DE1169139B

DE1169139B - Verfahren zum Herstellen von dispersions-gehaerteten Metallegierungen

Info

Publication number: DE1169139B
Application number: DED39955A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Bungardt
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1962-10-02
Filing date: 1962-10-02
Publication date: 1964-04-30
Also published as: US3203781A; GB1008435A

Description

Verfahren zum Herstellen von dispersionsgehärteten Metallegierungen Bekanntlich ist es möglich, die Warmfestigkeit von Metallen und Legierungen durch Einlagern feinverteilter, im Metall oder der Legierung unlöslicher Hartstoffteilchen wesentlich zu verbessern. Als Hartstoffe können hochschmelzende Oxyde, wie Aluminiumoxyd oder Ceroxyd, oder auch hochschmelzende Nitride, wie Titannitrid oder Aluminiumnitrid, verwendet werden. Hierbei sind Größe und Verteilung der Einlagerungen für die Festigkeit von Bedeutung. Da ferner die Hartstoffteilchen im Grundmetall unlöslich sind, wird eine Koagulation bei höheren Temperaturen vermieden. Werkstoffe dieser Art sind aus der Literatur unter der Bezeichnung »dispersionsgehärtete Legierungen« bekannt.
Zur Herstellung solcher dispersionsgehärteten Legierungen sind bisher verschiedene Verfahren bekanntgeworden. So ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem die Hartstoffe, also z. B. Oxyde, in Pulverform dem geschmolzenen Metall zugesetzt werden. Hierbei konnte allerdings beobachtet werden, daß die Hartstoffteilchen zur Koagulation neigen, was sich auf die Festigkeit nachteilig auswirkt. Bessere Ergebnisse wurden durch pulvermetallurgische Verfahren, also etwa durch Vermischen der Metall- und Hartstoffpulver nach dem Mahlen mit anschließendem Pressen und Sintern des Gemisches erzielt.
Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die sogenannte innere Oxydation von Metallegierungen. Dabei soll wenigstens ein Legierungselement eine möglichst hohe Sauerstoffaffinität besitzen, wie beispielsweise Aluminium, während das Grundlegierungselement eine geringere Sauerstoffaffinität aufweist. Als Grundlegierungselement kommt etwa Nickel in Frage. Die Legierung wird bei erhöhter Temperatur einer Oxydationsbehandlung unterworfen, wobei das Aluminium in Aluminiumoxyd übergeführt wird, während das Nickel praktisch nicht oxydiert. Zur Verhinderung extrem langer Oxydationszeiten wird die Legierung vor der Oxydationsbehandlung pulverisiert, so daß die vorliegenden Teilchenquerschnitte klein sind. Das so behandelte und zur Entfernung von möglicherweise entstandenem Nickeloxyd unter Wasserstoff geglühte Pulver wird dann durch Pressen, Sintern und eventuelles Nachverdichten, beispielsweise durch Strangpressen, weiterverarbeitet.
Auf Grund der erreichten Feinheit und guten Verteilung der durch innere Oxydation eingebauten, Oxyde zeigen nach diesem Verfahren hergestellte Legierungen die größte bisher bekannte Festigkeitssteigerung im Vergleich zum Grundmetall. Jedoch ist das Verfahren kostspielig und langwierig. In neuerer Zeit wurde ein weiteres Verfahren bekannt, das zu gleich guten Ergebnissen wie die innere Oxydation führt. Metall- und Hartstoffpulver werden bei diesem Verfahren gemahlen, gemischt und anschließend durch Pressen, Sintern und Nachverdichten weiterverarbeitet. Jedoch werden dem Mahlgut mahlverbessernde Stoffe, z. B. Aluminiumnitrat oder Cernitrat, zugesetzt, wodurch eine hohe Feinheit der Pulver erzielt wird.
Es ist zu erwarten, daß mit einer weiteren Verkleinerung und besseren Verteilung der Hartstoffteilchen noch eine weitere Steigerung der Festigkeit erreicht werden kann. Das Problem, Hartstoffe in Legierungen einzubringen und in diesen möglichst fein und gleichmäßig zu verteilen, besteht also nach wie vor.
überraschenderweise wurde nun gefunden, daß durch Umschmelzen dispersionsgehärteter Legierungen, die nach einem der oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind, eine weitere Festigkeitssteigerung möglich ist. Hierbei ist es günstig, das Umschmelzen im Lichtbogenvakuumofen, vorzugsweise mit gekühlter Kokille durchzuführen. Der Vorgang kann entweder im Vakuum oder auch unter Schutzgas durchgeführt werden. Gute Ergebnisse werden schließlich auch durch Umschmelzen im Elektronenstrahlofen erzielt.
Die Legierungen werden hierbei auf üblichem Wege, also z. B. pulvermetallurgisch, durch Mahlen, Pressen und gegebenenfalls Sintern, hergestellt. Hierbei wird der übliche Dispersionsgrad erzielt, und die Hartstoffe werden mit der üblichen Feinheit in die Legierung eingebracht. Durch das Umschmelzen im Lichtbogenvakuumofen tritt einerseits eine weitere Vergleichmäßigung der Metallegierung über den gesamten Querschnitt ein, andererseits werden durch die hohe Energie, die der Badoberfläche zugeführt wird, die in der Legierung dispergierten Hartstoffe durcheinander gewirbelt und hierbei wahrscheinlich noch weiter zerteilt. Schließlich wird noch eine weitere Zerkleinerung und Vergleichmäßigung der Verteilung der Teilchen durch die beim Umschmelzen einsetzende Badbewegung erzielt. Da die Badtiefe bei derartigen Öfen infolge der Kühlwirkung der verwendeten Kokillen nur gering ist, reicht die Zeit, während der die Legierung flüssig ist, nicht dazu aus, die feinverteilten Teilchen wieder koagulieren zu lassen. Das Ergebnis ist eine gleichmäßigere Verteilung der dispergierten Teilchen und damit bessere mechanische Eigenschaften der Legierung.
Es ist beobachtet worden, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Legierungen ohne weiteres durch Schmieden, Walzen oder Strangpressen weiterverarbeitet werden können, Als Hartstoffe kommen auch bei dem neuen Verfahren Oxyde, Nitride oder Karbide in Mengen von 0,5 bis 15101e, vorzugsweise 2 bis 10%, in Frage. Die Wirkung der Hartstoffzusätze ist um so größer, je geringer deren Löslichkeit im Grundmetall ist.
Es hat sich gezeigt, daß das neue Verfahren auch dann noch eine weitere Zerkleinerung der in das Grundmaterial eingelagerten Hartstoffteilchen ergibt, wenn diese an sich schon sehr fein sind, etwa dann, wenn sie nach dem Verfahren der inneren Oxydation erzeugt worden sind.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von dispersionsgehärteten Metallegierungen durch Mahlen:, Mischen, Pressen sowie gegebenenfalls Sintern der Komponenten oder durch innere Oxydation von Legierungen oder durch Einbringen von Hartstoffen in schmelzflüssige Legierungen, da -durch gekennzeichnet, daß die Legierung aus Metall und eingelagerten feinverteilten Hartstoffen, vorzugsweise im Elektrolichtbogenofen, unter Schutzgas oder im Vakuum in eine gekühlte Kokille umgeschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung im Elektronenstrahlofen umgeschmolzen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die umgeschmolzene Legierung durch Schmieden, Walzen oder Stranggekühlte Kokille umgeschmolzen wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoffe Oxyde, Nitride oder Karbide in Mengen von 0,5 bis 15%, vorzugsweise 2 bis 100/0, in die Legierung eingebracht werden.