DE2043424B2 - Verfahren zum Herstellen legierter, insbesondere nickellegierter Stähle - Google Patents
Verfahren zum Herstellen legierter, insbesondere nickellegierter StähleInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen legierter, insbesondere nickellegierter Stähle
durch Pressen einer Mischung aus Metallpulver und metillisiertem Graphitpulver und anschließendes Sintern
des Preßkörpers.
Aus der deutschen Patentschrift 866 097 ist bereits ein Ve-fahren der vorerwähnten Art zum Herstellen
kolloidaler Mischungen aus nichtmetallischen Zusatzstoffen und Metallen bzw. Legierungen bekannt. Dabei
werden die Graphitteilchen in der Weise metallisiert, daß eine dicke Graphitschicht auf die Oberfläche eines
Metallbades gegeben und alsdann das Metall über seinen Siedepunkt erhitzt wird. Dies hat zur Folge,
daß mit dem bekannten Verfahren auf Graphit nur +0 Überzüge solcher Metalle aufgebracht werden können,
deren Siedepunkt so niedrig ist, daß sie mit den üblichen technischen Mitteln zur Verdampfung gebracht werden
können. Demzufolge ist es mit dem bekannten Verfahren nicht möglich, Graphitteilchen mit Nickel oder
Eisen zu überziehen.
Schließlich ist aus der USA.-Patentschrift 3 440 181
auch ein Verfahren zum Vernickeln von Graphit bekannt, bei dem der Graphit beispielsweise mit einer
wäßrigen Lösung von Zinnchlorid und einer PaIIadiumionen enthaltenden Lösung behandelt wird. Der
auf diese Weise palladiumaktivierte Graphit wird dann nach einem Waschen bei erhöhter Temperatur in
üblicher Weise stromlos vernickelt.
Da die bekannten legierten Sinterstähle unter einer zu geringen Duktilität leiden, liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es erlaubt, legierte Stähle mit vergleichsweise hoher
Duktilität zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß eine der Legierungskomponenten, und
zwar das Nickel oder Eisen, in Form eines Überzugs auf den Graphitteilchen in das Gemenge zum Herstellen
des legierten Stahls eingeführt wird.
Eine wissenschaftliche Erklärung für die durch die Verwendung von zunächst mit Nickel oder Eisen überzogenem
Graphit bewirkte Duktilitätsverbesserung ist noch nicht möglich; sie könnte jedoch darin liegen,
daß der metallisiert« Graphit beim Pressen des Pulvers ein besseres Fließvermögen besitzt. Das Sintergefüge
kann im übrigen erheblich verbessert werden, wenn das Sintern unter Bedingungen erfolgt, bei denen es zu
einer Diffusion kommt. Die vorerwähnte Erklärung erscheint unter dem Gesichtspunkt als durchaus gerechtfertigt,
daß die Duktilitätsverbesserung um so größer ist, je höher die Sintertemperatur liegt.
Mit Nickel überzogenes Graphitpulver kann auf verschiedene Weise hergestellt werden; beispielsweise
durch Zersetzen von Nickelkarbonyl in einem Wirbelbett aus Graphitpulver, durch galvanisches Abscheiden
von Nickel auf Graphitteilchen oder im Wege eines hydrometallurgischen Abscheidens. Die Teilchengröße
des Graphits kann in weiten Grenzen variieren und beispielsweise 4 bis 100 (j.m betragen. In ähnlicher
Weise variiert auch die Dicke des Metallüberzugs, und zwar in Abhängigkeit von dem jeweiligen Verfahren
und der Teilchengröße des Graphits. Im allgemeinen beträgt der Nickelüberzug etwa 50 bis 70% des Gewichts
der metallisierten Teilchen. In ähnlicher Weise wie vernickelte Teilchen können auch mit Eisen überzogene
Graphitteilchen hergestellt werden.
Die handelsüblichen Graphitpulver unterscheiden sich in gewissem Maße hinsichtlich der Teilchengröße
und -form, so daß sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch unterschiedliche metallisierte Pulver
ergeben. Demzufolge schwanken auch die Festigkeit und Duktilität der Sinterstähle übereinstimmender
Zusammensetzung entsprechend dem jeweils verwendeten metallisierten Pulver. Gleichwohl ergibt sich in
jedem Fall bei der Verwendung metallisierten Pulvers im Vergleich zu Sinterlegierungen, die mit üblichem
Graphir hergestellt werden, eine wesentlich bessere
Duktilität.
Der Graphit wird vorzugsweise mit Nickel überzogen; die dadurch eingebrachte Nickelmenge ist
jedoch normalerweise nicht ausreichend, so daß das restliche Nickel als Pulver in das Ausgangsgemenge
eingeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Herstellen einer Stahllegierung mit 0,5 bis
7% Nickel und 0,3 bis 1% Kohlenstoff, Rest Eisen einschließlich üblicher Verunreinigungen. Außerdem
kann diese Legierung noch bis 5% Kupfer, bis 4% Mangan und bis 1% Molybdän enthalten.
In der nachfolgenden Tabelle sind vier erfindungsgemäße
Sinterstähle 1 bis 4 drei herkömmlichen Sinterstählen A bis C gegenübergestellt. Die Versuche waren
auf die Herstellung einer Stahllegierung mit 5% Nickel und 0,55% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen
abgestellt. Die Preßkörper wurden durch einstündiges Mischen der Pulver in einem Doppelkonus-Mischer
und anschließendes Verpressen bei Raumtemperatur hergestellt. Als Nickelpulver kam Karbonylmckel-Pulver
mit einer Teilchengröße von 4 bis 7 μΐη zur Verwendung, während das den Legierungsrest bildende
Eisenpulver in Form von Höganäs-HC-Pulver mit einer Teilchengröße unter 150 μΐη eingesetzt wurde.
Des weiteren enthielt das Pulvergemenge Acheson-G-10-Graphit mit einer Teilchengröße unter 50μηι.
Der Graphit wurde durch Zersetzen und Niederschlagen von Nickelkarbonyl auf dem vorerwähnten
Graphitpulver hergestellt und enthielt im Mittel 56% Nickel, 41% Kohlenstoff und 3% Asche bei einer
Teilchengröße unter 50 μπι. Der mit Eisen überzogene Graphit wurde durch Zersetzen und Niederschlagen
von Eisenkarbonyl auf demselben Graphitpulver hergestellt und enthielt 60% Eisen, 37% Kohlenstoff und
3 % Asche bei einer TeilchengröQe von ebenfalls unter 50 μπα.
Die Preßkörper der Stahllegierungen 1, 2,4, A und B
wurden bei einem Druck von 54hbar gepreßt und !Stunde hei 1300"C in Argon gesintert. Die Stahllegierungen
3 und C wurden dagegen bei einem Druck von 77hbar gepreßt und 1 Stunde bei 11203C in
Spaltgas gesintert.
| Stahl | Nickelpulver | Graphit | Vernickelter Graphit |
Fe-überzogener Graphit |
Zugfestigkeit | Dehnung |
| (Ά) | (%) | (Χ) | CA) | (hbar) | CA) | |
| 1 | 4,45 | 1,1 | _ | 50,0 | 8,8 | |
| A | 5,0 | 0,55 | — | — | 50,0 | 5,3 |
| 2 | 4,25 | — | 1,30 | — | 56,0 | 14,5 |
| ß | 5,0 | 0,55 | — | — | 57,4 | 9,5 |
| 3 | 4,25 | — | L30 | — | 50,4 | 5,0 |
| C | 5,0 | 0,55 | — | —. | 46,6 | 4,2 |
| 4 | 5,0 | — | — | 1,35 | 56,2 | 12,0 |
Die Daten der vorstehenden Tabelle zeigen, daß sich bei einer Sintertemperatur von 13000C unter Verwendung
von vernickeltem Graphit eine merkliche Verbesserung der Dehnung einstellt, wie im einzelnen
der Vergleich der Stahllegierungca 1 und 2 mit den entsprechenden herkömmlichen Stahllegierungen A
und B ergibt. Bei der Verwendung von mit Eisen überzogenem Graphit ergibt sich zwar auch noch eine
merkliche Erholung der Dehnung; die Verbesserung ist jedoch, wie der Vergleich der Stahllegierungen 4
und B zeigt, nicht so erheblich wie im Fall der Verwendung vernickelten Pulvers. Auch nach einem Sintern
bei 11200C stellt sich, wie der Vergleich der Stahllegierungen
3 und C erweist, eine wenn auch im Vergleich zu höheren Sintertemperaturen geringere Verbesserung
der Dehnung ein. Im Hinblick auf eine ausreichende Duktilität sollte die Sintertemperatur 1200
bis 135O0C betragen.
Claims (4)
1. Verfahren zum Herstellen legierter, insbesondere nickellegieirter Stähle durch Pressen einer
Mischung aus Metallpulver und metallisiertem Graphitpulver und arschließendes Sintern des
Preßkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphk zunächst mit Nickel oder Eisen
metallisiert wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von 1200 bis
135OCC gesintert wird.
3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf eine Pulvermischung aus 0,5 bis 70O
Nickel, 0,3 bis 1% Kohlenstoff und Eisen, einschließlich üblicher Verunreinigungen, als Rest.
4. Anwendung nach Anspruch 3 auf eine Pulvermischung mit zusätzlich bis 5°o Kupfer, bis 4n 0
Mangan und bis 1% Molybdän.
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