DE3025533C1

DE3025533C1 - Verfahren zum Verbundsintern

Info

Publication number: DE3025533C1
Application number: DE19803025533
Authority: DE
Inventors: Fritz 4150 Krefeld Frehn
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1980-07-05
Filing date: 1980-07-05
Publication date: 1982-02-11

Description

Es ist noch ein weiteres Verfahren bekannt (DE-PS 21 39 738), bei dem ein Verbundkörper aus zwei verschiedenen Materialien in der Weise hergestellt werden kann, daß eine Schüttung der verschiedenen Pulver in zwei Lagen erfolgt, diese dann gepreßt und anschließend gesintert werden. Dieses Verfahren
ermöglicht jedoch nur die Herstellung eines pulvermetallurgischen Verbunderzeugnisses, nicht jedoch die Verbindung eines pulvermetallurgischen Erzeugnisses mit einem Kompaktkörper.
In der DE-PS 29 28 792 wird vorgeschlagen, daß ein Preßkörper aus einem Werkstoff mit mindestens einem bei Sintertemperatur eine flüssige Phase bildenden Bestandteil drucklos und direkt auf die Oberfläche eines kompakten Körpers aufgesetzt und beide Teile durch Sintern im Vakuum oder unter Schutzgas bei einer unterhalb der Liquidustemperatur des kompakten Körpers liegenden Temperatur fest miteinander verbunden werden. Die Sinterung erfolgt also ohne Druckanwendung, ohne Zwischenlage (Lot) und ohne mechanische Bearbeitung der Kontaktflächen. Die Sintertemperatur liegt je nach Art der Werkstoffe im Bereich von 1 100 bis 1400o C.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst wirtschaftliches, also kostengünstiges Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, einen zähen, festen kompakten Körper, z. B. aus Stahl, mit einem hochverschleißfesten pulvermetallurgisch hergestellten Körper aus einer Hartstofflegierung zu paaren und dabei durch geeignete Maßnahmen die Sintertemperatur zu senken und die Schwindung des Preßkörpers möglichst gering zu halten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Zusatz von 2 bis 4% Aluminium und/oder 2 bis 4% Kupfer in Pulverform als flüssige Phase bildender Bestandteil zu der Mischung, aus der der Preßkörper hergestellt wird, gelöst.
Vorteilhafte Anwendungen für das erfindungsgemäße Verfahren sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es wurde festgestellt. daß die hochkarbidhaltigen Hartlegierungen nicht durch Kohlenstoff, sondern durch Kupfer und Aluminium in ihrem Sinterverhalten zu niedrigen Temperaturen geführt werden können, ohne daß die Eigenschaften negativ beeinflußt werden.
Der Schwund muß bei der Sinterung der Hartstofflegierung möglichst klein sein, um Spannungen oder gar einen Bruch zu verhindern. Dies gelingt durch den erfindungsgemäßen Zustand von Aluminium und/oder Kupfer in der angegebenen Menge.
Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung erläutert.
Beispiel 1 Ein 10 mm dicker Preßkörper aus 60% Titankarbid und einem austenitischen Binder mit 20% Chrom 1 5,5% Molybdän 0,5% Niob 0,02% Bor aus Ni/B Rest Nickel wurde zur Herstellung eines Verbundkörpers auf ein rostfreies Stahlblech (16.00/0 Chrom, 0,25% C) von 20 mm Dicke aufgelegt und bei der für die hochkarbidhaltige Hartlegierung notwendigen Sintertemperatur von 1410"C im Vakuum von 1,33 P.i gesintert. Durch Diffusion vom Sinterkörper in den Stahl entstand ein unbrauchbarer Schmelzkörper.
Beispiel 2 Der in Beispiel 1 genannten Hartstofflegierung wurden nun 3,0% Aluminium aus Ni/AI und 3,5% Kupfer zugegeben. Dadurch konnte die Sintertemperatur auf 1270aC gesenkt werden, ohne die Eigenschaften zu verschlechtern. Eine Verbundsinterung Preßkörper/ Stahl mit 16,0% Chrom und 0,25% Kohlenstoff ließ sich problemlos durchführen. Die Härte des Hartstoffteiles lag bei 70 HRC, die des Stahles bei 30 HRC, Die Stahlseite konnte ohne Probleme spanend auf Maß bearbeitet werden, die Hartstoffseite wurde nur plangeschliffen.
Nach den Beispielen 1 bis 2 können nun alle austenitischen Hartstofflegierungen auf Eisen-, Nickel-und/oder Kobaltbasis auf kompakten Stählen plattiert werden. Dazu ist notwendig, den hartstoffhaltigen Ansätzen je nach Hartstoffgehalt 2 bis 4% Aluminium aus einer entsprechenden Vorlegierung und/oder 2 bis 4% Kupfer zuzugeben.
Anwendungsbeispiele sind Schläger und Hämnier in Schlagmühlen, Schlagmühlenleisten, Rotor- und Statormesser, Preßformen für Keramiken, Strangpreßwerkzeuge für alle Industriezweige, Mahltöpfe, Brecherbakken, Ventilsitze und Kegel, Werkzeuge und Verschleißteile für Warmarbeit, z. B. beim Glasschmelzen u. ä.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Verbinden von pulvermetallurgisch erzeugten Körnern mit kompakten Körpern durch Flüssig-Phase-Verbu ndsintern, bei dem ein Preßkörper aus einer Mischung von 10 bis 90 Gew.-% Hartstoff, insbesondere Titankarbid, und einem Binder aus den Komponenten einer Legierung mit mindestens einem bei Sintertemperatur eine flüssige Phase bildenden Bestandteil direkt auf die Oberfläche eines kompakten Körpers aus Metall, insbesondere Stahl, aufgelegt und beide Teile durch Sintern im Vakuum oder unter Schutzgas bei einer unterhalb der Liquidustemperatur des kompakten Körpers liegenden Temperatur fest miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichn e t, daß 2 bis 4% Aluminium und/oder 2 bis 4% Kupfer in Pulverform der Mischung als flüssige Phase bildender Bestandteile zugesetzt wird (werden).
2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Verbinden von kompakten Stahlkörpern mit einem Preßkörper aus einer Mischung von 10 bis 90 Gew.-% Metallkarbid, insbesondere Titankarbid, und 90 bis 10 Gew.-% folgender Bestandteile (in Gew.-0io) einer Binderlegierung auf Eisenbasis mit 0 bis 0,ob% Kohlenstoff 0,5 bis 20,00/0 Molybdän 5,0 bis 30.00/0 Nickel bis 1,5% Niob/Tantal bis 0,1 %Bor bis 3,00/0 Mangan bis 7,0% Wolfram bis 2,0% Silizium bis 0,8% Titan 2 bis 4,00/0 Aluminium und/oder 2 bis 4,00/0 Kupfer Rest Eisen.
3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Verbinden von kompakten Stahlkörpern mit einem Preßkörper aus einer Mischung von 10 bis 90 Gew.-% Metallkarbid, insbesondere Titankarbid, und 90 bis 10 Gew.-% folgender Bestandteile (in Gew.-%) einer Binderlegierung auf Nickelbasis mit 0 bis 0,3% Kohlenstoff 10 bis 30,00/0 Chrom 5 bis 20,0% Molybdän bis 1,5% Niob/Tantal bis 0,1% Bor bis 3,0% Mangan bis 7,0% Wolfram bis 2,5% Silizium bis 2,80/0 Titan 2 bis 4,0% Aluminium und/oder 2 bis 4,0% Kupfer Rest Nickel.
4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Verbinden von kompakten Stahlkörpern mit einem Preßkörper aus einer Mischung von 10 bis 90 Gew.-96 Metallkarbid, insbesondere Titankarbid, und 90 bis 10 Gew.-% folgender Bestandteilen (in Gew.-Yo) einer Binderlegierung auf Kobaltbasis mit 0,3 bis 2,50/0 Kohlenstoff 15,0 bis 35,0% Chrom 2 bis 14,00/0 Wolfram bis 10,0% Molybdän bis 14,0% Nickel bis 5,% Eisen bis 5,00/0 Niob/Tantal bis 3,0% Bor bis 3,0% Silizium bis 2,00/0 Titan 2 bis 4,00/0 Aluminium und/oder 2 bis 4,00/0 Kupfer Rest Kobalt.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Verbinden von pulvermetallurgisch erzeugten Körpern aus Hartstofflegierungen mit kompakten Körpern aus Metali durch Flüssig-Phase-Verbundsintern.

Hochverschleißfeste Werkstoffe haben allgemein einen so hohen Anteil an Hartstoff (Metallnitride, -boride, -silizide und -karbide), daß sie schmelzmetallurgisch nicht erzeugt werden können. Sie werden daher auf pulvermetallurgischem Weg hergestellt, wobei der pulverförmige Hartstoffanteil mit den Komponenten einer Legierung als Binder, ebenfalls in Pulverform, gemischt, gepreßt und gesintert wird.

Die Verbindung von kompakten Körpern gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung gehört zum Stand der Technik. Aus »Industrie-Anzeiger«, 1968, Seiten 18 bis 23 ist das Verbinden durch Preßschweißen generell bekannt, das durch Erwärmen der zu verbindenden Körper, Zusammendrücken mit geringem Druck ohne Verformung und Zusammensintern im Vakuum oder unter Schutzgas, evtl. mit metallischen Zwischenlagen (Diffusionsschweißen), geschieht. Das Zusammensintern zweier Preßkörper oder zweier Sinterkörper, gegebenenfalls mit Einstäuben der Berührungsflächen mit einem Material hohen Dampfdrucks ist aus der DE-PS 8 67 164 bekannt. Das Aufeinanderlegen von Preß- oder Sinterkörpern mit vorheriger spanabhebender Bearbeitung der Verbindungsflächen und Zusammensintern ist bekannt aus DE-AS 14 71 078.

Allen diesen bekannten Verfahren ist gemeinsam. daß sie nur die Verbindung gleichartiger Köroer zum Ziel haben. Es werden also jeweils nur Preß- oder Sinter-oder Kompaktkörper miteinander verbunden. Das Zusammensintern von Körpern unterschiedlicher Ausgangsstruktur, also z. B. Preßkörper mit Sinterkörpern oder Preßkörper mit Kompaktkörpern ist bisher nur nach vorherigem Heißpressen vorgenommen worden.

Man legt dabei auf den Kompaktkörper eine Pulverschüttung oder einen vorgepreßten Körper und preßt diesen dann unter hohem Druck und hoher Temperatur gegen den Kompaktkörper. Anschließend erfolgt die Verbundsinterung. Dieses Heißpressen führt zwar technisch zu einem brauchbaren Ergebnis, hat jedoch den Nachteil, daß es einen hohen apparativen und Energieaufwand zur Erzeugung des Drucks und der Temperatur erfordert und daher sehr teuer ist.