DE2342051A1

DE2342051A1 - Verfahren zum sintern eines aus einem eisenhaltigen metallpulver bestehenden presslings

Info

Publication number: DE2342051A1
Application number: DE19732342051
Authority: DE
Inventors: Robert Lewis Conta
Original assignee: Gleason Works
Current assignee: Gleason Works
Priority date: 1972-09-05
Filing date: 1973-08-20
Publication date: 1974-05-09
Also published as: FR2197677A1; BE804426A; DE2342051C2; IT998333B; JPS4986205A; JPS5717041B2; US3779747A; FR2197677B1; CH586086A5; AU5862273A; CA1006717A; BR7306517D0; AU470373B2; SE396563B; GB1407557A; ZA734867B

Description

THE GLEASON WORKS ROCHESTER, NEW YORK 14603 1000 UNIVERSITY AVENUE V. ST. A.

Verfahren zum Sintern eines aus einem eisenhaltigen Metallpulver bestehenden Presslings.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Sintern eines aus einem eisenhaltigen Metallpulver bestehenden Presslings. Insbesondere auf ein Verfahren dieser Art, bei welchem der gesinterte Pressling anschließend unter Erhöhung seiner Dichte seine endgültige Formgestaltung erfährt, z.B. als Kegel- oder Stirnrad hoher Festigkeit.

Um aus dem eisenhaltigen Metallpulver in kaltem Zustande den anschließend zu sinternden Pressling von ausreichend guter Haltbarkeit herzustellen, sind verschiedene Verfahren bekannt. Dieser Pressling muß die Behandlung beim Erwärmen und Sintern vor seiner endgültigen Formgestaltung, z.B. durch Schmiede-

0"9 819/0644

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

pressen, gut aushalten können. Bei einem bewährten Verfahren wird eine genau abgemessene Menge des Metallpulvers durch isostatisches Pressen oder durch Pressen mittels eines Gesenkes so verdichtet, daß der Pressling eine ausreichende Dichte und Haltbarkeit aufweist und die gewünschte anfängliche Gestalt erhält. Dieser Pressling wird dann einer Wärmebehandlung und Formgebung unterworfen, um Schmierstoffe oder Bindemittel auszutreiben, um die Pulverteilchen zusammenzubacken und um dem Pressling unter Erhöhung seiner Dichte die Gestalt des endgültigen Werkstücks zu geben.

Bekanntlich kann man die Temperatur von Metallpulverpresslingen auf eine Höhe steigern, bei der die Pulverteilchen zu einer homogenen Masse zusammenbacken, ohne dabei tatsächlich zu schmelzen. Man nennt das auch "diffusion bonding". Gewöhnlich beträgt diese Temperatur etwa 1120° C. Durchführen läßt sich dieses Verfahren mit einer bekannten Sinteranlage. Kürzlich hat man nun erkannt, daß bei Verwendung etwas höherer Temperaturen zum Bewirken des Zusammenbackens der Pulverteilchen zu einer homogenen Masse gleichzeitig eine Deoxydierung des Presslings erreicht werden kann.

Wenn nachstehend von "sintern" oder "Sintertemperaturen" die Rede ist, dann sind dieses Verfahren und diese Temperaturen gemeint.

Verschiedene Verfahren und Einrichtungen hat man bei Versuchen verwendet, Presslinge aus Metallpulver erfolgreich derart zu sintern, daß man sie danach in einem Gesenk der endgültigen Formgestaltung unterwerfen kann, bei der inre Dichte auf fast hundert Prozent der theoretischen Dichte steigt und der Pressling die Gestalt des endgültigen Werkstücks erhält. Das Sintern vor der endgültigen Formgestaltung erforderte bei den bekannten Verfahren einen erheblichen Auf-

409819/0644

wand an Zeit und Energie, um den Pressling auf die Sintertemperatur zu erwärmen und ihn in denjenigen Zustand zu überführen, in dem er die endgültige Formgestaltung erfahren kann. Aus diesem Grunde ließen die bekannten Verfahren an Wirtschaftlichkeit zu wünschen übrig. Bei einem solchen Verfahren, bei dem der Pressling durch Wärmestrahlung in einem Ofen auf die Sintertemperatur von etwa 1120 C erwärmt wird, dauert dieser Vorgang etwa zwanzig Minuten. Erst dann war das Metallpulver des Pressling deoxydiert und gesintert.

Bei einem andern bekannten Verfahren (FR-PS 2 050 096) wird eine Mischung von Stahlspänen und Eisenpulver durch elektrische Induktion erwärmt. Auch ist es bekannt, aus Metallpulver bestehende Teile vor dem endgültigen Sintern durch elektrische Induktion einer Behandlung zum Vorsintern zu unterwerfen, vergleiche US-PS 3 708 645. Auch ist es bekannt, ein Werkstück bei einer unter der Sinterhöhe liegenden Temperatur durch und durch zu erhitzen (also nicht nur an der Oberfläche}, um vor der Erwärmung durch Induktion Schmiermittel abzubrennen. Soweit diesseits bekannt, hat man bisher die Erwärmung durch Induktion in wirtschaftlich erfolgreicher Weise noch nicht zu dem Zweck verwendet, einen aus eisenhaltigem Metallpulver bestehenden Pressling zu erwärmen und zu sintern, um auf diesem Wege Werkstücke, wie Zahnräder, von hoher Festigkeit zu fertigen. Grade Induktionsbeheizung kommt darum für die Wärmebehandlung eines Presslings aus eisenhaltigem Metallpulver besonders in Betracht, weil sie die Möglichkeit bietet, dem Pressling eine genau gesteuerte erhebliche Energiemenge zum Erhöhen seiner Temperatur in kurzer Zeit zuzuführen. Es hat sich nun aber herausgestellt, daß sich dabei Schwierigkeiten ergeben, wenn man ein Hochfrequenzfeld im unteren Frequenzbereich von beispielsweise drei KHz verwendet, also eine Frequenz, die häufig zur Ver-

409819/0644

fügung steht. 3ringt man nämlich den Pressling aus eisenhaltigen Metallpulver in dieses Induktionsfeld, dann setzt der Temperaturanstieg mit einer erheblichen Verzögerung ein, die mitunter mehrere Minuten beträgt und von der Größe und Dichte des Presslings abhängt. Diese Verzögerung verteuert den für die Induktionsbeheizung erforderlichen Energieaufwand. Die Gründe für diese Verzögerung des Temperaturanstieges sind nicht genau bekannt. Jedenfalls nimmt der Pressling zunächst nur schlecht die Heizenergie auf und erwärmt sich darum im Induktionsfeld anfänglich nur langsam. Welche Gründe diese Verzögerung auch immer haben mag, so ist es jedenfalls festgestellt worden, daß diese Verzögerung des Temperaturanstieges Dei isostatisch verdichteten Presslingen langer währt als oei Presslingen, die in einer Gesenkpresse verdichtet sind. Daraus ergibt sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe: das Verfahren zum Sintern des Presslings, der aus einem eisenhaltigen Metallpulver besteht, soll so ausgestaltet werden, daß diese Verzögerung bei Beginn der induktiven Aufheizung auf Sintertemperatur erheblich verringert wird.

Erf indungsgernäß ist diese Aufgabe nun dadurch gelöst, daß zunächst der Pressling nur auf seiner Außenfläche bis auf eine Temperatur erwärmt wird, die niedriger ist als die Sintertemperatur, aber mindestens 150 ° C beträgt, und daß erst danach der Pressling dem Induktionsfeld ausgesetzt wird, das die Temperatur des Presslings schnell bis auf eine Höhe steigert, bei oer der Pressling gesintert werden kann.

Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt besteht darin, daß bei dem Verfahren Zeit und elektrische Energie gespart werden.

Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß die Ver-

4098 19/0644

zögerung des Temperaturanstieges nach Einbringen des Metal 1 pul verpressl ings in das Induktionsfeld dadurch wesentlich verringert oder ganz beseitigt werden kann, daß man nur die Außenfläche des Presslings bis auf eine Temperatur vorerwärmt, bei welcher der Pressling einen nicht mehr rückgängig zu machenden Wandel seiner Eigenschaften mit Bezug auf sein Ansprechen auf das Induktionsfeld erfährt. Worin dieser Wandel besteht, ob es sich dabei um mechanische oder chemische Vorgänge handelt, ist nicht bekannt.

Die Vorerwärmung läßt sich in kürzester Zeit in einem Ofen durchführen, in welchem der Pressling durch Wärmestrahlung nur auf seiner Oberfläche erwärmt wird, bevor man ihn induktiv erwärmt. Bei dieser Vorerwärmung steigt die Oberflächentemperatur des Presslings auf über 150° C, vorzugsweise aber auf etwa 200° C. Dadurch wird die Verzögerung fast ganz vermieden. Je niedriger die Temperatur der Oberflächenerwärmung ist, um so langer muß die Vorerwärmung durchgeführt werden. In Anwendung auf einen Pressling mit einem Gewicht von 295 Gramm hat sich eine Ausgestaltung des Verfahrens bewährt, bei der die Oberflächentemperatur in höchstens einer Minute auf 205° C erwärmt wird. Danach bringt man den Pressling entweder unverzüglich in das Induktionsfeld, um ihn zu sintern, oder man kann ihn auch abkühlen lassen und für spätere Weiterverarbeitung auf Lager halten. Später kann er dann ohne weitere Vorerwärmung in einem Induktionsfeld auf Sintertemperatur erwärmt werden. Denn die durch die Vorerwärmung erzeugte Eigenschaft des Presslings, auf ein Induktionsfeld mit sofortigem Temperaturanstieg anzusprechen, geht nicht wieder verloren. Der durch die Vorerwärmung erzielte Wandel der Eigenschaften des Presslings ist also nicht umkehrbar.

ßei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens setzt

409819/0644

sich dieses aus den folgenden Verfahrensschritten zusammen:

(a) Die Oberfläche des aus einem eisenhaltigen Metallpulver bestenenden Presslings wird zunächst bis auf mindestens 150° vorsrwärmt, vorzugsweise auf 200° C;

(d) dann wird der Pressling in das Induktionsfeld gebracht, das seine Temperatur schnell bis auf die Sintertemperatur steigert, die bei einem eisenhaltigen Metallpulver 980 ois 1370° beträgt;

(c) diese Sintertemperatur wird so lange aufrechterhalten, daß der Pressling deoxydiert wird und die Pul verteile "hen zusammenbacken;

(d) dann läßt man den Pressling sich bis auf 900 bis 1040° abkühlen und gibt ihm dann unverzüglich seine endgültige Gestalt als fertiges Werkstück.

Den Verfahrensschritt (d) kann man fortlassen, sofern der Pressling nach dem Sintern bereits seine endgültige Gestalt aufwäst.

Wenngleich in dieser Beschreibung des Verfahrens die Bedeutung des Vorerwärmens des Metallpulverpresslings für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens betont wird, bei welchem Induktionsbeheizung als Mittel verwendet wird, um die zum Aufheizen und Sintern erforderliche Zeit zu verringern, so muß doch erwähnt werden, daß andere veränderliche Umstände die Verzögerung des Temperaturanstieges beeinf 1 ußen, den der Pulverpressling in einem Induktionsfeld erfährt. So ist z.B. festgestellt worden, daß mit zunehmender Uicnte des Presslings diese Verzögerungszeit sinkt. Danach empfiehlt sich die Verwendung von P "tsslingen

4098 19/0644

größerer Dichte im Gesamtverfahren. Auch ist festgestellt worden, daß die Verzögerungszeit abnimmt, wenn die Stärke des Induktionsfeldes und dessen Frequenz zunehmen. In dem gesamten Verfahren zum Erwärmen und Sintern der Metallpulverpresslinge müssen also diese zusätzlichen veränderlichen Größen in Betracht gezogen werden. Sie lassen sich mit den Vorteilen vereinigen, die man durch die erfindungsgemäße oberflächliche Vorerwärmung des Presslings erreicht.

Nachstehend sei eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im einzelnen mit ßezug auf die Zeichnungen erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des ununterbrocnenen Verfahrens, mit dessen Hilfe ein Pressling aus einem eisenhaltigen Metallpulver hergestellt und erfindungsgemäß behandelt wird, um schließlich in einem Formvorgang seine endgültige Gestalt zu erhalten,

Fig. 2 den Temperaturverlauf bei den verschiedenen Stufen des Erwärmens und Sinterns im Verlaufe des Verfahrens nach Anspruch 1,

Fig. 3 Kurven, welche zeigen, wie die Verzögerungszeit abnimmt, wenn die Oberfläche des Presslings verschieden lange vorerwärmt wird,

Fig. 4 Kurven, welche zeigen, welche Einflüsse auf die Verzögerungszeit die Dauer und Temperatur des Vorerwärmens hat, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Temperatur- Zeit-Bereiches der Dauer und Temperatur des Vorwärmens, in

4098 19/0644

welchem die Verzögerung des Temperaturanstieges eines 295 Gramm schweren Presslings fast ganz verhindert wird.

Das Verfahren, auf das sich die Fig. 1 und 2 beziehen, hat sicn besonders zur Herstellung von Zahnrädern hoher Festigkeit uewährt. Diese Zahnräder sind denen gleichwertig, wenn nicnt gar überlegen, die in der heute üblichen Weise durch spanabhebende Bearbeitung gefertigt werden. Es kann sich dabei um verschiedene Kegelräder, Stirnräder oder andere Zahnräder handeln.

An der Stelle I der Fig. 1 wird bei Zimmertemperatur eisennaltiges Metallpulver zu einem Pressling soweit verdichtet, daß dieser die nachfolgende Behandlung beim Sintern und Formgestalten aushält. Darauf, wie diese Verdichtung erfolgt, kommt es für die vorliegende Erfindung nicht an; doch kann die Verdichtung isostatisch oder mechanism durchgeführt werden, und zwar bis zu einer Dichte von etwa 70 bis 90 % der theoretischen höchsten Dichte des Werkstoffs. Man wählt für das Verfahren ein Metallpulver aus, das genug Kohlenstoff enthält, um mit dem Eisen einen Konienstoffstahl der gewünscnten Zusammensetzung zu bilden. Gegebenenfalls kann man hier zu dem Eisenpulver Kohlenstoff zusetzen. Bewährt hat sich z.B. ein im Handel erhäl ti iciies Eisenpulver, das einen Eisengenalt von etwa 98 Gewichtsprozent nat, ausgeglüht ist und durch Hasser pulverisiert worden ist. Diesem Pulver werden 0,20 bis 0,60 Gewichtsprozent Graphit beigemischt. Diese Mischung wird an der Stelle I isostatisch verdichtet, und zwar bis auf eine Dichte von etwa 75 bis 90% der theoretischen Höchstdichte, Bei isostatischer Verdichtung braucht man dem Pulver kein Schmiermittel oder Bindemittel beizufügen. Darum erübrigt sich auch nachstehend ein Verfahrensschritt, bei dem ein solches Schmier- oder Bindemittel entfernt werden müßte, wie es bei manchen anderen Verdichtungs-

40931 9/Ü644

verfahren der Fall ist.

Nach dem Verdichten wandert der Pressling durch die Stellen II bis V, wo er eine ununterbrochene Wärmebehandlung erfährt. Danach gelangen die einander folgenden Presslinge in eine Schmiedepresse VI, wo sie ihre endgültige Gestalt ernalten. Der Förderung der Presslinge durch die Stellen I bis VI erfolgt durch entsprechende Fördermittel. Das ununterbrochene Verfahren gemäß Fig. 1 läßt sich in einem Zeitraum von etwa 6 bis 10 Minuten (für verhältnismäßig kleine Zahnräder) ausführen, gerechnet vom Zeitpunkt der anfänglichen Verdichtung bis zur Herstellung der endgültigen Gestalt an der Stelle VI.

Beim Durchlaufen der Stellen II bis V befinden sich die Presslinge ununterbrochen in einem Schutzgas» z.B. in einer reduzierenden Atmosphäre. An der Stelle ΪΠ befindet sich der Induktionsofen, in welchem jeder Pressling durch erhebliche Energiezufuhr in sehr kurzer Zeit auf die Sintertemperatur von mindestens 980° C erwärmt wird. Mangels besonderer Vorkehrungen würde sich aber dieser Anstieg der Temperatur des aus einem Eisenpulver bestehenden Presslings erheblich verzögern, besonders, wenn es sich um ein Hochfrequenzfeld im unteren Frequenzbereich handelt. Diese Verzögerung würde zu einem erheblichen Kosten- und Energie-Aufwand führen, weil dadurch das schnelle Erreichen der Sintertemperatur des Presslings unmöglich gemacht würde. Diese Verzögerung des Temperaturanstiegs wird nun dadurch verringert oder ganz verhindert, daß jeder Pressling vor Einlauf in den Induktionsofen III in einem vorgeschalteten Ofen II an seiner Oberfläche vorerwärmt wird. Es geschieht dies beim beschriebenen Ausführungsbeispiel durch Wärmestrahlung. Diese steigert die Oberflächentemperatur des Presslings auf mindestens 150° C, jedoch auf eine Temperatur, die unter der Sintertemperatur liegt, die erst im Induktionsofen III erreicht wird. Dadurch,

409819/0644

234205

- ίο -

daß an der Stelle II nur die Oberflächentemperatur des Presslings gesteigert wird, genügt eine sehr kurze Vorerwärmung an der Stelle II. Der dadurch bewirkte Wandel der Eigenschaften des Presslings ist nicht umkehrbar. Er hat zur Folge, daß der Pressling ohne Verzögerung mit einem schnellen Temperaturanstieg auf das Induktionsfeld im Ofen III anspricht, auch wenn dessen Hochfrequenz verhältnismäßig niedrig ist, mindestens 1 KHz. Daß an der Stelle II nur die Oberfläche des Presslings vorerwärmt wird, hat auch den Vorteil, daß Wärmespannungen vermieden werden, die anderenfalls dazu führen könnten, daß der Pressling bei der nachfolgenden Wärme- und Sinterbehandlung zerbröckelt. Zwar kann die Vorerwärmung in einem weiten Temperaturbereich er-fölgen, wobei die Dauer der Vorerwärmung mit zunehmender Temperatur sinkt; doch wird die Oberfläche des Presslings vorzugsweise bis auf mindestens 204 C vorerwärmt, um zu erreichen, daß die Vorerwärmung in kürzester Zeit bei niedrigen Kosten durchführbar ist.

Wiegt der Pressling aus Metallpulver beispielsweise 295 Gramm, dann kann es sich bei dem Ofen II um einen elektrischen Widerstandofen handeln, dessen Uandjngstemperatur etwa 900° C beträgt. Der Abstand cies Presslings von dieser Wandung beträgt ungefähr 3,2 mm. Fig. 3 veranschaulicht ein Versuchsergebnis mit diesem öfen. Bei diesem Versuch wurden verschiedene Serien von Presslingen verschieden lange vorerwärmt, nämlich 0,5 Hinuten, 1 Minute und 1,5 Minuten. Danach gelangten sie unverzüglich in den Induktionsofen III, der mit einer Frequenz von 3 KHz betrieben wurde. Fig. 3 zeigt nunj in welchem ;1aße bei den drei Serien die Verzögerung des Temperaturanstieges im Induktionsfeld verkürzt wurde. Dabei wurden Feldstärken von 0,25, 0,50 und 0,75 KW/Cm² eingeschaltet. Auch wurden Press-

409819/0

23A2051

linge induktiv erwärmt, die nicht durch eine Vorerwärmung behandelt waren. Das Ergebnis zeigt Fig. 3. Sie läßt erkennen, in welchem i-laße sich die Verzögerung des Temperaturanstieges im Induktionsfeld verringert, je nach Dauer und Stärke der Vorerwärmung und der Induktionsbeheizung. Man erkennt, daß sich die Verzögerung um so mehr verringert, je länger die Vorerwärmung wehrt und je stärker das Induktionsfeld ist. Nach seiner Vorerwärmung kann der Pressling unmittelbar in den Induktionsofen III gefördert werden, wo er in das Induktionsfeld gelangt und infolgedessen einen Temperaturanstieg bis auf die Höhe der Sintertemperatur erfährt. Zwar läßt sich das Sintern bei etwa 980° C ausführen; doch ist es bei manchen Verfahren vorzuziehen, daß die Temperatur höher,der Größenordnung nach auf 1300° C, bemessen wird, um eine vollständige deoxydierende Reaktion des Werkstoffs sicherzustellen. Dadurch wird mindestens 80°/_o des in der Pulvermischung insgesamt in gebundener Form enthaltenen Sauerstoffs entfernt. Die gewünschte deoxydierende Reaktion und das Zusammenbacken 1er Pulverteilchen kann man dadurch erreichen, daß man iie 'Si η tertemperatur für etwa 2 bis 5 Minuten aufrechterhält, nachdem der Te^psratf. u- · stieg bis zu dieser Temperatur geführt hat. Zu diesem Zweck kann man den Pressling im Induktionsofen III belassen. Vorzuziehen ist es aber, daß man ihn in einen besonderen Ofen IV weiterfördert, wo er durch Wärmestrahlung oder eine andere Beheizung auf der Sintertemperatur gehalten wird. Wärmestrahlen zu verwenden, um die Sintertemperatur aufrechtzuerhalten, ist vorzuziehen. Denn wenn man für den gleichen Zweck Induktionsbeheizung verwendet, also die Induktionsspule für längere Zeit einschaltet, dann muß man die Induktionsspule kühlen, und das führt zu unnötigen und unerwünschten Wärmeverlusten in der Anlage. Darum ist es besser, Induktionsbeheizung nur zu dem Zweck einzusetzen,

409819/0644

den Pressling schnell bis auf die Sintertemperatur zu erwärmen und dann zum Aufrechterhalten dieser Temperatur für eine genügend lanqe Zeitdauer Wärmestrahlung oder eine andere Art der Beheizung zu verwenden, bis alle erforderlichen Sinterreaktionen stattgefunden haben. Das Sintern wird bei einer Temperatur durchgeführt, die unter dem Schmelzpunkt des Presslings liegt und vorzugsweise weniger als 1370° C beträgt.

Nach dem Sintern erfährt der Pressling seine endgültige Gestaltgebung. Bevor das geschehen kann, muß seine Temperatur aber eingestellt werden, weil die Sintertemperatur dafür zu hoch ist. Die Formgebung erfolgt am besten bei einer Temperatur von 900 bis 1040°, und deshalb muß der Pressling durch und durch abgekühlt werden. Da seine Außenfläche schneller kühlt als das Innere, muß man die Außenfläche bis unter die für die Formgebung erforderliche Temperatut/kühlen und dann den Pressling von außen wieder bis auf die gewünschte Temperatur aufheizen. Das Abkühlen und anschließende Wiedererwärmen des Presslings dient also dem Einstellen der Temperatur auf die für die Formgebung erwünschte Höhe. Es geschieht dies an.der Stelle V, Fig. 1, durch die der Pressling hindurchgeht. Ist seine Temperatur auf etwa 900 bis 1040° eingestellt, dann wan- <fert der Pressling sofort in eine Gesenkpresse. Dort erfährt er seine endgültige Formgebung, wobei seine Dichte auf etwa 100% der theoretischen Dichte des Werkstoffs steigt.

In den Figuren 3 bis 5 sind graphisch die Wärmebehandlungen dargestellt, die der aus einem eisenhaltigen Metallpulver isostatisch verdichtete Pressling mit einer Dichte von 6,3 Gramm/cnr erfährt. Dieser Pressling wiegt 295 Gramm. Bei

409819/0644

den den Figuren 3 bis 5 zugrundeliegenden Versuchen handelte es sich bei dem Werkstoff um in Wasser versprühtes Eisenpulver, das im Handel unter der Bezeichnung A. 0. Smith-Inland 4600 powder erhältlich ist und dem 0,35 % Graphit zugesetzt wurden. In der Tabelle I sind nachstehend die Eigenschaften dieses Pulvers angegeben:

TABELLE I
A. Chemische Zusammensetzung:

C	0,01%
Mn	0,16%
P	0,009%
Si	0,02%
S	0,16%
°2	0,10%
Ni	1,36%
Mo	0,50%
Fe	Rest

B. Sieb-Analyse:

Untereinander wurden sechs Siebe mit

32, 40, 60, 80, 100 und 130

Maschen je cm angeordnet. Auf diesen Sieben blieben

2,1%, 17,4%, 23,7%, 7,2%, 20,8% und 28,8% des Pulvers zurück.

Die aus diesem Pulver hergestellten Presslinge wurden an der Oberfläche auf 90 bis 540° C erwärmt, wobei die Dauer der Wärmeeinwirkung zwischen einer Minute und zwanzig Minuten schwankte. Welche Erfolge diese Vorerwärmung hatte, ergibt

409819/0644

- ₁₄ - 234205!

sich aus Fig. 4. In dieser zeigt die Kurve 10 an, welche Verzögerungszeiten sich ergeben» wenn die Vorerwärmung auf 93° C 1,5,10, 15 oder 20 Minuten andauert- In entsprechender Weise ergeben die Kurven 12, H, 16, 18, 20 und 22 in Fig. 4 die mittleren Verzögerungszeiten, die sich durch eine Vorerwärmung des Presslings auf höhere Temperaturen erzielen lassen, wenn diese Vorerwärmung die auf der Apsisenachse angegebenen Minuten andauert. Wie man sieht, sinkt die Verzögerungszeit mit zunehmender Vorwärmtemperatur. Eine praktisch brauchbare Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich, wenn der Pressling auf etwa 150° vorerwärmt wird, wenngleich Vorwärmtemperaturen im Bereich von 200 bis 260° C zu wesentlich kürzeren Verzögerungen führen. Bestimmt wird die Verzögerungszeit dadurch, daß der vorerwärmte Pressling unverzüglich und schnell in ein Induktionsfeld gebracht wurde, das mit einer elektrischen Leistung

von 0,50 KW/cm erzeugt wurde. Dabei galt als Ende der Verzögerungszeit der Augenblick, in welchem der Leistungsfaktor, also die Phasenverschiebung Cos.^zwischen der Netzspannung und dem Induktionsstrom, sich um 2% geändert hatte.

Fig. 5 gibt den Temperatur-Zeit-Bereich wieder, in welchem die Verzögerung Dei der Induktionsbeheizung des 295 Gramm schweren Presslings ganz verschwindet. Liegen die Zeitdauer und die Temperatur der Vorerwärmung in diesem Bereich, dann ergibt sich eine Oberflächentemperatur des Presslings von etwa 200° C. In diesem Bereich ist die Verzögerungsdauer bei der Induktionsbeheizung fast gleich Null, und zwar bei Induktionsstärken mit einer Leistungsdichte von 0, 25, 0,50 und 0,75 KW/cm².

Es wurden noch weitere Versuche mit Presslingen angestellt, bei denen sich die Presslinge nach der Vorerwärmung bis auf

409819/0644

Zimmertemperatur abkühlten. Bringt man diese abgekühlten Presslinge in das Induktionsfeld ein, dann erfolgt der Temperaturanstieg genauso verzögerungsfrei, wie wenn der Pressling nach der Vorerwärmung unverzüglich in das Induktionsfeld gebracht worden wäre. Dies rechtfertigt den Schluß, daß der durch die Vorerwärmung erzielte Wandel in den Eigenschaften des Presslinges nicht umkehrbar ist. Es besteht also die Möglichkeit, die vorerwärmten Presslinge auf Lager zu halten und später erst durch Induktionserwärmung zu sintern.

Zwar beziehen sich die zahlenmäßig im einzelnen erläuterten Beispiele auf Presslinge aus einem ganz bestimmten eisenhaltigen Pulver; doch ist die Erfindung auch auf die Verarbeitung anderer eisenhaltiger Pulverzusammensetzungen anwendbar, wenngleich sich dann einige der oben angegebenen Parameter ändern mögen.

409819/0644

Claims

ANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Sintern eines aus einem eisenhaltigen Metallpulver bestehenden Presslings durch Erwärmen mittels elektrischer Induktion, dadurch gekennzeichnet, daß zuvor der Pressling nur auf seiner Aussenfläche bis auf eine Temperatur erwärmt wird, die niedriger ist als die Sintertemperatur, aber mindestens 150° C beträgt, und daß erst danach der Pressling dem Induktionsfeld ausgesetzt wird, das die Temperatur des Presslings schnell bis auf eine Höhe steigert, bei der der Pressling gesintert werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorerwärmung bei einer Temperaturhöhe erfolgt, durch welche die Temperatur des Werkstoffs des Presslings auf mindestens 200° C angehoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerwärmung in einer Heizzone auf eine Temperatur von etwa 650 bis 1100° C für eine Zeitdauer durchgeführt wird, die mindestens 30 Sekunden beträgt und von der Größe des Presslings abhängt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Werkstoffs des Presslings in dem Induktionsfeld auf den Bereich zwischen 1120° und 1315° C gesteigert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktionsfeld eine Stromfrequenz von mindestens 1 KHz aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erwärmen des Presslings im In-

4098 1 9/0644

duktionsfeld die Temperatur des Presslings auf mindestens 980° C so lange aufrechterhalten wird, bis der Sintervorgang beendet ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Werkstoffs des Presslings im Induktionsfeld auf etwa 1290° gesteigert und danach so lange auf dieser Höhe gehalten wird, bis das Sintern erfolgt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur nach dem Sintern auf eine geringere Höhe eingestellt wird, die sich für einen Formgebungsvorgang eignet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorerwärmten Presslinge für die spätere Induktionsbehandlung gespeichert werden, wobei sie sich abkühlen.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Induktionsbehandlung unmittelbar an die Vorerwärmung in einem ununterbrochenen Verfahren anschließt, dessen letzter Schritt eine Formgestaltung des gesinterten Presslings im erwärmten Zustande ist.

11. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerwärmung auf eine so kurze Zeit beschränkt wird, daß dabei die Temperatur auf mindestens 92° nur an der Außenfläche des Presslings steigt.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sintertemperatur so lange aufrechterhalten wird, bis der Werkstoff deoxydiert ist und die Pulverteilchen

40981 9/0644

zusammengebacken sind und der anschließende Formgebungsvorgang nach dem erforderlichen Absenken der Temperatur in einem Gesenk durchgeführt wird und die Dichte des Werkstoffs erhöht und das Werkstück in seine endgültige Gestalt bringt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktionsfeld die Temperatur des Presslings auf über 980° C, vorzugsweise auf 1290 bis 1370° C steigert.

14. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufrechterhalten der Temperatur auf über 980° C nach der Induktionserwärmung durch Wärmestrahlung erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Absenken der Temperatur vor dem Formgebungsvorgang bis auf 900 bis 1040 ° C erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Pressling nach dem Sintern mindestens teilweise so weit abgekühlt wird, daß er für den Formgebungsvorgang erst wieder durch und durch erwärmt werden muß.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Induktionsbeheizung erreichte und danach bis zur Beendigung des Sinterns aufrechterhaltene Temperatur etwa 1250 bis 1315° beträgt, daß das anschließende Absenken der Temperatur bis auf etwa 1160° erfolgt und daß die Formgebung stattfindet, bevor der Werkstoff wieder oxydiert.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen des Presslings und das Sintern in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden

409819/0644

Leerseite