-
Korrosionsbeständiger, hochwarmfester metallfaserverstärkter metallischer
Formkörper Die Erfindung betrifft einen oxydationsbeständigen Formkörper, dessen
Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auch bei Temperaturen über 1000°C noch groß
sein soll.
-
Als warmfestes Material stehen bekanntlich hochschmelzende Metalle
zur Verfügung, die aber bei hohen Temperaturen nur eine geringe Oxydationsbeständigkeit
haben, beispielsweise Wolfram oder Molybdän, das in einer reduzierenden Atmosphäre
sehr widerstandsfähig ist, aber bei Temperaturen über 1000°C unter oxydierenden
Bedingungen nur eine kurze Lebensdauer aufweist. Andererseits fehlt den bekannten
oxydationsbeständigen Werkstoffen die eingangs geforderte Wärmefestigkeit.
-
Beim erfindungsgemäßen Formkörper wird sowohl Wärmefestigkeit wie
auch Oxydationsbeständigkeit dadurch erreicht, daß er als metallfaserverstärkter
metallischer Formkörper ausgeführt ist, dessen Fasergerüst 5 bis 40 Volumprozent,
bezogen auf das Volumen des Formkörpers, beträgt. Die Fasern bestehen aus hochschmelzenden
Metallen, und zwar aus Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob oder deren Legierungen. Der
Faserdurchmesser liegt unter 0, 5 mm, die Faserlänge ist nicht wesentlich kürzer
als 1,72 mm. Der Rest des Formkörpers besteht aus einer Metallpulverfüllung aus
70 bis 90, vorzugsweise 80 Gewichtsprozent Nickel, Rest Chrom, sowohl als Einzelwie
auch als Legierungspulver.
-
Vorteilhaft besteht dabei die Metallpulverfüllung aus 80 Gewichtsprozent
Nickel und 20 Gewichtsprozent Chrom, wobei zweckmäßig das Fasergerät aus Wolfram
20 Volumprozent des Formkörpers ausfüllt.
-
Zur Verbesserung der eingangs erwähnten Materialeigenschaften kann
der Formkörper mit einer Ober- ; flächenschutzschicht aus 70 bis 90 Gewichtsprozent
Nickel, Rest Chrom, von 0,025 bis 1,25 mm Dicke versehen sein. Die vorerwähnten
besonderen Materialeigenschaften des erfindungsgemäßen Formkörpers kommen bei hohen
Temperaturen zur Geltung, sie verschwinden bei der Abkühlung. Bei Raumtemperatur
überwiegt dann die Festigkeit der Metallpulverfüllung gegenüber derjenigen des hochschmelzenden
Fasergerüsts. Dies kann verschiedene Gründe haben, etwa die größere Sprödigkeit
der hochschmelzenden Fasern bei geringeren Temperaturen oder die dann auftretende
Lockerung der Bindung zwischen Fasergerüst und Metallpulver. Jedenfalls treten die
gewünschten Materialeigenschaften des erfindungsgemäßen Formkörpers bei hohen Temperaturen
deutlich hervor, wie aus nachstehender Tabelle I ersichtlich:
| Tabelle I |
| Warm gepreßtes Warm gepreßtes Ni-Cr-Pulver |
| Ni-Cr-Pulver reit 21,7 Volumprozent |
| Wolframdrähten |
| Zugfestigkeit bei 1090°C [kg/cm2] . : . . . : :. -. .-- 114
685 |
| Zugfestigkeit/Wichte bei Zimmertemperatur [cm/105] 1,41 0,76 |
| Zugfestigkeit/Wichte bei 1090°C [cm 105] . . . . . . . . .
. 0,11 0,48 |
Wie Tabelle I zeigt, führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einem oxydationsbeständigen
Formkörper, dessen Wärmefestigkeit achtmal größer ist als diejenige des herkömmlichen
Chromnickelmaterials. Es ist daher Hauptaufgabe der Erfindung, einen oxydationsbeständigen
Formkörper von gleichzeitig hoher Wärmefestigkeit, bei einer Temperatur von über
1000°C anzugeben. Ein solcher Körper hat ein
breites Anwendungsgebiet,
auch in Blechform, z. B. als Schmelzwanne für Metalle oder als Halbzeug, etwa biegefeste
Bänder, Drähte oder Röhren.
-
In Weiterbildung der Erfindung kann der Anwendungsbereich des Formkörpers
durch einen Überzug mit korrosionsfestem Werkstoff zum Schutz der an der Oberfläche
liegenden Teile des Fasergerüsts vergrößert werden.
-
Die Fasern können- sich über den ganzen Formkörper erstrecken oder
aus einzelnen Stücken in der Länge von etwa 1,5 bis 76 mm bestehen. In beiden Fällen
beträgt die Faserdicke vorzugsweise zwischen 0,025 und 1,25 mm. Die Fasern bestehen
aus hochschmelzendem Metall, wie Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob, oder aus. Legierungen
mit überwiegendem Anteil dieser Metalle. Das Fasergerüst erfüllt ungefähr 5 bis
400/0 des Formkörpervolumens, vorzugsweise etwa 200/,.
-
Der korrosionsbeständige Überzug kann vorteilhaft eine Dicke von 0,025
bis 1,25 mm haben und aus Nickel und Chrom bestehen. Ein solcher Formkörper kann
folgendermaßen hergestellt werden.
-
Die Fasern werden gegebenenfalls auf vorbestimmte Länge geschnitten
und dann gereinigt, um eine gute Bindung mit dem Chromnickelpulver zu gewährleisten.
Beide Komponenten werden gemischt und in ein Gesenk und mit einem Druck von 7000
bis 8400 kg/cm2 kaltgepreßt. Daraufhin wird eine dünne Lage des Überzugsmaterials
in ein anderes Gesenk gelegt, der vorgepreßte Kern des Formkörpers daraufgesetzt,
mit einer Lage des gleichen Überzugsmaterials oben und an den Seiten abgedeckt und
dann nochmals gepreßt und danach zweckmäßig in einer reduzierenden Atmosphäre bei
einer Temperatur bis etwa 1000°C gesintert. Beim Kaltpressen sollte die Arbeitsgeschwindigkeit
nicht über 2,5 cm je Stunde gehen.
-
Wie eingangs erwähnt, können die Fasern im Metallpulver ohne oder
mit Vorzugsrichtung orientiert sein; im letzteren Falle wird in Achsrichtung zur
Faserorientierung die höchste Belastbarkeit erzielt. Die Ausrichtung der Fasern
kann durch an sich bekannte mechanische Mittel erreicht werden. Auch ohne Vorzugsrichtung
der Fasern ist es wichtig, daß die räumliche Dichte über den ganzen Formkörper gleichbleibt,
sonst kann dieser beim Walzen brechen.
-
Die Tabellen II und III geben in Abhängigkeit vom Füllfaktor des Fasergerüsts
besonders günstige Bereiche von Länge und Durchmesser der Fasern.
| Tabelle Il |
| Fasern ohne Vorzugsrichtung |
| :*. Füllfaktor [11/0] |
| 5 ' 10 I 15 20 I 25 I 30 I 35 ! 40 |
| I |
| Durchmesser [um] . . . . . . . . . . . . . 25 25 25 25 25 25
25 25 |
| 50 50 50 50 50 50 50 50 |
| 75 75 75 75 75 75 75 75 |
| Länge [mm] .. . .. ...... ... . .. . . <3 G3 <3 <3
<3 <3 <3 <3 |
| Durchmesser [um] . . . . . . . . . . . . . 127 127 127 127
127 127 127 127 |
| Länge [mm] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 bis 6
3 bis 6 3 bis 6 <3 <3 <3 <3 <3 |
| Durchmesser [um] . . . . . . . . . . . . . 250 250 250 250
250 250 250 250 |
| 500 500 500 500 500 500 500 500 |
| Länge [mm] . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 1,5 bis 61,5
bis 61,5 bis 61,5 bis 6 <9 <9 <9 <9 |
| Tabelle 111 |
| Fasern mit Vorzugsrichtung |
| Füllfaktor [11/0l |
| 5 I 10 f 15 I 20 i 25 f 30 I 35 40 |
| Durchmesser [um] . . . . . . . . . . . . . 25 25 25 25 125
125 125 125 |
| 125 125 125 125 |
| Länge [mm] .... ...... ....... .. <1,5 <1,5 <1,5 <1,5
<1,5 <1,5 <1,5 <1,5 |
| Durchmesser [[cm] . . . . . . . . . . . . . 125 125 125 125
125 125 125 125 |
| 250 250 250 250 250 250 250 250 |
| Länge [mm] . .. .... ... . ......... <1,5 <1,5 <1,5
<1,5 <1,5 <1,5 <1,5 <1,5 |