DE717881C

DE717881C - Process for the production of inhomogeneous metallic substances

Info

Publication number: DE717881C
Application number: DED73804D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Daeves
Original assignee: KARL DAEVES DR ING
Current assignee: KARL DAEVES DR ING
Priority date: 1936-11-01
Filing date: 1936-11-01
Publication date: 1942-02-25

Description

Verfahren zur Herstellung irrhomogener metallischer Stoffe Bei der Herstellung technischer Metalle strebt man im allgemeinen möglichste Homogenität an und macht von einem mikroskopisch irrhomogenen Aufbau nur insoweit Gebrauch, als er sich durch Warmbehandlung (Unterschreitung von Zerfall fester Lösungen, Ausscheidungsvorgänge) von selbst einstellt.Process for the production of irregularly homogeneous metallic substances In the manufacture of technical metals, one strives for the greatest possible homogeneity and makes use of a microscopically irrhomogeneous structure only to the extent that when he was subjected to heat treatment (falling short of disintegration of solid solutions, precipitation processes) adjusts by itself.

Zahlreiche technisch-wichtige Eigenschaften von Metallen beruhen darauf, daß die Legierungen mikroskopisch aus einem Gemenge van harten und weichen Bestandteilen oder auch vöu Bestandteilen mit verschiedenen anderen Eigenschaften bestehen, z. B: der Perlit der Stähle, der. Aufbau der Lagermetalle- u. ä. Man ist aber hinsichtlich der anteiligen Verteüung dieser Bestandteile und ihrer Zusammensetzung und Eigenschaften weitgehend auf die Gegebenheiten der Erstarrungs- und Abkühlungsdiagramme angewiesen.Numerous technically important properties of metals are based on that the alloys microscopically consist of a mixture of hard and soft components or there are also vöu components with various other properties, e.g. B: the pearlite of steels that. Structure of the bearing metals and the like. But one is with regard to the proportional distribution of these components and their composition and properties largely dependent on the conditions of the solidification and cooling diagrams.

Es ist bekannt, Metallteile derart herzustellen, daß homogen aufgebaute Metallpulver aus mindestens zwei; Metallen miteinander gemischt, in die gewünschte Form gepreßt 'und dann derart gesintert werden, daß eine unvollständige Diffusion zwischen den. Metallpulvern stattfindet. Ein solches Verfahren ist nicht Gegenstand. der Erfindung. Bei dein Verfahren nach der Erfindung wird viehhehr von irrhomogen aufgebauten Metallteilchen ausgegangen, die man auf dem Wege einer Diffusionsbehandlung erhalten hat und die erst nach .der Diffusionsbehandlung zu einem Körper vereinigt werden, der nun in all seinen Teilen regelbar irrhomogen aufgebaut ist. Dabei ergeben sich z. B. folgende Vorteile: Die Diffusionsbehandlung von irrhomogen ° aufgebauten Metallpulvern kann hierbei den Eigenschaften der zu diffundierenden. Stoffe angepaßt werden. Es ist möglich, die Meta71-pulver mit Verbindungen zu behandeln, die bei -der Diffusionstemperatur in Berührung mit den Metallteilchen zerfallen, die einzudiffundierenden Stoffe können in der Gasphase an die` Metallpulver herangebracht werden, es können anehrere Diffusionsbebandlungen hintereinand,ergeschaltet werden üsw. Ferner ist es möglich, bei, der Diffusionsbehandlung über die Gasphase oder durch Umrühren Pulver herzustellen, deren kleinste Teilchen auf allen Seiten einen Diffusionsraute haben.It is known to manufacture metal parts in such a way that they have a homogeneous structure Metal powder of at least two; Metals mixed together into the desired Form pressed 'and then sintered in such a way that an incomplete diffusion between. Metal powder takes place. Such a procedure is not an issue. the invention. In your method according to the invention, viehhehr is irrhomogeneous built-up metal particles assumed, which one by way of a diffusion treatment received and which united into one body only after the diffusion treatment which is now structured in a controllable, irregular manner in all of its parts. In doing so, surrender z. B. the following advantages: The diffusion treatment of irrhomogeneously ° built up Metal powders can have the properties of the to be diffused. Fabrics adapted will. It is possible to treat the Meta71 powder with compounds that act with -the diffusion temperature disintegrates in contact with the metal particles that are to be diffused Substances can be brought up to the metal powder in the gas phase, it can a number of diffusion treatments one after the other, switched on üsw. Furthermore is it is possible to use diffusion treatment the gas phase or to produce powder by stirring, the smallest particles of which are one on all sides Have diffusion diamond.

Bei dem bekannten Verfahren ist die Art der Diffusionsbehandlung von vornherein fest gelegt und nur die Diffusion von festen Metallteilchen ineinander möglich. Da die Formgebung dabei irn wesentlichen vor der Diffusionsbehandlung erfolgt 'und ein Umrühren nicht möglich ist, kann die Diffusion nur von den Stellen ausgehen, an denen sich zwei verschiedene Metallteilchen berühren. Aus, dem gleichen Grunde ist es unmöglich., die Diffusion von mehr als zwei Metallen ineinander praktisch zu beherrschen. Es kommt noch die besondere Schwierigkeit hinzu, das Auftreten von Oxydhäutchen auf den Pulverteilen, die. bekanntlich die Diffusion stark behindern, zu vermeiden ,oder derartige Oxydhäutchen nachträglich zu entfernen. Eine Behandlung über die Gasphase ist bei dem bekannten Verfahren ausgeschlossen. Daher ist es z. B. nach diesem Verfahren nicht möglich,- die Oberfläche von Stahlteilchen zu nitrieren und dann diese Teilchen miteinander zu verschweißen.In the known method, the type of diffusion treatment is from fixed in advance and only the diffusion of solid metal particles into one another possible. Since the shaping takes place essentially before the diffusion treatment '' and stirring is not possible, the diffusion can only start from the places where two different metal particles touch. For the same reason it is impossible., the diffusion of more than two metals into one another is practical to dominate. There is also the particular difficulty, the occurrence of Oxyd membranes on the powder parts that. as is well known, strongly impede diffusion, to avoid, or to remove such oxide membranes afterwards. One treatment via the gas phase is excluded in the known method. Therefore it is z. B. not possible with this method - nitriding the surface of steel particles and then weld these particles together.

Erfindungsgemäß soll nur für Sonderfälle, in denen die durch die Legierungsdiagramme gegebenen Verhältnisse zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften nicht ausreichen, der Aufbau inhomogener metallischer Stoffe in der Weise erfolgen, daß dem Metall oder der Legierung zunächst durch Zerteilung in kleine Teilchen, z. B. Späne, eine große Oberfläche erteilt wird, daß dann die Oberfläche dieser Teile durch Diffusionsbehandlung in der gewünschtenWeise verändert wird und daß endlich .die so behandelten Teile durch Sintern oder Schweißen, also bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes, wieder zu Stücken der gewünschten Größe und Form vereinigt und weiterverarbeitet werden.According to the invention, only for special cases in which the alloy diagrams given conditions are not sufficient to achieve the desired properties, the structure of inhomogeneous metallic substances take place in such a way that the metal or the alloy first by breaking it up into small particles, e.g. B. chips, a large surface is given that then the surface of these parts by diffusion treatment is changed in the desired way and that finally the parts treated in this way by sintering or welding, i.e. at temperatures below the melting point, reunited and processed into pieces of the desired size and shape will.

Der Aufbau .derartig hergestellter Metallkörper ist dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinander mit mehr oder weniger großem übergang Teile -.der unveränderten Grundmasse und solche Teile liegen, die die Eigenschaften der durch Diffusion veränderten Oberfläche aufweisen.The structure of such a manufactured metal body is characterized by that side by side with more or less large transition parts - the unchanged Base mass and those parts lie that changed the properties of the diffusion Have surface.

Wird' das. Verfahren- mehrfach hintereinander "angewendet, indem die aus den diffusionsbehandelten Teilchen zusammengeschweißten Stücke erneut zerteilt, diffusionsbehandelt und wieder vereinigt werden, so lassen sich Metallkörper erzielen, deren Eigenschaften sich weitgehend zwischen den Eigenschaften der Ausgangslegierung und der diffusionsbehandelten Oberfläche abstufen lassen.If 'the. Method - multiple times in a row' is used by the cut pieces welded together from the diffusion-treated particles again, are diffusion treated and reunited, metal bodies can be achieved, whose properties are largely between the properties of the starting alloy and let the diffusion-treated surface graduate.

Dadurch werden ganz neue Kombinationen von Eigenschaften erzielt, wie -sie in reinen und nur warm behandelten Legierungen nicht erreichbar sind. - So lassen sich z. B. durch Diffusionsbehand-Jung in chromhaltigen Gasen ad der Oberfläche von Weicheisenteilchen Schichten mit 4.o% Cr und- mehr erzielen. Wenn diese Späne unter Wasserstoffgas wieder verschweißt und verschmiedet werden, so besteht der fertige Metallkörper aus einem Gemenge von reinen Eisenteilchen mit einer 4ooloigen Cr-Fe-Legierung, ein Aufbau, wie er sich durch reine Legierungen und Warmbehandlung nicht erzielen läßt. .This enables completely new combinations of properties to be achieved, how they cannot be achieved in pure and only heat treated alloys. - So z. B. by diffusion treatment-Jung in chromium-containing gases ad the surface of soft iron particles, layers with 4.o% Cr and more can be achieved. If these chips are welded and forged again under hydrogen gas, the finished metal body from a mixture of pure iron particles with a 4ooloigen Cr-Fe alloy, a structure that can be obtained from pure alloys and heat treatment can not be achieved. .

Werden Stalilteilchen oberflächlich nitriert und wieder verschweißt, so lassen sich Metalle mit einem durchschnittlichen Stickstoffgehalt erzielen, wie er wegen des geringen Lösungsvermögens des Deltaxisens für Stickstoff sonst nicht erreichbar ist. Auf diese Weise entstehen Metallkörper, die aus sehr harten Teilchen mit Nitriergefüge und aus weichen, zähen Teilchen bestehen. Es lassen sich dann daraus z. $. Schneidwerkzeuge fertigen, die einerseits infolge der eingebetteten, sehr harten Schichten eine hohe Schneidfähigkeit und vor allen Dingen Schneidhaltigkeit haben, aber durch das Fernmaterial. auch genügend zäh gegen mechanische Beanspruchungen sind. Statt des Stickstoffs können selbstverständlich auch andere Elemente zur Herstellung sehr harter Bestandteile benutzt werden.If metal particles are surface nitrided and welded again, this is how metals with an average nitrogen content can be achieved, such as otherwise he would not because of the low solubility of the Delta Axis for nitrogen is attainable. In this way, metal bodies are created that are made up of very hard particles with a nitrided structure and consist of soft, tough particles. It can then from this z. $. Manufacture cutting tools that, on the one hand, as a result of the embedded, very hard layers have a high cutting ability and, above all, edge retention have, but through the remote material. also tough enough to withstand mechanical stress are. Instead of nitrogen, other elements can of course also be used for production very hard components are used.

Weiterhin lä.ßt sich die Oberfläche -von Spänen mit Phosphor und Schwefel anreichern. Diese Späne können dann unter Vorsichtsmaßnahmen zu festen Gegenständen vereinigt werden, die hervorragende Bearbeitbarkeitseigenschaften aufweisen.In addition, the surface of chips with phosphorus and sulfur can be removed enrich. These chips can then, taking precautionary measures, become solid objects which have excellent machinability properties.

Ein Anwendungsgebiet der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Metallkörper ist die Herstellung von besonders hochwertigen Lagermetallen. Das Verfahren wird. dann z. B. in der Weise angewendet, daß als Grundlage beispielsweise ein Stoff gewählt wird, der für die Schmierfähigkeit des Lagers von .Bedeutung ist. Die Randschichten der fein zerkleinerten Späne werden dann auf dem Diffusionswege mit einem Metall oder Metalloid angereichert, -das eine verhältnismäßig hohe Härte herbeiführt. In =der Kombination ergibt sich dann ein gut schmierfähiges und gleichzeitig verschleißfestes Lager.A field of application of those produced by the method according to the invention Metal body is the production of particularly high-quality bearing metals. The procedure will. then z. B. applied in such a way that as a basis, for example, a substance is selected, which is of importance for the lubricity of the bearing. The outer layers The finely crushed chips are then diffused with a metal or metalloid enriched, which brings about a relatively high hardness. In = the combination then results in a well-lubricating and at the same time wear-resistant Camp.

Ferner können nach dem Verfahren gemäß der Erfindung besonders verschleißfeste und gleichzeitig mechanisch beanspruchbare Metalle hergestellt werden; indem wiederum einem Grundkörper von hoher Zähigkeit Oberflächlich durch Diffusion sehr harte Schichten einverleibt werden, so daß sich ein Gesamtkörper mit hoher Verschleißfestigkeit und gleichzeitig genügender -Zähigkeit ergibt.Furthermore, according to the method according to the invention, particularly wear-resistant and at the same time mechanically stressable metals are produced; by in turn a base body of high toughness. Superficially very hard layers due to diffusion are incorporated, so that an overall body with high wear resistance and at the same time gives sufficient toughness.

In anderen Fällen können hinsichtlich der i elektrischen, magnetischen und chemischen Eigenschaften in den künstlich aufgebauten Legierungen Eigenschaften erzielt werden, -die wesentlich besser sind, als sie aus der bloßen Kombination zu erwarten sind.In other cases, in terms of i electrical, magnetic and chemical properties in the artificially constructed Alloys Properties are obtained -which are much better than they are from the mere Combination are expected.

Es ist auch möglich, die Diffusionsbehandlung so zu führen, daß statt einer Anreicherung eine Verringerung bestimmter Bestandteile an der Oberfläche der Späne stattfindet, je nachdem, welche Eigenschaften man erzielen will.It is also possible to conduct the diffusion treatment so that instead of an enrichment a reduction of certain constituents on the surface of the Chips takes place, depending on which properties you want to achieve.

Da der Erfindungsgedanke ein ganz allgemeines Verfahren angibt, um unabhängig von den durch die Abkühlungserscheinungen normaler Legierungen gegebenen Verhältnissen sowohl Anteil als auch Zusammensetzung der Grundstoffe dieser gewissermaßen künstlichen Legierungen zu beeinflussen, ist die Erfindung nicht auf die vorstehend angegebenen Beispiele beschränkt. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht vielmehr in umfassender Weise durch Diffuslonsanreicherung oder -verarmung der Oberfläche klein zerteilter metallischer Körper mit beliebigen Stoffen und die nachträgliche Vereinigung der so -behandelten kleinen Teile zu inhomogenen stü.ckigen Körpern die Erzielung vielseitiger Eigenschaften und vor allem die Kombination mehrerer Eigenschaften. In den meisten Fällen lassen sich die Eigenschaften des auf diese Weise hergestellten fertigen Metallkörpers aus dem.. willkürlich gewählten Anteil. und den Eigenschaften der Ausgangslegierung und der diffusionsbehandelten Oberfläche abschätzen.Since the idea of the invention indicates a very general method to regardless of the given by the cooling phenomena of normal alloys Proportions both proportion and composition of the basic substances of these to a certain extent To affect artificial alloys, the invention is not limited to the above given examples. Rather, the method according to the invention enables in a comprehensive way through diffusion ion enrichment or depletion of the surface small divided metallic body with any substances and the subsequent Combination of the small parts treated in this way to form inhomogeneous pieces the achievement of versatile properties and, above all, the combination of several Properties. In most cases, the properties of the can be related to this Well-made finished metal body from the .. arbitrarily chosen portion. and the properties of the starting alloy and the diffusion-treated surface estimate.

Claims

PATENT CLAIMS: i. 'A process for the production of largely controllable, inhomogeneous metallic substances, characterized in that the metallic starting material is first given a large surface by dividing it into small particles, whereupon the surface of these particles is enriched or depleted of the desired substances by diffusion treatment and then the s, a treated particles are recombined by sintering or welding at temperatures below the melting point; pieces of the desired size and shape are combined and further processed. z. Method according to claim i, characterized in that the treatment is repeated in that the shaped pieces produced according to claim i are again divided, diffusion treated and reunited.