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Verfahren zur Herstellung von Sinterstahlkörpern
Bei der Herstellung von Sinterstahlkörpern wird ausgegangen von pulverförmigen Eisen und
Zusätzen an Kohle, Graphit und gegebenenfalls
Legierungselementen, die im Endkörper vor- handen sein sollen. An Stelle von Eisenpulver können auch Eisenspäne, Stahlspäne oder Grau- gussspäne verwendet werden, wobei gegebenenfalls zur Einstellung eines richtigen Endkohlenstoff- gehaltes auch Zusätze an Graphit oder sonstigen kohlehaltigen Stoffen gemacht werden können.
Auch können zusätzliche Legierungselemente dem
Pulver beigemischt werden. Die Erzeugung selbst geht so vor sich, dass zunächst ein Körper aus dem Pulver bei Raumtemperatur gepresst wird.
Dieser Körper wird bei Temperaturen zwischen 700 und 10000 C vorgesintert. Nach dem Vorsintern wird der kalte Körper verdichtet, wobei Drücke zwischen 6 und 8 /e angewendet werden.
Der so verdichtete Körper wird darauffolgend bei Temperaturen zwischen 1200 und 1300 C fertiggesintert. Dieses Verfahren bringt in bezug auf den erzeugten Körper erhebliche Vorteile mit sich, die durch ein Verfahren nicht erreicht werden können, bei welchem der Kaltpressling lediglich einmal bei hoher Temperatur gesintert wird. Das Doppelpress-und Doppelsinterverfahren führt zu grösseren Dichten und damit zu besseren Güteeigenschaften und lässt das bekannte Heisspressen vermeiden, das in der Pulvermetallurgie in Sonderfällen angewendet wird, um Sinterkörper höchstmöglicher Dichte zu erzielen.
Dieses Heisspressverfahren, das meistens in Graphitformen vor- genommen wird, kommt bei der Herstellung von Sinterstahlkörpern nicht in Frage, weil Stahlmatrizen eine derartige Pressung bei hohen Temperaturen nicht zulassen und Graphitmatrizen wegen der Aufkohlungsgefahr ausscheiden. Dieses Heisspressen wurde bei Sinterstahlkörpern bereits in der Weise durchgeführt, dass man das Ausgangspulvergemisch zu Formlingen presst, diese sintert, in gekühlten Matrizen heiss nachpresst und anschliessend glüht.
Bei der Herstellung von Sinterstahlkörpern ist jedoch das Heisspressen mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, weil Stahlmatrizen bei einer Pressung bei hohen Temperaturen sehr beansprucht werden und Graphitmatrizen die Gefahr des Aufkohlens der Presslinge mit sich bringen.
Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, dass die Eigenschaften der nach dem Doppelpress- und Doppelsinterverfahren erzeugten Sinterstahl- körper noch weiter verbessert werden können, wenn das bekannte Verfahren zu ihrer Herstellung, bestehend im Vorsintern bei Temperaturen zwischen 700 und 10000 C, Verdichten der vor- gesinterten Körper im kalten Zustand und Fertig- sintern bei 1200 und 1300 C, derart abgeändert wird, dass das Verdichten zwischen Vorsinterung und Fertigsinterung bei Temperaturen zwischen
200 und 450 C durchgeführt wird.
Besonders günstige Ergebnisse sind bei Temperaturen von etwa 3000 C erzielt worden. Eine Beeinflussung der Eigenschaften des Endkörpers konnte durch ein solches Verfahren nicht erwartet werden, denn bei Temperaturen zwischen 200 und 450 C wird eine wesentliche Verbesserung der Plastizität gegenüber Raumtemperatur noch nicht erzielt.
Auch sonstige metallurgische Reaktionen waren in diesem Temperaturbereich nicht zu erwarten.
Anderseits sind aber Temperaturen von 200 bis 450 C leicht beherrschbar, wie auch Erfahrungen aus der Kunststoffindustrie zeigen. Sie können dem Hartarbeitsstahl, aus dem die Matrizen gewöhnlich hergestellt werden, ohne Bedenken zugemutet werden. Das Verfahren ist daher ohne weiteres in der Praxis anwendbar und kann in Matrizen durchgeführt werden, die bei dem bisher üblichen Verfahren für das kalte Nachverdichten benutzt worden sind.
Um eine gleichmässige Erzeugung sicherzustellen, ist es zweckmässig, die Pressmatrizen selbst auf eine Temperatur von etwa 3000 C zu erwärmen.
Die Gütesteigerung wirkt sich in einer erheblichen Zunahme der Zugfestigkeit aus und ferner in einer Verbesserung der Dehnung. Auch die Brinellhärte nimmt zu. Eine Steigerung der Dichte tritt bemerkenswerterweise nicht ein, wie auch im Schliffbild keine Anderungen zu beobachten sind.
Im Nachfolgenden wird an einem Beispiel gezeigt, welche Gütesteigerungen mit dem Verfahren gemäss der Erfindung erreicht werden können. Aus etwa 75% reinem Eisenpulver, etwa 25% Gusseisenpulver und einem Zuschlag von 0-25% Graphit wurde eine Pulvermischung
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hergestellt. Aus diesem Pulver wurden komplizierte Presskörper hergestellt unter einem Druck von etwa 5 tfcm2. Der Kaltpressling wurde bei 900 C eine halbe Stunde lang vorgesintert. Ein Teil der so hergestellten Körper wurde mit 6 /e in der Kälte nachgepresst, der andere Teil wurde in dem gleichen Werkzeug warmgepresst, nachdem die Presslinge auf etwa 300 C erhitzt worden waren.
Der Pressdruck betrug ebenfalls 6 t/cm2 Anschliessend wurden sämtliche Körper bei etwa 12500 C eineinhalb Stunden lang fertiggesintert.
Die warmverdichteten Körper hatten verglichen mit den kaltverdichteten eine Zugfestigkeit, die um 80% höher lag. Der Dehnungszuwachs betrug 19% bezogen auf die Dehnungswerte der kaltverdichteten Körper. Die Brinellhärte der warmverdichteten Körper gegenüber den kaltverdichteten liegt um 100% höher.
Da die Temperaturen, bei denen gemäss der Erfindung verdichtet wird, trotz ihrer Erhöhung gegenüber Raumtemperatur verhältnismässig niedrig sind, lassen sich selbst sehr verwickelte Körper auf diese Weise erzeugen, ohne dass hiedurch die benötigten verwickelten, aus mehreren Teilen zusammengesetzten Matrizen übermässig beansprucht werden.