DE2831550A1

DE2831550A1 - Pulvermetallurgisches verfahren und hierdurch erzeugte gegenstaende

Info

Publication number: DE2831550A1
Application number: DE19782831550
Authority: DE
Inventors: Terence Michael Cadle; Martyn Stuart Lane
Original assignee: Brico Engineering Ltd
Current assignee: Federal Mogul Coventry Ltd
Priority date: 1977-07-20
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1979-02-01
Also published as: GB1598816A; JPS6123257B2; SE7807967L; DE2831550C2; SE448070B; ES471853A1; FR2397902A1; DK322378A; BE869122A; US4274875A; FR2397902B1; JPS5421910A; NL7807747A

Description

Dipl.-I.ig. C u rt Wal lach 2831550 Dipl.-lng. Günther Koch

« Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: l8. Juli I978

Unser Zeichen: l6 308 - K/Ap

Anmelder; Brico Engineering Limited

Holbrook Lane,
Coventry, West Midlands
England

Bezeichnung: Pulvermetallurgisches Verfahren und

hierdurch erzeugte Gegenstände

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Werkstücken auf pulvermetallurgischem Wege, und auf Werkstücke, die puf diese Weise erzeugt wurden.

Das Verfahren umfaßt im wesentlichen die folgenden Verfahrensschritte: Verdichtung eines Metallpulvers der gewünschten Zusammensetzung zur Erzeugung einer verarbeitbaren Vorform; Erwärmung der Vorform in einer vorbestimmten Atmosphäre während einer genügenden Zeit, die eine Sinterung ermöglicht und einen zusammenhängenden gesinterten Körper bei der Abkühlung ergibt.

Das Verfahren kann weitere Stufen wahlweise aufweisen, z.B. ein nochmaliges Pressen des gesinterten Gegenstandes, eine Wärmebehandlung des Gegenstandes und eine Ausfüllung der Poren des Gegenstandes mit einem anderen Metall, z.B. mit Kupfer. Dies Ausfüllen kann bei dem fertig gesinterten Gegenstand erfolgen, oder gleichzeitig mit der Erhitzung des Vorformkörpers, so daß Sinterung und Einfließen gleichzeitig stattfinden können.

Beispiele des Verfahrens und sich hieraus ergebende Erzeugnisse sind in den GB-PS 12 63 925, 12 81 164, I3 39 132, 13 39 812 und 14 04 I37 beschrieben.

Um die Reibung während der Verdichtung des Pulvers zu vermindern ist es bekannt, in geringen Mengen,beispielsweise in Mengen von \% Substanzen zuzusetzen,, Solche Substanzen sind pulverisierter Graphit, Zink.-Stearat und Lithium-Stearat. Die Mehrzahl der bekannten Substanzen, die als Schmiermittel zugesetzt wurden, sind thermisch instabil und sie reagieren bei dem Sinterverfahren chemisch und hinterlassen oft Rauch, der die Ofenatmosphäre verunreinigt. Gelegentlich muß das Schmiermittel ausgebrannt werden bevor der Sinterprozeß durchgeführt werden kann.

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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei der pulvermetallurgischen Herstellung von Gegenständen dadurch gelöst, daß pulverisierter Glimmer zu dem Metallpulver zugesetzt wird, bevor die Verdichtung und der Sintervorgang eingeleitet werden.

Vorzugsweise wird der pulverisierte Glimmer in Mengen zwischen 0,5 und 2 Gewichtsprozent zugesetzt.

Die Erfindung umfaßt auch die gesinterten Werkstücke, beispielsweise Kolbenringe, Ventilsitzringe und Stoßdämpferkolben.

Vorzugsweise enthalten diese Werkstücke 0,5$ bis 2% (in Gewichtsanteilen) Glimmer.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, welches die Dichte der Rohvorformen zeigt, wobei unterschiedliche Schmiermittel benutzt werden, wenn unter dem gleichen Druck verdichtet wird;

Pig. 2 ein Diagramm, welches das Verdichtungsverhältnis des Pulvers zeigt, wenn verschiedene Schmiermittel beim Verdichten unter gleichem Druck benutzt werden;

Fig. 3 ein Diagramm, welches den Verdichtungsdruck erkennen läßt, der erforderlich ist um die gleiche Rohdichte der Vorformen zu erhalten, wenn unterschiedliche Schmiermittel benutzt werden;

Fig. k ein Diagramm, welches den Ausstoßdruck erkennen läßt, der erforderlich ist um eine rohe Vorform aus dem Gesenk auszustoßen, nachdem eine Verdichtung

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auf eine gegebene Dichte durchgeführt worden ist, wobei unterschiedliche Schmiermittel benutzt werden;

Pig. 5 ein Produktionslaufbild;

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Ventilsitzringes, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist;

Fig. 7 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Ventilsitzringes, hergestellt nach den Lehren der Erfindung;

Fig. 8 eine Schnittansicht eines nach der Erfindung hergestellten Stoßdämpferkolbens.

Bei einem nach der Erfindung durchgeführten Verfahrensbeispiel wurden Pulver ausgewählt, die eine geringere Teilchengröße besaßen als 100 nach der British Standard Sieb Skala, wodurch Legierungen folgender Zusammensetzungen erhalten wurden:

Beispiel No.	1	1	2	3	2
Gesamtkohlenstoffgehalt	6	0.3	6
Kupfer	0.4	15	-
Molybdän	-	0o5	-
Nickel	12	1.7	20
Chrom	2.0 max	-	2.0 max
Mangan, Silicium, Schwefel,Phosphor, Titan, Vanadium und Kobalt (zusammen insgesamt)	Ausg.	2.0 max	Ausgleich
Eisen	1100	Ausgl.	1120
Sintertemperatur ⁰C	1080

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Die Metallpulver wurden gründlich in einem mechanischen Mischgerät vermischt und die Mengen von Muscovite-Glimmer-Pulver von weniger als 300 British Standard Sieb Skala mit 0,5$ bzw. 1% bzw. 1,5$ bzw. 2.% wurden den verschiedenen Zusammensetzungen zugesetzt und das Glimmerpulver wurde mit dem Metallpulver durchgehend gemischt.

Das resultierende Pulver wurde in einer geeigneten pulvermetallurgischen Presse verdichtet und in eine Gesenkform der gewünschten Gestalt eingepreßt und durch Relativbewegung der Formteile und eines hiermit zusammenwirkenden Werkzeugs verdichtet. Dabei wurden Drücke von 309 bis 772 MN/m² benutzt.

Die sich hieraus ergebenden Vorformen wurden fertig behandelt und dann in einem Ofen auf die aus der Tabelle für die jeweilige Metallzusammensetzung ersichtlichen Temperatur 30 Minuten lang in einer Schutzatmosphäre erhitzt, z.B. in einer Atmosphäre von gekrackten Amonium mit einem Taupunkt von weniger als minus 30⁰C, und dann wurden die Gegenstände abgekühlt.

Es zeigte sich, daß der Glimmer durch die Temperatur oder die Atmosphäre unbeeinflußt blieb,und daß keine Dämpfe oder Reaktionsprodukte entstanden. Tatsächlich verbleibt der Glimmer, da er inert ist, in dem fertigen gesinterten Gegenstand.

Die Rohdichte der Vorformlinge, die aus dem Pulver gemäß dem Beispiel 1 hergestellt wurden, ist aus Fig. 1 ersichtlich. Die erste Säule zeigt, daß die Benutzung von 1% Glimmer zu einer Dichte von 6,9 g/cnP wurde im Vergleich mit dem gleichen Pulver, welches herkömmliche Schmiermittel bzw. Zink, Stearat und Lithium^Stearat benutzte, wie dies aus der zweiten und dritten Säule hervorgeht, wobei eine Dicht von nur 6,58 g/enr erreicht wurde,, wobei der gleiche Verdichtungsdruck von 6l8 MN/m Anwendung fand.

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Figo 2 zeigt, daß das Verdichtungsverhältnis (d.h. das Verhältnis zwischen anfänglichen Volumen und Endvolumen)

des Pulvers,das unter einem Druck von 618 MN/m verdichtet wurde, 2,4 betrug, wobei 1% Glimmer als Schmiermittel benutzt wurde im Vergleich mit 2,15, wtoei 1% Zink-Stearat und im Vergleich mit 2,lj5j wo 1% Lithium-Stearat benutzt wurden.

Fig. 3 zeigt den Verdichtungsdruck der erforderlich ist, um eine Rohdichte bei der Verdichtung des Pulvers beim Beispiel 1 von 6,6 g/cnr zu erhalten. Wenn 1% Zink-Szearat oder 1% Lithium-

Stearat benutzt wurde, dann war ein Druck von 618 MN/m erforderlich, und wenn 1% Glimmer benutzt wurde, dann war nur ein Druck von 386 MN/m erforderlich.

Fig. 4 zeigt den Druck der erforderlich ist, um eine verdichtete Vorform aus dem Gesenk auszustoßen, nachdem eine Verdichtung auf eine Dichte von 6,6 g/cnr erreicht war. Wenn 1% Zink-Stearat

benutzt wurde, ergab sich ein Ausstoßdruck von ^4 MN/m . Wenn 1% Lithium-Stearat benutzt wurde, dann war ein Ausstoßdruck von

32,4 MN/m erforderlich. Wenn aber 1% Glimmer benutzt wurde,

dann wurde nur ein Ausstoßdruck von 27,8 MN/m benötigt.

Durch die Verminderung der Reibung wird die Gleichförmigkeit der Dichte der Vorform verbessert und demgemäß auch des fertigen Gegenstandes. Außerdem wird die Möglichkeit verbessert, die Form bei der Herstellung kompliziert gestalteter Werkstücke vollständig auszufüllen, und es wird die Oberflächenbeschaffenheit des Vorformkörpers verbessert und es wird außerdem die Lebensdauer von Werkzeug und Form erhöht.

Es hat sich außerdem gezeigt, daß das Vorhandensein von Glimmer in den fertigen gesinterten Artikeln eine gewisse Selbstschmiereigenschaft ergibt, die wertvoll ist wenn der Gegenstand im

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Gebrauch einer Abnutzung unterworfen ist, wie dies beispielsweise bei einem Ventilsitz der Fall ist, ohne daß dadurch die Festigkeit des Werkstücks beeinträchtigt würde. Dies scheint eine Folge der plattenartigen kristallographischen Struktur zu sein. Da Glimmer außerdem feuerfest ist, bleibt er unbeeinflußt wenn das Werkstück im Betrieb Luft unter hohen Drücken ausgesetzt wird. Der fertige Gegenstand kann auch ein Kolbenring, ein Dichtungsring, ein Zahnrad, ein Ventilsitzeinsatz, ein Stoßdämpferkolben sein, oder es können auf diese Weise andere Gegenstände hergestellt werden, je nach der Gestalt der Form und des Werkzeuges.

Es hat sich gezeigt, daß Abwandlungen von Glimmer, z.B. Muskovit Phlogopit und Biotit sehr ähnliche Ergebnisse liefern.

Die Figuren6 bis 8 zeigen nach der Erfindung unter Verwendung von Glimmer hergestellte Werkstücke, wobei die Figuren 6 und 7 ringförmige Ventilsitze veranschaulichen, wobei gemäß Fig.6 der Ring innen und außen zylindrisch ausgebildet ist und am unteren Rand eine Anphasung besitzt, während der Ventilsitzring gemäß Fig. 7 innen Abschnitte unterschiedlicher Steigung aufweist, wobei der unterste Abschnitt zylindrisch ist, der mittelste Abschnitt eine mäßige Erweiterung und der obere Abschnitt eine weitere Abflachung aufweist.

Der Stoßdämpferkolben gemäß Fig. 8 weist eine Außennut zum Einsatz eines Kolbenringes auf und besitzt die erforderlichen Flüssigkeitsdurchlässe.

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Claims

Patentanwälte DipL-1>ig. C u rt Wal I ach 2831550 Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d Datum: l8 . Juli 1978 Unser Zeichen: Iß 308 - Κ/Αρ Patentansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung von Werkstücken auf pulvermetallurgischem Wege, wobei Metallpulver ausgewählt werden, die die erforderliche Zusammensetzung haben, die Metallpulver verdichtet werden, um eine Vorform zu bilden, und wobei dann der Vorformling erhitzt wird, um das Metallpulver zu sintern,

dadurch gekennzeichnet, daß pulverisierter Glimmer zugesetzt und mit dem Metallpulver vermischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge von pulverisiertem Glimmer,die zugesetzt wird, zwischen 0,5$ und 2% (in Gewichtsteilen) des Metallpulvers liegt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver ein Stahlpulver ist.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Werkstück, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3*

dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück Glimmer enthält.

5. Gesintertes Metallwerkstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es Glimmer in einer Menge zwischen 0,5$ und 2$ (Gewichtsprozent) des Metalls aufweist.

6. Gesintertes Werkstück nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück aus Stahl besteht„

7. Ventilsitzring, hergestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis J5>

dadurch gekennzeichnet, daß er Glimmer enthält, und zwar vorzugsweise 0,5 bis 2 Gewichtsprozent.

8. Stoßdämpferkolben, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis J5*

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