DE1758162A1

DE1758162A1 - Verfahren zum Herstellen von mit einer korrosionsbestaendigen Plattierung versehenen Gegenstaenden aus unedlen Metallen

Info

Publication number: DE1758162A1
Application number: DE19681758162
Authority: DE
Inventors: Manilla Charles Ernest; Honaker Harold Hilton; Gothard David Olen
Original assignee: Henry Wiggin and Co Ltd
Current assignee: Huntington Alloys Corp
Priority date: 1967-04-14
Filing date: 1968-04-13
Publication date: 1972-02-24
Also published as: GB1198360A; SE346236B; NL6805263A; BE713681A; ES352708A1; NO135347C; CH500777A; FR1575706A; US3652235A; AT294442B; NO135347B; DE1758162B2

Description

Metallen"

Me Erfindung bezieht sich auf plattierte Gegenstände aus unedlen Metallen, die aus einem Tragkörper mit einem Überzug bestehen, der eine größere Korrosionsbeständigkeit besitzt als der Grundkörper.

Die besonderen Vorteile derartiger Gegenstände sind allgemein bekannt, obgleich es bislang kein zufriedenstellendes Verfahren zum Herstellen solcher Gegenstände gab, bei denen sowohl der Tragkörper als auch der Überzug hohe Schmelzpunkte von beispielsweise 1260° C oder mehr besitzen und außerdem schwer verformbar sind. Große Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere, wenn die Plattierung aus Chrom besteht oder Chrom enthält, vor allem, wenn es sich um eine Legierung auf Basis Chrom mit einem oder mehreren der Metalle Nickel, Elsen und Kobalt handelt, der Chromgehalt 15 bis 60$ beträgt und der Kobaltgehalt 65% nicht übersteigt. Chromlegierungen haften nicht nur äußerst

209809/0617

....!!..»April 1..9.68αη ...^Y.erf .ahx..^^ *..*...."Blatt Jt

sohlecht auf anderen Legierungen, sondern lassen sich auch außergewöhnlich schwer verformen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Plattieren von Metallen mit Chromlegierungen.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Herstellen von plattierten unedlen Metallen, deren Plattierung ^ aus den oben erwähnten oder anderen Metallen und Legierungen besteht, wobei sowohl die Plattierung als auch der Tragkörper einen Schmelzpunkt von mindestens 126O⁰C besitzen. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf plattierte Gegenstände aus knetbaren unedlen Metallen, beispielsweise Rohre, die aus einem Tragkörper mit einem Schmelzpunkt von mindestens 126O⁰C bestehen, der metallurgisch mit einer Plattierung aus einer binären Chrom-Nickel-Legierung mit 40 bis 60$ Chrom verbunden ist.

fc Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein

selbsttragender Körper mit gleichmäßiger Porosität aus einem Metallpulver mit der Zusammensetzung der Plattierung und ein Tragkörper zu einem Vorwerkstück miteinander verbunden und unter Schutzgas od.dgl. warmstranggepreßt, so daß die Legierungen des Preßlings durch Diffusion miteinander verbunden Bind·

Vorzugsweise wird ein Hohlkörper aus dem Plattierungswerkstoff verwendet, in den der Tragkörper als Kern eingesetzt wird. Außerdem wird der Hohlkörper bzw. das

209809/0517

1 !.„.April 1.9 63η !.· V.erf aiir.en zum ...Herst e Ilen ..von _Λ...... 'blatt >5l

Plattierrohr vorzugsweise vor dem Erwärmen des Vorwerkstückes auf Preßtemperatur gesintert.

Wie "bereits erwähnt, wird die Plattierung pulvermetallurgisch hergestellt. Es ist an sich "bekannt, plattierte Gegenstände unter Anwendung pulvermetallurgischer Verfahren herzustellen. Hierbei handelt es sich im allgemeinen um die Herstellung von Lagerteilen, "bei denen pulverfö'rmige Me- a talle wie Blei, Kupfer oder Aluminium gesintert und metallurgisch mit einem Trägermetall, wie "beispielsweise Stahl, verbunden und eine Kombination von Sinter- und Walzphasen zur Verdichtung angewendet werden. Derartige Metalle sind im allgemeinen leicht verformbar und bedürfen keiner hohen Verfahrenstemperaturen. Korrosionsbeständige Chrom-Nickel-Pulver erfordern jedoch höhere Verfahrenstemperaturen; außerdem muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß keine Oxydation stattfindet, die sich leicht beim Sintern und beim Erzeugen der gewünschten metallurgischen Bindung mit " dem metallischen Trägerwerkstoff einstellt. Dies ist ein Grund dafür, daß sich mit den bekannten Verfahren kaum Erfolge erzielen ließen. Ein anderer Grund hierfür besteht in der Neigung des Plattierungswerkstoffes zum Reißen. Werden Nickel- und Chrompulver zu einem selbsttragenden Formkörper durch Pressen eines Pulvergemisches in einer Preßform verarbeitet, ergeben sich große Schwierigkeiten im Hinblick auf eine gleichmäßige Dichte des Preßlings, so daß sich beim Fehlen einer gleichmäßigen Dichte während der

209809/0517

!"UApril l.9-6an...''..Yfixiahr.ßn.....2aua....Hara±.ellflXL....s;Qn * .*.'feiatt JC.

nachfolgenden Verformung Risse bilden. Derartige Risse bilden sich auch, wenn ein plattierter Gegenstand in der Weise hergestellt werden soll, daß Metallpulver um einen Kern herum geschüttet und der Kern mit der Pulverschicht anschließend zur Formgebung und zum Verdichten des Plattierungswerkstoffes zusammen mit dem Kern Btranggepreßt wird.

Im Rahmen der Erfindung wird eine gleichmäßige Porosität vorteilhafterweise durch isostatisches Pressen des Pulvers um einen festen Kern erreicht, der vorzugsweise aus einem polierten Metall wie Stahl besteht, obgleich andere starre Werkstoffe, beispielsweise Kunststoffe und Glas, ebenfalls als Kernwerkstoff infrage kommen können. Die Verwendung eines glatten Kerns beim isostatischen Pressen erlaubt die Herstellung eines Plattierrohres mit gleichmäßiger Porosität, das leicht vom Kern abgezogen werden kann. Der Preßdruck muß hoch genug sein, um ein selbsttragendes Plattierrohr mit ausreichender Festigkeit für dessen Handhabung, beispielsweise mit einer scheinbaren Dichte von mindestens 6Oj6 und einer Festigkeit von 7 bis 28 kg/mm , herzustellen.

FIg« 1 der Zeichnung zeigt eine Form zum Pressen eines Platt!errohres aus Pulver. Die Form besteht aus einem offenen zylindrischen Aufnehmer 1 aus Metall mit einer Gummiauskleidung 2. Ein glatter, mittig angeordneter Kern 3 mit polierter Oberfläche liegt Innerhalb der Gummiausklei-

209809/0517

.. .1.1 ...April 1968m . .'!I.erf.ahrsn....Ä.um....H.e.ratftllen you.....*....'blatt

dung 2 und besitzt einen Plansch 4» um dem Preßling "beim Pressen ebene Flächen und rechteckige Kantenwinkel zu verleihen. Das Metallpulver 5 wird in den ringförmigen Zwischenraum zwischen der Gummiauskleidung 2 und dem Kern 3 eingefüllt und ein ringförmiger Abstandhalter 6 zwischen dem Pulver und einer Dichtungsscheibe 7 aus Gummi angeordnet. Die in Figo 1 dargestellte Form wird einem hydrostatischen Preßdruck unterworfen, der über die Gummiauskleidung 2 auf das Pulver übertragen wird.

Beim isostatischen Pressen von einen glatten Kern umgebendem Pulver ergeben sich eine Reihe praktischer Probleme. Wird das Pulver ausschließlich unter dem Einfluß seiner Schwerkraft in die Form gefüllt oder isostatisch direkt um den Tragkörper gepreßt, lassen sich Schrumpfungsrisse beim Sintern kaum vermeiden.

Das Plattierrohr kann auch durch Einfüllen des Pulvers in eine doppelwandige flexible Form um einen Kern durch hydrostatisches Pressen der Form von beiden Seiten nach Entfernen des Kerns hergestellt werden. Dieses Verfahren ist jedoch noch komplizierter und ergibt für gewöhnlich keine zufriedenstellende Innenoberfläche des Plattierrohres. Schließlich kann das Plattierrohr auch zwischen der Innenoberfläche einer Form und einer Gummihülse gepreßt werden, die einen aentriechen Kern umgibt, doch ergeben sich auch bei diesem Verfahren eine Reihe vermeidbarer Schwierigkeiten.

209809/0517

!!.•.April i..9..6.Qin..."Y.eri.atox.e.]a, &viflL...Kftr.a.tjalli3n.....YiD2i ·.*.*.%!(« 4L

Nach dem Pressen wird das Plattierrohr vom Kern abgezogen. Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, daß das beim isostatischen Pressen von chromhaltigen Metallpulvergemischen um einen polierten Metallkern entstehende Plattierrohr bei der Druckwegnahme vom Kern zurückfedert, so daß es sich leicht vom Kern abziehen läßt, auch wenn der Kern wie im Falle eines Zylinders parallele Seiten besitzt. fc Enthält die Pulvermischung weniger als etwa 15# Chrom, wird vorteilhafterweise ein leichter Zug auf den Kern ausgeübt, da derartige PulVermischungen nicht in dem Maße vom Kern zurückfedern, wie Pulvermischungen mit mehr als 15# Chrom.

Besteht die Plattierung aus einer Pulvermischung» die eine Legierung ergeben soll, ist es sehr wichtig, daß die Einzelpulver ineinander diffundieren, um im strangge* preßten Endprodukt als Legierung vorzuliegen« Ist die Pul«* Vermischung so zusammengesetzt, daß eine derartige Diffusion ^ beim Erwärmen des Vorwerkstückes auf die Strangpreßtemperatur stattfindet, braucht die Plattierung nicht in einem be* sonderen Verfahreneechritt gesintert zu werden; im allgemeinen ist es jedoch besser, die Plattierung erst zu «intern, um eine wesentliche Diffusion schon vor dem Aufwärmen auf die Strangpreßtemperatur zu. erreichen·

Der Sragkörftr kann entweder vor oder nach dem Sintern in das Pl»ttieyrohr eingesetzt werden, Die meisten gyünen Pulverpreßlinft schrumpfen beim Sintern, so daß f$e Abmessungen des Tragkörpers und des Plattierrohree so ge-

wählt werden sollen, daß ein Schrumpfen des Plattierrohres beim Sintern ohne Rißbildung möglich ist. Vorteilhafterweise wird der Tragkörper vor dem Sintern in das Plattierrohr eingesetzt, da er dann "beim Sintern als Stützkörper fungieren kann. Das Sintern erfolgt in einer nichtoxydierenden Atmosphäre. In gewissem Maße findet "bereits beim Sintern eine Verbindung der Plattierung mit dem Tragkörper statt, was von Vorteil ist. Pur das Strangpressen ist es jedoch ™ ohne wesentliche Bedeutung, daß bereits beim Sintern eine Bindung zwischen der Plattierung und dem Tragkörper stattfindet.

Handelt es sich bei der Plattierung um eine Legierung, dann müssen die zu verpressenden und zu sinternden Pulver natürlich in der Legierungszusammensetzung entsprechenden Anteilen vorliegen. Zu den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Plattierungen gehören Chrom und Legierungen auf Basis Chrom mit einem oder mehreren der \ Metalle Nickel, Eisen und Kobalt, wobei der Chromgehalt bis 605ε und der Kobaltgehalt höchstens 6596 betragen. Geeignet sind beispielsweise Legierungen mit 15 bis 17$ Chrom und 6 bis 10$ Eisen, Rest im wesentlichen Nickel, mit 19 bis 23% Chrom und 30 bis 35$ Nickel, Rest im wesentlichen Eisen und die verschiedenen binären Nickel-Chrom-Legierungen, beispielsweise mit 80% Niokel und 20% Chrom. Dieee Legierungen enthalten normalerweise geringe Gehalte anderer Elemente wie Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Titan und AIu-

209809/0517

*ApxtI 19.6&n ....?.¥er£ahr.fin...Äum...Her.a.tfillen....ir0n •♦•Ιΐα« JSL

minium als Verunreinigungen oder Desoxydationsreste. Größere Gehalte anderer Elemente bis insgesamt 25Jt können in den vorerwähnten Legierungen vorliegen· So kann die Chromlegierung beispielsweise bis 5j6 Mangan, bis 15* Niob, bis 2θ£ Molybdän, bis 15* Wolfram, bis 1* Kohlenstoff, bis yf> Silizium, bis 0,5* Magnesium, bis je 5# Aluminium und Titan sowie bis 2£ Zirkonium enthalten.

Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung, wenn es gilt, einen Tragkörper mit einer aus 40 bis 60£ Chrom, Rest im wesentlichen Nickel bestehenden legierung, beispielsweise mit einer 50£ Chrom und 50£ Nickel enthaltenden Legierung zu plattieren, da derartige Legierungen sich außergewöhnlich schwer verformen lassen, jedoch eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit besitzen.

Als Pulver können zum Plattieren übliche Metallpulver, beispielsweise Karbonylnickel- und Karbonyl-Eisenpulver oder mit Wasserstoff reduzierter Walzzunder oder wasserstoff reduziertes Nickel-Kobalt- oder Kupferpulver verwendet werden. Ebenfalls geeignet ist elektrolytisches Chrompulver, doch kann auoh Ferrochrompulver im Interesse eines wirtschaftlichen Verfahrens benutzt werden, wenngleich es einen unerwünscht hohen Anteil an Fremdstoffen wie Oxyde enthalten kann. Legierte und mit einem Metallüberzug versehene Pulver, beispielsweise mit Nickel überzogene Chrompulver, lassen sich für das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls mit Vorteil verwenden. Vorzugsweise werden Silizium-,

209809/0517

..ll«Ap£il 19JBAn JiYflEfcaJi^^ -ΑΤΟ 1758162 Ί

Magnesium-, Aluminium- und Titanpulver mit einem Metall wie Nickel überzogen, um die Gefahr einer Oxydation und Verbindung mit anderen Pulverbestandteilen zu verringern.

Das Ausgangspulver sollte gründlich durchmischt und vor einer Entmischung bewahrt werden. Die Korngröße übersteigt vorzugsweise eine Masohenweite von 100, bezogen auf die größte Achse, nicht, wobei Korngrößen von 1 bis 40 Mikron besonders vorteilhaft sind, weil bei diesen Korngrößen die erforderliche Diffusion und Legierung beim Sintern und Strangpressen erleichtert wird. Vorteilhafterweise sollten mindestens 4056 des Ausgangepulvere leicht verpreßbar und von unregelmäßiger Form sein sowie eine Korngröße von höchstens 10 Mikron besitzen, wie beispielsweise Karbonylnickelpulver. Das Vorhandensein eines solchen Pulvers in der angegebenen Menge trägt dazu bei, eine Entmischung zu vermeiden und erhöht die Grünfestigkeit des durch isostatisches Pressen erzeugten Plattierkörpers. Besitzen mehr als 409ε des Pulvers eine sphärolithische Gestalt, ergibt sich eine unerwünschte Entmischung und ist die Grünfeetigkeit der isostatisch gepreßten Plattierung nicht ausreichend. Maßnahmen, die Grünfestigkeit derartiger Pulvermischlingen durch die Anwendung von Preßdrücken über 35 kg/mm , beispielsweise 70 kg/mm oder durch Anwendung höherer Temperaturen zu erhöhen, komplizieren nur das Verfahren und erfordern teurere Pressen; sie führen dennoch nicht immer zu guten Ergebnissen, jedoch in jedem Falle zu erhöhten Kosten.

209809/0617

1 l«Apxil 19&8m ^HVftyf^)ip«T> anm Herstellen von ·.,¹Wo** 4<Γ

Als Tragkörper eignen sich praktisch jedes unedle Metall oder Legierungen aus unedlen Metallen mit hohem Schmelzpunkt über 126O⁰C₁ sofern sich mit der betreffenden Plattierung beim Strangpressen eine Bindung durch Diffusion ergibt und das plattierte Werkstück die gewünschten Eigenschaften besitzt. Aus wirtschaftlichen Gründen sollte der Tragkörper aus Kohlenstoffstahl oder einem niedriglegierten Stahl bestehen.

Viele Verbundwerkstücke müssen jedoch Eigenschaften besitzen, die denen der Kohlenstoff- oder niedriglegierten Stähle weit überlegen sind, so dafl häufig andere Legierungen für den Tragkörper verwendet werden müssen.

Die Erfindung eignet sich besonders zum Herstellen von stranggepreßten Rohren unter Verwendung eines gelochten Rohblocks· Beispiele für plattierte Rohre, bei denen das Außen- und das Innenrohr unterschiedlichen Anforderungen genügen müssen, sind Überhitzerrohre, wie sie in Kesseln Verwendung finden, die mit Kohle oder öl befeuert werden. Derartige Rohre sind außen einer starken Korrosion durch die Verbrennungsgase unterworfen, so daß die Flattierung außen vorteilhafterweise aus einer 50/50-Niekel-Chrom-Legierung od.dgl· besteht, die eine außergewöhnlich gute Korrosionsbeständigkeit in heißer, Vanadin- und Schwefelverbindungen enthaltender Atmosphäre besitzt. Die Rohre müssen außerdem eine gute Konstruktionsstabilität bei langzeitiger

209809/0517

. 1..1..·ΑρΓΐ1__19&8ιη "YftrTahinm im» Hftrff"W^ ftr» ^vnrl *..*..«..·%ΐαη ±11

Temperaturbeaufschlagung zwischen 430 und 815⁰C im Kontakt mit dem durchströmenden überhitzten Dampf besitzen, so daß das Tragrohr vorteilhafterweise aus rostfreiem Stahl oder einer anderen Legierung mit 5 bis 3OjC Chrom und 0 bis 35^ Nickel, Rest im wesentlichen Eisen, oder einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung mil; 14 bis 17# Chrom und 6 bis 10# Eisen, Rest im wesentlichen Nickel besteht.

Einige chromhaltige Legierungen können, wenn sie a schwierig zu verformen sind und als Plattierungen vorteilhafterweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren pulvermetallurgisch hergestellt werden, in gekneteter Form als Grundkörper mit einer Plattierung mit größerer Korrosionsbeständigkeit verwendet werden. Beispiele hierfür sind Legierungen mit 19 bis 235* Chrom und 30 bis 35?6 Nickel, Rest im wesentlichen Elsen, die als Plattierung beispielsweise auf einem Tragkörper aus weichem Stahl verwendet werden können, wenn ihre Korrosionsbeständigkeit ausreichend für die vorgesehene Verwendung ist; sie können jedoch auch als Trag- " körper eines Überhitzerrohres verwendet werden, das mit einer 50/50-Nickel-Chrom-Legierung plattiert let.

Als Tragkörper kommt vorzugsweise ein Walzprodukt, beispielsweise ein warmgewalztes Profil zur Verwendung, doch kann der Tragkörper auch pulvermetallurgisch hergestellt werden. Das kann wünschenswert sein, wenn er sich nur schwer verformen läßt oder das Strangpreßprodukt rechte Winkel auf-

209809/0517

J. !..«April 19.6$n ....".1.9Xt.^.m....&mL..M.Qmte]Ll(<in....y.Qix *.....«. *%iott AZ....

weisen soll· In diesem Falle können Flattierung und Tragkörper rechtwinklig sein und zu einem rechtwinkligen Vorwerkstück miteinander rerbunden werden, daß mit Hilfe eines rechtwinkligen Aufnehmers in der Fresse stranggepreßt wird.

Ehe der Kern in das Flattierrohr eingesetzt wird, sollte er sandgestrahlt, spanabhebend bearbeitet oder gebeizt werden, um Oberflächenoxyde oder andere Fehler zu beseitigen; ein Polieren der Oberfläche ist jedoch nicht erforderlich. Soll ein Hohlkörper hergestellt werden, muß der Kern selbstverständlich eine Lochung aufweisen.

Es ist wesentlich, daß der Verbundkörper unter nichtoxydierenden Bedingungen gepreßt wird. Dies kann durch Strangpressen im Vakuum oder unter Schutzgaeatmosphäre erfolgen; vorzugsweise geschieht das Strangpressen jedoch unter Anordnung einer Schutzschicht zwischen der Flattierung und der Matrize. Diese Schutzschicht kann aus einer Blechhülle, beispielsweise aus Nickel oder Stahl, bestehen, die in situ so zusammengeschweißt wird, daß sie mindestens die gesamte Oberfläche der Flattierung bedeckt. Pie Schutzschicht kann auch durch Eintauchen in eine Metallschmelze, beispielsweise aus Nickel, oder durch Sintern eines in Form einer Aufschlämmung aufgetragenen Fulverüberzugee aufgebracht werden. So kann beispielsweise eine Aufschlämmung aus feinem Nickelpulver, einer flüchtigen organischen Flüssigkeit, wie beispielsweise Methylmethacrylat, und einem Akrylharz als Bindemittel aufgesprüht oder mit einer Bürste auf die ge-

209809/0517

.....l.l._ft.A.p.r.il 19.6..8an..!!I.ex£.aliK.en.„..Ä!m...EexaJs.ell.e.a....zo.ii .«......«..!' Blatt .....IeZC.

sinterte Plattierung aufgetragen, dann getrocknet und unter Schutzgas, beispielsweise Wasserstoff, bei einer Temperatur von beispielsweise 1200⁰C gesintert werden, die für ein Sintern des Nickelüberzugs auf im wesentlichen volle Dichte ausreichend ist. Zusammen mit dem Nickelpulver oder an dessen Stelle kann auch feinkörniges Eisenpulver als Bestandteil der Aufschlämmung verwendet werden.

Gleichviel ob eine Blechhülle oder ein dichter ™ Überzug als Schutzschicht verwendet werden, wird die gesinterte Plattierung, die natürlich keine volle Dichte besitzt, gegen Oxydation beim Aufwärmen vor dem Strangpressen geschützt. Außerdem dient die Schutzschicht als Schmiermittel beim freien Fließen unter dem Einfluß der Hitze und des Preßdrucks. Besteht die Schutzschicht aus Eisen, dann erfolgt das Erwärmen vor dem Strangpressen vorzugsweise unter nichtoxydierenden Bedingungen, beispielsweise in einem Salzbad. Die Schutzschicht sollte sich auch über die Stirnsei- λ ten des Vorwerkstückes erstrecken, braucht jedoch beim Strangpressen von Hohlkörpern nicht die Lochung zu bedecken.

Die Schutzschicht dient auch als Schmiermittel, doch kann außerdem ein besonderes, viskosschmelzendes Schmiermittel, wie beispielsweise Mineralwolle, Basalt oder Glas, beim Strangpressen verwendet werden.

Die Strangprefltemperatur liegt normalerweise bei mindestens 1200⁰C. Binäre Niokel-Chrom-Legierungen mit 15#

209809/0517

19.6.&η ....".Υ.β.Γ|·.8Λχ.βη zum.....He.r.at«llen.....y.Qii ........¹^IaH Ml.

oder mehr Chrom besitzen einen Mindestschmelzpunkt entsprechend ihrem Eutektikum von etwa 1345⁰C. Bei derartigen Le gierungen sollte die Strangpreßtemperatur mindestens vorzugsweise 90 bis 97$ des absoluten Schmelzpunktes der niedrigstschmelzenden Phase betragen.

Im allgemeinen ist es wünschenswert, den Tragkörper und die Plattierung aus Werkstoffen mit ähnlichen Schmelzpunkten herzustellen, da sie dann in der Regel mit ähnlichen Preßgeschwindigkeiten verarbeitet werden können, so daß sich eine gleichmäßigere Dicke der Plattierung auf dem Strangpreßprodukt ergibt« Beim Strangpressen in einer üblichen Strangpresse wird die metallurgische Bindung zwischen der Plattierung und dem Träger vervollständigt und gleichzeitig die Plattierung auf im wesentlichen 100$ ihrer Dichte verdichtet. Vorteilhafterweise liegt das Strangpreßverhältnis zwischen 10:1 und 25:1. Es scheint, daß die Bindung zwischen dem Tragkörper und der Plattierung in einem wesentlichen Ausmaß bereits beim Stauchen des Vorwerkstücks im Aufnehmer der Strangpresse erfolgt, ehe das Metall durch die Matrize gepreßt wird. Eine derartige Bindung verhindert das Abstreifen der Plattierung vom Tragkörper beim Strangpressen. Das Strangpressen erfolgt bei einer die Rekristallisationstemperatur jeder Legierung wesentlich übersteigenden Temperatur, woraus sich eine weitere Erleichterung der Bindung beim Strangpressen ergibt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh-209809/0517

11 »April 1.9.6.8m ."Yexfabren Äim...H.ex.s:fc.e.ll.en...Y.an *..·....'teiatt .45"..

rungsbeispielen des näheren erläutert:

Beispiel I

Eine Pulverndschung aus 50$ Karbonylnickelpulver mit einer Teilchengröße von etwa 5 Mikron und 50$ Elektrolytchrompulver mit einer Teilchengröße von unter 50 Mikron wurde gründlich durchmischt. Die Pulvermischung wurde dann bei einem Preßdruck von 21 kg/mm um einen glatten Metall- Λ kern in einer Preßform entsprechend Fig«, 1 isostatisch gepreßt. Beim Auseinandernehmen der Form wurde festgestellt, daß das grüne Nlckel-Chrom-Plattierrohr ausreichend zurückfederte und demzufolge ein leichtes Lösen vom Kern ermöglichte. Das Plattierrohr besaß einen Außendurchmesser von 21,6 cm, eine Wandstärke von 1,6 cm und eine Länge von 76 cm sowie eine für ihre Handhabung ausreichende Standbzw, Grünfestigkeit. Ein warmgewalzter Tragkörper aue einer Legierung mit 32?ί Nickel und 20,59^ Chrom, Rest im wesentlichen Eisen wurde in das grüne Plattierrohr hineingeschoben. ™ Der Tragkörper besaß einen Außendurchmesser von 18,2 cm, eine Länge von 73,7 cm und eine lichte Weite von 5,7 cm; seine Außenfläche war geschruppt. Das Vorwerkstück wurde dann 12 Stunden bei etwa 1260°C in Wasserstoffatmosphäre geglüht, um die Plattierung zu sintern. Beim Sintern ergab sich eine Diffusion zwischen den Nickel- und Chromteilchen der Plattierung, außerdem schrumpfte die Plattierung und trat bereits eine Bindung zwischen ihr und dem Tragkörper

20S809/0517

....1..1...ApXlI 19.6.an....!!.y.firfaJar.fin....A.um...iier.a.t.ell.en.....Y.Q.ri «,....«.."Blatt ....JtK...

•to

auf. Die Dichte der gesinterten Plattierung lag bei etwa 80$. Das Vorwerkstück wurde dann in Wasserstoff abgekühlt, in eine geschweißte Hülse aus 0,5 mm dickem Nickelblech eingeschlossen, 4 Stunden bei etwa 1260⁰C geglüht und dann unter Verwendung von Glas als Schmiermittel zu einem Rohr mit einem Außendurchmesser von 7 cm, einer Wandstärke von 1,1 cm und Lner Länge von 10,7 m stranggepreßte Die Nickel-Chrom-Plattierung nahm etwa 25% der Wanddicke ein. Bei der Untersuchung des stranggepreßten Rohrs konnten weder Risse noch Riefen an der Plattierung festgestellt werden; außerdem war die Dicke der Plattierung über die gesamte Rohrlänge völlig gleich. Die metallurgische Untersuchung zeigte, daß die Plattierung im wesentlichen vollständig verdichtet und metallurgisch mit dem Tragkörper verbunden war sowie ein feinkörniges Gefüge besaß, daß sich aus der mit tausendfacher Vergrößerung aufgenommenen Gefügeaufnahme der Flg. 2 ergibt.

Einige im Gefüge festgestellte OxydeinSchlüsse stammten offenbar von Oxyden des Ausgangspulvers. Um das zu vermeiden, können geringe Zusätze von Kohlenstoff und Porenbildnern wie Ammoniumchlorid in das Ausgangspulver gegeben werden, so daß etwa vorhandenes Chromoxyd beim Sintern in Wasserstoff reduziert wird.

Beispiel II

Das Verfahren des Beispiels I wurde unter Verwendung eines durch isostatlsches Pressen einer Pulvermisohung

209809/0517

zuinJttar.aifillfiiL...YOÄ *..e.._e.."

um einen Kern hergestellten Plattierrohres durchgeführt. Die Pul Vermischung bestand aus i 896 Elektrolytchrompulver, 8$ Karbonylnickelpulver, Rest aus Walzzunder hergestelltes Eisenpulver. Das Plattierrohr federte nach dem Pressen vom Kern zurück; es wurde dann über ein warmgewalztes Tragrohr aus weichem Stahl geschoben. Das auf diese Weise hergestellte Vorwerkstück wurde zu einem Rohr stranggepreßt, dessen Plattierung aus rostfreiem Stahl 25# der Wandstärke einnahm»

Die Strangpreßlinge können in üblicher Weise warm- oder kaltverformt werden, beispielsweise durch Warm- oder Kaltziehen, Strecken od.dgl., um sie auf die gewünschte Abmessung zu bringen. Vor dem Kaltverformen sollten die Rohre vorzugsweise in Wasserstoffatmosphäre geglüht werden, obgleich sie auch ohne vorheriges Glühen kaltverformt werden können. So wurde ein Stück des nach Beispiel I hergestellten Rohres 1 1/2 Stunden bei 1230⁰C geglüht und dann ohne Schwierigkeiten kaltgezogen. Die geglühte Plattierung besaß eine Härte von etwa 92 Rockwell "B", während eine Gußlegierung mit derselben Zusammensetzung nach dem Strangpressen und einem ähnlichen Glühen eine Härte von 23 Rockwell ¹¹O" besaß. Die starke Verformung bei der punktförmigen Belastung des Rohres führte zu keiner Beeinträchtigung der Bindung zwischen Plattierung und Tragrohr. Darüber hinaus wurde Überraschenderweise festgestellt, daß das Rohr gebogen und kaltverformt werden konnte. So wurde ein Rohrabschnitt eine Stunde bei 1200⁰C geglüht, dann zweiaal mit einer Ab-

209309/0517

.11.April 1.9.6.än..lY.erf..a^

nähme von je 9% kaltgezogen und schließlich mit nur einer geringen Kantenrissigkeit bis zu einer Dickenabnahme von 48# kaltgewalzt. Nach einstündigem Glühen bei 1205⁰C in Wasserstoff und anschließendem Abkühlen in Wasserstoff konnte der Rohrabschnitt um einen 25»4 mm dicken Dorn ohne Bruch gebogen werden. Im Gegensatz dazu kann eine nach üblichen , Verfahren hergestellte Legierung mit 50£ Nickel und 50ji ^ Chrom nur schwer kaltverformt werden und ist daher als KaItwalzprodukt nicht bekannt.

Die Erfindung ermöglicht nicht nur die Herstellung von Verbundwerkstücken mit einer Plattierung aus Legierungen, die sich nur schwer warmverformen lassen, sondern verringert auch die Herstellungskosten. Bei der Erzeugung von plattierten Rohren ist es normalerweise erforderlich, das Plattierrohr durch ein übliches Strangpressen oder Lochen herzustellen. Bei den herkömmlichen Verfahren sum Herstellen stranggepreßter Rohre aus einem Rohblock ergeben sich beträchtliche Metallverluste schon bein Rohblock und außerdem bei jedem Verfahrensschritt bis sum fertigen Rohr. Außerdem ist es häufig erforderlich, die Innenfläche des Plattierrohrs zu bearbeiten, um eine saubere metallurgische Bindung mit dem Tragrohr zu gewährleisten, was beträchtliche Kosten verursacht. Die Erfindung ergibt dagegen ein sehr hohes Ausbringen des Plattierungswerkstoffes auf dem fertigen Rohr im Vergleich sum Anfangsgewicht des die Plattierung bildenden Pulvers. Hierbei handelt es sich um einen wesent-

209809/0517

11.oAp.rIl 19.6.än...^!l.Y.srf.ahr.sE....isui]i...Jie.r.s.t.ellen....Y.Q.Ji ..*.·.."Blatt .JkSC-

lichen wirtschaftlichen Vorteil.

Obgleich die Erfindung besonders zum Herstellen von plattierten Rohren geeignet ist, können nach ihr auch plattiertes Walzgut einschließlich Blech und Band hergestellt werden. Beim Herstellen von Flachwalzprodukten ist es vorteilhaft, zunächst ein Vorwerkstück in der oben beschriebenen Weise herzustellen und dieses dann in rechtwinkliger Form strangzupressen. Der Strangpreßling kann \ dann auf Länge geschnitten und zu Blech oder Band verformt werden. Flachwalzprodukte können auch durch Strangpressen eines Vorwerkstückes hergestellt werden, bei dem das Plattierrohr längsunterteilt ist, um eine Hälfte der Oberfläche eines zylindrischen Kerns zu bedecken, während die übrige Oberfläche von einem längsunterteilten Plattierrohr entsprechend abgestimmter Abmessung aus einer Legierung mit dersel- ben oder einer anderen Zusammensetzung wie der Tragkörper besteht. In diesem Falle muß das VerbundVorwerkstuck bo in j die Strangpresse eingebracht werden, daß die Plattierung auf der einen Oberfläche des rechtwinkligen Strangpreßlings liegt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte plattierte Strangpreßprodukte können überall dort eingesetzt werden, wo Gegenstände mit korrosionsbeständiger Oberfläche auf metallischen iDragköjppern mit hoher Konstruktionsfestigkeit erforderlich sind. Außer als Überhitzerrohre sind plattierte Rohre mit einer Chrom-Nickel-Oberflache und einem

209809/0517

...!!•April .!9.6.Qm ....!.!.Y.exi:ahr.en.....z!.um....H.exs..t.e.ll.exL.....y.Qn *..«.*.'%iatt ...JHQ.

Tragkörper aus Stahl auch für den Transport von Wasser in Kraftwerken geeignet. Plattierte Werkstoffe können auch in chemischen Fabriken im Falle eines Kontakts mit korrodierenden Medien verwendet werden. So können Glühspulen, Verdampfer, Autoklaven oder andere Reaktoren ganz oder teilweise aus dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundwerkstoff bestehen.

fe Obgleich sich die Erfindung vor allem auf plattierte Gegenstände bezieht, deren Flattierung Chrom enthält, läßt sie sich auch bei solchen Produkten anwenden, deren Plattierung aus einem anderen warmverformbaren Metall oder entsprechenden Metallegierungen besteht. Zu diesen Metallen und Legierungen gehören Nickel, Nickel-Kupfer-Legierungen mit 10 bis 45$ Kupfer, Nickel-Molybdän-Legierungen mit bis 40$ Molybdän und Nickel-Aluminium-Legierungen mit bis 10# Aluminium. Auch wenn die Plattierung aus einem leicht verformbaren Werkstoff besteht, läßt sich das erfindungsgemäße

" Verfahren wegen seiner beachtlichen wirtschaftlichen Vorteile hinsichtlich des Werkstoffverbrauches und der Verfahrensbedingungen anwenden.

So wurde beispielsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein nickelplattiertes Stahlrohr in der Welse hergestellt, daß Karbonylnickelpulver mit einer Korngröße von höchstens 5 Mikron isostatisch zu einem Plattlerrohr mit einem Außendurchmesser von 22,9 cm und einer Wandstärke von 19 mm verpreßt wurde. Der zylindrische Preßling besaß eine

209809/0517

«,...:*."Biatt Ml

Dickenabweichung über die gesamte Länge von 2,5 mm; er wurde vom Kern abgezogen und auf ein geschrupptes, warmgewalztes Rohr aus weichem Stahl mit einem Innendurchmesser von 57 mm aufgeschoben, 10 Stunden lang bei 1200⁰C in schwefelfreier reduzierender Atmosphäre geglüht und dann direkt zu einem nickelplattierten Rohr stranggepreßt, das einen Außendurchmesser von 73 mm, eine Wandstärke von 11 mm besaß und dessen Nickelplattierung 25$ der Wandstärke einnahm.

209809/0517

Claims

..1.1..«.April 19ββη "Verfahren zum Herstellen „von »..*.*Tmoh ...J&t*

Henry Wiggin & Company Limited, Thames House» Millbank,

London, S. W. 1, England

Patentansprüche ι

1· Verfahren zum Herstellen von mit einer korroaionsbeständi- ^ gen Flattierung vereehenen Gegenständen aus unedlen Metallen, deren Tragkörper und Flattierung einen Schmelapunkt von mindestens 126O⁰C besitzen, dadurch gekennzeichnet , dafl ein grüner« aus einem der Plattierung entsprechenden Pulver hergestellter Preßling mit gleichmäßiger Porosität und ein Tragkörper zu einem Vorwerkstück verbunden werden, das Vorwerkstück unter schützenden Bedingungen warmstranggepreflt wird und dabei der Tragkörper und die Flattierung durch Diffusion miteinander verbunden werden«

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-« zeichnet, dad der Fulverpreflling vor dem Erwärmen des Vorwerkstüokes auf Preflteaperatur geeintert wird.

3· Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g ekenneeiohnetj dafl in ein Flattierrohr ein Tragkörper ale Kern eingepaßt wird«

4« Verfahren nach Anspruoh 3« dadurch g e k e η η -

209809/0S17

zeichnet, daß das Plattierrohr durch isostatisches Pressen eines Pulvers um einen starren glatten Kern hergestellt wird.

5ο Verfahren nach Anspruch 4_f gekennzeichnet durch die Verwendung eines zu mindestens 40% aus einem leichtverdichtbaren Pulver mit unregelmäßiger Kornform und einer Teilchengröße von höchstens 10 Mikron bestehenden Pulvers. %

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Plattierung nach der Verbindung mit dem Tragkörper gesintert wird.

7ο Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Chromlegierung mit einem oder mehreren der Metalle Nickel, Eisen und Kobalt, deren Chromgehalt 15 bis 60% beträgt und deren Kobaltgehalt 65% nicht übersteigt, als Plattierung.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Verwendung einer aus 40 bis 60$ Chrom, Rest im wesentlichen Nickel bestehenden Pulvermischung.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Kohlenstoffstahl bestehender Tragkörper mit einer Plattierung aus 5 bis 30% Chrom und 0 bis 35% Nickel, Rest im wesentlichen Eisen oder einer

209809/0517

aura Herstellen von ..

Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, bestehend aus 14 bis 17% Chrom und 6 bis IO96 Eisen, Rest im wesentlichen Nickel, zu einem Vorwerkstück verbunden werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet» daß sich beim Strangpressen eine Schutzschicht zwischen der Plattierung und der Matrize befindet.

ο Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung einer aus Metallblech bestehenden Schutzschicht.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Plattierung eine binäre Chrom-Nickel-Legierung mit 153* oder mehr Chrom verwendet wird und die Strangpreßtemperatur mindestens 85% des absoluten Schmelzpunktee der niedrigstschmelzenden Phase beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strangpreßtemperatur 90 bis 97% des absoluten Schmelzpunktes der niedrigstsohmelzenden Phase beträgt.

14. Vorwerkstück zur Verwendung bei dem Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Tragkörper mit einem Schmelzpunkt von mindestens 126O⁰C und

209809/0517

11.« April ISLöÄn .....'.!.V..er.faixrßXLjzijm... IIar.a.tellen....:v:an «..«..».'blatt 2*L

einem komplementären selbsttragenden, aus Pulver hergestellten Plattierkörper mit gleichmäßiger Porosität, der nach dem Strangpreßplattieren eine größere Korrosionsbeständigkeit besitzt als der Tragkörper.

15. Vorwerkstück naoh Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der selbsttragende Plattierkörper gesintert ist»

16. Vorwerkstück nach den Ansprüchen 14 oder 15» dadurch gekennzeichnet, daß der selbsttragende Plattierkörper aus einer den Tragkörper dicht umgebenden Ummantelung besteht.

17· Vorwerkstück nach den Ansprüchen 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Pulverzusammensetzung der Plattierung einer Chromlegierung mit einem oder mehreren der Metalle Nickel, Eisen und Kobalt entspricht, deren Chromgehalt 15 bis 60£ beträgt und deren Kobaltgehalt *

65$> nicht übersteigt.

18. Vorwerkstück nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß 40 bis 60ji des aus Pulver hergestellten Plattierkörpers aus Chrom und der Rest im wesentlichen aus Nickel bestehen.

19* Vorwerkstück naoh Anspruch 17« gekennzeichnet durch einen Tragkörper aus Kohlenstoffstahl und einen

209809/0517

1t.Apxil _19ü&n "Yeriahrim. äubi Eeralelifl^ YQJi *^^

1758182

Plattierkörper aus 5 bis 300 Chrom und 0 bis 350 Nickel, Rest Ib wesentlichen Eisen oder aus einer Nickel-Chro·- Eieen-Legierung mit 14 bi· 17* Chrom und 6 bis 100 Eisen, Rest im wesentlichen Nickel.

20· Verbundkörper au· Terfonatem unedlem Metall, g e k β η η -seiohnet durch einen Tragkörper mit einem Sohmelspunkt von mindeetene 1260⁰C₁ der metallurgisch mit einer Plattiertini aiii einer binären Chrom-Nickel-Legierung mit 40 bie 600 Chrom rerbunden ist.

21· Verbundkörper naeh Anspruch 20, gekenneeiohn β t d a r β h einen Tragkörper aus Kohlenetoffetahl und «in· Plattierung au· einer Legierung mit 5 bie 300 Chrom und 0 bie 390 Nickel, Rest im wesentlichen Eieen oder au· einer Hiekel-Chroa-Eieen-Legierung mit 14 bie 170 Chrom und 6 bit 100 Eisen, Rest im wesentlichen Nickel·

22· Verbundkörper naeh den Aneprtichen 20 öder 21, g e k β η η -»eiehnet d u r β h ein auSenplattlertee Tragrohr.

209809/0517

BAD