Vorwiegend aus rostfreiem Stahl bestehender Formkörper und Verfahren zu seiner Herstellung. Die Erfindung betrifft. einen Formkörper, der vorwiegend aus rostfreiem Stahl besteht. Als rostfreier Stahl können weiche und halb harte, llärt#hal-e Arten mit 12 bis 14% Chrom 1111d 0,1 bis 0,52"' Kohlenstoff, sowie auste- nitische, weniger oder gar nicht härtbare Ar ten mit 7 bis 1.2 % Nickel, 18 bis 20 % Chrom und zwischen 0,04 und 0,4% Kohlenstoff verwendet werden.
Silizium oder Mangan oder andere Zumischungen oder Verunreini gungen können in Bruchteilen von 1 % anwe send sein.
Gemäss der Erfindung besteht der Form körper z11 65 bis 95 Volumprozent aus einem Netzwerk aus rostfreiem Stahl, das von einem andern metallischen Netzwerk niedrigeren Schmelzpunktes durchsetzt ist..
Gegenstand des Patentes ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Formkörpers, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Pressling aus rostfreiem Stahl pulver mit 35 bis 5 Volumprozent Porosität hergestellt und ein niedriger schmelzender, metallischer Werksstoff in den Pressling ein geseigert wird.
Das Netzwerk niedrigeren Schmelzpunktes enthält, vorteilhaft eines der Metalle Kupfer, Silber oder Zinn als Hauptbestandteil, was dadurch erreicht wird, dass in den Pressling aus rostfreiem Stahlpulver ein Werkstoff eingeseigert wird, der als Flaup@tbestandteil eines der Metalle Kupfer, Silber oder Zinn enthält..
Das erfindungsgemässe Verfahren kann beispielsweise ausgeführt werden, indem rost freies Stahlpulver unter Drücken zwischen 2800 und 1l.000 k,-;/em2 zu einem porösen Pressling oder Skelettkörper gepresst wird, welcher z. B. die Gestalt einer Stange, eines Ingots oder eines sonstigen Formkörpers be sitzen mag; in den Skelettkörper wird dar nach Kupfer oder eine Kwpferlegierung, Sil ber oder eine Silberlegierung oder Zinn bzw.
eine Zinnlegierung eingeseigert, so dass die ser geschmolzene Werkstoff die znsa.mmen- hängenden Poren des Skelettkörpers durch setzt und nach dem Kühlen ein Netzwerk bildet, welches mit dem Skelettkörper fest verbunden, insbesondere mit dessen Ober fläche legiert ist. Gewünschtenfalls kann der Skelettkörper vor dem Einseigern gesintert -,v erden.
Das Netzwerk aus rostfreiem Stahl kann 18 bis 20 % Chrom, 6 bis 10 % Nickel und 0,04 bis 0,1% Kohlenstoff enthalten.
Durch Pressen des Skelettkörpers unter den angegebenen Drücken wird die Abnut zung der Pressform erheblich verringert. und eine Porosität zwischen 35 und 5 % vorzugs weise 25 und<B>15%</B> erhalten; die grössere Po rosität resultiert von geringeren Pressdrük- ken und kann, wenn gewünscht, darnach durch Sintern des Presslings verringert wer- den.
Die Gestalt und Abmessungen des end gültigen Körpers sind im wesentlichen durch die Form bestimmt, in welcher der Skelett körper verpresst wurde, so dass keine nach trägliche mechanische Bearbeitung eines Kör pers relativ einfacher Form erforderlich ist. Komplizierte Körperformen können durch Bearbeitung des Skelettkörpers nach dem Sintern und manchmal nach dem Einseigern hergestellt werden und bedürfen geringerer mechanischer Bearbeitung als Gusskörper ans rostfreiem Stahl.
Eine Mischung von rostfreien Stahlpul vern verschiedener Korngrösse ist für die Er findung besonders geeignet. Wenn der Press- ling eine Porosität von beispielsweise 25 bis <B>107,</B> aufweisen soll, werden ungefähr zur Hälfte Partikel von einem Durchmesser klei ner als 250 Mikron verwendet, während die andere Hälfte aus Partikeln von einem Durchmesser grösser als 40 Mikron besteht.
Pulver rostfreien Stahls, dessen Körner einen Höchstdurchmesser von 150 Mikron und einen Mindestdurchmesser von 75 Mi- kron besitzen, sind für viele Anwendungen gleichfalls vorteilhaft.
Zum Einseigern kann Pulver von Kupfer oder einer Kupferlegierung benutzt werden. Granuliertes oder in Kugelmühlen zerklei nertes Pulver wird elektrolytischem Pulver vorgezogen, welch letzteres oft Gase entwik- kelt und korrodierende Rückstände des Elektrolyten enthält.
Eine Kupferlegierung von. ungefähr 65 bis 95, o Kupfer, 3 bis 5 j Eisen und/oder 3 bis <B>10%</B> Nickel und/oder 3 bis 10ö Mangan turd/oder andern gering fügigen Zumischimgen ist vorteilhaft.
An Stelle einer fertigen Kupferlegierung kön nen die zerkleinerten Bestandteile der Legie rung in Mischung verwendet werden und sol len vorzugsweise eine Korngrösse besitzen, de ren Dilrchmesser unter 75 Mikron ist.
Das Pulverdes einzuseigerndenWerkstoffes kann beispielsweise lose auf den porösen Pressling aufgelegt werden, oder vorgepresst oder in Pillenform gebracht werden; der vorgepresste Werkstoff kann eine Oberfläche besitzen, de ren Form derjenigen des Fläehenteils des po- rösen Presslings angepasst ist, durch welchen die Einseigerung erfolgt. Die Pillen können unter verhältnismässig geringem Druck, wie z.
B.<B>1500<U>kg</U></B> /cm=, in billiger Massenfertigung hergestellt werden. Die Pillen oder sonstigen Formkörper aus dem einzuseigernden Metall können auch gesintert werden, um die pul verigen Legierungsbestandteile, wenn solche verwendet werden, zu legieren oder den Zu sammenhalt einer Pille aus einer fertigen Le gierung zu erhöhen. Selbstverständlich kön nen die Pillen auch in Formen gegossen wer den.
Insbesondere können fertige, marktgän gige Kupferlegierungen, beispielsweise aus Kupfer, Eisen, Nickel und Mangan in den oben angegebenen Verhältnissen verwendet werden.
In ähnlicher Weise kann Silber oder eine Silberlegierung und Zinn oder eine Zinn legierung angewendet werden, d. h. es kön nen entweder fertige Legierungen oder pul verige Mischungen der LegierungZbestand- i,eile verwendet und geschmolzen werden; die fertige Legierung oder die Pulvermischung kann auch vorher zu Pillen oder sonstigen Formkörpern gepresst werden.
Der poröse Pressling aus rostfreiem Stahl wird vorteilhaft in eine Form oder Schiff chen aus Aluminiumoxyd, d, Sillimanit, oder einem andern hoch hitzebeständigen kerarrri- schen Material oder Mischung solcher Mate rialien eingesetzt.
Wie erwähnt, kann der cinzuseigernde -N#@Terk Stoff auf oder unter den porösen Press- ling gelegt oder mit einer Seitenfläche des selben in Berührung gebracht werden.
Insbe sondere kann er auch in ein Abteil einer Form eingesetzt werden, welsche mit. einem andern Abteil kommuniziert, in welches der Pressling eingesetzt isti; nach dem Schmelzen des Werkstoffes fliesst, er aus der einen Abtei lung in die andere und wird in den Pressling hineingeseigert. Zu letzterem. Zweek kann die eine Abteilung, in welcher das Infiltrat erschmolzen wird, höher sein als die andere, in welcher der Pressling liegt;
natürlich kann die Form auch gekippt werden, um das Ein- fliessen der Schmelze in die Abteilung zu be wirken, in welcher der Pressling liegt.
Das Einseigern wird vorteilhaft in einer reduzierenden oder Schutzatmosphäre durch- geführt. Abhängig von der Grösse des Press- lings und seiner Porosität wir die Infiltrie- rung innerhalb einiger Minuten, z. B. 5 bis 15 Minuten, vollendet sein.
Der infiltrierte Körper wird darauf vorteilhaft im gleichen Ofen, in welchem die Infiltrierung durchge führt wurde, langsam abgekühlt. Wenn eine Kupferlegierung der früher erwähnten Zu- sammen Setzung eingeseigert wird, die insbe sondere Mangan enthält, ist irgend ein Rück stand des Infiltrats aussen am Pressling po rös und brüchin und kann leicht abgehoben werden, so dass eine glatte Oberfläche ver bleibt.
Durch Zumischen eines Bruchteils eines Prozents pulverigen Aluminiumoxyds zu dem 1nfiltrat oder durch Auflegen eines solchen Pulvers auf den Flächenteil, durch welchen die Einseigerung erfolgt, kann das Abheben. irgendeines erstarrten L?berschusses des Infiltrats besonders erleichtert werden.
Zum Beispiel wurde ein. poröser Pressling hergestellt aus rostfreiem Stahlpulver einer Korngrösse kleiner als 250 Mikron und grö sser als 40 Mikron Durchmesser. Das Pulver enthielt<B>18%</B> Chrom, 8 % Nickel, weniger als 0,1 % Kohlenstoff, Rest Eisen. Der Pressdruek betrug zwischen 3500 und 5750 kg/em% so dass der Pressling eine Porosität von etwa <B>15%</B> aufwies.
Das Infilt:rat bestand aus 85 Kupfer, 5 % Eisen, 5 % Nickel und 5 % Man gan, also ausser Kupfer aus Metallen mit einem Atomgewicht zwischen 54 und 58,8. Nach dem Einstigern wurde ein dichter und fester Körper erhalten, der einer Hitzebehandlung unterworfen werden konnte, insbesondere zwecks Ausscheidungshärtung. Der Pressdruck kann zwischen 3000 und 11000 kg/cmz schwanken und das Pulver hierauf derart gesintert. werden, dass seine Festigkeit unter Beibehaltung zusammenhän gender Poren vergrössert wird.
Als ein anderes Beispiel wurde aus rost freiem Stahlpulver ein poröser Pressling der oben erwähnten Zusammensetzung und Poro- sität hergestellt und mit einer Kupferlegie rung aus 75 % Kupfer, 5 % Eisen, 10 Nickel und 10 % Mangan infiltriert. Der erhaltene Körper konnte einer Ausschei dungshärtung unterworfen werden und war besonders korrosionsfest, z. B. gegenüber Sal petersäure.
Beste physikalische Eigenschaften werden erhalten mit Presslingen aus rostfreiem Stahl pulver der oben erwähnten Zusammensetzung, mit weniger als<B>0,1%</B> Kohlenstoff und einer Porosität von 15 %, wenn dass Ausgangspulver Korngrössen aufweist, die sämtlich kleiner sind als einem Durchmesser von 250 Mikron entspricht, und 50 % davon einen grösseren Durchmesser als 70 Mikron und der Rest einen Durchmesser grösser als 40 Mikron auf weisen, während die Kupferlegierung unge fähr 90 bis 93 % Kupfer, 3 bis 5 % Eisen und 3 bis 5 % Mangan enthält.
Die infiltrierte Kupferlegierung kann auch 85 bis 90 % Cu, 3 bis 5 % Ni, 3 bis 5 % Fe und 3 bis 5 % bin enthalten. Die Zugfestigkeit betrug etwa 6480 kg/cm= bei einer Dehntrog von 20 %, wenn der Prüfkörper in einer Mischung von II, und N, (gespaltetes Ammoniak). bei 650 C während einer Stunde erhitzt und dar nach in Wasser abgeschreckt wurde. Im Ver gleich mit gegossenem und gehärtetem rost freiem Stahl, welcher gewöhnlich eine Zug festigkeit von 6480 bis 8640 kg/em= bei einer Dehnung von 20 bis 40 % aufweist, ist dieses Resultat günstig.
Prüfkörper aus rostfreiem Stahlpulver der angegebenen Zusammen setzung und Korngrössenv erteilung wiesen nach langsamem Kühlen im Ofen eine Poro- sität von 2 %, eine Rockwell-B-Härte von etwa, 82 und eine Festigkeit von 6200 kg/cm= bei einer Dehnung von 18 % auf. Nach einer Hitzebehandlung eines derartigen Prüfkör pers während 4 Stunden bei 375 C wurde eine Zugfestigkeit von 6350 kg/cm:' bei einer Dehnung von<B>19%</B> und einer Rockwell-B- Härte von 86,5 beobachtet.
Aus einem Pressling mit<B>15%</B> Porosität aus rostfreiem Stahlpulver der oben erwähn ten Zusammensetzung und Korngrössenvertei- lung, der mit 3600 bis 4300 kg/em= verpresst imd darauf mit einer Kupferlegierung der oben erwähnten Zusammensetzung infiltriert wurde, die vorher granuliert und darnach v erpresst worden war, wurde nach dem Küh len im Ofen ein Körper erhalten,
dessen Poro- sität kleiner als 2 % war, dessen Roekwell-B- Härte 90,5 und Zugfestigkeit 6100 kg/cm= bei <B>15%</B> Dehnung betrugen.
Ein Pressling mit<B>15%</B> Porosität der frü her erwähnten Zusammensetzung, der mit einer Kupferlegierung der früher erwähnten Zusammensetzung in der zuletzt beschrie benen Weise infiltriert wurde, besass guten Korrosionswiderstand, besonders gegen Luft, Feuchtigkeit, Salzwasser und grösseren Kor rosionswiderstand gegen Schwefelsäure als gegossener rostfreier Stahl, und oxydierte ge- ringfügig bei erhöhter Temperatur. Er wies eine Zugfestigkeit von 5050 kg/cm= und eine Mindestdehnung von 10,-, auf.
Ein Presskörper, infiltriert mit Silber oder einer Silberlegierung war in gleichem Masse korrosionsfest, jedoch weniger wirtschaftlich wegen des Preises von Silber.
Ein Pressling, infiltriert mit Zinn oder einer Zinnlegierung entsprechend niedriger Schmelztemperatur, war gleichfalls korro sionsfest; er wird bei niedrigen Temperaturen mit Vorteil verwendet, das heisst bei Tempera turen, die unter dem Schmelzpunkt des Zinnes oder der angewendeten Zinnlegierung liegen, so z. B. für Behälter von Nahrungs mitteln.
Bei der Herstellung von rostfreien Eisenkörpern, die mit Zinn oder einer Zinn legierung infiltriert werden, ist es vorteilhaft, den porösen Pressling zu sintern, um seine Festigkeit zu erhöhen und seine Porosität zu verringern, und das Zinn oder die Zinnlegie rung erheblich über ihren Schmelzpluzkt zu überhitzen, vorteilhaft auf ungefähr 1000 bis 1100 C während des Einseigerns.
Im allgemeinen ist das Sintern des Press- lings aus rostfreiem Stahl empfehlenswert, wenn verhältnismässig kleine Mengen des In- filtrates benutzt werden, um dem erhaltenen Formkörper die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erteilen. In jedem Fall wird gemäss der Erfindung ein Formkörper erhalten, der hauptsächlich aus einem Netzwerk aus rostfreiem Stahl be steht, das von einem andern Netzwerk der an gegebenen Metalle oder Metallegierungen durchsetzt und mit diesem in den meisten Fällen wenigstens oberflächlich legiert ist.
Das letztere Netzwerk kann die Poren des ersteren vollständig oder teilweise ausfüllen.