DE1956942C

DE1956942C - Process for the powder metallurgical production of shaped tool elements

Info

Publication number: DE1956942C
Authority: DE
Inventors: Ernest Theodore Troy Mich. Martyniuk (V.StA.)
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Publication date: 1972-12-07

Description

35 chen des Metallkörpers benetzenden und sie zu einem massiven Werkzeugteil hartverlötenden Hartlotlegie-35 surfaces of the metal body wetting and they become one massive tool part brazed brazing alloy

rung durchtränkt und der Werkzeugieil in reduzierender Atmosphäre abgekühlt wird. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungs-tion soaked and the tool part in reducing Atmosphere is cooled. A preferred embodiment of the invention

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-The invention relates to the production according to the method is characterized in that Molded tool elements such as press molds, metal particles, iron powder from 0.17 to 0.35 mm Troden, fastenings and the like, made of metal particles. largest dimension with a

Bekanntlich ist die Herstellung solcher Werkzeuge getragenen Schicht von Fe₃O₄ 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 4$ 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 Verfügung stehen und 1040° C erhitzt wird, um die Hartlotlegierung 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 lung 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 pulvermetalliir- 60 einer Gußform gepackt wird. Die Teilchen werden gische Herstellung eines Maschinenwerkzeuges wieder gestampft, so daß ein fester und dichter Körper entkomplizieren, steht. Innerhalb einiger Stunden erhärtet der Phos-It is well known that the manufacture of such tools _{uses a supported layer of Fe 3} O ₄ and is an expensive and time consuming undertaking. If next to 760 to 870 ° C, but under the melting tool from a massive block of the metal 4 $ area of the brazing alloy for a time that is produced, expensive machining operations are reached, the metal phosphate bond and the rest of the process. If the tool is cast, the metal oxide must be reduced, and then to 930 until cores and molds are available and 1040 ° C is heated, so that the brazing alloy into the castings can usually still be processed. melt. The oxide-coated iron powder is tool parts have also been made from metal powder with a small amount of phosphoric acid, in the hope of reducing both the disadvantages of mixing, which is appropriate, the surface of the partial machining of the solid metal, and the hand wet. Phosphoric acid reacts chemically to avoid the castings. However, it is necessary with a blue iron oxide coating and forms an agile, complex iron phosphate adhesive such metal particles under great pressure, which solidifies the iron so that it connects a self-supporting body with one another. Since the particles wetted with phosphorus form until sintering or other acidic acid adhere to each other, bonding operations are carried out. In order to produce tools from them immediately into a tool part of the desired shape metal powder, it was therefore previously not shaped. This can e.g. B. be done by having agile, heavy molds and presses ready- the metal powder around a wooden core within which a quick and cheap powder metallurgy is packed into a mold. The particles are tamped again in the production of a machine tool, so that a solid and dense body decomplicate stands. The phosphor hardens within a few hours

Die Anwendung verdünnter Säure auf Pulver von phatbinder, und das geformte Werkzeugteil kann aus Metallen odler Metallegierungen, gegebenenfalls unter der Form genommen werden. Der Körper wird dann geringem Zusatz irgendwelcher anderer zerkleinerter 65 in reduzierender Atmosphäre auf über 700° C, vorFüllstoffe, ist bekannt. Es wurde auch bereits ver- zugsweise auf über 840° C erhitzt, wodurch die Eisenmutet, daß künftige Arbeiten unter Verwendung von phosphatbindung und freies Eisenoxid reduziert wer-Oxiden, Chlloriden, Phosphaten und Sulfiden auf dem den. Das verbleibende Phosphat wird eliminiert, undApplying dilute acid to powder of phatbinder, and the molded tool part can be made out Metals or metal alloys, if necessary, are taken under the mold. The body will then small addition of any other crushed 65 in a reducing atmosphere to over 700 ° C, before fillers, is known. It has already been heated to over 840 ° C with some delay, whereby the Eisenmutet, that future work using phosphate bond and free iron oxide will reduce oxides, Chlorides, phosphates and sulphides on the den. The remaining phosphate is eliminated, and

■$e Eisenteilchen werden zumindest bis zu einem ge- tes Ammoniak mit einem Taupunkt von - J 8° C,■ $ e iron particles are at least down to a real ammonia with a dew point of - J 8 ° C,

wissen Grad zusammengesintert Mit eraer Hartlot- Naturgas und eine Mischung von 40 Volumprozentknow degree sintered together With real brazing natural gas and a mixture of 40 percent by volume

legierung wird der Körper noch unter reduzierender Wasserstoff, 20 Volumprozent Kohlenmonoxid undalloy, the body is still under reducing hydrogen, 20 percent by volume and carbon monoxide

Atmosphäre getränkt und abgekühlt. Das massive, 40 Volumprozent Stickstoff, die einen Taupunkt vonAtmosphere soaked and cooled. That massive, 40 percent by volume nitrogen that has a dew point of

feste Eisenwerkzeug wird aus dem Ofen genommen, 5 etwa 1,6° C oder niedriger haL Der Ofen wird mitsolid iron tool is taken out of the furnace, 5 about 1.6 ° C or lower haL The furnace is using

nötigenfalls einem geringfügigen Bearbehungs- oder seinem Inhalt auf etwa 840° C erh'tzL Man nimmtIf necessary, a minor treatment or its content is increased to around 840 ° C. One takes

Reinigungsvorgang unterworfen, wonach es fertig ist. an, daß drei Vorgänge stattfinden: Die Eisen-Subjected to cleaning process, after which it is ready. indicate that three processes take place: The iron Das Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders phosphatbindung wird reduziert und verbleibendesThe method according to the invention is particularly phosphate binding is reduced and remaining

nützlich in Verbindung mit der Herstellung von Preß- Phosphat abgebrannt; Eisenoxid wird zu Eisen redu-useful in connection with the manufacture of pressed phosphate spent; Iron oxide is reduced to iron

formen, wie sie in Verbindung mit der Metallfor- to ziert, um die folgende Benetzung der Oberfläche dershape as it is adorned in connection with the metal for- to the subsequent wetting of the surface of the

mung, dem Schalengaß, Plastikspritzguß, Vakuum- Teilchen mit der Hartlotlegierung zu erleichtern; esmung to facilitate the Schalengaß, plastic injection molding, vacuum particles with the brazing alloy; it

formen u. dgl. verwendet werden. Bei der Herstellung findet eine gewisse Diffusion von Eisen statt, wodurchshapes and the like can be used. A certain diffusion of iron takes place during production, which means

von Preßformen oder Preßformeinsätzen genügt es, die Teilchen zusammensintern,of molds or mold inserts, it is sufficient to sinter the particles together,

einen hölzernen Kern entsprechend dem Fonnraum Der Ofen wird etwa 20 Stunden lang auf 840° bisa wooden core corresponding to the Fonnraum The oven is heated to 840 ° for about 20 hours

der Preßform herzustellen. · i₅ 870° C gehalten; er wird dann weiter während etwathe mold to produce. · I maintained for ₅ to 870 ° C; he will then continue for about

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an 1'Λ Stunden auf etwa 980° C erhitzt. Bei dieser höhe-Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ren Temperatur schmilzt der Hartlotbarren auf dem ist der hölzerne Kern 10 auf eine Metallgrundplatte Graphittablett; die Hartlotlegierung 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 Kem 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-In the following, the invention is heated to about 980 ° C. for 1½ hours, for example. In this height-hand of the drawing described. In the drawing, the brazing bar melts on the temperature the wooden core 10 is on a metal base graphite tray; the brazing alloy is of the 12 and an open-topped, cylindrical outer wall 14 body 22 as if absorbed by a sponge and placed on the base plate 12 around the core 10, ao penetrates completely into the body. Between the Mes core 10, outer wall 14 and base plate 12 form sing and the iron a certain alloy together a cheap form 16. Formation takes place. The dense body 28 is in the reduced

Feinkörnig zerteiltes Eisenpulver, vorzugsweise von zierenden Atmosphäre gekühlt und aus dem OfenFine-grained iron powder, preferably cooled by an ornamental atmosphere and out of the oven

0,17 bis 0,35 mm maximaler Größe, wird in Luft auf genommen.0.17 to 0.35 mm maximum size, is recorded in air.

480 bis 760° C etwa zehn Minuten lang erhitzt, wo- as Jetzt kann eine Nachbearbeitung, wie ReinigenHeated to 480 to 760 ° C for about ten minutes, which can now be post-processed, such as cleaning

durch eine blaue Eisenoxidbeschichtung aus Fe₃O₄ oder Putzen, erfolgen. Es kann auch wärmebehandeltby means of a blue iron oxide coating made of Fe ₃ O ₄ or plaster. It can also be heat treated

auf der Oberfläche der Teilchen entsteht. Entspre- werden, um eine leichte Erhöhung der Härte zu er-arises on the surface of the particles. Corresponding to a slight increase in hardness

chend der kurzen Erhitzungsdauer wird nur die Ober- zielen. Ebenso können andere Maßnahmen, wie Kup-Due to the short heating time, only the overall goals are achieved. Other measures, such as coupling

fläche der Teilchen oxidiert. Die oxidbeschichteten fer-, Nickel- oder Chrom-Plattieren auf einer odersurface of the particles is oxidized. The oxide-coated fer-, nickel- or chrome-plating on one or

Eisenteilchen werden dann mit gewöhnlicher 85°/oiger 30 mehreren Oberflächen des Körpers vorgenommenIron particles are then made with an ordinary 85% of several surfaces of the body Phosphorsäure in einem geeigneten Mischer ver- werden. Das Werkzeug kann ebenso an ein andere;,Phosphoric acid can be mixed in a suitable mixer. The tool can also be used on another ;,

mischt. Im allgemeinen genügen 6 bis 7 ml konzen- Werkzeugteil geschweißt oder hartgelötet werden,mixes. In general, 6 to 7 ml of concentrated tool parts are welded or brazed,

trierter Phosphorsäure für jedes Pfund verwendeten Die Zugfestigkeit der erfindungsgemäß hergistell-trated phosphoric acid used for every pound.

Eisenschrots. Vorzugsweise wird konzentrierte Phos- ten Werkzeugelemente ist der einer MessinglegierungIron shot. The concentrated phoste tool element is preferably that of a brass alloy

phorsäure verwendet, da sie langsamer mit Eisenoxid 35 sehr ähnlich. Jedoch sind diese Werkzeuge druckfestphosphoric acid is used as it is very similar to 35 iron oxide slower. However, these tools are pressure-resistant

reagiert und damit die Topfzeit der Eisenschrot- und finden daher Verwendung als Preßformteile,reacts and thus the pot life of the iron shot and are therefore used as molded parts,

Säuremischung verlängert wird. Vorzugsweise wird Preßformeinsätze oder Druckreaktoreinsätze, die vonAcid mixture is extended. Preferably, die inserts or pressure reactor inserts produced by

auch der Eisenschrot anfänglich auf — 17 + 5° C ab- starken Rahmenkonstruktionen gestützt werden; aucheven the iron shot is initially supported on frame structures with a thickness of - 17 + 5 ° C; also

gekühlt, um die Rüstzeit zu verlängern. als Elektroden in elektrischen Entladungsgeräten undcooled to extend the set-up time. as electrodes in electrical discharge devices and

Das vorbehandelte Eisenpulver 18 wird dann aus 40 elektrochemischen Bearbeitungsmaschinen sind sieThe pretreated iron powder 18 is then from 40 electrochemical processing machines they are

dem Mischer genommen! und um den Kern 10 ge- brauchbar. Befestigungen bei Fließbändern, Kerne fürtaken from the mixer! and usable around the core 10. Fixings on assembly lines, cores for

stampft. Vorzugsweise wird das Eisenpulver in Gießereizwecke und anderes sind daraus her-stamps. The iron powder is preferably used in foundry purposes and other

Schichten über den Kern gegeben, wobei jede Schicht stellbar.Layers given over the core, with each layer adjustable.

(mit dem Handstößel 20) gestampft wird. Vorzugs- In dem Beispiel wurde Eisenpulver verwendet und(with the hand ram 20) is rammed. Preferred iron powder was used in the example and

weise ist der Handstößel aus Holz gemacht, um eine 43 ein dünner Eäsenoxidfilm auf der Oberfläche derwise, the hand tappet is made of wood, a thin film of oxide on the surface of the 43

Beschädigung des Kerns zu vermeiden. Das ge- Eisenteilchen durch eine geeignete Oxidationsreak-Avoid damaging the core. The iron particle through a suitable oxidation reaction

stampfte Pulver läßt man etwa 2 Stunden zur Aus- tion gebildet. Diese Technik ist bei Eisen- oder Kup-The tamped powder is allowed to form for about 2 hours for training. This technique is used for iron or copper

härtung stehen. Typischerweise benötigen Teile, die ferpulver brauchbar. Wenn jedoch andere Metallehardening stand. Typically, parts that require ferpulver are usable. However, if other metals

etwa 4,5 bis 9 Pfund Eisenschrot enthalten, 1 bis verwendet werden, ist es notwendig, deren Pulver mitContaining about 4.5 to 9 pounds of iron shot, 1 to be used it is necessary to use their powder

1,5 Stunden zum Aushärten. Eine geeignete Abbinde- 50 feinzerteiltem, gepulvertem magnetischen Eisenoxid1.5 hours to harden. A suitable setting 50 finely divided, powdered magnetic iron oxide

zeit kann in jedem Fall durch einige Experimente (Fe.,O₄) oder Kupferoxid (CuO) zu beschichten. ImTime can in any case by some experiments (Fe., O ₄ ) or copper oxide (CuO) to coat. in the

festgelegt werden. allgemeinen wird nur eine relativ geringe Menge desbe determined. generally only a relatively small amount of the

Wenn das verdichtete Eisenpulver zu einem selbst- Oxidpulvers, etwa 1 oder 2°/o des Gewichts derWhen the compacted iron powder becomes a self-oxide powder, about 1 or 2% the weight of the

tragenden Körper 22 ausgehärtet ist, wird dieser Metallteilchen benötigt.supporting body 22 is cured, this metal particle is required.

unter Verwendung eines Formziehers aus der Form 55 Demgemäß kann jedes Metall in Pulverform vergenommen. Der Körper 22 wird dann der heißen, wendet werden, das einen Schmelzpunkt 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 Kupfer-Phosphatlöten 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 elekdas Ganze in den Ofen gebracht. Eine Hartlotlegie- trische Entladungsmaschinen aus Wolframteilchen rung, bestehend aus 8O^e/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 beschichtetusing a puller from the mold 55. Accordingly, any metal can be taken in powder form. The body 22 will then be exposed to the hot, which has a melting point of over reducing atmosphere. A graphite 700 ⁰ C, has the approximately lowest temperature, tray 24 is provided in which to facilitate soldering copper phosphate to the sintering and the hard iron-phosphate or. The body 22 is economically reduced in terms of binding. Tray 24 set with a brazing alloy 26 and 60, for example, electrodes for elekdas the whole were also placed in the furnace. A brazing alloy discharge machine made from tungsten particles consisting of 80 ^e / o copper and 20% tin, which has a maximum size of about which has a melting point of about 900 ° C, is 0.35 mm by removing the tungsten particles suitable with this purpose. Coated with extremely finely divided copper oxide

Geeignete Reduktionsatmosphären sind dissoziier- 65 wurden.Suitable reducing atmospheres are dissociated. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Field of activated sintering promising claims: could. It has also already been proposed to add an active metal layer to part surfaces

1. Process for the production of shaped work plating, which is produced by reduction at the lowest possible production elements by connecting with metal 5 temperature, or to encase particles with an oxide-coated metal particle under heating substance, which during sintering by alloy in a reducing atmosphere, thereby Formation initially melts and then indicates that the particle, known per se, diffuses. Finally, it is also known that metal _{particles are coated with CuO or Fe 3} O _{4 in} sintered bodies with molten copper, and the coated particles with phosphor or copper alloys.

phosphoric acid wets and the oxide and phosphorus All these suggestions and measures, however

Acid-coated particles immediately in a grain are not enough to be used in the manufacture of Werkper in the shape of the desired tool make from metal powder without heavy press molds The body is shaped up to the point of self-supporting and pressing.

the hardening by chemical reaction of FIG. 15 Accordingly, it is an object of the invention to provide a phosphoric acid with the metal oxides under BiI- for the manufacture of machine tools The formation of metal phosphate can be left in the form, or the like can be created from metal particles without the notin in a manner known per se in reducing maneuverability to these particles under great pressure The atmosphere is heated and thus compressed in a known manner.

Way with one of the particles of the metal body ao The srfindungsgemäße method of production wetting and shaping them into a massive work- tool elements by connecting part of a hard-soldering brazing alloy through metal particles coated with metal oxide under Er soaks and the tool part in reducing heat in a reducing atmosphere is thus in an atmosphere is cooled. indicates that metal in a known manner

2. The method according to claim 1, characterized ge 25 particles _{coated with CuO or Fe 3} O ₄ , which indicates that as metal particles iron powder coated particles wetted with phosphoric acid and 0.17 to 0.35 mm largest dimension with the oxide and phosphoric acid-coated particles of a layer applied to its surface immediately used in a body in the shape of the desired of Fe ₃ O ₄ and first molded to 760 to tool, the body down to -870 ° C, but below the melting range of the hard- 30 bearing hardening by chemical reaction of the solder alloy for a time that is sufficient to reduce the metal phosphoric acid with the metal oxides to form tallphosphate bond and remaining metal oxide of metal phosphate in the form, and then to 930 to 1040 ° C known Way is heated in a reducing atmosphere to melt the brazing alloy. and so in a manner known per se with one of the