DE1258109B - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von zur weiteren Verarbeitung bestimmten Koerpern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C22c

Deutsche Kl.: 40 b-33/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

W 32287 VI a/40 b
18. Mai 1962
4. Januar 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von zur weiteren Verarbeitung bestimmten Körpern.

In der USA.-Patentschrift 2 920 958 ist die vorteilhafte Wirkung der Gegenwart der Sigma-Phase beim Sintern gepreßter Metallpulverkörper beschrieben. Tatsächlich macht es die Sigma-Phase möglich, dichtere, porenfreiere Körper, als anderenfalls unter den gleichen Sinterbedingungen möglich ist, zu erhalten bzw. die Sinterzeiten zu verkürzen. In besagter Patentschrift ist bereits beschrieben, daß das Metallpulver vor der Sinterung unter hohem Druck in geformte Körper mit vergleichsweiser großer Dichte, d.h. mit geringer Porosität, verpreßt wurde. Die Kontraktion des Körpers, welche wegen der Verringerung der Porosität während des Sinterns stattfindet, wird daher vergleichsweise gering sein (unter Zuhilfenahme gewisser Beimengungen ist es sogar möglich, den Körper zu veranlassen, während des Sinterns zu expandieren). Dies ermöglicht mit Hilfe des beschrie- ao benen Verfahrens die Herstellung gesinterter Körper mit hoher Maßhaltigkeit.

Die vorliegende Erfindung besteht nun in einem Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von zur weiteren Verarbeitung, besonders zur Warmverformung, wie Walzen, bestimmten Körpern auf der Basis von Eisen, Nickel und/oder Kobalt mit Gehalten an Chrom, Molybdän bzw. sonstigen üblichen Zusätzen, wobei ein loses, im wesentlichen unverpreßtes Pulvergemisch gesintert wird, welches zu wenigstens 20% aus einer metallischen Komponente, die wenigstens 50% der Sigma-Phase enthält, und welches zum Rest aus einer metallischen Komponente besteht, die sich selbst mit der die Sigma-Phase enthaltenden Komponente während des Sinterns legiert, so daß die Sigma-Phase im wesentlichen vollkommen verschwindet, wobei bei einer so hohen Temperatur und so lange gesintert wird, daß die Poren des gesinterten Körpers, welche bei Beginn der Sinterung ein zusammenhängendes Porensystem bilden, im wesentlichen geschlossen werden und vorzugsweise insgesamt höchstens 10% des Körpervolumens betragen.

Der Erfindung liegt die allgemeine Erkenntnis zugrunde, daß die positive Wirkung der Sigma-Phase beim Sinterverfahren so groß ist, daß es ohne vorheriges Verpressen möglich ist, ein Sigma-Phase enthaltendes Pulvergemisch zu einem Körper zu sintern, der eine so hohe Dichte hat, daß er für eine weitere Verarbeitung, besonders für eine Warmverformung, wie z. B. Walzen und Schmieden, benutzt werden kann. Da sich eine kräftige Kontraktion ergibt, wenn ein loses Pulver mit vergleichsweisem niedrigem Volumen-Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von zur weiteren Verarbeitung bestimmten
Körpern

Anmelder:

Wargöns Aktiebolag, Vargön (Schweden)

Vertreter:

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. J. Berg,

Patentanwalt,

8000 München 2, Hilblestr. 20

Als Erfinder benannt:

Sven Sigrard Bergh, Vargön (Schweden)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 19. Mai 1961 (5308)

gewicht zur Bildung eines Körpers mit beträchtlich höherer Dichte gesintert wird, läßt die direkte erfindungsgemäße Sinterung daher die Herstellung von Körpern mit einem hohen Grad an Maßhaltigkeit nicht zu. Aber das ist nicht nötig, wenn es um die Frage der Herstellung von Körpern geht, welche später weiter geformt werden sollen. Es ist jedoch möglich, in einem verhältnismäßig hohen Grad die Größe und Form des gesinterten Körpers vorherzubestimmen. So ist es im Rahmen des dargelegten allgemeinen Erfindungsgedankens möglich, z.B. röhrenförmige Körper für die weitere Behandlung zu Röhren, L-förmigen oder T-förmigen Körpern zum Walzen in die entsprechenden Profile usw. herzustellen. Man kann flache Barren herstellen, die so dünn sind, daß sie direkt in ein fertiges Produkt gewalzt werden können unter Auslassung der dicken Barren und der mittleren Walzplatten.

Vor dem Sintern kann das Pulvergemisch durch Mischen mit einer Flüssigkeit zu einer Paste angeteigt werden, welche in der gewünschten Art geformt wird. Die Paste kann z.B. durch eine Düse stranggepreßt werden, um einen Zylinder oder eine Röhre zu bilden. Die Flüssigkeit kann z.B. ein organisches Lösungsmittel, wie Alkohol oder Trichloräthylen sein. Sie darf keine nachteilige Wirkung auf die Pulverteilchen haben.

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Die vorteilhafte Wirkung der Sigma-Phase wird so gemahlen sind. Vorzugsweise sollte die Größe der erfindungsgemäß in dem Sinterverfahren ausgeriutzt. Körner geringer sein als 0,074 mm (200 Maschen); Jedoch ist die spröde Sigma-Phase im gesinterten eine Korngröße von weniger als 0,044 mm (325 Ma-Körper oder in dem aus diesem Körper hergestellten sehen) wird bevorzugt. Auf ein Verfahren der Agglo-Gegenstand nicht erwünscht. Gemäß der Erfindung 5 meration mit dem Ziel der Erhöhung der Fließfähigenthält das Pulvergemisch daher eine zweite nietal- keit dieser feinkörnigen Pulver, wie dies in der einlische Komponente, welche sich mit der die Sigma- gangs genannten Patentschrift erwähnt ist, braucht Phase enthaltenden Komponente legiert, so. daß die hier im allgemeinen nicht zurückgegriffen zu werden. Sigma-Phase im wesentlichen völlig verschwindet. Es erscheint nach dem erfindungsgemäßen Verfah-

Metalle der Eisengruppe,-iz. B. EisenV Kobalt und io ren nicht möglich, einen vollkommen porenfreien Nickel, entweder einzeln, paarweise oder alle drei Körper herzustellen; zumindest würde das eine so zusammen benutzt, sind besonders zur Verwendung hohe Temperatur und eine so langwierige Sinterung als zweite Komponente geeignet. Sogar Metalle außer- erfordern, daß so ein Verfahren praktisch unmöglich halb der Eisengruppe; wie z.B. Kupfer, können für wäre. Man muß daher eine gewisse Porosität in dem diesen Zweck verwandt werden. Es können keine 15 gesinterten Körper in Kauf nehmen, wobei von generellen Angaben über die Mengen dieses zweiten Bedeutung ist, daß die Sinterungsbedingungen und die Pulvers im Pulvergemisch gegeben werden; es bleibt nachfolgende Behandlung der Art sind, daß sicherdem Fachmann, uberja.sse.ni in jedem einzelnen Fall gestellt ist, daß der Gegenstand während dieser Bedie Menge, die groß genug ist die Sigma-Phase im handlung bis auf die geforderte Dichte verpreßt werden wesentlichen vollkommen während des Sinterns ver- 20 kann. In diesem Zusammenhang spielt das Ausmaß, schwinden zu lassen, zu wählen, d.h., das die Sigma- bis zu welchem die Luft am Eindringen in die Poren Phase enthaltende Pulver soll durch die Diffusion"der des Körpers gehindert werden kann, eine wichtige zweiten Komponente geändert werden, damit, die Rolle. Wenn die Sinterung beginnt, bilden die Poren Sigma-Phase nicht langer existent ist. In dieser Be- in dem losen Pulver ein zusammenhängendes Porenschreiburig wird davon ausgegangen, daß der Ausdruck 25 system, in das die umgebenden Gase leicht eindringen Sigma-Phase sich nicht nur auf die :reine Sigma- können. Die Sinterung wird üblicherweise bei pulver-Phase, sondern auch auf gewisse engverwandte Pha- metallurgischen Verfahren in einem Schutzgas, norsen, wie z.B. pi-, %- "und !-Phasen, bezieht. Die Ter- malerweise Wasserstoff, welches die Poren in dem minologie auf diesem Gebiet ist ungenau; bestimmte Pulver füllt, oder im Vakuum durchgeführt. Wenn Autoren nennen aÜe diese^: Phasen Sigma-Phase, 30 der Pulverkörper während der Sinterung sich kontrawährend andere wiederum zwischen engverwandten . hiert, wird durch das zusammenhängende Poren-Phasen unterscheiden, system eine zunehmende Anzahl geschlossener Poren, Die Sigmarphase erscheint in vielen verschiedenen welche mit dem Schutzgas gefüllt sind und in welche Legierungssystemen. In der anfangs genannten Pa- Luft nicht eindringen kann, gebildet. Vorzugsweise tentschrift wurde nur z. B. eine Anzahl von binären 35 sollte die Sinterung so lange fortgesetzt werden, bis und ternären Legierungen, in denen die Sigma-Phase - die noch verbleibende Porosität im wesentlichen aus erscheint, gegeben. Die Sigma-Phase erscheint häufig geschlossenen Poren besteht. Dank der Tatsache, daß in Chrom enthaltenden Legierungssystemen, wie z.B. diese Poren mit Schutzgas gefüllt sind, sind die Poren*· in dem Eisen-Chrom-Nickel-System; dieses macht die wände reaktionsfähig und werden während der nachErfindung geeignet für die Herstellung von Gegen- 40 folgenden Behandlung leicht zusammengeschweißt, ständen aus sogenanntem rostfreiem Stahl. Offenbar besteht die große Mehrheit der Poren aus Die Sigma-Phase ist spröde und zerkleinerbar, und geschlossenen Poren, wenn die Gesamtporosität auf die in dem erfindungsgemäßen Pulver die Sigma-Phase ungefähr 10% abgefallen ist; aus diesem Grund wird enthaltende Komponente kann daher leicht durch die Fortsetzung der Sinterung bis zu dem Punkt, wo Zerkleinern einer die. Sigma-Phase enthaltenden Le- 45 die Porosität des Körpers geringer ist als 10%» ^z·legierung, welche auf dem Schmelzweg gewonnen wurde, . 2 bis 8 %> bevorzugt. Vorzugsweise sollte die Oberhergestellt werden, wie z.B. in der USA.-Patentschrift fläche des Körpers während eines Teils der Sinterungs-2 834 666 beschrieben. Sollte es gewünscht sein, kann periode einer Temperatur, welche höher ist als die der Hauptanteil des Pulvers aus einem Sigma-Phase erforderlichen Durchschnittstemperaturen für die enthaltenden Pulver :bestehen, die andere ■ Kompo- so Durchführung der Sinterung, ausgesetzt werden. Auf. nente braucht nur in solch einer Menge vorhanden zu diese Weise wird auf der Oberfläche des Körpers eine sein, wie sie notwendig ist, um.die Sigma-Phase beim porenärmere Schicht als im Körper selbst gebildet; Sintern verschwinden zu lassen. Um eine zufrieden- dies verhindert das Eintreten von Luft in den Körper, stellende Dichte in dem gesinterten Körper zu erhal- Um der Gefahr des Lufteindringens in die Poren des ten, ist es jedoch ausreichend, wenn nur eine geringe 55 Gegenstandes zu begegnen, sollte der Körper einer Menge des Pulvers aus einer Sigma-Phase enthaltenden weiteren Behandlung, sobald wie möglich nach der Komponente besteht; So ist, wie angegeben, in be- Sinterung, unterworfen werden. Er kann vorzugsweise stimmten Fällen einv.Gehalt von 20% der Sigma- direkt vom Sinterofen zur Warmverformung überPhase enthaltenden Komponente ausreichend, wenig- geführt werden.

stens wenn ihr Sigma-Phasengehalt einigermaßen hoch 60 Mit Hilfe der Erfindung können Körper hergestellt ist. Es wird bevorzugt, mit einem Sigma-Phasengehalt werden, welche gegenüber den konventionellen, durch von mehr als 50% der erwähnten Komponente zu das metallurgische Schmelzverfahren hergestellten arbeiten; ein Gehalt von 75% Sigma-Phase wird Barren beträchtliche Vorteile haben. Das Gefüge des bevorzugt, insbesondere dann, wenn die Kompo- nach dem erfindungsgemäßen pulvermetallurgischen nente wenigstens 50 % des Pulvergemisches ausmacht. 65 Verfahren hergestellten Körpers wird so ein sehr Das Sintern, um einen Körper mit geringer Porosität gleichmäßiges sein; man umgeht die unangenehmen und guter stofflicher*. Homogenität zu formen, wird bei dem dendritischen Gefüge der Gußbarren auftreerleichtert, wenn die Pulver des Pulvergemisches fein tenden Eigenschaften; außerdem umgeht man das

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Risiko von Lunkern, welche bei Gußbarren häufig spezifischen Gewicht von 7,40, d.h. einer Restporosität

sind, und überdies kann man den Körper als Ganzen von ungefähr 6 bis 7% gesintert war. Aus Gründen

voll verwerten, im Gegensatz zu den Barren, bei denen der Vergleichsmöglichkeit wurde ein gepreßter und

man den oberen Teil den sogenannten verlorenen gesinterter Barren aus demselben Pulvergemisch her^

Kopf, der häufig in einer frühen Stufe der Warmver- 5 gestellt, auch mit einem Gewicht von ungefähr 200 g,

formung abgetrennt wird, nicht verwerten kann. durch Pressen des Pulvers bei einem Druck von

Das Pulver wird gemäß der Erfindung in einem 7,5 t/cm², wobei ein Körper mit einer Dichte von

Behälter mit geeigneter Form, z. B. in einem Keramik- ungefähr 6 kg/dm³ erhalten wurde, und durch Sinter

Schmelztiegel oder in einer Form aus vorzugsweise rung dieses Körpers bei 130O⁰CfUr die Zeitdauer von

feuerfestem Stahl, gesintert. In den Sinterofen wird io 2 Stunden, woraus ein Körper entstand mit eineni

Schutzgas eingeführt. Das Schutzgas kann hergestellt spezifischen Gewicht von 7,51, d.h. mit einer Porosität

werden, indem man ein Hydrid nahe dem Pulver von ungefähr 5 %·

zerfallen läßt. So kann man in den Boden der Form .

eine geeignete Menge eines geeigneten Hydrids ein- Beispiele j

führen, welches bei der Sintertemperatur sich zersetzt, 15 Entsprechend Beispiel 1 wurde ein rostfreier Körper

wonach das zu sinternde Pulver in die Form gestampft hergestellt aus 40 % Eisenpulver und 60 %· pulveri*

wird, die Form mit einem Deckel geschlossen und so sierter Legierung folgender Zusammensetzung: ■ .'

gedreht wird, daß das bodenseitige Ende zuoberst zu q. 440/.· '

liegen kommt, und dann in den Sinterofen gesetzt ^- 17 °/°

wird. Das durch den Zerfall des Hydrids entstehende 20 j^·" IO °/°

Wasserstoffgas treibt die ganze Luft aus der Gießform Q₁ 2 0/

aus; der Überschuß entweicht zwischen Form und Tlest Eisen

Deckel. 1

Das Pulver kann leicht gestampft werden, wenn es Spezifisches Gewicht im gesinterten Zustand: 7,20

in den Behälter eingeführt ist; es wird so im ganzen 25 . . : '

unverpreßt sein, im Gegensatz zu dem überwiegend Beispiel.3 _ ,

verpreßten Zustand, in' welchen es für die Herstellung Entsprechend Beispiel 1 wurde ein rostfreier Körper

von mit hohem Druck verpreßten nachfolgend zu hergestellt aus 50% Eisenpulver und 50% pulveri-

sinternden Rohlingen übergeführt wird. Eine geeignete sierter Legierung folgender Zusammensetzung:

Sintertemperatur ist 1050 bis 135O⁰C, vorzugsweise 30 q. 500/

1250 bis 1350⁰C. Es wird normalerweise bevorzugt, ^r- 12°/°

bei einer Temperatur von 1300⁰C zu sintern. Rb^. Ej_sen

Der Zeitraum des Sinterns wird im allgemeinen

länger als üblich sein, weil die erfindungsgemäß gesin- Spezifisches Gewicht im gesinterten Zustand: 7,20.

terten Körper im allgemeinen wesentlich größer als 35 ,

die gepreßten und gesinterten Einzelteile sind und weil Beispiel 4

der Schmelztiegel oder die Form den Wärmefiuß Entsprechend Beispiel 1 wurde ein Körper derselben

behindert und selbst Zeit braucht, um heiß zu werden. chemischen Zusammensetzung wie im Beispiel 1 aus

Bei der Sinterung kleiner Körper wird eine Va- bis den folgenden, keine Sigma-Phase enthaltenden PuI-

2stündige Sinterung ausreichend sein, jedoch wird bei 40 vern hergestellt:

größeren Körpern, mit z. B. Hunderten von Kilogramm _{22 5 0}/ Elektrolytchrom

an Gewicht, eine wesentlich längere Sinterungsdauer -.g'o/ ^/0 vrj^gj '

erforderlich sein 3,1% Ferromolybdän (80% Mo),

Naturlich beeinflussen Sinterdauer und -temperatur ^ 40/ Pi_sen (MHP 300 30)

zusammen den Sintervorgang in bekannter Weise, 45 '

und es ist die Aufgabe des Fachmanns, über diese Das spezifische Gewicht im gesinterten Zustand lag

beiden Faktoren so zu entscheiden, daß der gesinterte bei ungefähr 5,0, was beweist, daß die Gegenwart der

Körper über die gewünschte Dichte verfügt. Sigma-Phase einen beträchtlich dichteren Körper

τ, . ■ -i _Λ ergibt.

Beispiel 1 _e„

Beispiel5
Für die Herstellung eines 200 g schweren Körpers

aus rostfreiem Stahl des Typs 18/8/Mo, wurde ein Entsprechend Beispiel 1 wurde aus den folgenden,

Gemisch zusammengestellt aus 100 g Eisenpulver keine Sigma-Phase enthaltenden Pulvern ein Körper (Höganäs MPH 300.30) und 100 g sprödem Legie- hergestellt:

rungspulver, welches durch Zerkleinerung und an- 55 50 % Ferromolybdän (40 % Mo),

sch leßendes Mahlen einer durch Schmelzen herge- _{50 0/ Eisen (Mffi}> _m30)>

stellten Legierung, 45% Chrom, 20% Nickel, 5% /ο ν. j

Molybdän und als Rest Eisen enthaltend, hergestellt Das spezifische Gewicht im gesinterten Zustand lag

wurde. Dieses Legierungspulver hatte ein Gefüge mit bei ungefähr 5,6.

mehr als 75 % Sigma-Phase. Das Pulvergemisch wurde 60 Das Ferromolybdän in diesem Beispiel und die lose in eine runde Keramikröhre mit einem inneren Sigma-Legierung im Beispiel 1 hatten beinahe den Durchmesser von 22 mm eingestampft; das Pulver- gleichen Schmelzpunkt (ungefähr 143O⁰C). Die Gegemisch hatte ein Volumengewicht von 3,85 kg/dm³. genwart der Sigma-Phase gibt somit eine höhere Die Röhre samt Inhalt wurden in einem horizontalen Dichte in dem gesinterten Körper.

mit Wasserstoff bei einer Temperatur von 1300°Cfür 65 . .

einen Zeitraum von IV₂ Stunden gefüllten Röhren- Beispiel ö

ofen erhitzt, wonach das Pulver in einen zylindrischen Für die Herstellung von Körpern aus rostfreiem

Körper mit einem Durchmesser von 18 mm und einem und/oder zunderbeständigem Stahl wird ein wenig-

stens 50 % Sigma-Phase enthaltendes Pulver mit Eisenpulver oder mit einem Legierungspulver gemischt. Das Sigma-Phasenpulver wurde durch Schmelzen, Abkühlen und Zerkleinern gewonnen und enthält wenigstens 30 %> vorzugsweise 35 bis 60% Chrom. Es enthält außerdem Nickel, z.B. 5 bis 35%, vorzugsweise 10 bis 30%. Es kann ebenfalls Legierungselemente, wie Molybdän und Wolfram, z.B. in einer Menge von 2 bis 10 %, enthalten. Das Pulvergemisch kann dann, nachdem es gemischt ist, weiter gemahlen und in eine Form, z.B. in eine Keramikröhre, gegeben werden. Die Form wird im Vakuum oder in einem Schutzgas, z.B. Wasserstoff, bei 1100 bis 135O⁰C so lange, normalerweise wenigstens eine halbe und vorzugsweise eine oder mehrere Stunden erhitzt, daß die Porosität des gesinterten Körpers unter 10% hegt, vorzugsweise bei 3 bis 8%. Das spezifische Gewicht des gesinterten Körpers beträgt mehr als 7,2.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von zur weiteren Verarbeitung, besonders zur Warmverformung wie Walzen, bestimmten Körpern auf Eisen-, Nickel- und/oder Kobaltbasis mit einem Gehalt an Chrom, Molybdän od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß ein loses, im wesentlichen unverpreßtes Pulvergemisch gesintert wird, welches zu wenigstens 20% aus einer metallischen Komponente, die wenigstens 50% der Sigma-Phase enthält, und welches zum Rest aus einer metallischen Komponente besteht, die sich selbst mit der die Sigma-Phase enthaltenden Komponente während des Sinterns legiert, so daß die Sigma-Phase im wesentlichen vollkommen verschwindet, wobei bei einer so hohen Temperatur und so lange gesintert wird, daß die Poren des gesinterten Körpers, welche bei Beginn der Sinterung ein zusammenhängendes Porensystem bilden, im wesentlichen geschlossen werden und vorzugsweise insgesamt höchstens 10% des Körpervolumens betragen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus wenigstens 50% einer zumindest 75% Sigma-Phase enthaltenden Komponente besteht.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern bei einer so hohen Temperatur durchgeführt wird, daß sich eine umhüllende Schicht, die dichter ist als der Körper, auf der Oberfläche des Körpers bildet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 920 958.

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