DE1956942B2 - Verfahren zur pulvermetallurgischen herstellung geformter werkzeugelemente - Google Patents

Description

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die Eisenteilchen werden zumindest bis zu einem ge- tes Ammoniak mit einem Taupunkt von -18° C,

wissen Grad zusammengesintert. Mit einer Hartlot- Naturgas und eine Mischung von 40 Volumprozent

legierung wird der Körper noch unter reduzierender Wasserstoff, 20 Volumprozent Kohlenmonoxid und

Atmosphäre getränkt und abgekühlt. Das massive, 40 Volumprozent Stickstoff, die einen Taupunkt von

feste Eisenwerkzeug wird aus dem Ofen genommen, 5 etwa 1,6° C oder niedriger hat. Der Ofen wird mit

nötigenfalls einem geringfügigen Bearbeitungs- oder seinem Inhalt auf etwa 840° C erhitzt. Man nimmt

Reinigungsvorgang unterworfen, wonach es fertig ist. an, daß drei Vorgänge stattfinden: Die Eisen-

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders phosphatbindung wird reduziert und verbleibendes

nützlich in Verbindung mit der Herstellung von Preß- Phosphat abgebrannt; Eisenoxid wird zu Eisen redu-

formen, wie sie in Verbindung mit der Metallfor- xo ziert, um die folgende Benetzung der Oberfläche der

mung, dem Schalenguß, Plastikspritzguß, Vakuum- Teilchen mit der Hartlotlegierung zu erleichtern; es

formen u. dgl. verwendet werden. Bei der Herstellung findet eine gewisse Diffusion von Eisen statt, wodurch

von Preßformen oder Preßformeinsätzen genügt es, die Teilchen zusammensintern,

einen hölzernen Kern entsprechend dem Formraum Der Ofen wird etwa 20 Stunden lang auf 840° bis

der Preßform herzustellen. ₁₅ §70° C gehalten; er wird dann weiter während etwa

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an I¹Ai Stunden auf etwa 980° C erhitzt. Bei diener höhe-Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ren Temperatur schmiß' der Hartlotbarren auf dem ist der hölzerne Kern 10 auf eir * Metallgrundplatte Graphittablett; die Hartlodegierung wird von dem 12 und eine oben offene, zylindrische Außenwand 14 Körper 22 wie von einem Schwamm absorbiert und auf die Grundplatte 12 rund um den Kern 10 gesetzt, ao dringt völlig in den Körper ein. Zwischen dem Mes-Kern 10, Außenwand 14 und Grundplatte 12 bilden sing und dem Eisen findet eine gewisse Legierungszusammen eine billige Form 16. bildung statt. Der dichte Körper 28 wird in der redu-

Feinkörnig zerteiltes Eisenpulver, vorzugsweise von zierenden Atmosphäre gekühlt und aus dem Ofen

0,17 bis 0,35 mm maximaler Größe, wird in Luft auf genommen.

480 bis 760" C etwa zehn Minuten lang erhitzt, wo- 25 Jetzt kann eine Nachbearbeitung, wie Reinigen

durch eine blaue Eisenoxidbeschichtung aus Fe₁O₄ oder Putzen, erfolgen. Es kann auch wärmebehandek

auf der Oberfläche der Teilchen entsteht. Entspre- werden, um eine leichte Erhöhung der Härte zu er-

chend der kurzen Erhitzungsdauer wird nur die Ober- zielen. Ebenso können andere Maßnahmen, wie Kup-

fläche der Teilchen oxidiert. Die oxidbeschichteten fer-, Nickel- oder Chrom-Plattieren auf einer oder

Eisenteilchen werden dann mit gewöhnlicher 85°/oiger 30 mehreren Oberflächen des Körpers vorgenommen

Phosphorsäure in einem geeigneten Mischer ver- werden. Das Werkzeug kann ebenso an ein anderes

mischt. Im allgemeinen genügen 6 bis 7 ml konzen- Werkzeugteil geschweißt oder hartgelötet werden.

Inerter Phosphorsäure für jedes Pfund verwendeten Die Zugfestigkeit der erfindungsgemäß hergestell-

Eisenschrots. Vorzugsweise wird konzentrierte Phos- ten Werkzeugelemente ist der einer Messinglegierung

phorsäure verwendet, da sie langsamer mit Eisenoxid 35 sehr ähnlich. Jedoch sind diese Werkzeuge druckfest

reagiert und damit die Topfzeit der Eisenschrot- und finden daher Verwendung als Preßformteile,

Säuremischung verlängert wird. Vorzugsweise wird Preßformeinsätze oder Druckreaktoreinsätze, die von

auch der Eisenschrot anfänglich auf -17 + 5⁰C ab- starken Rahmenkonstruktionen gestützt werden; auch

gekühlt, um die Rüstzeit zu verlängern. als Elektroden in elektrischen Entladungsgeräten und

Das vorbehandelte Eisenpulver 18 wird dann aus 40 elektrochemischen Bearbeitungsmaschinen sind sie

dem Mischer genommen und um den Kern 10 ge- brauchbar. Befestigungen bei Fließbändern, Kerne für

Stampft. Vorzugsweise wird das Eisenpulver in Gießereizwecke und anderes sind daraus her-

Schichten über den Kern gegeben, wobei jede Schicht stellbar.

(mit dem Handstößel 20) gestampft wird. Vorzugs- In dem Beispiel wurde Eisenpulver verwendet und

weise ist der Handstößel aus Holz gemacht, um eine 45 ein dünner Eisenoxidfilm auf der Oberfläche der

Beschädigung des Kerns zu vermeiden. Das ge- Eisenteilchen durch eine geeignete Oxidationsreak-

Siampfte Pulver läßt man etwa 2 Stunden zur Aus- tion gebildet. Diese Technik ist bei Eisen- oder Kup-

härtung stehen. Typischerweise benötigen Teile. cVⁿ, ferpulver brauchbar. Wenn jedoch andere Metalle

etwa 4,5 bis 9 Pfund Eisenschrot enthalten, 1 bis verwendet werden, ist es notwendig, deren Pulver mit

1,5 Stunden zum Aushärten. Eine geeignete Abbinde- 50 feinzerteiltem, gepulvertem magnetischen Eisenoxid

teit kann in jedem Fall durch einige Experimente (Fe₃O₁) oder Kupferoxid (CuO) zu beschichten. Im

festgelegt werden. allgemeinen wird nur eine relativ geringe Menge des

Wenn das verdichtete Eisenpulver zu einem selbst- Oxidpulvers, etwa 1 oder 2% des Gewichts der

!ragenden Körper 22 ausgehärtet ist, wird dieser Metallteilchen benötigt.

tinter Verwendung eines Formziehers aus der Form 55 Demgemäß kann jedes Metall in Pulverform ver-

genornmen. Der Körper 22 wird dann der heißen, wendet werden, das einen Schttielzpunkt von über

reduzierenden Atmosphäre ausgesetzt, Ein Graphit- 700⁰C hat, der ungefähr niedrigsten Temperatur,

Tablett 24 ist bereitgestellt, um das Sintern und Hart- bei der die Eisen-Phosphat- oder Kupfcr-Phospliat-

löten zu erleichtern. Der Körper 22 wird auf das bindung wirtschaftlich reduziert wird.

Tablett 24 mit einer Hartlotlegierung 26 gesetzt und 60 Zum Beispiel wurden auch Elektroden für elek-

das Ganze in den Ofen gebracht. Eine Hartlotlegie- trische Entladungsmaschinen aus Wolframteilchen

rung, bestehend aus 8O°/o Kupfer und 20% Zinn, hergestellt, die eine maximale Größe von etwa

die einen Schmelzpunkt von etwa 900° C hat, ist für 0,35 mm hatten, indem die Wolframteilchen mit

diesen Zweck geeignet. äußerst fein zerteiltem Kupferoxid beschichtet

Geeignete Reduktionsatmosphären sind dissoziier- 65 wurden. Hierzu 1 Slat⁴ Zeicnnungen

Claims (2)

Gebiet des aktivierten Sinterns vielversprechend sein Patentansprüche: könnten. Auch wurde bereits vorgeschlagen, Teil chenoberflächen mit einer aktiven Metallschicht zu

1. Verfahren zur Herstellung geformter Werk- überziehen, die durch Reduktion bei möglichst tiefer zeugelemente durch Verbinden von mit Metall- 5 Temperatur hergestellt wird, oder TeilcUen mit einem oxid beschichteten Metallteilchen unter Erhitzen Stoff zu umhüllen, der beim Sintern durch Legiein reduzierender Atmosphäre, dadurch ge- rungsbildung zunächst schmilzt und anschließend in kennzeichnet, daß in an sich bekannter das Teilchen diffundiert. Schließlich ist auch das Weise Metallteilchen mit CuO oder Fe₃O₄ be- Tränken von Sinterkörpern mit geschmolzenem Kupschichtet, die beschichteten Teilchen mit Phos- xo fer oder Kupferlegierungen bekannt»

phorsäure benetzt und die oxid- und phosphor- Alle diese Vorschläge und Maßnahmen jedoch

säurebeschichteten Teilchen sofort in einen Kör- genügen nicht, um bei der Herstellung von Werk-

per in der Gestalt des gewünschten Werkzeugs zeugen aus Metallpulver ohne schwere Preßformen

geformt werden, der Körper bis zur selbsttragen- und Pressen auszukommen.

den Härtung durch chemische Reaktion der 15 Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, ein Ver Phosphorsäure mit den Metalloxiden unter BiI- fahren zur Herstellung von Maschinenwerkzeugen dung von Metallphosphat in der Form belassen, od. dgl. aus Metallteilchen zu schaffen, ohne die Notin an sich bekannter Weise in reduzierender wendigkeit, diese Teilchen unter großem Druck zuAtmosphäre erhitzt und so in an sich bekannter sammenzupressen.

Weise mit einer die Teilchen des Metallkörpers 20 Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung benetzenden und sie zu einem massiven Werk- geformter Werkzeugelemente durch Verbinden von zeugteil hartverlötenden ilartlotlegierung durch- mit Metalloxid beschichteten Mecallteilchen unter Ertränkt und der Werkzeugteil in reduzierender hitzen in reduzierender Atmosphäre ist dadurch geAtmosphäre abgekühlt wird. kennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise Metall-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 teilchen mit CuO oder Fe₃O₄ beschichtet, die bekennzeichnfit, daß als Metallteilchen Eisenpulver schichteten Teilchen mit Phosphorsäure benetzt und von 0,17 bis 0,35 mm größter Abmessung mit die oxid- und phosphorsäurebeschichteten Teilchen einer auf ihre Oberfläche aufgetragenen Schicht sofort in einen Körper in der Gestalt des gewünschten von Fe.,O₄ verwendet und zunächst auf 760 bis Werkzeugs geformt werden, der Körper bis zur selbst-870° C, aber unter dem Sckmelzbereich der Hart- 30 tragenden Härtung durch chemische Reaktion der lotlegierung für eine Zeit, die ausreicht, die Me- Phosphorsäure mit den Metalloxiden unter Bildung tallphosphatbindung und verbliebenes Metalloxid von Metallphosphat in der Form belassen, in an sich zu reduzieren, und sodann auf 930 bis 1040° C bekannter Weise in reduzierender Atmosphäre erhitzt erhitzt wird, um die Hartlotlegierung zu schmelzen. und so in an sich bekannter ^rVoise mit einer die Teil-

35 chen des Metallkörpers benetzenden und sie zu einem massiven Werkzeugteil hartverlötenden Hartlotlegie-

rung durchtränkt und der Werkzeugteil in reduzierender Atmosphäre abgekühlt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungs-

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung ge- 40 gemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß formter Werkzeugelemente, wie Preßformen, Elek- als Metallteilchen Eisenpulver von 0,17 bis 0,35 mm troden, Befestigungen u. dgl., aus Metallteilchen. größter Abmessung mit einer auf ihre Oberfläche auf-

Bekanntlich ist die Herstellung solcher Werkzeuge getragenen Schicht von Fe₁O₄ verwendet und zuein teures und zeitraubendes Unterfangen. Wenn ein nächst auf 760 bis 870° C, aber unter dem Schmelz-Werkzeug aus einem massiven Block des Metalls 45 bereich der Hartlotlegierung für eine Zeit, die aushergestellt wird, sind teure Bearbeitungsvorgänge er- reicht, die Metallphosphatbindung und verbliebenes forderlich. Wird das Werkzeug gegossen, so müssen Metalloxid zu reduzieren, und sodann auf 930 bis Kerne und Gußformen zur Verfugung stehen und 1040° C erhitzt wird, um die Hartlotlcgierung zu die Gußstücke üblicherweise noch bearbeitet werden. schmelzen. Das oxidbeschichtete Eisenpulver wird Werkzeugteile wurden auch aus Metallpulver herge- 50 mit einer geringen Menge von Phosphorsäure gestellt, in der Hoffnung, sowohl die Nachteile der Be- mischt, die angemessen ist, die Oberfläche der Teilarbeitung des massiven Metalls als auch die Behänd- chen zu benetzen. Phosphorsäure reagiert chemisch iung der Gußteile zu vermeiden. Es ist jedoch not- mit einem blauen Eisenoxidüberzug und bildet einen wendig, solche Metallteilchen unter großem Druck komplexen Eisenphosphatklebstoff, welcher die Eisenzu verfestigen, so daß sie einen selbsttragenden Kör- 55 teilchen miteinander verbindet. Da die mit Phosphorper bilden, bis eine Sinterung oder eine andere Ver- säure benetzten Teilchen aneinander haften, werden bindungsoperation ausgeführt ist. Um Werkzeuge aus sie sofort in ein Werkzeugteil der gewünschten Gestalt Metallpulver herzustellen, war es daher bisher not- geformt. Das kann z. B. durchgeführt werden, indem wendig, schwere Preßformen und Pressen bereitzu- das Metallpulver um einen hölzernen Kern innerhalb stellen, die eine schnelle und billige pulvermetall- 60 einer Gußform gepackt wird. Die Teilchen werden gische Herstellung eines Maschtnenwerkzeuges wieder gestampft, so daß ein fester und dichter Körper ent* komplizieren. steht. Innerhalb einiger Stunden erhärtet der Phos*

Die Anwendung verdünnter Säure auf Pulver von phatbindef, und das geformte Werkzeugteil kann aus Metallen oder Metallegierungen, gegebenenfalls unter der Form genommen werden, Der Körper wird dann geringem Zusatz irgendwelcher anderer zerkleinerter 6s in reduzierender Atmosphäre auf über 700° C, vor-Filllstoffe, ist bekannt. Es wurde auch bereits ver- zugsweise auf über 840° C erhitzt, wodurch die Eisen« mutet, daß künftige Arbeiten unter Verwendung von phosphatbindung und freies Eisenoxid reduziert wer-Oxiden, Chloriden, Phosphaten und Sulfiden auf dem den, Das verbleibende Phosphat wird eliminiert, und