Verfahren zur Herstellung von eisernen Gegenständen unter Benutzung von Eisenschwamm. Die bei der Reduktion des Eisenerzes im Hochofen aufzuwendenden Energien, sowie die beim Frischvorgang des im Hochofen erzeugten Roheisens zur Erreichung eines warmbildsamen Eisens notwendigen weiteren Energien führten frühzeitig zu Bestrebungen, auf dem direkten Wege aus Eisenerz warm bildsames Eisen herzustellen.
Es wurden verschiedene Verfahren zur direkten Reduktion des Eisenerzes zu Eisen schwamm entwickelt, von denen die Verfahren Flodin, Basset, E'dwin, Duffield und Wiberg hier angeführt seien. Der Eisenschwamm, der bei, seiner Herstellung im allgemeinen in pulverförmigem Zustand anfällt, wird bri kettiert, um als Ausgangsmaterial bei der Herstellung von Stahl zu dienen.
Aus briket tiertem Eisenschwamm wird nach den be kannten Stahlherstellungsverfahren im flüs sigen Zustand das jeweils gewünschte End produkt hergestellt, dem, um die gewünsch ten Eigenschaften des fertigen Stahls zu er- reichen, entsprechende Zusätze zulegiert wer den. Eisenschwamm hat sich als Einsatz material bei der Herstellung von Stahl wegen seiner Jungfräulichkeit bewährt.
Darunter wird unter anderem hauptsächlich der völlige Mangel an gelöstem .Sauerstoff im Eisen schwamm verstanden, dem man erheblich nachteilige Eigenschaften beider Herstellung nach dem alten Verfahren, also dem aus Schrott und Roheisen hergestellten Stahl, nachsagt. Bei der Herstellung von warm bildsamem Eisen aus Eisenschwamm nach den bekannten Stahlherstellungsverfahren im flüssigen Zustand geht diese Eigenschaft des Eisenschwammes zum Teil wieder verloren, .da der ausserordentlich reaktionsfähige Eisen schwamm Sauerstoff begierig löst.
Es sind an und für sich Verfahren be kannt geworden, aus Eisenschwamm ohne Umschmelzung -SchmWeisen herzustellen, und -es ist auch nicht mehr neu, die Legie rungen von Eisenschwamm mit andern Me- tallen, die in feinverteilter Form vermischt sind, durch Pressen zu erreichen.
Jedoch müssen bei dem letzteren Verfah ren Temperaturen angewendet werden, bei denen -die Legierungszusätze schmelzen, und ist .die Verformungsarbeit bei den bekannten Verfahren zu gering, um eine innige Verbin- .dung der Materialteilchen zu erzielen.
Die den bekannten Verfahren anhaftenden Mängel werden bei der Herstellung von eisernen Gegenständen nach vorliegender Erfindung ausgeschaltet. Es wird pulver förmiger Eisenschwamm, vorwiegend in seiner ursprünglichen Erzeugungsform, zu Formkörpern verpresst und das ,so gewonnene Pressgut bei einer Temperatur zwischen 700 und<B>13,00'</B> einer Weiterverformung in einer Strangpresse, zum Beispiel einer Dickschen Strangpresse, unterzogen. Wenn es erwünscht ist,
.dem Eisenschwamm Zusätze zu erteilen, die dem Fertigprodukt gewünschte Eigen schaften verleihen, .so werden diese mit dem pulverförmigen Eisenschwamm vor,dem Ver- pressen innig vermischt, so dass weitgehend homogene Formkörper erhalten werden, .die in der Strangpresse weiter gepresst werden.
Die endgültigen Eigenschaften des verpress- ten Eisens können durch den angewandten Pressdruck, die Presstemperatur, die Press- gesehwindigkeit, sowie das Verhältnis der Quersnhnitte der Presskammer zum Düsen austritt beeinflusst werden, und zwar wird durch Anwendung eines hohen Pressdruckes ein hohes spezifisches Gewicht und eine grosse Arbeitsgeächwindigkeit erzielt.
Das Raumgewicht des ursprünglichen pulverför migen Eisenschwammes, welches meist weni- äer als 2 beträgt, wird durch das Vorpressen auf eine für das spätere @Strangpressen wün schenswerte Höhe, zum Beispiel zwischen Raumgewicht 3 und G gebracht.
Durch den anschliessenden eigentlichen. Verformungsvor- gang in der Strangpresse im warmen Zustand wird dann ein technisches Eisen von ent sprechenden Güteeigenschaften erzielt, dem .die dem Eisenschwamm eigentümlichen son stigen jungfräulichen Eigenschaften in bezug auf Freiheit von nachteiligen Elementen, wie zum Beispiel in Fe gelöstem Sauerstoff, inne wohnen können.
Um den durch Vermischen und Vorpres- sen weitgehend homogenisierten Formkörper zu einem einheitlichen Werkstoff umzuwan deln, wird bei einer Temperatur zwischen 700 und<B>1300'</B> zweckmässig ein hoher Press- druck von 3000 bis 12000 kgfem' verwendet. Hierdurch kann eine erhöhte Reaktionsge schwindigkeit zwischen den einzelnen Teil chen der ursprünglichen Mischung herbeige führt werden, die die Umwandlung zu einem einheitlichen Werkstoff hervorruft. Ein spezieller Fall .dieser Reaktion zwischen -den einzelnen Teilchen ist die Diffusion.
Hierbei kann vom Eisenschwamm, der von andern Be- estandteilen gemischt wurde, ebenso ausge gangen werden, wie von reinem Schwamm. Zur Erzielung besonderer Eigenschaften an der Oberfläche des Eisens kann auf,den vor gepressten Block eine S-ehieht anderen Ma terials wie Metallpulver oder Ferrolegierun- gen, zum Beispiel Ferroehrom, aufgebracht werden, die vor dem @Strangpressen durch die Diffusionsglühung in enge Verbindung mit dem Grundmaterial des Blockes gebracht wird.
Das Verfahren erweist sich als vor teilhafter und wirtschaftlicher als die spä tere Diffusionsglühung am stranggepressten Stück, -da die Diffusion wegen der geringen Dichte des vorgepressten Blockes (zum Bei spiel spez. Gewicht 4 bis -8) hierbei schneller verläuft. Diese Diffusion kann durch ent sprechend langes Glühen während des An wärmvorganges für das nachfolgende Strang pressen gesteigert werden. In diesem Falle wird also beim Anwärmen des vorgepressten Vorproduktes vor dem Strangpressen eine Diffusionsglühung eingeschaltet.
Alle die genannten Faktoren, wie Ver häItnis der Presskammer zum Düsenaustritt, also der Verformungsgrad, .die Verformungs- geschwindigkeit und die Temperatur beein fluss en die innere Arbeit innerhalb des Ma terials, so dass also, je höher der Verfor- mungsgrad bei gegebener Pressgeschwindig- keit gewählt wird, desto mehr Arbeit zu leisten ist, um-so höher also auch der aus- zuübende Druck sein muss.
In derselben Richtung wirkt eine Erhöhung ,der Gesehwin- digkeiten bei gegebenem Verformungsgrad. Im Innern -des Materials wird also bei einer mit grosser Geschwindigkeit und unter gro ssem Druck vor sich gehenden Verformung eine mehr oder weniger grosse Arbeit ge- leistet, die sich in Wärme umsetzt und eine Temperaturerhöhung hervorruft, die eine zwischen den Materialteilchen stattfindende chemische Reaktion oder die Verschmelzung bezw. V erschweissung derselben begünstigt.
Es hat sich beispielsweise als günstig her ausgestellt, bei einem Verformungsgrad, also einem Verhältnis des Presskammerquer- schnittes zum Düsenaustritts-Querschnitt von <B>21,5</B> und einer Temperatur von 1200 C, die Verformungsgeschwindigkeit so zu wäh len, dass im Innern des zu vierpressenden Ma terials ein allseitiger Druck von zirka <B>5000</B> kg/cm' herrscht. Um diesen Druck zu erreichen, musste in dem gegebenen Fall die Geschwindigkeit, mit der der Pressstempel sich bewegt, auf 120 mm/sec. eingestellt wer den.
Wenn zur Erhöhung der Reaktion zwi schen den Materialteilchen der innere Druck während .des Pressvorganges erhöht werden soll auf etwa 10000 kg/cm@, so muss die Ge schwindigkeit des Pressstempels gesteigert werden auf etwa 240 mm;!sec.
In welcher Weise der Druck und die Temperatur bei der Pressarfeit auf die Reak tion der Materialteilchen gegeneinander ein wirken, ergibt folgendes Beispiel: Der zur Herstellung des vorgepressten Blockes die nende Eisenschwamm besass aus Gründen der Herstellung noch einen Kohlenstoffgehalt von zirka 1.,7% C. Der Reduktionsgrad be trug 91 '' des Eisens, das heisst das restliche Eisen war noch an Sauerstoff gebunden.
Während beim Schmieden eines Blöckehens von 60 mm -e' auf 10 mm quadrat bei Tem peraturen von 1200 bis 800 C der Kohlen stoffgehalt von 1,7% auf 1,4% verringert wurde, fanden sich bei dem durch 8trang- pressen verarbeiteten Material mit Verfor- mungägrad von 21,5 in dem verpressten Ma terial Kohlenstoffgehalte von 0.24, 0,11 und 0,045 %, und zwar ergab sich der Kohlen stoffgehalt von 0,24% bei einem Druck von 5000 kg/cm' und einer Temperatur von 1200' C, der Kohlenstoffgehalt von 0,
1l bei demselben Druck und einer auf<B>1270'</B> C gesteigerten Temperatur und der Kohlen stoffgehalt von 0,0,45% bei Steigerung des Druckes auf 7000 kg/em@ und einer Tem peratur von 1270 C.
Die vor dem Vorpressen dem Eisen schwamm beizumischenden Zusätze können in verschiedenartiger Absicht erfolgen. Zum Beispiel können zwecks Erreichung bestimm ter Eigenschaften im Fertigprodukt, Zusätze in Form von Metallpulver oder gepulverten Ferrolegierungen zugegeben werden. Diese Zusätze können die Steigerung der Bea!r- beitungsmögliehkeit, der Korrosionsbestän digkeit, der Hitzebeständigkeit und der Fe stigkeit bezwecken.
Zur Erzielung der Kor- rosionsbeständigkeit lassen sich beispielsweise vorteilhaft Zusätze von Chrom, Ferrochrom und Chromlegierungen oder Phosphor, Ferro-- phosphor und Phosphorkupfer oder Kupfer verwenden. Die Zusätze können auch gemein sam in .den für die Eignung @d-es Materials nötigen Mengen zugesetzt werden, etwa so, dass Cr, Ni und Mo gemeinsam als Metalle oder in Farm ihrer Verbindungen Anwen dung finden.
Als Beispiel für korrosionsbeständiges Eisen wird angeführt, dass durch Zugabe eines 20%igen, Ferrophosphors in einem Mi schungsverhältnis von 1 bis<B>10%</B> des Vor produktes ein Fertigprodukt von 0,2 bis 2 % Phosphorgehalt erzielt wird.
Als Beispiel für die Herstellung eines besonders gut bearbeitbaren Eisens für Auto maten kann ein Zusatz von Schwefeleisen ge geben werden, und zwar zur Erzielung eines Fertigproduktes mit 0,2 bis etwa 0,65 % S eine Zugabe von 0,7 bis 2 % Schwefeleisen zum Vorprodukt.
Zur .Steigerung der Festigkeitseigen schaften und. Härte haben ,sich Zusätze von Mo, V, Co usw., aber auch von Nichtmetallen, wie zum Beispiel C und ;Si, vorteilhaft er wiesen. Man kann ebenfalls nichtmetallische Zusätze zugeben, die allein oder im Verein mit den im Eisenschwamm vorhandenen Schlacken ein schweisseisenähnliches Erzeug nis erzielen lassen. Es ist zur Erreichung ,des Endeffektes .dabei gleichgültig, ob die zugesetzten Zusätze (Schlacken) in der ur sprünglich zugesetzten Form bestehen bleiben oder in :der Presse mit dem Eisenschwamm reagieren und neue Schlacken bilden.
Bei .der Verwendung von Eisenschwamm zur Stahlherstellung in der bisher üblichen Weise, das heisst der Stahlherstellung im schmelzflüssigen Zustand gingen, wie bereits erwähnt, die bestimmten günstigen Eigen schaften des Eisenschwammes zum Teil ver loren. Das im schmelzflüssigen Zustand ge wonnene Vorprodukt in Form von Gussblök- ken wurde in der üblichen. Weise weiter ver arbeitet. Um im Fertigprodukt die gewünsch ten maximalen Güteeigenschaften zu errei chen, musste man auf einen möglichst grossen Verformungsgrad bedacht sein.
Nach dem Herstellungsverfahren gemäss vorliegender Erfindung wurden diese Nachteile ausge schaltet. Durch entsprechende Auswahl des Verformungsdruckes, der Verformungstem- peratur, .der Querschnittsverhältnisse zwi schen Presskammer und Ausflussdüse, kann in einem einzigen Arbeitsvorgang bereits ein solcher Verformungsgrad erreicht werden, .dass höchste Güteeigenschaften erzielt wer den.
Durch das Verfahren gemäss der Erfin dung können,den hergestellten Gegenständen auch andere Eigenschaften erteilt werden, als sie beispielsweise aus Eisenschwamm hergestellter Flussstahl hat.
Zum Beispiel musste bei der direkten Reduktion .des Eisen erzes zu Eisenschwamm, der als Ausgangs produkt zu den bisher üblichen Stahlschmelz verfahren diente, auf einen möglichst nie drigen Gehalt an Phosphor gesehen werden, um .die nachteiligen Eigenschaften dieses Le- gierungszusatzes im fertigen Flussstahl aus zuschalten, während bei den erfindungsgemäss hergestellten Gegenständen, wie Versuche er wiesen haben, .der Phosphorgehalt des Eisen erzes nicht nachteilig ist.
Im Gegenteil haben sich Erze mit bestimmten höheren Gehalten an Phosphor als besonders geeignet für die Herstellung von korrosionsbeständigen Ge genständen erwiesen. Man ist dadurch in die Lage versetzt, Erze zu verwenden, deren chemische Zusammensetzung ihre bisherige Anwendung entweder direkt auss chloss oder zum mindesten weitgehend einschränkte.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung .des Verfahrens nach der Erfindung ist die Herstellung von Gegenständen in Rohrform, weil ein zum Hohlkörper vorgepresstes Ge misch von Eisenschwamm und bestimmten Zusätzen bei dem anschliessenden :Strang pressen infolge Verwendung eines Dornes einem allseitigen Druck von aussen und innen ausgesetzt wird, so dass sich ein Fertig produkt von grösster Gleichmässigkeit ergibt.
Zur Verdeutlichung des Verfahrens ist in beiliegender Zeichnung beispielsweise eine Einrichtung .dargestellt, mittelst der vorge- presste Rund- .oder Hohlblöcke aus Eisen schwamm zu dem fertigen Erzeugnis ver arbeitet werden.
Abb. 1 zeigt je einen vorgepressten Rund block a bezw. Hohlblock b aus Eisen schwamm im Längsschnitt; Abb. 2 zeigt einen Ofen c zum Erwärmen der erwähnten Böcke ca bezw. b, ebenfalls im Längsschnitt; Abb. 3 zeigt schematisch in .Ansicht eine hydraulische @Strangpresse d mit den Werk zeugen f zum Pressen und mit einem im Aufnehmer e eingesetzten Hohlblock b, den Aufnehmer und Hohlblock im Schnitt.
In den Abb. 4 und 5 ist das Presswerk- zeug f sowie der Aufnehmer e mit einem eingesetzten Hohlblock b in vergrössertem Massstabe dargestellt, und zwar das Press- werkzeug f in Ansicht und der Aufnehmer e mit dem eingesetzten Hohlblock b im !Schnitt;
Abb. 4 zeigt die Einrichtung bei Beginn -des Pressborganges, und Abb. 5 dieselbe während des Pressvorganges, also :mit bereits teilweise erfolgter Verformung des Hohlblockes b zum Beispiel zu einem Rohrstück h;
in Abb. 6 sind beispielsweise zwei mittelst der Strang-presse aus,dem vorgepressten Rund- oder Hohlbloak hergestellte Erzeugnisse im Schnitt dargestellt, und zwar eine Rund stange g und ein Rohrstück h, wie diese nach dem Presshub aussehen und bevor der Press- rest i abgeschnitten ist.