase of another material with each other connected and cause a strong shrinkage.

Festphasensintern (solid state sintering)Solid state sintering

Es wird das Auftreten einer flüssigen Phase weitgehendst vermieden, was gegenüber Flüssigphasensintern zu weniger Verzug im Endbauteil führt. Es tritt im wesentlichen nur Diffusion an den Korngrenzen auf. Nur beim Festphasensintern tritt Rekristallisation (Kornneubildung) unter Verdichtung der Formkörper auf. Bei der Rekristallisationstemperatur kommt es im Ofen zu einer Korngefügeneubildung. Es ist bekannt, dass diese temperatur- und druckabhängig ist (s. oben)It the occurrence of a liquid phase is largely avoided which is less than liquid phase sintering Delay in the final component leads. It essentially only occurs Diffusion at the grain boundaries. Only occurs during solid-phase sintering Recrystallization (grain regeneration) under compression of the moldings on. At the recrystallization temperature, an oven is formed Grain structure formation. It is known that these temperature- and pressure-dependent (see above)

Zwischen Fest- und Flüssigphasensintern besteht ein fließender Übergang.Between Solid and liquid phase sintering is a smooth transition.

Drucksintern (pressure assisted sintering)Pressure assisted sintering

Durch Sintern unter erhöhtem Druck bilden sich leichter und besser Kontakte zwischen benachbarten Körnern, an denen Diffusion stattfinden kann.By Sintering under increased pressure is easier and better Contacts between adjacent grains, where diffusion can take place.

Heissisostatisches PressenHot isostatic pressing

Beim Heißisostatischen Pressen (HIP = Hot Isostatic Pressing) werden die Grünteile einzeln diskontinuierlich in Druckkammern gesintert, was für eine Serienproduktion nur in Ausnahmefällen tragbar ist.At the Hot isostatic pressing (HIP = Hot Isostatic Pressing) The green parts are individually discontinuous in pressure chambers sintered, which is a series production only in exceptional cases is portable.

Kontinuierliches isostatisches PressenContinuous isostatic pressing

Das kontinuierliche isostatische Pressen ist im EP-A-1412113 beschrieben. Dabei wird während Frestphasensintertemperaturen kontinuierlich in einer Strang presse auf einen gepressten Bolzen Druck unter Sintern desselben ausgeübt.The continuous isostatic pressing is in EP-A-1412113 described. In this case, during sintering phase sintering temperatures continuously in an extrusion press on a pressed pin pressure, with sintering thereof exerted.

Standard SinternStandard sintering

Das Standardsintern wird drucklos überwiegend unter Schutzgas in Öfen durchgeführt, da meist Materialien gesintert werden, welche bei erhöhten Temperaturen leicht Reaktionen mit den Gasen, die durch das Schutzgas ersetzt werden, eingehen. Bspw. wird ohne Sauerstoff zur Vermeidung von Oxidbildung gearbeitet oder mit trockenen Gasen, um Hydroxidbildung zu verhindern. Beim Standardsintern wird das zu sinternde Pulver, Granulat, Gries oder dgl. gemeinsam mit Presshilfsstoffen in endkonturnahe Form in der Regel uniaxial gepresst und der so hergestellte Grünling dann in einem Sinterofen bei Temperaturen bei 1/2–4/5 der Schmelz- bzw. Solidustemperatur des Metallpulvers, ggf. unter Schutzatmosphäre, gesintert.The Standard internal pressure is mainly under inert gas performed in ovens, mostly sintered materials which are easily reactions at elevated temperatures with the gases that are replaced by the inert gas, enter. For example. is worked without oxygen to avoid oxide formation or with dry gases to prevent hydroxide formation. When standard internal the powder, granules, semolina or the like to be sintered is common usually pressed uniaxially with pressing aids in near-net shape and the green compact thus produced in a sintering furnace at temperatures of 1 / 2-4 / 5 of the melting or solidus temperature the metal powder, optionally under a protective atmosphere, sintered.

Formen des Nachpressens:Forms of repressing:

KalibrierenCalibrate

Unter Kalibrieren versteht man im Zusammenhang mit Sinterteilen das dreidimensionale Nachpressen eines Teils mit geringer Verdichtung desselben, um Sinterverzüge auszugleichen. Es findet dabei nur eine geringfügige Geometrieänderung statt. Es findet eine Korrektur eines beim Sintern ggf. auftretenden Verzugs statt. Es erfolgt dabei keine grundlegende Formgebung, sondern ein einfaches Nachpressen. Die geringfügigen Formänderungen durch halten sich in der Größenordnung von wenigen Prozent und es erfolgt keine neue Formgebung.Under Calibrating is understood to mean the three-dimensional one in connection with sintered parts Repressing a part with low compression of the same to sintering distortions compensate. It finds only a slight change in geometry instead of. It finds a correction of a possibly occurring during sintering Default. There is no fundamental shaping, but a simple repressing. The slight changes in shape by keeping in the order of a few Percent and there is no new shaping.

Freiziehenfree drawing

Freiziehen ist eine zweidimensionale Formgebung und bezeichnet das Glätten von Sinterteil-Oberflächen.free drawing is a two-dimensional shape called smoothing of sintered surfaces.

Facettieren-KantenbrechenFacet-edge breaking

Hierunter versteht man im Zusammenhang mit Sinterteilen ein Entgraten scharfer Kanten an einem Produkt ohne sonstige Dimensionsveränderung.this includes one understands in connection with sintered parts a deburring sharp Edges on a product without other dimensional changes.

SinterpulvervorbereitungSintered powder preparation

Kaltpressen:Cold pressing:

Es wird Pulver mit oder ohne Presshilfsmittel ohne Wärmezufuhr verdichtet.It is powder with or without pressing aids without heat compacted.

Warmpressenhot pressing

Das Pulver wird ohne Sintern warm gepresst, wobei weniger und thermisch höher beanspruchbare Presshilfsmittel als beim Kaltpressen verwendet werden.The Powder is hot pressed without sintering, being less and more thermally higher loadable pressing aids than cold pressing be used.

Presshilfsmittelpressing aids

Können Trennmittel oder Schmiermittel oder aber auch Adhäsionsmittel sein, welche zu einer höheren Grünfestigkeit und auch zur Herabsetzung der zur Pulververdichtung notwendigen Presskraft führen.Can Release agent or lubricant or even adhesive which leads to a higher green strength and also to reduce the pressure required for powder compaction to lead.

Unter diesem Begriff werden sowohl Trennmittel, welche das Auswerfen des Presslings aus der Pressform als auch Schmiermittel, welche im Pulver das Gleiten der einzelnen Pulverpartikel gegeneinander fördern – bspw. Wachse, Graphit oder Siliconöle, verstanden. Bevorzugt werden Presshilfsmittel während des Sinterns ausgetrieben oder chemisch umgewandelt – bspw. verbrannt.By this term, both release agents, which eject the compact from the mold as well as lubricants, which promote the sliding of the individual powder particles in the powder against each other - For example, waxes, graphite or silicone oils, understood. Preferably, pressing aids are expelled during the sintering or chemically converted - for example, burned.

An die eigentliche Verdichtung des Grünteils beim Sintern im Ofen schließt sich häufig Lösungsglühen an, welches das beim Sintern gebildete Gefüge durch Rekristallisation verbessert. Danach können noch weitere übliche Verarbeitungsschritte, wie Schleifen, Drehen, Beschichten etc. des Sinterteils erfolgen.At the actual compaction of the green part during sintering in the oven is often followed solution annealing, which the structure formed by sintering by recrystallization improved. After that, more common Processing steps, such as grinding, turning, coating etc. of the Sintered parts.

Generell hatten die nach bekannten Verfahren hergestellten Sinterteile aus Metallpulvermischungen, insbesondere dann, falls nicht homogen schmelzende Pulvermischungen gesintert wurden, häufig durch die unterschiedliche Diffusionsgeschwindigkeit der Sinterpulvermischungsbestandteile bedingte poröse oder entmischte Bereiche. Dies stört das Sinterteilgefüge und dessen mechanisch technologische Eigenschaften insofern, als eine undichte poröse Oberfläche oder komplettes Bauteil entsteht. Die Eigenschaften der so hergestellten pulvergesinterten Teile waren demzufolge durch diese Störbereiche, deren Auftreten unvorhersagbar war, verschlechtert und es traten große Unterschiede einzeln hergestellter Sinterteile auf, was sich bspw. in einer erhöhten Neigung zu Materialbrüchen entlang der inhomogenen Bereiche, einer dadurch erhöhten Oberflächenrauhigkeit und verringerter Oberflächenhärte zeigte. Dies ist besonders dann, wenn die Sinterteile im Betrieb hohen Belastungen ausgesetzt werden – bspw. als Zahnräder, Pumpenräder etc. nachteilig und die herkömmlichen Verfahren führen aufgrund der hohen Ausschussquote zu hohen Kosten.As a general rule had the sintered parts prepared by known methods Metal powder mixtures, in particular if not homogeneously melting Powder blends were sintered, often by the different ones Diffusion rate of sintered powder blending ingredients conditional porous or segregated areas. This bothers me the sintered structure and its mechanical technological Properties insofar as a leaky porous surface or complete component arises. The properties of the so produced powder sintered parts were consequently through these interference areas, their occurrence was unpredictable, worsened and occurred large differences between individually produced sintered parts, what, for example, in an increased tendency to material fractures along the inhomogeneous areas, thereby increasing one Surface roughness and reduced surface hardness showed. This is especially true when the sintered parts are in operation be exposed to high loads - for example, as gears, Pump wheels etc. disadvantageous and the conventional Procedures lead to high due to the high reject rate Costs.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, Sinterteile herzustellen, die eine hohe Oberflächenhärte, hohe mechanische Belastbarkeit zeigen und fluiddicht sind.It is the object of the invention to produce sintered parts, the high surface hardness, high mechanical Show resilience and are fluid-tight.

Die Aufgabe wird durch ein fluiddichtes Sintermetallteil hoher mechanischer Beanspruchbarkeit, im wesentlichen aus non-ferrum Metallpulvermischungen, herstellbar durch: Vorlegen eines im wesentlichen pressmittelfreien Grünlings; druckloses Sintern des Grünlings unter Schutzgas bei Temperaturen bis zu 70% des Metallschmelztemperatur, bevorzugt bis zu 60% der Metallschmelztemperatur, ggf. Lösungsglühen, ggf. Kalibrieren und weitere Verarbeitung gelöst.The Task is by a fluid-tight sintered metal part of high mechanical Toughness, essentially of non-ferrum metal powder mixtures, Preparable by: presenting a substantially free of solvent Green body; pressureless sintering of the green body under Inert gas at temperatures up to 70% of the molten metal temperature, preferably up to 60% of the molten metal temperature, if appropriate solution heat treatment, If necessary, calibration and further processing are solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.advantageous Further developments emerge from the dependent claims.

Bevorzugt weist das erfindungsgemäß hergestellte fluiddichte Sintermetallteil eine Dichte im Bereich von 95%–97% der theoretischen Dichte der Metallpulvermischung auf.Prefers has the fluid-tight produced according to the invention Sintered metal part has a density in the range of 95% -97% of theoretical density of the metal powder mixture.

Als Ausgangsmischung des zu sinternden Materialpulvers werden im wesentlichen Metalle und Metalllegierungen, sowie geringere Mengen an Legierungsbestandteilen, Hartstoffen, Verschleißträgern, Fasern und Presshilfsmitteln eingesetzt.When Starting mixture of the material to be sintered powder material are substantially Metals and metal alloys, as well as lower amounts of alloying constituents, Hard materials, wear carriers, fibers and pressing aids used.

Unter presshilfsmittelfrei wird im Sinne dieser Anmeldung ein Grünling, der völlig ohne Presshilfsmittel hergestellt ist, ein solcher, der mit weniger als 5 Gew.-% Presshilfsmittel hergestellt wurde und einer, der aufgrund eines an sich bekannten Presshilfsmittelentfernungsschrittes auf einen Presshilfsmittelgehalt von unter 1 Gew.-%, bevorzugt unter 0,5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt auf einen Presshilfsmittelgehalt von unter 0,01 Gew.-% gebracht wurden. verstanden.Under For the purposes of this application, a green product which is completely made without pressing aids, such which was prepared with less than 5 wt .-% pressing aid and one which, due to a per se known pressing aid removal step to a Presshilfsmittelgehalt of less than 1 wt .-%, preferably below 0.5 wt .-% and most preferably to a Presshilfsmittelgehalt of less than 0.01% by weight. Understood.

Bevorzugt werden erfindungsgemäße Sintermetallteile mit hohem bis überwiegendem Leichtmetallanteil hergestellt, wobei das Leichtmetall ausgewählt ist aus Al, Mg, Be, Ti. Weitere Bestandteile können andere Metalle oder Elemente, wie Cu, Si, Zn, Ca, O, C, Fe etc. sein.Prefers be sintered metal parts according to the invention high to predominantly light metal content, wherein the light metal is selected from Al, Mg, Be, Ti. Other ingredients may be other metals or elements, such as Cu, Si, Zn, Ca, O, C, Fe, etc.

Bevorzugt wird das Entfernen des Presshilfsmittels sowie ggf. das Sintern in einem Sinterofen unter Inertgas, wie Edelgas, H2, N2, CO2 oder Mischungen hieraus, durchgeführt, um Oxidation und Hydroxidbildung während des Sinterns zu vermeiden.Prefers is the removal of the pressing aid and possibly sintering in a sintering furnace under inert gas, such as inert gas, H2, N2, CO2 or Mixtures of this, carried out to oxidation and hydroxide formation during sintering.

Dadurch, dass erfindungsgemäß nun ein Grünling mit einem sehr geringen oder im ohne Restwachsgehalt drucklos gesintert wird, kann in überraschender Weise Metallpulver zu einem fluiddichten Teil unter weitgehender Vermeidung der Flüssigphase gesintert werden. Es war völlig unerwartet, dass dieses klassische drucklose Standardsintern im wesentlichen presshilfsmittelfreier Grünlinge bei diesen relativ niedrigen Festphasensintertemperaturen (was zu geringen Energiekosten führt) ein hochdichtes Produkt großer Formstabilität und geringen Verzugs liefert.Thereby, that according to the invention now a green sintered with a very low or without residual wax content without pressure can, surprisingly, metal powder to a fluid-tight part while largely avoiding the liquid phase be sintered. It was completely unexpected that this classic pressure-free standard internals essentially free of press-aids Green compacts at these relatively low solid phase sintering temperatures (which leads to low energy costs) a high-density product provides great dimensional stability and low distortion.

Es zeigt sich, dass dieses Verfahren Sinterteile mit einer überlegenen Härte und Beanspruchbarkeit liefert, die aufgrund der hohen Dichte und relativ kugeligen Kornstruktur gegenüber Sinterteilen, die über kontinuierliches isostatisches Pressen in einer Strangpresse nach dem Verfahren der EP-A1-1412113 fluiddicht hergestellt wurden, härter und weniger duktil sind, was für hochbeanspruchte Bauteile erwünscht ist (s. Tabelle I).It turns out that this method provides sintered parts with a superior hardness and toughness, due to the high density and relatively spherical grain structure compared to sintered parts, the kon continuous isostatic pressing in an extruder according to the method of EP-A1-1412113 were made fluid-tight, harder and less ductile, which is desirable for highly stressed components (see Table I).

Erfindungsgemäß wird bevorzugt ein Pulverpreßling – hergestellt durch bekannte Pressverfahren zur Pulververdichtung als Ausgangsmaterial für den Presshilfsmittelentfernungsschritt eingesetzt.According to the invention preferably a Pulverpreßling - manufactured by known pressing method for powder compaction as starting material used for the pressing aid removal step.

In einer anderen Ausführungsvariante kann dieses durch die Matritze gebildete kontinuierlich erstellte Sinterprodukt durch geregelte Abkühlung bspw. durch Besprühen mit Wasser so abgekühlt werden, dass einmal ein feinkristalliner Zustand durch Abschrecken erzeugt wird oder dass eine definierte Wärmebehandlung, z. B. bei Aluminiumlegierungen Lösungsglühen, erfolgen kann. Das abgekühlte Teil kann mechanisch nachbearbeitet werden. Als Nachbearbeitung können Oberflächenvergütung oder aber Kalibrieren – verwendet werden. Das Sinterteil kann auch bei Bedarf einer Wärmebehandlung unterworfen werden, um das Materialgefüge zu verändern oder zu vergüten.In another variant, this can by the Matritze formed continuously produced sintered product controlled cooling, for example by spraying with Be cooled so that once a finely crystalline State is generated by quenching or that a defined Heat treatment, z. B. in aluminum alloys solution annealing, can be done. The cooled part can be mechanically reworked become. As reworking can surface coating or calibration - can be used. The sintered part can also be subjected to a heat treatment when required be used to change the material structure or to remunerate.

Auch erfindungsgemäß hergestellte Sinterteile aus nicht homogen schmelzenden Metallmischungen zeigen eine größere Härte und geringere Duktilität bei geringerer Dehnung als solche, die mit Verfahren mit kontinuierlichem isostatischen Pressen hergestellt wurden, die ähnliche Dichtegrade zu erreichen vermögen.Also Non-sintered parts produced according to the invention homogeneously melting metal mixtures show a larger Hardness and lower ductility at lower Elongation as such, using continuous isostatic methods Presses were made that have similar levels of density achieve fortune.

Für die Anwendung als Bauteile werden die mechanischen, technologischen Kennwerte der Sinterteile, Elastizität, Zugfestigkeit und Dehnung sehr günstig beeinflusst.For The application as components become the mechanical, technological Characteristics of the sintered parts, elasticity, tensile strength and Elongation very favorably influenced.

So hat bspw. ein drucklos gesintertes Bauteil aus einer Aluminiumlegierung mit 13 Gew.-% Silizium eine Bruchdehnung von weniger als 10% eines Bauteils aus der gleichen Legierung, das kontinuierlich isostatisch gesintert wurde Dadurch, dass das Auftreten von Schmelzphasen vermieden wird, können auch nichtmischbare Bestandteile, wie Hartphasen, homogen verteilt eingearbeitet werden. Es kann als Materialpulver eine Pulvermischung im wesentlichen aus Metallen bzw. deren Legierungen und weiteren Materialien, wie Hartteilen, Fasern, bzw. Verschleißträgern wie Borcarbid, BN und Nichtmetallen eingesetzt werden.So has, for example, a pressure-sintered component made of an aluminum alloy with 13 wt .-% silicon, an elongation at break of less than 10% of a Component of the same alloy that is continuously isostatic It was sintered by avoiding the appearance of melt phases immiscible constituents, such as hard phases, be incorporated homogeneously distributed. It can be used as a material powder Powder mixture essentially of metals or their alloys and other materials, such as hard parts, fibers, and wear carriers such as boron carbide, BN and non-metals are used.

Man kann so Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe herstellen, (Metal Matrix Composite), wobei eine weitere Komponente faserig oder aber teilchenförmig sein kann.you can thus produce metal-matrix composites, (Metal Matrix Composite), with another component being fibrous or particulate can be.

Als Fasern können Kurz- oder Langfasern bzw. Teilchen in Anteilen zwischen 5–30 Vol% zugesetzt sein. Kurzfasern od. Whisker haben eine Länge, die wstl. kleiner als das 100-fache des Faserdurchmessers ist. Lang-, Endlos- oder kontinuierliche Fasern sind solche, deren Faserlänge größer als das 100-fache ihres Durchmessers ist. Fasern können zu verbesserter Festigkeit der Sinterteile dienen.When Fibers can be short or long fibers or particles in proportions be added between 5-30 vol%. Short fibers or whiskers have a length that wstl. less than 100 times the Fiber diameter is. Long, continuous or continuous fibers are those whose fiber length is larger than that is 100 times its diameter. Fibers can serve to improve the strength of the sintered parts.

Teilchenverstärkte Materialien (particle reinforced materials) haben typsicherweise eine Beimischung von SiC, Borcarbid, Al2O3 etc.Particle Materials (particle reinforced materials) are type-safe an admixture of SiC, boron carbide, Al2O3 etc.

Aufgrund der durch das Verfahren gewährleisteten großen Homogenität können auch andere, typische Sinterlegierungen, wie Ti-Legierungen, insbesondere Ti/Nb Legierungen, TiAl, und TiAlNb sowie Co-Ti-B, Mg mit SiC, Borcarbid, Al2O3 oder aber AlPb-Legierungen mit hohem Wärmespeichervermögen, die schmelzmetallurgisch nicht herstellbar sind, verarbeitet werden oder aber Berylliumteile-Magnesiumteile, etc. Typische Zusammensetzungen sind bspw. Aluminium mit Si, Mg, Cu, Zn und ggf. Fe bspw. mit 10–40% Si, Mg 0–3%, Cu 0–5%, Zn und Fe 0–7% sowie andere Leichtmetalllegierungen, wie solche von Magnesium, Calcium, Beryllium etc.. Bei Aluminiumsinterteilen bieten sich unter anderem Alumium-Sinterwerkstoffe: AlSi, AlSiCu, AlCuMg mit: Cu 3.8–4.4, Mg 0,5–1,0, Rest Al: AlMgSi mit Al Si 0.4–0.8 Mg 0.5–1.0, AlZnMgCu mit 0.05–0.6 Cu 0.25–1.6 Mg 0.1–1.5 Zn 1.5–8.0, AlSi mit mehr als etwa 7% Si, an. Insbesondere betrifft die Erfindung Leichtmetallsinterteile aus schwer zerspanbaren Leichtmetalllegierungen. Es sind auch übereutektische Legierungen herstellbar, wobei dem Fachmann aufgrund seines Fachwissens weitere Vorteile offensichtlich sind.by virtue of the great guaranteed by the procedure Homogeneity can also be used for other typical sintered alloys, such as Ti alloys, in particular Ti / Nb alloys, TiAl, and TiAlNb as well as Co-Ti-B, Mg with SiC, boron carbide, Al2O3 or AlPb alloys with high heat storage capacity, the melt metallurgical can not be produced, processed or beryllium-magnesium parts, etc. Typical compositions are, for example, aluminum with Si, Mg, Cu, Zn and optionally Fe, for example, with 10-40% Si, Mg 0-3%, Cu 0-5%, Zn and Fe 0-7% and other light metal alloys, such as those of magnesium, calcium, beryllium etc. For aluminum ingots Among others alumina sintered materials: AlSi, AlSiCu, AlCuMg with: Cu 3.8-4.4, Mg 0.5-1.0, balance Al: AlMgSi with Al Si 0.4-0.8 Mg 0.5-1.0, AlZnMgCu with 0.05-0.6 Cu 0.25-1.6 Mg 0.1-1.5 Zn 1.5-8.0, AlSi with more than about 7% Si, on. In particular, the invention relates Light metal sintered parts made of hard-to-machine light metal alloys. There are also hypereutectic alloys produced, wherein the skilled person due to his expertise further advantages obvious are.

Als Vorteile der erfindungsgemäß hergestellten Sinterteile sind unter anderem aufzuführen: Das Gefüge zeichnet sich gegenüber herkömmlich gesinterten Teilen, bei denen ein im wesentlichen pressmittelbefreiter Grünling gesintert wird, durch eine erheblich größere Dichte als bei solchen gleicher Materialzusammensetzung, die durch Standard-Sintern von Pulverpresslingen mit Wachsgehalten hergestellt sind, aus.When Advantages of the sintered parts according to the invention are to be listed among other things: The structure draws compared to conventional sintered parts, in which a substantially press agent-free green compact is sintered, by a considerably greater density than those of the same material composition produced by standard sintering made of powder compacts having wax contents.

Typisch ist das Einarbeiten von Verschleißträgern. Es kann eine feinste und gleichmäßige Korngröße der Verschleißträger und eine deutlich feinere Verteilung derselben gegenüber anderen Verfahren erzielt werden. Es treten keine Seigerungen und Entmischungen auf und es wird ein homogenes Gefüge erhalten. Er handelt sich um ein äußerst einfaches Verfahren zur Herstellung hochverschleißfester Sintermetallbauteile mit hoher Maßgenauigkeit. Es können auch übereutektische Legierungen hergestellt werden.Typical is the incorporation of wear carriers. It can be a fine and uniform grain size of the wear carrier and a much finer distribution of the same over other methods can be achieved. There are no segregations and segregations and a homogenous structure is obtained. He is an extremely simple process for producing highly wear-resistant sintered metal components with high dimensional accuracy. Hypereutectic alloys can also be made.

Durch das Einsintern von Fasern, wie Keramikfasern, Kohlenstofffasern oder aber Hartstofffasern werden: höhere Festigkeiten – Steigerung der Zugfestigkeit, Erhöhung des Streckgrenze, Steigerung des Elastizitäts-Moduls, bessere Warmfestigkeit und Kriechbeständigkeit – eine Reduktion des thermischen Ausdehnungskoeffizien ten erhalten. Als Verschleißträger oder Hartstoffe sind typisch SiC-Partikel, AlN, BN, TiB₂, Borcarbid, SiO₂, WC: Fasern, wie Kohlenstofffasern, Metallfasern, Keramik- oder Glasfasern.By sintering in fibers such as ceramic fibers, carbon fibers or hard-fiber fibers: higher strengths - increase the tensile strength, increase the yield strength, increase the modulus of elasticity, better heat resistance and creep resistance - a reduction of the coefficient of thermal expansion th. Typically, SiC particles, AlN, BN, TiB ₂ , boron carbide, SiO ₂ , WC: fibers, such as carbon fibers, metal fibers, ceramic or glass fibers are wear-resistant or hard materials.

Geeignete Metallphasen können ausgewählt sein aus Aluminium, Titan, Kupfer, Beryllium, Magnesium, Calcium, Nickel, Lithium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Bronzen, Niob, Blei, Zink und Cobalt.suitable Metal phases may be selected from aluminum, Titanium, copper, beryllium, magnesium, calcium, nickel, lithium, chromium, Molybdenum, tungsten, bronzes, niobium, lead, zinc and cobalt.

Es ist sinnvoll, das Sintern bei Temperaturen bis zu etwa 70% des Schmelzpunktes des Hauptbestandteils der Metallpulverausgangsmischung unter Inertgas, wie einem Edelgas, Stickstoff, Kohlendioxid durchzuführen.It is useful sintering at temperatures up to about 70% of the melting point the main component of the metal powder starting mixture under inert gas, how to conduct a noble gas, nitrogen, carbon dioxide.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen gemeinsam mit den begleitenden Zeichnungen. Zum vollständigeren Verständnis der Natur und Ziele der Erfindung wird auf die Zeichnungen bezug genommen, in denen zeigt:Further Goals, characteristics and advantages result from the consideration of the following description and claims in common with the accompanying drawings. For a fuller understanding of Nature and objects of the invention will be referred to the drawings, in which shows:

1 eine mikroskopische Aufnahme von Festkörperschliffen aus einer AlSiCuMg-Legierung, hergestellt durch herkömmliches Sintern. 1 a micrograph of solid sections of an AlSiCuMg alloy, prepared by conventional sintering.

2: eine mikroskopische Aufnahme des Oberflächenbereichs eines Festkörperschliffs eines erfindungsgemäß hergestellten Sinterteils aus der AlSiCuMg-Legierung der 1. 2 : A micrograph of the surface area of a solid section of a sintered part according to the invention made of the AlSiCuMg alloy of 1 ,

3: ein Sinterprodukt mit dichterem Oberflächenbereich und weniger verdichtetem Innenbereich – schematisch dargestellt; und 3 : a sintered product with denser surface area and less compacted interior - shown schematically; and

4: einen schematischen Verfahrensablauf der Herstellung der erfindungsgemäßen Sinterprodukte. 4 : a schematic process sequence of the production of the sintered products according to the invention.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Herstellung von AlSiCuMg Formteilen, beschrieben – sie ist aber keineswegs auf diese Anwendung beschränkt – es kann nach diesem Verfahren ebenso anderes sinterfähiges metallisches Pulver, wie Ti, Ta, Mg, Be, Cs, Cu bearbeitet werden.following is a preferred embodiment of the invention based the production of AlSiCuMg moldings, described - they but is by no means limited to this application - it can also sinterable according to this method metallic powder such as Ti, Ta, Mg, Be, Cs, Cu are processed.

Ausführungsbeispiele:EXAMPLES

Beispiel 1:Example 1:

Herstellung von erfindungsgemäßen AlSiCuMg SinterscheibenPreparation of inventive AlSiCuMg sintered discs

Ein im wesentlichen presshilfsmittelfreier scheibenförmiger Grünling eines Durchmessers von 10 cm und einer Dicke von 10 mm einer Aluminiumpulver-Mischung AlSiCuMg wurde 30 Min bei 590°C unter Argon gesintert und nachfolgend 30 min bei 400°C lösungsgeglüht.One essentially press-aid-free disk-shaped Green compact with a diameter of 10 cm and a thickness of 10 mm of an aluminum powder mixture AlSiCuMg was 30 min at 590 ° C. sintered under argon and then at 400 ° C for 30 min solution annealed.

Die so drucklos gesinterten Teile wurden anschließend bei 250°C 6 Std. warmbehandelt. Die aus der Warmbehandlung kommenden Sinterteile werden sodann in einer Kalibrierpresse mit einer Kraft von 150. KN kalibriert und die endgültige, maßlich sehr eng tolerierte Form erzielt. Sie können dann ohne weitere Nachbearbeitung als Fertigteile eingesetzt werden.The so non-pressure sintered parts were then at 250 ° C. 6 hours warmer treated. The sintering parts coming from the heat treatment are then placed in a sizing press with a force of 150. KN calibrated and the final, very much achieved close toleranced form. You can then without further Post-processing can be used as finished parts.

Das Produkt wies eine dichte, harte Oberfläche und eine Dichte von 2,67 g/cm3 (96% der theor. Dichte) auf, wie in 2 gezeigt.The product had a dense, hard surface and a density of 2.67 g / cc (96% of the theoretical density) as in 2 shown.

Beispiel 2 (Vergleichsversuch):Example 2 (comparative experiment):

Es wurden scheibenförmige AlSiCuMg%-Sinterteile gleicher Abmessungen wie in Beispiel 1 herkömmlich durch Sintern hergestellt, indem aus der Pulvermischung als Vergleichsprodukt ein Grünling mit 3 Gew.-% Wachs zu einer Scheibe gepresst, diese Scheibe sodann in einer Entwachsungsanlage 20 min mit 400°C behandelt, nachfolgend im Sinterofen 30 min bei 590°C unter Argon gesintert und danach nochmals über 35 min bei 400°C lösungsgeglüht wurde. Deutlich erkennt man poröse Oberflächenbereiche (1).It disc-shaped AlSiCuMg% sintered parts of the same dimensions as in Example 1 were conventionally prepared by sintering by pressing from the powder mixture as a comparison product, a green compact with 3 wt .-% wax to a disc, then this disc in a Entwachsungsanlage 20 min with 400 ° C, then sintered in a sintering oven at 590 ° C for 30 min under argon and then solution-annealed again at 400 ° C for 35 min. Clearly one recognizes porous surface areas ( 1 ).

Beispiel 3:Example 3:

Herstellung einer Sintermaterialscheibe mit hartem Außenmaterial und leicht bearbeitbarem InnenbereichProduction of a sintered disc with hard outer material and easily editable interior

Es wird eine Pulvermischung aus AlSiCuMg zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Höhe von 4 cm verpresst und dieser Grünling im wesentlichen vollständig presshilfsmittelbefreit. Der im wesentlichen presshilfsmittelfreie Grünling wird in einem Sinterofen bei 590°C unter trockenem Stickstoff 30 min gesintert. Es entsteht ein Sinterteil, das im Inneren nicht völlig dicht ist. Derartige Sinterteile eignen sich als Pumpenräder für Öl- und Wasserpumpen, die einen leicht bearbeitbaren Innenbereich für das Einbringen von Bohrungen aufweisen, während der dichtgesinterte Außenbereich widerstandsfähig gegenüber Abrieb ist.It is a powder mixture of AlSiCuMg to a disc with a Diameter of 10 cm and a height of 4 cm pressed and this green compact is essentially complete press tool set free. The essentially free of press-auxiliaries Green compact is submerged in a sintering furnace at 590 ° C sintered dry nitrogen for 30 min. It creates a sintered part, that is not completely tight inside. Such sintered parts are suitable as pump wheels for oil and Water pumps that have an easily editable interior for have the introduction of holes, while the densely sintered Outdoor area resistant to Abrasion is.

In 1 und 2 ist ein Vergleich der Mikrostrukturen der Sinteraluminiumscheiben aus AlSiCuMg, hergestellt mit herkömmlichem Warmsintern gemäß Vergleichsversuch und solchen nach dem erfindungsgemäßen Warmsintern von im wstl. presshilfsmittelfreien Grünlingen gezeigt. Deutlich zeigt sich, dass das erfindungsgemäß hergestellte Teil (2) deutlich dichter ist. TABELLE 1 Materialkennwertbereiche für AlSiCuMg (Al-Basis, Si 16%, Cu 2,8%, Mg 0,8%) (bei Raumtemperatur, falls nicht anders angegeben) Messgröße klass..Sintert..Teil EP1412113 fluiddichtes Teil Dichte g/cm³ 2,65 2,77 2,67 Härte HB 120 95 145 Zugfestigkeit N/mm² 280 340 In 1 and 2 is a comparison of the microstructures of the sintered aluminum slices of AlSiCuMg, prepared by conventional hot sintering according to comparative experiment and those after hot sintering according to the invention in wstl. shown to be free of green resources. It is clearly evident that the part produced according to the invention ( 2 ) is significantly denser. TABLE 1 Material index ranges for AlSiCuMg (Al base, Si 16%, Cu 2.8%, Mg 0.8%) (at room temperature unless otherwise specified) measurand klass..Sintert..Teil EP1412113 fluid-tight part Density g / cm ³ 2.65 2.77 2.67 Hardness HB 120 95 145 Tensile strength N / mm ² 280 340

Deutlich ist aus Tabelle 1 ersichtlich, dass die nach dem kontinuierlichen isostatischen Press-Verfahren hergestellten Sinterkörper dicht sind – also genauer einstellbar sind und somit auch weniger Fehlteile liefern. Die kontinuierlich isostatisch gepressten Sinterteile nach dem Verfahren der EP 1412113 sind dehnbarer, woraus ein deutlich elastischeres Verhalten und geringere Härte, wie es insbesondere von mechanischen Teilen wie Rotoren und Statoren in einem Nockenwellenverstellersystem oder Ölpumpenteilen, Lagerteilen, Pumpenrädern etc. verlangt wird, resultiert.It can be clearly seen from Table 1 that the sintered bodies produced by the continuous isostatic pressing method are leakproof - that is, they are more precisely adjustable and thus also provide fewer defective parts. The continuously isostatically pressed sintered parts according to the method of EP 1412113 are more elastic, resulting in a much more elastic behavior and lower hardness, as required in particular by mechanical parts such as rotors and stators in a camshaft adjuster system or oil pump parts, bearing parts, pump wheels, etc. results.

Die erfindungsgemäßen Teile werden demgegenüber u. a. für Kettenräder (gegen Stahlketten), Zahnriemenräder u. dgl. eingesetzt, die eine harte Oberfläche und ei nen geringen Abrieb verlangen. Es zeigt sich, dass die Oberflächenhärte des erfindungsgemäßen Teils größer als die solcher Teile gleicher Zusammensetzung, die nach den beiden anderen Verfahren hergestellt wurden, ist.The parts of the invention are in contrast u. a. for sprockets (against steel chains), toothed belt wheels u. Like. Used, which has a hard surface and egg nen require little abrasion. It turns out that the surface hardness larger part of the invention as those parts of the same composition, which after the two other methods have been produced.

In 3 ist das Ergebnis der Herstellung eines erfindungsgemäßen Sinterteils mit unterschiedlichen Gefügebereichen in einer Schnittansicht gezeigt. Hier ist der Oberflächenbereich dichter als der Innenbereich. Diese Teile können hergestellt werden, indem bei kürzerer Sinterzeit, als zum vollständigen Durchsintern des Teils notwendig, gesintert wird. So verbleibt ein weniger dichter Kern, der für einen deutlich weniger harten und dichten und somit leichter mechanisch bearbeitbaren Bereich sorgt.In 3 is the result of producing a sintered part according to the invention with different structural areas shown in a sectional view. Here, the surface area is denser than the interior area. These parts can be made by sintering with a shorter sintering time than is necessary to completely sinter the part. This leaves a less dense core, which ensures a much less hard and dense and thus easier machinable area.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die exakte Konstruktion oder die aufgeführten oder beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern es sind unterschiedliche Abänderungen ohne Abweichen von Kern- und Schutzumfang der Erfindung für den Fachmann offensichtlich.Of course the invention is not limited to the exact construction or listed or described embodiments, but limited there are different variations without departing from The core and scope of the invention will be apparent to those skilled in the art.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - EP 1412113 A [0015] - EP 1412113 A [0015]
• - EP 1412113 A1 [0035] - EP 1412113 A1 [0035]
• - EP 1412113 [0061, 0062] - EP 1412113 [0061, 0062]

Claims (4)

Fluiddichtes Sintermetallteil hoher mechanischer Beanspruchbarkeit im wesentlichen aus non-ferrum Metallpulvermischungen, herstellbar durch: – Vorlegen eines im wstl. pressmittelfreien Grünlings; – druckloses Sintern des Grünlings unter Schutzgas bei Temperaturen bis zu 70% der Metallschmelztemperatur, bevorzugt bis zu 60% der Metallschmelztemperatur, – ggf. Lösungsglühen, und – ggf. Kalibrieren und weitere Verarbeitung.Fluid-tight sintered metal part high mechanical Strength essentially consisting of non-ferrum metal powder mixtures, producible by: - Submission of one in wstl. press-free Green body; - pressureless sintering of the green compact under protective gas at temperatures up to 70% of the molten metal temperature, preferably up to 60% of the molten metal temperature, - possibly. Solution annealing, and - if necessary, calibrate and further processing. Sintermetallteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dichte im Bereich von 95–96% der theoretischen Dichte der gesinterten Metallpulvermischung.Sintered metal part according to claim 1, characterized by a density in the range of 95-96% of theoretical Density of the sintered metal powder mixture. Sintermetallteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsmischung des zu sinternden Materialpulvers im wesentlichen Metalle und Metallergierungen, sowie geringere Mengen an Legierungsbestandteilen, Hartstoffen, Verschleißträgern, Fasern aufweist.Sintered metal part according to claim 1, characterized in that that the starting mixture of the material to be sintered material powder substantially Metals and metal alloys, as well as lower amounts of alloying constituents, Hard materials, wear carriers, fibers. Sintermetallteile nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Metall ausgewählt ist aus Al, Ca, Ti, Cu, Mg, Be, Ni, Cr, Bronzen, Nb, Pb, Co, Zn.Sintered metal parts according to one of the preceding claims, characterized in that at least one metal selected is composed of Al, Ca, Ti, Cu, Mg, Be, Ni, Cr, Bronzes, Nb, Pb, Co, Zn.