EP2165790A1 - Method for producing a workpiece from composite material and workpiece made of composite material - Google Patents

Method for producing a workpiece from composite material and workpiece made of composite material Download PDF

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EP2165790A1
EP2165790A1 EP09168127A EP09168127A EP2165790A1 EP 2165790 A1 EP2165790 A1 EP 2165790A1 EP 09168127 A EP09168127 A EP 09168127A EP 09168127 A EP09168127 A EP 09168127A EP 2165790 A1 EP2165790 A1 EP 2165790A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
output
sintering
output part
connection
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09168127A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jochen Rager
Arne Huber
Antje Winkelmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2165790A1 publication Critical patent/EP2165790A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a component from a composite material and in particular a manufactured by this method component from a composite material.
  • Composites offer the possibility to combine the advantages of different material groups and in this way to obtain components with outstanding properties compared to the base materials.
  • a hard, highly wear-resistant material hard metal, cermet, ceramic
  • a steel body of high toughness and ductility of high toughness and ductility.
  • Screw connections are only suitable for quite large components and also here the corresponding production cost for the production of the holes and threads is very high. Further disadvantages arise from stress concentrations on the screw connections, which can lead to failure long before the actual load capacity of the individual materials is reached. Furthermore, screw connections can become loose due to vibrations or cyclical loading.
  • EP 630713 A1 and EP 810051 A1 describes methods for diffusion brazing of steel and carbide components using various high temperature solders in powder or paste form.
  • a disadvantage here proves to be the low strength of the solder joint compared to the base materials, partially by additional Force or positive connection must be compensated.
  • a compensation of mechanical stresses due to temperature changes is limited.
  • a steel-cemented carbide composite roll is proposed for cold strip rolling of metal sheets.
  • a composite body with high thermal shock resistance is realized by means of vacuum sintering or hot isostatic pressing.
  • a thin cermet intermediate layer is applied between the steel core and the hard-metal outer layer. This then forms a metallurgical connection between the steel core and the hard metal under the influence of temperature.
  • the invention is based on the object to propose a method with which components of different materials, in particular steel and hard metal components, without the use of other tools, such as brazing materials, interlayers or mechanical fasteners, are interconnected.
  • a component made of a composite material in particular the composite of a hard, highly wear-resistant material and a material with high toughness and ductility.
  • the method according to the invention therefore provides a first starting part made of a porous sintered material.
  • the first output part is present as a partially compacted sintered component, green part or brown part. It is therefore not or not completely compressed, for example by a sintering process.
  • the method according to the invention provides at least one second output part, which is introduced at least partially into a cavity of the first output part, preferably as a clearance fit. This is followed by a sintering process, in which the output parts are compressed under the influence of temperature.
  • a connection between the starting parts is generated in at least partially filled by the second output part cavity.
  • This compound forms due to chemical compounds, in particular of atomic bonds, between the materials of the starting parts in the form of a material bond.
  • the material bond can be found at the points where both starting parts are in contact with each other.
  • a contact formation of both output parts to one another during the sintering process is ensured by the expected sintering shrinkage of at least the first starting part.
  • a sintering shrinkage whereby a possibly present before the sintering clearance of the two output parts is bridged.
  • the sintering process reduces the porosity and the volume of at least the first starting part.
  • the second output part to at least partially filled by him cavity of the first output part prefers a theoretical excess. This excess is compensated by material transport during the sintering process, which further favors a uniform and complete production of the compound of both starting parts.
  • a further advantage is that a compression of the material of at least the first output part as well as the generation of the compound in a process step take place.
  • the present invention makes it possible to combine the two process steps of compaction and joining of steel-cemented carbide composites. This contributes greatly to a reduction in unit costs.
  • all Augangswel the same sintering temperature exposed in contrast to a conventional shrinking of a heated part to a non-heated part according to the invention all Augangswel the same sintering temperature exposed. As a result, no thermal shock-induced material failure of the output parts at the point of connection is to be expected in an advantageous manner.
  • connection is additionally formed in the form of a press fit.
  • the press fit arises in particular during cooling after the sintering process due to different thermal expansion coefficients of the materials of the output parts.
  • the first output part should have a greater coefficient of expansion than the other output parts.
  • a composite material produced by this method has a high mechanical stability of the connection even at high temperatures.
  • Such composite materials can be used in a variety of applications as materials for components used there.
  • These components of a composite material can be used for various wear parts in which a material connection with a steel component or a component made of another material is advantageous (for example, drilling and cutting tools, rollers, pump parts).
  • Also conceivable is the use in highly loaded assemblies from the automotive sector (for example, injection technology, exhaust gas turbocharger, rolling bearing, gearbox).
  • Fig. 1 shows schematically a steel-carbide composite before sintering according to the inventive method.
  • 10 denotes a first output part.
  • the output part 10 is made of a sintered material, preferably a porous sintered material.
  • the sintered material is at least partially in an uncompacted state, preferably in a non-compacted state before. This means that the first output part 10 has not yet undergone any or no complete sintering treatment by a temperature treatment.
  • non-compacted sintered components are also referred to as green parts (with organic binders) or brown parts (in the binder-free state).
  • the first output part 10 is in Fig. 1 designed as a hollow cylinder. In general, any part shape is possible for the first output part 10, wherein this part has at least one cavity 15. Such a cavity 15 is in in Fig.1 shown first output part 10, the inner bore with an inner surface 11 of the hollow cylinder. In the cavity 15 of the first output part 10, a second output part 20 is at least partially introduced. Preferably, the outer contour of the second output part 20 is formed complementary to the inner contour of the cavity 15. So that is in the Fig. 1 illustrated second output member 20 formed within the cavity 15 as a cylinder having an outer surface 21. In this case, a cavity 15 is possible in which the second output part 20 is surrounded on all sides by the first output part 10.
  • Fig. 1 provides within the cavity 15 before a clearance between the first and the second output part 10, 20 before.
  • a gap 16 is then present between the inner surface 11 of the first output part 10 and the outer surface 21 of the second output part 20.
  • the output parts 10 and 20 are then subjected to a sintering process.
  • the first output part 10 shrinks and consequently loses volume.
  • the sintered material of the first starting part 10 thus undergoes compression. It is provided that the sintering shrinkage of the first output part 10 is so large that the gap 16 between the inner surface 11 and the outer surface 21 is closed. Due to the sintering shrinkage, a contact of both output parts 10 and 20 is to be ensured.
  • Fig. 2 is made of steel-carbide composite Fig. 1 after sintering, shown as a composite part 50. Due to the sintering shrinkage, in particular of the first output part 10, at least partially the inner surface 11 of the first output part 10 and the outer surface 21 of the second output member 20 in contact with each other.
  • connection 30 has been produced in the form of a press fit. Characterized in that the first output member 10 is selected with a larger coefficient of thermal expansion than that of the second output member 20, when cooling after the sintering process is a greater shrinkage of the first output member 10 in comparison to at least the second output member 20 before.
  • the inner surface 11 and the outer surface 21 nestle well even in the presence of minor bumps together, creating a complete and uniform contact of the output parts 10 and 20 is ensured at the connection 30.
  • a particularly uniform contact occurs at a roughness of the surfaces of the starting parts of Rz ⁇ 100 microns.
  • a transition fit or only a pointwise contact of the output parts 10 and 20 can be provided to each other.
  • connection 30 of both output parts 10 and 20 in particular by the formation of the excess of the second output part 20 during the sintering process, should largely be generated only at the end of the sintering process.
  • One possibility is to adapt the clearance of both output parts 10 and 20 to the expected sintering shrinkage of the output parts 10, 20 by the sintering process.
  • the sintering process is preferably carried out without pressure.
  • this invention realizes a very stable connection between the output parts in a very cost-effective manner.
  • other sintering methods such as pressure sintering, vacuum sintering, hot isostatic pressing and field-assisted sintering, can also be used.
  • pressure-assisted additionally a greater compression of the sintered materials and a better surface quality of the composite part 50 can be achieved in total. In principle, however, this involves a higher production cost.
  • An embodiment of the method according to the invention provides for the second output part 20 an already compacted, at least partially compressed state of a sintered material or a ceramic or a melt-metallurgically produced material, in particular a metal.
  • the second output part 20 is made of a sintered material as a green part or brown part.
  • the composite part 50 is formed from a steel and a hard metal as materials of the output parts 10 and 20.
  • sintered materials for the first and / or the second output part 10 and 20 in particular WC hard metals with Fe, Ni or Co binder metal (about 6-20 wt .-%) are proposed, said additional carbides based on Ti, Ta , V, or Nb.
  • sintered steels are used.
  • cermet or melt metallurgically produced materials are proposed alternatively.
  • the production of the output parts 10, 20 from a sintered material is preferably carried out by a powder technology process, for example by means of powder injection molding.
  • a powder technology process for example by means of powder injection molding.
  • complex and near-net shape components can be produced in large quantities via this method.
  • the shrinkage ratio of the two output parts 10, 20 can be adjusted to each other.
  • the second output part 20 can have a boundary layer with a higher binder metal content (> 20 wt. ) contain.
  • Possibilities for this are the use of a two-component material or a coating. As a result, an adaptation of the thermal expansion coefficients of the output parts 10, 20 to each other can be optimized. Other powder technology processes, such as extrusion or uniaxial or isostatic pressing, can also be used for producing the starting parts 10, 20 from a sintered material.
  • the method according to the invention provides that, in order to reduce residual stresses in the composite part 50 after the sintering process, several isothermal holding stages are run through during a cooling process.
  • Such residual stresses can arise during the cooling process with large differences in the thermal expansion coefficients of the output parts 10, 20.
  • steel has a thermal expansion coefficient of about 11-12 * 10 -6 / K and carbide a coefficient of thermal expansion of about 5-6 * 10 -6 / K.
  • the radial shrinkage of the output member 10 made of steel this leads to compressive stresses within the second made of hard metal output member 20. In the first place, these compressive stresses are unproblematic or even favorable due to the high compressive strength of the carbides.
  • axial stresses also occur, which can then lead to the failure of the carbide.
  • Several isothermal holding periods during the cooling process have a correspondingly favorable effect on a reduction of the residual stresses.

Abstract

The method for the production of structural element (50) made of a material composite, with a first output piece (10) made of sinter material, comprises partially subjecting second output piece (20) in a cavity of first output piece and then sintering. The first output piece exists in the form of a partially compressed sinter component, a green part or brown part. A connection (30) is produced between the output pieces and is formed on the basis of chemical connections between the materials of the output pieces in the form of an adhesive bond. The method for the production of structural element (50) made of a material composite, with a first output piece (10) made of sinter material, comprises partially subjecting second output piece (20) in a cavity of first output piece and then sintering. The first output piece exists in the form of a partially compressed sinter component, a green part or brown part. A connection (30) is produced between the output pieces and is formed on the basis of chemical connections between the materials of the output pieces in the form of an adhesive bond or based on increased shrinkage of the first output piece additionally in the form of a press fit. In the area of the connection, a diffusion layer is formed and the material fit is held freely by formed intermediate phases. A size of the diffusion zone is adjusted by a sintering duration. The connection is formed at the end of the sintering process. The output piece is produced by a powder metallurgical process such as powder injection molding, extrusion or uniaxial and/or isostatic pressing. The existing oxidation layers in the area of the connection are removed before or during the sintering under a reducing sintering atmosphere. After the sintering process, isotherm stop levels are intended during cooling process. An independent claim is included for a structural element made of composite material.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles aus einem Werkstoffverbund und insbesondere ein nach diesem Verfahren hergestelltes Bauteil aus einem Werkstoffverbund.The invention relates to a method for producing a component from a composite material and in particular a manufactured by this method component from a composite material.

Werkstoffverbunde bieten die Möglichkeit, Vorteile unterschiedlicher Werkstoffgruppen zu kombinieren und auf diese Weise Komponenten mit gegenüber den Basiswerkstoffen herausragenden Eigenschaften zu erhalten. Von besonderem Interesse für viele Anwendungen ist die Kombination eines harten, hochverschleißfesten Werkstoffs (Hartmetall, Cermet, Keramik) mit einem Stahl-Grundkörper hoher Zähigkeit und Duktilität.Composites offer the possibility to combine the advantages of different material groups and in this way to obtain components with outstanding properties compared to the base materials. Of particular interest for many applications is the combination of a hard, highly wear-resistant material (hard metal, cermet, ceramic) with a steel body of high toughness and ductility.

Das Fügen von Hartmetallen mit Stählen erfolgt seither über kraftschlüssige Verbindungen wie Klemmen, Schraubverbindungen oder Aufschrumpfen oder aber über stoffschlüssige Verbindungen wie Löten, Schweißen, Kleben oder Eingießen.The joining of hard metals with steels has since been carried out via non-positive connections such as clamps, screw connections or shrinking or via integral connections such as soldering, welding, gluing or pouring.

Klemmen und Aufschrumpfen haben den Nachteil, dass keine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen besteht. Falls die Anpresskräfte zu gering sind oder mit der Zeit nachlassen, kann es daher zur Separation beider Bauteile kommen. Schraubverbindungen eignen sich lediglich bei recht großen Bauteilen und auch hier ist der entsprechende Fertigungsaufwand zur Herstellung der Bohrlöcher und Gewindegänge sehr hoch. Weitere Nachteile entstehen durch Spannungskonzentrationen an den Schraubverbindungen, die zum Versagen führen können, lange bevor die eigentliche Belastbarkeit der einzelnen Werkstoffe erreicht ist. Des Weiteren können sich Schraubverbindungen durch Vibrationen oder zyklische Belastung lockern.Clamping and shrinking have the disadvantage that there is no positive connection between the two components. If the contact forces are too low or decrease over time, it may therefore lead to the separation of both components. Screw connections are only suitable for quite large components and also here the corresponding production cost for the production of the holes and threads is very high. Further disadvantages arise from stress concentrations on the screw connections, which can lead to failure long before the actual load capacity of the individual materials is reached. Furthermore, screw connections can become loose due to vibrations or cyclical loading.

Bei Löt-, Schweiß-, Klebe-, oder Eingießverfahren wird zwar eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den verschiedenen Werkstoffen geschaffen. Durch die meist deutlich unterschiedlichen Materialeigenschaften der Bindenaht im Vergleich zu den zu fügenden Werkstoffpaaren stellt diese allerdings eine Schwachstelle im Gefüge dar. Zudem sind die genannten Verfahren mit einem erheblichen fertigungstechnischen Aufwand und zum Teil hohen Kosten verbunden.In soldering, welding, gluing or pouring methods, a cohesive connection is created between the different materials. Due to the usually significantly different material properties of the weld line in comparison to the material pairs to be joined, however, this represents a weak point in the microstructure. In addition, the said methods are associated with a considerable manufacturing effort and sometimes high costs.

Zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Stahl und Hartmetall sind verschiedene Verfahren zum Diffusionsschweißen unter Zuhilfenahme von Weichblechen (vorzugsweise Kupfer oder Nickel) bekannt, wie z.B. in der Patentschrift DE 10104632 C2 beschrieben. Das Diffusionsschweißen ist jedoch auf einfache Geometrien in der Verbindungsebene beschränkt und erfordert eine sehr hohe Oberflächengüte der zu verbindenden Werkstücke.To produce a cohesive connection between steel and hard metal, various methods for diffusion welding with the aid of soft sheets (preferably copper or nickel) are known, as for example in the patent DE 10104632 C2 described. However, diffusion welding is limited to simple geometries in the connection plane and requires a very high surface quality of the workpieces to be joined.

In den Patentanmeldungen EP 630713 A1 und EP 810051 A1 werden Verfahren zum Diffusionslöten von Stahl- und Hartmetall-Bauteilen mit Hilfe verschiedener Hochtemperaturlote in Pulver- oder Pastenform beschrieben. Als nachteilig erweist sich hierbei die geringe Festigkeit der Lötverbindung gegenüber den Grundwerkstoffen, die teilweise durch zusätzlichen Kraft- oder Formschluss kompensiert werden muss. Zudem ist ein Ausgleich mechanischer Spannungen durch Temperaturwechsel nur begrenzt möglich.In the patent applications EP 630713 A1 and EP 810051 A1 describes methods for diffusion brazing of steel and carbide components using various high temperature solders in powder or paste form. A disadvantage here proves to be the low strength of the solder joint compared to the base materials, partially by additional Force or positive connection must be compensated. In addition, a compensation of mechanical stresses due to temperature changes is limited.

In der Patentanmeldung EP 1625896 A1 wird eine Stahl-Hartmetall-Komposit-Walze zum Kaltbandwalzen von Metallblechen vorgeschlagen. Aus einem Stahlkern und einer Hartmetall-Außenschicht wird mittels Vakuumsintern oder heißisostatischem Pressen ein Verbundkörper mit hoher Thermoschockbeständigkeit realisiert. Dabei wird zwischen dem Stahlkern und der Hartmetall-Außenschicht eine dünne Cermet-Zwischenschicht aufgetragen. Diese bildet dann unter Temperatureinfluss eine metallurgische Verbindung zwischen dem Stahlkern und dem Hartmetall aus.In the patent application EP 1625896 A1 For example, a steel-cemented carbide composite roll is proposed for cold strip rolling of metal sheets. From a steel core and a hard metal outer layer, a composite body with high thermal shock resistance is realized by means of vacuum sintering or hot isostatic pressing. In this case, a thin cermet intermediate layer is applied between the steel core and the hard-metal outer layer. This then forms a metallurgical connection between the steel core and the hard metal under the influence of temperature.

Offenbarung der Erfindung VorteileDisclosure of the Invention Advantages

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit welchem Bauteile unterschiedlicher Materialien, insbesondere Stahl- und Hartmetallbauteile, ohne den Einsatz von weiteren Hilfsmitteln, wie Lotwerkstoffen, Zwischenschichten oder mechanischen Befestigungen, miteinander verbunden werden.The invention is based on the object to propose a method with which components of different materials, in particular steel and hard metal components, without the use of other tools, such as brazing materials, interlayers or mechanical fasteners, are interconnected.

Ferner ist es Aufgabe, ein Bauteil aus einem Werkstoffverbund vorzuschlagen, insbesondere der Verbund aus einem harten, hochverschleißfesten Werkstoff und einem Werkstoff mit hoher Zähigkeit und Duktilität.Furthermore, it is an object to provide a component made of a composite material, in particular the composite of a hard, highly wear-resistant material and a material with high toughness and ductility.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles aus einem Werkstoffverbund und einem Bauteil aus einem Werkstoffverbund entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.These objects are achieved according to the invention with a method for producing a component from a composite material and a component made of a composite material according to the characterizing features of the independent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht daher ein erstes Ausgangsteil aus einem porösen Sintermaterial vor. Das erste Ausgangsteil liegt als teilweise verdichtetes Sinterbauteil, Grünteil oder Braunteil vor. Es ist demnach noch nicht oder nicht vollständig verdichtet, beispielsweise durch einen Sintervorgang. Ferner sieht das erfindungsgemäße Verfahren zumindest ein zweites Ausgangsteil vor, welches zumindest teilweise in einen Hohlraum des ersten Ausgangsteiles eingebracht wird, bevorzugt als Spielpassung. Anschließend folgt ein Sintervorgang, in welchem die Ausgangsteile unter Temperatureinfluss verdichtet werden. Dabei wird im zumindest teilweise vom zweiten Ausgangsteil ausgefüllten Hohlraum eine Verbindung zwischen den Ausgangsteilen erzeugt. Diese Verbindung bildet sich aufgrund von chemischen Verbindungen, insbesondere von Atombindungen, zwischen den Materialien der Ausgangsteile in Form eines Stoffschlusses aus. Der Stoffschluss ist an den Stellen zu finden, an welchen beide Ausgangsteile zueinander in Kontakt stehen.
Bevorzugt wird eine Kontaktausbildung beider Ausgangsteile zueinander während des Sintervorganges sichergestellt durch die zu erwartende Sinterschrumpfung zumindest des ersten Ausgangsteiles. Vorgesehen ist eine Sinterschrumpfung, wodurch auch eine eventuell vor dem Sintervorgang vorliegende Spielpassung beider Ausgangsteile überbrückt wird. Durch den Sintervorgang verringert sich die Porosität und das Volumen zumindest des ersten Ausgangsteiles. Bei der Kontaktausbildung weist das zweite Ausgangsteil zum zumindest teilweise von ihm ausgefüllten Hohlraum des ersten Ausgangsteiles bevorzugt ein theoretisches Übermaß auf. Dieses Übermaß wird durch Materialtransporte während des Sintervorganges kompensiert, was eine gleichmäßige und vollständige Erzeugung der Verbindung beider Ausgangsteile weiter begünstigt.
The method according to the invention therefore provides a first starting part made of a porous sintered material. The first output part is present as a partially compacted sintered component, green part or brown part. It is therefore not or not completely compressed, for example by a sintering process. Furthermore, the method according to the invention provides at least one second output part, which is introduced at least partially into a cavity of the first output part, preferably as a clearance fit. This is followed by a sintering process, in which the output parts are compressed under the influence of temperature. In this case, a connection between the starting parts is generated in at least partially filled by the second output part cavity. This compound forms due to chemical compounds, in particular of atomic bonds, between the materials of the starting parts in the form of a material bond. The material bond can be found at the points where both starting parts are in contact with each other.
Preferably, a contact formation of both output parts to one another during the sintering process is ensured by the expected sintering shrinkage of at least the first starting part. Provided is a sintering shrinkage, whereby a possibly present before the sintering clearance of the two output parts is bridged. The sintering process reduces the porosity and the volume of at least the first starting part. In the contact formation, the second output part to at least partially filled by him cavity of the first output part prefers a theoretical excess. This excess is compensated by material transport during the sintering process, which further favors a uniform and complete production of the compound of both starting parts.

Ein derartiger Stoffschluss begünstigt in hohem Maße eine sehr stabile Verbindung der Ausgangsteile. Die Ausbildung chemischer Verbindungen erfolgt insbesondere auf Grund des bei der Sintertemperatur rege stattfindenden Stofftransports infolge von Diffusion, Kriechvorgängen und viskosem bzw. plastischem Fließen. In vorteilhafter Weise sind für eine Verbindung der Ausgangsteile, insbesondere in Form eines Stoffschlusses, keine weiteren Hilfsmittel notwendig.Such an adhesion greatly favors a very stable connection of the starting parts. The formation of chemical compounds takes place in particular due to the active at the sintering temperature mass transfer due to diffusion, creep and viscous or plastic flow. Advantageously, no further aids are necessary for a connection of the starting parts, in particular in the form of a material bond.

Von Vorteil ist weiterhin, dass eine Verdichtung des Materials mindestens des ersten Ausgangsteiles sowie die Erzeugung der Verbindung in einem Prozessschritt erfolgen. So ermöglicht die vorliegende Erfindung, die beiden Prozessschritte Verdichtung und Fügen von Stahl-Hartmetall-Verbunden miteinander zu kombinieren. Dies trägt in hohem Maße zu einer Reduktion der Stückkosten bei. Außerdem sind im Gegensatz zu einem üblichen Aufschrumpfen eines erwärmten Teiles auf ein nicht erwärmtes Teil erfindungsgemäß alle Augangsteile der gleichen Sintertemperatur ausgesetzt. Dadurch ist in vorteilhafter Weise kein thermoschockbedingtes Materialversagen der Ausgangsteile an der Stelle der Verbindung zu erwarten.A further advantage is that a compression of the material of at least the first output part as well as the generation of the compound in a process step take place. Thus, the present invention makes it possible to combine the two process steps of compaction and joining of steel-cemented carbide composites. This contributes greatly to a reduction in unit costs. In addition, in contrast to a conventional shrinking of a heated part to a non-heated part according to the invention all Augangsteile the same sintering temperature exposed. As a result, no thermal shock-induced material failure of the output parts at the point of connection is to be expected in an advantageous manner.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the features specified in the independent claims are possible.

So sieht eine Variante des Verfahrens vor, dass die Verbindung zusätzlich in Form einer Presspassung ausgebildet wird. Die Presspassung entsteht insbesondere beim Abkühlen nach dem Sintervorgang aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe der Ausgangsteile. Hierbei sollte das erste Ausgangsteil einen größeren Ausdehnungskoeffizienten besitzen als die übrigen Ausgangsteile. Somit liegt beim Abkühlen eine größere Schrumpfung des ersten Ausgangsteiles im Vergleich zu mindestens dem zweiten Ausgangsteil vor.Thus, a variant of the method provides that the connection is additionally formed in the form of a press fit. The press fit arises in particular during cooling after the sintering process due to different thermal expansion coefficients of the materials of the output parts. Here, the first output part should have a greater coefficient of expansion than the other output parts. Thus, upon cooling, there is a greater shrinkage of the first output member than at least the second output member.

Dadurch, dass das neue Verfahren ohne niedrig schmelzende Lotwerkstoffe auskommt, weist ein nach diesem Verfahren hergestellter Werkstoffverbund auch bei hohen Temperaturen eine hohe mechanische Stabilität der Anbindung auf. Derartige Werkstoffverbunde können in einer Vielzahl von Anwendungen als Materialien für dort verwendete Bauteile zum Einsatz kommen. Diese Bauteile aus einem Werkstoffverbund können für verschiedenartige Verschleißteile eingesetzt werden, bei denen eine stoffschlüssige Verbindung mit einem Stahlbauteil oder auch einem Bauteil aus einem anderen Material von Vorteil ist (z.B. Bohr- und Schneidwerkzeuge, Walzen, Pumpenteile). Ebenso denkbar ist der Einsatz in hoch belasteten Baugruppen aus dem Automobilbereich(z.B. Einspritztechnik, Abgasturbolader, Wälzlager, -getriebe).Because the new method does not require low-melting solder materials, a composite material produced by this method has a high mechanical stability of the connection even at high temperatures. Such composite materials can be used in a variety of applications as materials for components used there. These components of a composite material can be used for various wear parts in which a material connection with a steel component or a component made of another material is advantageous (for example, drilling and cutting tools, rollers, pump parts). Also conceivable is the use in highly loaded assemblies from the automotive sector (for example, injection technology, exhaust gas turbocharger, rolling bearing, gearbox).

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:

Fig. 1
einen Stahl-Hartmetall-Verbund in einer schemati-schen Darstellung vor einem Sintern
Fig. 2
den Stahl-Hartmetall-Verbund aus Fig. 1 nach einem Sintern als Verbundteil
Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description Embodiments and with reference to the drawings. These show in:
Fig. 1
a steel-carbide composite in a schematic representation before sintering
Fig. 2
the steel-carbide composite Fig. 1 after sintering as a composite part

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Fig. 1 zeigt schematisch einen Stahl-Hartmetall-Verbund vor einem Sintern entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren. Fig. 1 shows schematically a steel-carbide composite before sintering according to the inventive method.

Dabei ist mit 10 ein erstes Ausgangsteil bezeichnet. Das Ausgangsteil 10 besteht aus einem Sintermaterial, vorzugsweise einem porösen Sintermaterial. Das Sintermaterial liegt dabei zumindest teilweise in einem unverdichteten Zustand, bevorzugt in einem unverdichteten Zustand, vor. Dies bedeutet, dass das erste Ausgangsteil 10 noch keine oder keine vollständige Sinterbehandlung durch eine Temperaturbehandlung erfahren hat. Allgemein werden unverdichtet vorliegende Sinterbauteile auch als Grünteile (mit organischen Bindern) oder Braunteile (im entbinderten Zustand) bezeichnet.In this case, 10 denotes a first output part. The output part 10 is made of a sintered material, preferably a porous sintered material. The sintered material is at least partially in an uncompacted state, preferably in a non-compacted state before. This means that the first output part 10 has not yet undergone any or no complete sintering treatment by a temperature treatment. In general, non-compacted sintered components are also referred to as green parts (with organic binders) or brown parts (in the binder-free state).

Das erste Ausgangsteil 10 ist in Fig. 1 als Hohlzylinder ausgebildet. Generell ist für das erste Ausgangsteil 10 eine beliebige Teileform möglich, wobei diese zumindest einen Hohlraum 15 aufweist. Ein derartiger Hohlraum 15 ist beim in Fig.1 gezeigten ersten Ausgangsteil 10 die Innenbohrung mit einer Innenfläche 11 des Hohlzylinders. In den Hohlraum 15 des ersten Ausgangsteiles 10 ist zumindest bereichsweise ein zweites Ausgangsteil 20 eingebracht. Vorzugsweise ist die Außenkontur des zweiten Ausgangsteiles 20 komplementär zur Innenkontur des Hohlraumes 15 ausgebildet. So ist das in der Fig. 1 dargestellte zweite Ausgangsteil 20 innerhalb des Hohlraumes 15 als Zylinder mit einer Außenfläche 21 ausgebildet. Dabei ist auch ein Hohlraum 15 möglich, in welchem das zweite Ausgangsteil 20 allseitig vom ersten Ausgangsteil 10 umschlossen ist.The first output part 10 is in Fig. 1 designed as a hollow cylinder. In general, any part shape is possible for the first output part 10, wherein this part has at least one cavity 15. Such a cavity 15 is in in Fig.1 shown first output part 10, the inner bore with an inner surface 11 of the hollow cylinder. In the cavity 15 of the first output part 10, a second output part 20 is at least partially introduced. Preferably, the outer contour of the second output part 20 is formed complementary to the inner contour of the cavity 15. So that is in the Fig. 1 illustrated second output member 20 formed within the cavity 15 as a cylinder having an outer surface 21. In this case, a cavity 15 is possible in which the second output part 20 is surrounded on all sides by the first output part 10.

Die bevorzugte Ausführungsform in Fig. 1 sieht innerhalb des Hohlraumes 15 eine Spielpassung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsteil 10, 20 vor. In diesem Fall ist dann zwischen der Innenfläche 11 des ersten Ausgangsteiles 10 und der Außenfläche 21 des zweiten Ausgangsteiles 20 ein Spalt 16 vorhanden.The preferred embodiment in Fig. 1 provides within the cavity 15 before a clearance between the first and the second output part 10, 20 before. In this case, a gap 16 is then present between the inner surface 11 of the first output part 10 and the outer surface 21 of the second output part 20.

In diesem Zustand werden die Ausgangsteile 10 und 20 anschließend einem Sintervorgang unterzogen. Während der Temperaturbehandlung schrumpft das erste Ausgangsteil 10 und verliert infolge dessen an Volumen. Insgesamt erfährt dadurch das Sintermaterial des ersten Ausgangsteiles 10 eine Verdichtung. Vorgesehen ist, dass die Sinterschrumpfung des ersten Ausgangsteiles 10 so groß ist, dass der Spalt 16 zwischen der Innenfläche 11 und der Außenfläche 21 geschlossen wird. Durch die Sinterschrumpfung soll ein Kontakt beider Ausgangsteile 10 und 20 sichergestellt werden.In this state, the output parts 10 and 20 are then subjected to a sintering process. During the temperature treatment, the first output part 10 shrinks and consequently loses volume. Overall, the sintered material of the first starting part 10 thus undergoes compression. It is provided that the sintering shrinkage of the first output part 10 is so large that the gap 16 between the inner surface 11 and the outer surface 21 is closed. Due to the sintering shrinkage, a contact of both output parts 10 and 20 is to be ensured.

In Fig. 2 ist der Stahl-Hartmetall-Verbund aus Fig. 1 nach dem Sintern als Verbundteil 50 gezeigt. Durch die Sinterschrumpfung insbesondere des ersten Ausgangsteiles 10 sind zumindest teilweise die Innenfläche 11 des ersten Ausgangsteiles 10 und die Außenfläche 21 des zweiten Ausgangsteiles 20 in Kontakt zueinander.In Fig. 2 is made of steel-carbide composite Fig. 1 after sintering, shown as a composite part 50. Due to the sintering shrinkage, in particular of the first output part 10, at least partially the inner surface 11 of the first output part 10 and the outer surface 21 of the second output member 20 in contact with each other.

Dabei ist an den Stellen des Kontaktes der Ausgangsteile 10, 20 zueinander im Verbundteil 50 eine Verbindung 30 in Form eines Stoffschlusses erzeugt worden. Infolge der Temperaturbehandlung beim Sintervorgang findet in den Ausgangsteilen 10 und 20 an ihren Kontaktstellen zueinander ein reger Stofftransport statt. Ursachen für den Stofftransport sind Diffusion, Kriechvorgänge und viskoses bzw. plastisches Fließen. Dies führt an den Kontaktstellen zur Ausbildung von chemischen Verbindungen zwischen den Materialien der Ausgangsteile 10 und 20. Zusätzlich wird dadurch auch eine optimale geometrische Anpassung der Oberflächen 11 und 21 weiter begünstigt.In this case, at the points of contact of the output parts 10, 20 to each other in the composite part 50, a compound 30 has been generated in the form of a material bond. As a result of the temperature treatment during the sintering process takes place in the starting parts 10 and 20 at their contact points to each other a brisk mass transfer. The reasons for the mass transfer are diffusion, creeping processes and viscous or plastic flow. This results in the formation of chemical bonds between the materials of the output parts 10 and 20 at the contact points. In addition, this also favors optimal geometric matching of the surfaces 11 and 21.

Um einen Stoffschluss sicherzustellen, sollten vorhandene Oxidschichten im Bereich der Verbindung 30 vor oder während dem Sintern unter einer reduzierenden Sinteratmosphäre entfernt werden.In order to ensure a material bond, existing oxide layers in the region of the compound 30 should be removed before or during sintering under a reducing sintering atmosphere.

Zusätzlich ist im Verbundteil 50 in Fig. 2 eine Verbindung 30 in Form einer Presspassung erzeugt worden. Dadurch, dass das erste Ausgangsteil 10 mit einem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten gewählt wird als der beim zweiten Ausgangsteil 20, liegt beim Abkühlen nach dem Sintervorgang eine größere Schrumpfung des ersten Ausgangsteiles 10 im Vergleich zu mindestens dem zweiten Ausgangsteil 20 vor. Durch die dadurch entstandene Presspassung schmiegen sich die Innenfläche 11 und die Außenfläche 21 auch bei Vorhandensein kleinerer Unebenheiten gut aneinander, wodurch ein vollständiger und gleichmäßiger Kontakt der Ausgangsteile 10 und 20 an der Verbindung 30 gewährleistet wird. Eine besonders gleichmäßiger Kontakt erfolgt bei einer Rauhigkeit der Oberflächen der Ausgangsteile von Rz < 100 µm. Alternativ können in der Verbindung 30 nach dem Sintervorgang auch eine Übergangspassung oder nur ein stellenweiser Kontakt der Ausgangsteile 10 und 20 zueinander vorgesehen werden.In addition, in the composite part 50 in FIG Fig. 2 a connection 30 has been produced in the form of a press fit. Characterized in that the first output member 10 is selected with a larger coefficient of thermal expansion than that of the second output member 20, when cooling after the sintering process is a greater shrinkage of the first output member 10 in comparison to at least the second output member 20 before. By the resulting interference fit, the inner surface 11 and the outer surface 21 nestle well even in the presence of minor bumps together, creating a complete and uniform contact of the output parts 10 and 20 is ensured at the connection 30. A particularly uniform contact occurs at a roughness of the surfaces of the starting parts of Rz <100 microns. Alternatively, in the connection 30 after the sintering process, a transition fit or only a pointwise contact of the output parts 10 and 20 can be provided to each other.

Es ist darauf zu achten, dass bei einer Presspassung ein zu großes Übermaß des zweiten Ausgangsteiles 20 vermieden wird. Ansonsten kann dies zu einer Behinderung der Verdichtung des ersten Ausgangsteiles 10 in radialer Richtung führen. Als Folge daraus kann es zu einem Verzug des ersten Ausgangsteiles 10 kommen. Aus diesem Grund sollte die Verbindung 30 beider Ausgangsteile 10 und 20, insbesondere durch die Ausbildung des Übermaßes des zweiten Ausgangsteiles 20 während des Sintervorganges, weitestgehend erst am Ende des Sintervorganges erzeugt werden. Als eine Möglichkeit stellt sich hierbei eine Anpassung der Spielpassung beider Ausgangsteile 10 und 20 zur zu erwartenden Sinterschrumpfung der Ausgangsteile 10, 20 durch den Sintervorgang.It is important to ensure that in a press fit too much excess of the second output member 20 is avoided. Otherwise, this can lead to a disability of the compression of the first output member 10 in the radial direction. As a result, there may be a delay of the first output part 10. For this reason, the connection 30 of both output parts 10 and 20, in particular by the formation of the excess of the second output part 20 during the sintering process, should largely be generated only at the end of the sintering process. One possibility is to adapt the clearance of both output parts 10 and 20 to the expected sintering shrinkage of the output parts 10, 20 by the sintering process.

Der Sintervorgang erfolgt bevorzugt drucklos. Wie bereits beschrieben wird dadurch erfindungsgemäß in sehr kostengünstiger Weise eine sehr stabile Verbindung zwischen den Ausgangsteilen realisiert. Des Weiteren sind auch andere Sinterverfahren, wie beispielsweise Drucksintern, Vakuumsintern, heißisostatisches Pressen und feldunterstütztes Sintern, einsetzbar. Hierdurch lassen sich insbesondere druckunterstützt zusätzlich eine größere Verdichtung der Sintermaterialien und eine bessere Oberflächengüte des Verbundteiles 50 insgesamt erreichen. Prinzipiell ist hiermit jedoch ein höherer Fertigungsaufwand verbunden.The sintering process is preferably carried out without pressure. As already described, this invention realizes a very stable connection between the output parts in a very cost-effective manner. Furthermore, other sintering methods, such as pressure sintering, vacuum sintering, hot isostatic pressing and field-assisted sintering, can also be used. As a result, in particular, pressure-assisted additionally a greater compression of the sintered materials and a better surface quality of the composite part 50 can be achieved in total. In principle, however, this involves a higher production cost.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht für das zweite Ausgangsteil 20 einen bereits verdichteten, zumindest einen teilweise verdichteten Zustand eines Sintermaterials oder eine Keramik oder ein schmelzmetallurgisch hergestelltes Material, insbesondere ein Metall, vor. Alternativ liegt das zweite Ausgangsteil 20 aus einem Sintermaterial als Grünteil oder Braunteil vor.An embodiment of the method according to the invention provides for the second output part 20 an already compacted, at least partially compressed state of a sintered material or a ceramic or a melt-metallurgically produced material, in particular a metal. Alternatively, the second output part 20 is made of a sintered material as a green part or brown part.

Erfindungsgemäß ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verbundteil 50 aus einem Stahl und einem Hartmetall als Materialien der Ausgangsteile 10 und 20 gebildet wird.According to the invention, it is preferably provided that the composite part 50 is formed from a steel and a hard metal as materials of the output parts 10 and 20.

Als Sintermaterialien für das erste und/oder das zweite Ausgangsteil 10 und 20 werden insbesondere WC-Hartmetalle mit Fe-, Ni- oder Co-Bindemetall (ca. 6-20 Gew.-%) vorgeschlagen, wobei diese Zusatzkarbide basierend auf Ti, Ta, V, oder Nb enthalten können. Ebenso kommen Sinterstähle zum Einsatz. Neben den genannten Sintermaterialien werden alternativ Sintermaterialien aus keramischen Hartstoffen, Cermet oder schmelzmetallurgisch hergestelltem Materialien vorgeschlagen. Bevorzugt kommen Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt ≥ 0,5 Gew.-% in Frage, wie beispielsweise 100Cr6, X65Cr13. Dadurch kann eine übermäßige C-Diffusion während des Sintervorgangs unterbunden werden, so dass der Stahl in seinen Eigenschaften nicht verschlechtert wird.As sintered materials for the first and / or the second output part 10 and 20 in particular WC hard metals with Fe, Ni or Co binder metal (about 6-20 wt .-%) are proposed, said additional carbides based on Ti, Ta , V, or Nb. Likewise, sintered steels are used. In addition to the sintering materials mentioned sintered materials of ceramic hard materials, cermet or melt metallurgically produced materials are proposed alternatively. Preferably, steels having a carbon content ≥ 0.5 wt .-% in question, such as 100Cr6, X65Cr13. Thereby, excessive C diffusion during the sintering process can be suppressed, so that the steel is not deteriorated in its properties.

Die Herstellung der Ausgangsteile 10, 20 aus einem Sintermaterial erfolgt bevorzugt durch ein pulvertechnologisches Verfahren, beispielsweise mittels Pulverspritzgießen. In vorteilhafter Weise können über dieses Verfahren komplexe und endformnahe Bauteile in großen Stückzahlen gefertigt werden. Ebenso von Vorteil ist, dass bei einem ersten und einem zweiten Ausgangsteil 10, 20 als Grün- oder Braunteil das Schrumpfverhältnis beider Ausgangsteile 10, 20 zueinander eingestellt werden kann. So wird über den jeweiligen Polymeranteil im ersten Ausgangsteil 10 und im zweiten Ausgangsteil 20 sichergestellt, dass das erste Ausgangsteil 10 ein größeres Schrumpfvermögen aufweist als das zweite Ausgangsteil 20. Alternativ kann das zweite Ausgangsteil 20 eine Randschicht mit höherem Bindemetallgehalt (> 20 Gew.-%) enthalten. Möglichkeiten hierzu sind der Einsatz eines Zweikomponentenmaterials oder eine Beschichtung. Dadurch kann eine Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Ausgangsteile 10, 20 zueinander optimiert werden.
Andere pulvertechnologische Verfahren, wie beispielsweise Extrusion oder uniaxiales bzw. isostatisches Pressen, können ebenso zur Herstellung der Ausgangsteile 10, 20 aus einem Sintermaterial zum Einsatz kommen.
The production of the output parts 10, 20 from a sintered material is preferably carried out by a powder technology process, for example by means of powder injection molding. Advantageously, complex and near-net shape components can be produced in large quantities via this method. Equally advantageous is that at a first and a second output part 10, 20 as green or brown part, the shrinkage ratio of the two output parts 10, 20 can be adjusted to each other. Thus, it is ensured via the respective polymer fraction in the first output part 10 and in the second output part 20 that the first output part 10 has a greater shrinkage capacity than the second output part 20. Alternatively, the second output part 20 can have a boundary layer with a higher binder metal content (> 20 wt. ) contain. Possibilities for this are the use of a two-component material or a coating. As a result, an adaptation of the thermal expansion coefficients of the output parts 10, 20 to each other can be optimized.
Other powder technology processes, such as extrusion or uniaxial or isostatic pressing, can also be used for producing the starting parts 10, 20 from a sintered material.

Generell bildet sich durch Materialaustausch infolge von Diffusion in einer Diffusionszone 31 ein Konzentrationsgradient der jeweils vorhandenen Legierungselemente der Materialien der Ausgangsteile 10, 20 aus. Dabei wird die Diffusionszone 31 in der Verbindung 30 und von dort weiter in die Ausgangsteile 10 und 20 hinein ausgebildet. Infolge des Konzentrationsgradienten können sich weitere Materialphasen in der Diffusionszone 31 ausbilden. So können beispielsweise im Falle von Stahl und Hartmetall als Materialien der Ausgangsteile 10, 20 sogenannte η-Phasen (M6C bzw. M12C) gebildet werden. Derartige Phasen sind jedoch sehr spröde und können die mechanischen Eigenschaften der Verbindung 30 verschlechtern. Deshalb wird eine sehr schmale Diffusionszone 31 angestrebt, um die Bildung dieser Phasen gering zu halten oder zu vermeiden. Wie groß sich die Diffusionszone 31 ausbildet, wird über die Einstellung der Sinterdauer und

  • temperatur beeinflusst.
    Neben den η-Phasen kann sich je nach Zusammensetzung der Materialien der Ausgangsteile 10, 20 in der Verbindung 30 auch eine flüssige Phase bilden. Diese führt zwar im Allgemeinen zu einer vollständigen und porenfreien Anbindung, allerdings sind diese Schmelzen nach der Erstarrung meist spröde und daher unerwünscht.
In general, a concentration gradient of the respectively present alloying elements of the materials of the starting parts 10, 20 is formed by material exchange as a result of diffusion in a diffusion zone 31. In this case, the diffusion zone 31 is formed in the connection 30 and from there into the output parts 10 and 20. As a result of the concentration gradient, further material phases can form in the diffusion zone 31. Thus, for example, in the case of steel and carbide as materials of the starting parts 10, 20 so-called η-phases (M 6 C or M 12 C) are formed. However, such phases are very brittle and may degrade the mechanical properties of compound 30. Therefore, a very narrow diffusion zone 31 is sought in order to minimize or avoid the formation of these phases. How big is the diffusion zone 31 is formed by the setting of the sintering time and
  • temperature influenced.
    In addition to the η-phases, depending on the composition of the materials of the starting parts 10, 20 in the compound 30, a liquid phase can also be formed. Although this generally leads to a complete and pore-free connection, but these melts are usually brittle after solidification and therefore undesirable.

Generell sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass zur Reduzierung von Eigenspannungen im Verbundteil 50 nach dem Sintervorgang mehrere isotherme Haltestufen während eines Abkühlvorgangs durchlaufen werden. Derartige Eigenspannungen können während des Abkühlvorganges bei großen Unterschieden der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Ausgangsteile 10, 20 entstehen. So weist Stahl einen thermischen Ausdehnungskoeffizient von ca. 11-12*10-6 /K und Hartmetall einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ca. 5-6 *10-6 /K auf. Die radiale Schrumpfung des Ausgangsteiles 10 aus Stahl, führt hierbei zu Druckeigenspannungen innerhalb des zweiten aus Hartmetall bestehenden Ausgangsteiles 20. In erster Linie sind diese Druckspannungen aufgrund der hohen Druckfestigkeit der Hartmetalle unproblematisch oder sogar günstig. Allerdings treten auch axiale Spannungen auf, die dann zum Versagen des Hartmetalls führen können. Mehrere isotherme Haltedauern während des Abkühlvorgangs wirken sich entsprechend günstig auf eine Reduzierung der Eigenspannungen aus.In general, the method according to the invention provides that, in order to reduce residual stresses in the composite part 50 after the sintering process, several isothermal holding stages are run through during a cooling process. Such residual stresses can arise during the cooling process with large differences in the thermal expansion coefficients of the output parts 10, 20. Thus, steel has a thermal expansion coefficient of about 11-12 * 10 -6 / K and carbide a coefficient of thermal expansion of about 5-6 * 10 -6 / K. The radial shrinkage of the output member 10 made of steel, this leads to compressive stresses within the second made of hard metal output member 20. In the first place, these compressive stresses are unproblematic or even favorable due to the high compressive strength of the carbides. However, axial stresses also occur, which can then lead to the failure of the carbide. Several isothermal holding periods during the cooling process have a correspondingly favorable effect on a reduction of the residual stresses.

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles (50) aus einem Werkstoffverbund mit einem ersten Ausgangsteil (10) aus einem Sintermaterial, wobei das erste Ausgangsteil (10) in Form eines teilweise verdichteten Sinterbauteils, eines Grünteils oder Braunteils vorliegt
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweites Ausgangsteil (20) zumindest teilweise in einen Hohlraum (15) des ersten Ausgangsteiles (10) eingebracht wird und beide Ausgangsteile (10, 20) gesintert werden und im zumindest teilweise vom zweiten Ausgangsteil (20) ausgefüllten Hohlraum (15) dann eine Verbindung (30) zwischen den Ausgangsteilen (10, 20) erzeugt wird, wobei die Verbindung (30) aufgrund von chemischen Verbindungen zwischen den Materialien der Ausgangsteile (10, 20) in Form eines Stoffschlusses ausgebildet wird.
A method for producing a component (50) from a composite material with a first output part (10) made of a sintered material, wherein the first output part (10) is in the form of a partially compacted sintered component, a green part or brown part
characterized in that at least a second output part (20) is at least partially introduced into a cavity (15) of the first output part (10) and both output parts (10, 20) are sintered and in at least partially filled by the second output part (20) cavity ( 15) then a connection (30) is produced between the output parts (10, 20), the connection (30) being formed in the form of a material bond due to chemical bonds between the materials of the output parts (10, 20).
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (30) aufgrund einer größeren Schrumpfung des ersten Ausgangsteiles (10) zusätzlich in Form einer Presspassung ausgebildet wird.
Method according to claim 1,
characterized in that the connection (30) due to a greater shrinkage of the first output member (10) is formed additionally in the form of a press fit.
Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Verbindung (30) eine Diffusionszone (31) ausgebildet wird und der Stoffschluss dadurch im Wesentlichen frei von gebildeten Zwischenphasen gehalten wird, wobei eine Größe der Diffusionszone (31) bevorzugt durch eine Sinterdauer eingestellt wird.
Method according to claim 2,
characterized in that in the region of the compound (30) a diffusion zone (31) is formed and the material bond is thereby kept substantially free of intermediate phases formed, wherein a size of the diffusion zone (31) is preferably adjusted by a sintering period.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (30) weitestgehend am Ende des Sintervorganges ausgebildet wird.
Method according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the connection (30) is formed as far as possible at the end of the sintering process.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das erste Ausgangsteil (10) mit einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wird.
Method according to one of claims 1 to 4,
characterized in that at least the first output part (10) is produced by a powder metallurgical process.
Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass als pulvermetallurgisches Verfahren das Pulverspritzgießen, Extrusion oder uniaxiales bzw. isostatisches Pressen verwendet wird.
Method according to claim 5,
characterized in that the powder injection molding, extrusion or uniaxial or isostatic pressing is used as powder-metallurgical process.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass vorhandene Oxidschichten im Bereich der Verbindung (30) vor oder während dem Sintern unter einer reduzierenden Sinteratmosphäre entfernt werden.
Method according to one of claims 1 to 6,
characterized in that existing oxide layers in the region of the compound (30) are removed before or during sintering under a reducing sintering atmosphere.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Sintervorgang mehrere isotherme Haltestufen während eines Abkühlvorgangs vorgesehen werden.
Method according to one of claims 1 to 7,
characterized in that after the sintering process a plurality of isothermal holding stages are provided during a cooling process.
Bauteil aus einem Werkstoffverbund, insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem ersten Ausgangsteil (10) aus einem Sintermaterial
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweites Ausgangsteil (20) zumindest teilweise in einem Hohlraum (15) des ersten Ausgangsteiles (10) angeordnet ist und nach einem Sintervorgang das Verbundteil(50) im zumindest teilweise vom zweiten Ausgangsteil (20) ausgefüllten Hohlraum (15) eine Verbindung (30) aufweist, wobei die Verbindung (30) in Form eines Stoffschlusses aufgrund von chemischen Verbindungen zwischen den Materialien der Ausgangsteile (10, 20) ausgebildet ist.
Component of a composite material, in particular according to a method according to one of claims 1 to 8, with a first output part (10) made of a sintered material
characterized in that at least a second output part (20) is arranged at least partially in a cavity (15) of the first output part (10) and after a sintering process the composite part (50) has a connection (30) in the cavity (15) at least partially filled by the second output part (20) ), wherein the compound (30) in the form of a material bond due to chemical compounds between the materials of the output parts (10, 20) is formed.
Bauteil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (30) zusätzlich in Form einer Presspassung der Ausgangsteile (10, 20) zueinander ausgebildet ist.
Component according to claim 9,
characterized in that the connection (30) is additionally in the form of a press fit of the output parts (10, 20) is formed to each other.
Bauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss im Wesentlichen frei von gebildeten Zwischenphasen ist.
Component according to one of claims 9 to 10,
characterized in that the material bond is substantially free of intermediate phases formed.
Bauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Ausgangsteil (10) ein pulvertechnologisch hergestelltes Bauteil ist.
Component according to one of claims 9 to 11,
characterized in that at least the first output member (10) is a component manufactured powder technology.
Bauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest zweite Ausgangsteil (20) aus einem Sintermaterial, einem keramischen Hartstoff, einem Cermet oder einem schmelzmetallurgisch hergestelltem Material, bevorzugt einem Metall, besteht.
Component according to one of claims 9 to 12,
characterized in that the at least second output part (20) consists of a sintered material, a ceramic hard material, a cermet or a melt metallurgically produced material, preferably a metal.
Bauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermaterial bei dem ersten Ausgangsteil 10 und/oder dem zweiten Ausgangsteil 20 ein WC-Hartmetall mit Fe-, Ni- oder Co-Bindemetall (ca. 6-20 Gew.-%), ein Cermet, eine Keramik oder ein schmelzmetallurgisch hergestelltes Material ist.
Component according to one of claims 9 to 13,
characterized in that the sintered material in the first output part 10 and / or the second output part 20 is a WC hard metal with Fe, Ni or Co binder metal (about 6-20 wt .-%), a cermet, a ceramic or is a melt metallurgically produced material.
Verwendung eines Bauteiles (50) entsprechend den Ansprüchen 1 bis 14 als verschleißfestes Bauteil, insbesondere als Bohr- und Schneidwerkzeug, als Walze oder Pumpenteil, und/oder als hoch belastetes Bauteil im Automobilbereich, insbesondere in der Einspritztechnik, im Abgasturbolader, im Wälzlager oder im Getriebe.Use of a component (50) according to claims 1 to 14 as a wear-resistant component, in particular as a drilling and cutting tool, as a roller or pump part, and / or as a highly loaded component in the automotive sector, in particular in injection technology, in the exhaust gas turbocharger, in the rolling bearing or in Transmission.
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