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Die Erfindung bezieht sich auf durch Verfestigen eines Metallpulvers hergestellter Formkörper aus Verbundteilchen im wesentlichen einheitlicher Zusammensetzung mit zusammenhängendem, nichtporösem Gefüge, wobei von den mindestens zwei Bestandteilen der Verbundteilchen mindestens einer ein durch Druck verform- bares Metall ist.
Beim Herstellen von Metallteilen im Wege der Schmelzmetallurgie ergeben sich zahlreiche Schwierigkeiten. So treten beim Vergiessen komplexer Legierungen häufig Dendriten oder Seigerungen auf, die zu Schwierigkeiten beim anschliessenden Verformen und zu einem ungleichmässigen Ansprechen auf eine Wärmebehandlung führen.
Spröde Phasen beeinträchtigen dabei die Zähigkeit des Gusswerkstoffes, während Phasen mit sehr geringem Schmelzpunkt die Gefahr einer Warmbrüchigkeit heraufbeschwören und damit den Temperaturbereich der Warmverformung stark einengen. Aber selbst wenn eine Warmverformung möglich ist, behalten die Seigerungsphasen ihre längliche Form, was zu Anisotropie und andern Nachteilen führt.
Die vorerwähnten Schwierigkeiten treten bei den pulvermetallurgischen Verfahren kaum auf, die üblicherweise beim Herstellen dispersionsgehärteter Metalle und Legierungen aus fein zerteilten, nicht mischbaren Bestandteilen angewendet werden. Trotz dieser Vorteile besitzen jedoch auch die pulvermetallurgischen Verfahren ihre eigenen Schwierigkeiten.
Da die Möglichkeiten einer Homogenisierung auf die thermische Diffusion im festen Zustand und ein örtliches Anschmelzen begrenzt sind, erfordern die pulvermetallurgischen Verfahren ein Ausgangsmaterial, dessen Komponenten feinkrönig und gleichmässig verteilt sind. So müssen beim Herstellen einer Legierung aus einem Gemisch von Elementarpulvern die einzelnen Pulverkomponenten sehr feinkörnig sein, beispielsweise eine Korngrösse von 25,10 oder 3 ju oder noch geringer besitzen, um innerhalb kurzer Zeit im Wege der Diffusion eine homogene Legierung zu bilden.
Derartig feine Pulver neigen jedoch zur Selbstentzündung und zur Aufnahme von Verunreinigungen, wie beispielsweise Sauerstoff aus der Atmosphäre, wodurch die technologischen Eigenschaften nachteilig beeinflusst werden. Mechanisch gemischte Pulver unterschiedlicher Dichte neigen ausserdem beim Lagern und Handhaben zur Entmischung, so dass auch das Endprodukt inhomogen ist.
Um die Schwierigkeiten beim mechanischen Mischen zu vermeiden, werden häufig pulverförmige Vor- legierungen verwendet, die beispielsweise durch Zerstäuben einer Legierungsschmelze hergestellt werden kön- nen. Derartige Pulver sind jedoch sehr teuer und lassen sich nur unter Schwierigkeiten mit definierter Teilchen- grösse herstellen. Ausserdem können sie ebenfalls dendritische Seigerungsphasen aufweisen.
Ähnliche Schwierigkeiten treten beim Herstellen dispersionsverfestigter Metalle und Legierungen durch
Verfestigen einer mechanischen Mischung der Komponenten auf. Auch in diesem Falle sind zur Verunreinigung neigende feinkörnige Metallpulver erforderlich, wozu sich noch die Schwierigkeit gesellt, dass die feuerfesten dispersoiden Teilchen unter dem Einfluss einer statischen Aufladung vom Ausflocken und die Pulverkomponenten bei der Lagerung und Handhabung des Pulvergemisches zur Entmischung neigen. Das Ausflocken und Ent- mischen führt infolge der Bildung von Zeilen aus dispersoiden Teilchen und benachbarten, an dispersoiden Teilchen verarmten Zonen zu inhomogenen Knetprodukten.
Eine solche Zeiligkeit und die damit verbundenen Fehler wirken sich besonders bei unter Belastung stehenden Konstruktionsteilen insbesondere bei hohen Temperaturen schädlich aus. Die verarmten Zonen tragen kaum zur Festigkeit des Bauteiles bei, so dass ein Bauteil, dessen verarmte Zonen mehr als 10 Vol. do des Gefüges ausmachen, eine merklich geringere Festigkeit besitzt, als ein fehlerfreie Bauteil. Ausserdem stellen die groben Konzentrationen feuerfester Teilchen in den Zeilen Zonen einer Spannungskonzentration dar, die auf diese Weise zu einem bedeutenden Faktor bei Fehlern unter hoher Temperaturbelastung werden, insbesondere bei einer Wechselbeanspruchung.
Zu den nichtmechanischen Verfahren zum Mischen von Metallen und nichtmetallischen Teilchen gehört die innere Oxydation, bei der ein Legierungspulver mit einem Pulverbestandteil wie Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium oder Thorium selektiv oxydiert wird, um in einer metallischen Grundmasse verteilte schwerschmelzende Oxyde zu erzeugen.
Auch dieses Verfahren erfordert ein feinkörniges Metall und ist im wesentlichen auf einfache binäre Legierungen beschränkt. Ausserdem lässt es sich ohne Oxydation des Chroms nur unter Schwierigkeiten auf chromhaltige Nickellegierungen und rostfreie Stähle anwenden. Dieses Verfahren ist im allgemeinen nur auf einfache Systeme wie beispielsweise Nickel-Aluminium, Kupfer-Aluminium, Nickel-Thorium oder Kupfer-Silizium anwendbar, bei denen die freie Enthalpie der Oxydation des Bettungsmetalls bis 80 Kcal je Grammatom Sauerstoff beträgt.
Wird dagegen zunächst das gesamte Pulver oxydiert und dann selektiv reduziert, um feuerfeste Oxyde zu erhalten, dann ist es sehr schwierig, die Oxyde der metallischen Grundmasse vollständig zu reduzieren, insbesondere wenn es sich dabei um Oxyde des Chroms, Aluminiums und Titans handelt.
Weiterhin sind verschiedene nasstechnische Verfahren zum Herstellen dispersionsgehärteter Metalle und Legierungen bekannt. Beim Flammüberziehen wird ein Metall- oder Legierungspulver mit einem Salz des gewünschten feuerfesten Oxyddispersoids durch Mischen der Teilchen mit einer Salzlösung überzogen und an-
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schliessend das Lösungsmittel verdampft.
Auf diese Weise kann Nickelpulver mit einer Lösung von Thoriumnitrat in Alkohol vermischt werden. Da- nach wird das überzogene Pulver in reduzierender oder inerter Atmosphäre geglühlt, um das Salz in seine Oxyde zu zersetzen, die dann die Oberfläche der Metallteilchen überziehen.
Auch bei diesem Verfahren führt die Verwendung feiner Metallpulver im Hinblick auf einen geringen Ab- stand der dispersoiden Teilchen zu der Gefahr von Verunreinigungen. Ausserdem muss Vorsorge getroffen wer- den, um ein Verbrennen der Pulverteilchen beim Zersetzen des Salzes zu vermeiden. Schliesslich besteht die
Gefahr von Seigerungen, da der zuletzt verdampfende Flüssigkeitsteil häufig einen besonders hohen Salzgehalt aufweist. Im übrigen neigt das Gefüge der nach diesem Verfahren hergestellten gekneteten Produkte zu Oxyd- zeilen.
Beim selektiven Reduzieren wird ein inniges Gemisch aus Metalloxyde, von denen eines reduzierbar ist, während das andere die dispersoide Oxydphase bildet, beispielsweise durch gleichzeitiges Ausfällen der Metall- hydrate und deren Oxydation sowie die anschliessende Reduktion des Oxyds der Bettungsmasse hergestellt.
Die dabei anfallenden Pulvergemische sind ausserordentlich pyrophor und feinkörnig, weswegen sie zur
Verunreinigung neigen. Dieses und die andern Nassverfahren bergen eine Reihe von Schwierigkeiten bei der
Handhabung der Werkstoffe ; sie neigen zu Verunreinigungen und sind im allgemeinen kostspielig.
In der brit. Patentschrift Nr. 821, 336 wird der Vorschlag gemacht, als Ausgangsmaterial für pulver- metallurgische Verfahren Pulver aus einer Komponente mit hohem Schmelzpunkt, einem harten Feuerfeststoff und einem duktilen Metall zu verwenden, wobei die Teilchen der einen Komponente mit den andern Komponenten überzogen werden.
Dies kann durch chemische Zersetzung oder Abscheiden aus der Dampfphase auf den Feuerfestteilchen sowie durch Überziehen von Teilchen aus duktilem Metall mit einer Oberflächenschicht aus einem Metall geschehen, das bei der Oxydation ein keramisches Oxyd ergibt.
Ähnliche Teilchen fallen beim langzeitigen Mischen eines duktilen Metalls und eines feuerfesten Oxyds, beispielsweise von Nickel und Thoriumoxyd, in einer üblichen Kugelmühle mit einem Volumenverhältnis der Kugeln zum Pulver von beispielsweise bis 3 : 1 an.
All diese Pulvergemische besitzen jedoch den Nachteil, dass die Grösse des Kerns der überzogenen Teilchen im wesentlichen auf die Korngrösse des betreffenden Ausgangspulvers beschränkt ist und dass das damit verbundene relativ grobe Gefüge auch in den aus dem Pulver hergestellten gekneteten Produkten wieder erscheint und zu Dispersoidzeilen und damit verbundenen dispersoidfreien Zonen führt.
Beim pulvermetallurgischen Herstellen von Teilen aus normalerweise in flüssigem und/oder festem Zustand nicht mischbaren Metallen, beispielsweise aus Eisen und Kupfer kann ein gesinterter Poröskörper aus dem einen Metall mit einer Schmelze des andern Metalls infiltriert oder das Gemisch zweier Metallpulver gesintert werden.
Die Verteilung des Kupfers ist unabhängig von dem jeweiligen Verfahren entweder durch die Porengrösse des Sinterkörpers oder durch die Körnung des Ausgangspulvers begrenzt. Ausserdem führt die Anwesenheit einer flüssigen Phase bei der Infiltration oder beim Sintern zu einer Mikroseigerung.
Die Erfindung überwindet alle diese Schwierigkeiten und führt zu isotropen Metallteilen mit ausserordentlich homogenem Gefüge, das im wesentlichen seigerungsfrei ist und keine Zeilen aufweist. Ein nicht dispersionsgehärteter Teil kann dann als im wesentlichen frei von Zeilen und Seigerungen angesehen werden, wenn er weniger als 10 Vol. -10 Zeilen cxIer Zonen aufweist, deren Mindestgrösse in einer Richtung 25 beträgt, in denen sich eine merkliche Abweichung in der mittleren Zusammensetzung ergibt, d. h. eine Abweichung, die lCP/o des Durchschnittsgehaltes des seigernden Elementes übersteigt.
Als Grenze der Seigerungen gilt eine Linie, auf der die Abweichung in der Zusammensetzung vom Mittelwert 501o der maximalen Abweichung in der Konzentrationszone beträgt. Konzentrationszonen, deren geringste Ausdehnung unter 25 liegt, gelten dagegen nicht als Seigerungszonen. Vorzugsweise beträgt die geringste Breite einer Zeile oder einer Zone unterschiedlicher Zusammensetzung höchstens 10 und der Anteil an Zeilen und Seigerungszonen weniger als 5 Vol. -10.
Bei dispersionsverfestigen Teilen sollte die kleinste Abmessung 3 Jl nicht übersteigen und vorzugsweise unter 1 oder auch unter 0, 5 je liegen. Abweichungen der erwähnten Art in der Zusammensetzung können beispielsweise mittels einer Mikrosonde festgestellt und gemessen werden.
Die Gegenstände und Teile werden erfindungsgemäss aus einem nach der österr. Patentschrift Nr. 305658 erzeugten Metallpulver aus Verbundteilchen hergestellt, bei dem die innig vereinigten Bestandteile der Verbundteilchen, von denen das durch Druck verformbare Metall mindestens 15 Vol. -10 ausmacht, ineinander dispergiert sind und die Härte der Verbundteilchen durch mechanische Bearbeitung im wesentlichen auf ihren Sättigungswert gebracht ist.
Diese Pulver weisen ein festzusammenhängendes, nichtporöses Gefüge und die Einzelteilchen im wesentichen die Zusammensetzung des Pulvers auf. Das Gefüge der Verbundteilchen lässt sich am ehesten als mechanische Legierung bezeichnen.
Die Komponenten der Verbundteilchen können mit Ausnahme der verformbaren Metallkomponente aus
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andern Metallen oder Nichtmetallen einschliesslich feuerfester Oxyde und anderer harter Phasen bestehen, die sich für dispersionsgehärtete Legierungen eignen. Unter den Begriff Metall fallen in diesem Zusammenhang selbstverständlich auch die Metallegierungen.
Der Durchschnittsabstand zwischen den Subteilchen der Komponenten der Verbundteilchen sollte so klein wie möglich sein, um die Thermodifussion beim Glühen und damit die Legierungsbildung zu erleichtern. Vor- eilhafterweise übersteigt die Teilchengrösse 10 p und vorzugsweise bei dispersionsgehärteten Teilen 3 li oder auch l nicht. Sie kann auch weit unter 1 liegen, während die Verbundteilchen im allgemeinen eine Durch- schnittsgrösse von 20 bis 200 li besitzen, obwohl die Teilchengrösse auch geringer sein kann, wenn es möglich ist, die Teilchen mit einem ausreichend feinen Gefüge herzustellen.
Die Vorteile der Verwendung solcher Pulver aus gekneteten Verbundteilchen für die Pulvermetallurgie be- steht darin, dass die Teilchen als Bauteile des Fertiggefüges dienen und sich die Homogenität jedes Einzel- teilchens auf das Endprodukt überträgt.
Im Gegensatz dazu führt die Verwendung inhomogener, ein Dispersoid enthaltender Verbundteilchen beim
Herstellen fester Gegenstände nicht zu einem homogenen Gesamtgefüge. Der Abstand zwischen den Bestandteilen hängt beim Fertigprodukt natürlich von dem Verformungsgrad bei der Formgebung und Verfestigung ab und ist im allgemeinen geringer als in den Pulverteilchen.
Abstände unter 3 oder auch 1 li und vorzugsweise noch geringere Abstände sind insbesondere bei einem feuerfesten Dispersoid enthaltenden Pulvern von grossem Vorteil.
Die Pulverteilchen befinden sich vorteilhafterweise in einem stark kaltverfestigten Zustand, da dies beim Glühen zu einer Beschleunigung der Legierungsbildung im Wege der thermischen Diffusion führt und die Warmverformung, beispielsweise das Warmstrangpressen einer bestimmten Masse von Pulverteilchen erleichtert. Der Grund hiefür liegt vermutlich in dem äusserst feinkörnigen Gefüge, das sich beim Zusammenwachsen der kaltverformten Teilchen beim Erwärmen für die Warmverformung ergibt.
Das Mehrkomponentenpulver kann in der Weise hergestellt werden, dass ein Gemisch aus mindestens 15 Volez eines druckverformbaren Metallpulvers mit einem oder mehreren andern Metall- oder Nichtmetallpulvern in einer Hochenergie-Schlagmühle, beispielsweise in einer mit eire m Rührer versehenen und mit Verschleisskugeln gefüllten Mühle mit ausreichend hoher Energie und ausreichend lang trocken gemahlen wird, um die Teilchen des verformbaren Metalls auf weniger als die Hälfte, vorzugsweise auf weniger als ein Fünftel oder auch ein Zehntel ihrer ursprünglichen Grösse zu verkleinern und gleichzeitig die Mischungskomponenten miteinander zu vermahlen bzw. zu verbinden, so dass nichtporöse, geknetete Teilchen mit einem feindispersen Haftungsgefüge entstehen.
Um das gewünschte Gefüge zu erreichen, kann das Mahlen unter Bedingungen, die zu einer Kaltverfestigung führen, mindestens so lange fortgesetzt werden, bis die Härte der Verbundteilchen um die Hälfte des Betrages angestiegen ist, der sich aus der Differenz zwischen der ursprünglichen Härte und einer auch bei fortdauerndem Mahlen sich einstellenden gleichbleibenden End- bzw. Sättigungshärte ergibt.
Während des trockenen Mahlens werden die Verbundteilchen immer wieder zerbrochen und im Wege der Kaltverformung neu aufgebaut, so dass die Zusammensetzung der Teilchen immer gleichmässiger und ihr Gefüge immer feiner wird. Vorteilhafterweise wird das Pulver bis zur Sättigungshärte und vorzugsweise sogar über diesen Punkt hinaus gemahlen, bis das Gefüge eine ausreichende Feinheit erreicht hat.
Ein Weitermahlen über die Maximalhärte hinaus ist insbesondere bei komplexen Legierungen von Vorteil, da diese ihre Sättigungshärte bereits zu einem Zeitpunkt erreichen, zu dem ihr Gefüge noch weniger gleich- mässig ist als bei den nichtlegierten Metallen, was sich durch die härtende Wirkung der andern harten Bestandteile, beispielsweise der Fragmente der Vorlegierungen erklärt.
Die Verbundteilchen bestehen aus miteinander verschweissten oder metallurgisch gebundenen Fragmenten der Ausgangsteilchen, die normalerweise weniger als ein Fünftel und vorzugsweise weniger als ein Zehntel der Durchschnittsgrösse der Ursprungsteilchen besitzen. Die im Ausgangspulver enthaltenen Feuerfestteilchen sind feindispers und nahezu entsprechend den Minimalabmessungen der Fragmente in den einzelnen Verbundteilchen verteilt.
So beträgt der Durchschnittsabstand zwischen den Feuerfestteilchen in den Verbundteilchen weit weniger als die Abmessungen der Ausgangsteilchen und liegt vorteilhafterweise unter 1 lui bis herunter zu 0, 5 li oder weniger. Auf diese Weise existieren in den einzelnen Verbundteilen praktisch keine dispersoidfreien Inseln oder Zonen.
Das trockene Mahlen mit hoher Schlagenergie kann in einer Rührarm-Kugelmühle erfolgen, die aus einem ortsfesten vertikalen Zylinder mit einem Satz Kugeln sowie einer koaxialen Rührwelle besteht, die sich im Abstand voneinander erstreckende, im wesentlichen horizontal verlaufende und die Hauptmasse der Kugeln in kontinuierlicher Relativbewegung haltende Rührarm besitzt.
Eine derartige Mühle wird in Perry's"Chemical Engineerts Handbook", 4. Auflage 1963, S. 8 bis 26 beschrieben und ist schematisch in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Sie besteht aus einem teilweise im Schnitt dargestellten aufrechtstehenden Zylinder --13- mit einem Kühlmantel--14--, in dem über ein Einlassrohr --15- und ein Auslassrohr --16-- ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser zirkuliert. Im Zylinder-13-befin-
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det sich eine koaxiale Welle --17-- mit horizontalen Rührarmen --18, 19 und 20--. Die Mühle ist mit Kugeln - gefüllt, deren Schütthöhe ausreicht, um mindestens einige Rührarme zu überdecken.
Die für eine ausreichende Dispersion erforderliche Mahlzeit t, die Rührgeschwindigkeit W in Umdr/min,
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fahrensbedingungen experimentell ermittelt worden sind, die Verfahrensbedingungen jeder ähnlichen Mühle im vorhinein bestimmt werden.
Soweit nichts anderes erwähnt wird, handelt es sich bei den Kugelmühlen der nachfolgend referierten Ausführungsbeispiele um wassergekühlte Mühlen der oben beschriebenen Art. Bei der in Umdr/min angegebenen Umdrehungsgeschwindigkeit handelt es sich um die Umdrehungen der koaxialen Welle mit den Rührarmen. Bei allen Versuchen war der Mahlbehälter, sofern nichts anderes angegeben ist, versiegelt, um jeden Luftzutritt während des Mahlens mit Ausnahme der ursprünglich im Behälter befindlichen Luft zu verhindern.
Ausser der vorerwähnten Kugelmühle eignen sich auch Vibrationskugelmühlen, Hochgeschwindigkeitsrüttelmühlen und Planetenkugelmühlen zur Verarbeitung des Pulvergemisches. Unabhängig vom jeweiligen Mühlentyp müssen die Kugeln oder andere Verschleisskörper hart und zäh genug sein, um das verformbare Metall zu komprimieren.
Sie bestehen daher vorzugsweise aus Metall oder Cermets, beispielsweise aus Stahl, rostfreiem Stahl, Nickel oder Wolframkarbid und besitzen im Vergleich zu den Abmessungen der Mühle einen verhältnismässig geringen Durchmesser sowie eine im wesentlichen gleichmässige Grösse.
Die Verbundpulver und damit auch die Teile aus dem Verbundwerkstoff können innerhalb sehr weiter Gehaltsgrenzen die unterschiedlichsten Zusammensetzungen besitzen. Dazu gehören die verschiedensten Metallsysteme und sowohl einfache binäre oder auch komplexe Legierungen, sofern diese ein druckverformbares Metall enthalten.
Zu den einfacheren Legierungen gehören solche auf Basis Blei, Zink, Aluminium und Magnesium, Kupfer,
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mit einem oder mehreren Legierungszusätzen wie beispielsweise Molybdän, Wolfram, Niob, Tantal, Aluminium, Titan, Zirkonium mit oder ohne solche Metalle wie beispielsweise Kohlenstoff und Bor.
Dispersionsgehärtete binäre oder komplexe Knetlegierungen lassen sich aus den Verbundpulvern mit einer homogen verteilten Phase aus feuerfesten Verbindungen herstellen. Zu diesen feuerfesten Verbindungen gehören Oxyde, Karbide, Nitride und Boride solcher Metalle wie Thorium, Yttrium, Zirkonium, Hafnium, Titan und auch die keramischen Oxyde des Siliziums, Aluminiums, Zers, Urans, Magnesiums, Kalziums, Berylliums, die Seltenen Erdmetalloxyde und oxydisches Didym.
Als dispergierte Phase verwendbare keramische Oxyde kommen diejenigen Oxyde in Frage, deren freie Reaktionsenthalpie je Grammatom Sauerstoff bei etwa 250C mindestens 90 Kcal beträgt und deren Schmelzpunkt mindestens so hoch liegt wie der Schmelzpunkt der Bettungsmasse.
Der Anteil der harten Phase kann auf die Herstellung von Cermets abgestellt sein, solange ein ausreichender Anteil duktilen Metalls vorhanden ist, um eine Einbettung smasse für die harte Phase oder den Dispersoid zu schaffen. Sofern ausschliesslich eine dispersionsgehärtete Knetlegierung gewünscht wird, beispielsweise eine hochwarmfeste Legierung, kann der Anteil des Dispersoids 0, 5 bis 25 Vol.-lo, vorzugsweise 0, 05 bis 5 oder 10 Vol. dO betragen.
Die Erfindung lässt sich mit besonderem Vorteil beim Herstellen von Knetprodukten aus Metallsystemen anwenden, deren Komponenten eine nur begrenzte oder auch praktisch keine gegenseitige Löslichkeit im flüssigen und/oder festen Zustand besitzen, wie beispielsweise Blei oder Eisen mit Kupfer, Wolfram mit Kupfer oder Silizium mit Chrom und Kupfer.
Da es sich bei den Verbundpulvern um eine mechanische Legierung mit äusserst feinem Gefüge handelt, ist ihre Zusammensetzung und damit die Zusammensetzung der daraus hergestellten Fertigteile nicht durch die praktischen Überlegungen aus der Schmelztechnik oder herkömmlichen Pulvermetallurgie begrenzt.
Wichtig ist dabei auch, dass das nahezu völlige Fehlen jeder Seigerung in zahlreichen Fällen eine merkbare Verbesserung der Verformbarkeit im Vergleich zu Gusslegierungen derselben Zusammensetzung ergibt. Auf diese Weise erhält die Praxis zahlreiche neue und vorteilhafte Knetlegierungen.
Zu den zahlreichen Vorteilen der Verwendung von Pulvern aus gekneteten Verbundteilchen beim Herstellen fester, pulvermetallurgisch hergestellter Teile gehört das Einbetten reaktionsfähiger Elemente wie Chrom, Aluminium und Titan in die Grundmasse des verformbaren Metalls, um sie gegen eine Oxydation zu schützen.
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Die Verbundteilchen vereinigen in sich die Vorteile eines groben Pulvers einschliesslich der Lagerung ohne die Gefahr einer Verunreinigung, einer leichten Entgasung beim Pressen eines umhüllten Werkstücks, geringer
Brennbarkeit bzw. Entzündbarkeit, guter Fliesseigenschaften und hoher Dichte mit einer ausserordentlich innigen und feindispersen Mischung der Komponenten in jedem Einzelteilchen.
Die Formgebung und Verfestigung der Verbundteilchen lässt sich auf verschiedene Weise erreichen, bei- spielsweise durch mechanisches Verformen einschliesslich Strangpressen mit einer Umhüllung, Schmieden,
Walzen und Heisspressen. Die Verfahrenstemperatur hängt dabei von der Natur des betreffenden Pulvers ab.
Während des Erwärmens der Pulverteilchen auf die Verarbeitungstemperatur findet, soweit dies überhaupt möglich ist, bereits eine Homogenisierung und ein Glühen der Teilchen statt, wenngleich auch später noch eine weitere Wärmebehandlung angewendet werden kann. Vorzugsweise wird das Pulver vor der Weiterverar- beitung entgast.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert.
Die unter der Bezeichnung Superlegierungen bekannten chromhaltige sowie bei Anwesenheit von beispielsweise Niob, Titan und Aluminium aushärtbaren und/oder in fester Lösung durch Molybdän oder Wolfram härtbaren komplexen hochwarmfesten Legierungen auf Basis Nickel, Kobalt oder Eisen neigen, insbesondere bei hohem Gehalt an Legierungsmitteln zur Seigerung.
Das führt dazu, dass solche Legierungen beim Aushärten ungleichmässig ansprechen und sich Schwierigkeiten bei der Warmverformung ergeben. Bei der pulvermetallurgischen Herstellung oder beim Mischen der elementaren oder teilweise vorlegierten Pulver zeigt sich, dass sowohl das Chrom als auch das Aluminium und das Titan zur Oxydation neigen, so dass sie entsprechend den Oxydationsverlusten nicht mehr für ein Aushärten zur Verfügung stehen. Ausserdem kommt es auch bei diesem Verfahren zu den bereits erwähnten Seigerungserscheinungen.
Weitere Schwierigkeiten ergeben sich beim Dispersionsverfestigen von Superlegierungen wegen der raschen Bildung von Zeilen aus den Legierungszusätzen und den damit verbundenen an Legierungselementen verarmten Zonen. Das Herstellen von Fertigprodukten aus Superlegierungen unter Verwendung der erfindungsgemässen Verbundpulver aus gekneteten Einzelteilchen vermeidet die Gefahr einer Seigerung bei den herkömmlichen Superlegierungen und gestattet es, die Gehalte an Legierungselementen für das Aushärten oder das Härten im festen Zustand zu erhöhen ; es erlaubt ausserdem ein einfaches und rasches Herstellen dispersionsgehärteter Superlegierungen.
Die fertigen Knetprodukte besitzen ein homogenes Gefüge und sind im wesentlichen frei von Seigerungen, primären Anfangsphasen und Zeilen. Sie besitzen ausserdem gleichmässig verteilte Ausscheidungsphasen, wie die Untersuchung mit dem Elektronenmikroskop erweist. Die Teile können durch die verschiedensten erwähnten keramischen Oxyde, Karbide, Nitride und Boride dispersionsgehärtet werden.
Überraschenderweise lassen sich Festkörper aus den Verbundpulvem in weit grösserem Masse verformen als übliche Werkstücke mit derselben Zusammensetzung wie die Grundlegierung des Verbundpulvers. Dies äussert sich in geringeren Verformungstemperaturen im Vergleich zu derselben Verformung herkömmlicher Werkstücke, geringerem Verformungsdruck und grösseren Verformungsspannungen.
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583uCTabelleI
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> Handelsname <SEP> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> Co <SEP> Mo <SEP> W <SEP> Cb <SEP> Fe <SEP> Ti <SEP> Al <SEP> B <SEP> Zr
<tb> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%)
<tb> 1 <SEP> Legierung <SEP> 0, <SEP> 12-12, <SEP> 5 <SEP> Rest <SEP> - <SEP> 4,2 <SEP> - <SEP> 2,0 <SEP> - <SEP> 0,8 <SEP> 6,1 <SEP> 0,012 <SEP> 0, <SEP> 10
<tb> 713C
<tb> 2 <SEP> B-1900 <SEP> 0,10 <SEP> - <SEP> - <SEP> 8,0 <SEP> Rest <SEP> 10,0 <SEP> 6,0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> 6,0 <SEP> 0,015 <SEP> 0,10 <SEP> 4.
<SEP> 0 <SEP> Ta
<tb> 3 <SEP> GMR <SEP> 235-D <SEP> 0,15 <SEP> - <SEP> - <SEP> 15,5 <SEP> Rest <SEP> - <SEP> 5,0 <SEP> - <SEP> - <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 2,5 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP>
<tb> 4 <SEP> Inconel <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> 0,10 <SEP> 0,30 <SEP> 15,0 <SEP> REst <SEP> 28, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,7 <SEP> 2,2 <SEP> 3,0 <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 700
<tb> 5 <SEP> Inconel <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> 0,55 <SEP> 0,20 <SEP> 15,0 <SEP> Rest <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 6,5 <SEP> 2,4 <SEP> 0, <SEP> 6
<tb> 722
<tb> 6 <SEP> IN <SEP> 100 <SEP> 0,18 <SEP> - <SEP> - <SEP> 10,0 <SEP> Rest <SEP> 15,0 <SEP> 3,0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 4,7 <SEP> 5,5 <SEP> 0,014 <SEP> 0,06 <SEP> 1,0 <SEP> V
<tb> 7 <SEP> RENE <SEP> 41 <SEP> 0,09 <SEP> - <SEP> - <SEP> 19,0 <SEP> Rest <SEP> 11,0 <SEP> 10,0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 3,1 <SEP> 1,5 <SEP> 0,
<SEP> 005
<tb> 8 <SEP> UDIMET <SEP> 0,07 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 19,0 <SEP> Rest <SEP> 19,0 <SEP> 4, <SEP> 2---3, <SEP> 0 <SEP> 3,0 <SEP> 0,007 <SEP> 0, <SEP> 05
<tb> 500
<tb> 9 <SEP> S-816 <SEP> 0,38 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP> 0, <SEP> 40 <SEP> 20, <SEP> 0 <SEP> 20, <SEP> 0 <SEP> Rest <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 4,0 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 10 <SEP> WI-52 <SEP> 0,45 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> 0,25 <SEP> 21, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> Rest <SEP> - <SEP> 11,0 <SEP> 2,0 <SEP> 2,0
<tb> 11 <SEP> Legierung <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 0,10 <SEP> 12,5 <SEP> 42,5 <SEP> - <SEP> 5,7 <SEP> - <SEP> - <SEP> Rest <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 015
<tb> 901
<tb> 12 <SEP> Discaloy <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> 0,90 <SEP> 0, <SEP> 80 <SEP> 13,5 <SEP> 26, <SEP> 5-2, <SEP> 7--Rest <SEP> 1.
<SEP> 7 <SEP> 0,1 <SEP> 0, <SEP> 005
<tb> 13 <SEP> N-155 <SEP> 0,15 <SEP> 1,50 <SEP> 0,50 <SEP> 21,0 <SEP> 20,0 <SEP> 20,0 <SEP> 3,0 <SEP> 2,5 <SEP> 1,0 <SEP> Rest <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,15 <SEP> N
<tb> 14 <SEP> Nimonic <SEP> 0. <SEP> 15-0, <SEP> 25 <SEP> 15 <SEP> Rest <SEP> 15 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 0,015 <SEP> 0, <SEP> 04
<tb> 115
<tb> 15 <SEP> INI-586 <SEP> 0,05 <SEP> - <SEP> - <SEP> 25 <SEP> Rest <SEP> - <SEP> 10 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> Mg
<tb> 0.
<SEP> 03 <SEP> Ce
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Als stabile keramische Komponente dient vorteilhafterweise Thoriumoxyd, Yttriumoxyd, Zeroxyd oder Oxydgemische der Seltenen Erdmetalle wie beispielsweise oxydisches Didym in Gehalten von mindestens 0,2, vorzugsweise 0,5 bis 5 Viol.-%. Die Teilchengrösse sollte möglichst gering sein und beispielsweise unter 0,5 u liegen. Gute Ergebnisse wurden mit Teilchen in der Grössenordnung von 10 bis 1000 Ä, d. h. von 0, 001 bis 0, 1 J. l erzielt.
Die starke Kaltverformung beim Mahlen der hochschmelzenden Metallkomponenten einer Superlegierung beim Herstellen des Verbundpulvers ist von besonderem Vorteil. Dadurch werden nämlich die Diffusionskoeffizienten des Pulvers wirksam erhöht, was neben der innigen Mischung der Metallfragmente der Ausgangskomponenten und der damit verbundenen geringen Abstände zwischen den Komponenten eine rasche Homogenisierung und Legierungsbildung im Pulver beim Erwärmen auf die Homogenisierungstemperatur führt und, wie bereits erwähnt, die Warmverformbarkeit erhöht. Diese Vorteile sind beim pulvermetallurgischen Herstellen von Teilen mit komplexem Grundgefüge von besonderem Vorteil, wie sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen ergibt.
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0,04 u wurde vorgemischt.
Von dieser Mischung wurden dann 1300 g 47 h in einer Kugelmühle bei einem Verhältnis von Kugeln zu Pulver von 17 : 1 und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 176 Umdr/min unter Argon trocken gemahlen. Das dabei anfallende Verbundpulver wies eine ausgezeichnete Verteilung der Einlagerungen in den Einzelteilchen auf und besass bei 750-facher Vergrösserung ein streifiges Gefüge.
DiePulveranlayseergab73,86%Nickel, 19,3%Chrom,2,16%Titan,1,19%Aluminium,0,01%Kohlenstoff, unter 0, 051o Kupfer, 2, 93% Thoriumoxyd, 0, 0151o Aluminiumoxyd und 0, 013% Titanoxyd sowie vernachlässigbar kleine Gehalte an Verunreinigungen.
Nach dem Absieben einiger Grobteilchen mit einer Korngrösse über 350 lag die Körnung des Pulvers zwischen 45 und 350 , und wurde das Pulver nach dem Entgasen in einer Büchse aus rostfreiem Stahl bei 2. 10-5 mm Hg und 350 C mit einer Temperatur von 11750C und einem Verhältnis von 16 : 1 warmstranggepresst.
Der Pressling enthielt in feindisperser Verteilung Thoriumoxydteî1chen mit einer durchschnittlichen Korn- grösse von 0,04 fl mit einem Teilchenabstand unter 1 jn. Ausserdem war er frei von Zeilen und besass eine Härte von 275 HV. Ein 16-stündiges Lösungsglühen bei 12000C ergab eine Verringerung der Härte auf 235 HV, während durch ein anschliessendes 16-stündiges Aushärten bei 7050C die Härte auf 356 HV erhöht werden konnte.
Im Vergleich dazu besitzen schmelzmetallurgisch hergestellte Knetlegierungen mit im wesentlichen derselben Zusammensetzung des Grundgefüges nach dem Glühen nur eine Härte von 200 bis 250 HV, die beim Aushärten lediglich auf 290 bis 320 HV steigt.
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2 :pulver mit einer Korngrösse von 5 u, 11, 64% Chrompulver mit einer Korngrösse unter 74 und 3, l'J1/0 Thoriumoxydpulver mit einer Korngrösse unter 0,04 fl wurde 48 h unter Luft in einer Kugelmühle mit einem Volumenverhältnis von Kugeln zu Pulvern von 29 : 1 bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 176 Umdr/min trocken gemahlen.
Mikroskopische Prüfung des Pulvers zeigte, dass die Bestandteile sich innig miteinander vereinigt hatten und zusammenhängende Metallpulverpartikel bildeten, die ausgezeichnete Interdispersion der Bestandteile aufwiesen.
Nach dem Absieben der Teilchen über 350 li wurde ein Teil des Verbundpulvers nach einer Vakuumentgasung bei 4250C in einer Umhüllung aus rostfreiem Stahl bei 12000C und einem Pressverhältnis von 16 : 1 warmstranggepresst.
Der anfallende Pressling bestand aus 0, 07% Kohlenstoff, 10, 40% Chrom, 3,00% Molybdän, 1,60% Niob,
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0OT%und Chromoxyd waren sehr gering.
Teilstücke des Presslings wurden 4 h bei 12400C lösungsgeglühlt, um die Korngrösse zu erhöhen und das Gefüge zu homogenisieren. Anschliessend wurden sie zum Aushärten im Ofen abgekühlt. Das Gefüge dieser Legierung nach der Wärmebehandlung lässt bei 100-facher Vergrösserung eine Streckung der Körner in Strang- pressrichtung erkennen.
Eine elektronenmikroskopische Untersuchung der Legierung ergab sowohl eine primäre Aushärtungsphase als auch eine äusserst feine Verteilung der Thoriumoxydteilchen mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 0, 05
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sowie einem Teilchenabstand von weniger als 1 . Das feinkörnige Gefüge zeigt sich insbesondere bei 1000facher Vergrösserung unter dem Elektronenmikroskop.
Die hohe Warmfestigkeit der Legierung nach ihrer Wärmebehandlung ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle II.
Tabelle II
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<tb>
<tb> Versuchs-Streck-Zug-Dehnung <SEP> Eintemperatur <SEP> grenze <SEP> festigkeit <SEP> schnürung
<tb> (OC) <SEP> (kg/mm2) <SEP> (kg/mm2) <SEP> < ) <SEP> calo)
<tb> 760 <SEP> 69,6 <SEP> 79, <SEP> 0 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> 10, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 982 <SEP> 19, <SEP> 3 <SEP> 24,9 <SEP> 11, <SEP> 0 <SEP> 8, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 1093 <SEP> 7,3 <SEP> 8,2 <SEP> 9,0 <SEP> 24,5
<tb>
Die durch die feine Verteilung des Thoriumoxyds in der Legierung bewirkte Verbesserung zeigt ein Vergleich der Zeitstandfestigkeiten einer wärmebehandelten Legierung mit der hochwarmfesten ausgehärteten Gusslegierung 713, die kein Thoriumoxyd enthielt und deren Zusammensetzung ähnlich der Grundmasse der thoriumoxydhaltigen mechanischen Legierung war.
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eine Standzeit von 100 und 1000 h besassen.
Tabelle III
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<tb>
<tb> Standzeit <SEP> Belastung <SEP> (kp/mm2)
<tb> (h) <SEP> ThO2-haltige <SEP> Legierung <SEP> Legierung <SEP> 713
<tb> 100 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 1000 <SEP> 5, <SEP> 4 <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP>
<tb>
Beispiel 3 :
8,5 kg einer Pulvercharge aus 1550 Teilen einer Nickel-Vorlegierung mit 7% Aluminium, 140/0 Titan und 95 Digym, d.h. einer Mischung Seltener Erdmetalle aus 50% Lanthan mit Neodym, Praseodym und andern Seltenen Erdmetallen, die bis auf eine Korngrösse von 74 gemahlen werden war, sowie aus 1800 Teilen Chrompulver mit einer Korngrösse unter 74 ,u, 20,4 Teilen einer Nickel-Zirkonium-Vorlegierung, 3, 87 Teilen einer Nickel-Bor-Vorlegierung und 5241 Teilen Karbonylnickelpulver wurden 40 h bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 132 Umdr/min in einer 38 1 fassenden Kugelmühle trocken gemahlen, die 189 kg Nickel-Pellets einer Grösse von 6,3 mm enthielt.
Das dabei anfallende Verbundpulver wurde auf ein 350 11 Sieb gegeben und das Unterkorn in eine Stahlhülse mit einem Durchmesser von 8,9 cm gebracht, die anschliessend ohne sie zu evakuieren verschlossen wurde. Die das Pulver enthaltende Hülse wurde alsdann bei 10380C zu einem Rundstab mit einem Durchmesser von 1, 9 cm warmstranggepresst.
EMI8.4
Das Gefüge zeigt in Strangpressrichtung gestreckte Kristallite und wies im übrigen fein und gleichmässig verteilte Einschlüsse der Seltenen Erdmetalloxyde, insbesondere des Lanthanoxyds auf, die bei der Oxydation jer äusserst feinkörnigen Seltenen Erdmetalle durch den im Pulver vorhandenen Sauerstoff entstanden waren.
Die Zeitstandfestigkeiten des wärmebehandelten Knüppels waren ausgezeichnet, wie sich aus den Daten jer nachfolgenden Tabelle IV ergibt, deren Werte die äusserst gleichmässige Verteilung der feinen keramischen
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Oxydteilchen veranschaulicht.
Tabelle IV
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<tb>
<tb> Versuchs-Belastung <SEP> Standzeit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnürung
<tb> temperatur
<tb> ( C) <SEP> (kp/mm) <SEP> (h) <SEP> (%) <SEP> )
<tb> 1038 <SEP> 12,7 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 8, <SEP> 0 <SEP> 11,6
<tb> 1038 <SEP> 11, <SEP> 2 <SEP> 472,7 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 1038 <SEP> 9, <SEP> 8 <SEP> 389,7 <SEP> 2,7 <SEP> 3, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 760 <SEP> 35, <SEP> 2 <SEP> 16, <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 3, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 760 <SEP> 28, <SEP> 1 <SEP> 193, <SEP> 1 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 7,
<SEP> 0 <SEP>
<tb>
Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel veranschaulicht, wie die dispersionsgehärteten Metalle aus einem Pulver hergestellt werden können, das in feinster Verteilung ein Metall enthält, dessen Oxyd bei 250 C eine 90 Kcal je Grammatome Sauerstoff übersteigende freie Reaktionsenthalpie besitzt. Dieses Metall wird in situ durch den im Pulver enthaltenen Sauerstoff infolge der äusserst kurzen Diffusionswege oxydiert, so dass das betreffende Oxyd nicht nur äusserst feinkörnig ist sondern auch in äusserst feiner Verteilung im Pressling bzw.
Endprodukt vorliegt, in dem es als sehr wirksamer Dispersionshärter fungiert.
Beispiel 4 : Eine weitere 8,5 kg schwere Pulvercharge aus 1490 Teilen einer Nickel-Vorlegierung mit ITTb Titan und 8, 5% Aluminium, Rest Nickel einer Korngrösse unter 75 jLt, 2000 Teilen Chrompulver unter 75 p, 1330 Teilen feinkörnigen Karbonylnickelpulvers in Mischung mit 10% einer Nickel-Zirkonium-Vorlegie-
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in einer 381 Kugelmühle mit 180 kg Nickel-Pellets eines Durchmessers von 6,3 mm trocken gemahlen.
Das dabei anfallende Verbundpulver wurde auf ein 350 Jl Sieb gegeben und das Unterkorn in eine Stahlhülse mit einem Durchmesser von 8,9 cm gebracht. Die Hülse wurde dann bei einem Druck unter 10-4mm QS bei 4250C entgast und zugeschweisst. Die evakuierte und verschlossene Hülse wurde dann auf 10930C erwärmt und zu einem 15,5 mm dicken Rundstab verpresst.
Der Stab wurde 2 h bei 12750C und 7 h bei 1080 C unter Argon geglüht und anschliessend in Luft abgekühlt. Alsdann wurde der Stab 16 h bei 7050C geglüht und wieder in Luft abgekühlt. Das Gefüge liess in Strangpressrichtung gestreckte Kristallite erkennen. Die chemische Analyse ergab 0, 061% Kohlenstoff, 0, ze lösliches
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oxyd und 0, 37% Aluminiumoxyd.
Probestücke des warmstranggepressten und anschliessend wärmebehandelten Stabes wurden dem Zeitstandversuch unterworfen, wobei sich die Daten der nachfolgenden Tabelle V ergaben.
Tabelle V
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<tb>
<tb> Versuchs-Belastung <SEP> Standzeit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnürung
<tb> temperatur
<tb> ( C) <SEP> (kp/mm2) <SEP> (h) <SEP> (%) <SEP> (%)
<tb> 1038 <SEP> 12, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP> 9, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 1038 <SEP> 11,5 <SEP> 70,9 <SEP> 4,0 <SEP> 9, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 1038 <SEP> 11, <SEP> 2 <SEP> 393, <SEP> 6 <SEP> 2,7 <SEP> 1, <SEP> 6
<tb> 927 <SEP> 17, <SEP> 6 <SEP> 7, <SEP> 1 <SEP> 6, <SEP> 2 <SEP> 10, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 927 <SEP> 15,8 <SEP> 117, <SEP> 4 <SEP> 5, <SEP> 3 <SEP> 11,6
<tb> 760 <SEP> 35, <SEP> 2 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 7, <SEP> 2 <SEP> 20, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 760 <SEP> 28,1 <SEP> 131,3 <SEP> 6, <SEP> 4 <SEP> 21,5
<tb> 760 <SEP> 28,1 <SEP> 53,3 <SEP> 10,0 <SEP> 19,
1
<tb>
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Weiterhin zeigte sich beim Eintauchen einer Probe aus der yttriumoxydhaltigen Legierung in ein Salzbad aus 90'10 Natriumsulfat und 10% Natriumchlorid mit einer Temperatur von 9270C, dass diese Legierung eine weitaus bessere Korrosionsbeständigkeit gegenüber Schwefel besitzt als die entsprechende nichtdispersionsverfestigte übliche Legierung.
Ausserdem wies die Yttriumoxyd enthaltende Legierung bei zyklischer Oxydation, d. h. bei einem jeweils 24-stündigen Erwärmen und Abkühlen zwischen Raumtemperatur und 10930C in strömender Luft eine weitaus bessere Oxydationsbeständigkeit als eine entsprechende herkömmliche, nicht dispersionsgehärtete Legierung auf. Insbesondere besass die Yttriumoxyd enthaltende Legierung eine weitaus bessere Penetrationsbeständigkeit als eine entsprechende herkömmliche Legierung.
Fig. 4 gibt eine elektronenmikroskopische Aufnahme der zuvor beschriebenen Yttriumoxyd enthaltenden Legierung wieder. Sie zeigt die feindisperse, im wesentlichen gleichmässige Verteilung der y-Primärphase bei 106-facher Vergrösserung sowie das Fehlen jeglicher Seigerung.
Beispiel 5 : In der bereits beschriebenen Weise wurde ein Verbundpulver hergestellt, dessen Zusammensetzung einer üblichen Nickel-Superlegierung mit 10% Chrom, woo Molybdän, 15% Kobalt, 5, 5 ! % Aluminium,
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75oNickel-Vorlegierung mit 651o Vanadin, Rest Nickel und einer Korngrösse unter 150, u, 12 g einer pulverförmigen Nickel-Vorlegierung mit 281o Zirkonium und 14, 5% Aluminium, Rest Nickel und einer Korngrösse unter 75 1 sowie 3, 3 g einer pulverförmigen Nickel-Vorlegierung mit 181o Bor,
Rest Nickel und einer Korngrösse unter 75 u wurden in eine 15 1 fassende mit einem horizontal rotierenden Rührer versehene Hochenergie-Kugelmühle gebracht und dort bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 220 Umdr/min in Anwesenheit von 90 kg Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 9, 5 mm unter Stickstoffatmosphäre gemahlen. Auf diese Weise wurden zwei Chargen 16 h lang, eine 8 und eine andere 4 h lang gemahlen.
Der Pulveraufbau der 16 h behandelten Charge war im wesentlichen homogen, wobei der überwiegen-
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<tb>
<tb> Zustand <SEP> Härte
<tb> (RC)
<tb> Warmstranggepresst <SEP> 48
<tb> 2 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 12430C <SEP> geglüht <SEP> 42,5
<tb> 2 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 12660C <SEP> geglüht <SEP> 40,5
<tb>
Die Bedeutung der Erfindung beim Herstellen gekneteter und dispersionsgehärteter Legierungen für elektrische Heizleiter ergibt sich aus folgendem :
Hitzebeständige Legierungen, die sich als Werkstoff für elektrische Heizleiter eignen, bestehen aus mit Chrom und/oder Aluminium legiertem Eisen und/oder Nickel ; sie neigen beim Giessen zu mehr oder minder starker Seigerung.
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Ein Homogenisierungsglühen führt zwar zu einer geringen Verbesserung, ist aber mit einer Kornvergrösserung verbunden, die sich beim Schmieden, Pressen und Walzen nachteilig auswirkt. Insbesondere sind bestimmte sehr bekannte Legierungen, die sowohl Aluminium und Chrom neben Nickel und/oder Eisen enthalten, bei Raumtemperatur äusserst spröde, obgleich sie bei erhöhten Temperaturen weich sind.
Eine dieser Legierungen enthält 6710 Eisen, 25% Chrom, 5% Aluminium und 3% Kobalt, während eine andere Legierung 55% Eisen, 37, 55fi Chrom und 7, älo Aluminium enthält. Diese beiden Legierungen besitzen eine ausgezeichnete Oxydations- und Korrosionsbeständigkeit bei Temperaturen von 1200 bis 1300 C, sind jedoch unglüchlicherweise nicht kriechfest und verlieren ihre Form während ihrer Verwendung als elektrische Widerstände.
Von diesen Nachteilen sind die erfindungsgemässen, aus gekneteten Verbundpulverteilchen hergestellten und dispersionsgehärteten Legierungen frei, die sich durch ein äusserst homogenes, insbesondere von Seigerungen freies, feindisperses und sowohl von Zeilen als auch von verarmten Gefügezonen freies Gefüge auszeichnen.
Insoweit bezieht sich die Erfindung ganz allgemein auf solche Legierungen, die insgesamt mindestens 10% Chrom und/oder Aluminium, jedoch höchstens 40% Chrom und höchstens 34% Aluminium, sowie 0 bis 5% Silizium, Rest einschliesslich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen mindestens 50% eines oder mehrerer
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auf die Gesamtzusammensetzung, einer feindispers verteilten keramischen Verbindung enthalten.
Diese Legierungen besitzen im allgemeinen einen elektrischen Widerstand von mindestens 100 ohm/cm.
Vorteilhafterweise beträgt der Chromgehalt 15 bis 40%, der Kobaltgehalt höchstens 107o, der Aluminiumgehalt höchstens 32% und der Gesamtgehalt an Eisen, Kobalt und Nickel 50 bis 80% sowie der Dispersoidgehalt 0,05 bis 10 Vo1.'p/o, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung.
Besonders geeignet als Wirkstoff für elektrische Heizleiter ist eine Legierung mit 15 bis 40% Chrom, 3 bis 20% Aluminium, Rest Eisen, die 0,05 bis 5 Vol. do eines Dispersoids enthält.
Besonders geeignete Dispersoide sind Yttriumoxyd, Lanthanoxyd, Thoriumoxyd und oxydisches Didym in Korngrössen unter 1 p, vorzugsweise unter 0, 1 . Die Oxyde des Zirkoniums, Titans und Berylliums sowie die Karbide, Nitride und Boride der oben erwähnten Metalle können ebenfalls inkorporiert werden. Ganz allgemein sind die Oxyde derjenigen Metalle geeignet, deren freie Reaktionsenthalpie bei 250C mindestens 90 Kcal je Grammatom Sauerstoff und deren Schmelzpunkt mindestens 13000C beträgt. Einige dispersionshärtbare Legierungen nach der Erfindung sind in der nachfolgenden Tabelle VII zusammengestellt.
Tabelle VII
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> Widerstand <SEP> Cr <SEP> Al <SEP> Fe <SEP> Ni
<tb> ( #/cm3-20 C) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%)
<tb> 1 <SEP> 1387 <SEP> 23 <SEP> 5 <SEP> 72
<tb> 2 <SEP> 1662 <SEP> 37, <SEP> 5 <SEP> 7,5 <SEP> 55
<tb> 3 <SEP> 1379 <SEP> 20 <SEP> 5 <SEP> 73, <SEP> 5-1, <SEP> 5 <SEP> Si <SEP>
<tb> 4 <SEP> 1163 <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP> 68 <SEP> 2 <SEP> Si
<tb> 5 <SEP> 1122 <SEP> 16-22, <SEP> 5 <SEP> 60 <SEP> 1,5 <SEP> Si
<tb> 6-25 <SEP> 5 <SEP> 67-3 <SEP> Co
<tb> 7 <SEP> - <SEP> 15 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 80
<tb> 8-20 <SEP> 4-76 <SEP>
<tb> 9-15 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 75
<tb> 10--15 <SEP> Rest <SEP>
<tb> 11 <SEP> 1013 <SEP> 20-43, <SEP> 5 <SEP> 35 <SEP> 1,5 <SEP> Si
<tb> 12--31, <SEP> 5-68, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 13 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> - <SEP> - <SEP> 80
<tb>
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Beispiel 6 :
Durch trockenes Mahlen einer Charge aus Schwammeisenpulver einer Korngrösse von 65 bol und einer pulverförmigen Eisen-Aluminium-Vorlegierung mit einer Korngrösse unter 74 u sowie 3 Vol.- y-Aluminiumoxyd mit einer Korngrösse von 0,03 J1 bei einem Verhältnis von Kugeln zu Pulver von 20 : 1 mittels Nickelkulgen und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 175 Umdr/min wurde eine dispersionsgehärtete Eisenlegierung hergestellt, die Tonerde als Dispersoid enthielt.
Nach 45-stündigem Mahlen ergab sich ein stark kaltverformte Pulver, dessen Teilchen die einzelnen Komponenten in homogener Verteilung enthielten. Das Pulver wurde in eine Stahlbüchse gebracht, die nach dem Entgasen verschweisst und bei 109SoC sowie einem Pressverhältnis von 16 : 1 warmstranggepresst wurde.
Nach dem Entfernen der Umhüllung wurde der stranggepresste Knüppel zu Halbleiterband und-draht warmbzw. kaltverformt.
Beispiel 7 : Beim Herstellen einer gekneteten und dispersionsverfestigten Legierung für elektrische Heizleiter aus 201a Chrom, 5gO Aluminium, 1, 5% Silizium und 73, 5% Eisen sowie 4 Vol. -'10 yttrium oxyd wurden 2300 g einer spröden Vorlegierung aus 63, 251o Eisen, 21, Wo Aluminium, 6, 5% Silizium und 8, 55% Yttrium bis auf eine Korngrösse unter 75 J. l gemahlen sowie mit 4870 g hochreinem Eisenschwammpulvers mit einer Korngrösse von 150 und 2830 g Ferrochrompulver einer Korngrösse von 75 u gemischt.
Das Pulvergemisch wurde dann in einer 38 1 fassenden Kugelmühle bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 180 Umdr/min mit gehärteten Stahlkugeln eines Durchmessers von 6 mm bei einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 15 : 1 gemahlen. Nach 24-stündigem Mahlen fiel ein vollkommen kaltverfestigtes Verbundpulver an.
Nach dem Absieben der Teilchen über 0,35 mm wurde das Pulver in eine Stahblechhülse gefüllt und entgast, wonach die Hülse zugeschweisst und auf 1093 C erwärmt wurde.
Während des Erwärmens kam es zu einer Verbindung des noch anwesenden Sauerstoffes mit dem Yttrium und damit zur Bildung feindispers und gleichmässig verteilten Yttriumoxyds mit einer durchschnittlichen Korn-
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Rest Eisen bis auf eine Korngrösse unter 150 u gebrochen.
89,5 g des Pulvers wurden mit 68,3 g einer üblichen pulverförmigen Legierung aus 701o Chrom und 3010 Eisen mit einer Korngrösse unter 150 li sowie mit 132,2 g Chrompulver einer Korngrösse unter 75 ; u, 900 g
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reichenden Menge Thoriumpulver einer Korngrösse von 0,02 u vermischt.
Das Gemisch wurde 50 h bei 185 Umdr/min und einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 18 : 1 in einer 38 1 fassenden Kugelmühle mit 6 mm Nickelkugeln vermahlen. Das dabei anfallende Verbundpulver wurde auf ein 0,35 mm Sieb gegeben und das Unterkorn in eine Stahlblechbüchse gefüllt und entgast, wonach die Stahlbüchse verschweisst, auf 10930C erwärmt und bei einem Pressverhältnis von 15 : 1 zu einem Quadratknüppel warmstranggepresst wurde.
Der Knüppel enthielt in feinster und gleichmässiger Verteilung Thoriumoxyd einer Korngrösse unter 0,02 jn, das dem Werkstoff nicht nur Steifigkeit sondern auch eine hohe Beständigkeit gegen ein Erweichen bei höheren Betriebstemperaturen verleiht.
Nach der Erfindung lassen sich zahlreiche andere dispersionsgehärtete Produkte mit Vorteil herstellen, beispielsweise dispersionsgehärtete Nickel- und Kupfer-Legierungen, niedriglegierte und martensitaushärtbare Stähle, Zinklegierungen sowie die hitzebeständigen Metalle Chrom, Niob, Tantal, Molybdän und Wolfram einschliesslich ihrer Legierungen, die beispielsweise bis 501o andere Metalle enthalten sowie schliesslich Platinund Goldlegierungen, wie die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen : Beispiel 9 : Eine aus 1, 173 g Karbonylnickelpulver mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 3 bis 5/1 und 27 g Thoriumoxydpulver mit einer Korngrösse von 0, 005 u bestehende Charge wurde in einem Hochgeschwindigkeitsmischer vorgemischt und dann 24 h in Luft bei Raumtemperatur trocken gemahlen.
Die Kugelmühle enthielt 3, 8 1 Nickelkarbonylkugeln mit einem mittleren Durchmesser von 6,2 mm ; sie wurde mit einem Kugel/Pulver-Volumenverhältnis von 18 : 1 und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 176 Umdr/min betrieben, die im wesentlichen sämtliche Kugeln in einem hochaktiven Zustand gegenseitigen Aufeinanderprallens hielt, bei dem das Verhältnis des Pulvervolumens zum dynamischen Zwischenvolumen etwa 1 : 18 betrug.
Das gemahlene Verbundpulver bestand aus Nickelteilchen, die in sehr feiner und gleichmässiger Verteilung Thoriumoxydteilchen enthielten, und besass eine Sättigungshärte von 640 bis 650 HV. Nach dem Entfernen einiger gröberer Teilchen wurde das Pulver in eine Stahlbüchse gefüllt, bei 4000C entgast und alsdann mit einem Pressverhältnis von 16 : 1 und einer Temperatur von 9820C in der verschweissten Büchse verpresst.
Der Pressling bestand aus einem Nickelgefüge mit einer Korngrösse unter 5/1 und feindispers, stabil und im wesentlichen homogen eingelagerten Thoriumoxydteilchen, deren Korngrösse unter 0, 2/1 und zum grössten Teil unter etwa 0, 02 je lag.
Die technologischen Eigenschaften des Werkstoffes im warmstranggepressten und unterschiedlich verformten
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Zustand ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle VIII.
Tabelle VIII
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<tb>
<tb> Versuchs- <SEP> Warmzugfestigkeit <SEP> (kg/mm2) <SEP>
<tb> temperatur <SEP> Warmstrang- <SEP> 400/o-Reduktion <SEP> 61oJo-Reduktion <SEP> 75' <SEP> ! <SEP> o-Reduktion <SEP>
<tb> ( C) <SEP> gepresst
<tb> 760 <SEP> 13, <SEP> 1--26, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 982 <SEP> 7, <SEP> 4 <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP> 15, <SEP> 4 <SEP> 18, <SEP> 5
<tb> 1093 <SEP> 5. <SEP> 3--14, <SEP> 7 <SEP>
<tb>
Bemerkenswert ist, dass sich das hervorragende Gefüge des Presslings und die damit verbundenen ausge- zeichneten technologischen Eigenschaften unter Verwendung eines erfindungsgemässen Verbundpulvers erreichen liessen, das mit einem Pressverhältnis von nur 16 : 1 verpresst wurde.
Beispiel 10 : Ein Nickel-Thoriumoxyd-Verbundpulver wurde durch Vermischen einer Cahrge aus
777, 4g Karbonylnickelpulver und 22, 6 g Thoriumoxydpulver einer Korngrösse von 100 bis 500 A in einem Hochgeschwindigkeitsmischer sowie anschliessendes 24-stündiges Mahlen in Luft bei Raumtemperatur mittels
Karbonylnickelkugeln eines mittleren Durchmessers von 4,5 mm bei einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 26 : 1 und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 176 Umdr/min hergestellt.
Nach der Vereinigung mehrerer Chargen und dem Absieben der Teilchen über 0, 35 mm wurden 2500 g dieses Verbundpulvers in einer Stahlbüchse mit einem Durchmesser von 8, 9 cm entgast und die verschlossene
Büchse bei 9820C zu einem Rundstab mit einem Durchmesser von 2,2 cm warmstranggepresst. Der Stab wurde mit einer Flächenreduktion von 751o ausgeschmiedet und bei 10930C dem Zeitstandversuch unterworfen, wobei sich die Daten der Tabelle IX ergaben.
Tabelle IX
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<tb>
<tb> Belastung <SEP> Standzeit <SEP> Dehnung <SEP>
<tb> (kp/mm2) <SEP> (h) <SEP> (%)
<tb> 9, <SEP> 14 <SEP> 4, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 8, <SEP> 44 <SEP> 12, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 7, <SEP> 74 <SEP> 120, <SEP> 1 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP>
<tb>
Beispiel 11 :
Wie sich die Festigkeit einer aus 90% Tantal und 10% Wolfram bestehenden Legierung durch Inkorporation von Thoriumoxyd verbessern lässt, zeigt ein Versuch, bei dem eine Mischung aus 2160 g Tantal und 240 g Wolfram mit einer Korngrösse von 3 bis 40 p und 28 g, entsprechend etwa 2 Vol.-% Thorium- oxyd mit einer Korngrösse von 0, 02 u vorgemischt und alsdann 40 bis 50 h in Stickstoffatmosphäre bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 176 Umdr/min in Gegenwart von Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 1 cm bei einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 20 : 1 vermahlen wurde.
Nach 48 h hat das Pulverprodukt Sättigungshärte erreicht. Nach dem Absieben der Teilchen mit einer Korngrösse über 0, 35 mm wurde das Verbundpulver in eine Molybdänbüchse mit einem Durchmesser von 8, 9 cm gebracht, die anschliessend evakuiert und verschlossen sowie bei 13150C zu einem 2 cm dicken Stab verpresst wurde. Die Verteilung des Thoriumoxyds in dem gekneteten Stab war sowohl in der Länge- als auch in der Querrichtung ausserordentlich gleichmässig.
Beispiel 12 : Um ein dispersionsgehärtetes Niob herzustellen, wurden 1100 g Niobpulver einer Korngrösse von 10 bis 50 u mit 26 g Thoriumpulver einer Korngrösse von 0, 04 vorgemischt und unter Stickstoffatmosphäre 48 h bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 176 Umdr/min unter Verwendung von 6 mm grossen Kugeln aus Werkzeugstahl bei einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 18 : 1 trocken gemahlen.
Nach dem Absieben auf einem 0, 35 mm Sieb wurde das Unterkom in eine Molybdänbüchse mit einem Durchmesser von
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8, 9 cm gegeben, die anschliessend evakuiert, verschlossen sowie unter Wasserstoff auf 14820Cerwärmt und bei dieser Temperatur zu einem Stab mit einem Durchmesser von 2, 5 cm verpresst wurde.
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13 : Dispersionsgehärtetes Wolfram wurde durch Mahlen von 2500 g Wolframpulver mit 27 g,pressen in einer evakuierten Molybdänbüchse mit einem Durchmesser von 8, 9 cm bei einer Temperatur von 19250C zu einem 2,5 cm dicken Stab hergestellt.
Dispersionsgehärtete niedriglegierte Stähle, insbesondere Stähle mit Molybdän oder Vanadin, gegebenen- falls auch mit Chrom der in Tabelle X angegebenen Zusammensetzung besitzen eine bessere Warmzug- und
Kriechfestigkeit.
Zu diesen niedriglegierten Stählen gehören Stähle mit bis 0, 8o Kohlenstoff, insgesamt mindestens 0, 25% und bis je S% Chrom und Molybdän, 0 bis 21o Vanadin, 0 bis 2% Wolfram, 0 bis 9% Nickel, 0 bis 2% Silizium und 0 bis 27"Mangan. Derartige Legierungen sind in der nachfolgenden Tabelle X zusammengestellt.
Tabelle X
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> C <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> Fe
<tb> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%)
<tb> 1 <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> 5 <SEP> 0,5 <SEP> Rest <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> Ti
<tb> 2 <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> 5 <SEP> 0,5 <SEP> Rest <SEP> 1,2 <SEP> Si
<tb> 3 <SEP> 0, <SEP> 15-0, <SEP> 5 <SEP> Rest
<tb> 4 <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> Rest
<tb> 5 <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> Rest
<tb> 6 <SEP> 0, <SEP> 13 <SEP> 0,6 <SEP> 0,01 <SEP> Rest <SEP> 0,65 <SEP> Mn
<tb> 0, <SEP> 018 <SEP> P <SEP>
<tb> 7 <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> 1,25 <SEP> 0,5 <SEP> Rest <SEP> 0,06 <SEP> Zr
<tb> 8 <SEP> 0, <SEP> 13 <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> Rest
<tb> 9 <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> 2,25 <SEP> 0,5 <SEP> Rest
<tb> 10 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 0,35 <SEP> Rest
<tb> 11 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> Rest <SEP> 0,25 <SEP> V
<tb>
Beispiel 14 :
Beim Herstellen eines dispersionsgehärten niedriglegierten Stahls mit 2% Chrom, 1% Molybdän und 0,4% Kohlenstoff wurde eine spröde Vorlegierung mit 30% Chrom, 18 Molybdän und 5% Kohlenstoff, Rest Eisen bis auf 74 li gebrochen und in einer Menge von 80 g zusammen mit 1120 g Eisenschwamm mit einer Korngrösse von 65 li vorgemischt.
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12 beschriebenen Weise trocken gemahlen. Nach dem Absieben der Teilchen mit einer Korngrösse über 0, 35 mm wurde das Verbundpulver in eine Stahlbüchse mit einem Durchmesser von 8, 9 cm gebracht und diese bei 4000C evakuiert, unter Vakuum abgeschreckt und verschlossen sowie bei 9820C zu einem 2 cm dicken Stab verpresst.
Die Erfindung lässt sich auch auf martensitaushärtbare Stähle anwenden, die beispielsweise aus 10 bis 301o Nickel, 0,2 bis 9% Titan, bis 5% Aluminium bei einem Gesamtgehalt an Titan und Aluminium von höchstens 9%, bis 25% Kobalt, bis 10% Molybdän, Rest mindestens 50% Eisen bestehen.
Das ziemlich viskose Verhalten des Molybdäns in Pulvergemischen lässt sich durch die Verwendung erfindungsgemässen Verbundpulvers ausschalten. Die Inkorporation eines Dispersoids gestattet ein Warmstrangpressen, das zu einer höheren Festigkeit im Temperaturbereich von 480 bis 6500C führt.
Auch Knetzink und-legierungen, die beispielsweise 50% und mehr Zink enthalten, lassen sich zur Verbesserung ihrer Kriechfestigkeit nach der Erfindung dispersionshärten.
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15Beispiel 15 : Beim Herstellen eines dispersionsgehärteten Zinks wurden 1500 g Zinkpulver einer Korngrösse unter 150 bu mit 25 g y-Aluminiumoxyd einer Korngrösse von 0, 02 bu vorgemischt und 30 h bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 180 Umdr/min und einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 20 : 1 mit gehärteten Stahlkugeln trocken vermahlen. Nach dem Absieben der Grobteilchen mit einer Korngrösse über 0, 35 mm wurde das Verbundpulver zu einem Zylinder mit einem Durchmesser von 6,3 cm kaltgepresst, der anschliessend 3 h bei 3150C in sehr trockenem Wasserstoff gesintert wurde.
Das Sinterteil wurde spanabhebend bearbeitet, um eine glatte Oberfläche zu schaffen, sowie durch Strangpressen bei 1770C zu einem Stab mit einem Durchmesser von 1, 6 cm geformt. Der Draht wies eine ausserordentlich gleichmässige Verteilung der Tonerdeteilchen sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung auf und war im wesentlichen frei von Zeilen.
Dispersionsgehärtete Metalle der Platingruppe oder deren Legierungen besitzen insbesondere eine bessere Warmfestigkeit, wie beispielsweise die dispersionsgehärteten Platinlegierungen mit bis 50% Palladium oder 3,5 bis 40je Rhenium oder bis 3501o Iridium oder bis 81o Wolfram.
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doZirkonoxydpulva'einer Korngrösse von 0, 1/1.
Gold ist ausserordentlich weich und besitzt eine geringe Kriechfestigkeit. Es kann jedoch durch Legierungselemente oder in Gestalt einer erfindungsgemäss dispersionsgehärteten Legierung auf eine höhere Härte gebracht werden.
Dies gilt beispielsweise für das reine Gold, eine Legierung aus 54 bis 6 o Gold, 14 bis 18tao Platin, 1 bis 8% Palladium, 7 bis 110/0 Silber, 7 bis 13% Kupfer, höchstens 1% Nickel und höchstens 10/0 Zink oder eine Legierung aus 62 bis 64% Gold, 7 bis 1W/o Platin und höchstens 6% Palladium sowie eine Legierung aus 9 bis
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sich ohne weiteres geknetete Goldlegierungen herstellen, die bis lolo oder mehr Dispersoide, wie beispielsweise
Thoriumoxyd, Yttriumoxyd, Aluminiumoxyd und feuerfeste Karbide enthalten.
Auch Kupfer kann dispersionsgehärtet werden, um seine Kriechfestigkeit bei erhöhter Temperatur unter
Beibehaltung seiner hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit zu verbessern, wie das nachfolgende Aus- führungsbeispiel zeigt.
Beispiel 16 : Eine Charge aus 1173g Kupferpulver einer Korngrösse von 7bis 10 und 27 g Aluminium- oxydpulver mit einer Korngrösse von 0, 03, wurde 30 h bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 176 Umdr/min in der Kugelmühle gemäss Fig. 1 unter Verwendung von gehärteten Stahlkugeln mit einem Durchmesser von
6,5 mm bei einem Kugel/Pulver-Verhältnis vcn 18 : 1 vermahlen. Das Verbundpulver wurde nach dem bereits erwähnten Absieben gepresst und 1 h bei 8500C in Wasserstoff gesintert, dann in eine evakuierte Kupferbüchse eingeschweisst und bei einem Pressverhältnis von 18 : 1 und einer Temperatur von 8000C warmstranggepresst, wobei ein zeilenfreier Pressling anfiel.
Dieser besass nach dem Ziehen als Draht eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie eine hohe Festigkeit sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur, die beträchtlich über der Festigkeit des reinen Kupfers lag.
Gesinterte Keramik-Metall-Werkstoffe, wie beispielsweise gesinterte feuerfeste Karbide, wie sie als zementierte Karbide bekannt sind und in grossem Umfange als Schneid- oder Schleifwerkzeuge, Borkronen für Ölbohrer und Gesenke Verwendung finden, bestehen aus mindestens 24 Vol.-o feinkörniger in einer Grundmasse aus Eisen, Nickel, Kobalt oder andern duktilen Metallen eingesinterten und eingebetteten Teilchen der harten Keramikverbindung ; sie besitzen eine hohe Härte und Druckfestigkeit.
Üblicherweise wird das Sinterteil durch Pressen eines Gemisches der keramischen Komponente, z. B. von Wolframkarbid, und des die Grundmasse bildenden Metalls in Form eines feinkörnigen Pulvers, anschliessendes Glühen des Presslings im Vakuum oder in trockenem Wasserstoff, d. h. durch ein Sintern über die flüssige Phase hergestellt.
Für die Bettungsmasse eignet sich insbesondere Kobalt, das bei Raumtemperatur nur etwa l% Wolframkarbid löst und daher ein zähes Grundgefüge bildet. Eisen und Nickel lösen mehr Wolframkarbid und ergeben daher weniger duktile Bettungsmassen.
Im Rahmen eines Vorversuchs wurde eine Mischung aus Wolframkarbid, Kobalt und einem organischen Wachsbinder durch mindestens 60-stündiges Mahlen der Pulverkomponenten in einer schützenden Flüssigkeit wie beispielsweise Hexan mit Kugeln aus rostfreiem Stahl hergestellt. Beim Mahlen wurde ein Teil des Kobaltpulvers auf die Oberfläche der Karbidteilchen gebracht und bildet dort einen dünnen Überzug.
Das Gefüge der Verbundteilchen, insbesondere die Korngrösse der Karbidteilchen in der Bettungsmasse, deren Verteilung und die Porosität sowie die Güte der Bindung zwischen dem Bettungsmetall und den Karbidteilchen gehören zu denjenigen Faktoren, die die Härte und Festigkeit des Sinterteils bestimmen.
Die mittlere Korngrösse der Karbide im Sinterteil wird durch die Korngrösse der Ausgangsstoffe festgelegt und beträgt im allgemeinen 2 bis 10 Il.
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Vorstehendes wird nachfolgend an Hand einiger Ausführungsbeispiele des näheren erläutert :
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schwindigkeit von 185 Umdr/min mit gehärteten Stahlkugeln bei einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 25 : 1 insgesamt 50 h lang trocken gemahlen, wobei sich ein geknetetes Verbundpulver ergab, das im wesentlichen aus feindispers und homogen in einer Rettung smasse aus Kobalt verteiltem Wolframkarbid bestand.
Die Wolframkarbidteilchen waren bis auf eine Korngrösse unter l gemahlen worden. Das Pulver wurde durch dreiminütiges Warmpressen bei 13500C in einer Graphitform bei einem Pressdruck von 35 kg/cm2 verfestigt. Nach dem Absieben der Teilchen über 100 11 wurde das Pulver mit einem organischen Bindemittel vermischt und bis auf eine Dichte von mindestens etwa 651o der theoretischen Dichte gepresst, wonach der
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Pressling bei 14600C in hochreinem Wasserstoff gesintert wurde.
Beispiel 18 : Um die hitze-und oxydationsbeständige Cermetlegierung TiC/Ni 80-Cr 20 herzustellen, wurde ein Gemisch aus 1240 g Titankarbidpulver einer Korngrösse von 5 bis 7 M, 448 g Karbonylnickelpulver einer Korngrösse von 4 bis 8 li und 112 g Chrompulver unter 75 J. 1. 50 h bei 180 Umdr/min mit gehärteten Stahlkugeln eines Durchmessers von 6 mm bei einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 20 : 1 trocken gemahlen. Dabei fiel ein geknetetes Verbundpulver an, dessen Teilchen aus gleichmässig und fein verteiltem Nickel, Chrom und Titankarbid bestanden.
Beispiel 19 : Ein Sinterwerkstoff für elektrische Kontakte aus 50% Silber und 50%, entsprechend
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schwindigkeit von 185 Umdr/min 45 h trocken gemahlen wurden.
Beim Mahlen verringerte sich die Korngrösse des Wolframkarbids auf unter 1 J. 1.. Durch Sieben wurden alsdann die Teilchen mit einer Korngrösse über 100/l entfernt und das Unterkorn in einer Graphitform 3 min bei einer Temperatur etwas über dem Schmelzpunkt des Silbers, d. h. bei 980 C, mit einem Pressdruck von 35 kg/cm2 zu elektrischen Kontaktteilen verpresst.
In ähnlicher Weise lassen sich auch titankarbidhaltige Werkstoffe herstellen, die beispielsweise aus 65je Titankarbid in 35% einer Bettungsmasse aus 50% Nickel und 50% Molybdän bestehen.
Metallsysteme aus zwei oder mehreren Metallen mit begrenzter gegenseitiger Löslichkeit im flüssigen oder festen Zustand, d. h. die unmischbar oder auch nur teilweise mischbar sind, neigen beim Erstarren der Schmelze zum Entmischen. Die Infiltration eines geschmolzenen Metalls in einen Poröskörper aus dem andern Metall, beispielsweise von Kupfer in Eisen oder das Verpressen der betreffenden Pulver und anschliessende Sintern über die flüssige Phase führt ebenfalls zu einem inhomogen, Seigerung aufweisenden Gefüge, das den durch die Korngrösse der Pulver gesetzten Grenzen unterliegt.
Festmetallgegenstände dieser Systeme lassen sich bei Verwendung der erfindungsgemässen Verbundpulver leicht herstellen und besitzen ein äusserst sauberes, seigerungs-, insel-, einschluss-und dentritenfreies Gefüge.
Zu diesen binären Systemen mit begrenzter Möglichkeit gehören die Systeme Blei-Kupfer, Kupfer-Eisen, Kupfer-Wolfram, Silber-Wolfram, Kupfer-Chrom, Silber-Chrom, Kupfer-Molybdän, Silber-Molybdän, Silber- - Mangan, Silber-Nickel, Platin-Gold, Beryllium-Molybdän und Silber-Platin. Selbstverständlich lässt sich die Erfindung auch auf Systeme aus drei oder mehr begrenzt mischbaren Metallen anwenden.
Beispiele für solche Verbundwerkstoffe sind Kupfer mit 1 bis 95% Blei, Eisen mit 1 bis 9510 Kupfer, Wolfram mit 5 bis 95% Kupfer oder 2 bis 98% Silber und Kupfer mit 5 bis 951o Chrom.
Beispiel 20 : Zum Herstellen einer mechanischen Verbund legierung aus 80% Eisen und 20% Kupfer wurden zunächst in Wasserstoff reduziertes Kupferpulver mit einer Teilchengrösse unter 45 ju zusammen mit Eisenschwammpulver einer Teilchengrösse unter 150 J. 1. unter Luft in einem 50 cm3 fassenden Hochgeschwindigkeitsrüttler bei 1200 Zyklen/min gemahlen.
Mit einem derartigen Kugelrüttler lassen sich im Vergleich zu der in Fig. 1 dargestellten Kugelmühle Verbundmetallteilchen in sehr kurzer Zeit herstellen. Der Rüttler wurde mit 10 g des Pulvergemisches und 45 g Nickelkugeln mit einem Durchmesser von 6, 2 mm beschickt, so dass sich ein Kugel/Pulver-Verhältnis von 4, 5 : 1 und ein Verhältnis des dynamischen Zwischenvolumens zum Pulvervolumen von 41 : 1 ergab.
Nach 30 minütigem Rütteln bzw. Mahlen fielen Verbundteilchen mit einer Härte von 353 HV und einer
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Schmieden bei 9820C bis auf die volle Dichte ergab sich ein vollkommen homogenes Knetprodukt.
Beispiel 21 : Um einen Werkstoff mit begrenzter Löslichkeit aus 50% Kupfer und 50% Blei herzustellen, wurden zunächst gleiche Volumina Bleispäne und wasserstoffreduziertes Kupferpulver mit einer Korngrösse unter 45 p in dem vorerwähnten Rüttler bei einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 4 : 1 trocken gemahlen.
Nach 10 min besassen die Teilchen eine Härte von 34, 6 HV und eine Korngrösse von 100 bis 200 sowie nach 30 min eine Härte von 69,5 HV und eine Korngrösse von 100 bis 150 ju. In jedem Falle enthielten die einzelnen Verbundteilchen zwei im wesentlichen gleichmässig miteinander dispergierte Elemente mit einem Abstand von etwa 5 ju nach 10 min und von etwa 1 ja nach 30 min. Das Gefüge wies keine Streifen auf, was vermutlich auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass das Blei angesichts seines Schmelzpunktes von 3270C bei der Raumtemperatur-Verformung praktisch geglüht wurde.
Wegen des hohen Bleigehaltes kann das Verbundpulver kaltverformt, beispielsweise kaltstranggepresst oder in einem Gesenk kaltgepresst und auf diese Weise beispielsweise ein Wälzlager hergestellt werden.
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5% Silber oder aus 50 bis 9silo Blei und 50 bis älo Gold herstellen.
Das gilt auch für Werkstoffe, die in die Mischungslücke der flüssigen Phase bei 6 bis 63% Kupfer des Systems
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Kupfer-Chrom fallen, beispielsweise aus 700/0 Kupfer und 30% Chrom oder in die Mischungslücke des Systems
Kupfer-Molybdän mit beispielsweise 2 bis 9810 Kupfer, Rest Molybdän. Ausserdem lassen sich Silber-Nickel- - Werkstoffe für elektrische Kontakte einschliesslich solcher aus 60% Silber und 4Cfl/o Nickel sowie Beryllium- - Molybdän-Werkstoffe einschliesslich solcher aus 50% Beryllium und 50% Molybdän herstellen.
Wegen seiner
Neigung zur Oberflächenoxydation kann das Berylliumpulver eine dünne oxydische Oberflächenschicht besitzen, die beim Dispersionshärten des Endproduktes wirksam wird.
Rostfreie Stähle neigen besonders zur Seigerung beim Erstarren der Blöcke, was insbesondere das Ausschmieden der Blöcke erschwert. So führt die geringe Erstarrungsgeschwindigkeit grosser Blöcke zur Bildung grossen Dendriten, einem inhomogenen und groben Korn sowie Seigerungen über den Blockquerschnitt und die Blockhöhe.
Ein Homogenisierungsglühen bei hohen Temperaturen führt nur zu einer geringen Verbesserung und ist häufig mit einem weiteren Kornwachstum verbunden, wodurch die Warmverformung, beispielsweise das Schmieden, Strangpressen oder Walzen weiterhin erschwert werden.
Die Neigung zur Seigerung führt schliesslich auch zu einem ungleichmässigen Ansprechen der härtenden Legierungsbestandteile beim Aushärten. Anderseits ergeben sich beim pulvermetallurgischen Herstellen rostfreier Stähle wieder die oben bereits erwähnten Nachteile, insbesondere die Gefahr einer Oxydation der sauerstoffaffinen Elemente wie beispielsweise des Chroms und der härtenden Elemente Aluminium und Titan sowie beim Herstellen dispersionsgehärteter Werkstoffe die Bildung von Zeilen.
Eine vorteilhafte Gruppe erfindungsgemässer Produkte umfasst die gekneteten und dispersionsverfestigten rostfreien Stähle, die durch eine ausserordentlich homogene Zusammensetzung und im Falle aushärtbarer Werkstoffe ein gleichmässiges Ansprechen beim Aushärten sowie ein Gefüge gekennzeichnet sind, das frei von Seigerungen und Zeilen ist.
Diese Vorteile lassen sich ohne weiteres erreichen, wenn die Verbundlegierungen bzw. -teilchen unter Verwendung des neuen Verbundpulvers der eingangs erwähnten Art hergestellt werden, da die Verbundteilchen sowohl statistisch als auch in ihrem Aufbau im wesentlichen gleichmässig sind.
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Tantal und bis Wo Kupfer enthalten.
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Tabelle XI
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> er <SEP> Ni
<tb> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%)
<tb> Austenitische <SEP> Stähle
<tb> 201 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> max <SEP> 5, <SEP> 50 <SEP> - <SEP> 7, <SEP> 50 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 16 <SEP> - <SEP> 18 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 0,25 <SEP> N <SEP> max
<tb> 202 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> max <SEP> 7, <SEP> 5-10 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 17 <SEP> - <SEP> 19 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> N <SEP> max <SEP>
<tb> 301 <SEP> 0,15 <SEP> max <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 16 <SEP> - <SEP> 18 <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 8
<tb> 302 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> max <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 17 <SEP> - <SEP> 19 <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 10
<tb> 303 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> max <SEP> 2,
<SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 17 <SEP> - <SEP> 19 <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> 0,15 <SEP> min <SEP> S
<tb> 308 <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> max <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 19 <SEP> - <SEP> 21 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 12
<tb> 309 <SEP> 0,20 <SEP> max <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 22-24 <SEP> 12-15 <SEP>
<tb> 314 <SEP> 0,25 <SEP> max <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 2, <SEP> 0-3,0 <SEP> 23 <SEP> - <SEP> 26 <SEP> 19 <SEP> - <SEP> 22
<tb> 316 <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> max <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 16 <SEP> - <SEP> 18 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 14 <SEP> 2,0 <SEP> - <SEP> 3,0 <SEP> Mo
<tb> 321 <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> max <SEP> 2.
<SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 17 <SEP> - <SEP> 19 <SEP> 9 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 5xC <SEP> min <SEP> Ti
<tb> 347 <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> max <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1. <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 17-19 <SEP> 9-13 <SEP> 10xtc <SEP> min <SEP> Nb/T
<tb> Martensitische <SEP> Stähle
<tb> 403 <SEP> 0,15 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 0,5 <SEP> max <SEP> 11,5-13
<tb> 414 <SEP> 0,15 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 11,5-13,5 <SEP> 1,25-2,5
<tb> 431 <SEP> 0,20 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 15-17 <SEP> 1,25-2,5
<tb> 440 <SEP> B <SEP> 0, <SEP> 75 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 95 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1,0 <SEP> max <SEP> 16 <SEP> - <SEP> 18 <SEP> - <SEP> 0,75 <SEP> Mo <SEP> max
<tb> 440 <SEP> C <SEP> 0, <SEP> 95 <SEP> - <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1,
<SEP> 0 <SEP> max <SEP> 16 <SEP> - <SEP> 18 <SEP> - <SEP> 0,75 <SEP> Mo <SEP> max
<tb> 501 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 65 <SEP> Mo
<tb>
<Desc/Clms Page number 20>
Tabelle XII
EMI20.1
<tb>
<tb> Legierung <SEP> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> Cr <SEP> Ni
<tb> sso) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%)
<tb> 405 <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 11, <SEP> 5-14,5 <SEP> - <SEP> 0,1-0,3 <SEP> A;
<tb> 430 <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 14 <SEP> - <SEP> 18 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> 430 <SEP> F <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 25 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 14-18-0, <SEP> 15 <SEP> S <SEP> min
<tb> 446 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> max <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> max <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 27 <SEP> - <SEP> 0,25 <SEP> N <SEP> max
<tb> 316F <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 18 <SEP> 13 <SEP> 2,25 <SEP> Mo
<tb> 0, <SEP> 13 <SEP> P
<tb> 0, <SEP> 15 <SEP> S
<tb> 418 <SEP> 0,17 <SEP> 0,4 <SEP> 0,3 <SEP> 12,75 <SEP> 2,0 <SEP> 3,0 <SEP> W
<tb> Rostfrei <SEP> W <SEP> 0,07 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 16,75 <SEP> 6, <SEP> 75 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> Ti
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> Al
<tb> 17-4 <SEP> PH <SEP> 0,04 <SEP> 0,4 <SEP> 0,5 <SEP> 16,50 <SEP> 4,25 <SEP> 0,
25 <SEP> Nb
<tb> 3, <SEP> 6 <SEP> Cu
<tb> 17-7 <SEP> PH <SEP> 0,07 <SEP> 0,7 <SEP> 0,4 <SEP> 17,0 <SEP> 7,0 <SEP> 1,15 <SEP> Al
<tb> PH <SEP> 15-7 <SEP> 0,07 <SEP> 0,7 <SEP> 0,4 <SEP> 15,0 <SEP> 7,0 <SEP> 1, <SEP> 15 <SEP> Al
<tb> Mo <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP> Mo
<tb> 17-10 <SEP> 0,15 <SEP> 0,75 <SEP> 0,5 <SEP> 17,0 <SEP> 10,5 <SEP> 0,28 <SEP> P
<tb>
<Desc/Clms Page number 21>
Nachfolgend wird die Herstellung erfindungsgemässer Teile aus rostfreiem Stahl unter Verwendung mechanisch legierter Verbundpulver an Hand von zwei Ausführungsbeispielen des näheren erläutert.
Beispiel 22 : Eine Mischung aus 27,2% Ferrochrompulver mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und einer
EMI21.1
,Rest Eisen enthielt sowie aus 62, 81o hochreinem Eisenschwammpulver mit einer Korngrösse unter 150/1 und 1rf1/0
Nickelkarbonylpulver mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 3 bis 5 li wurden in einer Kugelmühle der in
Fig. 1 dargestellten Art bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 176 Umdr/min und einem Kugel/Pulver- - Verhältnis von 24 : 1 in zwei Chargen trocken gemahlen, deren erste 16 h gemahlen wurde, während die
Mahlzeit bei der zweiten 48 h betrug.
Beide Chargen bestanden aus Verbundteilchen mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 125 bis 135 , wobei die Verbundteilchen der 48 h behandelten Charge ein feinkörnigeres und homogeneres Gefüge besassen.
Die Härte der Verbundteilchen nach dem Mahlen und verschiedenen Wärmebehandlungen ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle XIII, die zeigt, dass die Härte des 48 h gemahlenen Pulvers nach dem Glühen in grösse- rem Masse bestehen blieb als diejenige des andern Pulvers.
Tabelle XIII
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<tb>
<tb> Wärmebehandlung <SEP> Härte <SEP> (HV)
<tb> Mahlzeit <SEP> 16 <SEP> h <SEP> Mahlzeit <SEP> 48 <SEP> h <SEP>
<tb> keine <SEP> 785 <SEP> 794
<tb> 30 <SEP> min/982 C <SEP> 381 <SEP> 523
<tb> 30 <SEP> min/1066 C <SEP> 324 <SEP> 409
<tb> 1 <SEP> h/1204 C <SEP> - <SEP> 200-220
<tb>
Nach 30-minütigem Glühen bei 10660C besassen die 48h gemahlenen Teilchen ein homogenes Gefüge und ergaben beim Pressen mit einem Pressdruck von 56,2 kg/cm2 Presslinge mit einer Dichte von 740/0 der theoretischen Dichte und einer Grünfestigkeit von 76, 2 kg/cm2. Die Anfangshärte der Verbundteilchen war bemerkenswert hoch im Vergleich zu der Härte eines herkömmlichen Stahlpulvers von 233 HV.
Beispiel 23 : Ein anderer rostfreier Stahl wurde durch trockenes Mahlen einer Mischung aus 84 g Karbonylnickelpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von 3 bis 5 , 341 g eines hochreinen Ferro-
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und 763 g eines hochreinen Eisenschwammpulvers mit 0, 032 Kohlenstoff und 0, 115% Kieselsäure sowie einer Teilchengrösse unter 150 li hergestellt.
Das Gemisch wurde 40 h unter Luft in einer Kugelmühle bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 176 Umdr/min und einem Kugel/Pulver-Volumenverhältnis von 18 : 1 gemahlen. Die Verbundteilchen besassen eine mittlere Korngrösse von 85 . Beim Warmstrangpressen des in einer Stahlbüchse vakuumverpackten Pulvers
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Es ist anzunehmen, dass es sich bei dem Dispersoid um Chromoxyd handelt, das im Wege der Oxydation durch in die Büchse eingedrungenen Sauerstoff gebildet wurde. Die Zugfestigkeit betrug bei Raumtemperatur 137,5 kg/mm2, die Streckgrenze 121, 0 kg/mm2, die Dehnung 7,5%, die Einschnürung 29% und der Elastizitätsmodul 18, 8 x 103 kg/mm2. Der Werkstoff besass eine Vickershärte von 421 und war leicht ferromagnetisch.
Nach 90-stündigem Glühen bei 10930C war der Werkstoff unmagnetisch und besass eine Vickershärte von 390 sowie bei 6500C und einer Belastung von 24,6 kg/mm2 eine Zeitstandfestigkeit von 44, 9 h sowie eine Bruchdehnung von 2, eo. Bei 8160C stellte sich unter einer Belastung von 7 kg/mm2 auch nach 70 h noch kein Bruch ein. Die vorerwähnten Werte zeigen deutlich, dass es sich hier um einen dispersionsverfestigten Werkstoff handelt.
Beispiel 24 : Beim Herstellen des dispersionsgehärteten, ausscheidungshärtbaren und knetbaren rost-
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Aluminium und 2, 5% Zirkonoxyd, Rest einschliesslich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen wurden folgende Ausgangsmaterialien verwendet : a) ein niedriggekohltes Ferrochrompulver mit etwa 70% Chrom und etwas Silizium in einer Korngrösse von
44 bis 75 ,
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b) hochreines Eisenschwammpulver mit einer Korngrösse unter 150 Jl, c) Karbonylnickelpulver mit einer durchschnittlichen Korngrösse von etwa 3 bis 5 J. 4 d) Ferroaluminium und Zirkoniumoxyd mit einer durchschnittlichen Korngrösse von etwa 400 .
Eine 900 g Charge mit der oben erwähnten Zusammensetzung wurde in eine Kugelmühle gegeben und 48 h unter Stickstoff mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 176 Umdr/min mit 3, 8 1 Nickelpellets mit einem
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Stahlbüchse evakuiert und anschliessend verschlossen wurde. Das umhüllte Pulver wurde dann 1, 5 h auf 10380C erwärmt und mit einem Pressverhältnis von 16 : 1 zu einem Stab warmstranggepresst, der mit Ausnahme des feindispers und homogen verteilten Zirkoniumoxyds etwa die Nominalzusammensetzung des rostfreien Stahls
17-7 PH besass und dessen mittlere Korngrösse etwa 400 betrug.
Der Pressling wurde bei 1290 C geglüht, 1, 5 h auf etwa 7600C wieder erwärmt in Luft abgekühlt und er- neut 1, 5 h auf 5650C wieder erwärmt und gekühlt. Auf diese Weise wurde der Werkstoff sowohl dispersionsver- festigt als auch ausgehärtet.
Hochgekohlte Werkzeugstähle neigen besonders zu Seigerungen bei der Blockerstarrung nach dem Schmel- zen, wobei sich grosse Dendriten und karbidische Seigerungszonen ausbilden. Die Karbide sind spröde und be- einträchtigen die Duktilität des Werkstoffes, doch können die Seigerungen unter Schwierigkeiten bei der an- schliessenden Verformung des Blockes etwas verteilt werden. Das führt aber zu Zeilen in Verformungsrichtung und zwischen diesen liegenden, an Karbiden verarmten Zonen.
Bei den Verfahren der Pulvermetallurgie ist es ebenfalls schwierig durch Diffusionsglühen bei erhöhter
Temperatur eine homogene Zusammensetzung zu erreichen, da die Diffusionsgeschwindigkeit zahlreicher
Elemente wie beispielsweise Chrom, Wolfram und Molybdän in Pulverpresslingen nur gering ist.
Die Verwendung des neuen, mechanisch legierten Verbundpulvers der eingangs beschriebenen Art als Ausgangswerkstoff beim pulvermetallurgischen Herstellen von Hochgeschwindigkeitswerkzeugen gestattet die Herstellung hochgekohlter Werkzeugstähle mit gleichmässiger Verteilung feinkröniger Karbide und einem seigerungsfreien Gefüge.
Die Gleichmässigkeit des Gefüges hängt von der statistischen Gleichmässigkeit und dem homogenen Aufbau der Verbundteilchen ab. Die höhere Diffusionsgeschwindigkeit und schnellere Legierungsbildung auf Grund der starken Kaltverformung der Verbundteilchen ist im Hinblick auf die ansonsten geringe Diffusion der Legierungselemente von besonderem Vorteil.
Generell enthält die Bettungsmasse der Werkzeugstähle nach der Erfindung 0,7 bis 40/0, beispielsweise 0, 9 bis 3,5go Kohlenstoff und mindestens 0, 1%, vorteilhafterweise mindestens 1% mindestens eines der Elemente Chrom, Vanadin, Wolfram und Molybdän sowie bis Zlo Silizium, bis 2go Mangan, bis 51o Nickel und bis 15(go Kobalt, Rest mindestens 40% Eisen einschliesslich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
Vorteilhafterweise enthält der Stahl 3 bis 150/0 Chrom, bis 10 oder 207o Vanadin, bis 257o Wolfram und bis 12% Molybdän. Ein besonders geeigneter Chrom-Vanadin-Wolfram-Werkzeugstahl besteht aus 3 bis 9% Chrom, 0, 3 bis l o Vanadin, 1 bis 251o Wolfram, 0 bis 10% Molybdän, Rest Eisen.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass karbidbildende Stoffe, wie Tantal, Niob, Hafnium, Zirkon und Titan, in Mengen bis zu 150/0 beigegeben werden können und in der resultierenden Werkzeugstahlzusammensetzung in Form von Karbiden in feiner Verteilung erscheinen.
Einzelne besonders bevorzugte Legierungen sind in den Tabellen XIV und XV zusammengestellt, wobei der Legierungsrest in jedem Falle aus Eisen bestand.
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Tabelle XIV
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<tb>
<tb> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> V <SEP> W <SEP> Mo <SEP> Co
<tb> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%)
<tb> Chrom-Stahl <SEP> 0, <SEP> 85-1, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 6-0,8 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 0,15- <SEP> 0,3
<tb> Cixom-Moybdän- <SEP> 0,9-1, <SEP> 25 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> - <SEP> O. <SEP> 7 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> 1.
<SEP> 1 <SEP> - <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,3-0,5
<tb> - <SEP> Stahl <SEP>
<tb> Chrom-Nickel- <SEP> 0,9 <SEP> -1,1 <SEP> 0,3-0,5 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 0,5-0,8 <SEP> 1,2-1,6
<tb> -Stahl
<tb> Wolfram- <SEP> 1,25-1,40 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 0,1-0,5 <SEP> 0,2-0,4 <SEP> - <SEP> - <SEP> 3,25-4,0 <SEP> 0,2-0,4
<tb> -Schleifstahl
<tb> Halb-1, <SEP> 15-1,25 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 3,75- <SEP> 4,25 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> -3,3 <SEP> - <SEP> 4,0-4,5
<tb> - <SEP> Schnellstahl <SEP> 1. <SEP> 35-1. <SEP> 45 <SEP> 0. <SEP> 1-0, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 1-0,4 <SEP> 3,75- <SEP> 4,25 <SEP> - <SEP> 3,9 <SEP> -4,4 <SEP> - <SEP> 4,0-4,5
<tb> 1. <SEP> 05-1,5 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 3,75- <SEP> 4,25 <SEP> - <SEP> 3,75-4,25 <SEP> 2,3-2,7 <SEP> 2,4-2,8
<tb> Lufthärtender <SEP> 0, <SEP> 9-1, <SEP> 05 <SEP> 0. <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 85 <SEP> 0.
<SEP> 1-0,4 <SEP> 4,75- <SEP> 5,25 <SEP> - <SEP> 0,15-0,5 <SEP> 0 <SEP> 0,9-1,15
<tb> Gesenkstahl
<tb> Hochgekohlter. <SEP> 1, <SEP> 4-1, <SEP> 6 <SEP> 0. <SEP> 2-0,4 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 11,5-12,5 <SEP> - <SEP> 0,2-1,0 <SEP> - <SEP> 0,7-0,9
<tb> hochchromhaltiger <SEP> 2,1 <SEP> -2,3 <SEP> 0. <SEP> 2-0,4 <SEP> 0.1-0,4 <SEP> 11,5 <SEP> - <SEP> 12,5 <SEP> - <SEP> 0,2 <SEP> -0,8 <SEP> - <SEP> 0,7-0,9
<tb> Gesenkstaht
<tb> 2. <SEP> 0 <SEP> -2,2 <SEP> 0,2-0,4 <SEP> 0,7-1,0 <SEP> 11,5-12,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,6 <SEP> - <SEP> 0,9
<tb> Verschleissfester <SEP> 2, <SEP> 15-2, <SEP> 5 <SEP> 0. <SEP> 3-0, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 3-0, <SEP> 8 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 5,5 <SEP> - <SEP> 3,75-5,0 <SEP> 0,95-1,3 <SEP> 0,8-1,3
<tb> Gesenkstabi <SEP> 2. <SEP> 1 <SEP> -@, <SEP> 3 <SEP> 0. <SEP> 3-0.
<SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 1-0,4 <SEP> 3,75-4,25 <SEP> - <SEP> 3,75-5,0
<tb>
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Tabelle XV
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<tb>
<tb> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> V <SEP> W <SEP> Mo <SEP> Co
<tb> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> (%)
<tb> Wolfram- <SEP> 0,8-0,85 <SEP> 0,1-0,5 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 4 <SEP> -4,25 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> -2,15 <SEP> 18 <SEP> - <SEP> 18,5 <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 0,75 <SEP> -
<tb> -Stahl <SEP> 0,95-0,980,1-0,4 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 4 <SEP> -4,25 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> -2,15 <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 18,5 <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 0,75 <SEP> -
<tb> 0,97-1,03 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 0,1-0,4 <SEP> 3,75-4,25 <SEP> - <SEP> 2,8-3,2 <SEP> 13,5-14,5 <SEP> 0,65-0,85 <SEP> Wolfram- <SEP> 0,7 <SEP> - <SEP> 0,75 <SEP> 0,1 <SEP> 0,4 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 4,5 <SEP> - <SEP> 1,
0 <SEP> - <SEP> 1,25 <SEP> 18 <SEP> - <SEP> 19 <SEP> 0,6 <SEP> - <SEP> 0,8 <SEP> 4,75 <SEP> - <SEP> 5,25
<tb> -Kobalt- <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> 1,6 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 4,5 <SEP> - <SEP> 4,75 <SEP> - <SEP> 4,75 <SEP> - <SEP> 5,0 <SEP> 12,5 <SEP> - <SEP> 13,5 <SEP> 0,4 <SEP> - <SEP> 0,6 <SEP> 4,75 <SEP> - <SEP> 5,25
<tb> -Stahl <SEP> 0,75 <SEP> - <SEP> 0,85 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 4,0 <SEP> - <SEP> 4,5 <SEP> - <SEP> 1,6 <SEP> - <SEP> 2,0 <SEP> 18,75 <SEP> - <SEP> 20,5 <SEP> 0,6 <SEP> - <SEP> 0,8 <SEP> 11,5 <SEP> - <SEP> 12,25
<tb> Molylxisn- <SEP> 0,78 <SEP> - <SEP> 0,85 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 3,75 <SEP> - <SEP> 4,0 <SEP> - <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 1,25 <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> 1,65 <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> -
<tb> -Stahl <SEP> 0,97 <SEP> - <SEP> 1,03 <SEP> 0,
1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 3,75 <SEP> - <SEP> 4,0 <SEP> - <SEP> 1,9 <SEP> - <SEP> 2,1 <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> 1,75 <SEP> 8,5 <SEP> - <SEP> 8,75 <SEP> Molyixdan- <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,85 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 3,75 <SEP> - <SEP> 4,25 <SEP> - <SEP> 1,1 <SEP> - <SEP> 1,4 <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> 1,8 <SEP> 8,25 <SEP> - <SEP> 8,5 <SEP> 4,75 <SEP> - <SEP> 5,25
<tb> -Kobalt- <SEP> 0,87 <SEP> - <SEP> 0,93 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 3,5 <SEP> - <SEP> 4,0 <SEP> - <SEP> 1,85 <SEP> - <SEP> 2,25 <SEP> 1,3 <SEP> - <SEP> 1,6 <SEP> 8,45 <SEP> - <SEP> 8,95 <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 8,5
<tb> -Stahl
<tb> Wolftam- <SEP> 1,0 <SEP> - <SEP> 1,1 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 4,25 <SEP> - <SEP> 2,4 <SEP> - <SEP> 2,55 <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 6,25 <SEP> 5,
7 <SEP> - <SEP> 6,25 <SEP> -
<tb> -Molybdän- <SEP> 1,25 <SEP> - <SEP> 1,3 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 4,25 <SEP> - <SEP> 4,5 <SEP> - <SEP> 3,75 <SEP> - <SEP> 4,25 <SEP> 5,5 <SEP> - <SEP> 6,0 <SEP> 4,5 <SEP> - <SEP> 4,75 <SEP> Wolfram- <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> 1,6 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 4,0 <SEP> - <SEP> 4,75 <SEP> - <SEP> 4,75 <SEP> - <SEP> 5,25 <SEP> 6,25 <SEP> - <SEP> 6,75 <SEP> 3,0 <SEP> - <SEP> 5,0 <SEP> 4,75 <SEP> - <SEP> 6,25
<tb> -Molybdin-
<tb> -Kobalt-
<tb> -tahl
<tb> sclhsthartender <SEP> 2,25 <SEP> 1,5 <SEP> 0,25 <SEP> 2,0 <SEP> - <SEP> - <SEP> 11,0 <SEP> - <SEP> Stahl
<tb> verschleissfester <SEP> 3,25 <SEP> 0,3 <SEP> 0,3 <SEP> 1,0 <SEP> - <SEP> 12,0 <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> Gesenkstahl
<tb>
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Ausser der Dispersionsverfestigung der Werkzeugstähle,
die auf die Anwesen heit extrem feinverteilter Karbide zurückzuführen ist, kann das Verbundpulver bzw. der aus ihm hergestellte Werkstoff auch andere Dispersoide in einer Menge von 0,05 bis 23%, vorzugsweise höchstens 10 Vol. -0/0 enthalten.
Beim Herstellen der Stähle kann ein Verbundpulver der Endzusammensetzung einer Warmformgebung unterworfen werden, beispielsweise dadurch, dass die Teilchen in eine Stahlblechbüchse gefüllt und dort unter Vakuum auf 4250C erwärmt sowie anschliessend im Vakuum abgeschreckt und die Büchse zugeschweisst wird, wonach sie bei einer Temperatur von mindestens 815 C, beispielsweise bei 1038 bis 12600C warmstranggepresst wird. Beim Erwärmen des eingeschlossenen Pulvers auf die Strangpresstemperatur kann das Homogenisieren und Glühen des Pulvers vollendet werden.
Nachfolgend werden einige Beispiele zum Herstellen von gekneteten Werkzeugstählen nach der Erfindung wiedergegeben : Beispiel 25 : Beim Herstellen komplexer hochgekohlter Werkzeugstähle mit 20% Wolfram, 12% Kobalt, 4% Chrom, 2% Vanadin, 0, 85o Kohlenstoff, Rest Eisen wurde eine Mischung aus 28,6 g einer pulverförmigen Vorlegierung mit 70% Vanadin und 30% Eisen sowie einer Korngrösse unter 150 M, 57,2 g einer pulverförmigen Vorlegierung aus 70% Chrom und 30% Eisen mit einer Korngrösse unter 150 li, 200 g Wolframpulver einer Korngrösse von 10 li, 120 g Kobaltpulver einer Korngrösse unter 44 , 8, 0 Graphitflocken einer Korngrösse unter 150 und 586,
2 g eines Eisenschwammpulvers mit einer Korngrösse von 65 J1 aufgebaut.
Diese Mischung wurde in einer Kugelmühle, wie sie typisch in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist, 40 bis 50 h bei 180 Umdr/min mittels gehärteter Stahlkugeln eines Durchmessers von 6, 2 mm bei einem Kugel/Pulver- - Verhältnis von 20 : 1 trocken gemahlen. Das dabei anfallende Verbundpulver besass ein Gefüge mit den im wesentlichen homogen untereinander verteilten Komponenten.
Nach dem Einfüllen und Evakuieren in einer Stahlbüchse und deren Verschliessen wurde das Pulver bei 11750C und einem Pressverhältnis von 16 : 1 zu einem Stab warmstranggepresst, der weder karbidische Dendriten noch Seigerungen oder Einschlüsse aufwies.
Der Pressling wurde 5 bis 10 min bei 12900C geglüht und anschliessend in Öl auf Raumtemperatur abgeschreckt sowie danach einmal etwa 2 h bei 565 C geglüht und in Luft abgekühlt sowie schliesslich weitere 2 h auf 565 C wiedererwärmt.
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schliessend auf eine Korngrösse unter 75 J1 gebrochen. 400 g des Pulvers wurden mit 1600 g hochreinem Eisenschwammpulver einer Korngrösse von 65 J1 vermischt und das Gemisch anschliessend mittels gehärteten Stahlkugeln, deren Durchmesser 6,2 mm betrug, bei einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 18 : 1 und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 175 Umdr/min 45 min trocken gemahlen.
Die dabei anfallenden Verbundpulverteilchen enthielten die Pulverkomponenten in feindisperser, homogener Verteilung. Das Pulver wurde in eine Stahlbüchse gefüllt, dort entgast und die Stahlbüchse zugeschweisst sowie auf 10950C erwärmt und dann bei einem Pressverhältnis von 16 : 1 zu einem Rundstab warmstranggepresst. Der Stahl wies keine Karbidseigerungen und Einschlüsse auf ; er wurde von der Austenitisierungstemperatur, d. h. von 7880C in Öl abgeschreckt und anschliessend bei 1770C angelassen.
Beispiel 27 : Um einen gekneteten Halb-Schnellstahl der Zusammensetzung l, 2% Kohlenstoff, 4% Chrom, 30/0 Vanadin, 4% Molybdän, 0,3% Mangan und 0,3% silizium, Rest Eisen herzustellen, wurde eine
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Pulvers wurden mit 1200 g hochreinem Eisenschwammpulver einer Korngrösse von 65 li vermischt und das Gemisch 48 h mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 175 Umdr/min in Anwesenheit von gehärteten Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 6,3 mm bei einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 18 : 1 gemahlen. Die auf diese Weise hergestellten, stark kaltverformten Verbundteilchen besassen ein Gefüge aus den
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: 1einem Quadratknüppel warmstranggepresst wurde.
Ein aus dem Knüppel hergestelltes Werkzeug kann von 12320C in Öl abgeschreckt und dann auf 5380C erwärmt sowie auf dieser Temperatur 1 h gehalten werden.
Beispiel 28 : Beim Herstellen eines gekneteten, hochgekohlten Schnellarbeitsstahles mit 2, 5% Kohlenstoff, 4, 0% Chrom, 2,5% Molybdän, 5,0% Kobalt, 7,0% Vanadin und 600% Wolfram, Rest Eisen, wurden zu-
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pulver, sämtlich mit einer Korngrösse unter 150/1. 113 g Molybdänpulver und 225 g Kobaltpulver, beide mit einer Korngrösse unter 45 , 270 g Wolframpulver einer Korngrösse von 10 li und 3191 g Eisenschwammpulver einer Korngrösse von 65 li miteinander gemischt. Die Mischung wurde dann 15 hunter Stickstoffatmosphäre trocken gemahlen, wobei ein in starkem Masse kaltverformtes Verbundpulver anfiel, dessen Gefüge die Legierungskomponenten in homogener und feiner Verteilung aufwies.
Das Pulver wurde in einer geschlossenen Stahlbüchse vakuumverpackt und alsdann bei 10930C und einem
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Pressverhältnis von 16 : 1 warmstranggepresst. Der Pressling besass die bemerkenswerte Härte von 62, 5 RC. Ein aus dem Pressling hergestelltes Werkzeug wurde durch langsames Erhitzen auf 870 C und danach auf 1205 C mit 5-minütigem Halten und anschliessendem Ölabschrecken gehärtet. Nach zweimaligem zweistündigem
Glühen bei 5380C mit anschliessendem Luftabkühlen betrug die Härte 67 RC.
Beim Herstellen von Produkten, deren Gefüge feindispers verteilte Oxyde enthält, brauchen die Verbundpulverteilchen die endgültigen Oxyde nicht unbedingt zu enthalten, obgleich dies normalerweise der Fall ist.
Es können nämlich auch Verbundteilchen verwendet werden, die beim nachfolgenden Erwärmen anfangs nicht vorhandene keramische Oxyde oder andere keramische Phasen bilden.
Auf diese Weise können Verbundteilchen hergestellt werden, die stabile keramische Oxyde bildende Metalle enthalten wie beispielsweise Yttrium, Lanthan, Thorium, Chrom, Silizium, Aluminium, Beryllium oder Seltene Erdmetalle, beispielsweise Didym, zusammen mit weniger stabilen Oxyden anderer Metalle wie beispielsweise Nickeloxyd und andern Legierungskomponenten.
Der Sauerstoff kann jedoch auch als adsorbierter oder gasförmiger Sauerstoff oder Mahlatmosphäre eingeführt werden, der durch die festen Bestandteile des Pulvergemisches adsorbiert und mechanisch legiert wird.
Derartige Pulver können verfestigt und geglüht werden, um die stabile Oxyde bildenden Metalle durch Diffusion des Sauerstoffes weniger stabiler Oxyde oder mit dem mehrstabilen, mechanisch legierten Sauerstoff zu oxydieren.
Durch Begrenzung des wirksamen Diffusionsweges für den Sauerstoff auf unter 1 li oder auch unter 0, 5 bi lassen sich die keramischen Oxydteilchen durch Glühen innerhalb kürzester Zeit in sehr feiner Verteilung erzeugen.
Dieses Verfahren lässt sich vorteilhafterweise beim Herstellen von Nickel oder nickelhaltigen, mittels Thoriumoxyd dispersionsgehärteter und aus einem metallischen Thorium sowie mechanisch legierten Sauerstoff enthaltenden Verbundteilchen herstellen. Enthält das Gemisch mehr als ein oxydierbares Metall so lässt sich das Verfahren durch Begrenzen der Sauerstoffzufuhr auf diejenige Menge regulieren, die erforderlich ist, um nur das das stabilste Oxyd bildende Metall zu oxydieren.
Das folgende Ausführungsbeispiel veranschaulicht die Anwendung dieses Verfahrens bei einer mit Aluminiumoxyd dispersionsverfestigten Nickellegierung.
Beispiel 29 : Eine Mischung aus 781 g Karbonylnickelpulver einer Korngrösse von 3 bis 5 J1., 44 Nickel- oxyd (NiO) einer Korngrösse unter 44 li und 75 g einer pulverförmigen Vorlegierung aus 8calo Nickel und 200/0 Aluminium mit einer Korngrösse unter 44 li wurde 48 h unter Stickstoffatmosphäre in einer Mühle gemäss Beispiel l bei einem Kugel/Pulver-Verhältnis von 22 : 1 und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 176 Umdr/min trocken gemahlen.
Die dabei anfallenden Verbundteilchen wurden nach dem Entfernen einer kleinen Grobkornfraktion in einer Stahlbüchse vakuumverpackt. Die verschlossene Büchse wurde dann 2 h bei 9820C geglüht, um eine Interdiffusion der Pulverbestandteile und eine Reaktion des Sauerstoffes aus dem Nickeloxyd mit dem Aluminium zur Bildung einer stöchiometrischen Menge von Alp 3 zu ermöglichen, das sich in feindisperser Verteilung der gesamten Legierung bildete. Die heisse Büchse wurde dann bei einem Pressverhältnis von 16 : 1 warmstranggepresst.
Zwei unverträgliche Komponenten können auch in derselben mechanischen Legierung durch Trennen mittels einer dritten wechselweise verträglichen Komponente miteinander verbunden werden, wobei die miteinander unverträglichen Komponenten nacheinander beim Mahlen zugesetzt werden.
In Anbetracht der Tatsache, dass härtere und weniger duktile Komponenten zur Dispersion in weicheren und duktileren Komponenten neigen, sind zahlreiche Kombinationen mit hierachischem bzw. schalenförmigen Aufbau möglich.
Ein solches hierachisch aufgebautes Verbundpulver, bei dem jeweils ein härteres Metall in einem weicheren eingebettet ist, lässt sich mit einem oder mehreren andern hierachisch oder schalenförmig aufgebauten Verbundpulvern in einer gemeinsamen Bettungsmasse kombinieren. Auf diese Weise können völlig neue Gefüge erzeugt werden, die sich auf keine andere Weise herstellen lassen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines hierachisch bzw. schalenförmig aufgebauten Verbundpulvers wird an Hand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
Beispiel 30 : Eine Charge aus 50 Vol. zo Wolframpulver mit einer Korngrösse von 5 J1 und 50 Vol. do Zirkoniumoxydpulver mit einer Korngrösse von 0, 03% wurde 3 h in einem Hochgeschwindigkeitsrüttler gemahlen. Das dabei anfallende Verbundpulver bestand aus in einer Bettungsmasse aus Wolfram feindispers verteiltem Zirkonoxyd. 40 V01.. p/o dieses Pulvers wurden dann mit 60 Vol.. p/o Karbony1nickelpulver einer mittleren Korngrösse von 3 bis 5 it versetzt und insgesamt 2 h im Hochgeschwindigkeitsrüttler in der bereits beschriebenen Weise gemahlen.
Das dabei anfallende Verbundpulver enthielt feinkörnige harte Wolfram-Zirkonoxydteilchen als feindisperse Phase der Verbundpulverteilchen. Das verhältnismässig grobkörnige Pulver enthielt in Vol.- 20'% Zirkoniumoxyd, 20% Wolfram und 601o Nickel in schalenförmigem Aufbau bei minimalem Kontakt zwischen Zirkonium oxyd und Nickel.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den vorstehend beschriebenen Beispielen, bei denen es sich um die Er- zeugung eines in der Dispersion verstärkten Produkts handelte, beispielsweise eine in der Dispersion verstärkte
Superlegierung oder in der Dispersion verstärkten rostfreien Stahl, das Produkt weniger als 10 Vol, -'10 nicht durchmischter Bereiche mit einer Grösse von mehr als 3 li enthielt. In der Regel lag die Grösse nicht oberhalb von 1 Jl oder sogar 0, 5 bu.
Andere Metallsysteme aus Knetlegierungen, die mit Vorteil unter Anwendung der Erfindung hergestellt werden können, sind die folgenden : (1) Zusammensetzungen, die wegen der niedrigen Siedepunkte eines ihrer Bestandteile schwer herstellbar sind, beispielsweise lithiumhaltige Legierungen wie Nickel mit 1% Li, für Zwecke, in denen Korrosions- festigkeit verlangt wird, ferner borhaltige Systeme wie Nickel-Bor-Zusammensetzungen und borhaltige
Stähle, wie 18-8 Cr-Ni oder AISI-Typ-347-Stähle mit Bor.
(2) Zusammensetzungen, in denen eine Komponente stark reaktiv ist, beispielsweise Zusammensetzungen, die Seltene Erden enthalten, wie RCos für permanente Magnete, wo R eine Seltene Erde darstellt, etwa
Zer oder Samarium. Die Seltenen Erden reagieren leicht mit feuerfesten Auskleidungen von Schmelz- tiegeln, so dass man normalerweise mit Schmelzen in der Schwebe oder mit sich verzehrenden Licht- bogenelektroden in einer gekühlten Form arbeitet, was zu unerwünscht grosser Korngrösse führt.
(3) Eisen-Silizium-Legierungen für Transformatorbleche, beispielsweise Fe/S-T Si mit oder ohne bis zu
10% Nickel zwecks Verbesserung der magnetischen Eigenschaften.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar an deformierbaren Metallen, die einen absoluten Schmelzpunkt oberhalb von 600 K und vorzugsweise oberhalb von 1000 K haben, da solche Metalle in der Lage sind, den
Mahlprozess auszuhalten. Was Metalle mit niedrigeren Schmelzpunkten betrifft, die bei heftiger Bearbeitung unter annähernd Umgebungstemperatur zum Selbstglühen neigen, so können sie mit andern Metallen bei Um- gebungstemperatur verarbeitet werden, um ein brauchbares geknetetes zusammengesetztes Metallpulver zu erhalten.
Anderseits können solche Metalle, wo dies nötig ist, bei Temperaturen unterhalb ihrer Rekristallisationstemperatur behandelt werden, indem die Behandlung wesentlich unterhalb der Umgebungstemperatur erfolgt, um dadurch im wesentlichen beständiges Gleichgewicht zwischen Schweissfaktor und Schleiffaktor zu erhalten.
PATENTANSPRÜCHE
1. Durch Verfestigen eines Metallpulvers hergestellter Formkörper aus Verbundteilchen im wesentlichen einheitlicher Zusammensetzung mit zusammenhängendem, nichtporösem Gefüge, wobei von den mindestens zwei Bestandteilen der Verbundteilchen mindestens einer ein durch Druck verformbares Metall ist, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Metallpulver aus Verbundteilchen nach Patent Nr. 305685 besteht, bei dem die innig vereinigten Bestandteile der Verbundteilchen, von denen das durch Druck verformbare Metall mindestens 15 Vol. do ausmacht, in einander dispergiert sind und dass die Härte der Verbundteilchen durch mechanische Bearbeitung im wesentlichen auf ihren Sättigungswert gebracht ist.