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DE19921934B4 - Process for producing a high density and high surface density powder metallurgy sintered compact - Google Patents

Process for producing a high density and high surface density powder metallurgy sintered compact Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Sinterformteils mit hoher Grunddichte und hoher Oberflächendichte durch die Verfahrensschritte:
– Pressen eines Grünlings (5) aus einem sinterbaren Metallpulver in einer Preßform,
– Sintern des Grünlings (5) zu einem Sinterformteil (7),
– Verdichten von zumindest Teilbereichen der Oberfläche (8) des Sinterformteils (7) durch Druckeinwirkung,
– Erhitzen des Sinterformteils (7) auf eine unter der Sintertemperatur liegende Bearbeitungstemperatur und Nachverdichten des ganzen Sinterformteils durch axiale Druckeinwirkung und
– Unterwerfen des nachverdichteten Sinterformteils (7) einer Wärmebehandlung.Process for producing a powder-metallurgical sintered compact having a high basic density and a high surface density by the method steps:
Pressing a green body (5) from a sinterable metal powder in a mold,
Sintering the green body (5) into a sintered shaped part (7),
- compressing at least partial areas of the surface (8) of the sintered shaped part (7) by pressure,
- Heating the sintered compact (7) to a lower than the sintering temperature processing temperature and re-densification of the entire sintered compact by axial pressure and
- Subjecting the post-compacted sintered compact (7) of a heat treatment.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Aus sinterbaren Metallpulvern, insbesondere eisenlegierten Metallpulvern, lassen sich Formteile herstellen, die aufgrund ihrer hohen Formgenauigkeit praktisch keine Nachbearbeitung mehr erfordern. Sinterformteile erreichen jedoch nicht ganz die Grunddichte, die ein vergleichbares, gegossenes oder formgeschmiedetes Stahlformteil aufweist, das jedoch eine geringere Formgenauigkeit aufweist und daher einer Nachbearbeitung bedarf.Out sinterable metal powders, in particular iron-alloyed metal powders, Moldings can be produced that are practical due to their high dimensional accuracy no longer require post-processing. Reach sintered moldings However, not quite the basic density, which is comparable, cast or form-forged steel molding has, but a lesser Has dimensional accuracy and therefore requires post-processing.

Um dem abzuhelfen, ist man dazu übergangen, Sinterformteile im Anschluß an Sintervorgang, vielfach noch in einer Hitze, zur Erhöhung der Grunddichte einer axialen Nachverdichtung mit Hilfe eines Formwerkzeugs zu unterziehen, so daß eine Steigerung der Grunddichte erreicht wird, die nahezu der Grunddichte eines gegossenen und/oder geschmiedeten Stahlformteils entspricht, so daß hier durchaus vergleichbare Gestaltfestigkeiten erzielt werden können.Around to remedy this, one has passed over Sintered parts following Sintering process, often in a heat, to increase the Basic density of an axial re-compaction with the aid of a molding tool undergo, so that a Increasing the ground density is achieved, which is close to the ground density a cast and / or forged steel molding, so here quite comparable design strengths can be achieved.

Die Oberfläche eines Sinterformteils weist jedoch aufgrund des Herstellungsprozesses immer eine gewisse Porosität auf, die bei Belastungen dieser Flächenbereiche mit hoher Flächenpressung oder auch bei Oberflächenbeschichtungen nachteilig ist.The surface However, a sintered molding has due to the manufacturing process always a certain porosity on, at loads of these areas with high surface pressure or also with surface coatings is disadvantageous.

DE 42 11 319 C1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines in einzelnen Zonen oder Randzonen porenfreien, in den übrigen Zonen porösen Sinterformteils aus Eisenwerkstoffen, wobei ein nach üblichen Pulverpress- und Sinterverfahren auf ca. 10 Vol.% Restporosität gebrachtes Formteil in einem weiteren Verfahrensschritt mittels zonenweisen Einbringens von Zusatzwerkstoffen in die verbliebenen Poren und/oder mittels lokal wirksamen mechanischen Nachverdichtens des Formteils in den Zonen auf eine Restporosität von 5 Vol.% oder weniger und damit zu geschlossener Porenstrucktur ge bracht wird. Im Anschluss daran wird das Bauteil mittels HIP- oder Sinter-HIP-Verfahren in diesen Zonen weiter verdichtet. DE 42 11 319 C1 describes a method for producing a pore-free in individual zones or edge zones, in the other zones porous sintered compact of ferrous materials, wherein a conventional powder pressing and sintering process to about 10 vol.% Residual porosity brought molding in a further process step by means of zonewise introduction of filler materials in the remaining pores and / or by means of locally effective mechanical densification of the molding in the zones to a residual porosity of 5 vol.% or less and thus to closed pore structure ge introduced. Subsequently, the component is further densified by means of HIP or sinter HIP processes in these zones.

EP 0 826 448 B1 lehrt ein Verfahren zum Formen von Schmiedeteilen für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, wobei ein Metallpulverpresskörper zur Ausbildung einer Vorform gesintert wird, zur Verbesserung der Vorform diese kalt verformt wird und wobei die Vorform in eine gewünschte Form mit gewünschten Spezifikationen heißgeschmiedet wird. EP 0 826 448 B1 teaches a method of forming forgings for a variety of applications wherein a metal powder compact is sintered to form a preform, cold formed to improve the preform, and hot forged into a desired shape with desired specifications.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, pulvermetallurgische Sinterformteile herzustellen, die eine hohe Grunddichte und auch eine hohe Oberflächendichte aufweisen.Of the Invention is an object of the invention to provide a method that makes it possible powder metallurgical sintered molded parts produce a high Have a basic density and also a high surface density.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Sinterformteils mit hoher Grunddichte und hoher Oberflächendichte durch die Verfahrensschritte:

  • – Pressen eines Grünlings aus einem sinterbaren Metallpulver in einer Preßform,
  • – Sintern des Grünlings zu einem Sinterformteil
  • – Verdichten von zumindest Teilbereichen der Oberfläche des Sinterformteils durch Druckeinwirkung,
  • – Erhitzen des Sinterformteils auf eine unter der Sintertemperatur liegende Bearbeitungstemperatur und Nachverdichten des ganzen Sinterformteils durch axiale Druckeinwirkung und
  • – Unterwerfen des nachverdichteten Sinterformteils einer Wärmebehandlung.
This object is achieved according to the invention by a method for producing a powder metallurgy sintered compact having a high base density and high surface density by the method steps:
  • Pressing a green compact from a sinterable metal powder in a mold,
  • - Sintering of the green compact to a sintered molding
  • Compacting at least partial areas of the surface of the sintered compact by pressure,
  • - Heating the sintered compact to a lower than the sintering temperature processing temperature and recompression of the entire sintered compact by axial pressure and
  • - Subjecting the post-compacted sintered compact of a heat treatment.

Dadurch, daß nach dem Sintervorgang zumindest Teilbereiche der Oberfläche des so hergestellten Sinterformteils gezielt einer Druckeinwirkung ausgesetzt werden, mit der die oberflächennahen Bereiche des Sinterformteils einer minimalen Verformung zur Beseitigung der Oberflächenporosität ausgesetzt werden, gelingt es, in diesen Oberflächenbereichen dem Sinterformteil eine "Außenhaut" mit höherer Dichte zu geben. Dieser Verfahrensschritt der Oberflächenverdichtung erfolgt zweckmäßigerweise im Anschluß an den Sintervorgang im abgekühlten Zustand. Nach Durchführung der Oberflächenverdichtung wird das Sinterformteil wieder erhitzt und als Ganzes durch axiale Druckeinwirkung nachverdichtet, so daß das Sinterformteil insgesamt eine höhere Grunddichte erhält. Zum Nachverdichten kann das Sinterformteil auf Sintertemperatur aufgeheizt werden. Es kann aber auch zweckmäßig sein, wenn die Aufheizung auf eine unter der Sintertemperatur liegende Bearbeitungstemperatur erfolgt. Bei dieser Temperaturlage sind die Pulverbestandteile nicht vollständig durchlegiert und damit etwas besser verdichtbar. In beiden Fällen bewirkt jedoch die Druckeinwirkung zur Nachverdichtung allenfalls einen Materialfluß im Sinterformteil. Insbesondere bei Sinterformteilen aus härtbaren Eisenlegierungen ist die Wärmebehandlung im letzten Schritt ein Härten.Thereby, that after the sintering process at least partial areas of the surface of the so produced sintered part targeted exposed to pressure be, with the near-surface areas the sintered molding of a minimum deformation to eliminate the Exposed to surface porosity be, succeeds in these surface areas of the sintered molding a "skin" with higher density to give. This process step of the surface compression is expediently carried out in Connection to the sintering process in the cooled state. After execution the surface compression the sintered molding is reheated and as a whole by axial Compressed by pressure, so that the sintered molding as a whole a higher basic density receives. For densification, the sintered molded part to sintering temperature be heated. It may also be appropriate if the heating to a working temperature below the sintering temperature he follows. At this temperature, the powder components are not completely alloyed and thus more compactable. In both cases, however, the pressure effect for densification at most a flow of material in the sintered compact. Especially For sintered parts made of hardenable Iron alloys is the heat treatment hardening in the last step.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Oberflächenverdichtung durch Kugelstrahlen erfolgt. Dieses Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Oberfläche des Sinterformteils als Ganzes verdichtet werden soll, um so eine glatte, porenfreie Oberfläche zu erhalten, wie sie beispielsweise dann erforderlich ist, wenn das Sinterformteil mit einer Oberflächenbeschichtung versehen werden soll.In Embodiment of the invention, it is provided that the surface compression done by shot peening. This method is especially true advantageous if the surface of the sintered compact to be compacted as a whole, so a smooth, non-porous surface as required, for example, when the sintered molding are provided with a surface coating should.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Oberflächenverdichtung durch Druckbeaufschlagung mit einem Werkzeug erfolgt. Diese Verfahrensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn nur definierte Oberflächenbereiche verdichtet werden sollen, beispielsweise mechanisch beanspruchte Kontaktflächen, wie Abrollflächen, Gleitflächen oder dergleichen. Dies kann beispielsweise durch ein Rollieren erfolgen, bei dem – ähnlich wie beim Kugelstrahlen – durch die Druckeinwirkung eines auf der zu verdichtenden Oberfläche abrollenden Werkzeugs die poröse Oberfläche durch minimale Umformungen im Mikrobereich verdichtet wird und so die oberflächennahen Poren geschlossen werden. Es ist aber auch möglich, die Oberflächenverdichtung eines oder mehrerer begrenzter Oberflächenbereiche des Sinterformteils durch eine statische Druckbeaufschlagung mit Hilfe eines Formwerkzeugs zu erzielen, ähnlich wie dies beim Kalibrieren gegeben ist.In another embodiment of the invention it is provided that the surface compression takes place by pressurization with a tool. This procedure is particular then advantageous if only defined surface areas to be compacted, for example, mechanically stressed contact surfaces, such as rolling surfaces, sliding surfaces or the like. This can be done for example by a rolling, in which - similar to the shot peening - by the pressure of a rolling on the surface to be compacted tool, the porous surface is compacted by minimal transformations in the micro range and so the near-surface pores are closed. But it is also possible to achieve the surface compression of one or more limited surface areas of the sintered compact by a static pressurization by means of a mold, similar to that given in calibration.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren angewendet auf Sinterformteile aus Metallpulvern auf Eisenbasis oder aus Metallpulvern auf Aluminiumbasis. In beiden Fällen kann es sich um vorlegierte Metallpulver handeln oder aber auch um Pulvermischungen, bei denen die Legierungsbestandteile als diskrete Pulver in der Mischung vorliegen.Prefers becomes the method according to the invention applied to sintered metal powder-based metal powders or aluminum-based metal powders. In both cases can they are pre-alloyed metal powders or else powder mixtures, in which the alloying ingredients are used as discrete powders in the Mixture present.

Die Erfindung wird anhand eines schematischen Fließbildes näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to a schematic flow diagram.

In einem ersten Arbeitsschritt I wird ein sinterbares Metallpulver in einen Formraum 2 einer Preßeinrichtung 1 eingefüllt und mit Hilfe von zwei Preßstempeln 3 und 4 zu einem Grünling 5 verdichtet (Arbeitsschritt II), der aufgrund der Verdichtung praktisch schon die geforderten Endabmessungen aufweist. Statt der hier dargestellten mechanischen Preßeinrichtung können auch andere in der Pulvermetallurgie übliche Preßverfahren zur Herstellung des Grünlings 5 eingesetzt werden.In a first step I, a sinterable metal powder in a mold cavity 2 a pressing device 1 filled in and with the help of two press punches 3 and 4 to a green body 5 compacted (step II), which practically already has the required final dimensions due to the compression. Instead of the mechanical pressing device shown here, it is also possible to use other pressing methods customary in powder metallurgy for producing the green compact 5 be used.

Nach Entnahme aus der Preßeinrichtung wird der Grünling 5 im darauffolgenden Arbeitsschritt III in einem Sinterofen 6 erhitzt und zu einem Sinterformteil 7 fertiggesintert. Im darauffolgenden Arbeitsschritt IV wird das Sinterformteil 7 abgekühlt.After removal from the pressing device of the green compact 5 in the subsequent step III in a sintering furnace 6 heated and to a sintered molding 7 finally sintered. In the following step IV, the sintered molding 7 cooled.

Anschließend wird in einem Arbeitsschritt V die Oberfläche des Sinterformteils 7 zur Erzeugung einer verdichteten Oberfläche 8 je nach Aufgabenstellung auf seiner ganzen Oberfläche oder nur in Teilbereichen seiner Oberfläche einer Druckeinwirkung ausgesetzt, durch die die Porosität der Oberfläche durch minimale Verformungen beseitigt wird. Dies kann beispielsweise durch ein sogenanntes Kugelstrahlen, durch ein Rollieren der zu verdichtenden Oberflächenbereiche mit einem Werkzeug oder aber auch durch eine Druckbeaufschlagung mit einem der Form der Oberfläche angepaßten Werkzeug nach Art eines Kalibrierwerkzeugs geschehen.Subsequently, in a step V, the surface of the sintered compact 7 for producing a compacted surface 8th depending on the task on its entire surface or only in partial areas of its surface exposed to pressure, by which the porosity of the surface is eliminated by minimal deformations. This can be done for example by a so-called shot peening, by rolling the surface areas to be compacted with a tool or even by pressurizing with a mold adapted to the shape of the surface in the manner of a calibration tool.

Nachdem die Oberfläche 8 des Sinterformteils 7 so verdichtet worden ist, wird im darauffolgenden Arbeitsschritt VI das Sinterformteil 7 wieder aufgeheizt und anschließend im Arbeitsschritt VII durch axiale Druckeinwirkung als Ganzes nachverdichtet, so daß die Grunddichte des Sinterformteils insgesamt erhöht wird. Diese Nachverdichtung erfolgt allenfalls mit lokalem Materialfluß und wird in der Regel als sogenanntes axiales Nachverdichten mit Hilfe entsprechender Formwerkzeuge ausgeführt.After the surface 8th of the sintered molding 7 has been so compressed, in the subsequent step VI, the sintered compact 7 reheated and then re-densified in step VII by axial pressure as a whole, so that the basic density of the sintered compact is increased overall. This recompression takes place at most with local material flow and is usually carried out as so-called axial recompression using appropriate molds.

Die Aufheizung im Arbeitsschritt VI kann hierbei entweder auf Sintertemperatur erfolgen oder aber auch auf eine Temperatur, die unter der Sintertemperatur des betreffenden Sinterwerkstoffs liegt.The Heating in step VI can either sintering temperature or even to a temperature below the sintering temperature of the relevant sintered material.

Nach dem Abkühlen steht ein Sinterformteil mit einer Grunddichte zur Verfügung, die in etwa der Grunddichte eines Stahlformteils entspricht, bei dem eine hohe Oberflächendichte gegeben ist, insbesondere die verdichteten Oberflächenbereiche praktisch porenfrei sind. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, gesinterte Maschinenteile herzustellen, die hinsichtlich ihrer Formgenauigkeit keiner Nachbehandlung bedürfen, bei denen im Betrieb die ganze oder auch Teile der Oberfläche einer hohen Flächenpressung ausgesetzt sind. Dies können beispielsweise Getriebeteile, Freiläufe, Nocken an einer Nockenwelle, Steuerkurven an Kurvenscheiben, Zahnoberflächen an Zahnrädern oder dergleichen sein. Bei dynamisch belasteten Maschinenteilen ergibt sich somit eine Erhöhung der Wälzfestigkeit und bei statisch belasteten Maschinenteilen eine Erhöhung der zulässigen Flächenpressung. Die Verdichtung der Oberfläche erlaubt es auch, diese zur Erhöhung der chemischen Widerstandsfähigkeit zu beschichten, beispielsweise durch eine Plasmabeschichtung oder durch eine elektro-chemische Beschichtung.To cooling is a sintered molding with a basic density available, the corresponds approximately to the basic density of a steel molding, in which a high surface density is given, in particular the compacted surface areas are virtually free of pores. With the method according to the invention it is possible sintered Machine parts to produce, in terms of their dimensional accuracy no post-treatment need, in which the whole or parts of the surface of a high surface pressure are exposed. This can For example, gear parts, freewheels, cams on a camshaft, Control cams on cams, tooth surfaces on gears or to be like that. For dynamically loaded machine parts results thus an increase the rolling strength and at statically loaded machine parts an increase in the permissible Surface pressure. The densification of the surface It also allows you to increase it chemical resistance to coat, for example, by a plasma coating or by an electro-chemical coating.

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgischen Sinterformteils mit hoher Grunddichte und hoher Oberflächendichte durch die Verfahrensschritte: – Pressen eines Grünlings (5) aus einem sinterbaren Metallpulver in einer Preßform, – Sintern des Grünlings (5) zu einem Sinterformteil (7), – Verdichten von zumindest Teilbereichen der Oberfläche (8) des Sinterformteils (7) durch Druckeinwirkung, – Erhitzen des Sinterformteils (7) auf eine unter der Sintertemperatur liegende Bearbeitungstemperatur und Nachverdichten des ganzen Sinterformteils durch axiale Druckeinwirkung und – Unterwerfen des nachverdichteten Sinterformteils (7) einer Wärmebehandlung.Process for producing a powder-metallurgical sintered compact having a high basic density and a high surface density by the process steps: - pressing a green compact ( 5 ) of a sinterable metal powder in a mold, - sintering of the green body ( 5 ) to a sintered molded part ( 7 ), - compacting at least partial areas of the surface ( 8th ) of the sintered molding ( 7 ) by pressure, - heating of the sintered molded part ( 7 ) to a processing temperature below the sintering temperature and re-compaction of the entire sintered compact by axial pressure and - subjecting the post-compacted sintered compact ( 7 ) of a heat treatment. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenverdichtung nach Abkühlung des Sinterformteils (7) erfolgt.A method according to claim 1, characterized gekenn characterized in that the surface compression after cooling of the sintered 7 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenverdichtung durch Kugelstrahlen erfolgt.Method according to claim 1 or 2, characterized that the Surface compaction through Shot peening takes place. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenverdichtung durch Druckbeaufschlagung mit einem Werkzeug erfolgt.Method according to claim 1 or 2, characterized that the Surface compaction through Pressurization is done with a tool. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachverdichten durch ein Formwerkzeug erfolgt, das nur in einer Achsrichtung mit Druck beaufschlagbar ist.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that this Compressing done by a mold, the only in one axial direction can be acted upon with pressure. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nachverdichtete Sinterformteil (7) mit einer Oberflächenbeschichtung versehen wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the post-compacted sintered compact ( 7 ) is provided with a surface coating. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Sinterformteils (7) ein Metallpulver auf Eisenbasis verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that for the production of the sintered molded part ( 7 ) an iron-based metal powder is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Sinterformteils (7) ein Metallpulver auf Aluminiumbasis verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that for the production of the sintered molded part ( 7 ) an aluminum-based metal powder is used.
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8127 New person/name/address of the applicant

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8363 Opposition against the patent
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