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Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus aufgekohltem Eisenpulver
Pulvermetallurgische Sinterkörper aus Eisen, die Kohlenstoff in gelöster Form enthalten, zeichnen sich gegenüber kohlenstoffarmen oder - freien Sinterkörpern durch erhöhte Festigkeit aus. Sie können ausserdem ähnlich dem Stahl durch Abschreckung gehärtet werden. Die bisher bekannten Methoden zur Herstellung solcher härtbarer Sinterkörper weisen mannigfache Mängel auf. Geht man zur Herstellung von dem schwer zu vermahlenen Stahl aus, so sind die Kosten für die Gewinnung des Stahlpulvers ausserordentlich hoch. Man hat daher bereits vorgeschlagen, kohlenstoffhältige Eisenpulver (z. B.
Gusseisenpulver, das durch Mahlung hergestellt wird) mit kohlenstoffarmen Eisenpulver in einem solchen Verhältnis zu vermischen, dass das Gemenge den gewünschten Kohlenstoffgehalt aufweist, oder kohlenstoffarmes Eisenpulver mit Kohlenstoff in Form von feingemahlenem Graphit, Russ usw. im gewünschten Verhältnis zu vermengen. In beiden Fällen wird die Mischung zu Sinterkörpern gepresst und unter Schutzgas gesintert. Da jedoch in diesem Falle der Kohlenstoff während des Sinterprozesses vom Eisen gelost und durch Diffusionsglühung im Sinterkörper gleichmässig verteilt werden muss, erfordert diese Arbeitsweise sehr lange Sinterzeiten. Nach einem anderen Vorschlag wird kohlenstoffarmes Eisenpulver zu Sinterkörpern verpresst, welche während des sinterprozesses durch Zementation mittels eines kohlenstoffabgebenden Schutzgases, z. B.
Kohlenmonoxyd, Kohlenwasserstoffen oder diese enthaltenden Gasen, wie Leuchtgas, usw., aufgekohlt werden. Das Ergebnis ist aber un- befriedigend, weil zufolge der nur oberflächlichen
Zementation der Randkohlenstoffgehalt des Sinter- körpers wesentlich höher liegt als in seinem Inneren.
Eine Vergleichmässigung ist auch durch lange
Diffusionsglühung, besonders bei Behandlung grösserer Körper, nicht zu erreichen.
Schliesslich ist auch schon vorgeschlagen worden,
Eisen von hohem Kohlenstoffgehalt in fein vei- teilter Form einer Entkohlung zu unterwerfen, um ein weiches Eisen von niedrigem Kohlenstoff- gehalt zu gewinnen, dieses letztere bis zur Ge- winnung eines femen Pulvers von der für metall- keramische Zwecke geeigneten niedrigen Korn- grösse mechanisch ka zerteilen und dieses Pulver dann bei hoher Temperatur mit CO, CO, Leuchtgas u. dgl. aufzukohlen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus aufgekohltem Eisenpulver, das im wesentlichen darin besteht, dass ein durch Reduktion von Eisenoxyden bzw.
Eisensalzen gewonnenes Eisenpulver, sogenanntes Reduktionspulver, als Ausgangsmaterial verwendet und dieses kohlenstoffarme Eisenpulver in an sich bekannter Weise aufgekohlt und hernach zu Formkörpern verpresst und gesintert wird.
Es wurde nämlich gefunden, dass sich aufgekohlte Reduktionspulver zufolge ihrer besonders gearteten Oberflächenausbildung durch eine ausgezeichnete Verpressbarkeit auszeichnen, d. h., die daraus hergestellten Presslinge zeigen im ungesinterten Zustand einen erheblich besseren Zusammenhalt als solche aus Pulvern, die durch Mahlung oder auf andere Weise aus regulinischem Eisen hergestellt sind. Die Reduktionspulver sind ferner billig zu erzeugen. Nach den bekannten Reduktionsverfahren hergestellt, weisen sie nur einen geringen Gehalt an Kohlenstoff auf. Durch Aufkohlung der Reduktionspulver im unmittel- baren Anschluss an den Reduktionsprozess kann der Gehalt an gelöstem Kohlenstoff entsprechend erhöht werden.
Da die Zementationsmittel Kohlenoxyd (das auch bei der Zementation mit Kohlen- stoff das eigentliche Zementationsmittel ist) und/oder gas-und dampfförmige Kohlen- wasserstoffe für Eisenoxyde ausgezeichnete
Reduktionsmittel und gleichzeitig Aufkohlungs- mittel sind, so kann man mit den gleichen für die
Reduktion angewandten Mittel im Anschluss an die Reduktion das entstandene Eisenpulver oder den Eisenschwamm zementieren und in dieser
Weise das Reduktionspulver dem Verfahren gemäss der Erfindung ohne besondere Mehrarbeit oder Mehrkosten dienstbar machen. Die Auf- kohlung des kohlenstoffarmen Reduktionspulvers kas sot der Verarbeitung zum Formkörper nach den in der Einsatzhärtung üblichen Methoden, z.
B. mit kohlenstoffhaltigen festen Stoffen, wie
Kohle, Koks. u. dgl., mit Kohlenmonoxyd oder solches enthaltenden Gasen oder mit Kohlen- wasserstoffen vorgenommen werden. Insbesondere sind Methan oder solches in grösseren Mengen enthaltende Gase, wie Naturgas, Leuchtgas,
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Koksofengas usw., für die Zementation des Eisenpulvers gut geeignet. Die Menge entkohlendwirkender Bestandteile, wie Kohlensäure, Sauerstoff, Wasserdampf und in geringem Masse Wasserstoff, ist in der Gasatmosphäre möglichst niedrig zu halten. Vorzugsweise wird die Zementation in einem Temperaturgebiet von 700 bis 1200 C vorgenommen. Bei Einhaltung hoher Temperatur und entsprechend langer Glühdauer gelingt es, im Reduktionspulver einen Kohlenstoffgehalt bis zu 3% zu erreichen.
Das Reduktionspulver ist sehr feinkörnig ; die Korngrösse soll nicht über 0. 5 mm liegen.
Die Bedingungen für eine rasche und gleichmässige Aufkohlung liegen bei dem Verfahren gemäss der Erfindung besonders günstig, da die Oberfläche der Pulverteilchen des Reduktionpulvers im Verhältnis zu ihrem Volumen sehr gross ist. Der Kohlenstoff wird daher oberflächlich rasch gelöst und muss im ungünstigsten Falle bei den gröberen Kornanteilen nur eine Strecke von einigen Zehntelmillimetern bis in den Kern der Partikel diffundieren. Es treten daher keine grossen Unterschiede im Kohlenstoffgehalt zwischen Oberfläche und Kern auf, wie dies bei der Einsatzhärtung die Regel ist. Wird das Eisenpulver in dickeren Schichten der Zementation unterworfen, so hat das kohlenstoffabgebende Zementationsgas zufolge der hohen Porosität des geschütteten Eisen-, bzw.
Eisenschwammpulvers dennoch die Möglichkeit, in dieses leicht einzudringen und auch im Inneren den Kohlenstoff abzugeben, so dass der Kohlenstoff nicht durch Diffusion in das Innere der Schüttung gelangt, sondern direkt an den Pulverteilchen angelagert wird.
Zur Durchführung des Verfahrens gemäss der
Erfindung kann man beispielsweise wie folgt vorgehen :
1. a) Kohlenstoffarmes, durch Reduktion von
Eisenoxyd oder Eisensalzen gewonnenes Pulver mit einer 0 5 mm nicht übersteigenden Körnung und Kohlenstoff (als solcher können verwendet werden : Stein-und Braunkohle, Steinkohle- schwel-und Hochtemperaturkohle, Holzkohle,
Torfkohle und-koks und alle anderen für die
Einsatzhärtung gebräuchlichen festen Zemen- tationsmittel) werden, gegebenenfalls unter Zu- gabe von Aktivierungssalzen, wie z. B. Erdalkali- karbonaten oder-chloriden, vermischt und in, geeigneten Gefässen einem Glühprozess unter worfen, wobei durch Einhaltung einer durch Vorversuche zu bestimmenden Glühzeit und Temperatur die gewünschte Aufkohlung des Eisenpulvers erfolgt.
Nach beendeter Glühung und Abkühlung unter Luftabschluss wird das aufgekohlte Reduktionspulver vom überschüssigen Zementationsmittel getrennt, was am einfachsten durch Magnetscheidung geschieht. Der Glühprozess kann in Muffeln oder Retorten kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. b) Reduktionspulver der angeführten Korngrösse und festes Zementationsmittel werden, gegebenenfalls unter Zugabe von Aktivierungmitteln, in horizontalen oder vertikalen Schichten in einem Glühgefäss gelagert und dem Glühprozess unterworfen. Bei dieser Behandlung fritten die einzelnen Pulverschichten zu porösen Platten zusammen, die leicht durch Brechen oder Mahlen, oder diese beiden Massnahmen, wieder zu Pulver zerlegt werden können. Im übrigen gelten dieselben Bedingungen wie unter 1 a).
2. Reduktionspulver von einer Korngrösse bis
0 5 mm wird bei einer Temperatur von 700 bis 1200 0 C mit Kohlenoxyd oder gas-oder dampfförmigen Kohlenwasserstoffen in Berührung gebracht, wobei sich die Menge des gelösten Kohlenstoffes nach der Temperatur, Glühzeit und der Gasmenge richtet. Der Prozess kann in Glühtöpfen oder in Dreh-und Trommelöfen oder Fortschaufelungsöfen oder sonstigen geeigneten Apparaten vorgenommen werden.
3. Die Zementation kann auch unter Vereinigung der Methoden nach 1. und 2. ausgeführt werden, wobei neben dem durch die Kohle gebildeten CO auch Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methan oder solches enthaltende Gase die Zementation bewirken.