Verfahren zur Herstellung eines öllosen, aus Netall und Kohlenstoff schmierender Eigenschaft bestehenden Körpers. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines öllosen Körpers, der Koh lenstoff schmierender Eigenschaft, wie z. B. Graphit, enthält.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Metall oder Legierungsgemische mit Graphit zu ver setzen und den Metall- oder Legierungsbe standteil in plastischen oder halbflüssigen Zu stand zu versetzen, so dass die metallischen Bestandteile des Gemisches sich verbinden und beim Erkalten einen festen Körper er geben. Es wurde auch vorgeschlagen, ein Metallgemisch aus mehreren Metallen herzu stellen, und nach Zugabe von Graphit den niedrigst schmelzenden metallischen Bestand teil zum Schmelzen zu bringen, so dass er beim Erkalten gleichsam als Bindemittel das übrige Metall und den Graphit zusammen hält. Es wurde auch vorgeschlagen, das Me- tall-Graphit-Gemisch erst zu pressen und dann in der Hitze zu verfestigen, gegebenenfalls auch nach der Erhitzung Druck anzuwenden.
Schliesslich wurde vorgeschlagen, in dem zuerst erwähnten Fall einen vibrierenden Druck an- zuwenden, während das Metall des Gemisches plastisch oder dickflüssig ist.
Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, dichte Körper aus Metall und freiem Kohlen stoff schmierender Eigenschaft billig und in Massenfabrikation herzustellen.
Der Erfinder hat sich ferner die Aufgabe gestellt, dichte Körper zu erhalten, in denen der Kohlenstoff schmierender Eigenschaft, z. B. Graphit, zumindest in jenen Partien gleichmässig verteilt ist, welche beim Gebrauch einer Abnutzung unterliegen, und somit bei Benutzung des Körpers, beispielsweise für Lagerzwecke, nach Abnutzung einer obersten Schicht sofort die nächste Schicht in Wir kung tritt mit dem genau gleichen Graphit gehalt wie die gerade abgenutzte Schicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Her stellung eines öllosen, dichten, aus Metall und Kohlenstoff schmierender Eigenschaft be stehenden Körpers ist dadurch gekennzeich net, dass man ein Gemisch von mindestens einem Metall und freiem Kohlenstoff schmie render Eigenschaft in fein zerteiltem Zustand durch elektrische Induktionswirkung erhitzt, so dass mindestens ein anwesendes Metall schmilzt und sodann verfestigen lässt.
Das Verfahren kann derart ausgeführt werden, dass man ein oder mehrere Metalle und/oder eine oder mehrere Legierungen in mehr oder minder zerkleinertem Zustand in einen Induktionsofen einsetzt, hierzu freien Kohlenstoff schmierender Eigenschaft, z. B. Graphit in fein zerteiltem Zustand gibt, und nun das Ganze mittels nieder- oder hochfre- quenter Ströme erhitzt, so dass mindestens ein anwesendes Metall schmilzt. Der Ofen kann einen Tiegel aus einem hochwiderstands fähigen Material enthalten, das mit dem Me tall und dem Kohlenstoff wenig oder gar nicht, jedenfalls nicht in unerwünschter Weise, rea giert.
Die Verwendung eines Induktionsofens hat den besonderen Vorteil, dass im geschmol zenen Metall eine Strömung erzeugt wird, die eine vollkommene Durcheinanderwirbelung und Mischung des Metalles mit dem Graphit besorgt und während der Einwirkung der In duktionsströme aufrecht erhält. Man erspart sich also in diesem Falle sowohl die Zer kleinerung des Metalles als auch die innige Vermengung mit dem Graphit.
Ausserdem kann man den Flüssigkeitsgrad der Metall schmelze in den Grenzen einstellen, welche durch die Temperaturbeständigkeit des Tie gels zugelassen werden und damit die innige Durchmischung und gleichmässige Verteilung des Graphits zusätzlich unterstützen. Graphit kann insbesondere in kolloidaler Verteilung eingeführt werden, was den besonderen Vor teil hat, dass die von dem Graphit gleich mässig durchsetzte Schmelze ohne Gefahr der Entmischung in Formen abgelassen und darin erkalten gelassen werden kann. Wird gröbe rer als kolloidaler Graphit verwendet, der somit zum Entmischen neigt, so ist es zweck mässig, die Schmelze in den Formen unter ausreichend hoben, möglichst gleichmässigen Druck zu setzen, bis sie so weit verfestigt ist, dass eine Entmischung ausgeschlossen ist.
Vorzugsweise werden solche Körper er zeugt, welche zumindest in jenen Partien, die beim Gebrauch einer Abnutzung unter- liegen, einen 10 % übersteigenden Gehalt an freiem, im Metall unter Druck eingeschlosse nen und gleichmässig verteilten Kohlenstoff schmierender Eigenschaft, wie z. B. Graphit oder Lampenruss, aufweisen.
Hier ist zu be achten, dass die Gewichtsprozente Graphits, welche in einem Körper untergebracht wer den können, nicht nur davon abhängen, in welchem Masse der Graphit zusammengepresst und verdichtet wird, sondern auch davon, welches spezifische Gewicht das Metall oder die Metallmischung (Legierung) besitzt, in welcher der Graphit untergebracht wird. Ist das Metall sehr schwer, dann körnen verhält nismässig weniger Gewichtsprozente Graphit eingebracht werden als in Fällen, in denen es sich um leichtes Metall handelt, beispiels weise in der Hauptsache um Aluminium.
Ebenso ist es selbstverständlich, dass die anwendbaren Mengen Graphits von dem Ver wendungszweck des Körpers abhängen. Soll er beispielsweise als Lager mit verhältnis mässig schwerer Belastung verwendet werden und dementsprechend grosse Festigkeit auf weisen, dann muss das Metallskelett, in wel chem der Graphit eingelagert ist, kräftiger sein als im andern Falle, in welchem es sich um ein leicht belastetes Lager handelt, bei spielsweise um einen selten benutzten Schalt hebel, und es auf die dauernde Aufrechter haltung der Schmierung und weniger auf grosse Festigkeit ankommt.
Ebenso hängt die Gra- phitmenge von der Festigkeit des Metalles oder der Metallmischung selbst ab und der Härte, die gefordert wird und die zwischen etwa 30 und 180 Brinelleinheiten liegen kann.
Überraschende Erfolge können erzielt wer den, wenn Graphit von kolloidaler Grössen ordnung seiner Teilchen verwendet wird. Kol loidaler Grössenordnung ist Graphit, wenn seine Teilchen die Grösse etwa eines Mikrons und darunter besitzen.
Solcher trockener kolloidaler Graphit hat mehrfache Wirkungen. Er ist verhältnismässig dicht. Er lässt sich ohne Binde- oder Lösungs mittel in feines Metallpulver innig und in höchstem Grade gleichmässig verteilt einmi schen und zeigt keine Tendenz zum Entmi- schen. Wird die Mischung so erhitzt, dass das anwesende Metall ganz durchgeschmolzen wird, so wird kolloidaler Graphit in der Schmelze seine gleichmässige Verteilung beibehalten und nicht, wie dies wegen seines geringen spezi fischen Gewichtes zu erwarten wäre, in der Schmelze nach oben steigen. Es kann somit auf diese Weise ein ölloser Körper erhalten werden, der aus einer erstarrten Metallschmelze besteht, in welcher der Graphit unverändert in gleichmässiger kolloidaler Verteilung an wesend ist.
Das Einschliessen des Kohlenstoffes unter Druck kann dadurch erreicht- werden, dass das Metall oder die Legierung geschmolzen, sodann erkalten gelassen wird und sich da bei zusammenzieht, wobei der eingeschlossene Kohlenstoff zusammengepresstund komprimiert wird. Vorteilhaft wird noch künstlicher Druck während der Verfestigung angewandt.
Durch die Anwendung möglichst stetigen Druckes wird, insbesondere wenn das Metall schmelzflüssig ist und eine Entmischung nicht kolloidalen Graphits sonst möglich wäre, die Entmischung verhindert, während ein häm mernder Druck eine Entmischung eher unter stützt als verhindert.
Ein nach der Erfindung erhaltener Körper kann also mindestens teilweise aus einem Skelett, in welchem freier Kohlenstoff schmie render Eigenschaft, vorzugsweise Graphit, in gleichmässiger Verteilung unter Druck einge spannt ist, bestehen.
Wird ein solcher Körper als Lager, Kol benring oder dergleichen verwendet, dann wird zunächst die äusserste Lage in Anspruch genommen und sich vermöge zum Beispiel ihres Graphitgehaltes rasch nach wenigen Drehungen oder Hüben mit einem gleichmässi gen Film .aus Graphit bedecken, der hierbei entspannt wird und sein Volumen vergrössert. Bei fortschreitendem Betrieb tritt allmählich eine Abnutzung dieser äussersten Lage ein, indem das Metall des Skelettes in der äusser sten Lage ausgerieben oder verdrängt wird. Dann tritt sofort die nächste Lage in Wir kung, die genau der äussersten Lage entspricht und insbesondere die gleiche Graphitmenge in feinster Verteilung enthält.
Hier wird so fort ein neuer Graphitfilm gebildet, der die Schmierung besorgt, so geht es fort, bis das Lager zur Unbrauchbarkeit abgenutzt ist, also nicht mehr nachgestellt usw. werden kann. Da Kohlenstoff (Graphit) in äusserst feiner Verteilung und winzigen Abmessungen; insbesondere kolloidaler Kleinheit verwendet werden kann, werden die hier theoretisch be trachteten Lagen ausserordentlich dünn sein und Bruchteile eines Tausendstel eines Milli meters betragen können. Die Abnutzung wird darum auch aus diesem Grunde, abgesehen von der guten und gleichmässigen Schmierung, langsam vor sich gehen und eine lange Le bensdauer bedingen.
Gemäss der Erfindung erhaltene Körper können als Lager unter Verhältnissen benutzt werden, unter denen mit Öl geschmierte Lager überhaupt nicht verwendbar sind, weil das Öl wegen der hohen Temperaturen verkohlen oder verdicken würde, wie es zum Beispiel bei Lokomotiven der Fall ist, die mit hoch überhitztem Dampf betrieben werden. Glei ches gilt für Kolbenringe solcher Maschinen.
Der Körper nach der Erfindung kann aber auch dort verwendet werden, wo Schmier material anderer Art als freier Kohlenstoff, insbesondere Graphit, zersetzt, also chemisch angegriffen würde oder sonst nachteilig wäre.
Reagiert das Metall oder die Legierung mit dem Kohlenstoff, dann wird dieser in der gewählten Form zweckmässig in solchen Men gen zugesetzt, dass nach der Verfestigung immer noch ungefähr 10 % freier Kohlenstoff in der ursprünglichen Form anwesend ist.
Nickel, Kupfer, Blei bilden im wesent lichen keine Karbide und sind darum beson ders für die Zwecke der Erfindung geeignet, ebenso wie Lagermetall, Bronze usw. Der durch die Erfindung erhaltene Körper ist dicht und weitgehend porenfrei, und seine Schmier wirkung beruht auf seinem Gehalt an freiem Kohlenstoff. Öl oder Fette werden nicht ver wendet, und können gar nicht in den dich ten Körper eingeführt werden. - Man kann entweder unmittelbar den Kör per in gewünschter Form herstellen oder Stan gen, Blöcke, Ingots gewünsebter Grösse ferti gen, und diese dann auf mechanischem Wege unterteilen oder sonst bearbeiten und in die gewünschten Zwischen- oder Endformen über führen.
Auf jeden Fall müssen Behandlungen ausgeschlossen werden, welche eine nachträg liche Entmischung herbeiführen könnten. Letz teres ist besonders wesentlich, wenn zur Ver bindung des Körpers mit andern Teilen eine Wärmebehandlung angewendet wird.
Geeignete Körper können beispielsweise erhalten werden, wenn man 60 - 70 Ge- wichtsprozente Blei, 10-15 % Nickel und 15-30 % Graphit oder Lampenruss in einem Hochfrequenzofen zusammenbringt und nach erfolgtem Schmelzen und Durchmischen in eine ausreichend warme Form ablässt, in wel cher das Gemisch unter einem angemessenen Druck, zum Beispiel von 10-20 Atmo8phä- ren, verfestigen gelassen wird. Solche Körper sind für geringe Belastungen geeignet.
Ein anderer Gegenstand kann aus einem Gemisch von 70-80 % Nickel und 30-20 % Graphit erhalten werden.
Ein anderer Körper kann aus Zinn und Kupfer, die zusammen etwa 70 % betragen, Rest Graphit, erhalten werden. Nach dem Schmelzen lässt man, vorteilhaft unter Druck, zwischen etwa 10 und 25 Atmosphären ver festigen.
Ein anderer Körper kann zwischen 70 und 80 % Kupfer, Rest Graphit, enthalten und durch Schmelzen des Metalles und vorteilhaft Anwendung eines Druckes, zum Beispiel von 5-25 Atmosphären, erhalten werden.
Ein anderer Körper kann aus einer Mi- schung von 20-40 % Eisen, 15-30 % Gra- phit, Rest Nickel, dadurch erhalten werden, dass die Temperatur auf den Schmelzpunkt der anwesenden Metalle oder darüber gebracht wird, sodann in Formen gegossen und Druck zwischen etwa 20 und 30 Atmosphären an gewendet wird, zumindest solange flüssiges Metall bezw. Legierung anwesend ist.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die angegebenen Beispiele beschränkt.