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Verfahren zur Herstellung von mechanisch bearbeitbaren Körpern aus Wolfram,
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Wolfram.
Molybdän und ähnlichen schwer schmelzbaren Metallen oder deren Legierungen, gemäss welchem die Körper durch an sich bekanntes Pressen aus sauerstoffhaltigem Pulver der betreffenden Metalle hergestellt und durch Reduktion derart zum Sintern gebracht werden, dass die Kristallisation im Smme einer Verhinderung der Bildung einer grobkristallinischen Struktur reguliert wird.
Wesentlich für den Erfindungsgegenstand ist die neue Erkenntnis, dass das Sintern ein Vorgang ist, der auf verschiedentlichen Wegen bewerkstelligt werden kann, in jedem Falle aber aus viner Bewegung der kleinsten Partikelchen zueinander hin resultiert und in der zunehmenden Vereinigung und Verwachsung derselben besteht.
Eine solche kann schon bei niedriger Temperatur unter der Wirkung hoher Drucke erfolgen, bei entsprechend erhöhter Temperatur aber auch ohne äussere Drucksteigerung. Sie findet aber insbesondere dort statt, wo die Beweglichkeit der kleinsten Teilchen so gross ist, dass sie, wenn sie in den Bereich ihrer molekularen Anziehungskräfte gelangt sind, sich noch nach den Symmetrie- verhältnissen der dem betreffenden Element zukommenden Krist. alltypen zu lagern vermögen also in eine kristallinische Struktur eingehen können - mit einem Wort also dort, wo Kristallt- satlun stattfindet und dies nun auf zweierlei Weise.
Die angewendeten Pulver bestehen, selbst wenn sie in technisch idealster Homogenität und Gleichartigkeit des Kornes erzeugt werden, doch immer noch aus grösseren und kleineren Kriställchen. Es ist nun bekannt, dass unter gegebenen Umständen die grösseren Kristalle auf Kosten der kleineren wachsen, und zwar immer dann, wenn ein Transport von Masse zwischen
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Wert erreicht, der in abschbarer Zelt einen merkhchen Effekt in der gedachten Richtung er- möghcht.
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bewusstgelertetwerdenkann.
Wenn man sich emen solchen chemischen Prozess in dem gepressten Stücke vollziehen lässt. werden Kristall in starker räumlicher Annäherung aneinander entstehen und miteinander verwachsen. Hiemit 18t notwendigerweise der Gedanke nahegelegt, das Ausgangsmaterial, welches
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die der vorhandenen Teilchen ist, und die das aus den übrigen Partikelchen durch Reduktion entatebende Metall zu ihrem Wachstum verwendet.
Das Verfahren stellt somit nach vorstehendem eine wesentliche Verbesserung der bisher bekanntgewordenen dar und unterscheidet sich prinzipiell von diesen.
Während dieselben für die Sinterungsoperationen die Verwendung eines möglichst sauerstofffreie, Pulvers als Ausgangsmaterial für wesentlich erachten und ausdrücklich betonen, dass insbesondere zwecks Herstellung grösserer Objekte aus dem Ausgangsmaterial jede Spur Sauerstoff entfernt werden muss, da die gesinterten Stücke sonst brüchig ausfallen-eine Befürchtung, die vielfach sogar dazu geführt hat, dass man noch einen Zusatz von Kohlenstoff anwendete, damit die letzten Reste von Sauerstoff durch denselben entfernt werden, erkennt zwar auch das Verfahren der Erfindung die Notwendigkeit an, dass das schliesslich gewonnene Metallstück durchaus sauerstoffrei sein muss, beseitigt aber den Sauerstoff nicht von vornherein in dem Metallpulver,
sondern hält vielmehr sein Anwesenheit auch noch in den gepressten Stücken für wesentlich nötig und schreibt die schlechten Erfolge, die unumgänglich notwendigen, hohen, fast bis zum Schmelzpunkt emporgetriebenen Temperaturen und die entstandenen Unhomogenitäten bei den anderen Verfahren der Verkennung dieses Umstandes zu. Der Gedanke, dass es notwendig sei, den Sauerstof sehon m dem pulverförmigen Ausgangsmaterial vollständig zu entfernen, verbunden mit der Tatsache, dass dies ohne Anwendung besonderer Gegenmassregeln nur schwierig gelingt, ohne das Pulver zugleich relativ grobkristallinisch zu erhalten, hat die Urheber anderer Verfahren dazu veranlasst, auch die Verwendung relativ grobkristallinischer Pulver für ihren Prozess als unumgänglich notwendig anzusehen.
Die vorliegende Erfindung enthebt der Schwierigkeit, dit, darin liegt, ein möglichst feines und dabei doch sauerstoffreies Produkt zu erhalten und gewinnt dadurch den Vorteil, dass es ein technisch verhältnismässig einfach herzustellendes, sehr feines und durch eine möglichst vollkommene Raumausfüllung ausgezeichnetes Ausgangsmaterial verwenden kann, das sich von Haus aus besser pressen lässt, hiebei viel kompakter und homogene und dann erst während der die Sinterung bedingenden Reduktion etwas grösser kristallinisch
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verwächst, indes die sauerstonreien bereits relativ grobkristallinischen Produkte unter den gleichen Umständen noch keine vergleichbare Kristallisation durchmachen, sondern erst bei sehr viel höheren @ emperaturen auf dem Wege des Massentransport.
es durch den Gasraum, wie früher beschrieben.
Nach dem Verfahren wird, wie erwähnt, die ganze Sinterungsoperation in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt : auch hierin liegt wieder ein wesentlicher Unterschied gegenüber den bekannten Verfahren. Diese verwenden zwar mitunter ebenfalls reduzierende Atmosphären, insbesondere Wassersteff, aber nur zum Schutze gegen etwaige Oxydationen, was schon daraus
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Operationen vorgenommen werden soll, reicht die Erhitzung bis auf die genannten Temperaturen aus.
Für andere Zwecke, bei denen das Material gelegentlich seine@ Verwendung sehr hohe Temperaturen aushalten muss, oder für die besondere Festigkeitseigenschaften erwünscht schemen wird die Temperatur nach Abschluss obigen Prozesses noch über die angerührten Werte gesteigert. Ausführungsbeispiel.
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je nach den an seine Endprodukte zu stellenden Anforderungen in beliebigem Umfange zielbewusst Yarllert werden kann.
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bzw. metallographischer Beziehung, die sie in auBgezeirbnetstem Mässe für die Vornahme beliebige) Verjüngungsoperationen - unter einfachster fachmännischer Übertragung der beispielswese aus der Stahlindustrie geläufigen Technik auf diese - befähigen :
also etwa zur Erzeugung von
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wiederum in Form eines speziellen Ausführungsbeispieles, nämhch der Reduktion von Wolframsäure vermittelst WasserBtoSs.
Die Wolframs. ure wird in kleine Nickelschinchen lose eingefüllt und durch Eisen oder
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passieren gelassen. Der Antrieb der Schiffchen erfolgt durch eine passende mechanische Vorrichtung, beispielsweise einen Schneckenantrieb, derart, dass die Fortbewegungsgeschwindigkeit beiläufig einen Meter per Stunde beträgt.
Entgegen der Bewegungsrichtung der Schinchen wird Wasserstoff in einer Menge von 150 bis 300 l zirka per Stunde durch die Röhren passieren gelassen. Seine Bewegung kann durch den Druck, unter dem er in den zu seiner Aufbewahrung dienenden Bomben oder Gasometern steht, veranlasst werden oder bei Durchführung einer Zirkulation mit Reinigung und Wiederverwendung des bereits durch den Reduktionsraum durchpassierten Gases vermittelst Kompressoren erzwungen sein.
In jedem Falle kann die per Stunde anzuwendende Menge leicht messend verfolgt und geregelt werden, da die oben gemachte Angabe der lichten Weite des Reduktiollrohre8 dann in sicher reproduzierbarer Weise die Erreichung der bestimmten linearen Strömungsgeschwindigkeit in der Reduktionszone gewährleistet. die vom theoretischen Standpunkt aus ausschlaggebend für den Verlauf des Prozesses ist.
Damit bei der Beschickung der Reduktionsröhren mit neuen Schiffchen bzw. bei der Entnahme von Schiffchen aus denselben, welche die Reduktionszone bereits passiert haben, eine
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Die Reduktionsröhren werden mittels Gas oder Elektrizität vor Eintritt der ersten Schiffe in die Reduktionszone derart, angeheizt, dass die Temperatur zirka 20 cm'Von der Eintrittsstelle der Schiffe in den Ofen an gerechnet zirka 900 bis 1000 C beträgt (das Reduktionsgut also während Keiner Bewegung den grössten Teil der Temperaturerhöhung auf 900 bis 1000 auf einem Wege von zirka 20 cm erfährt) und sich bis ungefähr zu der gleichen Entfernung vom Austrittsende der SchiSchen an gerechnet allmählich bis auf 1000 bis 1100 steigert.
Temperatur und Dauer des Verweilen in der Reduktionszone sowie die übrigen Konstanten, die für den stationären Zustand charakteristisch sind, welcher sich alsbald nach der Ankunft dps ersten Schiffes am Ende der Reduktionszone für jeden einzelnen Querschnitt des Reduktionsraumes einstellt, lassen eine vollständige Reduktion der äure m Metall nicht zu, ebenso wenig aber den Verbleib einer Sauerstoffmenge in dem Reduktionsgute. welche den Gehalt dcc-
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stoffgehaltes für jedes emzelne Korn des Reduktionsgutes zutreffen, mit anderen Worten, der angegebene Sauerstoffgehalt nicht etwa daraus resultiert,
dass die einzelnen Teilchen des Reduktions- gutes ungleichmässig den Reduktionsbedingungen unterliegen und etwa zum Teile vollständig zu absolut sauerstofffreien Metallpartikcichen, zum Teil nur zu Partikelchen niedrigerer Oxy-
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Nachdem aus diesen Darlegungen für den Fachmann bereits genügend ersichtlich ist, wie ,'1'in dem Rahmen des oben angegebenen durch Variation der Arbeitsbedingungen die Eigenschaften
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insofern aufweist, als es bei einer gewissermassen streichelnden, aber leicht drückenden Bewegung der Finger ähnliche Empfindungen hervorruft wie eine Plüschunterlage.
Dieses Material wird nun ohne Beimengung irgend eines Bindemittels zwecks Erzeugung prismatischer Presslinge in Matrizen eingefüllt und in diesen einem Druck von. zirka 1200 kg per cm2 unterworfen. Die Dimensionierung der Presslinge kann beispielsweise zu 150 X 5 X 5 mm, aber auch grosser, z. B. 250 X 6'5 X 6'5 oder 250x9x9 usw. gehalten sein.
Die Matrize muss jedoch so konstruiert sein, dass sie der starken Elastizität des Ausgangsmateriales der Erfindung Rechnung trägt, also gestattet; dass nach Beendigung der Pressoperation alle Teile, des Presslinges gleich- zeitig nach allen Seiten hin Druckentlastung erfahren, weil sonst unweigerlich vorübergehende Spannungen in dem Presslimge auftreten, die ihn entweder als Ganzes zerspringen lassen oder das Auftreten innerlicher Spaltflächen, sogenannter Lamellen, veranlassen, die später nicht mehr zum Verschwinden gebracht werden können.
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allzu grosse Sorgfalt der Matrize entnommen und auf Platten oder in Schiffchen bzw. in Röhren überführt werden.
Platten, Schinchen und Röhren können aus Marquardt masse oder ganz besonders zweckmässig aus einer Mischung von Magnesia mit 10 bis 40% Carborundum, aber auch aus Nickel z. B. bestehen. Im Rahmen des vorliegenden Beispieles sei der Fall in Betracht gezogen, dass die Stäbe in Schiffchen eingeladen worden seien.
Die Stäbe werden nunmehr der Reduktion und der Sinterung zugeführt, und zwar unter Zerlegung dieses Verfahrensschrittes in zwei Stufen, was seine Begründung in praktischen. di < ' Apparatur betreffenden Erwägungen, angesichts des bedeutenden Temperaturintervalles findet. über das dieser Verfahrensschritt in dem gewählten Beispiele auszudehnen ist.
Die Schiffchen, welche die Stäbe enthalten, werden zunächst in einem Ofen behandelt, der in seiner Konstruktion der bereits beschriebenen Anlage zur Reduktion von Wolframsäure weitgehendst nachgebildet sein kann. Er mag also aus einer oder zwei Röhren aus Nickel oder Stahl bestehen, weiche etwa im mittleren Drittel ihrer Länge mit Quarz- oder Porzellanrohren von ungefähr einem Meter Länge umgeben sein mögen. Die beiden Rohrarten sollen sich jedoch nicht. berühren. Die Quarz-oder Porzellanröhren sind mit Platinfolie, Molybdän- oder Wolfram draht oder sonst geeignetem Widerstandsmaterial zwecks Durchführung elektrischer Erhitzung umwickelt, können aber auch mittels Gas oder sonstwie geheizt werden.
Die Schiffchen, welche (lie Stäbe enthalten, werden in die Stahl-oder Nickelrohre eingesetzt und kontinuierlich durch dieselben hindurchbewegt. Auch hier wird die Bewegung durch eine mechanische Vorrichtung. beispielsweise einen Schneckenantrieb, bewirkt, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 5 rot in vier Minuten. Im entgegengesetzten Sinne zu der Bewegungsrichtung der Schiffchen wird trockener gereinigter Wasserstoff, der vollkommen frei von Sauerstoff ist, hindurchpassieren gelassen. Unter Benutzung eines Metallrohres von 24 mm lichter Weite ist ein Gas-t, rom vol zirka 300 1 per Stunde vorzusehen.
Die Beheizung ist derart vorzunehmen, dass die Temperatur des Stahl-oder Nickelrohres vom Eintrittsende der Schiffchen an etwa über zwei Drittel de@ Länge der Quarz- oder Porzellanschutzrobre allmählieh auf 1100 bis 1150 ansteigt und fur das verbleibende Drittel wieder abfällt.
Schon während dieses Teiles des Prozesses wird ein sehr wesentlicher Teil des in den Presslingen noch vorhandenen Sauerstoffes entzogen und in Übereinstimmung mit den allgemonen Ausführungen zu dieser Erfindung ein sehr bemerkenswerter Sinterungseffekt erreicht.
Zur weiterenVerständlichmachung der sich hiebei und auch noch bei der weiteren Fortsetzung des Verfahrens abspielenden Vorgänge wird vielleicht nicht ohne Vorteil auf die Schlussbemerkungen, welche an die Schilderung der Gewinnung des Ausgangsmateriales geknüpft wurden, zu verweisen sein, da vom theoretischen Standpunkt ja auch gewissermassen eine Fortsetzung des ursprünglichen Redukhonsprozesses der Wolframsäure stattfindet, nachdem derselbe eben mit Absicht in einem bestimmten Abstand von seiner Beendigung abgebrochen worden war, um ihn nach Einschaltung t-liner Pressoperati n unter Einführung eines neuen Faktors :
der VeimehruDg der räumlichen Annäherung der Teilchen und Ausnutzung der sich hieraus ergebenden neuen Wirkungen zu beendigen. Gerade in diesem Zusammenhange sei noch besonders betont, dass die bei der Säurereduktion bereits benutzte Anordnung auch hier wiederum einen vollkommen identischen Verlauf des Reduktionsprozesses in sämtlichen Querschnitten eines Presslinges und damit der den Re- duktion-prozess begleitenden Einformungsprozesse gewährleistet, somit vollkomm i Homogenität bzw. Erhaltung der berfits bei der Gewinnung des Ausgangsmatprtales in demselben
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Auf Grund der gegebenen Leitsätze, speziell der Temperaturangabe, kann sehr leicht und sicher (am besten durch Ausführung zweier Grenzversuche vor Inangriffnahme einer grösseren Anzahl von Presslingen, die aus einem und demselben Posten Ausgangsmaterial hergestellt wurden) die Temperatur ganz scharf gefasst werden, bei der der Prozess abzubrechen ist-auf den Ab- kühlungsprozess ist kein besonderes Augenmerk mehr zu richten-damit die im Presslinge noch vorliegenden Kömer des Ausgangsmateriales über die zum Zustandekommen des erforderlichen
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Da nun aber nach der von dem Ausgangsmaterial gegebenen Charakteristik die Korngrössen desselben von einer ausserordentlich geringen Grössenordnung sind, bedeutet dies nichts anderes als die Erzielung einer metallographischen Struktur des Endproduktes, die sich aus Elementen von angenähert der gleichen Grössenordnung aufbaut und dieses ausserordentlich feinkristalliniscben Gefüges wegen ein Optimum gegenüber den Ansprüchen, die eine mechanische Verarbeitung, speziell jede mechanische Streckung an die Struktur eines Werkstückes stellt, bildet.
Es ist selbstverständlich, dass Verfahren, welche schon im Ausgangsmaterial mit Kristall- elementen von wesentlich gröberem Korn operieren, im Verlauf der weiteren Verfahrensschritte niemals wieder in die Lage kommen, die ursprüngliche Korngrösse zu verringern, also eine ähnlich günstige feinkriatallinische Struktur des Endproduktes herbeizuführen. Hieraus erklären sich die Schwierigkeiten, auf die solche Verfahren beim Versuch mechanischer Streckung der nach ihnen gewonnenen Werkstücke stiessen und denen gegenüber festgestellt sei, dass die nach dem Verfahren vorliegender Erfindung gewonnenen Körper ohneweiters in Analogie zur Stahlindustrie behandelt werden können.
PATENT-AN SPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von mechanisch bearbeitbaren Körpern aus Wolfram, Molybdän oder ähnlichen schwer schmelzbaren Metallen oder deren Legierungen, bei dem das Metall in sehr feinkörnigem Zustande ohne Verwendung eines Bindemittels lediglich durch hohen Druck in Matrizen zu Presskörpern geformt wird, die hierauf in einer reduzierenden Atmosphäre der Reduktion und Sinterung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein Metallpulver mit gleichmässig in der Masse des Pulvers verteiltem Sauerstoff verwendet wird.