DE2121481A1 - Gesinterte Legierung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

PATEN .AitW^lTE

DR. E. WIEGAND DIPUING. W. NIEAAANN DR. AA. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT 2121481

MÖNCHEN HAMBURG

TELEFON-. 555474 8000 MÖNCHEN 15, TELEGRAMME: KARPATENT NUSSBAUMSTRASSE 10

30. April 1971 W 40 475/71

Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka (Japan)

Gesinterte Legierung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft gesinterte Eisenlegierungen iait ausgezeichneten Wärmebeständigkeits- und Verschleißfestigkeitseigenschaften, die zur Herstellung von Gleitteilen oder Gleitkörpern, insbesondere für Kolbenringe oder Ventiltellerringe für Motoren, verwendet werden; sie betrifft insbesondere gesinterte Legierungen mit Eisen, Chrom, Kohlenstoff und Blei als Komponenten und die daraus hergestellten Gleitteile oder Gleitkörper. Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen gesinterten Legierung (liartlegierung) ist ihre selbstschmierende Eigenschaft und demzufolge hat die erfindungsgemäße gesinterte Legierung günstigere Verschleißfestigkeitseigenschaften gegenüber der Gleitbewegung selbst in bleifreiem Benzin.

Bisher wurden als Ausgangsmaterialien für Gleitkörper Eisen-Kohlenstoff-Guiieisen verwendet, denen mindestens ein Legierungs· element, ζ. Β. Bor, Phosphor, Nickel, Mangan, Silicium, Kupfer und Chrom, zugesetzt wurde, oder es wurden wärmebeständige Stahle verwendet. , _οββββ/^₁ , , -

Seit kurzem besteht nun ein Bedarf nach einem Gleitkörper mit ausgezeichneten V/ärmebeständigkeits- und Vers ekle ißf es tigkeitseigenschaften zur Verbesserung der Leistungen und der Haltbarkeit von Motoren und es wurden verschiedene Verbesserungen durchgeführt, um diesem Bedarf zu entsprechen. Beispielsweise wurde ein Gleitkörper aus der oben genannten Legierung verwendet, der mit Chrom plattiert oder mit Molybdän beschichtet wurde. Außerdem wurde auch ein Gleitkörper nach einem metallurgischen PuI-ververfahren hergestellt und es wurden auch Untersuchungen und Entwicklungen von gesinterten Legierungsiaaterialien durchgeführt, die aus Eisen-Kupfer-Kohlenstoff als Hauptbestandteil und Molybdän, Mangan und Silicium als Zusatzeleiaentenliergestellt wurden.

Es wurde jedoch bald klar, daß alle die oben genannten Gleitkörper nur dann wirksam waren, wenn sie in einen üblichen Benzin verwendet wurden. Das heißt, einem üblichen Benzin wird eine Bleiverbindung, beispielsweise Bleitetraäthyl, als Antiklopfmittel zugegeben, neuerdings wird jedoch die Verunreinigung der Atmosphäre durch das Blei in dem Abgas ein Problem und es werden die Entwicklungen von bleifreiem Benzin und von Motoren, die zusammen mit bleifreiem Benzin verwendet werden können, vorangetrieben.

Das in einem gegenwärtig verwendeten Benzin vorhandene Blei dient auch als Schmiermittel in dem Motor, insbesondere haftet das Blei an einem Kontaktteil eines Ventils und Ventiltellers (Ventilauflagers) und tragt dadurch air Verhinderung des Festfressens dieser Teile bei und verleiht diesem Verschleißfestigkeitseigenschaften.-V.enn demgemäß die bisher verwendeten Gleitkörper in einem bleifreien Benzin verwendet werden, erhöht sich der Verschleiß der Gleitkörper bzw. gleitenden Teile und es besteht Unfallgefanr für ein Automobil auf einer Autobahn, in dem verschlissene Gleitkörper verwendet werden. Deshalb bedingt die -

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Entwicklung von Benzin, in dem der Bleizusatz verringert oder beseitigt werden soll, die Entwicklung von Gleitkörpern mit ausgezeichneten liäriaebeständigkeits- und Verschleißfestigkeitseigenschaften und nohen selbstschmierenden Eigenschaften.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine gesinterte Legierung anzugeben, die zur Herstellung von Gleitkörpern mit einer ausreichenden Verschleißfestigkeit selbst bei Verwendung in einem bleifreien Benzin ausgezeichnete Wärmebeständigkeitseigenschaften und günstige selbstschmierende Eigenschaften aufweisen und insbesondere zur Herstellung von Kolbenringteilen und Ventilauflagerringteilen verwendet werden können. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen gesinterten Legierung anzugeben.

Die Art, die Einzelheiten und die Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden näheren Beschreibung hervor, wobei zuerst die Erfindung allgemein und dann anhand von spezifischen praktischen Beispielen, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen, und anhand von anderen Vergleichs- und Bezugsbeispielen beschrieben wird.

Die erfindungsgemäße gesinterte Legierung wird in der Weise hergestellt, daß Kohlenstoffpulver, Eisenpulver und Bleipulver mit einer Fe-Cr-Legierung gemischt werden, so daß ein vorher festgelegtes Mischungsverhältnis derselben erzielt wird,und anschließend wird die so erhaltene Mischung in einer Gasatmosphäre gesintert. Das Verhältnis der einzelnen Komponenten ist so, daß 0,5 bis 40% aus Cr, O₁I bis 3,0% aus C, 0,2 bis 20% aus Pb und der Rest aus Fe, jeweils auf das Gewicht bezogen, bestehen. Wenn außerdem eine bessere iiärmebeständigkeit der Legierung erwünscht ist, kann eine kleine Menge mindestens eines Elements aus der Gruppe Ni, Mo, Si, Kn und Cu zu der oben beschriebenen Miscnung zugegeben werden und in diesem Falle kann jede Menge innerhalb

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des jeweils angegebenen folgenden Bereiches zugegeben werden, d. h. Ni von 0,5 bis 20%, Mo von 0,1 bis 3,5%, Si von 0,05 bis 3,0%, Mn von 0,05 bis 5,0% bzw. Cu von 1,0 bis 30%. Außerdem können die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Legierung durch Zugabe einer kleinen Menge eines Elements Co, W, Ta, Ti, V oder Al zu der obigen Mischung eingestellt oder modifiziert werden.

Die Cr-Komponente wird in Form von Ferrochrompulver zugegeben und mit den anderen Komponenten oder dem anderen Legierungspulver gemischt und insbesondere wenn die Cr-Komponente in Form

ΙΠΙΚΘΪΙ

von Fe-Cr- oder, Fe-Cr-Ni-Sigmaphasenmutterlegier/zugegeben wird, besteht der Vorteil, daß leicht ein gesinterter Körper hergestellt werden kann, d. h. es kann leicht ein gesinterter Körper mit einer hohen Dichte durch lediglich eine Kompressionsverformungs- und Sinterverfahrensstufe hergestellt werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß Pb nicht nur in eine Mischung von Fe-Cr-Legierungspulvern, Fe-Pulver und C-Pulver vor dem Sintern derselben eingebracht werden kann, sondern daß es auch durch Imprägnieren in einen durch Sintern der oben beschriebenen Mischung hergestellten gesinterten Körper in diesen eingebracht werden kann. Ni und Mo werden zu der zu sinternden Mischung in Form eines Sigmaphasenmutterlegierungspulvers zugegeben. Außerdem können auch andere Zusätze oder Verunreinigungen ausser den oben genannten in der Mischung enthalten sein, soweit die Zugabe von den Zielen der Erfindung nicht abweicht.

Nachfolgend wird jede Komponente in der Legierung näher beschrieben.

Der Kohlenstoff gehört zu einem wesentlichen Element, das den fertigen Produkt eine mechanische Festigkeit und Verschleißfestigkeit verleiht und wenn der Kohlenstoff in einer Menge von

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weniger als 0,51 zugegeben wird, können keine merklichen Verbesserungen der mechanischen Festigkeit und der Verschleißfestigkeit beobachtet werden, außerdem kann im Falle des Zusatzes von weniger als 0,11 Kohlenstoff keine Verbesserung des fertigen Produktes erwartet werden. Andererseits scheint im Falle der Zugabe von mehr als 2,0% Kohlenstoff die geringe Tendenz zu bestehen, daß die Legierung spröde wird und wenn der Kohlenstoff in einer Menge von mehr als 3,0% zugegeben wird, wird diese Tendenz ganz offensichtlich. Für den Fall, daß die erfindungsgemäße gesinterte Legierung insbesondere für Kolbenringteile in verschiedenen Gleitkörpern verwendet wird, wird der Kohlenstoff innerhalb eines Bereiches von 1,5 bis 2,0% zugegeben und für den Fall, daß die Legierung für Ventilauflagerringteile verwendet wird, wird der Kohlenstoff in einer Menge vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,1 bis 3,0% zugegeben.

Das Chrom vereinigt sich mit dem Kohlenstoff in der Legierung unter Bildung von Carbid und ein Teil davon bildet mit dem Eisen eine feste Lösung, wodurch die !'«'ärmebeständigkeit der Legierung erhöht wird und es dient außerdem der wirksamen Verhinderung der Oxydation und Korrosion durch Gase, da auf der Oberfläche der Legierung ein beständiger und dünner Oxydfilm gebildet wird. '.Venn das Chrom in einer Menge von weniger als 1% zugegeben wird, so ist der Beitrag dieser Zugabe im Hinblick auf die Verbesserung der Oxydationsbeständigkeit und der iiärmebestandigkeit _oering und wenn das Chrom in einer Menge von weniger als G,5^?« zugegeben wird, ist die erhaltene gesinterte Legierung für Kolbenringteile ungeeignet. Demgegenüber scheint bei der Zugabe des Chroms in einer Menge von mehr als 10% die Tendenz zur Herabsetzung der Zähigkeit der Legierung zu bestehen und im Falle von mehr als 40% Cnrom kann kein Formkörper mehr mit einer ausreichenden Festigkeit erhalten werden, da die Kompressibilität der Pulver gestört wird. Wenn die erfindungsgemäße gesinterte

BAD ORiOiNAL 109886/1111

Legierung für Kolbenringteile verwendet x^ird, wird das Chrom in einer Menge innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 10,0% zugesetzt und im Falle der Verwendung für Ventilauflagerringteile ist ein Bereich von 1 bis 40% geeignet.

Das Blei dient der Verbesserung der mechanischen Bearbeitbarkeit der Legierung, wenn sie zu jedem spezifischen Gleitkörper mit bestimmter Form verarbeitet wird. Wenn ein Gleitkörper in einen Motor eingesetzt wird und in bleifreiem Benzin gleitet, tritt das in der Matrix einer Eisen-Chrom-iCohlenstoff-Legierung dispergierte Blei aus an die gleitende Oberfläche unter Bildung eines dünnen Schmierfilmes, wodurch das Blei das Festfressen mit dem eingebauten Zylinder verhindert, das Gleiten des Ringes glättet und die Verschleißbeständigkeit des Gleitkörpers verbessert. Außerdem werden, wenn kleine Staubteile in der aus Benzin und Luft bestehenden Mischung enthalten sind und auf einer gleitenden Oberfläche festgehalten werden, die Staubteile in das bereits auf der gleitenden Oberfläche vornandene weiche Blei eingebettet, wodurch der Abrieb an dem Kolbenring und an der Zylinderauskleiduiig durch Schleifen der Staubkorner vernindert wird. Wenn das Blei in einer Menge von weniger als 0,2% zugegeben wird, sind die oben genannten Effekte oder Vorteile durch das Blei gering, während bei Zugabe des Bleis in einer Menge von mehr als 10,0% die Neigung besteht, daij die .mechanische Festigkeit der Legierung allmählich abnimr.it und daß forner dann, wenn die Menge an zugesetztem Blei mehr als 20% beträgt, die Legierung selbst entsprechend spröde wird, was nicht erwünscht ist. Wenn die erfindungsgeniaiöe gesinterte Legierung für Kolbenringteile verwendet wird, sollte die Bleimcnge innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 10% liegen und bei der Verwendung für Kolbenauflagerringteile ist ein Bereich von 0,2 bis 20^fs geeignet.

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Nachfolgend werden die Bedingungen für die Kompressionsverformung CDruckverformung) und Sinterung der zu sinternden Mischung näher beschrieben.

Vorzugsweise wird die Mischung zum Sintern unter einem Druck von 1,0 bis 10 t/cm^ kompressionsvcrformt und in einer nicht—oxydierenden Gasatmosphäre bei einer Temperatur von 1150 bis 135O⁰C gesintert. Wenn die Sintertemperatur unterhalb 1150⁰C liegt, ist die Diffusion des Cr ungenügend und es kann keine Verbesserung der Verschleißfestigkeit erwartet werden, während andererseits, wenn die Temperatur oberhalb 135O⁰C liegt, die Streuung des Pb merklich wird und dadurch wird der Schmiereffekt schlecht. Wenn der erhaltene gesinterte Körper kalt oder warm geschmiedet wird, werden außerdem die folgenden Vorteile erzielt:

1. Das in der gesinterten Legierung enthaltene Pb oder die darin enthaltene Pb-Verbindung treten an die Oberfläche desselben, wodurch der Schmiereffekt der Legierung besser wird;

2. es kann die Verteilung der Poren des gesinterten Körpers und damit der Grad des Austritts des Pb ebenfalls gesteuert werden;

3. das ausgetretene Pb reichert sich an dem Oberflächenteil des gesinterten Körpers an und als Folge davon wird der Schmiereffekt der gesinterten Legierung in bleifreiem Benzin sehr gut.

Für die oben genannten Schmiedebedingungen ist ein Bereich von 3,0 bis 20 t/cm geeignet und wenn der Druck weniger als 3,0 t cm beträgt, ist der Effekt auf die Erhöhung der Dichte der

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gesinterten Legierung gering und wenn andererseits der Druck mehr als 20 t/cm* beträgt, wird das Pb aus der Legierung herausgepreßt und das ist eine Ursache für die Verschlechterung der Schmiereigenschaft der gesinterten Legierung.

Die erfindungsgemäße gesinterte Legierung hat eine solche mikroskopische Struktur oder Textur, daß das Blei mit den ausgezeichneten selbstschmierenden Eigenschaften in einer Eisen-Chrom-Kohlenstoff-Legierungsmatrix mit einer hohen V/ärmebeständigkeit und guten Verschleißfestigkeits- und mechanischen Eigenschaften dispergiert wird. Wenn es daher erforderlich ist, die Wärmebeständigkeit und die Verschleißfestigkeit je nach den Betriebsbedingungen des Motors weiter zu verbessern, können zu der oben genannten Legierung die Elemente Ni, Mo, Si, Mn, Cu usw. zugesetzt werden. Wenn die erfindungsgemäße gesinterte Legierung die oben genannten Bereiche der Komponenten und Bestandteile aufweist, hat die erhaltene Legierung eine zufriedenstellende mechanische Festigkeit und daraus können auf wirtschaftliche Art und Weise Gleitkörper mit einer höheren Wärmebeständigkeit und besserenVerschleißfestigkeit sowie günstigeren selbstschmierenden Eigenschaften hergestellt werden als dies bei üblichen Gußgleitkörpern und Gleitkörpern aus einer gesinterten Legierung der Fall ist. Wenn außerdem die aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestelltenGleitkörper oder Gleitteile in einem Benzin verwendet werden, dem kein Tetraäthylblei zugesetzt worden ist, oder in anderen Motortreibstoffen verwendet werden, haben die erfindungsgemäßen Gleitkörper günstigere Effekte oder Vorteile gegenüber einem der oben genannten üblichen Gleitkörper.

Wie bereits oben erwähnt, haben die erfindungsgemäßen Gleitkörper wesentlich bessere Eigenschaften als Kolbenringe und Auflagerringe in bleifreiem Benzin als die aus einem Spezial-

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gußeisen und wärmebeständigen Stahl hergestellten, bisher verwendeten Gleitkörper. Außerdem ist auch die Verschleißfestigkeit der erfindungsgemäßen Gleitkörper besser als diejenige eines aus einem einfach gesinterten Chromstahl hergestellten Gleitkörpers.

Außerdem sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße gesinterte Legierung natürlich nicht nur für Kolbenringe und Auflagerringe, sondern auch für andere Gleitkörper und verschleißfeste Teile verwendet werden kann, die in einer Umgebung verwendet werden, in der Korrosions- und Oxydationsprobleme bei hoher Temperatur auftreten, ähnlich wie bei den oben beschriebenen Kolbenringen und Auflagerringen.

Die folgenden Beispiele, in denen spezifische, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, sollen die Art und die Verwendbarkeit der Erfindung näher erläutern. Die darin angegebenen Ergebnisse dienen jedoch nur der Erläuterung und die Erfindung ist darauf keineswegs beschränkt.

Beispiel 1

Es wurdeneine Mischung aus Fe-5$ Cr-H C, die aus 40 Gew.-%

rungseines Cr-Fe-Sigmaphasenmutterlegie/pulvers (-0,044 mm (-325 mesh)), Fe-Pulver (-0,15 mm (-100 mesh)) und Kohlenstoffpulver (-O,044r.im (-325 mesh)) bestand sowie eine andere Mischung einer Zusammensetzung aus Fc-5% Cr-1^?o C-21 Pb, die durch weitere Zugabe eines Bleipulvers (-0,15 mm (-100 mesh)) zu der erstgenannten Mischung erhalten worden war, hergestellt. Diese Mischungen wurden jeweils in einer Metallform unter einem Druck von 6 t/ cm kompressionsverforiiit zur Herstellung von Formgegenständen.

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- το -

Wenn diese Formgegenstände in einer hochreinen Viasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 125O⁰C 1 Stunde lang erhitzt und gesintert wurden, trat eine Verdichtung der Strukturen der Formgegenstände auf und es wurden jeweils gesinterte Körper mit einer hohen Dichte erhalten.

In der folgenden Tabelle I sind die wesentlichen Merkmale oder Daten der beiden Formgegenstände und ihre jeweiligen Zusamr^nsetzungen angegeben.

Zusammensetzung

Tabelle I

Spezifisches Spezifisches

Gewicht des Gewicht des

geformten gesinterten HV -

Körpers Körpers Härte

Fe-SICr-UC

6,20

Fe-5ICr-1IC-2$Pb 6,30

7,40 400 7,50 380

Rockwell-Härte

HRC 35 HRC 30

Beispiel 2

Es wurden eine Mischung aus Fe-5SCr-2,2INi-O,43%Mo-1IC, die durch Mischen eines Fe-46 Gew.-S Cr-20Gew.-l Ni-4Gew.-IMo-Sigmaphasenmutterlegierungspulvers (-0,044 mm (-325 mesh)), Fe-PuIver (-0,15 mm (-100 mesh}) und Kohlenstoffpulver (-0,044 mm (-325 mesh)) erhalten worden war, sowie eine andere Mischung der Zusammensetzung Fe-SSCr-2,2INi-O,43IMo-1 %C-2£Pb, die durch weitere Zugabe von Bleipulver (-0,15 mm (-100 mesh)) zu der erstgenannten Mischung erhalten worden war, hergestellt. Diese Mischungen wurden jeweils in einer Metallform unter einen Druck von 6 t/cm komprimiert zur Herstellung von Formgegenständen. Die erhaltenen geformten Gegenstände wurden in einer

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- ii -

hochreinen V.'asserstoffatomosphäre bei einer Temperatur von 12SO⁰C 1 Stunde lang jeweils erhitzt und gesintert. In der folgenden Tabelle II sind die wesentlichen Eigenschaften oder Daten der beiden geformten Gegenstände und ihre Zusammenset zungen angegeben.

Tabelle II

Zusammensetzung

Spezifisches Spezifisches Gewicht des Gewicht des geformten Körpers

Fe-5*Cr-2,2SNi-0,43SMo-HC 6,25

Fe-5*Cr-2,2INi-0,43*Mo-UC-2*Pb 6,35

gesinterten Körpers	HV- Härte	Rockwell- Härte
7,45	450	HRC 40
7,50	430	HRC 35

Beispiel 3

In einen Motor wurden Auflagerringe, die aus den in den Beispielen 1 und 2 erhaltenen gesinterten Körper hergestellt worden waren, beziehungsweise andere Auflagerringe, die aus einem Ni-Cr-Gußeisen oder Schalengußstahl (SKD 1) hergestellt waren

und die gewöhnlich verwendet werden, eingebaut. Die Motoren wurden 200 Stunden langen Tests im Stand unterworfen und die Gewichte der Auflagerringe (seat rings) wurden jeweils vor und nach den Tests bestimmt. Die Wärmebeständigkeits- und Verschleißfestigkeitseigenschaften dieser Auflagerringe (Ventiltellerringe) wurden nach dem Test auf der Basis des jeweiligen Gewichtsverlustes in Prozent bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests sind in der folgenden Tabelle III zusammengefaßt.

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T a b e 1 1 e III

Einlaß- Auslaß-

Material seite seite

Fe-SICr-IIC 0,51 1,3%

Fe-SICr-UC+ZlPb* 0,2 1,0

Fe-5ICr-2,2INi-0,43IMo-UC 0,5 1,2

Fe-SiCr-2,2SNi-O,43lMo-1IC .

+2IPb 0,2 0,8

Ni-Cr Gußeisen 1»0 4,0

Schalengußstahl (1. Klasse) 1,0 2,5

Erfindungsgemäße gesinterte Legierung.

Beispiel 4

Es wurde eine Mischung der Zusammensetzung Fe-5$Cr-1 «C-2-oPb hergestellt, indem man ein Sigmaphasenmutterlegierungspulver (Fe-40 Gew.-ICr) (-0,044 mm (-325 mesh)), Eisenpulver (-0,15 mm (-100 mesh)), Kohlenstoffpulver (-0,044 mm (-325 mesh)) und Bleipulver (-0,05 mm (-280 mesh)) miteinander mischte. Die erhaltene Mischung wurde in einer Metallform unter einem Druck von 6 t/cm zu einem Formgegenstand kompressionsverformt. Der erhaltene Formgegenstand wurde in einer hochreinen V.'asserstoffatomosphäre bei einer Temperatur von 125O°C 1 Stunde lang erhitzt und gesintert.

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Beispiel 5

Es wurde eine pulverförmige Mischung einer Zusammensetzung von Fe-2ICr-1,5%C-4lPb hergestellt, indem man Ferrochrompulver (Fe-63 Gew.-I Cr) (-0,044 mm (-325 mesh)), Eisenpulver (-0,15 mm (-100 mesh)), Kohlenstoffpulver (-0,044 mm (-325 mesh)) und Bleipulver (-0,05 mm (-280 mesh)) jeweils mechanisch miteinander mischte. Nach der Kompressionsverformung der dabei erhaltenen pulverförmigen Mischung unter einem Druck von 5 t/cm² wurde der erhaltene geformte Gegenstand unter den. gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 gesintert. .

Beispiel 6

Ein Sigmaphasenmutterlegierungspulver (Fe-46 Gew.-4 Cr-20 Gew.-I Ni-4 Gew.-% Mo) (-0,044 mm (-325 mesh)), Eisenpulver (-0,15 mm (-100 mesh)), Kohlenstoffpulver (-0,044 mm (-325 mesh)) und Bleipulver (-0,05 mm (-280 mesh)) wurden in einem Mischungsverhältnis von Fe-5%Cr-2,2%Ni-0,43Ulo-6!Pb-0,5*C miteinander gemischt. Die erhaltene Mischung wurde unter einem Druck von 5 t/ cm kompressionsverformt und dann wurde der so erhaltene geformte Gegenstand bei einer Temperatur von 1200⁰C 1 Stunde lang in ehern Ammoniak-Crack-Gas gesintert·

Zum Vergleich mit den gesinterten Legierungen der Beispiele 4 bis einschließlich 6 wurden übliche Gußlegierungen und gesinterte Legierungen hinsichtlich der verschiedenen charakteristischen Merkmale und ihrer Verschleißfestigkeitseigenschaften getestet. Die Testbedingungen waren die, daß jeder aus der jeweiligen Legierung hergestellte Kolbenring in einen üblichen Motor eingebaut wurde und daß der Motor im Stand bei einer Umdrehungszahl von 4000 UpM unter Verwendung van normalem Benzin

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(das Tetraäthylblei enthielt)200Stunden lang mit Vollgas getestet wurde. Nach dem Test wurde der Verschleiß jedes Kolbenringmaterials bestimmt, wobei der Verschleiß ausgedrückt wurde durch seine abgegriffene Größe des äußeren Durchmessers des Ringes und in diesem Falle bestand der in Verbindung mit dem obigen Kolbenring verwendete Zylinder aus einem Gußeisen.

Außerdem wurden ähnliche Tests wie oben durchgeführt, in denen übliches Benzin durch ein bleifreies Benzin ersetzt wurde un■* der Verschleiß jedes Kolbenringes wurde bestimmt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV zusammengefaßt.

Tabelle IV

Legierung	Zusammensetzung (Gew.-%)	Zugfestig keit in kg/mm*	UV- Härte	Geteste tes Benzin.	Verlust durch Ver schleiß μ
/Beispiel 4	Cr 5%, C 11 Pb 2%, Rest Fe	80	350	ohne Blei	13
Beispiel 5	Cr 2%, C 1,5% Pb 4%, Rest Fe	60	250	normal	10
Beispiel 6	Cr 5%, Ni 2,2%, Mo 0,431, Pb 6%, C 0,5%	100	400	ohne Blei	8
F mit Chrom plattiertes Gußeisen	Si 2,5%, C 3,2%, Pb 0,3%, Rest Fe	35	280	normal	18
ti	If	35	280	ohne Blei	50
gesintertes Material	Cu 3,0%, C 1,5%, Rest Fe	37	200	ohne Blei	55

erfindungsgemäße Legierung.

übliche Legierung.

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Wie aus der vorstehenden Tabelle hervorgeht, weisen die erfindungsgemäßen gesinterten Legierungen eine höhere mechanische Festigkeit und Härte auf als die üblichen Legierungen und die erfindungsgemaße Legierung ist außerdem hinsichtlich ihrer Verschleißfestigkeitseigenschaft sowohl in Normalbenzin als auch in bleifreiem Benzin den üblichen Legierungen überlegen.

Beispiel 7

Es wurden eine Mischung einer Zusammensetzung von Fe-SiCr-HC, erhalten durch Mischen von 40 Gew.-i Cr-Fe-Sigmaphasenmutterlegierungspulver (-0,044 am (-325 mesh)), Fe-Pulver und Kohlenstoffpulver, sowie eine weitere Mischung der Zusammensetzung Fe-5ICr-14C-2?iPb, erhalten durch weiteres Zumischen von Bleipulver (-0,05 mm (-280 mesh)) zu der zuerst hergestellten Mischung, hergestellt. Diese Mischungen wurden zur Herstellung von Formgegenständen unter einem Druck von 6 t/cm jeweils kompressionsverformt. Die geformten Gegenstande wurden in einer hochreinen Viasserstoff atmosphäre bei einer Temperatur von 125O⁰C 1 Stunde lang*erhitzt und gesintert zur Herstellung von gesinterten Körpern mit einem scheinbaren spezifischen Gewicht von 6,5 g/cnr* bzw. 6,55 g/cm . Beide gesinterte Chromstähle wurden in einer Stickstoffatraosphäre bei einer Temperatur von 900°C erhitzt und jeweils in einer MetalIform unter einem Druck von 12 t/cm komprimiert. Die charakteristischen Eigenschaften dieser beiden gesinterten Körper sind in der folgenden Tabelle V angegeben.

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Tabelle V

Fe-5 SCr-HC-Zusammensetzung

(I) Fe-SICr-HC

Spezifisches Gewicht des gesinterten Körpers (g/cm"⁵)

6,50 Spezifisches
Gelaicht des
heiß komprimierten Ko rpe rs
Tg/cm⁵)

7,20

(II) Fe-SiCr-HC-2IPb 6,55 7,40

Festfressen in der Metallform ⁺

nach dem.Formen bzw. Schmieden von 2-3 Korpern trat ein Festfressen auf

es konnte kontinuierlich geformt bzvr. geschmiedet v/erden

(I) Vergleichsbeispiel (II)erfindungsgemäß

Festfressen in der wetallform: Damit wird angegeben, wieviele geschmiedete Körper ohne Festfressen an der Oberfläche der Metallform erhalten werden konnten, wenn unter Verwendung einer geschmiedeten Metallform ein Schalenguj.ischniieden (die forging) durchgeführt wurde.

Wie aus der vorstehenden Tabelle hervorgeht, trat in dem gesinterten Körper der Zusammensetzung (II), der Pb enthielt, das "Pb oder die Pb-Verbinduag an dessen Oberfläche zum Zeitpunkt der IVarmkompression aus und es wurde auf der Oberfläche des gesinterten Körpers ein Schmierfilm gebildet. Dementsprechend war der Antireibungseffekt des gesinterten Körpers der Zusammensetzung (II) gegenüber einer Metall form"⁵ bemerkenswert gut und

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außerdem nahm das spezifische Gewicht des komprimierten Körpers der Zusammensetzung (II) aufgrund des Druckes bei der lieißkompression desselben deutlich mehr zu als diejenige des gesinterten Körpers der Zusammensetzung (I). Außerdem trat in dem komprimierten Körper der Zusammensetzung (II) kein Festfressen an der Metallform auf und es konnte daher kontinuierlich komprimiert werden.

Danach wurden in bleifreiem Benzin Äbriebtests mit dein gesinterten Körper der oben genannten Zusammensetzung (II) durchgeführt und die dabei erhaltenen Ergebnisse waren folgende:

Testbediiigungen: es wurde ein innerer Verbrennungsmotor, zwei

Zylinder, 360 cm³, 7500 UpM 4/4 verwendet;

Verwendetes Benzin: bleifreies Benzin (Bleigehalt 0,002 g/

3,78 1 (gallon)) einer Oktanzahl von 90.

Ergebnis: Der Abriebsverlust betrug 0,15 mm bei einer Versuchsdauer von 70 Stunden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Gesinterte Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie Eisen, Chrom, Kohlenstoff und Blei enthält und eine Struktur aufweist, in der das Blei in der Fe-Cr-C-Legierungsmatrixdispergiert ist.

   2. Gesinterte Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis so ist, daß Chrom 0,5 bis 40 Gew.· %, Kohlenstoff 0,1 bis 3,0 Gew.-%, Blei 0,2 bis 20 Gew.-% ausmachen und der Rest Eisen ist.

   3. Gesinterte Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem in geringer Menge ein Metallpulver aus mindestens einem der Elemente Ni, Mo, Si, Mn, Cu, Co, Ίί, Ta, Ti, V und Al enthält.

   4. Gesinterte Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Weise hergestellt worden ist, daß Fe-Pulver, Pb-PuIver und C-PuIver mit einem Fe-Cr- oder Fe-Cr-Ni-Systcn-Sigmaphasenmutterlegierungspulver gemischt worden sind unter Bildung einer Mischung, die Kompressionsverforut wurde und bei der der erhaltone Formkörper gesintert wurde.

   fj. Gesinterte Legierung nach Anspruch 1, dadurch kckennzeic:inet, daß die Lo. i.e run j in der Weise Hergestellt worden ist, daü Fe«Pulver, I¹L-FuIVc r und C-PuIvor nit einen Fe-Cr- oder Fe-Cr-Ni-Systu;u~SIgHIa₁ hasenniutterlegierun^spulver ^emischt wurden unter bildung einer Mischung, die kor/ipressJLonsverfürr.it wurde, daß der erhaltene Formkörper gesintert wurde und daß

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   BAD

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   der gesinterte Körper einer Schmiedebehandlung unterworfen wurde.

   6. Gleitkörper, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer gesinterten Legierung hergestellt wurde, die Eisen, Chrom, Kohlenstoff und Blei enthält und eine Struktur aufweist, in der das Blei in einer Fc-Cr-C-Lcgierungsmatrix dispergiert ist.

   7. Gleitteil, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer gesinterten Legierung hergestellt wurde, die liisen, Chrom, Kohlenstoff und Blei enthält und eine Struktur aufweist, in der das Blei in einer Fe-Cr-C-Legierungsmatrix dispergiert ist.

   8. Kolbenringteil, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer gesinterten Legierung hergestellt wurde, die 0,5 bis 10 Gew,-% Chrom, 0,5 bis2,0Gew.-% Kohlenstoff, 0,5 bis10,0Gew.-% Blei, Rest Eisen enthält und eine Struktur aufweist, in der das Blei in der Fe-Cr-C-Legierungsmatrix dispergiert ist.

   9. Ventilauflagerringteil (Ventiltellerringteil), dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer gesinterten Legierung hergestellt wurde, die 1 bis 40 Gew.-% Chrom, 0,1 bis 3 Gew.-I Kohlenstoff, 0,2 bis 20 Gew.-% Blei, Rest Eisen enthalt und eine Struktur aufweist, in der das Blei in der Fe-Cr-C-Legierungsi.iatrix dispergiert ist.

   10. Verfahren zur herstellung einer gesinterten Legierung riit einer Struktur, in der das Blei in einer Fe-Cr-C-Legierungsmatrix dispergiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß Fe-PuI-ver, Pb-Pulver und C-Pulver mit einem Fe-Cr- oder Fe-Cr-Ni-System-Legierungspulver gemischt werden unter Bildung einer

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   Mischung, daß die Mischung unter Druck verformt wird und daß der erhaltene geformte Gegenstand gesintert wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Fe-Cr- oder Fe-Cr-Ni-System-Legierung eine Sigmaphasenmutterlegierung verwendet wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eine
   gesintert wird

   innerhalb eines Temperaturbereiches von 1150 bis 135O°C

   13. Verfahren zur Herstellung einer gesinterten Legierung mit einer Struktur, in der das Blei in einer Fe-Cr-C-Legierungsmatrix dispergiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß Fe-Pulver, Pb-Pulver und C-Pulver mit einem Fe-Cr- oder Fe-Cr-Ni-System-Legierungspulver gemischt werden unter Bildung einer Mischung, daß die Mischung unter Druck verformt wird, daß der erhaltene Formkörper gesintert wird und daß der gesinterte Körper dann einer Schmiedebehandlung unterworfen wird.

   14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiedebehandlung unter einem Druck von 3,0 bis 20 t/cm^

   fe durchgeführt wird.

   15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Schmiedebehandlung um ein heißes Schmieden handelt.

   16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Schmiedebehandlung um ein kaltes Schmieden handelt.

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   17. Verfahren zur Herstellung eines Gleitteils, dadurch gekennzeichnet, daß Fe-Pulver, Pb-PuIver und C-PuIver mit einem Fe-Cr- oder Fe-Cr-Ni-System-Legierungspulver unter Bildung einer Mischung gemischt werden, daß die Mischung unter Druck in die geeignete Form gebracht wird und daß der erhaltene Formkörper gesintert wird.

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