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Dokumentenidentifikation DE102004002714B3 19.05.2005
Titel Verfahren zum Leichtmetall-Legierungs-Sintern
Anmelder Schwäbische Hüttenwerke GmbH, 73433 Aalen, DE
Erfinder Pohl, Angelika, Dr., 70197 Stuttgart, DE;
Stock, Otto, 73447 Oberkochen, DE;
Eiberger, Anton, 73488 Ellenberg, DE;
Bächle, Klaus Edgar, 74424 Bühlertann, DE
Vertreter Neidl-Stippler und Kollegen, 81679 München
DE-Anmeldedatum 19.01.2004
DE-Aktenzeichen 102004002714
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.05.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.2005
IPC-Hauptklasse B22F 3/10
IPC-Nebenklasse B22F 3/12   C22C 21/02   C22C 21/12   
Zusammenfassung die Erfindung betrifft ein Sinterverfahren für maßhaltige Leichtmetalle mit den Schritten: Pressen einer Leichtmetall-Sinterpulvermischung mit Presshilfsmittel unter Erhalt eines Grünlings mit einer Verdichtung von etwa 90% seiner theoretischen Dichte; Sintern des Grünlings bei einer Sintertemperatur von 85-95% der Liquidustemperatur der Leichtmetalllegierung unter Entfernen des Presshilfsmittels; zweidimensionales Nachverdichten des vorgesinterten Teils um etwa 10% seiner Höhe; Sintern des nachverdichteten Teils bei hohen Sintertemperaturen von 90-99% der Liquidustemperatur der Leichtmetalllegierung; Kalibrieren des hochgesinterten Teils mit einer weiteren Verdichtung um etwa 1-2% seiner Höhe.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Leichtmetall-Legierungs-Sintern für masshaltige Leichtmetallteile sowie danach hergestellte Leichtmetallteile.

Die Herstellung von Sinterteilen für leichte, hochbeanspruchte massgenaue Teile ist aufgrund des einfachen und präzisen Verfahrens zwischenzeitlich üblich. Durch das Sinterverfahren können aufwändige Bearbeitungsschritte wie Fräsen etc. vermieden werden. Sinterteile erfüllen alle notwendigen Anforderungen an mechanische Festigkeit und Elastizität bei einfacheren Herstellungsverfahren. Es können sowohl homogen schmelzende Metallpulvermischungen als auch nicht homogen schmelzende Metallpulvermischungen als Ausgangsmaterialien eingesetzt werden. Es können Pulver, Granulat, Gries od. dgl. verschiedenster Korngrössen eingesetzt werden. Diese werden üblicherweise mit einem Presshilfsmittel, das benötigt wird, um das verdichtete Teil aus dem Werkzeug zu entformen, gepresst und sodann gesintert, wobei es während des Sinterns durch Wegfall der Hohlräume im Gefüge einer mehr oder weniger starken Schrumpfung unterliegt. Das Sintern von eisenhaltigen Pulvern ist bekannt, bspw. aus der EP 11 33 374 B1 oder aber der EP 1246950 B1. Die Erfahrungen über das Sintern von Stahlpulver sind jedoch auf das Sintern von Leichtmetallsinterteilen, wie solchen aus Aluminium, nicht übertragbar, da Eisen und seine Legierungen keine hochschmelzende Oxidschicht bilden, welche ein späteres Zusammensintern der Pulverteilchen stören. Bei Stahllegierungen sind Sinterverfahren aufgrund der hohen Duktilität des Materials gut durchzuführen – bei den meist spröderen Leichtmetallen wurde bei diesem üblichen Sinterverfahren ein hohes ungleichmässiges Schrumpfen um ≤ 2 – 6 Vol% beobachtet, was zu nicht masshaltigen Teilen und sehr hohen Ausschussquoten führte. Demzufolge ist die Produktion von Leichtmetallsinterteilen bisher problematisch.

Es ist erwünscht, Leichtmetallsinterteile einzusetzen, um Gewicht zu ersparen und Leichtbau zu ermöglichen. Dies gilt ganz besonders für Teile für die Fahrzeugproduktion – sowohl von Land- als auch von Luftfahrzeugen, ist aber für alle Anwendungen, unter anderem solchen, wo Gewicht gespart werden sollte, sinnvoll. Leichtmetallteile haben auch den Vorteil geringer Korrosion, da sie passivierte Oberflächen aufweisen – daher sind sie in Anwendungen, wo Eisenteile möglicherweise rosten würden – bspw. in Feuchträumen, alkalischer Umgebung etc. häufig überlegen. Bisher wurden Leichtmetallsinterteile, bspw. Aluminiumlegierungs-Sinterteile mit einem herkömmlichen Sinterverfahren hergestellt, bei dem das zu sinternde Pulver – das aus einem Material oder einer Materialmischung bestehen kann, zunächst mit einem Presshilfsmittel zu einem Grünling verpresst wurde. Dieser wurde dann bei einer Sintertemperatur im Bereich von 60 bis 90% der Liquidustemperatur des Sintermaterials gesintert, abgeschreckt und kalibriert.

Ein Verfahren zum Sintern von Aluminiumpulver ist aus der DE 19950595 bekannt, bei dem hochverdichtetes Metallpulver bei relativ niedrigen Temperaturen gesintert wird, um eine flüssige Phase zu vermeiden. Dieses Verfahren lieferte Teile, deren mechanische Eigenschaften noch verbesserungsfähig waren.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der Sinterverfahren des Standes der Technik für Leichtmetallsinterteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, dass masshaltige Teile ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Sinterverfahren für masshaltige Leichtmetallteile mit den Schritten: Pressen einer Leichtmetall-Sinterpulvermischung mit Presshilfsmittel unter Erhalt eines Grünlings mit einer Verdichtung von etwa 90 seiner theoretischen Dichte; Sintern des Grünlings bei einer Sintertemperatur von 80 – 95 % der Liquidustemperatur der Leichtmetallegierung unter Entfernen des Presshilfsmittels; Zweidimensionales Kalt-Nachpressen des vorgesinterten Teils um etwa 10% seiner Höhe unter länglicher Verformung der Körner des Gefüges, Sintern des nachverdichteten Teils bei hohen Sintertemperaturen von 90 – 99 % der Liquidustemperatur der Leichtmetallegierung; und Kalibrieren des hochgesinterten Teils mit einer weiteren Verdichtung um etwa 1 – 2% seiner Höhe gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Die Erfindung bezieht sich auch auf Sinterteile, hergestellt durch dieses Verfahren.

Dadurch, dass nun erfindungsgemäß nach einem Sintern, das bereits eine Verfestigung der Struktur und teilweise Bindung des Sinterkörpers bewirkt, zweidimensionales Pressen mit relativ hoher Verdichtung des Sinterkörpers folgt, wird das Korngefüge überraschenderweise so verändert, dass die Schrumpfung beim nachfolgenden Sintern bei hoher Sintertemperatur sehr gering wird und das unkontrollierte Schrumpfen, welches zu den hohen Ausschussraten führte, vermieden wird. Durch das Kalt-Hochverdichten eines durch Sintern von Presshilfsmittel befreiten und leicht bereits etwas verbundenen Sinterkörpers wird das Korngefüge desselben so verändert, dass sich eine bessere Verfestigung ergibt. Da das Presshilfsmittel im Sinterschritt entfernt wurde, kann ein hoher Verdichtungsgrad erzielt werden.

Die Körner des Gefüges werden dabei aufgrund des zweidimensionalen Pressens länglich verformt, wobei diese Verformung bis zum Endprodukt erhalten bleibt. Die länglichen Körner schaffen eine sehr gute innere Verfestigung des Teils – wie sie in ähnlicher Weise allenfalls durch Fasern erzielt werden könnte. An dieses Hochverdichten schliesst sich ein Hochsintern bei sehr hohen Sintertemperaturen an, wodurch diese Struktur gefestigt, Spannungen im hochverdichteten Sinterkörper abgebaut werden und weitere Bindungen zwischen benachbarten Körnern erfolgen. Als sehr hohe Sintertemperaturen werden hier solche bezeichnet, die sich im obersten Grenzbereich der Sintertemperatur der Leichtmetallegierung befinden. Üblicherweise findet Sintern bei 60 bis 90% der Liquidustemperatur der zu sinternden Legierung statt. Mehrphasige Pulver und Pulvermischungen werden im allgemeinen in der Nähe der Schmelz- oder Solidustemperatur des am niedrigsten schmelzenden Bestandteils der Mischung gesintert. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden als hohe Sintertemperaturen solche von über 90% der Liquidustemperatur verstanden und unter normalen Sintertemperaturen solche, die um 90% der Liquidustemperatur liegen. Anschliessend kann das so hergestellte Teil kalibriert werden. Die so hergestellten Teile sind sehr masshaltig und aufgrund der durch das Verfahren hergestellten Gefügestruktur mit sehr günstigen physikalischen Eigenschaften ausgestattet.

Beim Sintern werden reaktive Stellen des zu sinternden Pulvers freigesetzt, was zu einer chemischen Verbindung einander berührender Körner an den Berührungsstellen führt. Da bei diesem Prozess die reaktiven Stellen ggf. auch von bei den hohen Sintertemperaturen schnell eindiffundierenden Gasmolekülen besetzt werden können, ist es sinnvoll, die Sinterschritte in Schutzgasatmosphäre durchzuführen, um Reaktionen mit Gasen der Luft, wie Oxidation, oder auch Hydroxidbildung, falls die Luft feucht ist, zu vermeiden. In diesem Zusammenhang ist daraufhinzuweisen, dass, falls die Sintermetallegierung anfällig für Hydroxidbildung ist, trockene Gase eingesetzt werden müssen, um eine Reaktion mit dem Wasser im Gas zu vermeiden.

Nach dem Sintern ist es sinnvoll, den so erzielten Zustand durch ein schnelles Abkühlen – Abschrecken – einzufrieren, um so einen Verzug beim Abkühlen zu vermeiden. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, gesinterte Teile nach dem Sintern mit Schutzgas abzuschrecken, um den beim Sintern hergestellten Zustand einzufrieren, aber Oxidation/Hydroxidbildung zu vermeiden. Als Schutzgase eignen sich alle mit den Legierungbestandteilen nicht in wesentlichem Umfang reagierenden Gase, wie Stickstoff, Argon, Wasserstoff oder Mischungen derselben etc.. Die Auswahl eines derartigen Gases ist dem Fachmann geläufig. Das Verfahren kann auch im Vakuum durchgeführt werden

Bei manchen Sinterteilen – abhängig vom Material – kann es günstig sein, das Sinterteil in Wasser abzuschrecken, insbesondere falls das gesinterte Teil im wesentlichen nicht reaktiv, bspw. oxidationsanfällig ist. Die Auswahl des Abschreckmediums hängt stark vom Material ab – ist dem Fachmann aber leicht zugänglich. Dabei können gasförmige oder flüssige Abschreckmedien eingesetzt werden – je nach Verhalten des frisch gesinterten Teils gegenüber dem Medium.

Vor jeglicher Verdichtung gesinterter Teile kann es günstig sein, Lösungsglühen, d.h. eine Wärmebehandlung bei geringeren Temperaturen von etwa 70% bis 95 % des Liquiduspunktes der Leichtmetalllegierung nach dem Sintern mit anschliessendem Abschrecken einzusetzen, wodurch das Teil leichter kalibrierbar wird und die im Gefüge ungleichmässig verteilten Legierungselemente im Mischkristall gelöst und homogenisiert werden.

Schliesslich kann es günstig sein, nach dem Endkalibrieren das kalibrierte Teil bei einer Temperatur von 20 bis 35% der Liquidustempertur der Sinterlegierung warm auszulagern. Dadurch werden die mechanischen Eigenschaften verbessert. Beim Warmauslagern werden metastabile Phasen gebildet, die von Aushärtungseffekten begleitet werden.

Bei einigen Geometrien oder Sintermaterialien kann es vorteilhaft sein, die Schritte des Verdichtens und Hochsinterns wiederholt durchzuführen, um ein dichtes und festes Teil zu erzielen.

Typischerweise kann die Leichtmetalllegierung ausgewählt sein aus Aluminium-Legierungen, Mg-Legierungen, Be-Legierungen bzw. Materialmischungen mit Hartteilen, wie SiC, Borcarbid, Bornitrid , Wolframcarbid, SiO2, Al2O3 oder auch AlN, TiB2.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können auch schmelzmetallurgisch nicht herstellbare Legierungen verarbeitet werden. Typisch sind Titan-Legierungen, wie TiAl, TialNb, oder auch Mg-Legierungen oder Berylliumlegierungen oder Lithiumlegierungen.

Bei Aluminiumlegierungen sind z.Zt. bevorzugt u.a. AlSi, AlSiCu, AlSiCuMg. Für viele Anwendungen hat sich eine Aluminium-Legierung aus von etwa 1 – 4 % Cu, 12 – 17 % Si, 0 – 3% Mg, Rest Aluminium, bevorzugt 2 – 3 % Cu, 13 – 16 % Si 0 – 3% Mg, Rest Aluminium als geeignet erwiesen – selbstverständlich können auch andere sinterfähige Leichtmetallegierungen, wie solche von Magnesium oder Beryllium eingesetzt werden.

Es eignen sich auch in vorteilhafter Weise Aluminium-Legierungen, die ausser Aluminium auch eine oder mehrere Metalle wie 0,1 – 15 % Cu, 0,1 – 30 % Mg, 0,1 – 40 Si; 0,1 – 15 % Cu, 0,1 bis 15 % Zn, 0,1 – 15 % Ti, 0,1 – 9% Sn, 0,1 – 2,5 % Mn, 0,1 – 5 % Ni und/oder weniger als 1 % As, Sb, Co, Be, Pb oder B und 0,8 40 % Mo, Wo, Cr, V, Zr und/oder Yt aufweisen.

Dabei ist zu beachten, dass bspw. ein Aluminium-Siliciumlegierungs-Sinterteil aus Pulver einer Aluminiumsiliciumlegierung gemischt mit reinem Aluminiumpulver, hergestellt werden kann – also verschiedene Komponenten zur Endzusammensetzung vermischt werden. Es kann auch sehr wesentlich sein, die Pulverart auszuwählen – je nach Herstellung des Pulvers kann dieses eine geringere Korngröße, was für die Herstellung einer innigen Mischung erwünscht sein kann – oder aber ein grösseres Korn aufweisen. Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, Pulver geringer Korngrösse einzusetzen, das sich sehr gut verdichtet und gut mischt. Die Erfindung ist aber keineswegs auf die Verwendung derartiger Pulver eingeschränkt. Typische Pulver haben eine mittlere Korngrösse von 50 – 150&mgr;m.

Die Pulvemischung muss, um Grünlinge herstellen zu können, ein Binde – und/oder Presshilfsmittel aufweisen, da das Pulver im kalten Zustand nur mit Presshilfsmitteln in definierte relativ bleibende Formen gebracht werden kann, die dann gesintert werden. Besonders bevorzugt sind solche Presshilfsmittel, die sich leicht thermisch austreiben lassen, wie langkettige Kohlenwasserstoffe oder Materialien, die langkettige Kohlenwasserstoffketten enthalten – alle auf diesem Gebiet üblichen Materialien können eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten verschleissfesten Al-Si-Legierung genauer erläutert, auf die sie aber keinesfalls eingeschränkt ist.

Die Erfindung betrifft auch Leichtmetallsinterbauteile, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche. Die erfindungsgemässen Sinterteile weisen eine auffällig eindimensional gepresste Kornstruktur auf, die zu einer hohen Festigkeit und Elastizität und damit mechanischen Beanspruchbarkeit bei hoher Masshaltigkeit führt.

Typische Leichtmetallbauteile, die derart hergestellt und eingesetzt werden können, sind Rotoren, Statoren, Räder wie Pumpenräder, Kettenräder, Zahnräder und Rollen aller Art, Ventilteile für Motoren, Nocken für gebaute Nockenwellen u. dgl. mehr.

Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen anhand eines Ausführungsbeispiels, nämlich eines Verfahrens zur Herstellung von Sinterteilen aus einer verschleissfesten Aluminium-Siliziumlegierung beschrieben, auf die sie jedoch keineswegs eingeschränkt ist.

Es zeigt

1 ein Schema eines typischen Verfahrensablaufs

2 einen Schnitt durch einen gesinterten AlSi14 Grünling

3 einen Schnitt durch den kalt nachgepressten gesinterten AlSi14 Grünling der 2

4 einen Schnitt durch den hochgesinterten kalt nachgepressten AlSi14-Sinterling der 3; und

5 einen Schnitt durch das kalibrierte hochgesinterte Leichtmetallbauteil der 4

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen zur Herstellung von Sinterteilen aus einer verschleissfesten Aluminium-Siliciumlegierung beschrieben.

Das erfindungsgemässe Verfahren weist daher stets, wie in 1 nochmals grafisch dargestellt, die Schritte auf:

  • – Herstellen eines Grünteils durch Verpressen von Pulver und Presshilfsmittel zu einer Form nahe der Endform;
  • – Sintern des Grünlings bei 70 – 95 % der Solidustemperatur der Leichtmetallegierung;
  • – starkes zweidimensionales Kalt-Nachpressen des Sinterteils um etwa 10% seiner Höhe bzw. auf etwa 95% theoretische Dichte;
  • – Sintern des verdichteten Sinterteils bei Sintertemperaturen von 90 – 99 % der Solidustemperatur;
  • – Kalibrieren des hochgesinterten Teils.

Beispiel 1.

Eine Aluminium-Pulvermischung aus Alumium und AlSi14Mg mit einer Endzusammensetzung von etwa 2 % Kupfer, etwa 14 % Silicium, 0,5 % Magnesium, Rest Aluminium – die Legierung unterliegt mischungsbedingten Variationen, da verschiedene Ausgangslegierungen zusammengemischt werden – mit ≤2 % Wachs wird in üblicher Weise zu einer Grünlings-Scheibe eines Durchmessers von 10 cm und 1 cm Höhe mit einer Grünfestigkeit von >8,0 N/mm2 zu einer Dichte von 90 der theoretischen Dichte verpresst.

Dieser Grünling wird in einem Ofen mit trockener Stickstoffatmosphäre bei 500 – 530°C gesintert, wobei er um etwa 1 Vol.% schrumpft.

Das Teil wird durch Schutzgas abgeschreckt und der so erhaltene Zustand eingefroren. Ein Schnitt durch dieses gesinterte Teil ist in 2 dargestellt. Deutlich erkennt man noch Leerstellen – hier dunkel abgebildet – und verschiedene, relativ runde Körner, wobei die dunklen Körner Silicium und die helleren Körner die Aluminiumlegierung sind. Der links gezeigte Rand des gesinterten Teils ist noch recht offen und rauh.

Dieses Teil wird nun in einer Presse um 10 % seiner Höhe auf eine Dichte von etwa 95% der theoretischen Dichte zweidimensional kalt nachverdichtet. Das Ergebnis dieser starken Verdichtung unter hohem Druck ist in 3 dargestellt. Deutlich sieht man die Verformung der hellen Aluminium-Körner der Struktur, die nun – verglichen mit dem gesinterten Grünling der 2 – eine längliche Form haben und eine bessere mechanische Festigkeit des Teils bewirken.

Die nachverdichtete vorgesinterte Scheibe wird nun in einen Sinterofen mit N2-Atmosphäre überführt und bei 560 – 570° C etwa 1 Stunden gesintert. Danach wird das Teil nach Lösungsglühen abgeschreckt. Ein Schnitt durch das Teil nach dieser Behandlung ist in 4 dargestellt. Das Gefüge ist nun noch dichter – d.h. es befinden sich weniger dunkle Stellen im Gefüge – und viele Korngrenzen sind verwischt. Deutlich fällt die verdichtete Struktur, insbesondere auch in der dichten Oberfläche, auf.

Bei allen Sinterschritten ist im übrigen eine präzise Temperatursteuerung des Ofens ausserordentlich wichtig, da bereits geringfügige Temperaturschwankungen zu verzogenen Sinterteilen führen.

Während dieses Sinter/Lösungsglühschrittes erfährt das Material nur eine geringfügige Verdichtung von unter 1 % – es tritt praktisch kein Verzug auf.

Das so behandelte Sinterteil wird nun in einer Kalibrierpresse um etwa weitere 1 – 2 % seiner Höhe verdichtet und nimmt seine endgültige Form an. An diesen Schritt kann sich zur nochmals Warmauslagern zur Behebung von Spannungen im Gefüge anschliessen.

Das Teil wies die nachfolgenden Eigenschaften auf

Härte: HB 2,5/62,5 90 – 100

Dichte: 2,61 g/cm3 (96% der theoretischen Dichte)

Toleranzgenauigkeit: IT7

Beispiel 2

Eine Al-Pulvermischung mit einer Endzusammensetzung von etwa 2 % Cu, etwa 14% Si, 0,5% Magnesium, Rest Aluminium – die Legierung unterliegt mischungsbedingten Variationen, da verschiedene Ausgangslegierungen zusammengemischt werden – mit 2 % Steramid-Wachs wird zu einem Rollen-Grünling mit einer Grünfestigkeit von >8,0 N/mm2 verpresst.

Der so hergestellte Grünling wird bei 500°C vorgesintert, wobei er einer Schrumpfung von etwa 1 Vol. % unterliegt und das gesinterte Teil abgeschreckt.

Das gesinterte Teil wird in einer Presse um 5% seiner Höhe kalt zweidimensional verdichtet.

Dieses kalt nachverdichtete vorgesinterte Teil wird nun in einen Sinterofen überführt und bei 565 – 570° C unter N2 oder einem anderen Schutzgas etwa 1 Stunde gesintert. Danach findet Lösungsglühen und Abschrecken in Stickstoff oder Wasser statt.

Während dieses Sinter/Lösungsglühschrittes erfährt das Material nur eine geringfügige Verdichtung von unter 1 %.

Das so behandelte Sinterteil wird nun in einer weiteren Presse nochmals um 5 seiner Höhe kalt verdichtet und nimmt nun im wesentlichen seine endgültige Form an. Es wird nun in einen Sinterofen überführt und bei 565 – 570° C unter Argon oder einem anderen Schutzgas etwa 1 Stunde gesintert. Danach findet Lösungsglühen und Abschrecken in Stickstoff oder Wasser statt.

Während des letzten Sinter/Lösungsglühschrittes erfährt das Material nur eine geringfügige Verdichtung von unter 1 %.

Anschliessend wird das doppelt verdichtete Sinterteil in einer Kalibrierpresse nochmals um etwa 1 % seiner Höhe gepresst. Auch hier kann sich an diesen Schritt Warmauslagern anschliessen.

Beispiel 3

Eine Aluminium-Pulvermischung einer Endzusammensetzung von etwa 5 % Kupfer, etwa 0,5 % Silicium, etwa 0,5 % Magnesium, Rest Aluminium – die Legierung unterliegt mischungsbedingten Variationen, da verschiedene Ausgangslegierungen zusammengemischt werden – mit ≤2 % Wachs wird in üblicher Weise zu einem Grünlings-Stab mit einer Grünfestigkeit von >8,0 N/mm2 zu einer Dichte von 90 der theoretischen Dichte verpresst.

Dieser Grünling wird in einem Ofen mit trockener Stickstoffatmosphäre bei 520 – 560°C gesintert, wobei er um etwa 1 Vol.% schrumpft.

Dieses Teil wird nun in einer Presse um 12 % seiner Höhe auf eine Dichte von etwa 95% der theoretischen Dichte zweidimensional nachverdichtet.

Die nachverdichtete vorgesinterte Scheibe wird nun in einem Sinterofen mit N2-Atmosphäre überführt und bei 580 – 610°C etwa 1 Stunden gesintert. Danach wird das Teil nach Lösungsglühen abgeschreckt Das Gefüge ist nun noch dichter.

Bei allen Sinterschritten ist im übrigen eine präzise Temperatursteuerung des Ofens ausserordentlich wichtig, da bereits geringfügige Temperaturschwankungen zu verzogenen Sinterteilen führen.

Während dieses Sinter/Lösungsglühschrittes erfährt das Material nur eine geringfügige Verdichtung von unter 1 % – es tritt praktisch kein Verzug auf.

Das so behandelte Sinterteil wird nun in einer Kalibrierpresse um etwa weitere 1 – 2 % seiner Höhe verdichtet und nimmt seine endgültige Form an. An diesen Schritt kann sich zur nochmals Warmauslagern zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften anschliessen.

Obwohl die Erfindung anhand einer bevorzugten Anwendung bei der Aluminium-Silicium-Legierung beschrieben wurde, sind weitere Ausgestaltungen und Fortentwicklungen im Rahmen des Schutzumfangs der Ansprüche dem Fachmann offensichtlich und der Schutzumfang ist keineswegs auf die hier beispielhaft aufgeführten Ausführungsformen begrenzt, die lediglich der Erläuterung dienen sollen.


Anspruch[de]
  1. Sinterverfahren für masshaltige Leichtmetallteile mit den Schritten:

    Pressen einer Leichtmetall-Sinterpulvermischung mit Presshilfsmittel unter Erhalt eines Grünlings mit einer Verdichtung von etwa 90 % seiner theoretischen Dichte

    Sintern des Grünlings bei einer Sintertemperatur von 80 – 95 % der Liquidustemperatur der Leichtmetallegierung unter Entfernen des Presshilfsmittels;

    Zweidimensionales Kalt-Nachpressen des vorgesinterten Teils um etwa 10% seiner Höhe unter länglicher Verformung der Körner des Gefüges,

    Sintern des nachverdichteten Teils bei hohen Sintertemperaturen von 90 – 99 % der Liquidustemperatur der Leichtmetallegierung;

    Kalibrieren des hochgesinterten Teils mit einer weiteren Verdichtung um etwa 1 – 2% seiner Höhe.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens ein Sinterschritt in Schutzgasatmosphäre stattfindet.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Teil nach dem Sintern abgeschreckt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschrecken mit Gas oder Flüssigkeit durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach mindestens einem Sinterschritt Lösungsglühen eingesetzt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das kalibrierte Teil bei einer Temperatur von 20 bis 35% der Liquidustempertur der Sinterlegierung warm ausgelagert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Verdichtens und Hochsinterns wiederholt durchgeführt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtmetalllegierung ausgewählt ist aus Aluminium-Legierungen, Magnesium-Legierungen, Beryllium-Legierungen, Titan-Legierungen, wie TiAl, NiAlNb, Lithium-Legierungen, bzw. Materialmischungen derselben mit Hartteilen, wie SiC, Borcarbid, Bornitrid, Wolframcarbid, SiO2 oder auch AlN, TiB2, Al2O3, Titan-Legierungen, wie TiAl, TialNb
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine verschleissfeste Al-Si-Legierung ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung eine AlSi, AlSiCu, AlSiCuMg – Legierung ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminium-Legierung aus 1 – 4 % Cu, 12 – 17 % Si 0 – 3 % Mg, Rest Aluminium, bevorzugt 2 – 3 % Cu, 13 – 16 % Si 0 – 3 % Mg, Rest Aluminium besteht.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine warmfeste Aluminiumlegierung ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminium-Legierung ausser Aluminium 0,1 – 15 % Cu, 0,1 – 30 % Mg, 0,1 – 40 % Si; 0,1 – 15 % Cu, 0,1 bis 15 % Zn, 0,1 – 15 % Ti, 0,1 – 9% Sn, 0,1 – 2,5 % Mn, 0,1 – 5 % Ni und/oder weniger als 1 % As, Sb, Co, Be, Pb oder B und 0,8 40 % Mo, Wo, Cr, V, Zr und/oder Yt aufweist.
  14. Leichtmetallbauteil, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  15. Leichtmetallbauteil, nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Rad, Pumpenrad, Kettenrader, Zahnrad,. Rolle jeglicher Art, ein Ventilteil, Nocken für gebaute Nockenwellen ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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