DE2904318C2

DE2904318C2 - Verfahren zum Sintern von Preßkörpern aus Metallpulver

Info

Publication number: DE2904318C2
Application number: DE2904318A
Authority: DE
Inventors: Thomas F. Peekskill N.Y. Kinnemann; Jack Rye N.Y. Solomon
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1978-02-06
Filing date: 1979-02-05
Publication date: 1983-10-27
Also published as: IT1114082B; CH629131A5; FR2416075A1; KR820001808B1; BR7900679A; CA1114656A; FR2416075B1; MX151113A; DE2904318A1; IT7947890A0; NL7900904A; US4139375A; BE873945A; ES477462A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sintern von Preßkörpern.

Das Sintern von verdichtetem Metallpulver wurde viele Jahre lang durchgeführt, um die Industrie mit einer Vielzahl von Preßkörpern unterschiedlicher Gestalt und Größe zu versorgen, wobei solche gesinterten Preßkörper in Maschinen, bei Konstruktionsteilen und in anderen Handelsartikeln des täglichen Bedarfs verwendet werden.

Die Fertigung von Preßkörpern aus Metallpulver erfolgt, indem Metallpulver, die typischerweise eine Teilchengröße zwischen etwa 0,044 mm und 0,098 mm haben, in die gewünschte Form gepreßt und dann bei hohen Temperaturen in einer vorbestimmten Gasatmosphäre gesintert werden. Eine Diskussion der bekannten Pulvermetallurgie, einschließlich einer Beschreibung der Pulver, der Art der Verdichtung der Pulver und der beim Verdichten benutzten Schmiermittel, findet sich in »Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology«, 2. Ausgabe 1968, John Wiley & Sons, Inc., New York, unter dem Titel »Powder Metallurgy«, insbesondere Seiten 401 bis 415. Bei den zu verdichtenden Pulverwerkstoffen kann es sich um Eisen, Kohlenstoffstahl, rostfreien Stahl, Kupfer, Messing, Aluminium, andere Eisen- und Stahllegierungen oder andere Metalle und Metallegierungen handeln. Nach dem Verdichten werden die Teile für gewöhnlich in einen an seinen Enden offenen Durchlaufofen eingebracht, der mit Gittertransportbändern oder anderen Mitteln ausgestattet ist, welche die Teile durch den Ofen hindurchführen. Bei ihrem stromabwärts gerichteten Lauf passieren die Teile nacheinander eine Vorheizzone, eine Hochtemperaturzone und eine Kühlzone. Ein zweckentsprechendes Gas wird von der Kühlzone aus in Richtung auf die Mitte des Ofens eingeleitet und strömt aus beiden Ofenenden aus. Die Teile werden dem sich ändernden Temperaturprofil in einer vorbestimmten Atmosphäre innerhalb einer Gesamtzeitspanne von etwa 30 bis etwa 120 Minuten ausgesetzt, wobei sie sich etwa 15 bis etwa 60 Minuten lang in der Vorheiz- und der Hochtemperaturzone befinden. Es können auch andere Arten von öfen benutzt werden, beispielsweise öfen für satzweisen Einsatz, Stoßofen oder Rollherdöfen. Die typischen Betriebsbedingungen bleiben jedoch die gleichen, das heißt die Behandlung der Teile in aufeinanderfolgenden Vorheiz-, Hochtemperatur- und Kühlzonen unter vorbestimmter Atmosphäre für Verweildauern, die ausreichen, um den Sintervorgang ablaufen zu lassen. Das Sintern läßt sich auch als Teilverschweißen der Metallpulverteilchen bei Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Metalls definieren. Es führt zu erhöhter Festigkeit Leitfähigkeit und Dichte. Bei manchen der Öfen handelt es sich um

ίο Muffelofen; andere sind feuerfeste Öfen. Auch diesbezüglich ergeben sich für das konventionelle Vorgehen nur wenig Änderungen. Bei einigen öfen ist keine Vorheizzone vorgesehen; bei manchen Öfen überlappen sich die Temperaturen der Vorheizzone und der Hochtemperaturzone. Der Kühlzone wird keine externe Wärme zugeführt Es versteht sich jedoch, daß die von der Hochtemperaturzone kommenden heißen Metallteile das stromaufwärtige Ende der Kühlzone erhitzen, obwohl dadurch das fallende Temperaturprofil der Kühlzone nicht geändert wird.

Zur Ausbildung der Ofenatmosphäre werden bisher beim Sintern von Metallpulvern unterschiedliche Stoffe benutzt, beispielsweise Endogas und dissoziiertes Ammoniak; aodere Stoffe wurden vorgeschlagen, zum Beispiel gereinigtes Exogas, Stickstoff und Methanol oder andere höhere Alkohole.

Beim Sintern von Metallpulvern erfüllt d'e Ofenaimosphäre drei Funktionen: (i) sie führt Preßschmiermittel aus dem vorderen Ende des Ofens heraus; (ii) sie verhandert eine Oxidation der Teile und (iii) sie vermindert die Oberflächenoxidschicht und fördert damit den Sintervorgang. Bei Teilen mit mittlerer oder hoher Kohlenstoffkonzentration (mehr als 0,2 Gew.-%) hat die Ofenatmosphäre eine weitere Funktion, die darin besteht, daß die Kohlenstoffkonzentration aufrechterhalten wird, um Verschlechterungen der Eigenschaften der Teile im wesentlichen auszuschließen.

Endogas wird im allgemeinen beim Sintern von Metallteilen aus Eisen und Stahl verwendet. Das Endogas wird industriell in einem Gasgenerator durch Umsetzen von Luft mit Erdgas (oder Propan) erzeugt. Diese Gas- oder Endogeneratoren arbeiten unabhängig von dem Ofesi. Sie sind am verläßlichsten, wenn die abströmende Gasdurchflußmenge im wesentlichen konstant ist. Die Reaktion von Luft und Erdgas ergibt ein Gemisch, das in erster Linie aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Stickstoff besteht und das als Endogas bezeichnet wird. Eine typische Endogaszusammensetzung bei Herstellung des Endogases aus Erdgas ist (in Vol.-%)

so etwa 20 bis 23% Kohlenmonoxid, etwa 30 bis 40% Wasserstoff, etwa 40 bis 47% Stickstoff, etwa 1 % Wasserdampf und etwa 0,5% Kohlendioxid. Die Zusammensetzung des Endogases schwankt mit der Zusammensetzung des für seine Herstellung verwendeten Erdgases.

Wenn Endogas beim Sintern von Teilen mit hohem Kohlenstoffgehalt benutzt wird, ist der Zusatz eines Anreicherungsgases, beispielsweise in Form von Methan oder Propan, erforderlich, um den Kohlenstoffgehalt in den Teilen aufrechtzuerhalten. Ohne ein Anreicherungsgas bewirken das Kohlendioxid und der Wasserdampf in dem Endogas eine Entkohlung des Teils. Die Endogasatmosphäre kann ferner nicht von sich aus mit den Teilen innerhalb des gesamten Sintertemperaturbereichs in Gleichgewicht stehen. Die wichtigen Reaktionen sind:

2 CO =?= C + CO₂
CO + H₂ =*= C + H₂O

CH₄-C + 2 H₂

(3)

Die Gleichgewichtsreaktionen sind die Reaktionen (1) und (2). Die Reaktion (3) ist die begrenzte Zerlegung von Methan. In der Praxis führen bei hohen Temperaturen die Reaktionen (1) und (2) zu einer Entkohlung des Teils, während die Reaktion (3) eine Aufkohlung zur Folge hat. Bei niedrigeren Temperaturen bewirken alle drei Reaktionen eine Aufkohlung des Teils. Das Gleichgewicht zwischen den Enkohlungs- und Aufkohlungsreaktionen ist eine Funktion von zahlreichen Variabien des Sinterverfahrens, beispielsweise dem in dem Teil vorliegenden Oxid, der Luftinfiltrationsrate, der Durchflußmenge der Ofenatmosphäre und der Kohlenstoffkonzentration in dem Teil. Um dieses Gleichgewicht herbeizuführen, wird die Menge des Anreicherungsgases variiert.

Dissoziiertes Ammoniak wird beim pulvermetallurgisclien Sintern von Teilen aus rostfreiem Stahl und, je nach ihrer Zusammensetzung, auch beim Sintern von einigen Teilen aus Eisen, Kupfer und Messing verwendet. Dieses Vorgehen ist jedoch nicht allgemein, sondern nur begrenzt anwendbar.

Was den Vorschlag anbelangt, gereinigtes Exogas als Sinteratmosphäre für Eisen- und Stahlteile zu verwenden, ist folgendes festzuhalten. Das Kohlendioxid und Wasserdampf werden aus dem Exogas durch Feststoffadsorption (mit Molekularsieben oder anderen Adsorptionsmitteln) oder durch Flüssigabsorption von Kohlendioxid und anschließenden Einsatz eines Trockenmittels beseitigt, um das gereinigte Exogas zu erhalten, das typischerweise aus etwa 1 bis 10% Kohlenmonoxid, etwa 1 bis 10% Wasserstoff, Rest Stickstoff, und weniger als etwa 0,1% Kohlendioxid besteht und das einen Taupunkt von etwa -40⁰C hat. Im Ofen bewirkt dieses gereinigte Gas keine Entkohlung des Teils, weil die niedrigen Gehalte an Kohlendioxid und Wasserdampf die Geschwindigkeit der obengenannten Reaktionen (1) und (2) stark herabsetzen. Bei einem einwandfrei arbeitenden Sinterofen braucht daher dem gereinigten Exogas kein Methananreicherungsgas zugesetzt zu werden. Die Sinteratmosphäre ist arm an Kohlendioxid, Wasserdampf und Methan, wodurch sowohl Aufkohlungsreaktionen als auch Entkohlungsreaktionen minimiert werden und der Kohlenstoffgehalt besser gesteuert werden kann.

Diese Eigenschaft von gereinigtem Exogas ist bei Öfen von Vorteil, die zum Teil aus Legierungen mit hohem Nickelgehült aufgebaut sind, beispielsweise öfen mit Transportbändern und Muffeln aus stark nickelhaltigen Legierungen. Eine solche Legierung leidet in einer aufkohlenden Atmosphäre. Wenn einer Endogas-Sinteratmosphäre Anreicherungsgas zugesetzt wird, verkürzt sich die normale Lebensdauer der Legierung von etwa 1 bis 2 Jahren auf nur 3 Monate. Dagegen wird die Lebensdauer der Legierung verlängert, wenn als Sinteratmosphäre gereinigtes Exogas ohne Anreicherungsgas benutzt wird. »

Die Nachteile von gereinigtem Exogas liegen in der üblicherweise vorgesehenen Art seiner Herstellung. Exogas wird in der Regel in einer Generator-Reiniger-Anlage erzeugt, die das Gas für mehrere öfen liefert. Weil unterschiedliche Metallteile unterschiedliche Anforderungen beispielsweise bezüglich des Kohlenstoffschutzes oder der Oxidreduktion stellen, können in der b5 Sinteratmosphäre unterschiedliche Mengen an Kohlenmonoxid und Wasserstoff notwendig sein. Diese Variation der Kohlenmonoxid- und Wasserstoffmengen ist nicht möglich, wenn mehrere Öfen von einem gemeinsamen Generator gespeist werden. Durch Zugabe des Anreicherungsgases, beispielsweise zu der Endogas-Sinteratmosphäre, wird die Flexibilität erhalten, die eine Anpassung an die Bedürfnisse von unterschiedlichen Metallteilen gestattet; dies geht jedoch auf Kosten des Vorteils, den eine an Anreicherungsgas freie Exogasatmosphäre hat

Bei der Reinigungsanordnung handelt es sich außerdem um eine chemische Reinigungsanlage, die naturgemäß Wartungs- und BetriebEproblerne mit sich bringt. Weil die meisten Metallpulversinterbetriebe relativ kleine Mengen an Sintergas verbrauchen, kann der Betrieb der Generator-Reiniger-Anlage bezogen auf die Gasvolumeneinheit sehr kostspielig sein, insbesondere weil ein Ausfall eines beliebigen Teils der Anlage die Abschaltung mehrerer Öfen erzwingt.

Ein weiterer Nachteil, der Endogas und Exogas gemeinsam ist, besteht darin, daß sie beide aus Erdgas hergestellt werden, das in jüngster Zeit mindestens gebietsweise nicht ausreichend zur Verfügung stand, so daß Sinterofen abgeschaltet werden mußten. Außerdem ist die Zusammensetzung von Erdgas unzuverlässig, was zu Änderungen der Endogaszusammensetzung führt und schlechte Eigenschaften der gesinterten Teile zur Folge hat.

Stickstoff, ein zum Sintern von Aluminiumteilen häufig benutztes Gas, wurde ebenfalls als Alternative vorgeschlagen. Wie oben erläutert wurde, sind jedoch Kohlenstoff abgebende Stoffe und reduzierende Stoffe notwendig, um die Kohlenstoffkonzentration zu schützen und Oberflächenoxide zu reduzieren. Es versteht sich, daß dem Stickstoff Erdgas oder andere Kohlenwasserstoffe zugesetzt werden können, um diesem Problem zu begegnen. Die Beeinflussung des Kohlenstoffgehalts wird dann aber schwierig, weil die Geschwindigkeit der obengenannten Reaktion (3) begrenzt ist und diese Geschwindigkeit mit der Geschwindigkeit der Oxidreduktion, der Reaktion mit Luft und anderen Sauerstoffquellen ins Gleichgewicht gebracht werden muß. Außerdem haben die Kohlenwasserstoffzusätze alle oben für das Anreicherungsgas genannten Nachteile. Wasserstoff kann zwar als Reduktionsmittel eingeleitet werden, ist aber kostspielig und bewirkt keinen Schutz des Kohlenstoffs.

Schließlich wurden Methanol und andere Alkohole zur Bildung von Metallpulver-Sinteratmosphären vorgeschlagen. Eine mit im wesentlichen reinem Methanol hergestellte Atmosphäre hat jedoch hohe Gehalte an Kohlenmonoxid und Wasserstoff und kann erhebliche Mengen an Methan bilden, was zu Problemen führt, die ähnlich denjenigen sind, wenn Endogas zur Bildung der Sinteratmosphäre herangezogen wird.

Angesichts der vorstehenden Diskussion der Probleme beim Einsatz von Endogas, Exogas, dissoziiertem Ammoniak, Stickstoff oder verschiedenen Alkoholen zur Bildung der Sinteratmosphäre von bekannten Metallpulver-Sinterprozessen besteht ein Bedürfnis, diese Verfahren durch die Schaffung einer Sinteratmosphäre zu verbessern, die nicht auf Erdgas basiert, die Metallpulverteile weder aufkohlt noch entkohlt und ausreichend flexibel ist, um Preßkörper mit unterschiedlichen Kohlenstoffgehalten oder anderen Eigenschaften in verschiedenartigen Sinterofen zu sintern.

P^r Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Metallpulver-Sinterverfahren zu schaffen, bei dem die Sinteratmosphäre von einer solchen Quelle und auf eine solche Weise abgeleitet wird, daß kein

Erdgas erforderlich wird, auf ein Anreicherungsgas ganz oder doch in erheblichem Maße verzichtet werden kann und das Verfahren vielseitig wird.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Sintern von Preßkörpern aus Metallpulver in einem Durchlaufofen mit einem Temperaturbereich zwischen etwa 425°C und 1205⁰C und einer darauffolgenden Kühlzone und einer Ofenatmosphäre aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff.

Ein solches Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle des Ofens mit einer Temperatur von mindestens etwa 815°C ein Gemisch aus im wesentlichen Methanol und Stickstoff in einem solchen Verhältnis eingeleitet wird, daß die Ofenatmosphäre in Volumenprozent aus etwa 1 bis etwa 20% Kohlenmonoxid, etwa 1 bis etwa 40% Wasserstoff, Rest Stickstoff, besteht.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Seitenansicht eines an den Enden offenen Durchlauf-Sinterofens, innerhalb dessen das Verfahren nach der Erfindung ausgeführt werden kann.

Konventionelle Metallpulverteile 10 werden auf ein Förderband 12 aufgesetzt, das aus einem Legierungsgitter oder einem anderen Werkstoff aufgebaut ist und den im Ofen herrschenden Temperaturen standhält. Beispielsweise kann das Förderband aus einer Legierung bestehen, die näherungsweise 76% Nickel, 16% Chrom und 6% Eisen aufweist. Wenn das Förderband 12 eingeschaltet wird, laufen die Teile 10 in der Richtung des Pfeils 11 durch den in herkömmlicher Weise aufgebauten Ofen. Gleichzeitig mit oder vor dem Einschalten des Förderbandes wird der zur Ausbildung der Ofenatmosphäre vorgesehene Stoff eingeleitet. Es handelt sich dabei um ein im wesentlichen aus Stickstoff und Methanol bestehendes Gemisch. Das Methanol ist entweder wasserfrei oder von handelsüblicher Beschaffenheit mit nicht mehr als etwa 0,5 Gew.-% Wasser und vorzugsweise weniger als etwa 0,25% Wasser. Das Methanol dissoziiert durch Erhitzen in verschiedene dampfförmige Verbindungen, die zusammen mit dem Stickstoff die Ofenatmosphäre bilden. Die Durchflußmenge ist zusammen mit der Temperatur und der Lage des Einlasses so gewählt, daß die Ofenatmosphäre entsprechend den Pfeilen 13 an beiden Ofenenden aus dem Ofen heraus und nach oben in Entlüftungseinrichtungen 14 und 16 getrieben wird. Es versteht sich, daß sich die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre beim Durchlaufen des Ofens etwas ändert

Die Teile 10 durchlaufen zunächst eine Vorheizzone, wo die Temperatur im Bereich von etwa 425 bis etwa 1205⁰C und für gewöhnlich im Bereich von etwa 649° C bis etwa 982⁰C liegt Die Verweildauer der Teile 10 in dieser Zone kann etwa 5 bis etwa 60 Minuten betragen. Die Zone ist von einer Isolation 15 umgeben. In der Zeichnung ist angedeutet, daß die der Vorheizzone zugeordnete Isolation nicht so dick ist wie die die Hochtemperaturzone umgebende Isolation. Die Teile 10 bewegen sich dann durch die Hochtemperaturzone hindurch, in der eine Temperatur im Bereich von etwa 1035⁰C bis etwa 1205⁰C und für gewöhnlich eine Temperatur im Bereich von etwa 1093°C bis etwa 1149°C herrscht Die Verweildauer der Teile in der Hochtemperaturzone kann zwischen etwa 5 und etwa 60 Minuten liegen; sie beträgt für gewöhnlich etwa 10 bis etwa 15 Minuten. Die Isolation 15 besteht aus herkömmlichen Werkstoffen. Bei einem typischen Ofen sind die Vorheizzone und die Hochtemperaturzone etwa gleich lang, und zwar etwa 1,52 bis etwa 4,57 m. Häufig wird mit einer Länge dieser Zonen von etwa 3 m gearbeitet. Die Verweildauer in den beiden Zonen ist die gleiche, weil das Förderband mit konstanter Geschwindigkeit läuft. Von der Hochtemperaturzone aus gelangen die Teile 10 in eine für gewöhnlich wassergekühlte Kühlzone. Es kann jedoch auch mit anderen konventionellen Kühl- oder Abschreckeinrichtungen gearbeitet werden. Die Temperatur in dieser Zone liegt zwischen etwa 1095⁰C und Raumtemperatur. Die Verweildauer beträgt etwa 10 bis etwa 120 Minuten und liegt für gewöhnlich zwischen etwa 20 und etwa 30 Minuten. Die Länge der Zone beträgt typischerweise etwa 3,00 m bis etwa 9,15 m. Sind die vorausgehenden Zonen 3 m lang, wird häufig mit einer Kühlzonenlänge von 6 m gearbeitet.

Bei bekannten öfen wird der die Ofenatmosphäre bildende Stoff am Kühlzonen-Beginn eingeführt. Vorliegend wird dagegen der die Ofenatmosphäre bildende Stoff, das heißt das im wesentlichen aus Stickstoff und Methanol bestehende Gemisch, beispielsweise über ein Einlaßrohr 18 oder ein Einlaßrohr 19 unmittelbar in die Hochtemperaturzone eingebracht (die Pfeilspitze stellt die Stelle der Einleitung dar), wo eine Temperatur von mindestens etwa 815⁰C aufrechterhalten wird. Diese Stelle kann mit einem Thermoelement überwacht werden. Es wird eine ausreichende Menge von jeder der Komponenten des Gemischs eingeleitet, um eine Atmosphäre zu erhalten, die in Volumenprozent aus etwa 1 bis etwa 20% Kohlenmonoxid, etwa 1 bis etwa 40% Wasserstoff, weniger als etwa 0,5% Kohlendioxid, weniger als etwa 1,25% Wasserdampf, Rest Stickstoff, besteht Das Verhältnis von Stickstoff zu Methanol in dem Gemisch liegt bei etwa 1,5 bis etwa 100 Volumenteilen Stickstoff je Volumenteil Methanol in dampfförmigem Zustand. Die relativen Durchflußmengen an Stickstoff und Methanol bestimmen die Konzentration von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in der Atmosphäre. Im Falle von Teilen mit hohem Kohlenstoffgehalt (0,6 bis 1 Gew.-% Kohlenstoff) empfiehlt sich ein Verhältnis von etwa 1,5 bis etwa 10, vorzugsweise etwa 2 bis etwa 5 Volumenteilen, Stickstoff je Volumenteil Methanol in dampfförmigem Zustand, während bei Teilen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (weniger als 0,6 Gew.-% Kohlenstoff) zweckmäßig dieses Verhältnis bei etwa 10 bis etwa 100, vorzugsweise zwischen etwa 10 und etwa 15, liegt

Die Zersetzung oder Dissoziation von Methanol läuft in der Hochtemperaturzone entsprechend den folgenden Reaktionen ab:

CH₃OH-CO+ 2 Ii₂

CH₃OH-C + H₂ + H₂O

2 CH₃OH — CH₄ + CO₂ + 2 H₂

Die Hauptreaktion ist die Reaktion (4). Es ist von großer Wichtigkeit, daß die Reaktionen (5) und (6) minimiert werden, weil diese Reaktionen wegen ihres resultierenden Entkohlungseffekts für den Sinterprozeß schädlich sind. Die Reaktion (6) liefert ferner Methan, das, wie oben ausgeführt, vorzugsweise vermieden werden sollte.

Bei dem vorliegenden Verfahren kann das Methanol tropfenweise in den Ofen eingeleitet werden. Es kann auch mit einer Zerstäuberdüse gearbeitet werden, die Tröpfchen in den Ofen einsprüht In jedem Falle ist die Art der Einleitung so gewählt, daß die Temperatur des Methanols rasch auf mindestens etwa 815°C ansteigt,

wobei das Methanol derart in Stickstoff verdünnt ist, daß die bimolekulare Reaktion (6) nur in geringem Umfang auftritt.

Um für den raschen Temperaturanstieg zu sorgen, kann das Einlaßrohr auch entlang der Decke der Ofenkammer als Einlaßrohr 19 in die Hochtemperaturzone hineinreichen. Ein solches Rohr ist in geeigneter Weise abzustützen, um ein Durchhängen zu vermeiden. Es muß wie jedes andere Einlaßrohr aus gegenüber hohen Temperaturen widerstandsfähigen Werkstoffen gefertigt sein. Das Einlaßrohr kann so ausgebildet sein, daß das Methanol quer zur Ofenachse versprüht wird, die parallel zu dem Band 12 verläuft. Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform kann das Einlaßrohr entlang dem Boden der Ofenkammer in die Hochtemperaturzone reichen.

Eine weitere Alternative besteht darin, das Einlaßrohr in der bei 18 dargestellten Weise durch die Wand des Ofens und die Isolation 15 hindurch unmittelbar einzuführen.

Eine mittels des vorliegenden Verfahrens ausgebildete typische Atmosphäre besteht in Volumenprozent aus 6% Kohlenmonoxid, 12% Wasserstoff, 0,02% Kohlendioxid, 0,15% Wasserdampf, Rest Stickstoff. Eine solche Atmosphäre schützt die Kohlenstoffkonzentration, vermeidet eine Entkohlung der Oberfläche der Preßkörper und eine Aufkohlung der für Ofen-Bauteile benutzten Legierungen.

In gewissen Fällen, wenn der Sinterofen im wesentlichen aus keramischen Stoffen aufgebaut ist oder eine atypische Ausbildung hat, kann es notwendig werden, eine gewisse Menge an Anreicherungsgas zuzusetzen, um Wasserdampf und Kohlendioxid innerhalb bestimmter Grenzwerte zu halten, das heißt bei weniger als etwa 0,5% Kohlendioxid und weniger als etwa 1,25% Wasserdampf. Zweckmäßige Mengen an Anreicherungsgas, zum Beispiel Methan oder anderen Kohlenwasserstoffen, liegen zwischen etwa 1 und etwa 10 Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen der Atmosphäre. Es versteht sich, daß ein solches Vorgehen weniger günstig als ein Prozeß ist, bei dem kein Zusatz an Anreicherungsgas erfolgt Die Durchführung des Prozesses in keramisch ausgekleideten oder atypischen öfen stellt daher keine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Es kann auch zweckmäßig sein, zusätzlichen Stickstoff am Ende der Hochtemperaturzone einzugeben, um das Eindringen von Sauerstoff zu verhindern. Eine solche Zugabe ändert die Zusammensetzung der Atmosphäre nur minimal, das heißt um weniger als etwa 5 Vol.-%, weil der größte Teil des Stickstoffs am Ende des Ofens ausströmt

Die gesinterten Metaüpulverteile werden ani Ende des Ofens entnommen und in konventioneller Weise weiterverarbeitet An Hand von üblichen Analysenverfahren wird festgestellt, ob der Sintervorgang abgeschlossen ist und ob die notwendige Zusammensetzung aufrechterhalten wird.

Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber Sinterverfahren, bei denen Endo- oder Exogas, dissoziiertes Ammoniak, Stickstoff oder verschiedene Alkohole verwendet werden, gehören: 1. gewisse Teile werden bei dem vorliegenden Prozeß schneller gesintert als in Endogas; 2. die Sinterkörper sind blanker und haben ein stärker metallisches Aussehen; 3. eine Oberflächenentkohlung ist im wesentlichen vermieden; 4. die Beherrschung des Kohlenstoffgehalts und der Fertigabmessungen der Sinterkörper sind verläßlich, das heißt, die Steuerung hängt nicht mehr von der Zusammensetzung des Erdgases und von Problemen des Endogenerators, sondern von dem Prozeß als solchem ab, und 5. längere Lebensdauer der Ofen-Bauteile.

Beispiel 1

Ein Sinterofen der erläuterten Art wird benutzt, um Stahlpulver-Preßkörper mit hohem Kohlenstoffgehalt zu sintern. Der Kohlenstoffgehalt in dem Stahl liegt bei etwa 1,0 Gew.-%.

Die mittlere Temperatur in der Vorheizzone beträgt 1149°C; die niedrigste Temperatur liegt bei 871°C; die Verweildauer beträgt 48 Minuten; die Zone ist 3,05 m lang.

Die mittlere Temperatur in der Hochtemperaturzone beträgt 1H9°C; die niedrigste Temperatur liegt in dieser Zone bei 1038⁰C; die Verweildauer beträgt 48 Minuten; die Zone ist 3,05 m lang.

Die Temperatur in der Kühlzone reicht von etwa 1093⁰C bis zu 21°C am Kühlzonen-Ende. Die Verweildauer beträgt 96 Minuten. Die Zone hat eine Länge von 6,10 m.

Zwei Gruppen von Preßkörpern werden mit unterschiedlichen Fördergeschwindigkeiten durch den Ofen hindurchgeführt

Zur Ausbildung der Atmosphäre wird für die eine Gruppe Endogas plus Anreicherungsgas verwendet. Die Gase werden durch einen Einlaß am Kühlzonen-Beginn eingeführt Die Atmosphäre hat in Vol.-°/o die folgende Zusammensetzung: 20% CO, 40% H₂,1,4% CO₂, 1,6% H₂0,0,6% CH₄, Rest N₂.

Zur Ausbildung der Atmosphäre für eine zweite, gleichartige Gruppe von Teilen wird ein Gemisch vorgesehen, das im wesentlichen aus 14 Volumenteilen Stickstoff und einem Volumenteil Methanol (in dampfförmigem Zustand) besteht Das Gemisch wird durch das Einlaßrohr 18 hindurch eingeführt. Die Atmosphäre hat in Volumenprozent die folgende Zusammensetzung: etwa 6% CO, 12% H₂,0,02% CO₂,0,15% H₂O, Rest N₂.

Die Ergebnisse sind wie folgt:

Der Produktionsanstieg beruht auf einer Erhöhung der Bandgeschwindigkeit

Zur Erzielung des Produktionsanstieges wird also bei dem vorliegenden Verfahren mit einem rascher laufenden Förderband gearbeitet

Teil	Bandgeschwindigkeit (cm/min)	CH₃OH + N₂	Prozent.
	Endogas		Produk
			tions
		10,16	anstieg
Zahnrad	635	2032	60
Lager	12,70	9,65	60
Zahnrad	7,11		36
(Kupfer infiltr.)

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wird für das erste Zahnrad unter Verwendung von CH3OH + N₂ in zwei Läufen wiederholt. Das Gemisch aus CH₃OH + N₂ besteht im wesentlichen aus 2 Volumenteilen Stickstoff und 1 Volumenteil Methanol (in dampfförmigem Zustand). Bei dem ersten Lauf wird das Gemisch am Kühlzonen-Beginn eingeleitet, während im zweiten Lauf die Einführung über eine Leitung in die Hochtemperaturzone erfolgt (Einlaßrohr 18).

Lauf	N2- Durch	Methanol-	Atmosphäre (VoL-⁰A)
	flußinenge	Durchfluß-	(RcStN₂UtIdH₂)
		iiienge
	(mVh)	(l/h)	CO CO₂ H₂O

2,27 1,93 7 0,10 >2,3

2,27 1,93 22,5 0,19 0.99

Beispiel 3

Das Beispiel 2 (Lauf 2) wird wiederholt, mit der Maßgabe, daß das Verhältnis von Stickstoff zu Methanol variiert wird und die Temperatur der Hochtemperaturzonc an der Einleitungsstelle auf 1149°C gehalten wird. Die Verhältnisse und die Gaszusammensetzung sind die folgenden:

Der Wassergehalt liegt über dem Taupunkt der Umgebung, wenn die Einleitung entsprechend dem Lauf 1 durchgeführt wird. Die Gehalte an CO und CO₂ sind im Lauf 1 niedrig, was auf eine Kohlenstoffbildung in dem Ofen hinweist. Der Lauf 2 zeigt, daß das Einleiten in die Hochtemperaturzone die erwartete C0₂-K.onzentration und zufriedenstellende CO₂- und H₂O-Konzentrationen ergibt.

Verhältnis von
N₂:CH₃OH
(als Volumen)*)

Atmosphäre (Vol.-o/o)
(ReStN₂, H₂XH₄)
CO CO₂

1	2:1	22,5	0,19	0.99
2	4:1	11.8	0,09	0.45
3	8:1	6.0	0.025	0.15

*) Der Wert für Methanol gilt für den dampfförmigen Zustand.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Sintern von Preßkörpern aus Metallpulver in einem Durchlaufofen mit einem Temperaturbereich zwischen etwa 425° C und 1205⁰C und einer darauf folgenden Kühlzone und einer Ofenatmosphäre aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle des Ofens mit einer Temperatur von mindestens 815°C ein Gemisch aus im wesentlichen Methanol und Stickstoff in einem solchen Verhältnis eingeleitet wird, daß die Ofenatmosphäre in Volumenprozent aus etwa 1 bis etwa 20% Kohlenmonoxid, etwa 1 bis etwa 40% Wasserstoff, Rest Stickstoff, besteht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Stickstoff zu Methanol im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 100 Volumenteilen Stickstoff je Volumenteil Methanol in dampfförmigem Zustand eingestellt wird.