DE2710745A1

DE2710745A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines metallpulvers auf eisenbasis mit niedrigem sauerstoffgehalt

Info

Publication number: DE2710745A1
Application number: DE19772710745
Authority: DE
Inventors: Shunji Ito; Yoshihiro Kajinaga; Minoru Nitta; Ichio Sakurada
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1976-03-12
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1978-01-26
Also published as: JPS52110208A; GB1544603A; SE7702765L; JPS58481B2; FR2343813B1; IT1075574B; US4234168A; BR7701505A; CA1087880A; FR2343813A1

Description

Kobe city, 11. März 1977

JAPAN

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Metallpulvers auf Eisenbasis mit niedrigem Sauerstoffgehalt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Metallpulvers auf Eisenbasis mit niedrigem Sauerstoffgehalt für die Pulvermetallurgie einschließlich Sinterung und Schmieden aus einem Metallpulver auf Eisenbasis, wie z.B. reinem Eisenpulver, Legierungsstahlpulver und einer Mischung davon.

Der hier verwendete Ausdruck "Metallpulver auf Eisenbasis" steht für ein Pulver, in dem metallisches Eisen die größte Komponente, bezogen auf Gew.-%, darstellt und dazu gehören

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reines Eisenpulver, Legierungsstahlpulver oder Ei pulver, das ein Legierungselement enthält, und dgl.

In der neuesten Pulvermetallurgie besteht die Tendenz, die Anwendungsgebiete allmählich auszudehnen von der Herstellung von kleinen Maschinenteilen auf die Herstellung von Maschinenteilen mit hoher Zähigkeit, Werkzeugen, großen Maschinenteilen und Materialprodukten (z.B. Blechmaterialien und dgl. durch Pulverwalzen) vor der hohen Verdichtung und Verstärkung (Verfestigung)· Es wurden bereits verschiedene Untersuchungen zur Herstellung solcher hochfester Produkte durchgeführt.

In diesem Falle ist ein höchst bedeutsamer Faktor der Sauerstoffgehalt des Pulvers. So enthält z.B. das Metallpulver auf Eisenbasis in der Hegel auch im Falle von reinem Eisenpulver 1000 bis 5000 ppm Sauerstoff. Wenn ein solches Pulver als Ausgangsmaterial für die Herstellung eines Maschinenteils mit hoher Dichte verwendet wird, werden die Ermüdungsfestigkeit und die Zähigkeit dadurch beeinträchtigt. Auf diese Tatsache wird fast in der gesamten Literatur und in sämtlichen Artikeln hingewiesen. Außerdem hat der Sauerstoffgehalt im allgemeinen die Neigung, im Falle eines niedri^legierten Stahlpulvers und eines hochlegierten Stahlpulvers anzusteigen. Deshalb wurden auf dem Gebiet der Herstellung einer, Metallpulvers auf Eisenbasis bereits viele Versuche zur Herabsetzung des Sauerstoffgehaltes durchgeführt.

Zur Herstellung eines Pulvers mit niedrigem Sauerntoffgehalt durch Desoxydation des Metallpulvers ataf EisenbasLs wurde bisher in großem Umfange ein Verfahren angewendet, das die folgenden Stufen umfaßt: (i) Verwendung eines reduzierenden Gases, wie Wasserstoff und dgl., als Reduktionsmittel,(ii) indirektes Erhitzen des reduzierenden Gascc und den zu reduzieren

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den Pulvers, um eine Desoxydation au bewirken (während der das Pulver zu einem Kuchen gesintert wird^und (iii) Pulverisieren den dabei erhaltenen gesinterten Kuchens (Sinterkuchens). E.'3 wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Gemisch aus dem zu reduzierenden Pulver und Graph.itkörnchen als Reduktionsmittel indirekt erhitzt wird durch Strahlungswärme, um die Desoxydation zti bewirken. In jedem Falle muß bei diesen bekannten Verfahren das Pulver durch ein äußeres Erwärmungssystem indirekt erwärmt werden, so daß verschiedene Beschränkungen in bezug auf die Vorrichtung, wie z.B. die Wärmebeständigkeit der Materialien, aus denen eine Reaktionskammer des Ofens besteht, und dgl. bestehen und daß die Erhitzungstemperatur nicht stark erhöht werden kann. Infolgedessen kann keine wirksame Desoxydation erwartet werden.

Ferner werden die Einzelteilchen des Pulvers von außen durch Strahlungswärme, durch Wärmeaustausch mit einem reduzierenden Gas (d.h. durch Konvektion), durch Wärmeleitung und dgl., erwärmt, so daß eine lange Reduktionszeit erforderlich ist, während der die Sinterung zwischen den Teilchen unvermeidlich fortschreitet, wobei als Folge davon das Problem auftritt, daß die Pulverisierbarkeit dec Kuchens nach der Schlußreduktion (Endreduktion) beeinträchtigt bzw. verschlechtert wird. Unter diesen Umständen ist es sehr schwierig, auf wirtschaftliche Weise ein Metallpulver auf Eisenbasis mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt in großen Mengen herzustellen.

Um die Desoxydation zu erleichtern, wurde daher versucht, ein Legierungselement, wie z.B. Nickel, Molybdän χχηά. dgl., dem Metallpulver auf Eisenbasis zuzusetzen. Wenn jedoch billiges Mangan, Chrom und dgl., wie sie üblicherweise in Block-Stah]materialien verwendet werden, in das nach einem wirtschaftlichen großtechnischen Verfahren, wie z.B. unter

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Anwendung eines Wasserzerstäubungsverfahrens, erhaltene Pulver vorher einlegiort werden, werden diese Elemente leicht oxydiert. Bisher ist jedoch noch kein wirksames Desoxydationsverfahren entwickelt worden. Wenn man beabsichtigt, das dabei erhaltene Pulver einer üblichen Schlußreduktion zu unterwerfen» werden die Temperatur- und Atmösphärenbedingungen strenger und beim Betrieb treten sehr häufig Schwierigkeiten auf und dadurch werden notwendigerweise die Kosten erhöht.

Die Pulverisicrung des Kuchens nach dor Schlußreduktion int darüber hinaus extrem schlecht, v/eil die Reduktion.-jsbufe eine lange Zeit in Anspr\ich nimmt und die Sinterung zwischen doxi Pulverteilchen in unerwünschter Weise fortschreitet und auch der Kuchen sehr hart wird. Nach der Pulverisierung verbleiten die Bearbeitungsspannungen in den Pulverbeilchen und die Teilchen selbst v/erden dadurch gehärtet, ,so daß die Verformbarkeit des daraus resultierenden Pulvers beeinträchtigt (verschlechtert) wird.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben erwähnten Nachteile durch eiii einfaches Verfahren zu überwinden, nachdem leicht ein Metallpulver* auf Eisenbasis mit niedrigem Sauerstoffgehalt und mit einer verbesserten Verformbarkeit hergestellt werden kann, boi dem das nach verschiedenen konventionellen Verfahren hergestellte Metallpulver auf Eisenbasis in einer nicht- o:<ydi er enden Atmosphäre vorerwärmt wird, um einen Teil des Sauerstoffs in den Pulverteilchen vor der Schlußrodukbion zu induzieren und auch die Gesamtmenge an Kohlenstoff einschließlich des legierten Kohlenstoffs zu vermindern, inn dadurch die Reduktionibedingungen einzustellen, und dar, dann durch eine in borne Y/ärmeanreicherung(d.h. durch Induktion«erhitzen) in der gleichen Atmosphäre erhitzt wird, wodurch die Erhitzungzeit beträchtlich verkürzt wird und als Folge davon die Pulverirderun?; des

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Kuchens nach der Schlußreduktion erleichtert wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Metallpulvers auf Eisenbasis mit niedrigem Sauerstoffgehalt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einem Metallpulver auf Eisenbasis, das einer Schlußreduktion unterworden werden go31 und das eine scheinbare Dichte (Schüttdichte) aufweist, die 16 bis 57 % der theoretischen wahren Dichte im gefüllten Zuritmd entspricht, und das einen Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 6 Gew.-^ und eine Teilchengröße von nicht mehr als: 1 mm aufweist, Kohlenstoff- oder kohlenstoffhaltige Körnchen in einor Menge zulegiert und/oder zuraischt, die nicht mehr alo den angestrebten Le^icrun^skohlenstoffgehalt des Endproduktes (in Gew.-%) plu« einem Sauerstoffgehalt des Pulvers urunittelbar vor der Schlußreduktion (in Gevv.-%) χ 1,35 entspricht, zur HezT» te llung eines Ausgangspulvers, das Ausgangspulver bei einer Temperatur von 780 bis 1130°C in einer nicht-oxydierenden Atmosphäi'e mit einem theoretischen Sauerstoffpartialdruck von nicht mehr als 2,1 χ 10" mm Hg und einem Taupunkt von nicht mehr als +50 vorerwärmt unter Bildung eines vorerv/ärmten und gesinterten Kuchens (nachfolgend abgekürzt als "P-Kuchen¹.¹ bezeichnet), den P-Kuchort in der gleichen Atmosphäre durch Induktionserllitzen auf eine TemperaI;ur von 850 bis 1400⁰G erwärmt durch Anlegen einer Wechsel.'-, bromquelle von 50 Hz bis 500 kHz aus einer Energiequelle, in.i die Desoxydation und Entkohlung zu bewirken,unter Bildung eines induktionserhitzten Kuchens (nachfolgend abgekürzt als "I-Kuchen" bezeichnet)₁ und dann den I-Kuchen abkühlt und pulverisiert.

Die Vv'or.entlichon Merkmale der Erfindung sind folgende: 1.) in dem Au.sgr.-ngr.pulver ist Kohlenstoff als Reduktionsmittel enthalten,

2.) die echte und wirkooiue Desoxydation wird durch Indukit-,0v-hi Ozon um-chgef uhr t:,

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3.) das Ausgangspulver wird durch Vorervärmon gesintert, tun die nachfolgende Induktionserhitzung auf wirksame \7eir.e

durchführen z\i können,

4.) die nicht-oxydierende Atmosphäre wird aufrechterhalten, um die Desoxydation auf wirksame Woise durchführen zn können und Rückoxydationen des P-Kuchcns und I-Kuchens zu verhindern.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich somit um ein ein Reduktionsmittel enthaltendes System, bei dem die wirksame und v/irkunr:svolle Desoxydation des Metallpulver^ auf Eisenbasis gefördert wird durch direkte Umsetzung des legierten Kohlenstoffs in dem Ausgangspulver lait dem in dem Ausgangspulver enthaltenen Sauerstoff (in der Regel in Form von Oxiden) während der direkten Induktionserhitzung des Ausgangspulvers, und es ist dadurch völlig verschieden von dem konventionellen Reduktionssystem, wie z.B. einer Gan-Peststoff-Reaktion, bei dem (der) das Pulver kein Reduktionsmittel enthält und durch ein von außen zugeführtes Reduktionsgas desoxydiert wird. Erfindungsgemäß wird insbesondere das Induktionserhitzungssystem, bei dem Wärme in dem Ausgangspulver selbst erzeugt wird, angewendet, so daß praktisch keine Beschränkungen in bezug auf.die Wärmebeständi^keit, die Oxydationsbeständigkeit und dgl. bei den Reaktionsteilen der Vorrichtung bestehen.und die Erhitzungstemperatur kann soweit wie möglich erhöht werden, wodurch eine wirksamere Des-. Oxydation erzielt werden kann. Ferner wird der Temperaturanstieg des gesamten P-Kuchens innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes erzielt. Beim InduktionserhitKen wird auch ein Induktionsv/irbelstrora in den Pulvert eilchen erzeugt, der im Innern der Teilchen Wärme erzeugt, und als Folge davon wird die Diffusion des logierten Kohlenstoffs in dem Pulver gefördert, wodurch die Dosoxydationsreaktion fortschreitet und innerhalb einer kurzen Zeit aufhört. Diese kurzen Zeitspannen für den Temperaturanstieg und für die Desoxydation sind

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sehr wichtige; Faktoren bei der Schlußreduktion, da dadurch eine übermäßige Sinterung des I-Kuchens verhindert wird, obgleich ein Erhitzen auf eine höhere Temperatur durchgeführt wird, und die Pulverisierbarkeit des I-Kuchens nach dem Abkühlen wird in zufriedenstellender V/eise beibehalten als Folge der schnellen Gaserzeugung.

Die Erfindung ist anwendbar auf alle Arten von Ausgangspulvern für die Schlußreduktion, die einer Schlußreduktion des Metallpulvors auf Eisenbasis, wie z.B. von reduziertem Eisenpulver, verstäubtem Eisenpulver, mechanisch pulverisiertem Eisenpulver, elektrolyt is ehern Eisenpulver und dgl., entspricht, unabhängig von den Verfahren zur Herstellung dieser Pulver oder dor Legierungszusammensetzung oder der Anwesenheit von Oxiden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf den Fall der Verwendung von reduziertem Eisenpulver und zerstäubtem Eisenpulver als Metallpulver auf Eisenbasis näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Das reduzierte Eisenpulver wird in der Regel hergestellt durch eine primäre Vorreduktionsstufe und eine sekundäre Endreduktionsstufe. Das vorreduzierte Eisenpulver, das erhalten wird durch Pulveriαierung von Schwammeisen, das in der primären Vorredukticnsstiife entsteht, enthalt etwa 0,7 bis etwa 2 % Sauerstoff. Dieser Sauerstoff ist teilweise in Form von Eisenoxid in den Pulverteilchen eingeschlossen oder er kann in Form von unabhängigen Eisenoxidteilchen vorliegen. Das Schwammeisen enthält gewisse Mengen Kohlenstoff als Folge des Aufkohlungsphänomens in der Vorreduktionsstufe (Rohreduktionsstufe). Der Kohlenstoffgehalt kann gewünschtenfalls erhöht oder vermindert werden. In dem üblichen Schwämmeisen ist der Kohlenstoffgehalt jedoch geringer als der Sauerstoffgehalt, so daß es erfindungsgemäß erforderlich ist, eine gegebene

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Menge Kohlenstoff dem vorreduzierten Eisenpulver zuzulogieren, beispielsweise durch Durchführung einer Vorbehandlung, wie z.B. einer Gasauf kühlung, oder durch Mischen des vorreduzierten Eisenp\ilvers mit kohlenstoffhaltigen Körnchen, wie Graphitkörnchen und dgl. Natürlich kann der Kohlenstoffgehalt erhöht werden durch Aufkohlung (Carburierung) des Schwammei.seno in der Vorreduktionsstufe oder in einer ITachbehandlungsstufe vor der Pulverisierung.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren als Schlußreduktion nach dem oben erwähnton Verfahren angewendet wird, kann eine v/irksame Desoxydation erzielt werden. Wenn beabsichtigt ist, ein Defizit des Kohlenstoffgehaltes auszugleichen durch Vermischen mit Graphitkörnchen, ist es erforderlich, den Kohlenstoff in befriedigender Weise in der Vorerwärmungsstufe gemäß der Erfindung in das Pulver einzulegieren.

Bei Verwendung von zerstäubtem Eisenpulver (einschließlich Legierungsstahlpulver) ist es möglich, die Pulverinierung zu bewirken durch Zerstäubung, nachdem der Kohlenstoff im geschmolzenen Zustand zulegiert worden ist, so daß das erfindungsgemäße Verfahren auf wirksamere V/eise auf die Schlußreduktion des Pulvers angewendet werden kann. In dsm Pulver bildet sich unmittelbar nach der Zerstäubung auf der Oberfläche der Pulverteilchen ein sogenannter Nichtmetalloxidfilm und/oder Nichtmetallhydroxidfilm. Aus diesem Grunde ist das erfindungsgemäße Verfahren in bezug auf den Reduktiom:raechanismus von dem konventionellen Gasreduktionusystem grundsätzlich verschieden.

In dem Gasreduktionssystem v/erden die Teilchen des zerstäubten Eisenpulvers an ihrer Oberfläche reduziert durch Erwärmen von außen, wodurch auf der Oberfläche der Teilchen ein Metallanteil als Reduktionr.produkt gebildet v.-ird. Die Folge davon ist, daß nicht-reduzierte Anteile r.o.miwi chartig

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zwischen den Metallanteilen im Zentrum und cn dor Oberfläche der Teilchen während des Verlaufs der Reduktion eingeschlossen sind. Deshalb schreitet die Reduktion beispielsweise über eine Reihe der nachfolgend angegebenen komplizierten Prozesse ab:

i) wechselest ige Diffusion eines reduzierenden Gases und eines Abgases (nach der Reduktion) in einer Gasgrenzschioht in der Nähe der Oberfläche der Teilchen,

ii) Wärmeaustausch zwischen einem reduzierenden Gas und den Pulverteilchen (einschließlich Strahlungswärme und Erwärmung durch Wärmeleitung in den Teilchen und zwischen den Teilchen), iii) Lösungsbildung des Kohlenstoffs oder Wasserstoffs aus einem reduzierenden Gas in der Metallschicht auf der Oberfläche der Teilchen,

iv) Diffusion den gelösten Kohlenstoffs oder Wasserstoffs in eine Genzfläche zwischen den reduzierten und nicht-reduzierten Anteilen,

v) Reduktionsreaktion an der Grenzfläche zwischen den reduzierten und nicht-reduzierten Anteilen und vi) Abführen des Abgases aus den Teilchen.

Darüber hinaus ist einer der oben genannten Prozesse eine die Geschwindigkeit bestimmende Stufe und das Fortschreiten dieser Stufe wird langsam, so daß die Desoxydationsgeschwindigkeit ebenfalls gering wird.

Erfindungsgemäß wird die Schlußreduktion des Metallpulvers auf Eisenbasis in verschiedenen nicht-oxydierenden Atmosphären aus einem reduzierenden Gas, einem neutralen Gas, einem Inertgas und dgl. oder im Vakuum durchgeführt. Der Reduktionsmechanif.nus des zerstäubten Eisenpulvers gemäß der Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben,beispielsweise in einer nicht-o::ydierenden Atmosphäre mit einem theoretischen Sauerstoffpartialdruok von nicht mehr als 2,1 χ 10 mm Hg, d.h.

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unter einem höheren Vakuum von nicht mehr als 1 mv.\ Hg (in diesem Falle beträgt der Taupunkt der Atmosphäre unvermeidlich nicht mehr als +5⁰C).

Im Unterschied zu dem konventionellen Ganreduktioiissystem wird erfindungsgemäß das Pulver mit Joule-Wärme erhitzt, die erzeugt wird durch Verwendung eines Induktionswirbelstromes, der in einem Metallabschnitt im Innern dor Teilchen, wie oben erwähnt, induziert wird. Da die Wärme in den Teilchen selbst erzeugt wird, wird die Diffusion des legicz'ten Kohlenstoffs im Innern der Teilchen gefördert und auch die Reduktionsreaktion an der Grenzfläche zu dem Nicht-Metallfilm schreitet schnell fort. Das heißt, die Reduktion schreitet aus dem Innern des Teilchens nach außen fort. Außerdem erfolgt eine schnelle Gasbildung an der Grenzfläche, so daß der Druck des gebildeten Gases schnell ansteigt. Diesei¹ Druckanstieg dient zusammen mit dem Vakuum außerhalb der Teilchen dazu, den Nichtmetallfilm auf der Oberfläche der Teilchen leicht aufzubrechen. Als Folge davon wird das rediizierte Gas aus den Teilchen ausgestoßen und auch die Reaktion an der Grenzfläche wird in einem höheren Zustand gehalten. Auf diese Weise werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren, in dem die PulverteiIchen, die jeweils Kohlenstoff als Reduktionsmittel enthalten, schnell und zwangsläufig erhitzt durch Induktionserhitzen, wobei das Phänomen nicht zu beobachten ist, daß die Heduktionsgeschwindigkeit im Verlatife der Reduktion beträchtlich abnimmt, wie dies bei dem konventionellen Gasreduktionssystem der Fall ist. Darüber hinaus entfernt sich das Abgas schnell von der Oberfläche der Teilchen infolge der. angelegten Vakuums, so daß in der Nähe der Oberfläche der Teilchen keine Gasgrenzschicht gebildet wird. Obgleich angenomnen wird, daß die Gasgrenzschicht in gewisser V/eise gebildet wird ii der Nähe der Oberfläche der Teilchen im Innern des geladenen Pulvers, kann ein Teil der Schicht weiter redu-

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ziert werden durch CO-Gas, das bei höherer Temperatur gebildet wird.

Wie oben erwähnt, ist das Merkmal, daß die Reduktion vom Innern der Teilchen ausgeht, sehr vorteilhaft. Erstens wird dadurch das Reduktionsverfahren vereinfacht und die Reduktionsgeschwindigkeit wird bei einem höheren Wert gehalten, weil der nicht-reduzierte Anteil nicht sandwichartig zwischen den Metallabschnitten der Teilchen eingeschlossen ist.,im Gegensatz zu dem konventionellen Gasreduktionssystem. Zweitens weist der, ausgehend vom Innern der Metallteilchen zur Oberfläche derselben hin., gebildete Metallanteil stets eine niedrige Kohlenstoffkonzentration auf und deshalb wird immer ein Gradient der Kohlenstoffkonzentration gebildet, ausgehend vom Innern der Teilchen in Richtung auf ihre Oberfläche. Ferner v/ird das Innere der Teilchen stets erhitzt durch Induktionserhitzen, so daß der Kohlenstoff zwangsweise aus dem Innern der Teilchen in Richtung auf ihre Oberfläche diffundiert. Darüber hinaus kann dann, wenn die Menge des legierten Kohlenstoffs in dem zerstäubten Pulver in bezug auf den Sauerstoffgehalt ein relatives Defizit aufweist, die fehlende Menge durch Graphitkörnchen ergänzt v/erden wie im Falle des vorreduzierten Eisenpulvers .

Obgleich die Pulverteilchen das Reduktionsmittel enthalten und als Wärmegenerator bei dem erfindungsgemäßen Reduktionsverfahren wirken, sind die Quelle für das Reduktionsmittel und die W-ärinequelle unabhängig getrennt voneinander. Andererseits wird in dem konventionellen Gasreduktionssystem die zum Erhitzen des Pulvers zugeführte Wärme von einer äußeren Wärmequelle zuerst dem reduzierenden Gas zugeführt und gelangt dann von dem reduzierenden Gas zu dem Pulver mit Ausnahme der Anwendung von Strahlungswärme. Das heißt, das konventionelle Gasreduktionssystem ist ein indirektes Erhitzungnsystem, bei dem die Wärmequelle und das Reduktionsmittel sich außerhalb

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der Teilchen befinden, und in diesem Falle dient das reduzierende Gas selbst ebenfalls als Wärmeträger zum Erhitzen des Pulvers. Dienbezüglich unterscheidet sich die Erfindung von dem konventionellen Gasreduktioiuisystem.

Die Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben.

Das Metallpulver auf Eisenbasis, das der erfindungsgemäßen Schlußreduktion unterworfen werden soll, umfaßt Metalliiiaterialien auf Eisenbasis, die nach einem bekannten Verfahren in einem nicht-schlußreduzierten Zustand erhalten word on sind, wie z.B. reines Eisenpulver für die pulvermetallurgie, Legierungsstahlpulver oder Eisenlegierungspulver, das ein Logierungseleroent enthält, und dgl. So gibt es z.B. auf einer Kathode durch Elektrolyse abgeschiedenes blattartigcs Elsen, vorreduziertes Kuchen- oder Schwämme!sen, hergestellt durch Reduktion, und die pulverisierten Produkte davon; durch Zerstäuben hergestelltes zerstäubtes pulver; unter Anwendung eines mechanischen Pulverisierungsverfahrens gestoßener; Pulver und dgl. Ferner können erfind ungsgeiaäß auch handelsübliche Endprodukte, die bei Anwendung einer konventionellen Schlußreduktion erhalten werden, verwendet v/erden. Diese Endprodukte stellen nicht immer ein Pulver mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt dar und insbesondere das Produkt mit einem höheren Sauerstoffgehalt wird aus einem schwer reduzioroaren Pulver erhalten. Selbst in handelsüblichem reinem Eisenpulver beträgt der Sauerstoffgehalt 1000 bis 5000 ppm und ist in der Regel 10- bis 100-mal höher als in dem Blockstahl.

Das erfindung3gemäß zu verwendende Metallpulver auf Eisonbasis nmß folgenden Bedingungen genügen: die Teilchengröße darf nicht mehr als 1 mm betragen, die scheinbare Dichte C3diüttdidite)muß 16 bis 57 % der theoretischen wahren Lichte im gefüllten Zustand entsprechen und der fliuu,-rsto.?fgehalt darf nicht mehr als 6 Gov/.-% betra; on, wie aus den folgenden

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Ausführungen hervorgeht.

Erfindungsgemäß nuß die Diffusion dec Kohlenstoffs in dem Ausgangspulver aus dem Innern der Teilchen in Richtung auf ihre Oberfläche durch das Induktionserhitzen schnell gefördert werden. Deshalb sollte die Teilchengröße des Pulvers so klein wie möglich gemacht werden. Aus dieser Tatsache ergibt sich, daß die Teilchengröße vorzugsweise nicht mehr als 1 mm beträgt. Durch Verkürzung der durchachnittlichen Diffucionsstrecke des Kohlenstoffs kann die erforderliche Desoxydationszcit beim Induktionserhitzen, d.h. die Erhitzxzngsdauer des Pulvers, abgekürzt werden und dadurch wird auch eine übermäßige »Sinterung des erhaltenen I-Kuchens verhindert ,,und die Folge davon ist, daß die Pulverisierbarkeit des I-Kucheiis in gutem Zustand gehalten wird.

Der Faktor zur Aufrechterhaltung der Pulverisierbarkeit des I-Kuchens in einem guten Zustand ist eine Sinterdichte des I-Kuchens, die in enger Beziehung zu der Dichte des Ausgangspulvers steht. Erfindungsgemäß ist die Vorerwärnmngs- und Sinterstufe des Aur.gangspulvers unerläßlich, wie aus den folgenden Ausführungen hervorgeht. Je höher die Dichte des in dieser Stufe gebildeten P-Kuchens ist, um so höher- ist die Sinterfentigkeit des I-Kuchens und die Folge davon ist, daß die Pulverioierbarkeib des I-Kuchens allmählich abnimmt. Wenn dagegen die Dichte des P-Kuchens gering ist, wird die Pulverisierbarkeit; des I-Kuchens in einem guten Zustand gehalten. Y/enn jedoch die Dichte des P-Kuchens zu gering ist, wird das Sintex'vermögen des P-Kuchens in der Vorerwärmungsstufe schlecht, so daß dann, wenn der P-Kuchon durch Induktionr.orhitzen in der nachfolgenden Stufe erwäridt wird, er zusammenfällt als Folge der von oben auf ihn einwirkenden Belastung und die Folge davon ist, daß Verunreinigungen in das Pulver gelangen durch den Kontakt des P-Kuchens mit der feuerfesten \7andauokleidung eines Induktionscrhitzungsofens und

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daß auch der Wirkungsgrad der· Induktionserhitzung sinkt. Das heißt, wenn der P-Kucben ssusamir.en.fälH; oder reißt, wird der Wirbelstrom durch das Induktionserhitzen unnötigerweise verbraucht und trägt nicht zur wirksamen Erwärmung bei .Ferner konzentriert ach der Wirbelstrom in den Hissen und dgl., v/o or eine lokale Erhitzung hervorruft, wodurch das Pulver lokal schmilzt und die Sinterung übermäßig stark fortschreitet. Die Pulverisierbarkeit des I-Kuchens hängt daher von dor Dichte des P-Kuchens ab, die durch die scheinbare Dichte födiüttötht. des Pulvers im gefüllten Zustand bestimmt wird. Die obere uud untere Grenze der scheinbaren Dichte des Pulvere im gefüllten Zustand betragen f?7 bzw. 16 % der theoretischen wahren Dichte, basierend auf den oben angegebenen Pakten und Versuchsergebnissen. Y/enn die scheinbare Dichte innerhalb dieses Bereiches liegt, wird die gewünschte Dichte des P-Kuchens erzielt, so daß eine übermäßige. Sinterung des I-Kuchens verhindert und dessen Pulverisierbarkeit auch in einem guten Zustand gehalten wird.

Die Füllung des Metallpulvers auf Eisenbasis erfolgt durch Füllung unter dem Einfluß der Schwerkraft, Kompressionsfüllung urb er einem Druck von nicht mehr als 1 t/cm zur Verbesserung des gefüllten Zustandes ohne Verdichtung, Stopffüllung und dgl., in jedem Falle muß jedoch die scheinbare Dichte innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegen.

Der Sauerstoffgehalt des Metallpulvers auf Eisenbasis darf höchstens 6 Gew.-% betragen, einerseits um die für die Bildung des P-Kuchens in der Vorerwärmungs- und Sinterstufe erforderliche Zeit, d.h. die für die Sinterung des Ausgangspulvers bis zur Erzielung einer bestimmten Festigkeit erforderliche Zeit, abzukürzen und andererseits um eine übermäßige Sinterung des I-Kuchens soweit wie möglich zu verhindern durch Verkürzung der für die Desoxydations- und Entkohlungs-

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reaktion in der Induktionserbitzungsstufe erforderlichen Zeit. Deshalb muß bei der Herstellung des Ausgangspulvers der Sauerstoff gehalt auf nicht mehr als 6 Gew.-% beschränkt werden.

Selbst Mcnn der Sauerstoffcchalt des Ausgangspulvers 6 Gew.-% überschreitet, ist das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar. Wenn jedoch ein solches Pulver einer Schlußreduktion unterworfen wird, braucht nicht nur die Vorerv/ärmungs- und Sinterstufe eine lange Zeit, sondern auch die Desoxydations- und Entkohlungsreaktion durch Induktionserhitzen benötigen eine verhältnismäßig lange Zeit, so daß die Produktivität sinkt und die Sinterung des I-Kuchens überrcäßig stark fortschreitet und dadurch die Palverisierbarkeit des I~Kuchens verlorengeht. Daher beträgt der Sauerstoffgehalt des Ausgangspulvers vorzugsweise micht mehr als 6 Gew.-%.

Im allgemeinen liegt der Sauerstoff in dem ^-usgangspulver als Oxid und/oder Hydroxid oder in Form einer Mischung davon vor. Unter diesen können die Sauerntoffverbindungen mit einem;

dissoziierten Sauerstoffpartialdruck von nicht weniger als

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10 ^ Atmosphären oberhalb 850 C nach dem erfindungsgemäßen Verfahren reduziert werden. So werden beispielsweise FeO, MnO, CrpOp, SiO., und dgl. leicht reduziert. Dagegen v/erden die Oxide (einschließlich der Hydroxide) mit einem dissoziierten Sauerstoffpartialdruck von weniger als 10"^" Atmosphären oberhalb 850 C nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zwar teilweise reduziert, sie können jedoch nicht vollständig reduziert werden. V/enn aber eine geringe Menge dieser unerwünschten Oxide in dem Ausgangspulver vorhanden ist, kann das erfindungf.geinäße Verfahren ohne Schwierigkeiten d\irchgeführt werden.

Der Sauerstoffgehalt des Ausgangspulvers kann darüber hinaus eingestellt werden. So kann der Sauerstoffgehalt beispielsweise

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eingestellt werden durch Änderung ^<ler 'temperatur und Zeiu in der primären Vorreduktionsat\ife im Falle des reduzierten Eisenpulvers oder durch Halten der Zerstäubung skannr.or unter einer Inertgas- oder Neutralgasatmor.phäro im Falle dos zerstäubten Eisenpulverü.

Erfindungsgemäß enthält das Ausgangspulver Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltige Körnchen, die mit dem Metallpulver auf Eisenbasis in einer Menge legiert oder gemischt werden sollen, die nicht mehr als dem angestrebten Legiorungskohleiiijtoffgehalt in dem Endprodukt (in Gav/.-'/O p]\iy dura 8 au er .-Jt; ο ff schalt des Pulvers unmittelbar vor der Schlußreduktion (in Govv.-'/O χ 1,35 entspricht, als Reduktionsmittel. Deshalb ist oi> aveckmäßig, den Kohlenstoff in der oben definierten Mon^e vorher in das Metallpulver auf Eisenbasis einzulegieren. Bei ein.lren Verfahren zur Herstellung des Ausgangspulvern kann Jedoch d..s vorherige Einlegieren des Kohlenstoffs schwierig sein. In diesem Falle kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden nach dem Mischen mit den kohlenstoffhaltigen Körnchen, wie Graphit und dgl. Ein Teil des mit dem Ausgang«pulver gemischten Kohlenstoffs reagiert mit dein Sauerstoff des Pulvers in der Vorerwärinungsstufe unter Erzielung einen? Desoxydation, der Rest wird jedoch \;ährend der Vorerwärmung in den Pulverteilchen aufgekohlt (carburiert) und legiert. Der so einlegierte Kohlenstoff v/irkt als Reduktionsmittel zur v/irksamen Durchführung der Desoxydations- und Entkohluo^sreaktlon in der nachfolgenden lnduktionsorh.itzurgsütufe.

Als kohlenstoffhaltige Körnchen werden zweckmäßig Körnchen mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 150, vorzugsweise von nicht mehr als 44 um verwendet, die nicht v/e;i:n;or air, 95 % gebundenen Kohlenstoff enthalten. V/ern die Teilchengröße 150 um übersteigt, wird die Reaktionsgeschwindigkeit gering und die Funktion als Reduktionsmittel wird beeinträchtigt.

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V/enn der Gehalt an gebxmdenein. Kohlenstoff weniger als 95 % beträgt, steigen die Verunreinigungen in dem fertig reduzierten Pulver an. Anstelle der kohlenstoffhaltigen Körnchein können auch ein organisches Pulver, ein Öl und dp:]., verwendet werden, beim kontinuierlichen Betrieb der nachfolgend beschriebenen Vorrichtung treten Jedoch verschiedene Probleme auf, so daß die Verwendung derselben in der Praxis nicht bevorzugt ist.

Erfind\ingK[;omäß wurde durch Experimente bestätigt, daß der Kohlenstoffgehalt der direkt der Desoxydation dient, 1,35 Rial höher ist als der höchste Sauerstoffgehalt des Ausgangspnlvers. Es ist dalier erwünscht, daß der Kohlenstoff, der als Reduktionsmittel wirkt, vorher in das Ausgangspulver einlegiert wird, wie oben erwähnt. Diese Tatsache wird nachfolgend unter Bezugnahme auf den Fall, bei dem mit Wasser zerstäubtes Eisenpulver als Ausgangspulver verwendet wird, näher erläutert.

I.) V/enn Kohlenstoff in die Pulverteilchen einlegiert wird, kann ein lokales Schmelzen des I-Kuchens während des Induktionserhitzens oder eine übermäßige Sinterung zwischen den Teilchen durch Schmelzen der Oberflächen der Teilchen verhindert werden und dadurch kann eine übermäßige Sinterung des I-Kuchens vermieden werden. Die Folge davon ist, daß die Pulverisier-barkeit des I-Kuchens leicht in guten Zustand gehalten werden kann;

II.) es tritt kein Sekregatxonsphanomen des Kohlenstoffs während des Transports des Pulvers auf im Gegensatz zum Falle des augemischten Kohlenstoffs;

III.) durch Zugabe von Kohlenstoff zu dem geschmolzenen Stahl wird der Erstarrungspunkt des geschmolzenen Stahls gesenkt, so daß die Schmelztemperatur herabgesetzt und die Lebensdauer (Gebrauohndauer) des in dem O"en verwendeten feuerfesten Ma-

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terials verlängert werden kann. Ferner kann die Verstopfung der Düsen für das geschmolzene Bad während dor Zerstäubung verhindert werden durch Verringerung der Viskosität dos geschmolzenen Bades und außerdem ist eine Abnahme der Eiuheitsmenge der Wärme zu erwarten. Die Folge davor; ist, daß es leicht ist, ein Legierungspulver herzustellen, das ein Element, wie Cr oder dgl. _Λ enthält, wodurch die Viskosität des geschmolzenen Bades erhöht wird;

IV). da die Oxydation des geschmolzenen Bades während des Schmelzens verhindert werden kann, wird der Lösungsgchalt der Legierungselemente, wie Si, Mn, Cr und dgl., verbessert und gleichzeitig kann während der Wasserzerstäubung eine Oxydation des Pulvers verhindert werden.

Wie aus den vier oben erwähnten Gründen zu ersehen ibt, wurde bisher die Wasserzerstäubung erst durchgeführt, nachdem der Kohlenstoff dem geschmolzenen Stahl zugesetzt worden war. In diesem Falle wird jedoch das konventionelle Wasserstoffgasreduktionssystom als Schlußreduktion angewendet, so daß ein schwieriges Problem auftritt. Wenn nämlich trockener Wasserstoff mit einem niedrigen Taupunkt verwendet wird, schreitet die Desoxydation bis zu einem bestimmten Grade fort, es kann jedoch keine Entkohlung bewirkt werden, so daß ein Pulver erhalten wird, das einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweist. Ein solches Pulver ist in bezug auf seine Kompressibilität und Verformbarkeit extrem schlecht und es ist unmöglich, es für die Pulvermetallurgie zu verwenden. Andererseits ist bei Verwendung von feuchtem Wasserstoffs mit einem hohen Taupunkt die Entkohlung ausreichend, die Desoxydation wird jedoch ungenügend, so daß es schwierig ist, ein Pulver mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt zu erhalten. Aus diesen Gründen hat man bisher vermieden, die Zerstäubung nach der Zugabe des Kohlenstoffs zu geschmolzenem Stahl durchzuführen.

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Dagegen wird ( rfinduncsgemäß der in das Ausgangspulver einlogierte Kohlenstoff in positivem Sinne verwendet (ausgemitfct) und er. wird ein Roduktionssystem angewendet, bei dem der legierte Kohlenstoff als alleiniges Reduktionsmittel oder alü I'auptreduktionsmittel verwendet wird. Ferner kann das Roduktionssystem, in dem erfindungsgemäß Kohlenstoff verwendet wird, eine sehr vorteilhafte Desoxydation im Vergleich zu dorn konventionellen Gasreduktionssystem ergeben.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Reduktionssystem im Vergleich zu dem konventionellen Wasserstoffgasreduktionssystem näher beschrieben.

Wenn ein Metalloxid durch die allgemeine Formel MO dargestellt wird, könnon die Reduktionsreaktionen mit Kohlenstoff und V/asser stoff Jeweils durch die folgenden Reaktionsgleichungen dargestellt worden:

MO + C ^ M + CO (1)

MO + H₂ —^ M + H₂O (2)

Die bei der Reduktion nach den obigen Gleichungen (1) und (2) auftretenden relativen Schwierigkeiten, wenn das zu reduzierende Material ausgewählt wird aus FeO, CrpO,, MnO und SiOp, sind in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt. In dieser Tabelle sind der Partialdruck des CO-Gases und das Verhältnis der Partia!drucke der H₂- und HpO-Gase,·errechnet aus der Änderung der freien Energie der Reaktion, unter der Annahme, daß die Reduktionstemperatur 135O°C beträgt, angegeben.

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IST

Tabelle I

Relative Schwierigkeit der Reduktion mit Kohlenstoff oder Wasserstoffgas (Reduktionstemperatur 135O°C)

zu reduzieren des Oxid	Reduktion mit G	Reduktion mit U^
FeO	Partialdruck des CO-Gases (nuuHg)	Ph/^ph_?o
Cr₂O₃	9.IxIO⁵	1.0
MnO	3.6*10³	2.7xlO^?
SiO₂	3.IxIO²	3.IxIO³
5.8x10	1.7x10"

V/ie aus der vorstehenden Tabelle I ersichtlich, ist die Reduktion mit Kohlenstoff vorteilhaft im Vergleich zur Reduktion mit Wasserstoff. Außerdem ist daraus zu ersehen, daß das erfindungsgemäße Reduktionssystem auf wirksamere Weise unter Vakmim durchgeführt werden kann. Wenn z.B. beabsichtigt ist, Si(X, zu reduzieren, sollte der Partialdruck des HpO-Gases nicht mehr als etwa 1/10 000 des Partialdruckes des !!„-Gases in dem konventionellen Wasserstoffgasreduktionssystem betragen, während erfinduncsgemäß die Reduktion unter einem Vakuum von nicht mehr als etwa 10 mm Hg fortschreitet. Darüber hinaus beträgt der dissoziier te Saxierstoffptjtialdruck des SiO₂ 2,6 χ 10"'° Atmosphären bei 135O°O und 1,* χ 10~3¹ Atmosphären bei 850⁰C und ist somit höher als der oben definierte Druck von 10"^" Atmosphären. Die Erhitzungsteinperatur von 135O°_{c kann} leicht nach dem Indukfcionserhitj'.ungsverfahren erzielt werden.

Zum Vergleich wird nachfolgend der Fall beschrieben, bei dem

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ein praktisch keinen Kohlenstoff enthaltendes Ausgangspulver ei nor Induktion mit Wasserstoff während der Induktionserhitzung untei>worfen wird. In diesem Falle werden die Pul verteilern von innen her erhitzt, sie enthalten jedoch koin Reduktionsmittel, wie Kohlenstoff, so daß die Reduktionsßesch-.vindigkeit gering i:;t im Vergleich zur Verwendung eines Kohlenstoff enthaltenden Pulvers. Das heißt, für das Eindringen des Wasserstoffgases als Reduktionsmittel in die mit dem P_nIvor gefüllte Schicht ist eine bestimmte Zeit erforderlich und außerdem werden die Einzelteilchen von ihrer Oberfläche her reduziert, so daß die Reduktionsgeschv/indig'keit sehr gering wird. Aus diesem Grunde schreitet dann, wenn dar PuIvor auf eine erhöhte Temperatur, v/ie z.B. I35O C, erhitzt; wird, die Sinterung zwischen den Teilchen weiter fort, so daß die Pulverisierbarkeit des dabei erhaltenen I-Kucheus DLark beeinträchtigt (verschlechtert) wird. V/ie daraus zu ersehen ist, ist es erfindungngemäß wichtig, daß die fiii¹ dir; Desoxydation erforderliche Kohlenstoffmenge vorher don einzelnen Pulvert.eilchen zulegiert wird, bevor die Inr duktionserhitzungsstufe durchgeführt wird. In dem erf.indungen; emäf Jen Verfahren kann ein metallisches Ausgangs-Pulver auf Eisenbusis verwendet werden, das mit Kohlenstoff legiert worden int oder zu legieren ist, das nach irgendeinem Herstellungsverfahren hergestellt worden ir.t und irgendeine beliebige Logierungsausanunensetzung und Mischungen davon aufwaist, wie oben erwähnt. Außerdem kann irgendein zuge-Bü.'jchtes Pulver irgendeiner Kombination des Eisenpulvers, in dom da;; Einen die erste Stelle, bezogen auf den Gewichtfsproxontijatz (einschließlich des Legierungsstahlpnlvers).. hält,oin Nioht-Eiaemuotallpulver (einschließlich einfacher Substanzen und Legierungen) und ein Nicht-Me LaIlpulver (einf.:;>iließlich einfache· Subs tanzen tind Vci*bindungen) verwende t word en.

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Wie oben angegeben, ist es bei der praktischen Durchführung der Erfindung wichtig, daß der Sauerstoff gehalt des Ausgangr.-pulvers und der vorher zu-legierte und/oder getrennt augemischt Kohlenstoffgehalt in ausreichendem Maße soweit wie möglich eingestellt (abgestimmt) werden. So muß beispielsweise bei der Herstellung eines Pulvers, in dem der Kohlenstoffgehalt auf weniger als 0,1, vorzugswoi.se nicht mehr als 0,01 % begrenzt ist, wie im Falle von reinem Eisenpulver, das in großem Umfange für die Pulvermetallurgie verwendet wird, in dem Jedoch der Sauerstoffgehalt bei der praktifschen Verwendung nicht mehr als 0,5 % beträgt, die Einstellung (Abstimmung) dea Kohlenstoffgehaltes und des Säuerstοffgehaltes des Ausgangspulvers so durchgeführt werden, daß der Kohlenstoffgehalt des Endproduktpulvers soweit wie möglich gesenkt wird. Dagegen muß bei der Herstellung eines Pulvers, in dem der Sauerstoffgehalt auf einen möglichst niedrigen Wert begrenzt werden muß, beispielsweise auf nicht mehr als 0,1 %_t wie im Falle des Legierungsstahlpulvers zum Sinterschmieden und verdichteten Pulverschmieden, in dem jedoch der Kohlenstoffgehalt ausreichend hoch iot, so daß er praktisch gleich dem in dem verdichteten Material angestrebten Legierungskohl em;t off gehalt ist, da£5 erfindungsgemäße Verfahren ho durchgeführt werden, daß eine ausreichende Desoxydation erzielt wird, nachdem der Kohlenstoffgehalt vorher so eingestellt worden ist, daß der angestrebte Kohlenstoffgehalt in dem fortigen Produktpulver aufrechterhalten wird. Darüber hinaus kann der Sauerstoffgehalt des Ausgangspulvers eingestellt v/erden "beispielsweise durch Einstellung der Atmosphäre und des Wassergehaltes während der Zerstäubung, durch Einstellung der EntWässerungs- und Trocknungsbedingungen nach der Zerstäubung und dgl. im Falle eines wasserzerstäuhten Eisenpulvers und durch geeignete Auswahl des Wassergehaltes und der Trocknungsbedingungen bei der Wassereinwirkungsmethode neben der Änderung der Vorreduktionsbedingungen im Falle des vorreduzierten Eisenpulvers. Es ist somit erfindungsgemäß wichtig,

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daß das Aungangspulver entsprechend dem vorgesehenen Verwendung»zweck einer geeigneten Vorbehandlung unterworfen wird.

Erfindungsgemäß muß zur Herstellimg einer, Metallpulvers auf Eisenbasis mit niedrigem Sauerstoffgehalt, das einen Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 0,5 % aufweist, durch Vorerwärrocu des vorher wie oben angegeben eingestellten MetallpTilverr? und anschließende Desoxydation und Entkohlung durch Induktionserhitzen die nicht-oxydierende Atmosphäre in einem solchen Zustand gehalten werden, daß der theoretische Sauerstoffpartialdruck nicht mehr als 2,1 χ 10 mm Hg und der Taupunkt nicht mehr als + 5° C betragen.

In dem erfind\mgsgemäßen Verfahren, das die Vor erwärmung sstufe umfaßt, ist die Induktionserhitzungstemperatür um so höher, je größer die Bildung und damit die Menge der CO-Gases ist, so daß die Rückoxydation des I-Kuchens während der Hochtemperaturerhitzung verhindert werden kann. Andererseits steigt dann, wenn die Temperatur verhältnismäßig niedrig ist, der Mengenanteil des CO₀ in dem Abgas an und auch der theoretische Sauerstoffpartialdruck wird hoch, so daß der I-Kuchen rückoxydiert werden kann. Das heißt, wenn der theoretische Sauerstoffparfcialdruck und der Taupunkt mehr als 2,1 χ mm Hg bzw. +|>°C betragen, wird eine Rückoxydation des I-Küchens während des Verlaufs der Reduktion herbeigeführt, so daß kein Pulver mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt erhalten werden kann. Deshalb wird vorzugsweise die gesamte Stufe des Verfahrens in nicht-oxydierender Atmosphäre gehalten durch Begrenzung des theoretischen Sauerstoffpartialdruckes und Taupunktes auf nicht mehr als 2,1 χ 10 mm Hg bzv.·. +5⁰C, um die Rückoxydation des I-Kuchens zu verhindern und eine wirksame Desoxydation durchzuführen.

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Eine solche nicht-oxydierende Atmosphäre, die den oben angegebenen Anforderxuif ;cn genügt, umfaßt ein Neutralgas, ein Inertgas, eine Iteduktionsgasatmonphäre, ein Vakuum und dgl. Darunter ist die Anwendung eines Vakuums bevorzugt, beurteilt ausschließlich vom Standpunkt des Wirkungsgrades der Desoxydation, der Pulverisierbarkeit und der Verhinderung der Rückoxydation des I-Kuchens, der Bequemlichkeit dcx* Handhabung, der Wirtschaftlichkeit und dgl.

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Zur Herstellung dos Endprochüctpulvers mit einem Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 0,18 Gev/.% nach dem erfindungsgemäßen Verfahren muß der für die Desoxidation erforderliche Kohlenstoffgehalt auf einen Wert gebracht v/erden, der nicht geringer ist als der Sauerstoffgehalt (%) des Ausgangspulvers χ 0,35 und außerdem müssen der theoretische Sauerctoffpartialdruck und der Taupunkt der Atmosphäre in der Kühlungsstufe des I-Kuchens nach dem Induktionserhitzen strenger kontrolliert (gesteuert) werden. In der Praxis hat es sich bestätigt, daß dann, wenn der I-Kuchen auf unterhalb 85O⁰C abgekühlt wird, der theoretische Sauerstoffpartialdruck und der Taupunkt auf einen V/crt von nicht mehr als 2,1 χ 10" mmllg bzw. -10°C gebracht werden massen. Wenn dies nicht geschieht, nimmt die absolute Menge des aus dem I-Kuchen gebildeten CO-Gases beträchtlich ab und auch der Anteil des CO-Gases in dem Abgas sinkt und außerdem dauert das Abkühlen auf eine tiefere Temperatur, insbesondere auf eine Temperatur unterhalb 600⁰C, eine lange Zeit und die Folge davon ist, daß der I-Kuchen durch eine sehr geringe Menge Sauerstoff oder auch Feuchtigkeit, die in der Atmosphäre vorhanden ist, rückoxidiert wird, so daß es unmöglich ist, ein Pulver mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt herzustellen.

Erfinduugsgemäß ist es daher sehr wichtig, den bheoretischen Sauerstoffpartialdruck (einschließlich des berechneten Sauerstoffpartialdruckes in einem Gasgemisch aus H^ und Η~0 oder CO und COo) und den Taupunkt in der nicht-oxidierenden Atmosphäre zu regulieren (zu steuern). Das Ausgangspulver wird in der nicht-oxidierenden Atmosphäre unter den oben angegebenen Bedingungen 5 bis 335 Minuten lang auf eine Temperatur von 780 bis 1130 C vorerwärmt, wobei ein vorerwärmter und gesinterter Kuchen (P-Kuchen) gebildet wird. Mit der Vorerwärmungsatufe wird im Prinzip eine Sinterung des Ausgangspulvers

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angestrebt und damit wird nicht die Durchführung der Schlußreduktion durch Desoxidation angestrebt. Deshalb beträgt; die untere Grenze der Vorerwärmungstemperatur 7GO⁰C als tiefste Temperatur, die für die Sinterung erforderlich ist, und die obere Grenze liegt bei 1150⁰C zur Verhinderung des Schmelzens oder einer übermäßigen Sinterung des Ausgangopulvers, insbesondere eines Pulvers mit einem legierenden Kohlenstoffgehalt von mehr als etwa 1,8 %, eines mit den kohlenstoffhaltigen Körnchen oder dergleichen gemischten Pulvers.

Aufgrund der Ergebnisse von vielen Versuchen wurde gefunden, daß die Vorerwärmungszeit (das heißt die Retentionszeit) eine Funktion der Vorerwärmungstemperatur ist. Das heißt, die untere Grenze der Vorerwärmungszeit ist die Zeitdauer, die erforderlich ist, um dem dabei erhaltenen P-Kuchen eine bestimmte Festigkeit zu verleihen, das heißt dabei handelt es sich um die kürzeste Zeitdauer, die erforderlich ist, uin den P-Kuchen von der Oberfläche zum Innern zu bis zu einer Tiefe von mehr als etwa 5 mm in einen gesinterten Zustand zu überführen, und sie hängt natürlich von der Vcrerwärmungütemperatur ab. Wenn die Vorerwärmungstemperatur (T) innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt, kann die untere Grenze der Vorerwärmungszeit (-dauer) durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

worin Tp eine absolute Temperatur bedeutet. Venn beispielsweise T 1130°C beträgt, beträgt t 5 Minuten. Die Sinterung des Pulvers und die Einlegierung des Kohlenstoffs werden dar über hinaus bewirkt, nachdem Desoxidation und Entkohlung bis zu einem bestimmten Grade fortgeschritten ist, so cioß die

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untere Grenze der Vorerwärmungszeit erforderlich ist, um die vorläufige Lesoxidation und Entkohlung zu bewirken. Andererseits ist die obere Grenze der Vorerwärmungszeit erforderlich, um eine übermäßige Sinterung des P-K\ichens zu verhindern, und 3ie kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

14 100

'Jl

t = 5,88 χ 10"⁴ χ e ^P + (min)

Wenn beispielsweise T 780⁰C beträgt, beträgt t 335 Minuten. Wenn die Vorerwärmungszeit die obere Grenze übersteigt, werden die Produktivität und die Wirtschaftlichkeit der Erwärmung in der Vorerwärmungsstufe schlecht, was einen schlechten Einfluß auf die Pulverisierbarkeit des in der nachfolgenden Induktionserhitzungsstufe gebildeten I-Kuchens hat. Das Ausgangspulver kann durch Induktionserhitzen direkt erhitzt bzw. erwärmt werden, ohne die Vorerwärmungsstufe gemäß der vorliegenden Erfindung. Darauf wurde in den japanischen Offenlegungsschriften Kr. 145 94-3/75 und 1 353/76 bereits hingewiesen.

Die vorliegende Erfindung dient dazu, die Schlußreduktion des Ausgangspulvers auf wirksamere Weise durchzuführen durch zusätzliche Durchführung der Vorerwärmungsstufe-neben den bereits bekannten Stufen. Diese Vorerwärmungsstufe spielt eine wichtige Rolle, wie nachfolgend näher erläutert:

(1) Wenn das Ausgangspulver vorerwärmt wird zur Herstellung eines Sinterkuchens, kann die nachfolgende Induktionserhitzung bei höherer Temperatur durchgeführt werden, ohne daß das Pulver mit dem feuerfesten Material und

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dergleichen des Ofens ir> Berührung konint, und infolgedessen kann die Verunreinitauig des desoxidieren Pulvers (des Produktpulvers) durch das feuerfeste Material verhindert werden. Außerdem kann der dabei erhaltene P-Kuchen in der nachfolgenden Induktionserhit zungsctüi.'e oJine jeden Kontakt erwärmt bzw. erhitzt werden, go daß die Induktionserhitzungstemperatur so weit wie möglich erhöht werden kann.

(2) Bei dem Vorerwärmen sintert das Ausgangspulνer ym einem Kuchen svasatmnen und gleichzeitig wird die zugeführte V/arme an den dabei erhaltenen P-Kuchen abgegeben, go daß die Dauer der Temperatursteigerurig in der Induktionoerhitzungcstufe weiter verkürzt werden kann. Ferner kann durch eine solche Vorerwärrounp* die Bildung von Rissen und

das lokale Schmelzen in dem P-Kuchen, das von einem schnellen Anstieg der Temperatur in der Induktionserhitzung« stufe begleitet ist, verhindert werden. Wenn beispielsweise der vollständig abgekühlte P-Kuchen direkt von Raumtemperatur auf eine erhöhte Temperatur in der Induktionserhitzungßstufe erwärmt vrird, besteht die Neigung, daß Risse in dem P-Kuchen auftreten infolge der thermischen Spannungen und der durch die Spannungen induzierten Verformungen, wenn die Temperaturanaticgageschwindigkeit höher wird, no daß e« erwünscht ist, daß der P-Ktichen vor dem Induktionserhitzen im vor erwärmt en Zustand vorliegt. Wenn Risse in dem P--Kuchen entstehen, schmelzen die gerissenen Teile lokal in der Inchiktionserhitzungsstufe, so daß die Pulverisierbarkeit dec dabei erhaltenen I-Kuchens beeinträchtigt wird, und gleichzeitig wird auch die Ausbeute an Produkbpulver vermindert.

(3) Die Desoxidation und Entkohlung des Aus gang spul ver π v/erden durch das Vorerwärmeii gefördert, so daß die

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erforderliche Desoxidationszeit in der Induktionserhitzungr.ctufe verkürzt werden kann und auch eine übermäßige Sinterung des I-Kuchens verhindert werden kann.

(4) Bei Verwendung eines Ausgangspulvers, das vorher mit den kohlenstoffhai Ligen Körnchen gemischt worden ist, ist die Vorerwärmungsstufe besonders erforderlich für die einleitende Durchführung der Desoxidation mit Kohlenstoff und die Einlegierung dos Kohlenstoffs in das Ausgangspulver. Außerdem kann durch dieses Einlegieren- das Hikroschmelz-Phänoiaen oder eino übermäßige Sinterung des I-Kuchens verhindert werden.

Anschließend wird der P-Kuchen mit einer bestimmten Festigkeit durch eine Inäuktionsei-hrtzxingsstufe geführt, die in einer nicht-oxidiercnden Atciospliäre gehalten wird, wobei der P-Kuchen einer Schlußreduktion unterworfen wird durch Induktionserhitzen für einen Zeitraum von nicht mehr als 321 Minuten auf eine Temperatur von 85O bis 140O⁰C unter Anlegen einer Wechselstromenergie von 50 Hz bis 500 kHz aus einer Energiequelle zur Herstellung eines induktionserhitzten Kuchens (I-Kuchens). In diesem Falle wird ein Induktionswirbelßtrom in den Teilchen des P-Kuchens induziert, welcher im Innern der Teilchen Wärme erzeugt, wodurch die Diffusion des einlegierten Kohlenstoffs in den Teilchen gefördert wird, und die Desoxiöations- und Entkohlungsreaktion schreitet innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes fort bis zur Vervollständigung der Schlußreduktion.

Zur wirksamen und wirkungsvollen Durchführung der Desoxidation muß die Induktionserhitzungstemperatur mindestens 85O⁰G betragen und eine Erhitzung auf eine Temperatur oberhalb dieses Wertes ist bevorzugt. Bei einer Temperatur von weniger

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als 85Ο C dauert die Desoxidation lange und gleichzeitig kann keine vollständige wirksame Desoxidation erzielt werden. Andererseits wird dann, wenn die Erhitzungstemperatur 1400 C überschreitet, selbst wenn die Erhitzungsdauer verkürzt wird, die Sinterung stärker gefördert, viobei man einen I-Kuchen in einem übermäßig gesinterten Zaistand oder in einem lokal geschmolzenen Zustand erhält, so daß die Pulverisierbarkeit des I-Kuchens in einem beträchtlichen Ausmaße verloren geht. Deshalb muß die obere Grenze der Erhitzungstemperatur 1400 C betragen. Selbstverständlich sollte die Induktionserhitzungstemperatur so festgelegt werden, daß sie innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt, wobei men den Schmelzpunkt des Ausgangspulvere berücksichtigt.

Die obere Grenze der Erhitzungszeit (Retentionszeit) in der Induktionserhitzungsstufe wird bestimmt durch die wirksame Vervollständigung der Desoxidation und die Pulverisierbarkeit des I-Kuchens und sie ist eine Funktion der Erhitzungstemperatur, wie dies auch in der Vorerwärmungsstufe der Fall ist. Bei Verwendung eines konventionellen Gasreduktionssystems wird in der Regel eine ausreichende Desoxidation des Pulvers ersielt durch Verlängerung der Retentionszeit (Verweildauer) bei einer gegebenen Reduktionstemperatur, die Sinterung wird jedoch dadurch unvermeidlich gefördert und die Pulverisierbarkeit des gesinterten Kuchens wird beeinträchtigt. Deshalb werden die obere und die untere Grenze der Retentionszeit (Verweildauer) in dem konventionellen Gasreduktionssystetn be stimmt unter Berücksichtigung sowohl der Pulverisierbarkeit als auch der Desoxidation. Dagegen ist erfindungsgemäß eine auereichende Desoxidation schon praktisch beendet, bevor die Pulverisierbarkeit des I-Kuchens schnell abzunehmen beginnt. Deshalb genügt es, nur die obere Grenze der Retentionszeit zu kontrollieren. Aufgrund der Ergebnisse der vorstehend

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beschriebenen verschiedenen Versuche wurde gefunden, daß die obere Grenze der Retentionszeit zweckmäßig innerhalb eines Bereiches der nachfolgend angegebenen Gleichung liegen sollte:

22 200

T t = 19 + 3,9 x 10"? χ e ^τ (min)

worin T eine Induktionserhitzungstemperatur und Tj eine absolute Temperatur bedeuten. Wem
trägt, beträgt t 321 Minuten.

lute Temperatur bedeuten. Wenn beispielsweise T 850 C be-

Der Grund dafür, warum die in der Induktionserhxtzungsstufe verwendete Frequenz auf 50 Hz bis 500 kHz begrenzt ist, wird nachfolgend näher erläutert. Erfindungsgemäß wird das Ausgangspulver vorerwärmt zur Herstellung eines P-Kuchens und dann wird der dabei erhaltene P-Kuchen einer Induktionserhitzung unterworfen. Das heißt, das erfindungsgemäße Erhitzungssystem unterscheidet sich von dem System der direkten Induktionserhitzung des Ausgangspulvers, wie es in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 1 353/76 vorgeschlagen worden ist. Deshalb hängt die zu verwendende Frequenz mehr von der scheinbaren Dichte des P-Kuchens als von dem Sauerstoffgehalt des Pulvers ab. Infolgedessen ist es erforderlich, die Frequenz in geeigneter Weise für die scheinbare Dichte des P-Kuchens auszuwählen. Wenn beispielsweise die scheinbare Dichte des P-Kuchens 16 % der theoretischen wahren Dichte entspricht oder dem niedrigsten Wert in dem Ausgangspulver entspricht, muß die Frequenz bei dem Minimum 50 Hz liegen. Bei einer Frequenz von weniger als 50 Hz ist eine wirksame Erhitzung unmöglich. Andererseits genügt es dann, wenn die scheinbare Dichte des P-Kuchens 57 %_t d.h. dem höchsten Wert in dem Ausgangspulver entspricht, daß die Frequenz ihr Maximum

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bei 500 kHz hat. Bei einer Frequenz von mehr als 500 kHz wird nur der oberflächliche Teil des P-Kuchens erhitzt und die Wärme kann nicht in den inneren Abschnitt eindringen. Aus diesen Gründen ist die erfindungsgemäß anzuwendende Frequenz begrenzt auf einen Bereich von 50 Hz bis 500 kHz. Darüber hinaus kann das beste Ergebnis innerhalb eines Bereiches von 500 Hz bis 10 kHz erzielt werden.

Obgleich es erwünscht ist, daß der Temperaturanstieg in der Induktionserhitzungsstufe so weit wie möglich innerhalb eines kurzen Zeitraumes durchgeführt wird, treten dann, wenn die Erhitzung zu schnell erfolgt, in dem dabei erhaltenen !-Kuchen Risse auf als Folge von Wärmespannungen und durch eine Umwandlung induzierte Spannungen, so daß es wichtig ist, eine geeignete Temperatursteigerungsgeschwindigkeit auszuwählen. Diese Geschwindigkeit kann durch geeignete Auswahl der Induktionserhit zungsteraperatur und der Zeit und der Frequenz eingestellt v/erden. Das Induktionserhitzen ist somit ein wesentliches Merkmal der Erfindung und es hat gegenüber dem konventionellen Gasreduktionssystem die folgenden Vorteile:

(I) In dem Induktionserhitzungssystem kann die Temperatur des Pulvers selbst erhöht werden im Vergleich zu dem Stand der Technik, bei dem ein indirektes Erhitzungssystem angewendet wird. Bei dem konventionellen indirekten Erhitzungssystem wird in den Hauptabschnitten des Ex'hitzungsofens Metall verwendet, wie z. B. ein Kernrohr, eine Retorte, eine Ofentrommel, ein Band, ein Trog und dergleichen, so daß die industriell realisierbare maximale Erhitzungstemperatur etwa 1100⁰C beträgt. Erfindungsgemäß wird in dem Induktionserhitzungsabschnitt kein Metall verwendet mit Ausnahme einer wassergekühlten Erhitzungsschlange, wie weiter unten erwähnt, und der P-Kuchen wird auch direkt induktions-

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erhitzt, ohne daß er mit irgendeinem Ilaterial in Berührung kommt, so daß es möglich ist, die Erhitzungstemperatur bis zur Schmelztemperatur des dabei erhaltenen I-Kuchens zu steigern.

(II) Bei der direkten Erhitzung durch den Induktionswirbelstrora kann die Temperatur des P-Kuchens schnell bis zu der gewünschten erhöhten Temperatur gesteigert v/erden und es ist möglich, daß die Wärme innerhalb eines kurzen Zeitraumes bis in den inneren Abschnitt des Kuchens eindringt. Dadurch läuft die Desoxidations- und Entkohlungsreakbion schnell ab und sie wird gefördert, so daß die erforderliche Desoxidationszeit wesentlich verkürzt wird und eine übermäßige Sinterung des 1-Kuchens verhindert wird. Die Folge davon ist, daß die Pulverisierbarkeit des I-Kuchens in einem guten Zustand gehalten wird. V/egen des schnellen Temperaturanstiegs wird das Innere des Teilchens, wie z. B. der Perlit-Abschnitt und dergleichen, aufgeheizt bis zu einem Hochtemperatur- [ Austenit-Zustand mit einem hohen Kohlenstoffgehalt, so daß eine schnelle Desoxidations- und Entkohlungsreaktion herbeigeführt wird. In jedem Falle v/erden in dem erfindungsgemäßen Induktionserhitzungssystem eine sehr hohe Desoxidationsgeschwindigkeit und ein guter Reduk- \ tionswirkungsgrad erzielt im Vergleich zn dem konventio- _; nellen Ganreduktionssystem, das heißt,,im Vergleich zu j dem indirekten Erhitzungssystem, bei dem ein Widerstandsheizelement oder ein Gas oder'ein Schweröl ver- i wendet wird. Ferner ist der Prozentsatz der Reduktion ! ausgezeichnet und es kann eine sehr v/irksame Desoxidation erzielt werden. Da die Teilchen von ihrem Innern her erhitzt werden und die Wärme zwangsläufig erzeugt wird, wird die Diffusion des Kohlenstoffs gefördert.

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(III) In dem Induktionserhitzungsoyctem ist kein nutzloser Raum in der Apparatur erforderlich wie "bei dem Gasreduktionssystem, so daß es möglich ist, die Apparatur kleiner zu machen. Die Folge davon ist, daß auch, die Größe des Strulcturgehäuses der Apparatur vermindert werden kann.

Anschließend wird der dabei erhaltene I-Kuchen auf eine Temperatur abgekühlt, die ausreicht, um eine Pulverisierung zu bewirken, und dann wird er pulverisiert zur Herstellung eines Metallpulvers auf Eisenbasis mit niedrigem Sauerstoffgehalt. In dieser Abkühlungsstufe wird die oben erwähnte nicht-oxidierende Atmosphäre vorzugsweise aufrechterhalten, um eine Rückoxidation des I-Kuchens zu verhindern. Der abgekühlte I-Kuchen kann nach irgendeinem der bekannten Verfahren pulverisiert werden.

Erfindungsgemäß handelt es sich bei den Formen des P-Kuchens und des I-Kuchens in der Regel um eine Säule oder einen Hohlzylinder und sie können auch quadratisch oder dreieckig sein, je nach dem Verwendungszweck. Außerdem kann die Querschnitts™ dimension des Kuchens unter Berücksichtigung der Produktivität und des Verwendungszweckes geeigneterweise festgelegt werden.

Erfindungsgemäß kann ein Pulver mit einem niedrigeren Sauerstoffgehalt hergestellt werden durch Wiederholung der Induktionserhit zungsstufe und der Abkühlungsstufe. Der Prozentsatz der Desoxidation nimmt jedoch bei jeder Wiederholung des Verfahrens allmählich ab, während die Sinterung des I-Kuchens gefördert wird, so daß die Pulverisierbarkeit des I-Kuchens dadurch beeinträchtigt (verschlechtert) wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner in der Weise durchgeführt

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werden, daß man einen Teil des erhaltenen Pulvers zumischt durch Pulverisieren des I-Kucheno mit dem Ausgangspulver. In diesem Falle kann die Vorerwärmungszeit weiter verkürzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Herstellung de« Metallpulvers auf Eisenbasis mit niedrigem Sauerstoffgehalt, die gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zur Einführung einee Ausgangspulvers, bestehend aus einem Metallpulver auf Eisenbasis, das einer Schlußreduktion unterworfen werden soll, das eine scheinbare Dichte aufweist, die 16 bis 57 % der theoretischen wahren Dichte im gefüllten Zustand entspricht, und das einen Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 6 Gew.% und eine Teilchengröße von nicht mehr als 1 mm aufweist, sowie Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigen Körnchen, die in das Metallpulver auf Eisenbasis einlegiert und/oder eingemischt werden sollen, in einer Menge, die nicht mehr als dem angestrebten Legierungskohlenstoffgehalt des Endproduktes (Gew.%) + dem Sauerstoffgehalt des Pulvers unmittelbar vor der Schlußreduktion (Gew.%) χ 1,35 entspricht, eine Vorerwärmungs- und Sintereinrichtung zum Vorerwärmen des Ausgangspulvers aus der Beschickungseinrichtung zur Herstellung eines vorerwärmten und gesinterten Kuchens (P-Kuchens), eine InduktionserhitZungseinrichtung, um den P-Kuchen einer Schlußreduktion zu unterwerfen durch Induktionserhitzen unter Bildung eines induktionserhitzten Kuchens (I-Kuchens), eine Schiebeeinrichtung zur Überführung des Ausgangspulvers aus der Beschickungseinrichtung in die Vorerwärmungs- und Sintereinrichtung, eine Einrichtung zum Einstellen und Beibehalten einer nicht-oxidierenden Atmosphäre mit einem theoretischen Sauerstoffpartialdruck von nicht mehr als 2,1 χ 10 mmHg und einem Taupunkt von nicht mehr als +5⁰O mindestens im Innern der Vorerwärmungs- und Sintereinrichtung und der Induktions-

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erhitzungseinrichtung, eine Einrichtung zum Schneiden und Kühlen des I-Kuchens sowie eine Einrichtung zum Pulverisieren des abgekühlten I-Kuchens.

Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Metallpulver auf Eisenbasis mit niedrigem Sauerstoffgehalt kontinuierlich oder halbkontinuierlich hergestellt werden. Die Vorrichtung zur großtechnischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine solche vom vertikalen, horizontalen oder geneigten Typ sein, eine Vorrichtung vom vertikalen Typ ist jedoch aus den nachfolgend angegebenen Gründen am freisten bevorzugt. Die Erfindung wird daher nachfolgend unter Bezugnahme auf eine solche Vorrichtung vom vertikalen Typ näher erläutert.

(i) Das Ausgaiigspulver hat ein Fließvermögen (Fluiditäi;), so daß es sehr zweckmäßig ist, das Pulver unter der Einwirkung der Schwerkraft von oben nach unten fallen zu lassen.

(ii) Wenn eine Apparatur vom horizontalen Typ verwendet wird, v/erden das Pulver und der Sinfcerkuchen in Querschnitt srichtung verformt und in Richtung der Schwerkraft gekrümmt und sie können in der Vorerwärmungsstufe und in der Imluktionserhitzungsstufe mit einem Teil der Vorrichtung in Kontakt kommen, so daß die Handhabung schwierig ist. Außerdem ist der Querschnitt des gesinterten Kuchens kein echter Kreis, so daß das Eindringen der Wärme beträchtlich erschwei't wird. Wenn degegen eine Vorrichtung vom vertikalen Typ verwendet wird, ist der Querschnitt des Kuchens im wesentlichen kreisförmig und die Dichte des Kuchens ist gleichmäßig, so daß das Eindringen der Wärme beträchtlich verbessert wird.

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(iii) In einer Vorrichtung vom horizontalen oder geneigten Typ ist cine große Kreft erforderlich, um den gesinterten Kuchen in horizontaler oder geneigter Richtung weiterzuschieben. Dagegen wird in einer Vorrichtung vom vertikalen Typ der gesinterte Kuchen unter der Einwirkung der Schwerkraft in vertikaler Richtung nach unten geschoben, so daß das Schieben des Kuchens so am vernünftigsten erfolgt.

Die Erfind\uig wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsforai einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 und 3 schematische Aufrißansichten, teilweise im Schnitt, von Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 der Aufbau der erfindungsgeraäßen Vorrichtung vom vertikalen Typ an Hand des Materialflusses näher erläutert. Das Ausgangspulver wird vorübergehend über eine Pulverzufühi'ungseinrichtung A in einem Pulverlagertrichter B gelagert und dann sofort über eine Pulverbeschickungseinrichtung C in einen Vorerwärmungs- und Sinterofen D intermittierend eingeführt, während die Beschicknnssraenge des Pulvers gesteuert (kontrolliert) wird. In dem Vorerwärmungß- und Sinterofen D wird das Ausgangspulver allmählich gesintert, während es sich nach unten bewegt, unter Bildung eines vorerwärmten und gesinterten Kuchens (P-Kuchen). Der dabei erhaltene P-Kuchen wird intermittierend mittels eines Schiebers K nach unten bewegt. Der P-Kuchen kommt

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so in einen Jnduktionserhitzungsofen E mit einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 400 biß 850⁰C mit einem gev/issen Temperaturabfall, in dem das Induktionserhitzen gestartet wird·

Die Transportgeschwindigkeit des P-Kuchens nach unten muß in Abhängigkeit von der Art des Ausgangspulvers, des Kohlenstoffgehaltes und des Sauerstoffgehaltes in geeigneter Weise reguliert werden. In der Praxis erfolgt diese Regulierung durch Einstellung der Beschickungsmenge des Ausgengspulvers pro Zeiteinheit, der Operationszahl und des Hubabstandes des Schiebers K. Außerdem steht der die Transportgeschwindigkeit des P-Kuchens nach unten bestimmende Faktor hauptsächlich in Beziehung zu dem Sintervermögen oder der Sintergeschwindigkeit des Ausgangspulvers in der Vorerwärmungs- und ^interstufe, der Desoxidations- und Entkohlungsgeschwindigkeit in der nachfolgenden Induktionserhitzungsstufe und der Pulverisierbarkeit des dabei erhaltenen I-Kuchens. Die Transportgeschwindigkeit des P-Kuchens nach unten sollte deshalb bestimmt werden unter Berücksichtigung der obengenannten Faktoren· Darüber hinaus ist die Retentionszeit (Aufenthaltsdauer) in der Vorerwärmungsstufe eine Zeit, innerhalb der dos Ausgangepulver den Vorerwärmungs- und Sinterofen D mit einer bestimmten Länge passiert und sie hängt ab von der Transportgeschwindigkeit des dabei erhaltenen P-Kuchens nach unten.

Die Retentionszeit in der Induktionserhitzungsstufe ist die Zeit, innerhalb der der P-Kuchen die Induktionserhitzungsschlange passiert ähnlich wie die Retentionszeit in der Vorerwärmungsstufe. Da die Länge der Induktionserhitzungsschlange durch Ersatz der Schlange verändert v/erden kann, können die Retentionszeiten in der Vorerwärmungsstufe und in der Induktionserhitzungsetufe in geeigneter Weise aufeinander

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abgectimmt werden. Das Auf einander abstimmen beider Fotentionszeiten kann in zufriedenstellender Weise auch durch eine Kombination der Tempcratxiren der Vorerwärraungsstufe und der Induktionserhitzungsstufe bewirkt werden.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden der P-Kuchen und der I-Kuchen in Form eines Stabes miteinander vereinigt, so daß die Transportgeschwindigkeit des I-Kuchens gleich ist der des P-Kuchens. Das heißt, der Transport beider Kuchen erfolgt gleichzeitig mittels des Schiebers K.

Danach wird der in der Induktionserhitzungsstufe gebildete I-Kuchen nach unten in eine Kühlzone (F, G, H, I) transportiert und dann vorübergehend in einem I-Kuchen-Lagerbehälter gelagert, danach wird der I-Kuchen mittels einer Schneideinrichtung G auf eine geeignete Länge zugeschnitten. In dem Lagerbehälter H liegt die Temperatur des I-Kuchens in der Regel innerhalb des Bereiches von 300 bis 85O⁰C. Wenn es beabsichtigt ist, die Rückoxidation des I-Kuchens* so weit wie möglich zu verhindern, wird der I-Kuchen schnell durch eine Transporteinrichtung L in eine Kühlkammer I überführt. In der Kühlkammer I wird der I-Kuchen in ausreichender Weise bis auf Raumtemperatur abgekühlt, während der theoretische Sauerstoff partialöruck und der Taupunkt streng kontrolliert werden. Schließlich wird der abgekühlte I-Kuchen mittels einer Aufnahmeeinrichtung J aus der Kühlkammer herausgenommen und dann mit einer' geeigneten Pulverisierungsmaschine pulverisiert.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ein Ubungsstab (durnriy bar)M, eine Einrichtung F sum Festhalten und Senken des I-Kuchene, eine Synchronisiereinrichtung 0 zum Synchronisieren des Ubungsstabes M oder der Einrichtung F mit dem Schieber K,

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eine Atmosphärenkonditionierungseinrichtung N und dergleichen vorgesehen, die wesentliche Teile der Vorrichtung darstellen. Der Übungsstab M ist nur bei Beginn des Betriebs erforderlich und er wird während des kontinuierlichen Betriebs nicht verwendet· Der Übungsstab M befindet sich daher während des kontinuierlichen Betriebs in dem Bodenabachnitt der Vorrichtung. Wenn das Ausgangspulver bei Beginn des Betriebs in den Vorerwärmungs- und Sinterofen D eingeführt wird, muß das Herunterfallen des Ausgangspulvers verhindert werden und das Ausgangspulver muß in der Vorerwärmungs- und Sinterzone gehalten werden. Dies wird mittels des Übungsstöbes M erzielt. Der
Übungsstab M ist deshalb dafür bestimmt, das Herunterfallen
des Ausgangspulvers von dem oberen Abschnitt zu verhindern
und es mit einer gegebenen Geschwindigkeit intermittierend zu senken bei gleichzeitiger Synchronisierung mit der Synchronisiereinrichtung 0 mit dem Schieber K vor der Sinterung des
Ausgangspulvers, so daß das Wachstum und das Heruntersinken
des P-Kuchens während der Senkung des Übungsotabes fortgesetzt wird. Wenn der obere Abschnitt des Ubunßsstabes das untere Ende der InduXfcionserhitzungssehlange passiert, wird das Induktionserhitχen vom Bodenabschnitt des P-Kuchens aus gestartet. Der Übungsstab M sinkt weiter nach unten, wobei während dieser Zeit tier Bodenabschnitt des dabei erhaltenen I-Kuchens von der Induktionserhitzungsschlange in die Kühlzone
überführt wird. Wenn der Bodenabschnitt des I-Kuchens die
Einrichtung F zum Halten und Senken des I-Kuchens passiert,
wird dieser Bodenabschnitt mittels einer Führungsrolle der
Einrichtung F festgehalten. Zu diesem Zeitpunkt wird der
Übungsstab M von dem Bodenabschnitt des I-Kuchens getrennt
und er fällt mit einem Schlag in das untere Gehäuse nach unten. Dann wird eine Rutsche oder ein Verschluß herausgestoßen, um ein Loch oberhalb des Übungsstabes M zu schließen.

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Der von der Führungsrolle festgehaltene I-Kuchen sinkt weiter nach unten, ohne Schwerkraft zusammen mit dem synchronen Antrieb in Relation zu der Einrichtung F und dem Schieber K durch die Synchronisiereinrichtung 0· Die Folge davon ist, daß der I-Kuchen die Zone der Schneideinrichtung G passiert, in der der I-Kuchen durch die Schneideinrichtung G auf eine gegebene Länge zugeschnitten wird. Danach wird der zugeschnittene I-Kuchen über die Rutsche in den I-Kuchen-Lagerbehälter H geworfen und darin vorübergehend gelagert. Auf diese Weise beginnt die erfindungsgemäße Vorrichtung den kontinuierlichen Betrieb zu starten und bleibt kontinuierlich in Betrieb.

Während des Betriebs wird das Innere der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels der Atmosphärenkonditionierungseinrichtung N in einer nicht-oxidierenden Gasatmosphäre oder im Vakuum gehalten. Wie oben erwähnt, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung häufig unter Vakuum betrieben, so daß sie geeignet ist für einen Zwei-Stufen-Abgasmechanismus, bestehend aus einem mechanischen Booster oder einem Wasserdampfejektor und einer Rotationspumpe als Einrichtung N. Außerdem ist die Einrichtung N mit automatischen Gasübergangseinrichtungen versehen, die eine Desoxidations- und Trocknungseinrichtung umfassen, wodurch es stets möglich ist, die Gasatmosphäre und das Vakuum zu wählen und zu ändern. Darüber hinaus sind eine Zusatzeinrichtung P für den Vorerwärmungs- und Sinterofen D, eine Energieeinrichtung für den Induktionserhitzungsofen E und verschiedene Zusatzeinrichtungen für die Messung, Kontrolle, Aufzeichnung, den luftdichten Verschluß, die Staubentfernung, die Wartung, die Konservierung und dergleichen vorgesehen.

Nachfolgend werden die Hauptteile der erfindungsgemäßen

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Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Die Pulverzuführungseinrichtung A besteht aus einem Eitner-Förderband 1 und einem Pulververteilungs- und Beschickurißsbehälter 2, der des Ausgangspulver in die Apparatur einführen kann, während die Atmosphäre in einem gegebenen Zustand gehalten wird. Die Ziffer 3 bezeichnet einen Trichter, in dem das eingeführte Pulver vorübergehend gespeichert wird. Dann wird das gespeicherte Pulver durch eine Zweigleitung 5 mittels einer Schneckenfördereinrichtung 4- in eine Vorerwärmungs- und Sinterzone eingeführt. Der Vorerwärmungs- und Sinterofen D besteht aus einem Ofenkörper 14- und einem Metallreaktionsrohr 6 (in der Regel aus rostfreiem Stahl). Als Vorerwärmungs- und Sinterofen können verschiedene Typen verwendet werden, wie z. B. ein elektrisches Viderstandsheizsystea, ein Gas- oder Schwerölverbrennungssystem und dergleichen, erfindungsgemäß ist jedoch das Gasverbrennungssystem vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit und der Wirksamkeit des Erhitzens aus betrachtet am besten geeignet. Das Reaktionsrohr 6 kann aus irgendeinem beliebigen Material bestehen, sofern dieses dem Verwendungszweck nicht entgegensteht, zweckmäßig werden jedoch Materialien mit einer ausreichenden Wärmebeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und einer ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit verwendet.

Der Induktionserhitzungsofen E besteht aus einem gegenüber Luft absolut dichten feuerfesten Nicht-Induktions-Rohr 7 (in der Regel aus Quarz) und einer Induktionserhitzungsschlange 15· Die Ziffer 8 bezeichnet eine Führungsrolle zum Festhalten und Senken des I-Kuchens, die dazu bestimmt ist, mittels der Synchronisiereinrichtung 0 mit einem Schieber 13 zu kooperieren. In diesem Falle ist die Führungsrolle so synchronisiert,

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daß ein gewisser Kompressionsdruck auf den I-Kuchen ausgeübt wird, weil dann, wenn eine Zugspannung auf den I-Kuchen einwirkt, jeder Teil des P-Kuchens, der oberhalb des I-Kuchens angeordnet ist, abbricht. Darüber hinaus gibt es wie in dem Antriebssystem des Schiebers 13 zwei Systeme vom öldruck- und mechanischen Typ. Erfindungsgemäß sind beide Systeme geeignet, weil es erforderlich ist, den Hub, den Schiebedruck und die Schiebegeschwindigkeit frei einzustellen. Die Ziffer 9 bezeichnet eine Schneideeinrichtung zum Schneiden des I-Kuchens und die Ziffer 10 bezeichnet eine Rutsche oder einen Verschluß. Die Rutsche 10 wird zu Beginn des Betriebs zurückgezogen, wobei während dieser Zeit ein Übungsstab 21 aus einem Gehäuse 22 nach oben gestoßen und dann in den Vorerwärmungs- und Sinterofen D eingeführt wird. Deshalb muß der obere Abschnitt des Übungsstabes aus" einem Metall mit der gleichen Wärmebeständigkeit wie in dem Reaktionsrohr 6 bestehen.

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Der zerschnittene I-Kuchen fällt durch die Rutsche 10 in einen I-Kuchen-Lagerbehälter 11 und wird dann in eine Kühlkammer 12 überführt. Ein oberer Behälter 19 und ein unterer Behälter 20 stehen durch eine Leitung 23 in der Weise miteinander in Verbindung, daß die Innenräume der beiden Behälter in der gleichen Atmosphäre gehalten werden. Alle Abschnitte, die einer thermischen Beanspruchung ausgesetzt sind, wie z.B. die Verbindung zwischen dem Reaktionsrohr 6 und dem feuerfesten Rohr 7j die Verbindung zwischen dem oberen Behälter 19 und der Zweigleitung 5 oder dem Reaktionsrohr 6, die Verbindung zwiischen dem unteren Behälter 20 und dem feuerfesten Rohr 7 und dgl., sind wassergekühlt und dazu bestimmt, das Innere der Vorrichtung in einem luftdichten Zustand zu halten. Außerdem werden zur demontierbaren Befestigung des Reaktionsrohres 6, des feuerfesten Rohres 7» der Induktionserhit zungsschlange 15 und dgl. und sum Absorbieren der Wärmeausdehnung des Reaktionsrohres 6 und des feuerfesten Rohres während des Erhitzens verschiedene Elemente verwendet, sie stellen jedoch keinen wesentlichen Teil der Erfindung dar, so daß sich eine nähere Erörterung dieser Elemente hier erübrigt.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Vakuum betrieben wird, v/ie in Fig. 2 dargestellt, wird das Innere der Vorrichtung durch einen Staubsammler 16 mittels eines mechanischen Boosters 17 und einer Rotationspumpe 18 entgast. Außerdem läßt man dann, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer nichtoxydierenden Gasatmosphäre betrieben wird, wie in Pig. 3 dargestellt, das nicht-oxydierende Gas durch eine obere Leitung 24, eine untere Leitung 25 und ein Auslnßrohr 26 in das Innere der Vorrichtung einströmen. Die erfindungsfremäße Vorrichtung kann nach einem vollautomatischen, einem halbautomatischem und einem manuellen System betrieben werden und da-

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COPY·

durch ist es möglich, einen kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Betrieb zu erzielen»

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiele

In der folgenden Tabelle II ist die chemische Zusammensetzuug der Ausgangspulver, die der Schlußreduktion unterworfen werden sollen, angegeben:

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Tabelle II

Ausgangspulver

niedrigle^ierte Stahlpulver der Mn-Gr-Mo-Reihe

ire ines Sisenpul· i ver (E)

reines Sisenpulrer (C)

Si Mn

S Cr Mo

0.72 0.028 0.84 0.011 0.008 1.22 0.24 0.86

0.31 0.030 0.29 0.007 0.006

0.15 0.025 0.28 0.009 0.007 1.32

0.82

Verfahren zur Herstellung des Pulvers

Vasserzerstäujung (zerstäub tes Pulver)

Reduktionsver fahren (vorre duziertes Eisenpulver)

Reduktionsverfahren (vorreduziertes Eisenpulver)·

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Das Ausgann;spulver (A) wird hergestellt durch Wasserzerstäubung eines niedriglegierten Stahls der Mn-Cr-Mo-Reihe, der bei 1610⁰C unter einem Druck von I50 Atmosphären geschmolzen worden ist, und anschließendes Entwässern und Infrarottrocknen des dabei erhaltenen Legierungspulvers. Die Ausgangspulver (B) und (C) stellen sogenannte vorreduzierte Eisenpulver dar, die durch Reduktion des Walzzunders mit Koks erhalten werden, wobei jeweils Schwamraeisen gebildet wird. Die Reduktionstemperatur beträgt 1100°C im Falle des Pulvers (B) und 1140⁰C im Falle des Pulvers (C). Die scheinbare Dichte und die Teilchengrößenverteilung dieser Ausgangspulver sind in der folgenden Tabelle III angegeben.

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Tabelle III

lusgangspulver	scheinbai Dichte :	e Dichte-	0	Teilchengrößenverteilung	3	(100-150 0/15-0,10	(%)	9	6	.8	(250-325)	6325) <0,044	1
	(g/cm³)	verhäLfc. nis (%)-	0.1	(80-100) 0,18-0,15	4	mm 22.1	) d5O~20O)C'20O~250) 0,10-^074 φ74-φ6	3	11	.6	19.4	27	2
niedriglegier- tes Stahlpulvet der Mn-Cr-Mo-	2.90	36.9	0	0	29.2	(mesh) 24.6	13		14.7	16	7
reines Eisen pulver Cb)	2.51	31.9		6	27 .6	21		12.8	19
reines Eisen pulver Cc)	2.57	32.7	4	22

Diese Ausgangspulver werden unter den in der folgenden Tabelle IV angegebenen reduzierenden Bedingungen der Schlußreduktion unterworfen, wobei Metallpulver auf Eisenbasis mit niedrigem Kohlenstoffgehalt erhalten werden.

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Tabelle IV

Versuch Nr.

An··

jangel

renbedingungen

Atmosphäre

Gheoretischer Sauerstoffpai tialdruck (nmHg)

Tau· p_unk1

CC)

Sedukfci

Vorerwärmung

Cnduktions »rhitzung

elektrische Widerstand heizung

Kühlbedingungen

(erf .-gemäß)

(A)

Vakttia

7.2x10-* BmHg

1050^eCx30min

1310^aCxl0min

Taup

(A) (A) (A)

Neutral gas : N₂+3%H₂

Druck: 1.1 atm

Inertgas: Ar

Druck: 1.1 atm

ieduktLonsgasH₂

Druck: 1.1 atm

-3

-20

-40

<-50

lie gleiche Ataosphäre wie bei der Reduktion

erstäubung von reinem Wasserstoff, wenn die Temp. d. I-Kuchen, 600 C erreicht

Pq₂<10"³ mmHg inkt<-5o°c

lie gleiche Atnosphäre wie be: ler Reduktion

[Stand der echnik)

(A) $eduktdonsgas:H₂ Strömungs- 2i./min es

115O⁰CxSSt

d.

C erf .-gemäß)

(B)

(C)

Valium

Vakuum

-¹ mmHg

-2

mmHg

2.94x10

1.9IxIO^-2

980°Cx30min

1200°Cxl0min

In der vorstehenden Tabelle IV wird das erfindungsgemäße Verfahren angewendet auf die Versuche Nr. 1 bis 5, in denen das Aur.ganp;spulver (A) verwendet wird, auf den Versuch Nr. 7, in dem das Ausgang, spul ver (B) verwendet wird, und auf den Versuch Nr. 8, in dem Ausgan^cpulver (C) verwendet wird. Zum Vergleich ist auch der Stand der Technik angegeben, d.h. die Reduktion des Ausgangspulvers (Λ) mit Wasserstoffgas in den Versuch Nr. 6. Bei jedem erfindun{ißgemäßen Versuch betrug die für die Induktionserhitzung angewendete Frequenz 8,2 kHz und es wurde eine Apparatur von vertikalen Typ mit einer Gesamthöhe von etwa 6 m oberhalb des Fußbodenniveaus verwendet, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Desoxydation wurde kontinuierlich durchgeführt unter Verwendung dieser Vorrichtung und es wurde ein Gasverbrennungssystem auf den Vorerwärmungs- und Sinterofen angewendet. Andererseits wurde bei dem Versuch Nr. 6 gemäß dem Stand der Technik ein großer Wasserstoffglühofen vom Chargen-Typ verwendet.

Der Kohlenstoffgehalt und der Sauerstoffgehalt des Ausgangspulvers und des Produktpulvers nach der Schlußreduktion sind in der folgenden Tabelle V angegeben. In der weiter unten folgenden Tabelle VI sind außerdem die scheinbare Dichte und die Teilchengrößenverteilung des Produktpulvers und die Gründichte bei einem Preßdruck von 5 t/cm angegeben. In der weiter unten folgenden Tabelle VII sind die Härtbarkeit und die mechanischen Eigenschaften von Stahlmaterialien mit einem Dichteverlviltnis (Verdichtungsverhältnis) von 100 % angegeben, die durch Sinterschmieden des Produktpulvers jeder der Versuche Nr. 2 und Nr. 6 erhalten wurden.

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Versuch Nr.

1 2 3 4 5 6 7 δ

Art des

Ausganges

pulvers

(A) (A) (A) CA) (A) (A) (3) (C)

Ausgangspulver

Tabelle V

'. >roduktpulver nach d. Schlufireduktion

72

31

15

enge der zugesetzten Graph: körnehen

0.86

0.86 0.86 0.86 0.86

1.32

0.82

1.28

Gesamt-

kohlenstoff

t-

gehall; (%)

0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 1.59 0.15

0.12

0.15

0.13

0.14

0.12

0.46

0.008

0.006

jew.-Verf-angestrebialtnis

0.083 0.025 0.089 0.054 0.036 0.248 0.211 0.433

ΔΟ/ΔΟ*

0.772 0.683 0.765 0.720 0.728 0.425 1.43

0.372

Redukt ionsplan

rer Köhler

. stoffgev in den ?rc duktpulvei

Gew.-Verhältnis zv/ischen haljt den Kohlenstoffgehalt für die Lesox; dation und den Sauerstoffgehalt

0.15 0.15 0.15 0.15 0.15

<0.01

£ΐ 3.21 3ζ S P U. Λ

0.66 0.66 0.66 0.66 0.66

1.20 0.17

ers

AC: Grad dsr Entkohlung des Aus^angspulvers durch die Schlußreduktion (%) Δ0: Grad der Desoxydation des Ausgangspulvers durch dis SchluBredur.tion (?O

Tabelle

	•	"ersuch	schein— I	Gründichte be einen Preßdru	A-	8 0) 13	Teilchengrößenverteilung	,.0 0-15 0) ^i 5-O,¹0	(150-200) ( mm (mesh)	2 00	0	(250-325)	(-32 <Cp4-	5)
7098 £		ITr.	tare Diente. (g/cm³)	von . 5 t/cm² (g/cm³)	0	. 3	§0-100) C d 18-0,15	26.6	20.1	4	-2 50) Opol	31.5	11.	3
	1	2.74	6.61	0	.1	5.3	24.3	19.7	7	.9	29.8	12.	⁵ i
ο ο	2	2.71	6.47	3	. 2	6.5	20.1	26.8	10	.1	18.5	9.	D
κ>	3	2.87	6.52	2	.8	11.3	21.8	25.2	8	.5	15.4	13.	3
	4	2.81	6.49	5	. 5	12.7	21.2	27.4	13	.8	8.9	12.	2
	5	2.85	6.59	4	.4	11.6	25.1	23.7	14	> • 6	4.6	20.	2
•	6	2.93	5.84	0	.3	7.8	37.9	16.7	11	.2	19.9	5.	7
7	2.62	6.81	1	.0	8.3	32.3	17.2	16	.2	20.1	7.	1
8	2.55	6.74		6.1		.1

Tabelle VII

	krt des Pul vers	Cohlenstoff- und Sauerstoffgehalte des sintergeschmiede	Härtbar keit	mechanische Eigenschaften-	Dehnung **	Einschnürung (*)	Schlagzähigkei- (kg-m/cm²)***
7098	Produktpulver. des Versuchs Kr. 2	ten Stahls C O	J13 mm* (H_RC)	Zugfestig keit ** (kg/mm²)	17.9	52.4	6.8
84/064	Produktpulver des Versuchs ,Nr. 6 '	0.41 0.0085	52	95.2	14.3	38.9	1.1
	0.42 0.189	43	94.0

Härte in einem Abstand von 13 mm von dem abgeschreckten Ende gemäß den Joniny-Test Probe gemäß JIS Nr. 6 für den Zugfestigkeitstest: ₈φ _x g.l.sq

Probe gemäß JIS ITr. 4 mit einer V-Kerbe von 2 mm für den Cha-p^Schlagzähigkeitstest

In der Tabelle VII wurde das Pulver des Versuchs Nr. 2 mit Graphitkörnchen in solcher Menge gemischt, daß der Kohlenstoffgehalt des dabei erhaltenen εintergeschmiedeten Stahls 0,4 % betrug. Das Pulver des Versuchs Nr. 6 wurde jedoch so verwendet wie es war, ohne Zumischung der Graphitkörnchen. Diese Pulver wurden vorgeformt, so daß sie eine Gründichte von 6,5 g/cm hatten, und dann wurden sie 1 Stunde lang bei 115^Ü°C in einer Wasserstoffgasatmosphäre gesintert. Danach wurde die Vorform in einer Gasgemischatmosphäre aus Argon und 3 % Wasserstoff auf 1100⁰C induktionserhitzt

und anschließend unter einem Druck von 9 t/cm geschmiedet zur Herstellung von Stahlproben einer Größe von 30 x 150 ' (mm) und 15°" χ 120 (mm). Die so sintergeschmiedeten Stahlproben wurden der nachfolgend angegebenen Wärmebehandlung unterworfen:

In dem Jominy-Test wurde die Probe 1 Stunde lang auf 870⁰G erhitzt, geglüht und dann 30 Minuten lang auf 845⁰C erhitzt. In dem Test zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften wurde die Probe 3° Minuten lang auf 850°C erhitzt, geglüht, erneut 40 Minuten lang auf 830⁰C erhitzt, in öl abgeschreckt und dann 1 Stunde lang bei 600⁰C getempert.

In dem Jominy-Test wurde die Probe der Größe 25,4^ χ 100 (mm) verwendet, in dem Zugfestigkeitstest wurde die Probe gemäß JIS Nr. 4 mit einer Parallelabschnittgröße von 8* χ 50 (mm) verwendet und.in dem Charpy-Schlagzähigkeitstest wurde die Probe mit einer Größe von 10 χ 55 (mm) und einer V-Kerbe von 2 mm verwendet.

In der Tabelle VII ist die Härtbarkeit ausgedrückt durch die Härte gemäß der Rockwell C-Skala in einem Abstand von 13 mm von dem abgeschreckten Ende und die numerischen Werte der mechanischen Eigenschaften stellen bei Raumtemperatur gemessene Ergebnisse dar.

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Jeder der vorstehend angegebenen Versuche wird nachfolgend der Reihe nach "beschrieben. Bei dem Reduktionsmittel handelt es sich um Kohlenstoff, der vorher in das Pulver in den Versuchen Nr. 1 bis 5 und 8 einlegiert worden ist, und um eine Mischung von einlegiertem Kohlenstoff in dem Pulver und Graphitkörnchen, die in dem Versuch Nr. 7 mit dem Pulver gemischt worden sind. Das Reduktionsmittel ist dagegen hauptsächlich Wasserstoffgas wie in dem Versuch Nr. 6.

Versuch Nr. 1

Das niedriglegierte Stahlpulver der Mn-Cr-Mo-Reihe (A) mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,72 % und einem Sauerstoffgehalt von 0,86 % wurde nach der Wasserzerstäubung der Schlußreduktion unterworfen unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Reduktion wurde durch 30-minütiges Vorerwärmen im Vakuum auf 1050°C und 10-minütiges Induktionserhitzen bei einer Frequenz von 8,3 IcHz-auf 1310°C durchgeführt. Der auf diese Weise entkohlte I-Kuchen wurde nach dem Abkühlen mit einer Hammermühle pulverisiert. Wie oben angegeben, wurde die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung kontinuierlich betrieben zur Herstellung des I-Kuchens mit einer Querschnittsgröße von 90 ΐηπιφ. Das dabei erhaltene Pr odxikt pulver wies einen Kohlenstoffgehalt von 0,12 %, einen Sauerstoffgehalt von 0,083 % und eine scheinbare Dichte von 2,7^ g/cm auf.

Yersxich Nr. 2

Das Ausgangspulver (A) wurde unter den gleichen Bedingungen wie in dem Versuch Nr. 1 angegeben denoxydiert und entkohlt. Nachdem die Temperatur des I-Kuchens 600⁰C erreicht hatte, wurde der I-Kuchen in eine Kühlkammer überführt und dann durch Zerstäuben von Wasserstoffgas abgekühlt. Der abgekühlte I-Kuchen wurde mit einer Hammermühle pulverisiert zur Herstellung eines Produktpulvers mit einem Kohlenstoffgehalt von

TSIII4/0I4I

0,15 %, einem Sauerstoffgehalt von 0,025 % und einer scheinbaren Dichte von 2,71 g/cia . Wenn die Rückoxydatiou während des Temperaturabfalls des I-Kuchenii im wesentlichen und vollständig verhindert wird, kann der Sauerstoffgehalt des Produktpulvers beträchtlich gesenkt werden.

Versuch Nr. 3

Das gleiche Ausgangspulver (A), v/ie es in dem Versuch Nr. 1 verwendet worden war, wurde unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens einer Schlußreduktion unterworfen. In diesem Falle wurde das Innere der Vorrichtung in einer Neutralgasatmosphäre aus Np + 3 % Hp gehalten und der Druck im Innern der Vorrichtung betrug 1,1 atm. Das Ausgangspulver wurde 3O Minuten lang auf 105O⁰C vorerwärmt, 10 Minuten lang auf 131O°C induktionserwärmt und dann in der gleichen Atmosphäre abgekühlt. Der dabei erhaltene I-Kuchen wurde mit einer Hammermühle pulverisiert, wobei ein Produktpulver mit einer scheinbaren Dichte von 2,87 g/cm^, einem Kohlenstoffgehalt von 0,13 λ und einem Sauerstoffgehalt von 0,089 % erhalten wurde. Diese Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalte waren etwa die gleiche wie in dem Versuch Nr. 1, so daß daraus zu ersehen ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch in einer Neutralgasatmosphäre wirksam ist.

Versuch Nr. 4-

Das gleiche Ausgangspulver (A), wie es im Versuch Nr. 1 verwendet worden war, wurde unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Inertgasatmosphäre aus Argon behandelt. Der Druck innerhalb der Vorrichtung betrug wie in dem Versuch 3 1,1 atm. Die Vorerwärmungs- und Induktionserhit zungsbedingungen waren die gleichen wie in den Versuchen Nr. 1 bis 3· Der Taupunkt der Atmosphäre lag niedriger

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als derjenige (-20⁰C) des Versuchs Nr. 3 und er betrug -40°C. Deshalb betrug der Sauerstoffgehalt des dabei erhaltenen Produktpulvers nur 0,054 %. Der Kohlenstoffgehalt betrug 0,14 % und war etwa der gleiche wie derjenige in den Versuchen Nr. 1 bis 3· Die scheinbare Dichte des Produktpulvers betrug 2,81 g/cm .

Versuch Hr. 5

Das gleiche Ausgan^spulver (A), wie es im Versuch Nr. 1 verwendet worden war, wurde unter Anwendung des erfindimgsgemäßen Verfahrens behandelt, wobei diesmal jedoch das Innere der Vorrichtung in einer reinen Wasserstoffgasatmosphäre mit einem Taup\uikt von unterhalb -50⁰C gehalten wurde, und der Druck im Innern der Vorrichtung betrug 1,1 atm. Die Vorerwärmungs- und Induktionserhitzungsbedingungen waren die gleichen wie in dem Versuch Nr. 1. Der dabei erhaltene I-Kuchen wurde mit einer Hammermühle pulverisiert, wobei ein Produktpulver mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,12 %, einem Sauerstoffgehalt von 0,036 % und einer scheinbaren Dichte von 2,85 g/cnr erhalten wurde. Dieser niedrige Sauerstoffgehalt ist darauf zurückzufuhren, daß die Abkühlung des I-Kuchens in der reinen Wasserstoffgasatmosphäre durchgeführt wurde und daß die Rückoxydation während des TemperaturabfalIs des I-Kuchens praktisch vollständig verhindert v/erden kann wie im Falle des Versuchs Nr. 2. Der Reduktionsmechanismus dieses Beispiels ist folgender:

i) selbst wenn die Atmosphäre das reduzierende Gas darstellt, schreitet erfindungsgemäß die Desoxydation mit dem zulegierten Kohlenstoff in dem Ausgangspulver im wesentlichen fort.

ii) In der Vorerwärmungsstufe wird das Ausgangspulver von außen her indirekt erwärmt, so daß die Desoxydation mit der Reduktionsgasatroosphäre etwas fortschreitet. Die Retentionszeit in der Vorerwärmungsstufe ist jedoch kurz, so daß der

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Grad der Desoxydation gering ist.

iii) Die tatsächliche Desoxydation wird bewirkt durch den ziilegierten Kohlenstoff in dem Ausgangspulver in der Induktionserhit zungsstuf e. Das heißt, das Ausgangspulver wird schnell und zwangsläufig vom Innern der Teilchen her in der Induktionserhitzungsstufe erhitzt, so daß die Desoxydation vorzugsweise eher durch den zulegierten Kohlenstoff als durch das Reduktionsgas bewirkt wird. iv) Obgleich jede der Retentionszeiten in der Vorerwärmungsstufe und in der Induktionserhitzungsstufe verhältnismäßig kurz ist, wird ein Teil des zulegierten Kohlenstoffs in dem Pulver durch das Wasserstoffgas entkohlt, v) Es besteht kein großer Unterschied in bezug auf den Kohlenstoffgehalt und den Sauerstoffgehalt des Produktpulvers zwischen diesem Beispiel und dem Versuch Nr. 2, wenn man das erfind\mgsgemäße Verfahren-unter Vakuum anwendet.

In den Versuchen Nr. 1 bis 5 betrug das Gewichtsverhältnis zwischen dem berechneten Kohlenstoffgehalt, welcher der Desoxydation dient, und dem Sauerstoffgehalt des Ausgangspulvers 0,66. Außerdem wurde in diesen Versuchen die Schluß-, reduktion so durchgeführt, daß der angestrebte Kohlenstoffgehalt des Produktpulvers nach der Desoxydation 0,15 % betrug. Die Folge davon war, daß der Kohlenstoffgehalt jedes Produktpulvers innerhalb des Bereiches von 0,12 bis 0,15 % l^aG und im wesentlichen mit dem angestrebten Kohlenstoffgehalt zusammenfiel. Somit kann erfindungsgemäß der Kohlenstoffgehalt des Produktpulvers eingestellt werden. In diesem Falle ist es wichtig, die Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt e des Ausgangspulvers vor der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in ausreichendem Maß einzustellen. In den Versuchen Nr. 1 bis 5 betrug der Sauerstoffgehalt jedes der Produktpulver weniger als 1000 ppm. Andererseits kann dann, wenn das konventionelle Gasreduktionssystem

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auf das Legierungsstahlpulver mit Mn, Cr und dgl., die relativ stabile Oxide bilden können, wie in dem Ausgangspulver (A), angev/endet wird, die wirksame Desoxydation nicht vorausgesagt v/erden und deshalb ist es schwierig, das Produktpulver mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt, wie oben angegeben, zu erhalten.

Wie aus der Tabelle V ersichtlich, liegt da3 Gewichtsverhältnis Q\C/ AO) zwischen dem Grad der Entkohlung und dem Grad der Desoxydation bei den Vermzchen .Nr. 1 bis 5 innerhalb eines Bereiches von 0,68 bis 0,77* dies entspricht einem Molverhältnis von 0,91 bis 1,03. Wenn man bestrebt i;-;t, den Kohlenstoffgehalt des Produktpulvern mit dem angestrebten Kohlenstoffgehalt in Übereinstimmung zu bringen und den Saxierstoffgehalt soweit v/ie möglich unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu senken, ist es deshalb wichtig, den theoretischen Sauerstoffpartialdruck und den Taupunkt der Atmosphäre während der Reduktion streng zu kontrollieren zusätzlich zu der strengen Einstellung der Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalte des Ausgangspxilvers.

Versuch Nr. 6

Dieser Versuch zeigt ein Beispiel der Anwendung eines bekannten Gasreduktionssystems auf das Ausgangspulver (A). In diesem Falle wurde reiner Wasserstoff mit einem Taupunkt von weniger als -50°C als Reduktionsgas verwendet und bei der für die Reduktion verwendeten Vorrichtung handelte es sich um einen großen Elektroofen vom Chargen-Typ, innerhalb dessen sich ein Kernrohr aus einem austenitischen rostfreien 25 % Cr-20 % Ni-Stahl befand. Das Aufheizen des Ofens dauerte etwa 2 Stunden und die Reduktion wurde 5 Stunden lang bei 1150⁰C durchgeführt. Nach Beendigung der Desoxydation (d.h. der Reduktion) wurde der dabei erhaltene Sinterkuchen

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mit einer Hammermühle pulverisiert, wobei man ein Produktpulver mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,46 %_t einem Sauerstoffgehalt von 0,240 % und einer scheinbaren Dichte von 2,93 g/cm erhielt. In diesem Beispiel betrug das scheinbare Gewichtsverhältnis von Entkohlungsinenge zur Desoxydationsmenge 0,425. Da die Retentionszeit bei der Reduktionstemperatur 5 Stunden betrug, war außerdem die Pulverisierbarkeit des ßinterkuchens etwas schlechter als bei dem erfindungsgemäß hergestellten Sinterkuchen.

In dem konventionellen Wasserstoffgasreduktionssystem, wie es in diesem Beispiel angewendet wurde, kann, obgleich ein Wasserstoff mit eirjeiTi niedrigen theoretischen Sauerstoffpartialdruck und einem niedrigen Taupunkt verwendet wird, der Sauerstoffgehalt des Produktpulvers nicht in ausreichendem Maße gesenkt v/erden und e^ ist deutlich höher als in den Versuchen Nr. 1 bis 5» was auf die folgenden Fakten zurückzuführen ist: i) Bie Erhitzungstemperatur kann nicht über eine bestimmte obere Grenze hinaus erhöht werden, weil die Wärmebeständigkeit des Kernrohres und dgl. beschränkt ist. ii) Die Reduktion schreitet von der Oberfläche der Teilchen in dem Ausgangspulver ausgehend nach innen fort als Folge des indirekten Erhitzungssystems.

iii) Der thermodynamische Wirkungsgrad ist wesentlich schlechter als bei der Reduktion mit Kohlenstoff, wie oben erwähnt.

Obgleich angenommen wird, daß Kohlenstoff etwas zu der Desoxydation beiträgt, erfolgt in diesem Beispiel die Reduktion im wesentlichen mit Wasserstoffgas, so daß die Entkohlungsmenge (der Entkohlungsgrad) verhältnismäßig gering ist und deshalb der Restkohlenstoffgehalt des Produktpulvers höher wird. Ein solches Produktpulver weist eine schlechte Kompressibilität und einen schlechten Mahlwort (rattler value) auf. In dem konventionellen Gasreduktionssystem muß ein feuchter Wasserstoff mit einem höheren Taxipunkt verwendet werden, um den

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Kohlenstoffgehalt des Ausgangspulvers durch Entkohlung zu entfernen, die Desoxydation ist dagegen jedoch schwierig, so daß die Verwendung des feuchten Wasserstoffs nicht bevorzugt ist. Aus diesem Grunde sollte der zulässige Kohlenstoffgehalt des Ausganpjspulvers in dem konventionellen Gasreduktionssystem soweit wie möglich herabgesetzt werden, wodurch die Herstellung eines LegierungsStahlpulvers mit Mn» Cr und dgl. wie in dem Ausgangspulver (A) technisch schwierig wird. Das heißt, der geschmolzene Stahl, dem Mn und Cr zulegiert worden sind, und dessen Kohlenstoffgehalt auf einen niedrigen Wert begrenzt ist, weist eine sehr hohe · Viskosität auf, so daß während der Wasserzerstäubung eine Verstopfung der Düsen für den geschmolzenen Stahl auftritt und infolgedessen die Temperatur des geschmolzenen Stahls auf 170O⁰C oder mehr erhöht werden müßte. Durch eine derart hohe Temperatur wird aber nicht nur die Lebensdauer (Gebrauchsdauer) des feuerfesten Ofenauskleidungsmawerials extrem verkürzt, sondern es gelangt auch gelöstes feuerfestes Material in den Stahl, so daß die Menge an nichtmetallischen Einschlüssen in dem zerstäubten Stahlpulver beträchtlich groß wird. Infolgedessen ist das Material aus einem sintergeschmiedeten Stahl, das unter Verwendung eines solchen Pulvers hergestellt worden ist, sehr schlecht und genügt nicht den an es gestellten Anforderungen. Dies gilt ; auch dann, wenn das Stahlpulver unzureichend desoxydiert ist. Wenn beispielsweise unter Verwendung des Stahlpulvers der Versuche Nr. 2 und 6 als Ausgangsmaterial, wie in Tabelle VII angegeben, ein sintergeschmiedeter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,4· % hergestellt wird, ist das zuerst genannte Stahlpulver mit niedrigem Sauerstoffgehalt in bezug auf seine Härtbarkeit und in bezug auf seine Zähigkeit, wie z.B. in bezug auf seine Dehnung, Plächeneinschnürung, in bezug auf seine Kerbschlagzähigkeit und dgl., dem zuletzt genannten Material überlegen, woraus hervorgeht, daß die Desoxydation

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des Ausgangnpulvers sehr wichtig ist. Darüber hinaus sind die Kohlenstoffgehalte dieser sintergeschmiedeten Stähle im wesentlichen gleich, ihr Sauerstoffgehalt beträgt jedoch 85 ppm im ersteren Falte und 1890 ppm im letzteren Falle. Wie aus den Daten der Tabelle VII hervorgeht, ist es zweckmäßig, den Sauerstoffgehalt des Stahlpulvers zum Sinterschmieden soweit wie möglich zu verringern. Aus vielen Versuchen geht hervor, daß die obere Grenze eines akzeptablen Sauerstoffgehalt es des Sbahlpulvers zum Sinterschmieden, wie angenommen wird, bei etwa 1800 ppm liegt.

Versuch Nr. 7

In diesem Beispiel wurde als Ausgangspulver das Pulver (B) der Tabelle II verwendet. Dieses Pulver wurde hergestellt durch Pulverisieren von Schwammeisen, das durch Reduzieren von Walzzunder mit Koks hergestellt worden war und einen Kohlenstoffgehalt von 0,31 % und einen Sauerstoffgehalt von 1,32 % hatte. Da der Kohlenstoffgehalt als Reduktionsmittel verhältnismäßig gering war, wurde das Gewichtsverhältnis zwischen dem Kohlenstoffgehalt, der für die Desoxydation diente, und dein Sauerstoffgehalt des Ausgangspulvers auf 1,20 eingestellt durch Zumischen von 1,28 % Graphitkörnchen. Als nichtoxydierende Atmosphäre wurde ein Vakuum mit einem theoretisehen Säuerstoffpartialdruck von 2,°Axi0mmHg verwendet und die Vorerwärmungs- und Induktionserhitzungsbedingungen waren 980°C χ 30 Minuten bzw. 1200⁰C χ 10 Minuten. Das nach der Schlußreduktion erhaltene Produktpulver hatte einen Kohlenstoffgehalt von 0,008 %, einen Sauerstoffgehalt von 0,211 % und eine scheinbare Dichte (Schüttdichte) von 2,62 g/cm . Selbst wenn der Gesamtkohlenstoffgehalt als Reduktionsmittel ausreicht, wie in diesem Beispiel, wenn der theoretische Säuerstoffpartialdruck 2,1 χ 10 mm Hg übersteigt, kann der Sauerstoffgehalt des Produktpulvers auf nicht weniger als

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0,18 % gesenkt werden. Man nimmt nämlich an, daß eine sehr geringe Menge Sauerstoff, die in die Vorrichtung entweicht, die Entkohlung während der Induktionserhitzung fördert und die Rückoxydation während des Temperaturabfalls des I-Kuchens beschleunigt. Deshalb beträgt das Gewichtsverhältnis zwischen der Entkohlungsmenge (dem Entkchlungsgrad) und der Desoxydationsmsnge (dem Desoxydationsgrad) in diesem Beispiel offensichtlich bis zu 1,43. Wie aus diesem Beispiel ersichtlich, ist selbst dann, wenn fast der gesamte Kohlenstoff als Reduktionsmittel durch Zumischen ergänzt wird, eine wirksame Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.

Versuch Nr. 8

Das Pulver (C) der Tabelle II wurde unter Anwendung des erfindunt;sgemäßen Verfahrens einer Schlußreduktion unterworfen. Bei diesem Pulver handelte es sich um ein vorreduziertes Eisenpulver, hergestellt aus Walzzunder, das einen Kohlenstoffgehalt von 0,15 % und einen Sauerstoffgehalt von 0,82 % aufwies und dessen Teilchen kleiner waren als diejenigen des Pulvers (B). In diesem Beispiel wurde das Ausgangspulver der Schlußreduktion unterworfen ohne Zxigabe von Graphitkörnchen, obgleich der Kohlenstoffgehalt im Unterschied zu dem Versuch Nr. 7 verhältnismäßig gering war. Deshalb "betrug das Gewichtsverhältnis zwischen dem Kohlenstoffgehalt, v/elcher der Desoxydation diente, und dem Sauerstoffgehalt des Ausgangspulvers 0,17. Als nicht-oxydierende Atmosphäre wurde wie in dem Versuch Nr. 7 ein Vakuum verwendet, wobei dieismal jedoch der

theoretische Sauerstoffpartialdruck 1,91 x 10 mm Hg betrug. Außerdem waren die Vorerwärmungs- und Induktionserhitzungsbedingungen die gleichen wie in dem Versuch N₁., 7. D_er nach der Schlußreduktion erhaltene I-Kuchen wurde mit einer Hammermühle pulverisiert, wobei ein Produktpulver mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,006 %_t einem Sauerstoffgehalt von 0,433 % und einer scheinbaren Dichte (Schüttdichte) von 2,55 g/cm

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erhalten wurde. Obgleich der theoretische Sauerstoffpartialdruck ausreichend niedrig ist, wenn der Kohlenstoffgehalt als Reduktionsmittel verhältnismäßig gering ist, d.h. wenn das Gewichtsverhältnis von Kohlenstoffgehalt, der für die Desoxydation dient, zu Sauerstoffgehalt in dem Ausgangspulver weniger als 0,35 beträgt, kann, wie aus diesem Beispiel ersichtlich ist, der Sauerstoffgehalt des Produktpulvers auf nicht weniger als 0,18 % gebracht werden. Darüber hinaus kann das in diesem Beispiel erhaltene Eisenproduktpulver in zufriedenstellender Weise für die Pulvermetallurgie verwendet werden.

Wie aus den vorstehend beschriebenen Versuchen Nr. 1 bis 5» 7 und 8 hervorgeht, liegt das Molverhältnis zwischen der Entkohluncsmenge (dem Erxtkohlungsgrad) und der Desoxydationsmenge (dem Desoxydationsgrad) bei denr erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen innerhalb des Bereiches von 0,45 bis 2,00 und dies wurde auch durch viele andere Versuche bestätigt. Es gibt jedoch einige wenige Daten unterhalb der unteren Grenze, so daß die untere Grenze von 0,45 nicht von dieser definitiven Bedeutung ist. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung ist es wichtig, daß der zulegierte oder zugemischte Kohlenstoffgehalt, die verwendete Atmosphäre und die Reduktionsbedingungen bestimmt werden unter Berücksichtigung des Sauerstoffgehaltes des Ausgan[';spulvers und des angestrebten Sauerstoffgehalt es in dem Produktpulver.

Wie aus den vorstehenden Versuchen hervorgeht, liefert die vorliegende Erfindung nicht nur ein Desoxydationsverfahren für die Schlußreduktion eines Metallpulvers auf Eisenbasis, sondern ermöglicht auch die Verbesserung der Qualität des Metallpulvers auf Eisenbasis und die Herstellung neuer Pulver. Das heißt, die scheinbare Dichte (Schüttdichte), die Teilchengrößenverteilung, die Kompressibilität, die Verformbarkeit und

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dgl. des Produktpulvers können willkürlich geändert werden. Die vorliegende Erfindung hat daher die verschiedensten Anwendungsgebiete.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindxmg verlassen wird.

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-"W-Leerseife

Claims

Patentanspruch o

1. Verfahren zur Her«Lellung eines Metallpulver;.: ?ιυί' Eißenbasis mit niedrißei.i Sauei'si.or.i.'i'johalt;, clacii.i.rc!i ge kennzeichnet , daß l.r.m dem Mc CaI.'Lim Iv ct o.ul" Ki f. t basis, das eiii.e.T· Schlußrcdrtkt:i.on unterv/ci-fcn v.-eicdc?] i;oll und dfis eine «choinuare l'ichte (ochii.cto.if.lito) au i.'w:;:lsi., «'!ic-16 bit; S7 % do ι· theor-stii-chen v.:.,l.iriui Üiühio ia ^oi'ii.'i.ltcn Zustand entspricht, einen Saue τ.·ί; toi" i?£?ohr.lt vor. ΐ-ιϊο}ιί; jiK-.-In: als 6 Gew.-% und eine Tcilchencx-öbc: von nicht πιε'η· rü.s 1 m..i hat, Koh.lonscriff oder kohJ.onstfi^/ijfi.l^ige .;Jörn·::hc:μ j.:j einer Menge Bulep;ie2-i; und/Oder· airaisci-.t, die n:ict.:t laebr ■·':■·;: d^m angestrebten Lop;iorunc:ijjCohlen;;f;o:''i;;;-:-'h-\.Lt f1.o;.; Enoi'vc -';'·.tep (Ge\v.~?:>) plus d^r:n; Sauerstoff geh.·>..'.! dos .! ^iv-rf; \v;v - ;,^: ■(·=] ix·..· vor dor ijchlußr blinkt ion (Cow.-/) vl ''!,3^- ^■iti'Mr-ic.:.-: .. -:■- ::-■

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st;ol!'.mg eim>s Ausgnngspulvers, daß man das Ausgangspulver in einer nicht-oxydierenden Atmosphäre crib oinom theoretischon Sauerstoff partialclruck von nicht: mehr als 2,1 χ 10 ' mm Hg und einem Taupunkt von nicht mehr als +5°C auf eine Temperatur von 7^0 bis 1130⁰C vorerwähnt unter Bildung eimr; vorerwärmten und gesinterten Kuchens, den dabei erhaltenen vorerwärmten und gesinterten Kuchen in der gleichen Atr;?on; ]·.':'■ ν auf eins Temperatur von 8^0 bis 14-00⁰C induktionserhitzt unter Verwendung einer Wechselstromenergie von ^O Hs bis 500 kHz aus einer Energiequelle, um eine Desoxydation und Entkohlung zu bewirken, unter Bildung eines induküionserhitzten Kuchens und anschließend den dabei erhaltenen indui;-tionserhitzton Kuchen abkühlt und pulverisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metallpulver auf Eisenbasis ein Pulver verwendet, in dem dns metallische Eisen die erste Stelle, bezogen auf Gew.-%, einnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß· man ein Pulver verwendet, das ausgewählt wird aus der Gruppe reines Eisenpulver, Legierungsstahlpulver, Eisenlegierungspulver und Mischungen davon.

M-. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als kohlenstoffhaltige Körnchen Körnchen nlU einer Teilchengröße von nicht mehr als I5O wa vorv/endet, die nicht weniger als 95 /° gebundenen Kohlenstoff enthalten.

5>. Verf.μ irren nach jtj indest e.nr. einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennseicbiii-'t, daß man als η loht-oxydierende Atmosphäre ein reduzierendes Gas, ein neutrales Gas, ein inortes Gas oder ein Vakuum verwendet.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als nicht-oxydierende Atmosphäre ein Vakuum von nicht mehr als 1 mm Hg verwendet.

7· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die nicht-oxydierende Atmosphäre innerhalb des gesamten Verfahrens aufrechterhält.

Θ. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerwärmungszeit 5 bis 33;> Hinuten beträgt.

9· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionserhitzungszeit nicht mehr als 321 Minuten beträgt.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß man eine Y/echselstroroenergie von 500 Hz bis 10 kHz verwendet.

11. Vorrichtung zur Herstellung eines Metallpulvers auf Eisenbasis mit niedrigem Sauerstoffgehalt, insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, gekenn zeichnet durch eine Einrichtung (A, B, C) zur Einführung eines Ausgangspulvers, das besteht aus dem Metallpulver auf Eisenbasis, das einer Schlußreduktion unterworfen werden soll, das eine scheinbare Dichte (Schüttdichte) aufweist, die 16 bis 57 % der theoretischen wahren Dichte im gefüllten Zustand entspricht,und das einen Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 6 Gew.-% und eine Teilchengröße von nicht mehr aln 1 mm hat, und Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltigen"Körnchen, der (die) in das Metallpulver auf Eisenbasis einlegiert und/oder eingemischt worden ist (sind) in einer Menge, die nicht mehr als dem angestrebten

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Logierurißskohlenstofff'-ehalt der? Endproduktes (Gew.-%) plus dem Sauerstoffgehalt des Pulvers unmittelbar vor der Schlußrednktion ^Gov/.-%) χ 1,35 entspricht, eine Vorerwärmungs- und Sinter-Einrichtung (D) zum Vorerwärmen des Ausgangspulvers aus der Zuführungseinrichtung (C) unter Bildung eines vorerwärmton und gesinterten Kuchens, eine Induktionserhitzunsseinrichtung (E) zur Durchführung der Schlußreduktion durch Induktionserhitzen des vorerwärmten und gesinterten Kuchens unter Bildung eines induktionserhitzten Kuchens, eine Schiebe-Einrichtung (K) zum tiberführen des Ausganfrspulvers aus der Zuführungseinrichtung (C) in die Vorerwärmungs- und Sinter-Einrichtung (D), eine Einrichtung (N) zum Einstellen und Aufrechterhalten einer nicht-oxydierenden Atmosphäre mit einem theoretischen SauerstoffpartiaMruck von nicht mehr als

1 ο

2,1 χ 10 mmHß· und einem Taupunkt von nicht mehr als +5 C mindestens im Innern der Vorerwärmungs- und Sinter-Einrichtung (D) und der Induktionserhitzungseinrichtung (E), eine Einrichtung (G) zum Schneiden des induktionserhitzten Kuchens, eine Einrichtung (1) zum Abkühlen des zerschnittenen Kuchens und eine Einrichtung zum Pulverisieren des gekühlten Kuchens.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Übungsstab (2l)ysine Einrichtung (8) zum Halten und Senken des induktionserhitzten Kuchens und eine Synchronisiereinrichtung (0) zum Synchronisieren des Übungsstabes (21) odex· der Einrichtung (8) mit der Schiebe-

aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und/oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (K) zum Einstellen und Aufrechterholten einer nicht-oxydierenden Vakuum-Atmosphäre mindestens im Innern der Vorerwärmungs- und Sinter-Einrichtunp; (D) und der Induktionserhitzunnseinrichtung (E) aus einen meoh-ιτ,ΐ r.chen Booster M'7) und einer Rotationspumpe (IS) 1.^ί?Ι·.Γί-_:Ι;.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 11 und/oder 1?, d^.r'urch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (N) ζ tun Ei)!.si. eilen und Aufrechterhalten einer nichfc-oxyciieroOden Atmosphäre au3 einem reduzierenden Gas, einem neutralen Gaa oder einem Inertgas mindestens im Innern dor Vorerwih-mun^s- und JSinter- Einrichtung (D) und der Induktionserhitziingsc-viririi-.htung (E) aus einer oberen Leitung (24), einer unteren Leitung (25) und einer Abgasleitung (26) besteht.

15· Vorrichtung nach mindesten« einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Indukfcd onsei'hitzunsn- einrichtung (E) mit einer Energiequelle (Q) zum Anlegen einer Wechselstromenergie von ¹X) Hz bis SOO MIz ausgestattst ist.

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