DE2461736A1 - Metallrohling sowie verfahren und mischung zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Auf dem Gebiet der Pulvermetallurgie ist es allgemein bekannt, ein Metall- oder Legierungspulver erst zu verfestigen und sodann den grünen Rohling bei relativ niedriger Temperatur wärmezubehandeln, und zwar unter reduzierender oder neutraler Atmosphäre, um auf diese Weise einen gesinterten Rohling zu erhalten. Nach diesem Verfahren kann man gesinterte Rohlinge aus einem Material herstellen, welches

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sich in der Regel schwer schmelzen läßt. Auch vermindern sich, verglichen mit den gebräuchlichen Schmelzverfahren, die Einschlüsse von Verunreinigungen. Man kann also Produkte mit hervorragenden physikalischen und anderen Eigenschaften herstellen, und zwar mit Eigenschaften, die von aus geschmolzenem Metall erzeugten Produkten nicht zu erwarten sind.

Allerdings ergeben sich dennoch Probleme. Die Rohlinge, die man durch sintern eines grünen Pulverrohlings herstellt, sind nämlich porös. Verwendet man außerdem ein Metall mit hohem Dampfdruck, wie etwa Zink, so können Bestandteile der Legierung unter der Sintertemperatur verdampfen. Es ist also in manchen Fällen unmöglich, einen gesinterten Rohling mit der gewünschten Zusammensetzung herzustellen. Auch eignen sich bestimmte Materialien nicht zum Sintern nach diesem Verfahren. Es ergeben sich also gewisse Einschränkungen hinsichtlich der herstellbaren Gegenstände und hinsichtlich deren Verwendung. Dies gilt insbesondere für das Sintern von hochlegiertem Messing.

Dementsprechend ist man bei der Herstellung metallischer Maschinenteile von großer Dichte so vorgegangen, daß man durch Schneiden fester Materialien oder durch Gießen geschmolzener Materialien Rohlinge

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mit annähernd der Größe des fertigen Gegenstandes erzeugt und diese dann maschinell in die gewünschte Form gebracht hat. Beispielsweise bei der Herstellung von druckfesten Rohrleitungsteilen oder -armaturen für industrielle Zwecke hat' man zuerst die Bearbeitungsabfälle und Schneidspäne aus Messing zusammen mit geschmolzenem Material in einen Schmelzofen eingebracht und sodann Zink, Blei und elektrolytisches Kupfer hinzugefügt, um ein Schmelzbad mit einer Zusammensetzung herzustellen, die sich zum Schmieden des Messings eignet. Aus dem Schmelzbad wurde sodann ein Rohling gegossen und anschließend zu einer Messingstange der gewünschten Größe gewalzt. Diese Stange wurde dann in entsprechenden Längei abgeschnitten, um Barren bzw. Plattinen zu bilden. Man hat diese Plattinen anschließend auf etwa 700 C erhitzt und in einer Form von vorbestimmter Gestalt heiß ge-r schmiedet. Hieran schlossen sich weitere Bearbeitungsschritte an, wie etwa Entgraten, Oberflächenbearbeiten und spanabhebende Bearbeitungen, um schließlich die geforderte, druckfeste Rohrarmatur zu erhalten.

Da bei diesen gebräuchlichen Verfahren Begrenzungen hinsichtlich der Formgebung der Plattinen, die geschmiedet werden können, gegeben sind, müssen viele Abschnitte und Bereiche der Werkstücke nach dem Schmieden spanabhebend bearbeitet werden. Dies führt zu erhöhter Bearbeitungszeit und zu erhöhtem Material-

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verlust. Wenn man hochlegiertes Messing herstellt und dabei die anfallenden Schneidspäne im Schmelzofen reduziert, so wird es ferner erforderlich, den Zinkanteil zu ersetzen, da das Zink während des Verfahrens verdampfen kann. Dies erhöht die Energiekosten für die Wärmeerzeugung. Bei der Herstellung von Rohrleitungsteilen wurde häufig festgestellt, daß der Gewichtsverlust an Material, der sich beim spanabhebenden Bearbeiten der geschmiedeten Rohlinge ergab, 50 % überstieg, da derartige Teile meistens hohl sind.

Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man Schmiedevorrichtungen entwickelt, die speziell für das Schmieden von hohlen Teilen ausgelegt sind. Derartige Vorrichtungen sind teuer und besitzen äußerst komplizierte Schmiedeformen. Sie haben sich dementsprechend nicht allgemein durchgesetzt.

Die vorliegende Erfindung richtet sich vor allem darauf, diejenigen Probleme, die sich bei der Herstellung von Maschinenteilen aus geschmolzenen Materialien unter Anwendung gebräuchlicher Schmelzverfahren ergeben, zu überwinden, und zwar durch Anwendung eines pulvermetallogischen Verfahrens. Anders ausgedrückt sollen nach der Erfindung Rohlinge geschaffen werden, aus denen sich die ge-

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forderten Gegenstände in wirtschaftlicher und einfacher Weise herstellen lassen. Weiterhin schafft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung dieser Rohlinge. Die Rohlinge nach der Erfindung sollen dicht in ihrer Struktur sein und sich einfach bearbeiten lassen.

Die Erfindung richtet sich ferner auf Metallpulver zur Herstellung gesinterter Rohlinge, die gewalzt oder geschmiedet werden können. Auch schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Metallpulver.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anwenden der Pulvermetallurgie auf solche Metalle, die beim konventionellen Sintern verdampfen würden, wie etwa Zink bzw. Legierungen aus solchen Metallen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht der jeweiligen grünen Rohlinge, die zur Herstellung eines Ventilgehäuses dienen;

Figur 2 in perspektivischer, auseinandergezogener

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M Q «■

Darstellung die jeweiligen Teile eines vollständigen Kugelventils;

Figur 3 ein Diagramm für das Verhältnis zwischen der Dichte der grünen Rohlinge und dem erfindungsgemäß auf das Sinterpulver ausgeübten Verdichtungsdruck j

Figur 4 ein Diagramm für die Durchmesseränderung nach dem Sintern;

Figur 5 ein Diagramm für die Zinkmenge, die beim Sintern verloren geht;

Figur 6 ein Diagramm für die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäß gesinterten Rohlinge;

Figur 7 ein Diagramm für das Verhältnis zwischen der Dichte und der Porosität der gesinterten Gegenstände.

In der Zeichnung gilt die Bezugsziffer 1 für das Ventilgehäuse, und die Bezugsziffer 1· für den grünen Rohling, der zur Herstellung des Ventilgehäuses dient. 2 bezeichnet die Stirnkappe, und 2¹ den zugehörigen grünen Rohling. Mit der Bezugsziffer 3 schließlich ist die Kugel bezeichnet, während 3¹ für den entsprechenden grünen Rohling gilt.

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Die Bezeichnung H.R.B, gibt eine Rockwell-Härte an, gemessen mit einer B-Skala.

¥ie erwähnt, bezieht sich die Erfindung auf Rohlinge zum Walzen und Schmieden, die nach einem pulvermetallurgisch en Verfahren hergestellt sind. Gleichermaßen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen solcher Rohlinge.

Es ist allgemein bekannt, bei der Herstellung von Maschinenteilen anfänglich einen gesinterten Rohling herzustellen, der in seiner Form eng an die Form des Endproduktes angepaßt ist, und diesen gesinterten Rohling sodann, endgültig zu bearbeiten. Man hat es jedoch für unmöglich gehalten, nach diesem Verfahren einen Gegenstand herstellen zu können, der die gleiche Dichte besitzt wie ein aus geschmolzenem iöetalj/erzeugter Gegenstand, und zwar deshalb, weil der gesinterter Rohling porös ist und lediglich eine geringe Dichte besitzt. ____-■—-

Nach der Erfindung wird es nun möglich, einen gesinterten Rohling zu erzeugen, der sich unter Druck schmieden läßt, so daß man ein hochverdichtetes Endprodukt erhält. Dabei wird anfänglich ein gesinterter Rohling hergestellt, dessen Form annähernd der des Endproduktes entspricht, woraufhin dann dieser gesinterte Rohling dem Schmiededruck unterworfen wird.

Die wesentlichen kennzeichnenden Merkmale der Erfin-

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dung bestehen darin, daß man ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall einem zum Sintern geeigneten Metallpulver zusetzt und diese Mischung anschließend sintert.

Die chemische Wirkung des erfindungsgemäßen Zusatzes eines Alkalimetalles oder eines Erdalkalimetalles bzw. einer entsprechenden Mischung (in folgenden soll der Einfachheit halber nur noch von einem Alkalimetall gesprochen werden) ist noch nicht endgültig bekannt. Es wird jedoch angenommen, daß folgende Vorgänge stattfinden. Die das Alkalimetall enthaltende Mischung bzw. der Zusatz wird unter Wärmeeinfluß abgebaut bzw. zersetzt, und zwar zu einer gleichförmigen festen Lösung in Form des Alkalimetalls allein oder in Form eines Oxyds auf der Oberfläche der zu sinternden Partikel des Metallpulvers. Wenn eine solche feste Lösung abgekühlt wird, fällt ein Anteil von ihr in Form des Alkalimetalls aus. Es wird angenommen, daß dieses ausgeschiedene Alkalimetall und die Schicht der festen Lösung in Kombination dazu führen, daß die Partikel des Metallpulvers relativ zueinander gleiten, wenn während der Verfestigung ein Druck ausgeübt wird. Dementsprechend ergibt sich ein dichter grüner Rohling.

Es wird angenommen, daß das auf den Oberflächen des Metallpulvers abgesonderte Alkalimetall in Form einer

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festen Lösung an den gebundenen Teilen oder Einschnürungen (bonded parts or necks) der Metallpartikel vorliegt und daß dies ein Anwachsen der Einschnürungen bei geringer Temperatur hervorruft, wodurch ein einfaches Sintern ermöglicht wird. · Ferner wird angenommen, daß die kristalline Korngrenze dieses in fester Lösung vorliegenden Schichtteiles leicht unter dem Schmiededruck gleitet, so daß man Walz- und Schmiedevorgänge. durchführen kann.

Da, wie erwähnt, der erfindungsgemäß erzielte Effekt auf die obigen Gründe zurückgeführt wird, kann man zur Herstellung des gesinterten Rohlings jedes Metall verwenden, welches in- gewissem Ausmaße mit einem Alkalimetall oder einem Erdalkalimetall in feste Lösung geht. Besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielt man, wenn man ein schweres Metall verwendet, insbesondere ein solches, welches schwer zu sintern ist * beispielsweise Messing mit einem hohen Zinkanteil. Metalle wie Si, Al, Sn oder Mn können dem Messing zugesetzt werden, und zwar normalerweise zur Verbesserung der Eigenschaften des Endproduktes.

Man kann jede Art von Metallpulver verwenden, die man auch bisher schon gesintert hat. Da aus den obengenannten Gründen das Verfestigen in feuchtem Zustand und das Sintern in einfacher Weise erfolgen, bietet sich erfindungsgemäß die Möglichkeit, ein Metallpulver zu verwenden, dessen Korngröße sogar größer als 50 mesh

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ist. Auch können Pulverpartikel mit unterschiedlichster Gestalt verwendet werden. Dementsprechend kann man im Falle von Messing Schneidspäne oder Schleifabfalle, die sich beim gebräuchlichen Gießen ergeben, als .Ausgangsprodukt verwenden, wobei gegebenenfalls ein geringfügiger ^erkleinerungsvorgang vorgeschaltet wird.

Vorzugsweise verwendet man als Alkalimetall-Zusatz eine solche Mischung, die sich thermisch zersetzt und das Alkalimetall freigibt. Beispielsweise haben sich Karbonate, wie etwa Lithiumkarbonat, Kaliumkarbonat oder Natriumkarbonat als besonders günstig und wirtschaftlich erwiesen, da sie billig sind. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, andere organische Salze, wie etwa Oxalate oder Acetate beziehungsweise auch anorganische Salze, wie etwa Halide oder Siliciumfluoride gemäß Tabelle 1 zu verwenden.

Jede beliebige Menge eines Alkalimetall-Zusatzes oder einer entsprechenden Mischung kann zugefügt werden, sofern diese Menge gerade ausreicht, daß das Alkalimetall in sehr dünner Schicht die Oberfläche des Metallpulvers zum Sintern und zur Wärmebehandlung bedeckt. In einem Fall wie etwa Messing ergeben sich Unterschiede in Abhängigkeit von der Partikelgröße des Metallpulvers. Wird zuviel Alkalimetall zugesetzt,

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so bleibt nach dem Sintern Alkali übrig, und es ergibt sich eine Metallkorrosion. Dementsprechend soll die zugesetzte Alkalimetall-Menge vorzugsweise weniger als 0,1$ des Metallpulvers betragen. Bei anderen Metallen kann bis zu 1,0$ an Alkalimetall zugesetzt werden. Wird beim Sintern dem Messing Bariumkarbonat zugesetzt, so ergibt sich für den gesinterten Rohling ein pH 7» wenn der Zusatz an Bariumkarbonat zwischen 0,01 und 0,1 $ liegt und ein pH 10, wenn der Zusatz 0,3 $ beträgt.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die erfindungsgemäß verwendbaren Alkalimetall-Zusätze und die damit erzielten Ergebnisse. Dabei bedeuten die Kreuze ganz hervorragende Sinterbarkeit und Schmiedbarkeit, während die Striche für gute Sinterbarkeit und Schmiedbarkeit gelten.

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TABELLE 1

Zusätze

Metallpulver

Art der Salze

Salze Cu-Zn Cu-Ni-Zn Fe-Ni

Karbonate

K₂CO₃

Li₂CO₃

BaCO₀

Oxalate

^Li2^C2°4 BaC₂O₄

Acetate

CH COONa CH₃COOK CH₃COOLi (CH₃CO₂)₂Ba

Chloride

KCI₂ BaC I,

Fluoride

NaF
CaF,

BaF,

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Zusätze Metallpulver

Art der Salze Salze Cu-Zn Cu-Ni-Zn Fe-Ni

Siliciurafluoride

BaSiF

CaSiF₆ +

Iodide KI

CaI,

Der Zusatz an Alkalimetall kann während des Sinterns zugefügt werden. In den meisten Fällen fügt man ihn jedoch während einer Anlaß- oder Wärmebehandlung zu, die dazu dient, die Dichte oder Verdichtbarkeit des Metallpulvers zu erhöhen. Man wählt die Temperatur und die Dauer der Wärmebehandlung in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Zusatzes an Alkalimetall* Man kann das Alkalimetall als Pulver oder gelöst in einem geeigneten Lösungsmittel zusetzen, wobei das Lösungsmittel im letztgenannten Fall nach dem Mischen verdampft wird. Bs genügt, daß das Alkalimetall in einer solchen Menge zugesetzt wird, daß es die Oberflächen der metallischen Pulverpartikel bedeckt. Diese Menge ändert sich in Abhängigkeit von der Art und der Partikelgröße des verwendeten Metalls. Bei Messing bevorzugt

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man einen Wert von 0,1 Gew.-^.(im folgenden gelten sämtliche Zahlenwerte für Messing, das zu 40 $ aus Zn und zu 60$ aus Cu besteht.)

Das Metallpulver, das entsprechend der obigen Beschreibung zusammen mit dem Alkalimetall-Zusatz erhitzt und angelassen worden ist, wird in bekannter Veise mit einem Schmiermittel behandelt und sodann in einer Form von vorbestimmter Gestalt bei Umgebungstemperatur oder höherer Temperatur unter Druck gesetzt. Der feuchte Preßling oder grüne Rohling kann eine komplexe Form besitzen, wie es für die Pulvermetallurgie charakteristisch ist. Vorzugsweise wählt man jedoch eine Form, die· die Begrenzungen bezüglich der Plastizität des gesinterten Preßlings berücksichtigt, da letzterer als nächstes einem Schmiedevorgang unterworfen wird. Auch wählt man vorzugsweise eine wohl ausgewogene Gestalt für den Rohling, um zusätzliche Arbeitsvorgänge, beispielsweise Entgraten, zu vermeiden, wie sie bei gebräuchlichen Verfahren erforderlich sind. Der grüne Preßling sollte vorzugsweise auf eine Dichte von mehr als etwa 6,5 g/cm gebracht werden.

Der geformte grüne Rohling wird sodann erhitzt und, wie es üblich ist, unter reduzierender oder neutraler Atmoshäre gesindert. Hierfür kommt beispielsweise ^ersetztes Ammoniakgas, Stickstoff oder endothermisches

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Gas in Frage. Die Temperatur zur Erzielung des gesinterten Preßlings von vorbestimmter Gestalt beträgt etwa 750 - 850 C. Vorzugsweise führt man diesen Sintervorgang derart aus, daß der gesinterte

Preßling ein spezifisches Gewicht von mehr als 7,5 g/cm besitzt, um den sich an das Sintern anschließenden Schmiedevorgang zu ermöglichen. Dementsprechend paßt man die Sintertemperatur und die Sinterzeit in geeigneter Weise an die Dichte des grünen Preßlings an.

Wie erwähnt, wird der gesinterte Preßling anschließend geschmiedet oder gewalzt. Das Schmieden oder Walzen kann sich unmittelbar an das Sintern anschließen, und zwar unter Aufrechterhaltung der Sintertemperatur. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den gesinterten Rohling abzukühlen und eine bestimmte Zeit lang zu lagern. Beim Schmieden oder Walzen erwärmt man den Preßling in der Regel auf etwa 65O - 750 C, jedoch kann man diesen Bearbeitungsschritt in einigen Fällen auch warm oder kalt durchführen.

Zum Pressen gesinterter Rohlinge können diese durch von außen auf sie einwirkende Kräfte in die Schmiedeformen gedrückt werden. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, die Rohlinge von innen nach außen aufzuweiten« Beide Möglichkeiten sind erfindungsgemäß anwendbar. Dabei kommt man mit Schmiededrücken aus, die um 20 $

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unter denjenigen liegen, welche man anwendet, wenn man ein in gebräuchlicher Weise erschmolzenes Material schmiedet. Bei bestimmten Gestaltungsformen läßt sich die Temperatur des gesinterten Preßlings verringern. Man kann das Schmieden sogar bei Umgebungstemperatur durchführen.

Ein bemerkenswerter Unterschied gegenüber gebräuchlichen Schmiedeverfahren besteht darin, daß der in die Schmiedeform eingelegte, gesinterte Preßling einige Luftblasen enthält und daß daher in einigen Fällen während des Schmiedens eine Entlüftung erforderlich wird. Diese Entlüftung kann man in verschiedener Weise erzielen. So kann man die Geschwindigkeit des Schmiededruckes anpassen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den gesinterten Preßling mit einer Beschichtung aus Graphitpulver o. dgl. als Entlüftungsmittel zu versehen. Schließlich läßt sich der Druck innerhalb der Form vermindern, während man gleichzeitig den von außen einwirkenden Druck erhöht. Jedes dieser Verfahren kann angewendet werden, um der jeweiligen Gelegenheit gerecht zu werden.

Nach der Erfindung ist es möglich, gesinterte Preßlinge mit einer eng an die Form des Endproduktes angepaßten Gestalt herzustellen, und zwar als Rohlinge zum Walzen und Schmieden, wobei man ein pulvermetallurgisches Verfahren anwendet. Dementsprechend ergeben sich während des Schmiedens keine Grate,

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und der fertige Preßling besitzt die Form des erwünschten Endproduktes. Weiterhin ist es nach der Erfindung möglich, Produkte zu erzielen, die ohne weiteres gewalzt und geschmiedet werden können und die eine größere physikalische Festigkeit besitzen als gebräuchliche Artikel. Zur Erzielung dieses Effektes wird erfindungsgemäß ein Alkali- · metall zugesetzt.

In der vorstehenden Beschreibung wurde die Erfindung als ein Verfahren bezeichnet, das zum Herstellen von schmiedebaren und walzbaren gesinterten Preß- . lingen dient, und zwar unter Zusatz eines Alkalimetalles bzw. eines Erdalkalimetalle^ oder einer entsprechenden Zusammensetzung. Im folgenden soll ein weiterer Aspekt der Erfindung hervorgehoben werden, nämlich das Unterdrücken einer Verdampfung oder Sublimation von Metall während des Sintervorganges.

Zink ist ein Metall, das während des Sinterns am stärksten verdampft oder sublimiert. Dementsprechend wird in der folgenden Diskussion des erfindungsgemäßen Effektes zur Unterdrückung dieses Vorganges auf ein⁵Ausführungsbeispiel Bezug genommen, bei dem als Sinterpulver ein zinkhaltiges Messing verwendet wird.

Das Sintern von Messing bringt eine Vielzahl technischer Probleme mit sich, von denen die meisten auf den hohen

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Dampfdruck und die Sublimationsneigung des Zinks zurückzuführen sind. Wird das Sintern dementsprechend in der flüssigen Phase zweier Komponenten durchgeführt, die als Pulvermischung aus Kupfer und Zink vorliegen, wobei man die Verfahrensgrundlagen der Pulvermetallurgie anwendet, so erzielt man einen Gegenstand von geringer Kompaktheit, und es ergibt sich ein hoher Verdampfungsverlust an Zink während des Aufheizens. Es ist also praktisch unmöglich, einen gesinterten Preßling von hoher Dichte zu erzielen. Weiterhin unterliegt das Pulvergemisch einer erheblichen Wärmedehnung während des Aufheizens.

Aus diesen Gründen hat man Legierungspulver für das Sintern von Messing entwickelt. Da jedoch eine Wärmebehandlung bei der Herstellung dieser Legierungspulver unerläßlich ist, besteht nicht die Möglichkeit, Messingpulver mit einem hohen Zinkanteil zu erzielen. Üblicherweise verwendet man ein neutrales oder schwach reduzierendes Gas für das Sintern. Man kann jedoch Verdampfungsverluste des Zinkanteils nicht verhindern. Die Oberfläche des gesinterten Preßlings wird rauh durch den Entζinkungseffekt. Man kennt zwei Verfahren zum Verhindern dieser Oberflächenrauhigkeit. Zum einen handelt es sich um ein Verfahren, bei dem das Sintern in einer Atmosphäre unter einem solchen Druck durchgeführt wird, der höher liegt als der Dampfdruck des Zinks. Zum anderen handelt es sich um ein Verfahren, bei dem

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das Sintern unter einem gesättigten Zinkdampf stattfindet. Das erstgenannte Verfahren ist jedoch deshalb unergiebig, weil es nicht in einem kontinuierlichen ¥ärmeofen durchgeführt werden kann, sondern vielmehr chargenweise erfolgen muß. Das letztgenannte Verfahren ist unwirtschaftlich, weil der Ofen von dem Zinkdampf beschädigt werden kann. Diese Faktoren waren der Hinderungsgrund dafür, warum man die Verfahrensweise der Pulvermetallurgie nicht auf das Sintern von Messing und dgl. angewendet hat.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Sinterverfahren, bei dem die Verdampfungsverluste an Zink auf ein Minimum reduziert werden, ohne daß eine spezielle Atmosphäre erforderlich wäre. Erfindungsgemäß werden ferner neue pulvermetallurgische Techniken zur Verwendung von Messinglegierungen (*K)$Zn - 60$ Cu) geschaffen, die eine hohe mechanische Festigkeit und einen hohen Korrosionswiderstand besitzen. Auch richtet sich die Erfindung auf Pulver aus Messinglegierungen, die zum Sintern derartiger Legierungen verwendbar sind.

Das nach der Erfindung geschaffene Messingpulver, das mehr als 35 # Zink enthält, läßt sich nicht durch das konventionelle Sprühverfahren oder Pulverisierverfahren herstellen, bei dem Kupfer- und Zinkpulver gemischt und gesintert werden. Derartige Verfahren um-

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fassen nämlich eine Sinter- oder Schmelzstufe, bei der sehr viel Zink durch Sublimation verlorengeht. Dementsprechend sind diese Verfahren unwirtschaftlich und eignen sich nicht zur Herstellung von Messing mit der gewünschten Zusammensetzung. Man verwendet aus diesem Grunde ein Verfahren, bei dem Messing mit einem vorbestimmten Anteil an Zink gegossen wird, woraufhin man das Gußstück zerschneidet und mechanisch pulverisiert. Hierzu wird das Messing anfänglich granuliert, und zwar auf eine Partikelgröße von etwa 12 mesh. Diese Messingpartikel werden sodann auf mechanischem Wege weiter pulverisiert. ¥ährend der ersten Pulverisierungsstufe ändert das Messing seine Härte aufgrund der Verfestigung unter der Wirkung der Bearbeitung. Es verliert seine Kaltverformbarkeit und gelangt in einen Zustand, in dem es sich leicht pulverisieren läßt. Man kann sämtliche bekannten Mahlwerke verwenden, wie etwa Kugelmühlen, Stabmühlen, schnelllaufende Hammerwerke, Zerstäuber u. dgl. Im trockenen oder im nassen Verfahren erzielt man den gewünschten Feinheitsgrad von weniger als 100 mesh.

Da bei dieser Pulverisierung keine Erwärmung stattfindet, tritt kein Verdampfungsverlust an Zink auf. Man erhält also ein Pulver, dessen ursprüngliche Zusammensetzung nicht verändert ist. Das erhaltene Pulver wird anschließend erwärmt, um Bearbeitungsspannungen zu eliminieren, da derartige Spannungen ,

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wie sie beispielsweise durch die Verfestigung während der Pulverisation entstehen, die Kompaktheit beeinträchtigen» Erfindungsgemäß wird sodann ein Zusatz an Alkalimetall dem Pulver zugegeben, woraufhin man das Pulver auf eine Temperatur'erhitzt, die höher liegt als diejenige Temperatur, bei der sich der Zusatz an Alkalimetall versetzt. Auf diese ¥eise verschwinden die Bearbeitungsspannungen. Das verbleibende Messingpulver wird dann einer weiteren Behandlung mit Alkalimetall unterworfen, um schließlich das erwünschte Messingpulyer mit hohem Zinkgehalt zu ergeben.

Im Falle eines Messings (30$ Zn oder 20$ Zn), wie man es üblicherweise zum Sintern verwendet hat, kann man die Pulverisierung entweder durch Versprühen oder Sinter-Pulverisieren durchführen. Behandelt man das Pulver vor dem Pressen und Sintern mit einem Alkalimetall oder einer entsprechenden Mischung, so läßt sich der Sinterungsvorgang mit geringen Verlusten an Zink durchführen.

Das Ausgangsmessing zur Herstellung des erfindungsgemäß verwendeten Pulvers kann durch Schmelzen und Vergießen einer Mischung von Materialien hergestellt werden, die für jeden Sintervorgang in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt sind. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, Messingstangen zu verwenden, wie sie auf dem Markt erhältlich sind.

Die Alkalimetall-Zusammensetzungen, die erfindungsgemäß

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verwendet werden, sollten sich bei einer Erwärmung zersetzen und verdampfen und sollten beim Verdampfen inerte Gase bilden, die das Messing nicht korrodieren, beispielsweise SO oder NO .

Zwar ist die Wirkung der Alkalimetall-Zusammensetzung im einzelnen nicht bekannt. Jedoch wird davon ausgegangen, daß eine geringe Menge an Alkalimetall bei der Erwärmung diffundiert und sich auf der Oberfläche des Metallpulvers ablagert. Bei der Sinterungstemperatur verhindert dieses Alkalimetall aufgrund seiner reduzierenden Eigenschaften eine Oxydation des Pulvers und bildet eine azeotrope Mischung mit dem Zink. Letzteres verhindert bei Sintertemperatur Verdampfungsverluste des Zinks und beschleunigt auf diese Weise den Sintervorgang.

Die Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise durch Erhitzung der Mischung auf eine Temperatur, die höher liegt als diejenige Temperatur, bei der sich die Alkalimetall-Zusammensetzung zersetzt, und zwar solange, bis das Zersetzungsgas aufhört zu entweichen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, diese Wärmebehandlung bei Anlaßtemperatur durchzuführen, so daß das Metall gleichzeitig angelassen wird. In der Regel sollte die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 550 bis 650° C durchgeführt werden.

Da die Behandlung der Alkalimetall-Zusammensetzung bei etwa 550 - 650° C stattfindet, unterliegt der grüne Preßling aus Messingpulver erfindungsgemäß

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keiner Ausdehnung mit entsprechender Änderung des Zustandes des Zinks, wie es bei einer Erwärmung auf 4OO-5OO°C der Fall ist. Die Bindungen oder Einschnürungen (bonds or necks), die sich bei der Verfestigung ergeben, werden also stabil und nehmen eine Form an, die ein schnelles Fortschreiten des Sinterns gestatte*. Da dieses Pulver weiterhin bei Zugabe eines Schmiermittels gute Fließ- und Kompressionseigenschaften sowie hervorragende Freigabeoder Trenneigenschaften besitzt, kann es ohne weiteres von einer automatischen Verfestigungsmaschine verfestigt werden, wie man sie üblicherweise in der Pulvermetallurgie verwendet.

Die nach der Erfindung erzielten Produkte zeichnen sich also durch geringe Herstellungskosten gegenüber den bisher gebräuchlichen Produkten aus. Weiterhin besitzen sie hervorragende Qualitäten und Eigenschaften, wie es sich aus den folgenden, bevorzugten Ausführungsbeispielen ergibt.

Beispiel T

Es wurden gesinterte Preßlinge nach der Erfindung und solche nach einem gebräuchlichen Verfahren vorbereitet und hergestellt, wobei man verschiedene Arten von Metallpulvern verwendete. Dabei wurde die Dichte jeweils der grünen Preßlinge, der gesinterten Preßlinge

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und der gesinterten Preßlinge nach dem Aufbringen von Druck gemessen.

Bei der Herstellung jedes der grünen Preßlinge wurden 10 g Pulver in eine Form von 10mm Durchmesser unter einem Druck von 5x10 kg/cm /i^Die sich ergebenden grünen Preßlinge wurden im Stickstoffstrom für 30 Minuten auf eine Temperatur erwärmt, die an die enthaltenen Metalle angepaßt war. Dabei ergaben sich dann die gesinterten Preßlinge. Sodann wurde jeder dieser gesinterten Preßlinge in eine Form gleichen Durchmessers eingebracht und bei Raumtempera-

o ρ

tür einem Druck von 7 * 10^Jkg/cm unterworfen. Anschließend hat man die Dichte der Endprodukte gemessen. Die Ergebnisse sind aus der Tabelle 2 zu entnehmen. Jeder der Zahlenwerte stellt den Mittelwert der Messungen von 10 Probestücken des jeweils getesteten Materials dar.

Wie es aus den Ergebnissen der Tabelle 2 hervorgeht, fällt bei Verwendung einer Legierung aus mindestens zwei Arten von Metallen der Effekt des Zusatzes an Alkalimetall ins Auge.

Tabelle 2 zeigt die Verwendung eines Messings mit einem Gehalt von 40 $ Zn als repräsentatives Beispiel. Bei gesinterten Preßlingen, die in der Praxis nach konventionellen Verfahren hergestellt werden, beträgt der Gehalt an Zn max. 30 $. Enthalten derartige Preß-

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linge mehrtals 30 $ Zn, so wird die Sublimation des Zn beim Sintern zu groß. Man erhält also keine praktisch verwendbare gesinterte Legierung, oder aber man kann den Sintervorgang nicht durchführen. Dementsprechend sind die Effekte hervorzuheben, die sich bei der Anwendung der Erfindung auf Messing mit mehr als 30 $ Zn ergeben.

Der Stern in der folgenden Tabelle 2 bedeutet, daß kein erneuter Preßvorgang durchgeführt wurde, weil die Festigkeit des gesinterten Preßlings zu gering war.

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TABELLE

CD CO CO N>

Laufende Pulver- Pulverher- Partikel- Zumisch- Sinter-Nr. zusammen-!- stellung größe behandlung temp.

setzung (Verfahren) (mesh) u. Zeit

Dichte g/cm

Grüner Gesint· Erneutes Preßl. Preßl. Pressen

cm

Cu58, % Zn 40%-Pb 1.5%

Present Invention (pulverization)

BaCO,

800°C

7.50

min.

keine

7.50

Ni 100$ (Carbonyl) -325

1000°C

6.75

min.

keine

6.75

Cu 64%-Zn 16.5%-Ni 18%-Pb 1%

N Co.

U.S. (Zer-

stäubung)

900°C

7.25

min.

keine

7-25

1	Cu	100%	G Co. U.S.(Zer stäubung)	-100	CaC2C4	900	oc30 min.	7-72	7.43 ■	8.75
	Cu Zn	70%- 30%	N 6o. U.S.(Zer stäubung)	-100	keine	η		7.71	7.25	8.60
2	K2C2C4	800 30	°C min.	7.30	7.92	8.30
	keine	η		7.30	7.25	8.05

8.05

7.00

7.60

7.50

7-85

7.60

8.28

8.

8.20

8.40 CD

8725

BEISPIEL 2

Gesinterte Preßlinge nach der Erfindung und solche nach einem gebräuchlichen "Verfahren wurden unter Verwendung verschiedener Arten von Metallpulvern vorbereitet und hergestellt. Diese gesinterten Preßlinge wurden heiß geschmiedet, und zwar bei Temperaturen und Drücken, die an die jeweiligen Arten der Metalle angepaßt waren. Das Schmieden erfolgte derart, daß scheibenförmige Schmiedestücke entstanden, die einen Außendurchmesser von 45 mm besaßen und 10 mm dick waren.

Man maß die Dichte und Zugfestigkeit dieser Schmiedestücke. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in der Tabelle 3 wiedergegeben. Jede Zahlenangabe stellt einen Mittelwert aus 10 Probestücken dar.

Ein ( - ) in der Tabelle 3 bedeutet, daß kein Sehmiedevorgang durchgeführt werden konnte*

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TABELLE

Laufende Pulverzu-Nr. sammensetzung

Pulverher- Zumisch- Dichte d. stellung behandlung gesinterten (Verfahren) Preßlinge

Schmieden

Li₂CO₃

Cu64#-Zn N Co.

16.55^ - u.So

(Zer- , ,

stäubung) ^keine

7.85

7.55

Schmiede- Schmiedetemp. druck

x103kg/cm

Dichte zugfesg/cm3 tigkeit

68O°c

5.0

68O°C

5.0

8.65

8.60

kg/

mm

1	Cu 100%	G Co. U.S. (Zer	CaC2O4	7.40	700°c	3.5	8.89	25
		stäubung)	keine	7.23	700°C	3.5	8.70	21
2	Cu 70%- Zn 30%	N Co. U.S.(Zer	K2C2°4	7.90	68O°c	4.0	8.50	38
		stäubung)	keine	7.25	—	—	—	—
3	Cu58.5%- Zn40%-	Erfindungs- gem.Pulve	BaCO	8.05	6500C	4.0	8.37	45
	PbI. 5%	risierung	keine	6.85		—		—
4	Ni 100%	(Carbonyl)		7.60	75O°C	3.5	8.65	55
			keine	7-55	75O°c	3.5	8.70	62

40

BEISPIEL 3

at' Spit» u~.ll·)-C hi *i al t mi

Schneidspäne von !f/ (free cutting
brass) (JIS-H-3422) wurden entg*e4f, magnetisch durchgekämmt, um Eisenverunreinigungen zu entfernen, sodann pulverisiert und durch ein Sieb der Klasse 50 mesh
hindurchgegeben. Dem verbleibenden Pulver wurden 0,1$ an anhydri schein Kaliumkorbonat zugegeben. Nach Anlassen im Stickstoffstrom bei 550 - 600°C ergab sich ein Pulver mit den in der folgenden Tabelle 4 aufgetragenen Eigenschaften.

TABELLE 4

Eigenschaften

Chemische Zusammen- Cu 58$, Pb 1.5$, Fe 0,3$ setzung Sn 0,2$ Zn Rest

Verteilung der 50 - 100 mesh 40 %

Partikelgröße 100 - 150 mesh 20 $

150 - 200 mesh 10 $

200 - 250 mesh 10 $

Größer als 250 mesh 20 $

Schuttgewicht 3*6 g/cm

Fließfähigkeit 29 sec/50 gr

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-3d-

Zu dem vorstehend beschriebenen Pulver wurden 0,25ε an Zinkstearat zugesetzt. Darauf folgte eine Schmiermittelbehandlung in einem Mischer und anschließend der Formvorgang in einer Verfestigungsvorrichtung oder Presse. Man erhielt einen grünen Preßling 1' mit einer Dichte von 7»5 g/cm und einer Form entsprechend Figur 1.

Dieser grüner Preßling wurde anschließend gesintert, und zwar in einer Atmosphäre aus ^ersetztem Ammoniakgas (76k mmHg, Strömungsmenge 2 l/min). Nach 3° Minuten bei 800 C erhielt man einen gesinterten Preßling. Dieser Preßling, dessen Temperatur auf 65Ο C gehalten wurde, kam anschließend in eine Schmiedeform und wurde unter einem Druck von 4x10 kg/cm geschmiedet, um das Ausgangswerkstück für die Herstellung eines Gehäuses für ein Kugelventil zu erhalten.

Anschließend wurde die Oberfläche des Schmiedestuckes durch Sandstrahlen oder Beizen gereinigt. Daran schloß sich eine maschinelle Bearbeitung an, beispielsweise das Schneiden eines Gewindes,und man erhielt das Ventilgehäuse 1 mit der in Figur 2 dargestellten Form. Die folgende Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse von praktischen Versuchen, die mit diesem Ventilgehäuse durchgeführt wurden. Jede Zahlenangabe der Tabelle bildet den Mittelwert von mit 5 Teststücken durchgeführten Versuchen.

-n-

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-3t-

TABELLE 5

Versuch

Versuchsbedingungen Ergebnisse

Leckverlustver- Luftdruck 2 Kg/cm such 1)

20 kg/cm'

50 kg/cm* kein Verlust

Druckversuch 2) ¥asserdruck 100 kg/cm'

^M 200 kg/cm*

kein Leckverlust

Quecksilberver- JIS-H-3^22 such

kein Bruch (nach 15 Min.

Ammoniakversuch

Druck von 20 kg/cm für 90 h

kein Bruch

Dauerversuch

Druck von 100 kg/cm* für 60 Tage keine Abnormalitäten

Bemerkung zu 1: In das jeweilige Testventil wurde Luft

mit den angegebenen Drücken eingeführt, wobei man diesen Zustand für eine Minute

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aufrechterhielt. Sodann wurde der Leckverlust an der Oberfläche des Probestückes überprüft.

Bemerkung zu 2: Eine flache Schraubkappe mit der Form

eines regelmäßigen Sechseckes (32 mm Seitenlänge, Rohr-Innengewinde 3/4", Dicke der Stirnwand 2,60 tarn) wurde mit den angegebenen Wasserdrücken beaufschlagt, und zwar eine Minute lang. Die Stirnwand wurde sodann auf Brüche untersucht.

Die Ergebnisse der Tabelle 5 beweisen, daß das erfindungsgemäß hergestellte Ventil sich in der Praxis als vielfältig verwendbares Hochdruckventil bewährt.

Der Herstellungspreis des erfindungsgemäß hergestellten Ventilgehäuses kann im Vergleich zu demjenigen Preis, der bei der Herstellung des gleichen Teils unter Anwendung konventioneller Verfahren erforderlich wird, um mehr als 30 <£ gesenkt werden, und zwar aufgrund der geringen Material-Verluste. Wesentliche Verbesserungen ergeben sich weiterhin im Zusammenhang mit der wirtschaftlichen maschinellen Bearbeitung und Herstellung, woraus eine beträchtliche Kostensenkung resultiert.

Beispiel 4

Unter Verwendung des im Beispiel 3 angegebenen Pulvers wurde die Ventilkugel 3 nach Figur 2 hergestellt.

-3J-

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Anfänglich formte man in der im Beispiel 3 angegebenen Weise den dicken zylindrischen grünen Preßling 3¹ gemäß Figur 1, der sodann gesintert und anschließend geschmiedet wurde, um einen sphärischen Körper zu erhalten, dessen Abmaße eng an die der fertigen Kugel angepaßt waren. Das Schmiedestück wurde anschließend geschliffen, um die Genauigkeit der sphärischen Oberfläche zu erhöhen. Sodann wurde maschinell eine Nut oder Ausnehmung zur Befestigung des Bedienungshandgriffes eingearbeitet. Man erhielt auf diese Weise die Kugel 3 nach Figur 2.

Diese Kugel wurde in der im Beispiel 3 angegebenen Art und Weise getestet, und es ergab sich aus den Testergebnissen, daß das Endprodukt in hervorragender Weise als Teil eines allgemein verwendbaren Hochdruckventiles geeignet ist.

Bisher hat man solche Kugeln dadurch hergestellt, daß man rundes Stangenmaterial geschnitten und geschliffen hat, ohne irgendwelche Verformungsvorgänge durchzuführen. Dies erforderte viele Arbeitsstunden und führte zu erhöhten Kosten. Diese Kosten lassen sich ganz be- _t, trächtlich senken, wenn man das erfindungsgemäß hergestellte Rohteil verwendet.

Man kann eine Stirnkappe 2, wie sie in Figur 2 gezeigt 1st, in exakt dergleichen Weise herstellen. Hierbei

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wird ein zylindrischer grüner Preßling 2¹ mit einer Stufe in der Außenfläche gemäß Figur 1 gesintert und sodann in eine Form geschmiedet, die dem Endprodukt ähnlich ist. Daran schließt sich das Schneiden des Gewindes auf einer Gewindeschneidmaschine an.

Beispiel 5

Im Rahmen dieses Beispiels wurde ein korrosionsfestes Kugelventil durch mehrfasiges Sintern von mehr als zwei unterschiedlichen Metallarten, wie es für die Pulvermetallurgie charakteristisch ist, hergestellt.

Ausgegangen wurde von einem Pulver aus /ee Inessing, wie es auch im Beispiel 3 Verwendung gefunden hat. Diesem Pulver wurden 17 $ an reinem Nickelpulver und sodann 0,t $ an Lithiumoxalat zugesetzt. Die Mischung wurde im Stickstoffstrom bei 550 bis 600°C für 30 Minuten angelassen, und man erhielt ein Pulver mit den Eigenschaften entsprechend der Tabelle 6.

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-sr-

TABELLE

Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Verteilung der Partikelgröße

Cu Pb Zn	48.3%, Rest	Ni 17. (Sn +	5% Fe)	0
50	- 100	mesh		0
100	- 150	mesh		17
150	- 200	mesh		20
200	- 25O	mesh		25
250	—	mesh		38

Schuttgewicht

3.2 g/cm³

Fließfähigkeit

45 sec/50 gr

In Übereinstimmung mit Beispiel 3 wurde dieses Pulver einer Schmiermittelbehandlung unterworfen. Sodann erfolgte die Herstellung eines Kugelventils, bestehend aus einem Gehäuse, einer Stirnkappe und einer Kugel, und zwar ebenfalls wieder in der gleichen Weise wie in Beispiel 3» abgesehen von den Sinterbedingungen mit 900°C und 30 Minuten.

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Der anschließend durchgeführte Dauerversuch, der sehr zufriedenstellende Ergebnisse erbrachte, entspricht wiederum dem in Beispiel 3 beschriebenen Resultat. Weiterhin wurde das Ventil einem 24-stündigen Korrosionstest und Salzsprühtest unterworfen, und zwar zu Vergleichszwecken gemeinsam mit Nickelsilber der JIS-Spezifikation (JIS-H-3711). Man konnte keinen Unterschied feststellen.

Beispiel 6

Eine Hartchromplattierung (5 mti Dicke) wurde auf die Kugel des gemäß Beispiel h hergestellten Kugelventils aufgebracht. Diese Kugel wurde sodann gemeinsam mit einem in ähnlicher Weise chromplattierten, jedoch nach einem konventionellen Verfahren hergestellten Teil einem Dauertest unterzogen, bei dem Salz und Ammoniak aufgesprüht wurden. Die Ergebnisse zeigten, daß kein Unterschied zwischen dem erfindungsgemäß hergestellten Gegenstand und dem in gebräuchlicher Weise hergestellten Gegenstand vorhanden waren.

Grundsätzlich weisen die meisten der pulvermetallurigischen Produkte feine Lunker auf, die die Oberfläche durchdringen. Diese Lunker können nicht einmal durch Prägen oder Schmieden vollständig beseitigt werden. Man bringt daher in der Regel Kunstharz in die Oberfläche ein und legt eine Plattierung darüber. Die nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Produkte hingegen

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sind aufgrund ihrer hervorragenden Schmiedbarkeit frei von Lunkern.

Beispiel 7

Schneidspäne von gut spanabhebendem Messing (4O# Zn 6O $ CU) mit einer Zusammensetzung gemäß Tabelle wurden entfettet und sodann in einer Kugelmühle pulverisiert.

TABELLE 7

Elemente	Cu	2	Pb	Fe	Sn	Zn
Zusammensetzung (*)	58.	1.5	O.92	O.25	Rest

Diesem Pulver wurde soviel Pulver aus Lithiumkarbonat zugesetzt, daß der Lithiumgehalt des Pulvers etwa o,1 % betrug. Das Pulver wurde bis zur Homogenität gemischt. Sodann wurde die Mischung unter neutraler Atmosphäre auf eine Temperatur von etwa 550 - 56O G erhitzt, woraufhin sich das Lithiumkarbonat unter Freigabe von Kohlendioxyd zersetzte. Eine geringe Menge

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an Lithium diffundierte, seigerte und lagerte sich an den Flächen der Messingpartikel an. Es wird angenommen, daß dieser Vorgang auf folgende Gründe zurückzuführen ist. Obwohl sich Lithiumkarbonat bei 550 C thermisch zersetzt und in Lithiumoxyd sowie Kohlendioxyd aufspaltet, ist anzunehmen, daß das Lithiumoxyd in Anwesenheit von Messing eine bestimmte chemische Veränderung erfährt und in stabiler Weise an das Messing gebunden wird.

Das Messingpulver nach der Erfindung kann in der obenbeschriebenen Weise hergestellt werden. Würde das Lithiumkarbonat in Form von Lithiumoxyd zugeführt, so wäre das sich ergebende Pulver in hohem Maße hygroskopisch und würde in Anwesenheit von Wasser stark alkalisch reagieren, da Lithiumoxyd diese Eigenschaften besitzt. Jm Gegensatz dazu weist das Pulver nach der Erfindung keine hygroskopischen Eigenschaften auf, selbst wenn es für längere Zeit an der Luft gelassen wird. Sogar wenn man das Pulver in Wasser wirft, bleibt die Wasserstoffionenkonzentration im wesentlichen unverändert. Hinzu kommt, daß die Bearbeitungsspannungen, die während des Pulverisierens entstanden sind, vollständig eliminiert worden sind.

Die folgende Beschreibung richtet sich auf die Verfestigbarkeit dieses Pulvers in feuchtem Zustand

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und auf die Eigenschaften des gesinterten Preßlings.

Das Pulver wurde ausgesiebt und in Gruppen mit zugehörigen Größenbereichen glasiert. Diese wurden sodann in den Verhältnissen entsprechend Tabelle'8 gemischt. Ein Schmiermittel wurde zugesetzt, und das Pulver wurde sodann in einem Kegelmischer (cone blender) mit einer Rührgeschwindigkeit von 20 U/min gemischt, und zwar mit einem Durchsatz von etwa 10 kg/h. Es entstand ein Pulver mit einer Fließfähigkeit von etwa 30 sec/50 g. Dieses Pulver wurde anschließend in einer vorbestimmten Form verfestigt, um einen grünen Preßling zu erzeugen.

TABELLE 8

Partikelgröße ' Gew.-

(mesh)

100 - 150 20

150 - 200 20

200 - 250 20

250 - 325 20

325 - ' 20

Schuttgewicht des

gemischten Pulvers 3·^ g/cm

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Figur 3 zeigt das Verhältnis zwischen dem Verfestigungsdruck und der Dichte des erzielten
grünen Preßlings. Das während der Verfestigung
verwendete Schmiermittel ist vorzugsweise ein
Metallsalz aus Stearinsäure, ein Wachs- oder
Polierpulver o. dgl., und zwar von der Art, wie
sie normalerweise in der Pulvermetallurgie verwendet werden, beispielsweise Fe-Pulver oder Cu-Sn-Pulver. Der erzielte grüne Preßling hat gute
Kantenstabilität und fast keinerlei Tendenz, nach dem Verfestigen "zurückzuspringen", d.h., sich
auszudehnen.

Dieser grüner Preßling wird erhitzt und in einem
Stickstoffstrom (Durchflußmenge etwa 3 l/min) bei 800 ⁰C kO Minuten lang gesintert, um zu einem gesinterten Preßling zu gelangen. Das Schmiermittel tritt im Laufe der Erwärmung bei einer Temperatur von 400 - 500 C aus· Anschließend werden praktisch keine flüchtigen Stoffe gebildet, und die Partikeleinschnürungen (particle necks) wachsen. Bis zum Erreichen einer Temperatur von 500 - 700°C treten im wesentlichen die gleichen Vorgänge auf, die man beim normalen Sintern in der Feststoffphase beobachtet. Bei der genannten Temperaturgrenze beginnt die IntraFeststoff diffusion an den Korngrenzen. Übersteigt jedoch die Temperatur den Wert von etwa 700°C, so wird der Einfluß des zugesetzten Alkalimetalls augenfällig. Das Anwachsen der Einschnürungen wird immer

-M-

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schneller, und die Abstände zwischen den Partikeln schrumpfen und werden fortschreitend geringer, so daß die Dichte ansteigt. Das Sintern in der Feststoffphase ist bei etwa 800°C beendet. Während dieser Verfahrensperiode ergeben sich keine Veränderungen in der Zusammensetzung und fast keine . Verdampfungsverluste an Zink. Dies kann vielleicht darauf zurückgeführt werden, daß der Unterschied im osmotischen Druck zwischen den Ionen des zugesetzten Alkalimetalls und dem Zink in der Messingzusammensetzung ein Ansteigen der Sublimationstemperatur des Zinks hervorruft und auf diese Weise die Entzinkung verzögert, die' andernfalls durch Verdampfungsverluste hervorgerufen werden könnte.

Die Dimensionsänderung, d.h., das "Zurückspringen" nach dem Sintern, ergibt sich aus Figur 4, die das Verhältnis zwischen der Dichte und dem Maß der Zusammendrückung des grünen Preßlings darstellt. Figur zeigt den Gewichtsverlust an Zink während des Sinterns, und Figur 6 stellt die physikalische Festigkeit des sich ergebenden gesinterten Körpers dar. Das Verhältnis zwischen der Dichte und Porösität des gesinterten Preßlings ergibt sich aus Figur 7· Wie es aus den Figuren 4-7 hervorgeht, kann ein goldfarbener gesinterter Preßling erzeugt werden, der eine hohe physikalische Festigkeit und Dimensionsgenauigkeit besitzt und der eine schöne glänzende Oberfläche aufweist.

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Venn ein Messingpulver (40$ Zn, 60 $ Cu), daß nicht in der von der Erfindung vorgeschlagenen Weise mit Alkalimetall behandelt worden ist, in der oben beschriebenen Weise verfestigt und gesintert wird, so ergibt sich eine thermische Expansion bei etwa 550 C, deren Wert in Durchmesserrichtung etwa 2-k $> und hinsichtlich der Gesamtlänge 5-8 $ beträgt. Selbst wenn die Temperatur 700 C übersteigt, ergibt sich keine Verdichtung des gesinterten Preßlings unter Anwachsen der Einschnürungen, und Zink geht durch Verdampfung verloren. Auch kommt es bei 800 C nicht zu einem Schrumpfen des gesinterten Preßlings. Dieser gesinterte Preßling ist von geringer mechanischer Festigkeit und besitzt eine Zugfestigkeit von weniger als 10 kg/cm . Der Zinkverlust durch Verdampfen tibersteigt 8 %.

Zwar wurde die Erfindung im Zusammenhang mit einem Pulver beschrieben, das aus einer Kupferlegierung mit hohem Zinkgehalt (35-^5$) besteht, jedoch sei darauf hingewiesen, daß man das Sinterpulver auch aus Messing gewinnen kann. Selbst wenn man gebräuchliches Messing (20 oder 305ε Zn) verwendet, beträgt der Verdampfungsverlust von Zink lediglich 3-5$. Die Dichte des gesinterten Preßlings liegt dann max. bei etwa 7»0 g/cm

Die Eigenschaften des aus Messing gesinterten Preßlings nach der Erfindung ergeben sich aus den Figuren 3 bis 7< Es sei darauf hingewiesen, daß das Verfahren nach der Erfindung eine Möglichkeit zum Bearbeiten von Messing

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bietet, die wirtschaftlicher ist als die gebräuchlichen Verfahren, bei denen geschmiedet und anschließend maschinell bearbeitet wird. Die gesinterten Preßlinge nach der Erfindung können durch Warmschmieden in höchstem Maße verdichtet werden, um druckdichte Teile zu bilden. Erfindungsgemäß kann nicht nur Alkalimetall zum Grundpulver zugefügt werden, sondern auch andere Metalle, wie beispielsweise Fe oder Ni, und zwar in entsprechender Menge, um ein Reibmaterial zu bilden. Die Erfindung schafft also nicht nur Pulver zum Herstellen von Teilen aus Messing mit hohem Zinkanteil, sondern auch billige Basismassen für die Pulvermetallurgie.

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Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE

1. Mischiang zum Herstellen eines gesinterten Preßlings ,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Mischung im wesentlichen aus mindestens einem in Pulverform vorliegenden Metall mit einer Atomzahl von 26 - 30 besteht, wobei die Partikel dieses Pulvers eine Beschichtung tragen, die ein Metall -aus der Gruppe der Alkalimetall oder Erdalkalimetalle enthält·

2. Gesinterter Preßling,
dadurch gekennz ei chne t,

daß er eine das Walzen und Schmieden gestattende Dichte aufweist und im wesentlichen aus mindestens einem Metall mit einer Atomzahl von 26 - 30 besteht, welches mit mindestens einem Metall der Gruppe der Alkalimetalle und Erdalkalimetalle gemischt ist, wobei das letztgenannte Metall max. ein Gewichtsprozent der Mischung bildet.

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3·. Gesinterter Preßling nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Atomzahl von 26-30 aufweisende Metall eine Legierung aus Kupfer und Zink ist.

4. Gesinterter Preßling nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Zink mindestens 35 % der Legierung bildet.

5· Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver angelassen ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Preßlings,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Zusammensetzung, die ein Metall aus der Gruppe der Alkalimetalle und Brdalkalimetalle enthält, einem Pulver zugesetzt wird, das im wesentlichen aus mindestens einem Sintermetall mit einer Atomzahl von 26-30 besteht, daß die erzielte Mischung bei einer Temperatur angelassen wird, die höher als die Zersetzungstemperatur der Zusammensetzung ist, und daß die Mischung anschließend verdichtet und gesintert wird, wobei die Zusammensetzung von einer Art ist, die keinerlei Substanzen freisetzt,, welche einen korrosiven Einfluß auf das Sintermetall ausüben.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zusammensetzung auf der Gruppe der Karbonate, Oxalate, Acetate, Halide und Siliciumfluoride der Metalle ausgewählt ist.

SO 983 2/0 6

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet,

daß das Sintermetall aus derjenigen Gruppe ausgewählt ist, die aus Eisen, Eisenlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Nickel und Nickellegierungen besteht.

9· Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß das Pulver eine Teilchengröße von weniger als 50 mesh besitzt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

daß das Sintermetall im wesentlichen aus Kupfer und Zink mit einem Zinkanteil von mindestens 35 $ besteht und daß die Zusammensetzung in einer solchen Menge zugeführt wird, daß das Metall der Zusammensetzung etwa 0,1 Gewichtsprozent der gesamten Metallmenge bildet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die gesinterte Mischung zusätzlich verdichtet und geschmiedet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch geknnzelehnet,

daß die gesinterte Mischung zusätzlich verdichtet und gewalzt wird.

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?461736

13· Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß das Sintermetall ein Metall umfaßt, welches normalerweise bei der angewendeten Sintertemperatur sublimiert, und daß zur Verhinderung einer derartigen Sublimation eine genügende Menge an Alkalimetall oder Alkalierdmetall zugesetzt wird.

14. Gesinterter Preßling nach Anspruch 3» dadurch geknnzeicb.net,

daß er zur Ausbildung eines fertigen Artikels geschmiedet

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