DE2222854C3

DE2222854C3 - Verfahren zur Herstellung niedriglegierter Stahlpulver

Info

Publication number: DE2222854C3
Application number: DE722222854A
Authority: DE
Inventors: Anders Eric Bengtsson; Sven-Erik Grek; Lennart Yngve Kungaelv Lagerholm; Per Folke Lindskog
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1971-05-14
Filing date: 1972-05-10
Publication date: 1979-03-01
Also published as: DE2222854A1; JPS551324B1; US3764295A; FR2137862B1; SE350770B; DE2222854B2; FR2137862A1; IT960627B; CA1001375A; GB1340805A

Description

Niedriglegierte Stahlpulver werden gewöhnlich durch Zerstäuben einer Stahlschmelze hergestellt, indem man einen Sprühstrahl einer Flüssigkeit, wie Wasser, oder eines Gases, wie Luft oder Dampf, unter hohem Druck gegen einen Strom der Stahlschmelze richtet. Dabei wird die Stahlschmelze zu kleinen Tröpfchen aufgeteilt, die rasch abkühlen und zu Pulverteilchen erstarren. Häufig ist es dabei zweckmäßig, diese Teilchen in Wasser aufzufangen, sodann von dem Wasser abzutrennen und schließlich zu trocknen. Vor der Verwendung zur pulvermetallurgischen Herstellung von Maschinenteilen muß das Stahlpulver in einer reduzierenden Atmosphäre, wie in Wasserstoff, geglüht werden.

Bei dem Zerstäuben in oxidierender Umgebung, wie Luft und Wasserdampf, bildet sich auf den Pulverteilchen eine Oxidhaut. Dies trifft insbesondere zu, wenn die Legierungselemente des Stahls Mangan, Chrom, Vanadin, Titan, Bor, Silizium, Niob, Tantal, Beryllium und/oder Aluminium sind. Die so gebildete Oxidhaut läßt sich auch durch Glühen in Wasserstoff nicht vollständig reduzieren. Insbesondere bleiben beispielsweise MnO und CR₂O, auf den Pulverteilchen zurück. Diese Oxide auf der Oberfläche der Stahlpulverteilchen sind bei der pulvermetallurgischen Verarbeitung nachteilig und beeinflussen die Festigkeit der daraus gewonnenen Preßkörper.

Es ist bekannt, die Stahlschmelze mit Hilfe nichtoxidierender Zerstäubungsmittel, wie mit Stickstoff oder Argon, zu zerstäuben und die Pulverteilchen bis zu ihrer Abkühlung vor Oxidation zu schützen, doch sind solche Verfahren aufwendig und bilden Pulverteilchen von Kugelgestalt, die im allgemeinen für eine Verdichtung nicht so gut geeignet sind.

Gemäß der FR-PS 1 154 761 entfernt man die Oxidhaut von den Metallkernen eines Metallpulver

durch Zentrifugieren, doch ist diese Methode ohne Erfolg bei niedriglegiertem Stahlpulver mit den obengenannten Legierungselementen. Die Verwendung von Glühofen, Beizbädern und ähnlichen Einrichtungen wird in der FR-PS ausdrücklich als ungeeignet hervorgehoben.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand nun darin, ein Verfahren zur Herstellung niedriglegierter Stahlpulver mit mindestens einem der Legierungselemente Mn, Cr, V, Ti, B, Si, Nb, Ta, Be und/oder Al zu bekommen, bei dem die Stahlschmelze in oxidierender Umgebung, wie beispielsweise mit Wasser, zerstäubt werden kann und dennoch Stahlpulverteilchen ohne Oxidhaut erhalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung niedriglegierter Stahlpulver bringt als Lösung dieser Aufgabe die in Anspruch 1 beanspruchten Maßnahmen.

Das zerstäubte Stahlpulver wird mit einer wäßrigen Lösung mindestens einer anorganischen oder organischen Säure derart behandelt, daß die Oxidhaut vom Metallkern der Teilchen entfernt wird. Der größte Teil der Säure wird dann von dem Pulver, beispielsweise durch Dekantieren, abgetrennt, worauf der Rest durch Waschen mit Wasser entfernt wird. Der Oxidrückstand kann von den Pulverteilchen im noch feuchten Zustand oder nach dem Trocknen abgetrennt werden. Wenn die Oxide nicht magnetisch sind und das Stahlpulver magnetisch ist, kann letzteres naß oder trocken durch Magnetscheidung abgetrennt werden. Andererseits kann eine befriedigende Scheidung auch erzielt werden, während das Pulver gewaschen wird, da die Oxide, die eine verhältnismäßig niedrige Dichte und hohe spezifische Oberfläche besitzen, leichter durch das fließende Wasser fortgetragen werden als die schweren und kompakteren Stahlpulverteilchen, (n bestimmten Fällen ist es zweckmäßig, die Oxide mit einem Luftsichter abzutrennen, nachdem das Pulver getrocknet worden ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Pulverteilchen einer mechanischen Behandlung vor und/oder nach der Beizbehandlung unterzogen. Wenn die mechanische Behandlung vor der Beizbehandlung durchgeführt wird, bilden sich Risse in der Oxidhaut, die der Säurelösung das Eindringen in die Grenzfläche zwischen der Oxidhaut und dem Metallkern der Teilchen erleichtern, so daß sich die Oberflächenschicht leichter von den Teilchen ablösen läßt. Wenn das Pulver nach der Beizbehandlung der mechanischen Behandlung unterzogen wird, werden selbst jene Oxidreste entfernt, die von der Beizlösung nur teilweise abgelöst worden sind.

Für die Beizbehandlung können wäßrige Lösungen von anorganischen und/oder organischen Säuren benutzt werden. Schwefelsäure, Salzsäure und Salpetersäure in Konzentrationen von 5 bis 10 Gew.% oder Gemische derselben sind besonders geeignet. Als Beispiele organischer Säuren lassen sich Oxalsäure, Essigsäure und Ameisensäure erwähnen. Es ist vorteilhaft, die Säurebehandlung in einer Drehtrommel durchzuführen, die einen guten Kontakt zwischen allen Teilchen und der Säure zuläßt. Durch den Beizinhibitor wird die Auflösung nennenswerter Anteile der Metallteilchen verhindert.

Beispiel 1

Eine Stahlschmelze aus 2,28% Mn, 0,03% Si, 0.021 % S. 0.01 I % P, 0,02% Al, 0,42% C und Rest

Eisen wurde mit Wasser in einer mit Luft gefüllten Kammei zerstäubt. Während der Zerstäubung reagierten Luft und Wasserdampf mit den heißen Teilchen und bildeten auf diesen eine Oxidhaut. Das Pulver wurde in Wasser aufgefangen, so daß es sich rasch abkühlte. Dann wurde es getrocknet, und eine Probe (A) wurde entnommen. Sie hatte einen Sauerstoffgehalt von 1,58%. Dann wurde das Pulver durch eine Hammermühle geführt und mittels 5%iger Salzsäure mit 0,05% Beizinhibitor 5 Minuten lang bei 25° C behandelt, worauf die Säure abgegossen und das Pulver in ein senkrechtes zylindrisches Gefäß überführt wurde, das an der Oberseite einen Überlauf aufwies. Am Boden wurde Wasser eingepumpt, und ein Gemisch aus Wasser, Säure und festen Oxidteilchen floß am Überlauf über. Das gespülte Pulver wurde aufgefangen und getrocknet. Eine Probe dieses Pulvers (ß) in einer Menge von 80% der Menge des geschmolzenen Stahls hatte folgende Zusammenstzung: 1,64% Mn, 0,02% Si, 0,018% S, 0,010% P, 0,02% Al, 0,40% C, 0,63% O. Die Pulver A und B wurden bei 850° C 120 Minuten in Wasserstoffgas geglüht, worauf die schwach gesinterten Pulverkuchen zu einem Pulver einer maximalen Teilchengröße von 0,42 mm vermählen wurden. Nach dem Glühen hatte das Pulver A einen Sauerstoffgehalt von 0,97% und das Pulver B einen von 0,25%. Die geschmiedeten Prüfkörper wurden aufgeschnitten und die freigelegten Flächen geschliffen und mit Diamantpaste poliert. Der prozentuale Volumenanteil an Oxideinschlüssen wurde mikroskopisch auf der Schnittfläche bestimmt. Die Ergebnisse sind nachfolgend zusammengestellt.

	Probe A	Probe B
Dichte in g/cm¹	7,72	7,84
Kohlenstoffgehalt in %	0,15	0,13
Einschlüsse in Vol.-%	1,55	0,21

Es ist ersichtlich, daß es mit Hilfe des Verfahrens der Erfindung möglich ist, die Menge der Einschlüsse auf V₈ der Menge herabzusetzen, die man bei Benutzung üblicher Methoden erhält. Das auf diese Weise erhaltene Pulver hatte eine so geringe Einschlußmenge, daß es mit Vorteil für die Herstellung von sintergeschmiedeten Teilen verwendet werden konnte.

Beispiel 2

Eine Stahlschmelze aus 2,1 % Cr, 2,0% Al, 0,82 % Mn, 0,3 1 % Mo, 0,07 % Si, 0,30% S, 0,025 % P, 0,55 % C und Rest Fe wurde mit Wasserdampf zerstäubt. Während der Zerstäubung reagierte der Wasserdampf mit den heißen Stahlteilchen und bildete auf diesen eine Oxidhaut. Das Pulver wurde in Wasser aufgefangen, wo es rasch abkühlte. Dann wurde es getrocknet, und eine Probe (C) wurde entnommen. Diese hatte einen Sauerstoffgehalt von 1,38%. Dann wurde das Pulver durch einen Desintegrator gegeben, wobei in der Oxidhaut auf den Stahlteilchen Risse erzeugt wurden. Dann wurde es mit einer Lösung von HK) g/1 Oxalsäure und 0,05% Beizinhibitor in Wasser bei 50° C 4 Stunden lang behandelt. Die Säurelösung wurde abgegossen und das Pulver mit Wasser gewaschen und getrocknet. Dann wurde das Pulver wieder durch einen Desintegrator geschickt, so daß diejenigen Oxidreste, die sich während der Säurebehandlung nicht gelöst hatten, von den Stahlteilchen entfernt wurden. Die so abgelösten Oxidteilchen wurden von den S'ahlteilchen mittels Magnetscheidung abgetrennt. Das auf diese Weise erhaltene Pulver D hatte die folgende Zusammensetzung: 1,68% Cr, 1,05% Al, 0,59% Mn, 0,31% Mo, 0,04% Si, 0,025% S, 0,025% P, 0,54% C, 0,51% O. Die Pulver C und D wurden 15 Minuten lang unter Vakuum bei 950° C geglüht, worauf die schwach gesinterten Pulverkuchen zu einem Pulver einer maximalen Teilchengröße von 0,175 mm vermählen wurden. Nach dem Glühen hatte das Pulver C einen Sauerstoffgehalt von 1,08 und das Pulver D einen von 0,35%. Die Einschlußmenge wurde an den geschmiedeten Prüfkörpern wie in Beispiel 1 ermittelt. Die Ergebnisse finden sich in folgender Tabelle: „

Probe C Probe D

Dichte in g/cm¹ 7,70 7,81

Kohlenstoffgehalt in % 0,35 0,43

Einschlüsse in Vol.-% 1,97 0,45

Das Pulver war völlig befriedigend für die Herstellung von sintergeschmiedeten Teilen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung niedriglegierter Stahlpulver mit uindestens einem der Legierungselemente Mangan, Chrom, Vanadin, Titan, Bor, Silizium, Niob, Tantal, Beryllium und/oder Aluminium in einer Gesamtmenge bis zu 10 Gew.%, indem eine Stahlschmelze in oxidierender Umgebung in Pulverteilchen aus einem Metallkern und einer Oxidhaut zerstäubt wird, die Teilchen abgekühlt und unter Entfernung der Oxidhaut von dem Metallkern mit einer Beizlösung behandelt, gespült und getrocknet werden, dadurch ge ken η ze ich η et, daß das Pulver mit einer wäßrigen Säurelösung, die einen den Angriff der Säure auf den Metallkern vermindernden Beizinhibitor enthält, gebeizt und nach dem Trocknen zu einem praktisch oxidfreien Stahlpulver aus duktilen Teilchen geglüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver vor und/oder nach der Beizbehandlung mechanisch behandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen durch Magnetscheidung oder mit Hilfe eines Luftsichters von den Oxidhäuten getrennt werden.