DE2813758C2

DE2813758C2 - Sinterofen zum Herstellen von Sinterhartlegierungen

Info

Publication number: DE2813758C2
Application number: DE2813758A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Doi; Toshikazu Hirayama; Masao Itami Hyogo Maruyama; Yasushi Miyawaki
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1978-03-30
Publication date: 1986-06-26
Also published as: JPS589806B2; US4401297A; JPS53120611A; DE2813758A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Sinterofen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derarü^sr Sinterofen ist aus der DE-OS 15 08 470 bekannt Zur Herstellung von Sinterhartlegierungen wird ein Hartmetall üblicherweise mit einem Preßhilfsmittel vermischt um die Reibung zwischen den Pulverteilchen und einer Preßform während des Preßvorgangs zu verringern. Als Preßhilfsmitte! dienen Paraffin, Wachs, Kampfer und dgl. Da diese Schmiermittel jedoch organische Materialien sind, ist es erforderlich, einen Vorsinterofen zum Beseitigen des Preßhilfsmittels vorzusehen.

Bei dem eingangs genannten bekannten Sinterofen werden die beim Aufheizen der Preßkörper entstehenden Dämpfe des Preßhilfsmittels mit Hilfe eines inerten Gasstroms beinahe vollstäcdig aus dem Ofen herausgeführt und eventuell außerhalb des Ofens kondensiert Erwünscht ist jedoch, daß das Preßhilfsmittel bei einer Temperatur beseitigt wird, die so tief wie möglich ist damit das verdampfte Preßhilfsmittel sich nicht in oder an der Ofenwand, dem Gasabzugssystem usw. ablagert und ansammelt Das angesammelte Preßhilfsmittel muß entfern» werden, was infolge des hierzu erforderlichen Zeitaufwands eine Verschlechterung des Wirkungsgrades des Ofens zur Folge hat

Aus der CH-PS 4 56C52 ist t'n Vakuumofen bekannt in dessen Innenraum eine kleine und zur schnellen Abkühlung des Behandiunr;sgutes seitlich verschiebbare Heizkammer angordnet ist

Aufgabe der Erfindung ist es eit in Sinterofen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem zum Erzielen eines hohen Wirkungsgrades das Entfernen des Preßhilfsmittels ohne bleibende Ablagerung im Ofen im selben Ofen, in weichem das Sintern durchgeführt wird, durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die mit dem beschriebenen Sinterofen erzielten Vorteile sind u. a. in Folgendem zu sehen:

1. Das Beseitigen des Preßhilfsmittels, das Vorsintern, das Sintern und das Kühlen können kontinuierlich im

selben Ofen durchgeführt werden, so daß sich auf diese Weise ein hoher Wirkungsgrad erzielen läßt.
2. Das Beseitigen des Preßhilfsmittels wird weitgehend vollständig mit einer außerordentlich hohen Auffangrate durchgeführt so daß die Atmosphäre im Ofen durch das Preßhilfsmittel kaum beeinträchtigt ist und sich daher ein Produkt hoher Qualität erzielen läßt.

3. Die Wartung des Sinterofens kann vereinfacht werden, da die Preßhilsmittelauffangrate hoch ist unu nur

außerordentlich geringe Mengen an Preßhilfsmittel an der Ofenwand und anderen Teilen anhaften.
4. Da für die Verschiebeeinrichtung des Tisches Kohlenstoffmaterial, insbesondere Graphit, das eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit sowie außerordentlich gute Gleiteigenschaften besitzt, verwendet werden kann, wird ein präzises Einstellen der Geschwindigkeit und des Positionierens der Tisches erreicht und die Lebensdauer der beweglichen Teile vergrößert.

Der Wärmetauscher ist außerhalb des Ofenmantels angeordnet und während des Vorsinterns und des Sinterns unter Zuhilfenahme von Ventilen vom Ofenmantel abgetrennt, so daß Gase, die bis zum Abschluß des Sintervorgangs erzeugt werden, den Wärmetauscher nicht erreichen können. Das Vorsintern und Sintern können in kontinuierlicher Weise ohne Verschmutzung durch ein Preßhilfsmittel durchgeführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

F i g. 1 teilweise geschnitten den Sinterofen in Seitenansicht und

F i g. 2 im Querschnitt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist in einem Ofenmantel 10 des dargestellten Sinterofens eine von einer Wärmeisolierung umgebene Heizkammer 20 vorgesehen, die in ihrem Innern mit Heizelementen 21 aus Graphit und an ihrer einen Seite mit einer Tür 22 versehen ist, die von außerhalb des Ofenmantels 10 geöffnet und geschlossen werden kann. Der untere Teil der Heizkammer 20 ist offen, so daß in die Heizkammer 20 ein beweglicher Tisch 30 eingefahren werden kann, an dessen Unterseite ein Schlitten 31, z. B. aus Graphit befestigt ist. Dieser Schlitten 31 liegt auf Schienen 32 ebenfalls z. B. aus Graphit auf. so daß er entlang dieser Schienen 32 verfahren werden kann.

Über Kettenräder 34, 34' läuft entlang des Transportweges des Tisches 30 eine Endloskette 33, die an einer geeigneten Stelle mit dem Tisch 30 verbunden ist. Hierbei wird der Tisch 30 derart bewegt, daß eines der Kettenräder 34 bzw. 34' mittels eines Motors 35 angetrieben wird, der außerhalb des Ofenmantels 10 angeordnet

Der Ofenmantel 10 ist weiterhin versehen mit einer an eine Vakuumpumpe 40 angeschlossenen Auslaßöffnung 41, einem Gaseinlaß 42 zur Zufuhr von Inertgas und einem Preßhilfsmittelauslaß 43, der mit einem Tank 44 verbunden ist Zusätzlich hierzu sind mit dem Ofenmantel 10 zum Zweck des Kühlens eine Gebläseleitung 45 und eine Absaugleitung 46 verbunden, wobei zwischen diesen Leitungen 45,46 ein außerhalb des Ofenmantels 10 liegender Wärmetauscher 47 und ein Gebläse 48 vorgesehen sind. Der Ofenmantel 10 ist als Doppelmantel mit einem Umlaufweg 11, üurch den hindurch Kühl- oder Heizwasser zirkulieren kann, ausgebildet.

Beim Beirieb des beschriebenen Sinterofens wird ein zu behandelndes Werkstück in einem Graphitbehälter A angeordnet, der auf dem außerhalb der Heizkammer 20 angeordneten Tisch 30 vorgesehen ist Dann wird die Tür 22 der ί leizkammer 20 geöffnet und der Tisch 30 aus der in der F i g. 1 mit ausgezogenen Linien gezeigten Stellung in die strichpunktierte Stellung innerhalb der Heizkammer 20 bewegt, so daß auf diese Weise auch der Graphitbehälter A in die Heizkammer 20 gebracht wird.

Sodann wird die Tür 22 geschlossen und das System mittels der Vakuumpumpe 40 evakuiert, um das Innere des Ofenmantels 10 unter Vakuum zu halten. Das Werkstück wird durch das oder die Heizelemente 21 allmählich auf etwa 200⁰C oder höher erhitzt. Auf diese Weise wird ein im Werkstück enthaltenes Preßhilfsmittel, beispielsweise Paraffin, in flüssiger Form entfernt, tropfenweise vom Tisch 30 ausgetragen und über die Ablaßöffnung 43 im Tank 44 aufgefangen.

Nach dem Entfernen des Preßhilfsmittels wird die Temperatur erhöht, um das Werkstück zu sintern. Zum Kühlen des auf diese Weise gesinterten Werkstückes wird die Tür 22 der Heizkammer 20 zuerst geöffnet und der Tisch 30 sodann in die F i g. 1 mit ausgezogenen Linien gezeichnete Stellung bewegt, während ein Gas über den Gaseinlaß 42 in den Ofenmantel 10 eingeleitet und dort in Zirkulation versetzt wird, indr·. j das Ventil der Gcbiäseleiiung 45 (gegebenenfalls auch der Leitung 46) geöffnet und das Gebläse 4S in Betrieb gerstzt wird; auf diese Weise wird mittels des Wärmetauschers 47 der Kühlvorgang durchgeführt. Wenn das Beseitigen des an der Ofenwand usw. anhaftenden Preßhilfsmittek in bestimmten Fällen schwierig sein sollte, kann durch den Umlaufweg 11 eine Flüssigkeit mit einer Temperatur zirkuliert werden, die höher ist als der Schmelzpunkt des Preßhilfsmitttels. Weiterhin kann bei Bedarf durch den Umlaufweg 11 eine Kühlflüssigkeit zirkuliert werden, wenn es erwünscht ist, das Werkstück nach dem Sintern schnell abzukühlen.

Der Ofen kann auch zum Sintern eines Werkstückes verwendet werden, von dem ein Schmiermittel bereits entfernt worden ist. Mit dem dargestellten Sinterofen ist ein schnelles Abkühlen durch das zirkulierende Gas möglich. Vorsintern und Sintern können kontinuierlich an derselben Stelle durchgeführt werden. Während desselben Zeitraums kann ein Werkstück in Vakuum behandelt werden, ohne daß es bewegt oder der Luft ausgesetzt werden muß. wodurch das vorgesinterte Produkt von Zersetzung bzw. Beeinträchtigung aufgrund von Oxidation und Feuchtigkeitsabsorption und vor Bruch geschützt ist. Danach wird der schnelle Abkühlvorgang durchgeführt wodurch die Qualität des Produktes verbessert wird.

Wenn Sinterhartmetalle einem schnellen Abkühlvorgang unterworfen werden, wird ihre Festigkeit, wie bekannt, gesteigert wobei dies bisher jedoch noch nicht in großindustriellem Maßstab praktiziert werden konnte. Es hat sich nun gezeigt, daß dann, wenn Sinterhartmetalle unter Verwendung des beschriebenen Sinterofens einem schnellen Abkühlen unterworfen werden, deren Festigkeit und Verschleißwiderstand beträchtlich gesteigert wird. Das schnelle Abkühlen wird hierbei mit einer Kühlgeschwindigkeit von 30°Cmin oder mehr von der Sintertemperatur aus durchgeführt, bei der eine Flüssigkeitsphase bei 1000⁰C oder weniger in einem Inertgas oder im Vakuum erscheint Die Wirkung dieses schnellen Abkühlens ergibt sich eindeutig anhand der Ergebnisse entsprechender Vergleichsversuche, die bei Produkten durchgeführt wurden, die dadurch hergestellt wurden, daß sie einem Sintern bei 1400"C unterworfen wurden, dem einerseits ein normales Kühlen und andererseits ein schnelles Abkühlen mit einem zirkulierten Gas folgte.

Die Sintertemperatür ist im allgemeinen eine Flüssigkeitsphase zeigende Temperatur oder mehr, beispielsweise 1280°Cim Falleines WC-Co-Systems.

Der Sinterofen kann auch bei Sinterhartmetallen, bei denen das WC teilweise oder vollständig durch eines oder mehrere Übergangsmetallcarbide, wie beispielsweise TiC, TaC, NbC, HfC usw. ersetzt ist, verwendet werden. Bis auf Co sind auch andere Metalle der Eisengruppe, beispielsweise Ni und Fe, für die Binderphase wirksam.

Im Sinterofen wurden beispeilsweise folgende Proben gesintert:

Unter Verwendung d^r beiden unterschiedlichen Zusammensetzungen gemäß Tabelle 1 wurden Versuchsproben zum Untersuchen der Querbruchfestigkeit und Schneideinsätze (Form Nr. 3NU 432) in konventioneller Weise gefertigt. Diese Proben wurden in dem beschriebene-i Sinterofen gesintert und von einer Temperatur von I400°C aus abgekühlt, wobei zu Vergleichszwecken eine Probe allmählich abgekühlt wurde, während die anderen drei Proben mittels eines zirkulierten Gases schnell abgekühlt wuiaen, wobei außerdem die Kühlgeschwindigkeit geändert wurde. Dieses zirkulierte Gas war Stickstoff, wobei auch bei der Verwendung von Argon ähnliche Ergebnisse erzielt wurden.

Tabelle 1

Probe WC TiC TaC Co

A 81,5 5,5 3 10(%)

B 94.5 - 0,5 5(%)

Die Versuchsergebnisse ergeben sich aus Tabelle 2.

Tabelle 2

Proben-Nr.

Zusammensetzung

Sintertemperatur

rc)

Abkühlgeschwindigkeit 1400— 1000⁰C (°C/min)

Legierungseigenschaften Dichte Härte Querbruch HRA festigkeit (kp/mrn^)

Schneidtcsl (m/m) + V»

A₀

^ιυ Α,	A
A₂	A
Ai	A
B₀	B
¹⁵ B,	B
B₂	B
B₃	B

1400

1400
1400
1400

1380
1380
1380
1380

10

30 34 52

10 31 36 48

90.5

90.7 90.6 90.8

92.1 92.3 92.4 92.4

190

210 220 205

185 200 210 195

0.31

0.20 0.19 0.22

0.22 0.20 0.18 0.20

Bemerkung:

²⁰ + Ve bedeutet Flankenabrieb eines Werkzeuges.

Schneidversuchsbedingungen (Drehtest) Proben-Nummern Ao-Aj

Zu schneidendes Werkstück SCM 3 (Stahl) Härte Hs = 38

Schneidgeschwindigkeit	V	= lOOm/min
Vorschub	f	= 0,36 mm/U
Schneidtiefe	d	= 2 mm
Zeit	t	= 20 min
Halter FN 11R-44

Proben-Nummern B₀- Bj

Zu schneidendes Werkstück FC 25 (Eisenguß) Härte Hs = 33 Schneidgeschwindigkeit ν = 90 m/min

Vorschub f = 0.35 mm/U

Schneidtiefe d - 2 mm

Zeit / = 15 min

Halter FN 12R-44

Bei einem Frästest, der zu Vergleichszwecken mit den Proben A₀, A_{, A₂ und Aj gemäß Tabelle 2 unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt wurde, zeigten sich die Proben A\, A₂ und Ai der Probe A₀ stets überlegen. Hierbei beträgt bei den Proben A\,A₂ und Aj das Ausmaß der thermischen Risse, die möglicherweise aufgrund thermischer Ermüdungserscheinungen erzeugt werden, lediglich die Hälfte oder weniger als die Hälfte des Ausmaßes der bei der Probe A₀ auftretenden thermischen Risse, wobei auch die Standfestigkeit gegenüber dem Auftreten thermischer Risse bei den zuerst genannten Proben wenigstens zweimal höher ist als bei der Probe A₀. Wenn z. B. ein zu schneidendes Werkstück SCM 3 mit der Härte Hs = 38 und den Abmessungen 10x300 einem Versuch mit einem negativen 153 cm (6") — Schneidmesser unterworfen wurde, wobei die Schneidgeschwindigkeit ν =150 m/min, der Schneidvorschub f= 0,22 mm/Kante und die Schneidtiefe d = 5 mm betrug und gleichzeitig είπε wasserlösliche Flüssigkeit darüber ausgegossen wurde, zeigte die Probe ^o schon nach drei Durchläufen einen Bruch aufgrund thermischer Risse, während die Proben A\. A₂ und 4j sogar noch nach sechs Durchläufen keinen Bruch zeigten und lediglich wenige thermische Risse aufwiesen.

Wie aus diesen Ergebnissen deutlich wird, sind die Festigkeit (Querbruchfestigkeit) und der Verschleißwiderstand von Hartmetallen aufgrund des in der beschreibenen Weise zur Anwendung gelangten schnellen Abkühlens entscheidend gesteigert. Hierbei zeigt sich sogar im Fall von Legierungen mit geringerem Co-Gehalt eine nennenswerte Steigerung der Festigkeit Die Verschleißfestigkeit ist durch die Löslichkeit von Wolfram in der Kobaitphase vergrößert so daß dadurch die Hitzebeständigkeit (Festigkeit, Härte) der Kobaltphase gesteigert wird. Insbesondere beim Drehen oder Fräsen zeigen die TiC und TaC enthaltenden Sintermetalle bei an Stählen durchgeführten Schneidversuchen ausgezeichnete Eigenschaften.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sinterofen zum Herstellen von Sinterhartlegierungen mit einem von dem Sintern auszutreibenden Preßhilfsmittel, das während eines Vorsinterns in Inertgas-Atmosphäre beinahe vollständig aus dem Ofen entfernbar ist, gekennzeichnet durch einen Ofenmantei (10), eine hierin vorgesehene Heizkammer (20), einen Tisch (30), der eine Verschiebeeinrichtung (31, 32) zum Transportieren eines Wertstückes in die Heizkammer (20) bzw. aus dieser heraus aufweist, und eine zum Kühlen des Ofeninneren vorgesehene Einrichtung (42,45, 46,48) mit einem Wärmetauscher (47), der außerhalb des Ofenmantels (10) angec -dnet ist

2. Sinterofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung des Tisches (30) aus einem Schlitten (31) sowie hiermit zusammenwirkenden Schienen (32) besteht und aus einem Kohlenstoffmantel gefertigt ist

3. Sinterofen nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß der Ofenmantel (10) ein Doppelmantel mit einem Umlaufweg (11) zum Zirkulieren von Kühl- oder Heißwasser ist