DE2360914A1

DE2360914A1 - Verfahren zur herstellung von vorformen aus metallpulvern

Info

Publication number: DE2360914A1
Application number: DE2360914A
Authority: DE
Inventors: Hung-Chi Chao; Robert Raymond Judd; Roger Lee Rueckl; Charles Krumbach Russel
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1972-12-06
Filing date: 1973-12-06
Publication date: 1974-06-12
Also published as: CA996784A; NL7316613A; AU6310973A; BR7309488D0; BE808330A; US3811878A; AU473844B2; IT999914B; FR2209627A1; FR2209627B1; DE2360914C2; ES421170A1; GB1415015A

Description

DIPL.-ING. A. GRÜNECKER eooo MÖNCHEN 22

DR.-I NG. H. KINKELDEY " ^"^'ΨΨιΨγΓΓΓ/^ op oo r,-

DR.-ING. W. STOCKMAIR, Ae. E. ,cAUF.iNsr ορτε_Μ^.-_λλ - „ . _T, ■ .. ,...".

- Te-.ex 05-2uo30

PATENTANWÄLTE

P 7535 .' ■ .. 5· Dezember 1973

USS ENGINEERS AlTD CONSULTAIJTi, INC, 600 Grant Street, Pittsburgh,' Pennsylvania / USA

Verfahren zur Herstellung von Vorformen aus Metallpulvern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von* Vorförmen mit befriedigender Grünfestigkeit für die Weiterverarbeitung aus Metallpulvern. Dabei bezieht sich die Erfindung zum einen auf gesinterte Vorförmen und zum anderen auf lediglich gebrannte Vorformen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, mit dessen Hilfe der-

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artige Vorformen aus wirtschaftlich vorteilhaften feinzerteilten Metallpulvern herstellbar sind.

Es gibt eine Vielzahl verschiedener Verfahren, mit deren Hilfe Metallpulver erzeugt werden, welche bei der Herstellung von pulvermetallurgisch erzeugten Gegenständen verwendet werden. Diese Verfahren enthalten beispielsweise elektrolytische Gewinnungsverfahren, Erzreduktions— verfahren sowie Verfahren, mit deren Hilfe die Teilchen mittels Wasser oder Gas fein zerteilt bzw. atomisiert v/erden. Insbesondere bei der Herstellung von eisenhalteigen Metallpulvern hat sich das letztgenannte Verfahren in jüngerer Zeit immer mehr durchgesetzt, da dieses Verfahren im allgemeinen wirtschaftlich ist und Teilchen liefert, die wegen ihrer Gestalt und Dichte zu pulvermetallurgisch erzeugten Gegenständen führen, welche hervorragende physikalische Eigenschaften aufweisen. In der US-PS 3 325 277 ist ein in der Industrie verwendetes Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe feinzerteilte Teilchen unter Anwendung von Wasser erzeugt werden. Um ein zur weiteren Verdichtung geeignetes Pulver zu erzielen,muß das feinzerteilte Pulver zunächst in einer reduzierenden Atmosphäre geglüht werden, um die Pulver zu erweichen und ihre oxydische Oberfläche zu reduzieren. Diese Glühbehandlung hat jedoch den Nachteil, daß sich die Teilchen kuchenartig agglomerieren, was einen zusätzlichen Schleifvorgang erforderlich macht, um den Kuchen aufzubrechen und die Teilchen mit der gewünschten Teilchen^ '_■■ größe und Korngrößenverteilung zu erzielen, wie solche für das weitere Verdichten vonnöten sind.

Bei den herkömmlichen Verfahren werden diese Pulver sodann

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unter Druck verdichtet und auf erhöhte Temperaturen er- ' hitzt, um das angestrebte pulvermetallurgische Erzeugnis . zu gewinnen. Nach einer moderneren Arbeitsweise werden die Teilchen zunächst in gleicher Weise unter Druck verdichtet und dann auf erhöhte Temperaturen erhitzt, um ' . eine Vorform zu-erzeugen, die dann zur Herstellung -des Endproduktes dient.

Der Erfindung-liegt somrt die Aufgabe zugrunde», ein-Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe qualitativ hervorragende Vorformen aus Metallpulvern aus wirtschaftlich besonders interessanten Metallen, wie Metallpulvern, erzeugbar sind.

Hinsichtlich der Herstellung der eingangs genannten gesinterten Vorformen wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß feinzerteilte Metallteilchen und feinzerteilter Rohrzucker zu gleichmäßiger Verteilung vermischt werden, wobei in der.'wMischung eine zur Aufkohlung der Metallteilchen um mehr als 0,04- % ausreichende Menge an Rohrzucker enthalten ist_r und daß eine geeignete Form mit der Mischung-gefüllt und die gefüllte Form unter Schutzgasatmosphäre ..ausreichend lange auf eine zur Aufkohlung und Sinterung der Metallteilchen hinreichende Temperatru erhitzt wird.

Bei der Herstellung dieser gesinterten Vorformen hat es sich außerdem als zweckmäßig erwiesen, daß feinzerteilte eisenhaltige Teilchen mit einem Gehalt an durch Kohlenstoff reduzierbaren Sauerstoff von mehr als 200 ppm und feinzerteilter Rohrzucker zu gleichmäßiger Verteilung vermisoht werden, wobei in'der Mischung wenigstens eine Menge an Rohrzucker

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enthalten ist, die zur Reduzierung des Sauerstoffgehaltes auf weniger als 200 ppm ausreicht, und daß eine geeignete Form mit der Mischung gefüllt und die gefüllte Form über einen zur Sinterung der Teilchen ausreichenden Zeitraum auf eine zwischen 649 und 1316° C liegende Temperatur erhitzt wird.

Zur Erzielung der eingangs genannten gdorannten Vorformen wird vorgeschlagen, daß feinzerteilte Metallteilchen mit Rohrzucker in einer Menge von wenigstens 1,5 Gew.~% zu gleichmäßiger Verteilung miteinander vermischt werden, daß eine geeignete Form mit der Mischung gefüllt und die gefüllte Form auf eine Temperatur erhitzt wird, die wenigstens 177 C beträgt,jedoch unterhalb der Sintertemperatur für die Metallteilchen liegt, wobei die Erhitzung über'wenigstens einen solchen Zeitraum erfolgt, der zum Erweichen des Rohrzuckers ausreicht. .

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Flußdiagramm des herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung von Vorformen aus Metallpulvern und

Fig. 2 ein Flußdiagramm der wichtigsten Ausführungsformen der Erfindung zur Herstellung von Vorformen aus Metallpulvern.

Es ist nun gefunden worden, daß sich feinstzerteiltes Pulver direkt verwenden läßt, falls das Pulver vorher mit Sucrose (Rohrzucker) vermischt worden ist, wobei der Rohrzucker a) zum

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Reduzieren der oxydierten Pulveroberfläche dient, b) als Kohlungsmittel dient, mit dessen Hilfe der angestrebte Kohlenstoffgehalt in der Metallpulver-Vorform erzielbar ist, und bei einer weiteren Ausführungsform c) nach Erhitzung auf niedrige Temperaturen als Bindemittel dient, mit dessen Hilfe eine grüne Vorform herstellbar ist, die Handhabung und Transport zur weiteren Verarbeitung verträgt. Aus einem Vergleich der Figuren 1 und 2 ergibt sich, daß die Verwendung von Sucrose (Rohrzucker) in Verbindung mit den übrigen Verfahrensschritten sowohl die Glühbehandlung als auch die Schleif behandlung überflüssig -macht, v/eiche im herkömmlichen Verfahren angewendet werden. Zusätzlich ergibt sich noch eine Anzahl weiterer Vorteile aus der Anwendung ' des erfindungsgemäßen Verfahrens. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Vorform nach dem herkömmlichen Verfahren dadurch hergestellt wird, daß die geglühten und geschliffenen Pulver mit einem Sehmiermittel vermischt werden, worauf das Verdichtenunter hohen Drücken von im allgemeinen mehr als 45 kg/mm erfolgt. Bei der Verwendung dieses bekannten Verfahrens ist es erforderlich, daß vollständig vorbehandelte, d.h. geglühte und geschliffene Pulver mit einem beträchtlichen Maß an Ungleichmäßigkeit in Bezug auf die Teilchengröße verwendet werden, um eine hinreichende Festigkeit für die Weiterbehandlung nach dem Pressen zu gewährleisten. Die hergestellte grüne Vorform wird dann unter Schutzgasatmosphäre bei einer Temperatur von etwa 1093° C gesintert. Bei einigen bekannten Verfahren werden das Verdichten und· Sintern gleichzeitig durchgeführt; Diese Verfahrensweise hat jedoch keine besondere wirtschaftliche Bedeutung gefunden, was eine Folge der beträchtlichen Beschränkungen ist, welche aus der Notwendigkeit resultieren, Formmaterialien zur Verfügung zu stellen, welche bei ziemlich hohen Temperaturen sehr hohe Festigkeitseigenschaften be- sitz'en. . "

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Im Gegensatz zu diesen herkömmlichen Verfahrensweisen wird nach der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Mischung aus Metallpulver und Rohrzucker in eine keramische oder metallische Form gegossen, vorzugsweise durch Rütteln auf eine Schüttdichte gebracht, die oberhalb der sogenannten scheinbaren Dichte.liegt, und dann unter einer Schutzgasatmosphäre auf 64-9 - 1316° C erhitzt, um die Glühung und Sinterung i: hinein Schritt auszuführen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Bezeichnung "sintern" stets auf die Vereinigung von Metallteilchen durch die Anwendung von Hitze in Abwesenheit merklicher äußerer Drücke gerichtet, wobei unter merklichen äußeren Drücken Drücke von mehr als 1,5 kg/mm zu verstehen sind. Bei diesem Sintern des feinstzerteilten Pulvers bei Anwesenheit von Rohrzucker werden die durch Kohlenstoff reduzierbaren Oxyde des Pulvers reduziert und werden die Metallpulver in einer V/eise erweicht, die als Analogon zu dem Glühschritt bei dem herkömmlichen Verfahren anzusehen ist. Bei den durch Kohlenstoff reduzierbaren Oxyden handelt es sich um verschiedene Formen von Eisenoxyden sowie um die Oxyde des Nickels, Kupfers, Molybdäns usw. Da· diese Sinterung zu Vorformen mit guter Grünfestigkeit führt, sind die Schleifund Verdichtungsmaßnahmen der herkömmlichen Verfahren gänzlich überflüssig. Auf diese Weise ergeben sich 'zusätzliche wirtschaftliche Vorteile durch den Fortfall des verhältnismäßig teueren Fressens oder Verdichtens bei Hochdruck. Von gleichwichtiger Bedeutung ist auch, daß die üblichen Beschränkungen im Hinblick auf die Größe der durch herkömmliche VeJ fahren hergestellten Vorformen in Fortfall kommen. Bei den herkömmlichen Verfahren sind die gepressten Vorformen wenigstens in praktischer Hinsicht durch die Größe der zur Verfugung stehenden Pressen derart beschränkt, daß im wesentlichen lediglich

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nur kleine Vorformen von weniger als 4,5 kg hergestellt . werden. Im Gegensatz dazu können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens beträchtlich größere Vorformen bis zu . Gewichten von mehreren huntert Pfunden gesintert und- anschließend auf geeignete Weise ausgeschmiedet werden. Außerdem gestattet die niedrigere Dichte der lediglich gesinterten Vorformen einen besseren Metallfluß während des Schmiedens, was zu einer beträchtlichen Verringerung der beim.Schmieden benötigten Energie und zu einem besseren JOrm-Erfüllungsvermögen führt. Nach der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Mischung.aus feinstzerteilten Metallpulver und Rohrzucker in eine Form, eingefüllt und bei einer Temperatur von im allgemeinen 177 - 260 C gebrannt, wobei diese Temperatur ausreicht, um den Rohrzucker zu erweichen, und dadurch eine zusammenhaltende Grün-Vorform zu exzielen. Die bei diesem Brenn-Vorgang verwendeten relativ niedrigen Temperaturen gestatten die Verwendung einer Vielzahl von preisgünstigen ausdehnbaren Formmaterialien, wie verschiedener Kunstwerkstoffe und Gummis und sogar Papier. Die einzige an das Formmaterial zu. stellende Forderung besteht darin, daß dieses Material den relativ niedrigen "Brenntemperaturen widersteht. Werden demzufolge keramische oder metallische Formen verwendet, so ergeben sich die wirtschaftlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens in ihrer Gesamtheit erst bei der .-Anwendung derartiger preisgünstiger und ausdehnbarer Formen. Keramische Formen stellen insoweit ein weiteres Problem dar, da es häufig schwierig ist, die Vorform ohne zur Hilfenahme besonderer Maßnahmen zu entfernen. Nachdem die zu einem zusammenhängenden Gebilde gebrannte Vorform aus der Form entnommen ist, kann sie auf zwei verschiedene Weisen weiterverarbeitet werden, wobei die gewählte Verarbeitungsweise in erster Linie von der zur Verfugung stehenden Maschineneinrichtung unduler

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Größe der Vorform abhängt. Nach der ersten dieser Arbeitsweisen wird die Vorform unter einer Schutzgasatmosphäre erhitzt und in einer Weise ausgeschmiedet, die dem herkömmlichen Vorform- und Ausschmiedeverfahren gleicht. Nach der zweiten Arbeitsweise wird die gebrannte Vorform unter Schutzgas gesintert, wozu eine wenigstens 10-minütige Erhitzung auf Temperaturen vorzugsweise von 982 - 1204° C erfolgt und dann sofort ausgeschmiedet, wobei von der fühlbaren Hitze des Sintervorganges Gebrauch gemacht wird. Andererseits kann auch erst eine Abkühlung vorgenommen und anschließend zu einem späteren Zeitpunkt eine Wie der erhitzung für das Ausschmieden vorgenommen werden.

Auf dem Wege zur vorliegenden Erfindung wurde eine Vielzahl von möglichen Kohlungsmitteln im Hinblick auf ihre Fähigkeit einen geeigneten Binder zu liefern untersucht. Bei' den im folgenden beschriebenen Versuchen besaßen alle untersuchten Bindemittel die gleiche Teilchengröße von -200 mesh (U.S.Standard) . Das Metallpulver besaß stets eine Korngröße entsprechend -6 mesh (U.S.-Standard) und besaß die folgende Siebanalyse:

Siebweite (U.S.-Standard)	Zurückgehaltener An teil (%)
80	18,1
100	2,0
140	4,3
200	13,2
230	4,0
325	10,6
pan	47,8

Die Metallpul'rer-Binderkombinationen wurden vermischt und in

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die Vorform-Form eingegossen, die auf mechanische Weise in Vibrationen versetzt wurde, um eine Schüttdichte zu erzielen, die im wesentlichen oberhalb der sogenannten scheinbaren .Dichte lag.

Aus Tafel 1, in welcher die. Ergebnisse der Vergleichsversuche zusammengestellt sind, ist zu ersehen, daß unabhängig von der Konzentration des Bindemittels und der Brenntemperatur nur mit Sucrose (Rohrzucker) eine gebrannte, grüne Pressform erzielbar war, welche nicht an der Form klebte und eine hinreichende Festigkeit besaß, um. leicht aus der Form entnommen und weiter behandelt zu werden. . ■ " " " . '

Weitere Versuche wurden durchgeführt, um festzustellen, "ob sich eine gleichmäßigere Beschichtung der Metallteilchen durch die Verwendung von Lösungen von Rohrzucker in. Wasser erzielen lassen. Erstaunlicherweise wurde keine Verbesserung im Hinblick auf die Verteilung bzw. auf das Ergebnis erreicht. Dagegen wurde festgestellt, daß jeder merkliche Feuchtigkeitsgehalt schädlich war. Bei niedrigen Feuchtigkeitsgehalten von etwa 1-5 % fließt die Metallpulver-Rohrzuckermischung selbst bei Vibration nicht ausreichend, was zu einer unvollständigen Formfüllung führt. Mit höheren Wassergehalten war'eine wirksame Füllung der Form erreichbar. Das machte jedoch einen zusätzlichen frocknungsvorgang erforderlieh, was den Verfahrensablauf komplizierte und weitere Nachteile mit sich brachte. So mußte der Trocknungsvorgang bei einer Temperatur von weniger als 100° C .ausgeführt werden, damit das verfestigte Pulvermaterial nicht durch das Verdampfen oder das Herauskochen des Wassers beeinträchtigt wurde. Somit "ist der Trocknungsvorgang ein· .zeitraubender Vorgang, was in erster Linie eine Folge der ■kleinen freien Oberflächen der Pulver in der Form ist. Selbst

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	Bindemittel- Anteil (Gew.~%)	Brenntemp	a f e 1 1
Bindemittel	νπ νπ νπ ro νπ ro ο ο ονπ Ονπ	204 204 288 288 204 288 ,	Behandlungs dauer (min.)
Dextrose	2,5 , 5,0 2,5 5,0 2,5 5,0	204 204 204 204 288 288	60 Ί 60 / 60 I 60 ( 90 ) 90 /
Lactose	2,5 5,0	204' 204	60 60 90 90 90 90
Maltose	2,5 5,0	204 . 204	60 60
	5,0	288	90 90
	5,0 5,0	204 288	90
Kartoffel- Stärke	5,0 ■ ⁵>°	288 .288	90) 90 /
Methyl- Cellulose	5,0 2,5	204 204	90 ( 90 ;
Sucrose (Rohrzucker)		60 ) 60 Λ

Ergebnisse

N5

U>

An der Form klebend, ohne Festigkeit^ nicht handhabbar ^{

Keine Bindewirkung, blieb pulverförmig Geringe Bindung , jedoch nicht handhabbar Keine Bindewirkung, blieb pulverförmig Geringe Bindung, jedoch nicht handhabbar Keine Bindewirkung, blieb pulverförmig , Geringe Bindung, jedoch nicht handhabbar

Keine Bindewirkung

Leichte Bindung, jedoch erweicht nach Abkühlung, etwas an der Form klebend Sehr geringe Bindung, jedoch nicht handhsb-Leichte Bindung, jedoch erweicht nach Abkühlung, starkes Kleben an der Form Bindemittel floß zum Formboden, sehx starkes haften an der Form

Keine Bindewirkung

Ausgezeichnete Bin.dewirkung, kein JQeben an der Form, ausreichende Festigkeit für alle Handhabungen.

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nach. Ausführung derartiger vorgeschalteter Trocknungsvorgänge stellte sich heraus, daß die gebrannten Verformen nicht die gleiclie none Dichtigkeit besaßen, wie diejenigen Vorformen die mit Hilfe einer im wesentlichen 'trockenen Mischung erzeugt worden waren. Demzufolge werden Metallpulver- ' Rohrzuckermisebungen bevorzugt, die im wesentlichen trocken sind, was bedeutet, daß sie weniger' als 0,5 % an Feuchtigkeit enthalten.

Das Verfahren nach, der Erfindung isjb auf Metallpulver oder -Teilchen geglicher Art anwendbar. Es existieren jedoch einige Fälle-, bei welchen die eine oder die andere der "beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht mit dem angestrebten Ziel vereinbar sind. Zum Verständnis der Anwendbarkeit dieser Ausfübrungsformen sollen die Pulver in zwei Kategorien unterteilt werden: a) Relativ reine Metallpulver mit durch Kohlenstoff reduzierbaren Sauerstoffgehalten unter etwa 200 ppm (d.h. unter Schutzgas zerstäubte oder atomisierte Pulver, elektrolytisch gewonnene Pulver,mit Hilfe rotierender Elektroden gewonnene. Pulver) und b) Metallpulver oder -Teilchen mit durch Kohlenstoff reduzierbaren Sauerstoff gehalten von mehr als 200-ppm (d.h.« zerstäubte Pulver und Walzzunder). Im Rahmen der Erfindung sind unter durch Kohlenstoff" xe&uzierbaren Sauerstoff solche Metalloxyde zu verstehen bzw. zu subsummieren, die durch Kohlenstoff bei Temperaturen unterhalb von 1316 C reduzierbar sind. Wie bereits erwähnt,dient das Vermischen der Metallpulver mit Bohrzucker zur Reduzierung der oxydierten Pulveroberfläche und dient der Rohrzucker als Xohlungsmittel. Bei der zweiten- Ausführungsform dient der.Bohrzuckerauch als Bindemittel, wenn ein Brennen bei niedrigen Temperaturen erfolgt. Werden somit reine Metallpulver der Kategorie (a) verwendet und besteht nicht das Erfordernis zu"ihrer-Aufkehlung, so ist lediglich die zu gebranntenVorformen führende Arbeits-

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weise, d.h. die zweite Ausführungsform anwendbar. In diesem Fall wird der Kohlenstoff als Ergebnis eines Erhitzens in einer kontrollierten oder eingestellten Atmosphäre während des Sintern=und/oder vor dem Ausschmieden entfernt. Es gibt jedoch auch ähnlich gelagerte Fälle, bei denen es lediglich wünschenswert ist, den Kohlenstoffgehalt um einen kleinen Betrag von etwa 0,04 % zu steigern. Werden feine Pulver verwendet^ (ohne Sauerstoff reduktion) so ist der in diesem Pail zugesetzte Rohrzuckeranteil -zu gering, um als wirksames Bindemittel bei der Herstellung der gebrannten Vorform zu dienen. Demzufolge kann nicht die Arbeitsweise gemäß der zweiten. Ausführungsform benutzt werden, sondern lediglich diejenige erfindungsgemäße Arbeitsweise, welche zu gesinterten Vorformen führt. Zur Herstellung· der meisten pulvermetallurgisch hergestellten Erzeugnisse ist es jedoch im allgemeinen wünschenswert, beträchtlich größere Steigerungen des Kohlenstoffgehaltes der pulverförmigen Ausgangsmaterialien zu erzielen, wobei Steigerungen von mehr als 0,2 % die Regel sind. Das heißt, daß in vielen Fällen selbst bei Anwendung reiner Eisenpulver ein solcher Rohrzuckeranteil erforderlich ist,, der die Anwendung beider Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gestattet.

Wenngleich sich das erfindungsgemäße Verfahren auf reine Metallteilchen anwenden läßt, so sind die erfindungsgemäßen Arbeitsweisen besonders vorteilhaft bei der Verwendung von Metallteilchen der Kategorie (b), bei denen es sich um solche mit durch Kohlenstoff reduzierbaren Sauerstoffgehalten von mehr als 200 ppm handelt· Werden Teilchen vom letztgenannten Typ verwendet, so ist es wünschenswert den Oxydgehalt (d.h. den Wasserstoffverlust) der Teilchen zu kennen, da es zunächst erforderlich ist, daß der Rohrzucker die Oxyde reduziert, bevor

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er sich wirksam mit dem Eisenpulver verbindet. Demzufolge hängt die Menge des zugesetzten Rohrzuckers sowohl von dem ; Wasserstoffverlust der Teilchen als auch von dem angestrebten Kohlenstoffgehalt in den Enderzeugnissen ab. Bei Kenntnis des Wasserstoffverlustes der Teilchen ist es natürlich möglich» die stöchiometrische Menge an Rohrzucker zu berechnen, ■ die zum Erreichen eines angestrebten End-Kohlenstoffgehaltes erforderlich ist. Es ist jedoch bevorzugt, den benötigten Gehalt auf empirische Weise zu bestimmen, da es sich herausgestellt hat, daß die Wirksamkeit der Aufkohlung in einem großen Maß von den Oharakteristika (d.hv Korngröße und Gestalt) der verwendeten Pulver beeinflußt wird. '

Im Hinblick auf die Wiederaufkohlung von Eisenpulver^ ist es bereits bekannt, daß die mechanischen Eigenschaften des Enderzeugnisses in großem Maße abhängig von dem Reaktionsvermögen des Kohlungsmittels sind, selbst wenn, hinreichende Mengen des Kohlungsmittels verwendet wurden. So besitzen Lampenruß, Kohlenruß und synthetische Graphite nur ein;geringes Reaktionsvermögen, so daß die genannten Stoffe im allgemeinen als ungeeignet für Kohlungsmittel bei der Herstellung von pulvermetallurgisch hergestellten Gegenständen ■ mit optimalen mechanischen Eigenschaften angesehen werden» Selbst die natürlichen Graphite zeigen beträchtliche Schwankungen in ihrem Reaktionsvermögen. Überraschenderweise ist gefunden worden, daß Rohrzucker, bei Verwendung in relativ reinem Zustand mit vorzugsweise weniger als 2 % Ascheanteil ein außergewöhnlich hohes und gleichmäßiges Reaktionsvermögen besitzt, welches sich dem der besseren natürlichen Graphite nähert.

Die eisenhaltige Metallpulver-Rohrzuekermischung wird gut durchmischt ,um eine gleichmäßige Mischung zu erzielen. Diese Mischung wird sodann in die Eorm gegeben, zur Steigerung der

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Dichte gerüttelt und dann "bei Temperaturen ύοώ mehr als 177- G gebrannt, um die teilchen sozusagen miteinander zu verkleben und um eine hinreichend große Grüniestigkeit für die weitere Handhabe zu erzielen. Wenigstens 1,5 Gew.-% Rohrzucker werden zum Erzielen einer gebrannten Vorform mit ausreichender Festigkeit für die weitere Handhabe benötigt. Typischerweise erfordern in V/asser zerstäubte oder atomisierte Eisenpulver mit Gehalten an durch. Kohlenstoff reduzierbaren Sauerstoff von 1000 - 20.000 ppm den Zusatz von etwa 2 - 10 % Rohrzucker. Aus wirtschaftlichen Erwägungen wird das Brennen normalerweise in Luft ausgeführt, wobei Temperaturen von mehr als 260° C wegen der zu starken Kohlenstoff Oxydation ungeeignet sind. Es verstellt sich, daß eine derartige Einschränkung der Brenntemperaturen nicht geboten ist, wenn das Brennen in einer nichtoxjdxereiiden Atmosphäre erfolgt.

Das obige erfindungsgemäße ¥erfahren wurde zur Herstellung von Getriebe Zahnrädern und von Probestäben aus einem feinzerteilten Stahlpulver gemäß der AISI-3?jpenreihe 4600 verwendet, wobei der Stahl eine gewisse Modifikation erfahren hatte» Die Zusammensetzung des verwendeten Pulvers ist in Tafel 2 zusammengestellt.

• Bafel 2

Zusammensetzung (%) des Stahlpulvers gemäß HSI 4600

(modifiziert)

Gesamt-Mn P · S Si Gu Ni Gr Mo Al Έ sauerstoff

0,08 0,45 0,034 0,026 0,021 0,03 0,45 0,03 0,29 0,021 0,002 1,0

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Von dem etwa 1,0 % "betragenden Gesamtsaizerstoff lagen etwa 0,87 % in einer durch. Kohlenstoff reduzierbaren Form vor. Zum Einstellen des angestrebten End-Kölilenstoffgehaltes von 0,3 % ("bei einer Sinterdauer von 0,5 Std.) wurde empirisch bestimmt, daß für das verwendete Pulver 3,2 Gew.-% -Rohrzucker erforderlich waren. Die Mischung aus pulverförmigem Metall und Rohrzucker wurde in eine .Form" eingebracht-, zur Erhöhung der-Dichte gerüttelt und in Luft 40--Minuten lang "bei 204° C gebrannt. Nach dem Abkühlen wurde die gebrannte Vorform aus der Form entnommen und in einer Wasserstoff atmosphäre 30 Minuten lang bei 1121° G gesintert. Die gebrannte und gesinterte Vorform wurde abgekühlt und zwecks weiterer Verarbeitung einem anderen Betriebsbereich zugeführt. Biese Weiterverarbeitung umschloß ein induktives Erhitzen der Vorform (in einer Atmosphäre aus 5 % H und 95 % Hp) auf verschiedene: Temperaturen-"innerhalb des Temperaturbereiches von 6.49 — 927° C» Die erhitzten Vorformen wurden dann unmittelbar bei etssa 90 kg/mm ausgeschiüiedet und an Luft abgekühlt. Die mechanischen Eigenschaften der derart ausgeschmiedeten Probestäbe sind in Tafel 3 zusammengestellt. Bemerkenswert sind die relativ hohe Zähigkeit■ bzw. Duktilität und die gute Eerbschlagzäiiigkeit der Proben, was insbesondere im Hinblick auf die beträchtlichen Kostensenkungen von Interesse ist, die sich aus der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben- Die Differential-Getrieberäder wurden dann dem sogenannten "drift-pin"-Test unterworfen. Bei diesem Test 1-ri.rd ein gehärteter konischer Stahlstift in die- Bohrung des Rades hineingepresst bis Bruch auftritt. Falls das Getrieberad einer Belastung von 9000 kg ohne Bruch widersteht, so gilt dies als befriedigendes Ergebnis. In Tafel 4 sind die Ergebnisse zusammengestellt, welche unter verschiedenen Schmiedebedingungen ermittelt wurden. Selbst die bei relativ niedrigen Temperaturen und Drücken ausgeschmiedeten Getrieberäder bestanden den Test.

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Tafel

CD

Mechanische Eigenschaften bei Raumtemperaturen von vorgeformten und ausgeschmiedeten Probestäben aus einem modifizierten Stahl gemäß AISI 460Q

Vorbe- 0,2% Streck- .Zugfestig- Dehnung Querschnitts- Mittlere Absor-* Seitli-* Bruch handlung grenzep keit ■ ρ auf 25,4mm verminderung Härte bierte ehe Aus--

(kg/mm ) (kg/mm ) (%) (%) (Rockwell B) Energie dehnung bei (%)

(mkg; (mm) Scherung

geschmiedet ^1T handelt

geschmiedet V

wärmebehande.lt

2)

60,54 63,56

55,75 62,86

Probestäbe geschmiedet aus -6 mesh -Pulver 66,23 21 44

76,64

26

Frobestäbe geschmiedet aus -80 mesh ^Pulver 64,61 27 52, ,

76,64

18

57

4,15	0,099	100
4,42	0,088	100
4,15	0,081	100
5,25	0,109	100

* Ergebnisse ermittelt im Charpy V-Eerbentest an Normproben.

1) Probestäbe wurden vor dem Versuch eine Stunde lang bei 538° C spannungsfrei geglüht.

2) Probestäbe wurden eine Stunde bei 871° C austenitisiert, in Öl abgeschreckt und dann eine Stunde bei 427 C getempert.

Tafel 4

Ergebnisse des ."Drift-Pin" -Versuches an ausgeschmiedeten Zahnrädern aus erfindungs'gemäß hergestellten Vorformen. Werkstoff: modifizierter Stahl gemäß AISI 4600

	Probenbe-	Schmiede	Max. Last in	Prüfstiftr-Vortrieb Bruch-Energie Vergrößerung der	.in 11,5 mkg	Bohrung (%)
	zeiohnung	temperatur (^ttö) :	' 453 kg	(mm)	31,2	22
O	a	904 .	36,5	42,06	76,2	43
CO OO	b	■ 904	39,8	76,20	76,2	38
NJ	C ' ....	904	40,9	71,83 ;	■/ ■.■■■ ■ .■ 72,6 ■'.	36
"^	'd	840	45,3	'67,46	23,8	24
O (O	. e	897	21,0	-46,03	■■'■ ..' 30.7 .	■ ■' . '^; 25, " ' ,.
Cn	f, , "	821	23,5	49,63	25^2 '	22
	B V	85-1	25,6 ■	42,44	■•28,5	■ ' ■ „ ·' ■ ' 25' ' . '
	h	846	22,9 ■	48,41	43,9	■ 34
	i	899	,24,1	66,2?	21,8	18
	ä ■ ■	729	' 26,>	' 34,54	ή wurden ausgeschmiedet mit einer 4:1-M
	Bemerkung:	Alle Zahnräder mit Ausnahme· des Rades

aus Schmiermittel und Wasser; bei Rad j wurde eine 8:1-Mischung benutzt. Die Zahnräder wurden vor dem Versuch eine Stunde bei 538 C spannungsfrei geglüht.

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Claims

Pat entansprüche
2. Verfahren zum Herstellen von gesinterten Vorformen mit "befriedigender G-rünfestigkeit für die Weiterverarbeitung aus 'Metallpulvern, dadurch gekenn ζ eic h-B e t, daß feinzerteilte eisenhaltige Teilchen mit einem Gehalt an durch Kohlenstoff reduzierbaren Sauerstoff von mehr als 200 ppm und feinzerteilter Rohrzucker zu gleichmäßiger Verteilung vermischt werden, wobei in der Mischung wenigstens eine Menge an Rohrzukker enthalten ist, die zur Reduzierung des Sauerstoff-

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gehaltes auf weniger als 200 ppm ausreicht, .und daß eine geeignete JOrm mit der Mischung gefüllt und die gefüllte Form unter Schutzgasatmosphäre über einen zur Sinterung der teilchen ausreichenden Zeitraum auf eine zwischen 649 und 1316° C liegende Temperatur erhitzt wird.
3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i chn e t, daß die Menge an in der Mischung enthaltenem Rohrzucker hinreichend gewählt wird,, um den Kohlenstoffgehalt der Metällteilchen während der Sinterung um einen Wert von mehr als 0^04 % zu steigern. .
4. Verfahren, nach Anspruch 3, dadurch g e k en ή ζ e i ehn et, daß die Teilchen wenigstens 10 Minuten "bei Temperaturen von 982 - 1204° C gesintert werden.
5· Verfahren zur Herstellung von. gebrannten Vorformen mit befriedigender·Grünfestigkeit für-die Weiterverarbeitung,-dadurch g e k e n η' ζ e i c h η et, daß feinzerteilte Metallteilchen mit Eohrzuelcer in einer Menge von wenigstens ϊ,5 Gew. —% zu gleichmäßiger Verteilung miteinander vermischt werden^ daß eine geeignete Form mit der Mischung gefüllt "und die gefüllte Form auf eine' Temperatur erhitzt wird, die wenigstens 177 G beträ-gt, jedoch unterhalb der Sintertemperatur für die Metallteilchen liegt, wobei die Erhitzung wenigstens über einen solchen Zeitraum erfolgt, der zum Erweichen des Rohrzuckers ausreicht..
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e ken η ζ e i ch-η et, daß der Gehalt der Mischung an Rohrzucker aus-

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reichend gewählt wird, um die Metallteilchen aufzukohlen und ihren Kohlenstoffgehalt um einen Wert von mehr als 0,04 % zu steigern.
7« Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzei chn e t, daß die Metallteilchen aus einer eisenhaltigen Legierung mit einem durch Kohlenstoff reduzierbaren Ssauerstoffgehalt von mehr als 200 ppm to stehen und daß die_: Menge an Rohrzucker ausreichend gewählt wird,,um den Sauerstoff zu reduzieren und den Kohlenstoffgehalt der eisenhaltigen Teilchen während des Aufkohlens um einen Wert von mehr als 0,04 % zu steigern.
8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzei chn e t, daß die Erhitzung an Luft "bei einer Temperatur von weniger als 260° C ausgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzei chn e t, daß die Mischung im wesentlichen trocken ist und 2 - 10 % Rohrzucker enthält.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1-9» cLatdurch gekenn zeichnet, daß der Großteil der Teilchen eine Korngröße "besitzt, die unterhalb von -6 mesh (U.S.-Standard) liegt.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen in der !form zu einer Dichte verdichtet werden, die_/ oberhalb der scheinbaren Dichte liegt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzei ch-

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net, öa£ die ϊοββ aus einem preiswerten nachgiebigen Wrkstsoff Gesteht, welcher den Erhitzungstemperaturen gewachsen, ist.
13. Verfahren nach. Anspruch. 12, dadurch gekennzei chn e t, daB die gebrannte Vorform abgekühlt und aus der nachgiebigen !Form entnommen wird.

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