AT165530B

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Publication number: AT165530B
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Description

Korrosionsbeständiger, dichter und mechanisch fester Metallkörper
Die Erfindung betrifft ein kombiniertes pulvermetallurgisches und Einseigerungsverfahren zur Herstellung eines Werkstoffes und Formkörper, der die Eigenschaften von rostfreiem Stahl aufweist, dessen weiche und halbharte, härtbare Arten ungefähr 12-14% Chrom, 0-1-0-5% Kohlenstoff und dessen austenitische, weniger oder garnicht härtbare Arten etwa 7-12% Nickel,
18-20% Chrom und zwischen 0-04 und 0'4os
Kohlenstoff enthalten. Chrom ist immer und
Nickel meistens in wesentlichen Mengen anwesend, vorzugsweise in den angegebenen Be- reichen. Silizium oder Mangan oder andere Zu- mischungen oder Verunreinigungen sind manch- mal in Bruchteilen von 1% anwesend.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Sinterkörper aus rostfreiem Stahl herzustellen. Derartige rost- freie Sinterstähle haben jedoch bisher keine grosse praktische Verwendung gefunden, da ihre Her- stellung kostspielig und umständlich ist, da man nur dann zu dichten und mechanisch widerstand- fähigen Sinterkörpern gelangt, wenn man eine besondere Sorgfalt bei der Herstellung der Metall- pulver und bei der Trocknung des für die Sinterung benötigten Wasserstoffes anwendet.

Man hat auch schon für Lagerzwecke oder eine ähnliche Verwendung Formkörper vorgeschlagen, die bis zu 80% aus rostfreiem Stahl und einen
Restanteil aus hauptsächlich Kupfer bestehen.

Derartige Körper werden durch Pressen und
Sintern von Metallpulver hergestellt. Schliesslich wurden auch schon metallische Fn, rmkörper durch Einseigern von Kupfer, Silber oder Zinn in einem porösen Eisen-oder Stahlskelettkörper hergestellt.

Gemäss der Erfindung wird rostfreies Stahl- pulver, das geeignete kleine Korngrösse besitzt, in bekannter Weise unter wirtschaftlichen Drücken zwischen ungefähr 2800-11. 000 kg/cm2 zu einem porösen Skelettkörper gepresst, welcher z. B. die
Gestalt einer Stange, eines Ingots oder eines ge- brauchsfertigen Formkörpers besitzen kann. In den
Skelettkörper wird danach Kupfer oder eine
Kupferlegierung, Silber oder eine Silberlegierung oder Zinn oder eine Zinnlegierung eingeseigert, so dass das geschmolzene Infiltrat vollständig die zusammenhängenden Poren des Skelettkörpers ausfüllt und beim Kühlen mit seinen Körnern
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weise eine Korngrösse besitzen, deren Durchschnittsdurchmesser unter etwa, 75 Mikron ist.

Das Pulver des-Infiltrats kann in bekannter Weise beispielsweise auf den porösen Pressling aufgelegt oder brikettiertoderin Pillenformgebracht werden, wobei das Brikett oder die Pillen eine Oberfläche besitzen, deren Form dem Flächenteil des porösen
Presslings angepasst ist, durch welchen die Ein- seigerung besorgt werden soll. Die Briketts oder
Pillen können unter verhältnismässig geringem
Druck, wie z. B. 1500 /c, in billiger Massen- fertigung hergestellt werden. Die Briketts oder
Pillen können auch vorgesintert werden, um die pulverigen Legierungsbestandteile, wenn solche verwendetwerden, zu legieren oder den Zusammen- halt einer Pille aus einer fertigen Legierung zu erhöhen. Selbstverständlich können die Pillen auch in Formen gegossen werden.

Insbesondere t können fertige, marktgängige Kupferlegierungen, beispielsweise aus Kupfer, Eisen, Nickel und
Mangan in den oben angegebenen Verhältnissen, verwendet werden. Eine Korngrösse vor dem
Pressen der Briketts oder Pillen von etwa 250
Mikron Durchschnittsdurchmesser genügt.

In ähnlicher Weise kann Silber oder eine Silber- legierung und Zinn oder eine Zinnlegierung ange- wendet werden, d. h. entweder fertige Legierungen oder eine pulverige Mischung der Legierungs- bestandteile verwendet werden und die fertige
Legierung oder die Pulvermischung kann briket- tiert oder zu Pillen gepresst werden.

Der poröse Pressling aus rostfreiem Stahl wird vorteilhaft in eine Form oder Schiffen aus
Aluminiumoxyd, Sillimanit oder einem anderen hochhit7. ebestandigem keramischen Material oder
Mischung solcher Materialien eingesetzt.

Wie erwähnt, kann das Infiltrat in bekannter
Weise auf oder unter den porösen Pressling gelegt oder mit einer Seitenfläche desselben in
Berührung gebracht werden. Insbesondere kann das Infiltrat auch in ein Abteil einer Form ein- gesetzt werden, welche mit einem anderen Abteil kommuniziert, in welches der Pressling eingesetzt ist. Nach dem Schmelzen des Infiltrats fliesst es aus der einen Abteilung in die andere und wird in den Pressling eingeseigert. Zu letzterem
Zweck kann die eine Abteilung, in welcher das
Infiltrat erschmolzen wird, höher sein als die andere, in welcher der Pressling liegt ; natürlich kann die Form auch gekippt werden, um das
Einfliessen der Schmelze in die Abteilung zu bewirken, in welcher der Pressling liegt.

Während des Infiltrieren (Einseigerns) werden üblicherweise der Pressling und das Infiltrat in einem Ofen erhitzt, in welchem eine reduzierende oder Schutzatmosphäre aufrecht erhalten ist.

Abhängig von der Grösse des Presslings und seiner Porosität wird die Infiltrierung innerhalb
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haft im gleichen Ofen langsam abgekühlt. Wenn eine Kupferlegierung der früher erwähnten
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Zusammensetzung eingeseigert wird, die insbesondere Mangan enthält, ist irgendein aussen am Pressling verbleibender Rückstand des Infiltrats porös und brüchig und kann leicht abgehoben werden, so dass eine glatte Oberfläche verbleibt. Durch Zumischen eines Bruchteils eines Prozents pulverigen Aluminiumoxyd zu dem Infiltrat und durch Auflegen eines solchen Pulvers auf den Flächenteil, durch welchen die Einseigerung besorgt wird, kann das Abheben irgendeines erstarrten Überschusses des Infiltrats besonders erleichtert werden.

Zum Beispiel wurde ein poröser Pressling hergestellt aus rostfreiem Stahlpulver einer durchschnittlichen Korngrösse zwischen 250 und etwa 40 Mikron Durchmesser. Das Pulver enthielt 18% Chrom, 8% Nickel, weniger als 01% Kohlenstoff, Rest Eisen. Der Pressdruck betrug zwischen 3500 und 5750 kg cm2, so dass der Pressling eine Porosität von etwa 15% aufwies.

Das Infiltrat bestand aus 85% Kupfer, 5% Eisen, 5% Nickel und 5% Mangan. Nach dem Ein- seigem wurde ein dichter und fester Körper erhalten, der einer Hitzebehandlung unterworfen werden konnte, insbesondere zwecks Ausscheidungshärtung.

Als ein anderes Beispiel wurde aus rostfreiem Stahlpulver ein poröser Pressling der oben erwähnten Zusammensetzung und Porosität hergestellt und mit einer Kupferlegierung aus 75% Kupfer, 5% Eisen, 10% Nickel und 10% Mangan infiltriert. Der erhaltene Körper konnte einer Ausschetdungshärtung unterworfen werden und war besonders korrosionsfest, z. B. gegenüber Salpetersäure.

Beste physikalische Eigenschaften werden erhalten mit Presslingen aus rostfreiem Stahlpulver der oben erwähnten Zusammensetzung,
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Korngrössen aufweist, die sämtlich kleiner sind als einem Durchschnittsdurchmesser von 150 Mikron entspricht und 50% davon einen grösseren Durchschnittsdurchmesser als 70 Mikron und 50% einen Durchschnittsdurchmesser grösser als 40 Mikron aufweisen, während die Kupferlegierung ungefähr 90-93% Kupfer, 3-5% Eisen, 3-5% Nickel und bzw. oder 3-5% Mangan enthält. Die Zugfestigkeit betrug etwa 6480 kg/cm2 bei einer Dehnung von 20%, wenn der Prüfkörper in Ammungas bei 6S0 0 C während einer Stunde erhitzt und danach in Wasser abgeschreckt wurde.

Im Vergleich mit gegossenem und gehärtetem rostfreien Stahl ist dieses Resultat günstig, da dsr erstere gewöhnlich eine Zugfestigkeit von 6480 bis 8640 kg/cm2 bei einer Dehnung von 20 bis 40% aufweist. Prüfkörper aus rostfreiem Stahlpulver der angegebenen Zusammensetzung und KomgröSenvertcuung wiesen nach langsamem Kühlen im Ofen eine Raumerfüllung von 98%, eine Rockwell-B-Härte von etwa 82 und eine Festigkeit von 6200 kglcm2 bei einer Dehnung von 18% auf.

Nach einer Hitzebehandlung eines derartigen Prüfkörpers

während vier Stunden bei 375 Q C'wurde eine Zugfestigkeit von 6350 A/cM bei einer Dehnung von 19% und eine Rockwell-B-Härte von 86 5 beobachtet.

Aus einem Pressling von 15% Porosität aus rostfreiem Stahlpulver der oben erwähnten Zusammensetzung und Korngrössenverteilung, der mit ungefähr 3600-4300 kg/cm2 verpresst und darauf mit einer Kupferlegierung der oben erwähnten Zusammensetzung infiltriert wurde, die vorher granuliert und danach brikettiert worden war, wurde nach dem Kühlen im Ofen ein Körper erhalten, dessen Raumerfüllung grösser als 98% war, dessen Rockwell-B-Härte 90-5 und Zugfestigkeit 6100 kg/ern2 bei 15% Dehnung betrugen.

Ein Pressling von 15% Porosität der früher erwähnten Zusammensetzung, der mit einer Kupferlegierung der früher erwähnten Zusammensetzung in der zuletzt beschriebenen Weise infiltriert wurde, besass guten Korrosionswiderstand, besonders gegen Luft, Feuchtigkeit, Salzwasser und grösseren Korrosionswiderstand gegen Schwefelsäure als gegossener rostfreier
Stahl und oxydierte geringfügig bei erhöhter Temperatur. Er wies eine Zugfestigkeit von 5050 kg'c und eine Mindestdehnung von 10% auf.

Ein Presskörper, infiltriert mit Silber oder einer Silberlegierung war in gleichem Masse korrosionsfest, jedoch weniger wirtschaftlich wegen des Preises von Silber.

Ein Pressling infiltriert mit Zinn oder einer
Zinnlegierung entsprechend niedriger Schmelz- temperatur war gleichfalls korrosionsfest : ; er wird bei niedrigen Temperaturen mit Vorteil verwendet, d. h. Temperaturen, die unter dem
Schmelzpunkt des Zinns oder der angewendeten
Zinnlegierung liegen, so z. B. für Behälter von
Nahrungsmitteln. Bei der Herstellung von rost- freien Eisenkörpern, die mit Zinn oder einer
Zinnlegierung infiltriert werden, ist es vorteilhaft, den porösen Pressling vorzusintern, um seine
Festigkeit zu erhöhen und Porosität zu verringern und das Zinn oder die Zinnlegierung erheblich uber ihren Schmelzpunkt zu überhitzen, vorteil- haft auf ungefähr 1000-1100 C während des Emseigerns.

Im allgemeinen ist das Vorsintern des Presslings aus rostfreiem Stahl empfehlenswert, wenn verhältnismässig kleine Mengen des Infiltrates benutzt werden, um dem erhaltenen Werkstoff oder Formkörper die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erteilen.

Gemäss der Erfindung wird ein Werkstoff oder Formkörper erhalten, der hauptsächlich aus einem Netzwerk aus rostfreiem Stahl besteht, das mit einem anderen Netzwerk der angegebenen Metalle oder Metallegierungen durchsetzt und mit diesem gewöhnlich wenigstens oberflächlich legiert ist. Das letztere Netzwerk füllt die Poren des ersteren vollständig aus.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Korrosionsbeständiger, dichter und mechanisch fester Metallkörper mit einem porösen Stahlskelett, dessen Poren mit Kupfer, Silber oder Zinn ausgefüllt sind, wobei 65-95os des Körpers auf das Stahlskelett entfällt und der Rest auf die metallische Porenausfüllung, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Stahlskelett aus rostfreiem Stahl besteht.

Claims

2. Metallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rostfreie Stahl dz Chrom, 6-10% Nickel und 0-04 bis höchstens 0. Kohlenstoff enthält, das Infiltrat 530BO des Körpers beträgt und aus einer Legierung von 75 bis 95% Kupfer mit Eisen und Mangan, gegebenenfalls aus grösseren Mengen Nickel, besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines Metallkörpers nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Pressling aus rostfreiem Stahlpulver mit einer Porosität von 35 bis 5% eine Schmelze eingeseigert wird, welche mindestens eines der Metalle Kupfer, Silber und Zinn oder deren Legierungen als Hauptbestandteil enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine Schmelze einer fertigen Kupfer-, Silber-oder Zinnlegierung eingeseigert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein poröser Pressling aus rostfreiem Stahl mit einer fertigen Kupferlegierung aus etwa 90-93%Kupfer, 3-5% Eisen und 35So Mangan infiltriert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass der poröse Pressling aus rostfreiem Stahl mit einer Legierung aus etwa 85-90" < ) EMI3.1