DE1608015A1

DE1608015A1 - Ofen,insbesondere zum Sintern und zur Waermebehandlung von Metallwerkstuecken sowie zur Waermebehandlung und Reduktion von Metalloxyden oder Metallpulvern

Info

Publication number: DE1608015A1
Application number: DE19681608015
Authority: DE
Inventors: Hulthen Sven Ingvar; Lindell Ingvald Aldor Mauritz; Gustavsson Goesta Theodor
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1967-02-15
Filing date: 1968-02-02
Publication date: 1970-10-29
Also published as: GB1181924A; FR1560499A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ofen, der vornehmlich zum
Sintern und Wärmebehandeln von Werkstücken bestimmt ist, die
durch Pressen von Metallpulvern, insbesondere von legiertem oder
unlegiertem Eisenpulver geformt v/erden. Der erfindungsgemäße Ofen kann jedoch darüberhinaus mit Vorteil zur Wärmebehandlung anderer T&ile und beispielsweise auch zur Reduktion von Metalloxyden oder nur reduzierenden Behandlung von Metallpulvern herangezogen werden.

öfen zum Sintern vorgepreßter Pulverkörper aus legiertem oder unlegiertem Eisenpulver oder aus anderen Metallpulvern erreichen in der Arbeitszone normalerweise eine Temperatur zwischen SOO und

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14OO° G, gegebenenfalls auch darüber. Öle geeignetste Sintertempe ratur vird in erster Linie von der Zusammensetzung der Metallpulver bestimmt.

Zur Erstellung der vorgepreßten Metallpulverkörper wird ein flüs siges oder festes Schmiermittel mit dem Metallpulver vor dem Verdichten gemischt. Hierdurch wird die Gefahr der Ausbildung solch hoher Reibungskräfte zwischen der Preßform und dem verdichteten Werkstück ausgeschaltet, daß der Preßkörper beim Auswerfen aus dem Preßwerkzeug nach dem Verdichten beschädigt wird. Als Schmiermittel werden üblicherweise Metallseifen verwendet, d.h. Metallsalze höherer Fettsäuren, wie Zinkstearat, Lithiumstearat, Kalziumstearat od.dgl. Auch synthetische Aminowachse kommen als Schmiermittel in Frage.

Die Preßkörper sollen nicht unmittelbar von der Raumtemperatur aus in den Ofen mit einer Temperatur von 800 C oder darüber verbracht werden. Dies nicht zuletzt deswegen, weil das schnelle Austreiben des Schmiermittels die zwischen den einzelnen Metallpulverteilchen bewirkte Bindung im Preßkörper rückgängig machen und den nachfolgenden Sinterprozeß ausschließen würde. Deshalb sollen Sinterofen unmittelbar hinter der Einfahröffnung eine Ausscheidungs- oder Destillierzone besitzen, in welcher die Temperatur verhältnismäßig langsam ansteigt,so daß das Schmiermittel sukzessive verdunsten bzw. verdampfen kann, wobei dieser Vorgang an der Oberfläche des Preßkörpers beginnt und dann allmählich in kontrollierbarer Weise in Abhängigkeit vom Temperaturanstieg des Preßkörpers fortschreitet.

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Dicj gesinterten Werkstücke sollen auch nicht unmittelbar der Sinterzone entnommen und der Uragebun^sluft ausgesetzt werden. Die Folge hiervon wäre u.a. eine völlige Oberflächenoxydation und damit Zerstörung; des gesinterten Teiles. Daher sollten die Sinterofen mit einer Külilzom; versolvMi sein, in welcher die Temperatur allmählich auf eine Höhe gesenkt wird, die zwischen 300 G und Raumtemperatur variieren kann* Der ¥ert von 300 C sollte nicht als absolute Grenze der höchsten Temperatur angesehen werden, bei welcher das gesinterte Werkstück dem Sinterofen entnommen werden kann, doch muß damit gerechnet werden, daß beim Übergang von einer noch höheren Temperatur auf die Unigebungsluf ttemperatur die Gefahr der Durchoxydation und/oder der Hautoxydation des gesinterten Teiles besteht.

Für alle Sinterofen besteht weiterhin die Grundforderung, daß sie gasdicht sind und, wie zuvor dargelegt wurde, zumindest drei getrennte Zonen besitzen, nämlich die Ausscheidungszone, in welcher das Schmiermittel durch allmähliches Aufheizen des Preßkörpers verdunstet bzw»* verdampft, die Sinter- oder Hochtemperaturzone, in welcher das Sintern erfolgt, und die Kühlzone, in welcher die Temperatur auf* ,ein niederes Niveau gebracht wird, so daß die Gefahr der Beschädigung des Sinterkörpers beim. Entnehmen aus dem Ofen ausgeschaltet wird. Xm übrigen fließt in der Regel durch alle Zonen noch ein Schutzgas geeigneter Zusammensetzung.

In manchen Fällen, d.h. dann, wenn der Preßkörper keine Bestandteile aufweist, die zu Sauerstoff eine höhere Affinität als Eisen besitzen, kann das Ausscheiden ohne Schutzgas in einem Spezialofen.

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erfolgen. In der Regel ist es jedoch zum Austreiben des Schmiermittels notwendig, für eine Schutzgasatmosphäre zu sorgen.

Zum Austreiben des Schmiermittels ist es im übrigen üblich, die Temperatur des Preßkörpers von der ursprünglichen Raumtemperatur auf etwa 500 C oder meistens sogar auf etwa 700 C anzuheben.

Bei bekannten Sinterofen sind im allgemeinen in geradliniger Folge

A) eine Ausscheidungszone, Β) eine Sinterzone und C) eine Kühlzone

vorgesehen. Im übrigen sind Fördermittel aus feuerfestem Material vorhanden, mittels welcher die Werkstücke durch die einzelnen Zonen gefördert werden. In Öfen dieser Art ist es nicht ratsam, in der Sinterzone Temperaturen über II50 anzuwenden. Dies deshalb, weil bei Überschreiten dieses Wertes die Dehnung und Abnutzung, die bei den Fördermitteln aus den bisher bekannten Werkstoffen auftreten, so hoch liegen und die Kosten für den Austausch so erheblich sind, daß die Wirtschaftlichkeit des gesamten Verfahrens in Frage gestellt wird.

Sintermetall-Werkstücke wurden bisher in den Abmessungen verhältnismäßig klein gehalten. Dies wirkt sich hinsichtlich der Belastung der Fördermittel in den üfen dahingehend aus, daß die Belastung pro Fläscheneinheit verhältnismäßig niedrig war. Es besteht jedoch die Tendenz, auch größere Teile in die Sinterferti-

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§ÄB ORIGINAL

gang einzubeziehen. Wenngleich bereits Stückgewichte zwischen 2 und 5 kg durchaus gebräuchlich sind, so besteht doch das Bestreben, auch Sinterwerkstücke mit einem Stückgewicht von 20 bis '25 kg in die Massenfertigung der Preß- und Sinterteile einzubeziehen. In diesem Fall wird aber die Belastung pro Flächeneinheit an den Fördermitteln so hoch, daß diese nicht länger verwendbar sind, sobald die Temperatur in der Sinterzone wesentlich über 1120 G ansteigt.

Zum Sintern in einem Temperaturbereich zwischen 1100 C und 1^00 C oder darüber sind auch noch die sogenannten Hubbalkenöfen verwendet worden. Bei Öfen dieser Art werden die Werkstücke in Kästen oder auf Platten gelegt und diese werden dann durch die Sinterzone mittels der Hubbalken befördert. Für den Transport durch die Ausscheidungs- und Kühlzonen werden dann üblicherweise jedoch einfachere Fördermittel benutzt.

Als Folge der Auf- und Abbewegung der Hubbalken entsteht eine Pumpwirkung, durch welche die Gasströmung aus der Sinterzone in den Raum oberhalb und unterhalb der Hubbalken gesaugt bzw. gedrückt wird, d.h. in Räume, die kühleres Gas enthalten. Dieses kontinuierliche Mischen des wärmeren mit dem kühleren Gas erschwert oder schließt sogar die Erfüllung der wichtigen und häufig unabdinglichen Voraussetzung aus, daß die Zusammensetzung des Gases in der Sinterzone gleichmäßig und der Kohlenstoffaktor konstant bleibt.

Durch die Erfindung wird nun ein Kombinationsofen geschaffen, der

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in einfacher und bisher nicht vorhersehbarer Weise alle vorerwähnten Mängel der bekannten Sinteröfen ausschließt. Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß der Ofen ein mit Heizelementen ausgerüstetes gasdichtes Drehherdofenteil und zwei gasdichte, im wesentlichen gestreckte Kanalofenteile umfaßt, die an das Drehherdofenteil über Gasschleusen oder Schutztüren angeschlossen sind und als Zuführkanal bzw. Ableitkanal dienen, wobei wenigstens der Zuführkanal Heizelemente und der Ableitkanal eine Kühlvorrichtung besitzen.

Durch die Verwendung des Drehherdofenteils kann zwischen dem ortsfesten oberen Herdteil und der drehbaren Herdplatte leicht eine sichere Gasdichtung, beispielsweise durch Pulver- oder Flüssigkeitsverschlüsse oder Kombinationen der beiden Verschlußarten oder auch ein anderes Dichtungssystem geschaffen werden, das es gestattet, einen leichten Überdruck innerhalb des Ofens und folglich in der Sinterzone zu erzeugen. Um die Höhe der Flüssigkeitsdichtung verringern zu können, ist es ratsam, eine Flüssigkeit von hohem spezifischem Gewicht zu verwenden, etwa eine konzentrierte Salzlösung oder ein Metall bzw. eine Metallegierung mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise Woodmetall. Sofern Wasser oder Salzlösung verwendet wird, kann es sich empfehlen, oben auf die Flüssigkeit eine Schicht Öl niederen Dampfdruckes zu bringen, um zu verhindern, daß Wasserdämpfe über die üblichen Labyrinthdichtungen zwischen der drehbeweglichen Herdplatte und dem ortsfesten Teil des Herdes in die Zone der hohen Temperatur gelangen.

An das Drehherdofenteil schließt eine gasdichte Ausscheidungszone

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BAD ORlSiNAL

an. Üblicherweise wird diese Aussehe!dungsζone mittels einer im wesentlichen gestreckten Ofenkammer gebildet, die mit einer Fördereinrichtung zum Transport der Preßkörper von der Einlaufseite nach dem Drehherdofenteil ausgerüstet ist. An der Einlaufseite der Ausscheidungszone ist üblicherweise eine einfache Schutztür oder eine Gasschleuse vorhanden, und ähnlich ist die Ausbildung auch dort, wo die Ausscheidungszone zum Drehherdofenteil führt. Der Transport der Werkstücke aus der Ausscheidungszone zum Drehherdofenteil kann in bekannter Weise mechanisch erfolgen, beispielsweise mittels hydraulischer Vorschubzylinder. Die Ausscheidungszone kann das Drehherdofenteil im übrigen beispielsweise tangential anschneiden, wobei die Gasschleuse in der gleichen Achsrichtung vorgesehen wird.

Während in der Ausscheidungszone die allmähliche Aufheizung erfolgt, bildet das Drehherdofentei1 die eigentliche Sinter- bzw, die Hochtemperaturzone, in welcher die Temperatur der zu sintr^nden Teile auf ein geeignetes Niveau angehoben \incl während der notwendigen Sinterzeit auf diesem Niveau gehalten wird, wobei die Sinterzeit von etwa 15 Hinuten bis 2 Stunden und darüber variieren kann. Das Aufheizen wird in dieser Zone üblicherweise durch elektrische Widerstandsheizung erfolgen. Selbstverständlich können jedoch auch andere gleichwertige Heizeinrichtungen, beispielsweise Gas- oder Ölheizung verwendet werden. Dies ist besonders dann zu erwägen, wenn die Ofengase die Lebensdauer der elektrischen Heizelemente in der Sinterzone verkürzen.

Seitlich, und zwar vornehmlich parallel ::ur Ausecheidungszone wird

^? 0 0 9 8 4 4/0365 ,,

die Kühlzone angeordnet. Auch diese Zone wird ähnlich der Aussehe idungsζone üblicherweise durch ein gasdichtes« im wesentlichen geradliniges Kanalofenteil gebildet^ das mit einem geeigneten Fördermittel ausgerüstet ist. Zum Kühlen der Werkstücke in der Kühlzone können, wenigstens in dem am weitest vom Drehherdofenteil entfernten Abschnitt bis zur Auslaufoffnung Doppelwände vorgesehen werden, zwischen welchen das Kühlmittel, etwa Wasser, sich befin— det. Selbstverständlich kann die Kühlung auch auf anderem Wege, beispielsweise durch Durchblasen von Luft zwischen einem inneren und äußeren Gehäuse in der Kühlzone bewirkt werden.

Die Auslauföffnung an der Kühlzone wird üblicherweise durch eine einfache Schutztür oder eine Gasschleuse gebildet. Am Übergang vom Drehherdofenteil zur Kühlzone ist eine Gasschleuse vorgesehen, um die Sinterzone von der Kühlzone abzutrennen. Insbesondere dort, wo große Ofeneinheiten verwendet werden, empfiehlt es sich, die parallel verlaufenden Ausscheidungs- und Kühlzonen relativ dicht aneinander anzuordnen, um den größtmöglichen Bereich des Drehherdofens ausnutzen zu können.

Insbesondere wenn Stahl gesintert wird, der einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,2 bis 0,3$ aufweist, kann es bei einer hohen Temperatur in der Sinterzone ein Problem bilden, den Kohlenstofffaktor in dem verwendeten Schutzgas so einzustellen, daß er sich im Gleichgewicht mit dem beabsichtigten Kohlenstoffgehalt in den Sinterwerkstücken befindet. In diesen Fällen ist es vielfach ratsam, von außen her kein Schutzgas in die Sinterzone zu leiten, vielmehr den Werkstücken selbst zu ermöglichen, ihre eigene Schutz«

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atmosphäre zu entwickeln.

Da beim Sintern von kohlenstoffhaltigem Material die Atmosphäre in der Sinterzone stark mit Kohlenmonoxyd angereichert wird, muß das keramische Material, welche» im Drehherdofenteil benutzt wird, hoohfeuerfest bei niedrigem Eisenoxydgehalt «ein und darf keine Tendenz dafür zeigen, als Katalysator für das Spalten von Kohlenoxyd zu wirken. Als geeignetes Material kommt beispielsweise feuerfester Stein aus Magnesit, Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd u.dgl. in Frage. Da Kohlenstoff insbesondere im Temperaturbereich zwischen 800 und 500 C zur Spaltung neigt, sollte gerade der Teil des Isoliermaterials entlang der Sinterzone, die dieser Temperatur unterworfen ist, aus hochwertigem keramischem Material mit besonders niedrigem Siβengehalt erstellt werden«

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Dabei zeigern

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäöen

Ofen,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie H-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig» 1, Fig. k einen Querschnitt durch einen, abgewandelten Zuführkanal.

Der Ofen weist einen an sich bekannten Drehherdofen mit der Herdplatte 1 innerhalb eines zylindrischen Gehäuses mit den Doppel·· wänden 2, 3 und der Decke k auf. Zwischen der Herdplatte 1 und

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den Doppelwänden 2, 3 sind Sand- oder Waeserverschlüeee 5 vorgesehen, so daß der Kanal 6 im Drehherdofen nach außen gasdicht abgeschlossen ist. Der Drehherdofen kann durch nichtgezeigte Heizelemente beheizt werden* Zum Einleiten und Ableiten von Gas sind Öffnungen Ja. und 7b in der Wand 3 vorgesehen. Dabei ist jede Öffnung sowohl zur Zuleitung als auch zur Ableitung brauchbar* Der Drehherdofen stellt die Heiz- oder Sinterzone innerhalb des erfindungsgemäßen Kombinationsofens dar* Sie wird nachfolgend als Zone C bezeichnet.

An den Drehherdofen ist über eine Gasschleuse 8 ein gestrecktes Kanalofenteil 9 mit Fördermitteln und Heizelementen angeschlossen. Über die Schleusentür IO in der Gasschleuse 8 und eine weitere Schleusentür 11 ist das Kanalofenteil 9 nach außen gasdicht abgeschlossen» Zur Zuleitung und/oder Ableitung von Gas sind im Kanalofenteil 9 Öffnungen 12a, 12b, 12c, 12d und 12e vorgesehen. Im Übrigen ist das Kanalofenteil 9 durch eine Schutztür 13, welche Durch· gangslöcher aufweisen kann, in zwei Abschnitte 9a und 9^D unterteilt. Die Abschnitte 9a und 9b dienen als Ausschexdungszone oder Zone A und als Vorwärmzone oder Zone B,

An den Drehherdofen ist Über eine vettere Gasschleuse 14 noch ein Kanalofenteil 15 mit nlchtgezeigten Fördermitteln angeschlossen. Der Abschnitt 15a des Kanalofenteiles 15 ist mit nichtgezeigten Heizelementen ausgerüstet. Dieser Abschnitt bildet die Temperaturhaltezone oder die Zone D. Der Abschnitt 15b des Kanalofenteiles 15, der durch die Schutztür 16 begrenzt wird, welche Durchgangsöffnungen aufweisen kann, bildet die Kühlzone oder die Zone E.

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Durch eine Schleusentür 17 ±n der Gasschleuse 1** und eine weitere Schleusentür 18 eind die Abschnitte 15a und 15b gasdicht verschlossen. Zum Zuleiten oder Ableiten von Gasen sind Öffnungen 19a* 19b, 19c und 19d vorgesehen. Diese Öffnungen können ebenso wie die Öffnungen 7a bis 7b und 12a bis 12e gasdicht verschlossen werden, um so den Durchtritt von Gas zu verhindern. Der Abschnitt 15b des Kanalofenteiles 15 ist mit einem Gehäuse 21 versehen, über welches Kühlmittel zugeleitet werden kann.

Um die Teile aus der Zone B in die Zone C zu leiten, ist ein Vorschubzylinder 22 vorhanden, der in der Gasschleuse 8 wirksam wird. Sowohl die Gasschleuse 8 als auch" die Abschnitte 9a und 9b sind für den Teiletransport mit Fördereinrichtungen, beispielsweise Förderbändern, Rollenförderern od.dgl. atisgerüstet.

Um die Teile aus der Zone C in die Zone D zu verbringen, ist hier eine weitere Überführungsvorrichtung vorhanden, die mit 23 bezeichnet ist. Die Gasschleuse 14 und die Abschnitte 15» und 15b des Kanalofeiiteils 15 sind gleichfalls für den Transport der Teile mit nichtgezeigten Fördereinrichtungen ausgestattet.

Wie aus den Zeichnungsfiguren t bis 3 hervorgeht, ist das Wesen des erfindungsgemäßen Kombinationsofens darin zu sehen, daß er zwei vornehmlich gestreckte, gasdichte Kanalofenteile besitzt, die als Ausscheidungs- und Vorwärmzone bzw. als Kühl- und Temperaturhaltezone dienen und an einen gasdichten Drehherdofen angeschlossen sind, der die Sinterzone bildet, wobei in die Sinterzone Schutzgas einer gewünschten Zusammensetzung eingeführt werden kann,

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und zwar unabhängig von der Atmosphäre in der Ausseheidungs- oder Kühlzone. Sofern es im Hinblick auf die Art der zu sinternden Teile wünschenswert sein sollte, kann auch ohne Zuführung von Schutzgas gearbeitet werden, indem den zu sinternden Teilen ermöglicht wird, ihre eigene Sinteratmosphäre zu entwickeln« Die Teile werden gewöhnlich in Behältern oder Käfigen aus hochwarmfestern Material durch die einzelnen Zonen geführt. Dabei ruhen die Behälter bzw. Käfige stabil auf der Herdplatte während ihres Transportes durch die Sinterzone auf und werden keinerlei Vibrationen oder Stoßen ausgesetzt. Dies ist gerade in der Sinterzone von großer Wichtigkeit, weil die Teile wogen der hohen Temperatur, die hier herrscht, leicht beeinträchtigt werden könnten.

Der erf'indungsgemäße Ofen bietet einen beträchtlichen technischen Vorteil und genügt den Anforderungen nach Anpassung weit besser als die bisher bekannten Sinterofen. Die Anforderungen zur Wandlxmgsmöglichkeit sind durch die Unterschiede in der Art der zu sin· terndeti Teile vorgegeben. Ein weiterer Vorteil gegenüber den bekannten Ofentypen ist in der robusten und betriebssicheren Ausbildung der Sinterzone zu sehen, die selbst bei den höchsten verlangten Sintertemperaturen hohe Betriebssicherheit gewährleistet. Der erfindungsgemäße Kombinationsofen kann auch im Betrieb weit flexibler gehalten werden, so daß er allen Anforderungen genügt, die in der Praxis beim Sintern von Material mit weit variierender Zusammensetzung, Form und Größe auftreten. Wie verschieden diese Anforderungen in der Praxis sein können, geht beispielsweise aus der beigefügten Tabelle hervor, die einen systematischen Überblick

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Tabelle

Zusammenstellung der geeignetsten Temperaturen und Schutzgase in den verschiedenen Zonen für Sintereisenteile unterschiedlicher Zusammensetzung

	Zone A	Gas	Zone B	Gas	Zone C	max 1OOO	Gas	Zone D	che Gas	Zone £	Gas
		Exogas		Exogas	Sinterzone		Exogas	Temperaturhalte—	zufüh	Abkühlzone	Exogas
Nr. Sinti^reisenart	Ausscheidungszone	NH„	Vorwärmz one	NH„	Temp °C	Fe 0,3%	NBL·	zone 0 Temp C Gas		Temp °C	NH '
I C-freies Fe mit	Temp °C	H₂ ³	Temp °C	H₂ ³	Höchstwert:		H₂ ³	entbehrlich	rung von	von max	^H2
und föhne Legie	Raumtemp.		zwischen	λ.	max 1350				außen	1000 bis	d
rungsbestandtei	bis zwi		600 und		Tiefstwert:					zwischen
len '	schen 600		700 bis		max I000				300 und
0-Affinitat ^	und 700	1	zwischen						Raumtemp.
der Eisen		mm/Hg	800 und	mm/Hg			mm/Hg			mm/Hg
0-Affinität		NH ^H2	1000	NH ^H2			NH„			NH„
II C-freies Fe mit				d	Höchstwert:		H₂ ³	entbehrlich	yon max	H₂ ³
Legierungsbe	Raumtemp.		von 600		max 1350		el.		1000 bis	Z
standteilen mit	bis zwi		bis 700		Tiefstwert;				zwischen
O-Affinität y-	schen 6oo	Exogas	bis zwi	Endo-	max 1000			300 und
der Eisen	und 700	mm/Hg	schen	gas		Endo-		Raumtemp.	wei
O-Affinität		NH-,	800 und		gas			cheres
III Fe mit max		J mm/Hg TT	1000	Höchstwert;	oder	von max Endο-	von max	Endo-
0,3$C, mit und	Rauratemp.	^H2	von 600	max 1225	besser	Ι 000 bis gas	800 bis	gaa
ohne Legie	bis zwi		bis 700	mit ex-Tiefstwert;	ohne	min 800 mit C-	zwischen	als it
rungsbestand	schen 600		bis zwi	nem C-	jegli	Faktor	300 und	Zone I
teilen	und 700		schen	Faktor	für Fe	Rauratemp-
0-Affinität^.			800 und	0,3%		__»
der Eisen		1000		σ?
O-Affinität				O

/0365

cm

IV Fe mit max 0,3%C Raumtemp,

mit Legierungs— bis zwi-

bestandteilen sehen

mit einer 600 und

O-Affinität > der Eisen 0-Affinität

Endo- von 600 Endo- Höchstwerti keine von max

gas mm/Hg

NH

mm/Hg ^H2

bis 700 gas max 1225 bis zwi- mit ho-Tiefstwertx sehen hem C- max 1000 800 und Faktor 1000 für Pe C-Gehalt in den Teilen

(Jas zu- 1000
fuhr bis min
oder 800
geringe Mengen Endogas

Endo- von max gas 800 bis mit C- zwischen Faktor 300 und für Fe Raumtemp. C-Gehalt in
den Teilen

VI Fe mit 0,30%C, mit Legierungsbestandteilen mit O-Affinität "p· der Eisen O-Affinität

O O IO co

Raumtemp, bis zwischen und 700

Endogas

mm/Hg

NH₃

mm/Hg ^H2

von 600
bis 700

Endo- Höchstwert» keine von max

gas

max 1225

Gaszu- 1000 bis

bis zwi- mit ho-Tiefstwert: fuhr min 800

sehen
und
1000

hem C- max
Faktor
für Fe

1000

oder
geringe Mengen Endo gas

Endo- von max gas 800 bis mit C- zwischen Faktor 300 und für Fe Räumtamp. C-Gehalt in
den Teilen

Endogas

V Fe mit 0,30#C,

Raumtemp.

Endo-

von

600

und

Endo- Höchstwert:

keine

von max

ge Men

Endo- von max

Endo-

Λ

mit und ohne

bis zwi

gas

bis

700

1000

gas max 1225

Gaszu

1000

gen En-

gas 800 bis

gas

Legierungsbe

schen

mm/Hg

bis

zwi-

mit ho-Tiefstwertι

fuhr

bis min

dogas

mit C- zwischen

standteilen

6OO und

NH „

sehen

hem C- max 1000

oder

800

Faktor 300 und

mit einer

700

j
mm/Hg

800

Faktor

gerin

für Fe Raumtemp.

O-Affinität ^-

^H2

für Fe

C-Ge-

der Eisen

halt in

O-Affinität

den Tei
len

Endo· gas

ω cn OI

is

über die beaten Ofenbedingunge« zum Sintern von Werkstücken aus
Bisen und Stahl mit unterschiedlichen Zusammensetzungen gibt. Wie aus dieser Tabelle ersichtlich ist, können je nach den Erfordernissen sechs Grundtypen von Sinterwerkstücken unterschieden werden, wobei jede Grundtype durch die Zusammensetzung des Grundmetallpulvers bestimmt ist«

Die Tabelle enthält Angaben zu fünf verschiedenen Ofenzonen, wie diese anhand der Pig* 1 beschrieben worden sind. Aus der Tabelle kann ersehen werden, welcher Temperaturintervall und welches Gas

i für jede Grundtype in den einzelnen Zonen am geeignetsten sind.

Um die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Kombinationsofens völlig zu erläutern, sei anhand von Fig. 1 der Lauf der Teile durch die einzelnen Zonen nachfolgend verfolgt.

Nachdem die Teile in die Ausscheidungszone A des Ofens eingebracht worden sind, werden sie beim Passieren der Ausscheidungszone A fortschreitend von Raumtemperatur auf Höchsttemperatur von 700 C erwärmt. Die Temperatur in der Ausscheidungszone A wird
von Fall zu Fall variieren und hängt hauptsächlich von der Art
des Schmiermittels ab, weiches zur Erleichterung" des Preßvorganges des Metallpulverpreßlings verwendet wird.

Mit dem Ansteigen der Temperatur der Teile beginnt das Schmiermittel zu verdunsten oder zu verdampfen. Um zu verhindern, daß
das Schmiermittel an kühleren Stellen in der Nähe der Einlaßschleusentür 11 kondensiert, ist es zweckvoll,.über einen Gasein-

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laß, beispielsweise die Öffnung 12c Gas in die Zone A einzuführen. Es kann auch ratsam sein, nur eine geringe Menge von Gas durch den Gaseinlaß einzuführen und ihm zu ermöglichen, über einen Gasauslaß wieder auszutreten, um so zu gewährleisten, daß kein Ruß oder ein anderes Zerfallsprodukt de.s Schmiermittels in die Vorwärmzone B eindringt, wenn die Schutztür 13 zum Überführen der Teile aus der Zone A nach der Zone B geöffnet wird.

Die meisten Sinterteile können wirksam geschützt werden, wenn gewöhnliches Exogas in die Zone A geleitet wird. Dies ist in wirtschaftlicher Hinsicht von erheblicher Bedeutung, da durch die Zone A verhältnismäßig große Mengen von Gas fließen müßten, um Ruß und Schmiermittelreste wirksam zu entfernen. Wenn Werkstücke gesintert xirerden sollen, die einen hohen Anteil von oxydierenden Bestandteilen aufweisen, welche einen hohen Kohlenstoffgehalt besitzen, dann sollte das in die Zone A gegebene Gas so gewählt werden, daß es gegen Oxydation und Verrußen innerhalb des einzelnen Temperaturintervalls den höchstmöglichen Schutz gewährleistet.

In der Vorvärmzono B nehmen die Werkstücke eine Temperatur von SuO bis 1000 C an. Diese Zone dient einer Vielzahl von Zwecken. ¥enn die zu sinternden Teile in der Form verwickelt sind und plötzliche Übergänge im Querschnitt aufweisen, mag es erwünscht sein, den Übergang von der Ausscheidungszone in die verhältnismäßig warme Sinterzone C wegen der Gefahr der Rißbildung und/oder noch weiterer Schädigung der Werkstücke aufgrund des Wärmeschocks nicht unmittelbar durchzuführen. Im übrigen kann es für-das Sinterr von Teilen mit oxydierbaren Bestandteilen notwendig sein, die Tel-

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BADORiSlNAL

le in eine Atmosphäre besonderer. Zusammensetzung innerhalb des Temperaturbereichs zwischen600und 700 G zu verbringen und im Intervall zwischen 800 und TOOO G eine abweichende Atmosphäre zu schaffen. Enthalten die Te/ile darüberhinaus Kohlenstoff, dann ist es ferner notwendig, die Teile innerhalb der verschiedenen Temperaturbereiche mit einem Sohutz'gas zu umspülen, das einen geeigneten Kohlenstoffaktor für die einzelnen Temperaturbereiche und die Zusammensetzung der Werkstücke aufweist. Das Schutzgas kann beispielsweise über die Graseini aß öffnung 1 2e eingeführt werden und entweder entlang der Seiten der Schutztür I3 oder durch darin befindliche Löcher in die Zone A fließen, so wie dies durch die Pfeile angedeutet ist. Die Schutztür 13 kann auch als Gassperre dienen. In diesem Fall wird das in die Zone B geführte G-as durch eine eigene AusiaßÖffnung aus dieser Zone wieder herausgeführt. :;".'■

An der dem Drehherdofen benachbarten Stelle der Zone B ist die Gasschleuse 8 vorgesehen. Durch diese Schleuse werden die: Teile mittels der tJberführungsvorrichtung 22 zur Herdplatte 1 des Ofens gefördert. . ■ ■ ,-

Im Drehherdofen C werden die Teile durch die Rotation der Herdplattre nach einer Stelle gegenüber der Gasschleuse 14 transportiert, die zwisclien dem Drehherdofen und der Zone D vorgesehen

Im Drehherdofen wird die Temperatur der Werkstücke auf die notwendige Sintertefiiperatur angehoben und für eine bestimmte Zeitdauer

BAD OFHQINAL **" ! ¹^ ^m^^{u ύ QhU} ° ^{3 6 5}"

auf dem erreichten Niveau gehalten, wobei diese Zeitdauer üblicherweise zwischen 15 Minuten und 2 Stunden liegt»

Sofern die Einleitung von Schutzgas in den Drehherdofen gewünscht wird, kann dies über die Gaseinlaßöffnung 7a erfolgen, und das Schutzgas kann dann über die Öffnung 7b wieder austreten. Die Zuführung und Ableitung des Gases in die Zone C bzw» aus dieser Zone könnte auch entlang des Umfanges des Drehherdofens oder in anderer geeigneter Weise erfolgen. Im Drehherdofen sind üblicherweise noch Trennwände oder Schirme im Bereich zwischen den Gasschleusen 8 und Ik vorhanden, so daß der direkte Gasfluß zwischen den Stellen des Werkstückeintritts und des Werkstückaustritts verhindert wird.

Wenn ohne besondere Schutzgaszuleitung zum Drehherdofen gearbeitet werden soll, indem den zu sinternden Teilen überlassen wird, ihre eigene Schutzatmosphäre zu entwickeln, wird gewöhnlich an der Gaseinlaßöffnung ein Hahn vorgesehen sein, der dann geschlossen wird, wobei selbstverständlich noch weitere, etwa vorhandene Gaseinlässe verschlossen werden. Dem sich entwickelnden Gas wird ermöglicht, über die Gasausiaßöffnung 7b abzuströmen. Die Ursache dafür, daß die zu sinternden Teile in gewissen Fällen ihre eigene Schutzatmosphäre entwickeln können, ist darin zu sehen, daß in den Preßlingen noch immer geringe Oxydreste vorhanden sind. Diese Oxydreste reagieren mit dem Graphit, der vor dem Pressen mit dem Metallpulver vermischt wurde, so daß aufgrund der hohen Temperatur in der Sinterzone Kohlenmonoxyd entsteht.

BAD

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Sobald dip Werkstücke gegenüber der Gag schleuse t-4 angekommen sind, werden sie durch ein bekanntes Fördermittel·, beispielsweise den Vorschubzylxnder 23 zur Temperaturlialtezöne Ö gefördert. In die Zone D "wird beispielsweise über die Gaseiniaßoffnung 19a Schutzgas geleitet, und dieses Gas fließt dann in die Kühl zone E entweder durchEecks zwischen den Wänden, dem Boden und der Decke der Temperaturhaltezone und der SehutztürTö oder durch eigens hierzu vorgesehene Öffnungen in der Schutztür 16, wie dies durch Pfeile angedeutet worden ist. Die Schlitz tür 16 kann auch durch eine Gasschleuse ersetzt werden, und das in die !Zone D geleitete Gas kann aus dieser Zone, gegebenenfalls durch die Gasauslaßöffnung 19b abgeleitet werden.

Das in die Temperaturhaltezone/D geleitete Gas soll in erster Linie den Kohlenstoffgehalt der äußeren Schicht der gesinterten Werkstücke wieder herstellen, soweit letztere beim Durchwandern der Sinterzöne C reduziert worden sind. Das Gas seilte daher so beschaffen sein, daß sein Köhleiistoffaktor sich im Gleichgewicht mit deinι gewünscht en Ii ohlenstoff gehalt in der Sinterware innerhalb des in der Temperaturhaltezone D herrschenden Temperattirbereichs befindet (im allgemeinen-liwischen 1000 und 800° C). .

Um zwischen der Sinterware und der umgebendenAtmosphäre innigen Kontakt zu schaffen, ist es ratsam, in der Zone D lüfter oder andere geeignete Einrichtungenzur Erzeugung einer erhöhten Turbulenz anzuordnen. ■

Um kohlenstoffreie Sinterteile zu härten, wird man sie einer Ober-

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flächenaufkohlung in einem Spezialofen unterziehen. Dies wird natürlich immer notwendig sein, wenn die Sinterteile bearbeitet werden sollen, beispielsweise gebohrt, gedreht oder gefräst»

Venn allerdings keine Nachbehandlung notwendig 1st,, oder wenn die einzige Bearbeitung im Schleifen besteht, kann am Ende der Zone D, und zwar vornehmlich in Querrichtung eine Vorrichtung vorgesehen werden, über welche die Werkstücke mittels einer Spezialführung in eine Kühlflüssigkeit geführt werden. Auf diese Weise läßt sich eine Abschreckhärtung sowohl von kohlenstoffreien als auch kohlenstoffhaltigen Sinterwerkstücken durchführen. Selbstverständlich kann das Härten von Teilen mit hohem Kohlenstoffgehalt auch unmittelbar¹ von der Zone D aus durchgeführt werden.

Wenn kein besonderer Kohlenstoffaktor in der Zone D innerhalb des Temperaturbereichs zwischen 1000 und SOO C gefordert wird, was beispielsweise der Fall beim Sintern von kohlenstoffreiem Eisen und Werkstoffen ist, die keinerlei Elemente mit hoher Affinität zu Sauerstoff aufweisen, dann kann die Temperaturhaltezone D überhaupt eingespart werden. In diesem Fall wird die Schutztür 16 offen gehalten, so daß die Temperaturhaltezone D dann als Verlängerung der Kühlzone E wirksam ist.

Von der Temperaturhaltezone D werden die Teile zur Kühlzone E hinter der Schutztür 16 gefördert. In die Zone E wird Schutzgas, beispielsweise durch die Einlaßöffnung 19c geleitet und beispielsweise aus der Zone E über die Auslaßöffnung 19d abgeführt. Im ersten Teil ist.die Kühlzone E mit einem Isoliergehäuse versehen,

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so daß hler kein übermäßiger tfärraeöiiergieverlust der Umgebungsluft eintritt und die Teile nicht zu schnell abkühlen, wodurch Verformungen bzw. Verziehungen hintangehalten werden. In der Nähe der-Auslaßschleuse 18 ist die Zone E von einem Kühlmittel umgeben, das sich beispielsweise im Gehäuse" 21 befindet. Dieses Kühlmittel kann von Wasser oder Luft gebildet werden, das von geeigneten Vorrichtungen durch einen mittels Doppe!wänden aus geeignetem Metall gebildeten Leitweg geführt wird. Während des AbkühlVorganges wird zu Anfang der größte Teil der Wärme von den Werkstücken zum Kühlmittel durch Strahlung übertragen. Nach Verringerung der Werkstücktemperatur wird der größte Teil der Wärme durch Konvektion und Wärmeleitung zum Kühlmittel übertragen.

In manchen Fällen ist es angebracht, einen oder mehrere Lüfter in der Kühlzone zu verwenden, um hier eine heftige Gasturbulenz zu erzeugen. Der Kühleffekt wird noch gesteigert, wenn innen und/ oder außen an der Kühlzone Kühlrippen oder gewellte Teile angebracht sind, so daß die Wärmeübertragungsflächen vergrößert werden. Insbesondere im Temperaturbereich von 7OO G bis zur Raumtemperatur führen Einrichtungen dieser Art zu einer beträchtlichen Verkürzung der Kühlzone.

Die Tür 18 kann als einfache Schiebetür oder auch als Gasschleuse ausgebildet sein.

Die Abschnitte A und B einerseits und D und E anderseits müssen sich selbstverständlich nicht unbedingt geradlinig fortsetzen. In manchen Fällen kann es vielmehr ratsam sein, die Zone A gegen-

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über der Zone B und die Zone D gegenüber der Zone E seitlich versetzt anzuordnen, so wie dies aus Fig. h ersichtlich ist. Bei solcher Ausbildung kann es dann allerdings, sofern die Förderung durch die einzelnen Zonen beispielsweise mittels Förderbändern erfolgt, schwierig sein, eine wirksame Dichtung an den Schutztüren 27 zu erreichen, welche die Zonen A und B begrenzen. Deshalb ist noch in einem Verbindungskanal 25 zwischen den Abschnitten A und B eine mehr oder weniger gasdichte Schutztür 2h vorgesehen. An deren Stelle könnte selbstverständlich auch eine Gasschleuse verwendet werden. Der Transport der Teile aus der Zone A nach der Zone B kann beispielsweise mittels des Vorschubzylinders 26 oder anderer geeigneter Mittel erfolgen.

Die beiden Abschnitte A und B müssen nicht parallel neben- und nacheinander angeordnet werden, vielmehr kann es auch günstig sein, die Förderrichtung durch den Abschnitt A in Fig. h um 180 umzukehren. Auch könnte die Zone B um 90 oder darüber bzw. darun ter gegenüber der Zone A verschwenlct angeordnet werden. Dies ist unabhängig davon, ob Förderbänder, Förderrollen, oder andere Fördermittel für den Transport der Werkstücke durch die einzelnen Zonen und Abschnitte verwendet werden. Es sei noch festgehalten, daß das, was bezüglich der Absclmxtte A und B gesagt worden ist, in gleichem Maße für die Abschnitte D und B gilt.

Der erfindungsgemäße Kombinationsofen ist mit Vorteil für die Wärmebehandlung von Teilen innerhalb weiter¹ Temperaturgrenzen geeignet. Durch die Aufteilung in einzelne gasdichte Zonen laßt sich der Ofen den vielfältig sich ändernden Anforderungen anpassen.

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BAD ORIGINAL

Die Anwendbarkeit dee Komtjinationspfens ist natürlich nicht auf daa Sintfcpn #ö l^eßförntlingen aus Pulvermetall beschränkt. Er kann ebensogutfür die Wärmebehandiung von änderen Werk stücken oder auch for andere Zweckebenutzt -werden, beispielsweiee zur Röduktion yon Metalloxydeh oder Metallpulvern, wobei häufig die Forderung besteht, unterschiedliche Gaszusammensetztingen innerhalb ifester Grenzen und innerhalb verschiedener Temperaturintervalle aufrechtzuerhalteiii Öle"Tatsache ι daß die Temperatur in der Sittterzone während der Reduktion der Metalloxyde in Hetall zeitveise auf einem Siyeati Unter 1OQO^ C gehalten werden kann» yerhindert BO in keiner Ifeise, daO~4er Kombinatiönsofen für Reduktlonszwecke benutzbari^t» SelbstverstSridlieh ist die Erfindurtg auch tticht auf beetimmte 'Eemperaturinteryalle in der Slnterzone G oder in irgondeiner anderen Zone beschräwkt. Sofern es beim ¥erwenden des erfindungsgemäßen Koiribinationsofens erwünscht ist* die Teile ausschließlich bei einer Maximaltemperatur yon beispielsweise 1Ööd° zu behandeln, dann bedarf es hierzu keinerlei Abänderung in der Bimeneiottieruttg der Bauteile oder Heizelemente der Zone C oder anderer Zonen* dasselbe trifft auch für den Fall zu, da der Ofen zur Reduktion -von Metalloxyden verwendet werden soll* Wegen der einfachen und robusten: Ausbildung; der Zone G wird der Ofen besonders dort vorteilhaft sein, wo Teile verhältnismäßig hoch erwärmt und transportiert werden sollen. ,

In manchen Fällen»^insbesondere wenn nicht beabsichtigt ist, die Temperatur in der Zone G über- 1200° C anzuheben ,kann es ratsam sein, die Zone G aus -Warmebestandigeii Metall aufzubauen und mit keramischer Isolierung zu umgeben*

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BADORI0INAL

Ein weiterer beträchtlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kombinationsofens ist darin zu sehen, daß er in keiner Weise hinsichtlich seiner Größe begrenzt ist. Beispielsweise sind betriebssichere und wirtschaftliche Drehherdofen mit einem Durchmesser zwischen 15 und 20 Metern bekannt geworden. Es besteht aber auch keinerlei Schwierigkeit, Drehherdofen mit einem Durchmesser bis herunter auf 2 und 3 Meter, ja sogar noch niedriger zu verwenden und sie in Verbindung mit gasdichten Vörwärm- und Abkühlkanalofenteilen zu benutzen.

Die Zuführung der Teile von der Zone B zur Zone C erfolgt innerhalb eines Kreisbogens von 90 » wie aus Fig. 1 hervorgeht. Insbesondere bei großen Ofeneinheiten kann.es allerdings ratsam sein, hiervon abzuweichen.

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Claims

Patentansprüche

1. Ofen, insbesondere zum Sintern und zur Wärmebehandlung von Metallwerkstücken sowie zur Wärmebehandlung und Reduktion von Metalloxyden oder Metallpulvern, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen ein mit Heizelementen ausgerüstetes gasdichtes Drehherdofenteil Ot 2,3»^·) und zwei gasdichte, im wesentlichen gestreckte Kanalofenteile (9,15) umfaßt, die an das Drehherdofenteil (1,2,3,k) über Gasschleusen (8,14) oder Schutztüren angeschlossen sind und als Zuführkanal (9.) bzw. als Ableitkanal (15) dienen, wobei wenigstens der Zuführkanal (9) Heizelemente und der Ableitkanal (15) eine Kühlvorrichtung besitzen.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (9) durch Schleusen oder Schutztüren (13) in zwei Abschnitte (9a, 9b) unterteilt ist, wobei jeder Abschnitt (9a*9t>) mit eigenen getrennten Heizelementen ausgerüstet ist.

3. Ofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ableitkanal (15) durch Schleusen oder Schutztüren (16) in zwei Abschnitte (15a,15b) unterteilt ist, wobei der dem Drehherdofenteil (1|2,3,4) benachbarte Abschnitt (i5a) mit eigenen unabhängigen Heizelementen ausgerüstet ist und der andere Abschnitt (i5b) die Kühlvorrichtung aufweist.

4« Ofen nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Drehherdofenteil (1,2,3,4) als auch jeder Abschnitt (9a,9b;15a,15b) der Kanalofenteile (9t15)

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zumindest eine Öffnung (i2a bis 12e;19a bis 19d) zur Zu- und/oder Ableitung von Gas besitzen.

5» Ofen nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (9a,9b;15a»15b) zumindest eines Kanalofenteiles (9;15) parallel oder winklig zueinander versetzt sind, wobei zwischen beiden Abschnitten eine gasdichte Schutztür vorgesehen ist.

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