DE895608C

DE895608C - Verfahren zum Erzeugen eines fuer Bauteile und Geraete hoher Festigkeit geeigneten Werkstoffes

Info

Publication number: DE895608C
Application number: DEP3219D
Authority: DE
Inventors: Walther Dr Dawihl
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1940-07-06
Filing date: 1940-07-06
Publication date: 1953-11-05

Description

Verfahren zum Erzeugen eines für Bauteile und Geräte hoher Festigkeit geeigneten Werkstoffes Für manche Verwendungszwecke, beispielsweise für Öfen, Rekuperativanlagen und Glühpfannen, besteht -das Bedürfnis nach einem Werkstoff, der nicht nur ohne Verschleiß hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann, sondern gleichzeitig auch bei diesen hohen Temperaturen gute Anfangsfestigkeitseigenschaften beibehält. Reine Metalle oder deren Legierungen erfüllen zufolge ihrer plastischen Eigenschäften diese Bedingungen nicht. Die mit steigender Temperatur rasch zunehmende Plastizität hat nämlich zur Folge, daß Metalle und metallische Legierungen schon weit unterhalb ihres 'Schmelzpunktes ihre Standfestigkeit verlieren und mechanische Beanspruchungen nicht mehr in ausreichendem Umfange aufzunehmen vermögen. Im Vergleich hierzu besitzen Oxyde und deren Verbindungen auch bei höheren Temperaturen eine verschwindend kleine Plastizität, so daß Formstücke, die aus reinen Oxyden der Metalle und deren Mischungen aufgebaut sind, ihre mechanischen Eigenschaften bis zu Temperaturen beibehalten, die viel näher an den Schmelzpunkt herankommen, als es bei den Metallen der Fall ist. Rein oxydische Werkstoffe besitzen aber ;geringe Zugfestigkeit und verhältnismäßig viel höhere Sprödigkeit, so daß ihrer Verwendung enge Grenzen gezogen sind.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die Eigenschaften dieser beiden Gruppen von Ausgangsstoffen miteinander bis zu einem gewissen Grade vorteilhaft verbinden lassen und daß ein Werkstoff von höherer Temperaturbeständigkeit und auch höherer Festigkeit durch Sintern und Reduzieren eines Pulvergemisches, das aus 75 bis 95119 Eisen und a5 bis 5% Oxyden der Leichtmetalle oder schwerer als Eisenoxyd reduzierbarer Oxyde, z. B. Titanoxyd oder Chromoxyd, besteht, erhalten wird, wenn erfindungsgemäß die Reduktion dieser Oxyde nur bis zu einer sauerstoffärmeren Oxydationsstufe durchgeführt wird. Unter sauerstoffärmeren Oxydationsstufen können dabei definierte Oxydationsstufen, wie beispielsweise Ti203, oder es kann auch die Entfernung einzelner Sauerstoffatome aus den Oberflächenschichten der Oxydkörner verstanden werden, ohne daß sich dabei eine Oxydationsstufe bestimmter chemischer Zusammensetzung -auszubilden braucht. Es entsteht hierdurch ein Werkstoff, der im fertig gesinterten Zustand ein gerüstartiges Gefüge aus metallischem Eisen aufweist, in das gut verteilt Oxydkörner eingebettet sind; die sich zufolge besserer Besetzbarkeit als übliche Oxyde höherer Oxydationsstufen mit dem Eisengerüst inniger und fester verbinden. Während das metallische .Gerüst des Werkstoffes diesem eine ausreichende Zugfestigkeit und Zähigkeit verleiht, wird durch die fest eingelagerten Oxydkörner die Stauchungsfestigkeit des Werkstoffes in der Wärme wesentlich verbessert. Damit die zugesetzten Metalloxyde nur zu niedrigeren Oxydationsstufen, nicht aber zu Metallen reduziert werden, ist es nur notwendig, die Sinterdauer und die Art der reduzierenden Atmosphäre entsprechend zu wählen. Die reduzierende Atmosphäre ist hierbei zur Verhinderung der Oxydation des Eisens erforderlich. Es hat sich im Gegenteil sogar als zweckmäßig .erwiesen, das Eisen in an sich bekannter Weise in Form von Eisenoxyd einzuführen und seine Reduktion während der Fertigsinterung vor sich gehen zu lassen. Die günstigere Wirkung des .Zusatzes von Eisenoxyd an Stelle des Eisenmetalls dürfte mit der leichteren Feinmahlbarkeit des Eisenoxydes zusammenhängen.
Es ist zwar an sich bekannt, Pulvergemische aus Eisen und reduzierbaren Verbindungen, insbesondere Metalloxyden, wie Chromoxyd, in reduzierender :Atmosphäre einer die Schmelztemperatur des Eisens nicht erreichenden Wärmebehandlung bei etwa looa°` C zu unterwerfen, so daß sich nur eine Sinterung des Pulvergemisches einstellt. Die Sinterung wurde hierbei aber durch Verwendung eines aus Eisenkärbonyl gewonnenen Eisenpulvers besonders begünstigt und so geleitet, daß sie als Endergebnis eine homogene rein metallische Eisenlegierung ergab.
- Bei der Erhitzung des Pulvergemisches ist es zweckmäßig, eine ;Sintertemperatur anzuwenden, die in bekannter Weise oberhalb einer zwei Drittel der Schmelztemperatur des Eisens betragenden, die Schmelztemperatur des Eisens aber höchstens- nur unwesentlich überschreitenden Temperatur liegt. Wird nämlich beim Erhitzen des Pulvergemisches die Schmelztemperatur des Eisens wesentlich überschritten, - so -tritt eine den Zusammenhang des Fertigkörpers aufhebende Entmischung der Oxyd-und Metallteilchen ein, wobei sich kleine Metallkügelchen bilden, die an den Oxydteilchen kleben. Bei einem Oxydzusatz innerhalb der angegebenen Grenzen bleibt in dem Sinterkörper stets ein metallisches Gerüst zurück, das sich in bezug auf Dehnung und Zähigkeit maßgebend auswirken kann.
Zur Durchführung des Verfahrens kann beispielsweise von einer Mischung aus 9o Gewichtsteilen Eisenpulver von @1 bis a ,u Korngröße und 1o Gewichtsteilen pulverförmigem Aluminiumoxyd, Calciumoxyd, Titanoxyd oder Chromoxyd von 6o bis Zoo ,u Korngröße ausgegangen werden. Die günstigste Sintertemperatur für eine derartige Mischung liegt bei Sinterung im Wasserstoffstrom bei 1q.75°. Formkörper aus einer derartigen Mischung zeigen einen mehrfach höheren Abnutzungswiderstand als reine Eisenlegierungen; außerdem zeigen sie bei einer Temperatur von 700° noch eine mehrfach höhere Druckfestigkeit als die besten - Stähle. Bei einer Erhöhung des Oxydzusatzes auf 25 % läßt sich die Heißdruckfestigkeit noch weiter steigern, wobei die Dehnbarkeit allerdings etwas abnimmt. Die gute Verbindungsfestigkeit der beim Sintern in eine sauerstoffärmere Oxydationsstufe übergeführten Oxyde mit dem Eisen hängt wahrscheinlich mit der Bildung- eines Metallfilms auf der' Oberfläche der Oxydkörner zusammen, der mit dem Grundmetall eine Art Lötverbindung eingeht.
Die Wahl des Metalloxydes und auch dessen Körnung richtet sich nach dem Verwendungszweck des Werkstoffes. Die Formgebung und Sinterung des letzteren erfolgt nach dem in der Metallkeramik üblichen Verfahren, also zweckmäßig durch Pressen des Pulvergemisches, Formgebung im vorgesinterten Zustand und Hochsinterung.
Der durch das Verfahren erhaltene Werkstoff hat gegenüber keramischen Baustoffen den Vorteil höherer Wärmeleitfähigkeit. Zufolge der metallähnlichen elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffes kann dieser auch mit Vorteil für die Herstellung von Widerständen elektrisch beheizter Öfen verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Erzeugen eines Werkstoffes, der für die Herstellung von bei hohen Temperaturen gute Festigkeitseigenschaften aufweisenden Bauteilen und Geräten geeignet ist, durch Sintern und Reduzieren eines Pulvergemisches, das aus 75 bis 95 % Eisen und s5 bis 5 % Oxyden der Leichtmetalle oder schwerer als Eisenoxyd reduzierbarer Oxyde, z. B. Titanoxyd oder Chromoxyd, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion dieser Oxyde nur bis zu einer sauerstoffärmeren Oxydationsstufe durchgeführt wird.