DE904417C

DE904417C - Process for the production of objects from sintered steel

Info

Publication number: DE904417C
Application number: DEH10909D
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz Georg Gerhard Zapf
Original assignee: Husqvarna Vapenfabriks AB
Current assignee: Husqvarna Vapenfabriks AB
Priority date: 1946-05-10
Filing date: 1947-05-10
Publication date: 1954-02-18

Description

Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Sinterstahl Eisenteile für verschiedene Zwecke werden durch Pressen und Sintern von asenpulver hergestellt. Die Verwendung derartiger Teile ist jedoch dadurch beschränkt, daß die Festigkeit des Sintereisens ziemlich niedrig ist. So haben beispielsweise Gegenstände aus Sintereisen mit einem spezifischen Gewicht von f bis 6,s nur einte Festigkeit von 16 bis i8 kg/mm2 bei einer Dehnung von 8 bis io°/o. Solche Teile sind daher von geringerer Qualität als 'Grußeisen und können nicht verwendet, werden, wenn es sich um größere Beanspruchungen handelt.Process for the production of articles from sintered steel for various purposes are produced by pressing and sintering ases powder. However, the use of such parts is limited by the strength of sintered iron is quite low. For example, have items made from sintered iron with a specific gravity of f to 6, s only a strength of 16 to i8 kg / mm2 at an elongation of 8 to 10%. Such parts are therefore of lesser value Quality as' greeting iron and cannot be used if it is larger Stresses.

Um Teile größerer Festigkeit zu erhalten, muß man Legierungselemente, vor allem Kohlenstoff, zulegieren. Man hat dies auf verschiedene Weise zu erreichen versucht. So hat man dem Eisenpulver fein vermahlenen Graphit, Holzkohle usw. zugesetzt. Wenn man solche Pulver verpreßt und sintert, erhält man zwar kohlenstoffhaltige Preßkörper mit. einer Festigkeit von etwa 35 kg/mm2, doch ist die Dehnung sehr gering, weil infolge der langsamen Reaktion zwischen Eisen und festem Kohlenstoff nur eine geringe Menge dies Kbhlenstoffes unter Bildung von Fes C in Lösung geht, während ein größerer Teil als ungebundener Kbhlenstoff verbleibt. Man hat daher vorgeschlagen, die Aufkohlung des Sintereisens durch Zusatz von gebundenem Kohlenstoff in Form von hoehgekohltem Gußeisen mit 3 bis. 4°/o K'o'hlenstoff dürdlzuführen. Diieses Verfahren bedeutet zwar einten Fortschritt; aber keine absolut befriedigende Lösung, weil ein Rest von ungebundenem Kohlenstoff stets verbleibt.In order to obtain parts of greater strength, one must have alloying elements, especially carbon. There are several ways to do this tries. Finely ground graphite, charcoal, etc. have been added to the iron powder. If such powders are pressed and sintered, carbon-containing ones are obtained Pressed body with. a strength of about 35 kg / mm2, but the elongation is very low, because, due to the slow reaction between iron and solid carbon, only one a small amount of this carbon goes into solution to form Fes C while a larger part remains as unbound carbon. It has therefore been suggested that the carburization of sintered iron by adding bound carbon in the form from high carbon cast iron with 3 to. 4 ° / o of carbon should be supplied. This Procedure means unified progress; but not an absolutely satisfactory solution, because a residue of unbound carbon always remains.

Man hat daher schon versucht, Sinterkörper aus dem Gasraum aufzukahlen, aber auch dies ist nicht gelungen, weil man entweder die Gaskahlung des Eisenpulvers oder die Kohlung eines fertigen Sinterkörpers versucht hat. Im ersteren Fall erhält man, einen zusätzlichen, kostspieligen Arbeitsgang, im zweiten Fall verläuft die Kahlung so ungleichmäßig, daß man Teile mit einem vom Preßquerschnitt abhängigen Kohlenstoffgehalt erhält, denen Festigkeits- und insbesondere D@hnungseigenschaft.en unbefriedigend sind.Attempts have therefore already been made to bare sintered bodies from the gas space, but this was not successful either, because either the iron powder is gas-free or tried to carbonize a finished sintered body. In the former case receives man, an additional, costly operation, in the second case the Baldness so uneven that you parts with one of the press cross-section dependent carbon content, which strength and especially D@nungseigenschaft.en are unsatisfactory.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, das. die Schwierigkeiten der bisher vorgeschlagenen Verfahren :dadurch beseitigt, daß Preßkörper aus einem Eisen enthaltenden, praktisch kohlenstofffreien Metallpulver mit kohlenstoffabgebenden Gasen bei einer erhöhten Temperatur, vorzugsweise von 8ö0 bis. ioooo°' C, aufgekohlt und: nachher in einem anderen Arbeitsgang, vorzugsweise bei höherer Temperatur, homogenisiert und gesintert werden.The invention relates to a method that. The difficulties the previously proposed method: eliminated that pressed body from a Iron-containing, practically carbon-free metal powder with carbon-releasing Gases at an elevated temperature, preferably from 80 to. 10000 ° C, carburized and: afterwards in another process, preferably at a higher temperature, be homogenized and sintered.

Für die Aufkohlung eignen sich am besten sehr milde kohlende Gase, da man sonst leicht eine zu große Kohlenstoffkonzentrabion in der Außemone des Preßkörpers, erhält. Derartige Gasgemische lassen sich durch teilweise Verbrennung von Propan oder Leuchtgas erhalten. Auch Wasserstoff, dem etwas Propan oder,Kb'hlenoxyd zugesetzt ist, kann verwendet werden. Um einen bestimmten Kohlenr stoffgehalt zu erzielen, kann man mit Vorteil einen bestimmten Köhlenstoffdruck durch Regelung der Graszusammensetzung einstellen. Besonders. geeignet für die Einstellung eines bestimmten Kohlenstoffgehaltes haben sich Ghsgemische erwiesen, die durch unvollständige Verbrennung von Gieneratorgas hergestellt sind und zweckmäßig aus. C O und N2 bestehen. Zwecks Herstellung eines solchen Gäses wird zunächst Generätorgas in Berührung mit einem geeigneten Katalysator teilweise verbrannt und dann aus dem Verbrennungsprodukt das CO2 und der Wasserdampf entfernt. Durch D'osierung der Verbrennungsluft kann man im, einfacher Wise die CO-Konzentration und damit den Kohlenstoffgehalt dies Sinterkörpers regeln.Very mild carbonizing gases are best suited for carburization, otherwise it is easy to get too high a carbon concentration in the outer shell of the pressed body, receives. Such gas mixtures can be obtained by partially burning propane or receive coal gas. Also hydrogen, to which a little propane or carbon dioxide was added can be used. To achieve a certain carbon content, you can use a certain carbon pressure by regulating the composition of the grass to adjust. Particularly. suitable for setting a certain carbon content Gas mixtures have been found to be caused by incomplete combustion of generator gas are made and expediently made. C O and N2 exist. In order to manufacture a Such gas is first of all generator gas in contact with a suitable catalyst partially burned and then from the combustion product the CO2 and the water vapor removed. By dosing the combustion air you can, in a simple way, the Control the CO concentration and thus the carbon content of this sintered body.

Das neue Verfahren zur Gasaufkohlung kann mit Vorteil in Verbindung mit der sogenvannten Stufen-oder Doppelpreßtecbnik verwendet werden, bei der man eine zweifache oder Mehrstufenpressung und Sinterung anwendet. Man geht dabei zweckmäßig so vor, d'aß man zunächst mit einem niedrigen Druck, z. B. von 3 Abis ,4 t/cm2, einen noch sehr porösen Vorpreßkörper herstellt, diesen der Gaskohlung unterwirft, mit einem höheren Druck, vorzugsweise von 6 bis iot/cm2, nachpreßt und dann die Nachsinterung bei einer Temperatur wesentlich oberhalb ioooP' C in einem neutralen Gas, vornimmt, wobei die Nachsinterung zugleich als D'iffusionsglü!hung zur Homogenisierung des Materials dient. Natürlich kann auch die Nachpressung in warmem Zustand erfolgen.The new method of gas carburizing can be used in conjunction with advantage be used with the so-called step or double press technology, in which one using a double or multi-stage pressing and sintering. One goes thereby purposefully so before that one starts with a low pressure, e.g. B. from 3 Abis, 4 t / cm2, produces a still very porous pre-pressed body, subjects it to gas carbonation, with a higher pressure, preferably from 6 to iot / cm2, and then the Subsequent sintering at a temperature significantly above 100oP 'C in a neutral Gas, with the subsequent sintering at the same time as diffusion annealing for homogenization of the material. Of course, post-pressing can also be carried out in a warm state.

Das Verfahren eignet sich nicht nur zur Herstellung von unlegiertem Sinterstahl, sondern es lassen sich alle anderen legierten Eisenpulver in ähnlicher Weise aufkohlen. Die Erfindung soll im nachstehenden durch einige Beispiele erläutert werden. " Beispiel i Aus Elektrolyteisenpulver wird mit einem .Druck von 4 t/cm2 ein Abzug für ein Jagdgewehr gepreßt. Das so hergestellte Teil wird bei 93d0' C 3o Minuten in einer Gesmisehung aus 16%. CO und 8¢% N2 aufgekohlt. Nach dem Abkühlen -wird das Stück mit einem Druck von 8 t/cm2 nachgepreßt und bei 1220° C 2 Stunden lang fertig gesintert. Es besitzt nach dieser Behandlung eine Festigkeit von 35 kg/mm2 und eine Dehnung von 2o°/0. Der Kohlenstoffgehalt liegt bei o,15 bis o,i8°/o.The process is not only suitable for the production of unalloyed Sintered steel, but all other alloyed iron powders can be made in a similar manner Charcoal way. The invention is illustrated below by means of a few examples will. "Example i With a pressure of 4 t / cm2 a trigger pressed for a hunting rifle. The part produced in this way is at 93d0 'C 30 minutes in a mixture of 16%. CO and 8% N2 carburized. After cooling down - the piece is re-pressed with a pressure of 8 t / cm2 and at 1220 ° C for 2 hours sintered for a long time. After this treatment it has a strength of 35 kg / mm2 and an elongation of 20 ° / 0. The carbon content is between 0.15 and 0.18%.

Beispiel 2 Aus Elektrolyteisenpulver wird mit einem Druck von 6 t/cm2 eine Zahnstange für einen Fensterverschluß gepreßt. Das Teil wird bei 91o"" C 2 Stunden mit einer Gasmischung aus 20% C O und 80% N2 behandelt, die aus Generatorgas durch nachfolgende H2 0- und C 02 -Entfernung hergestellt ist. Nach beendeter Kbhlung wird dh.s Teil 3 Stunden bei i2oo° C fertig amesintert. Es besitzt dann eine Festigkeit von 45 lcg/mm2 und eine Dehnung von 3.5 1/o bei einem Kohlenstoffgehalt vom o,5 bis 0,6%. Beis.p iel 3 Aus einem Schwammeisenpulver wird mit einem Druck von 4 t/cm2 ein Kolbenring für einen V@rbrennungsmotor hergestellt. DIer Ring wird in einer Gasmischung aus 20% CO und SoO/a N2, die zur E'rhdhung ihres Kohlungsdruckes bei Raumtemperatur durch ein Kohlenwasserstoffgemisch vom Siedepunkt 79'°'C geleitet -worden ist, bei 93o°` C 3 Stunden lang behandelt. Nach der Abkühlung wird er mit einem Druck von B t/cm2 nachgepreßt und dann bei i i 5o° C 2 Stunden fertig gesintert. Er besitzt dann einen Kohlenstoffgehalt von i, i 0/a und eine Elastizitätsgrenze von 48 kg/mm2.Example 2 With a pressure of 6 t / cm2, electrolyte iron powder a rack pressed for a window lock. The part will be at 91o "" C2 Hours treated with a gas mixture of 20% CO and 80% N2 from generator gas is produced by subsequent H2 0 and C 02 removal. After cooling down that is, the part is completely amesintered for 3 hours at i2oo ° C. It then has a firmness of 45 lcg / mm2 and an elongation of 3.5 1 / o with a carbon content of 0.5 up to 0.6%. Example 3 A sponge iron powder becomes with a pressure of 4 t / cm2 made a piston ring for a V @ r internal combustion engine. The ring comes in a Gas mixture of 20% CO and SoO / a N2, which contributes to E'rhdhung their carbon pressure Room temperature passed through a hydrocarbon mixture with a boiling point of 79 ° C - has been treated at 930 ° C for 3 hours. After cooling down, it will be with a pressure of B t / cm2 and then sintered at 150 ° C for 2 hours. It then has a carbon content of i, i 0 / a and an elastic limit of 48 kg / mm2.

Beispiel 4 Eine Mischung aus 940/a Elektrolyteisenpulver, 4,50/a Carbonyl-Nickelpulver und 1,5o% E'le'ktrolytchrompulver wird mit einem Druck von 4 t/cm2 zu Zahnrädern mit Mod'ul4 verpreßt. Die Teile werden bei 900' C 30 Minuten in einem Glasgemisch aus i 8 % C O und 82% N2 aufgekohlt. Nach beendeter Kohlung werden sie bei io5d°` C 2 Stunden vorgesintert und dann bei Raumtemperatur mit einem Druck von. 8 t/cm2 fertig gepreßt. Zum Schluß wird bei 128o° C 4 Stunden fertig gesintert. Die Teile besitzen -nach dieser Behandlung eine Festigkeit von 7okg/mm2 und eine Dehnung von 12 0/0. .Example 4 A mixture of 940% electrolyte iron powder, 4.50% carbonyl nickel powder and 1.5% electrolyte chrome powder is pressed at a pressure of 4 t / cm2 to form gears with Mod'ul4. The parts are carburized 30 minutes in a mixture of glass in 8% CO and 82% N2 at 900 'C. When the carbonization is complete, they are pre-sintered at 10 ° C for 2 hours and then at room temperature with a pressure of. 8 t / cm2 finished pressed. Finally, the sintering is done at 128o ° C for 4 hours. After this treatment, the parts have a strength of 7okg / mm2 and an elongation of 12 0/0. .

Beispiel s Elektrolyteisenpulverwird mit einem Druck von 3 t/cm2 zu Hämmern verpreßt. Die Preßlinge werden bei 850e C: 21/2 Stunden mit einer Gasmischung aus 2o0/0 COi, Rest Stickstoff, aufgekohlt. Nach dem Erkalten werden .sie mit einem Druck von 8 t/cm2 fertig gepreßt und dann bei i2oo° C 21/2 Stunden ,gesintert. Die Sinterkörper haben dann eine Festigkeit von 5ökg/mm2 und eine Dehnung von i 10/0.Example s Electrolyte iron powder is supplied with a pressure of 3 t / cm2 Hammering. The compacts are at 850 ° C. for 21/2 hours with a gas mixture from 2o0 / 0 COi, remainder nitrogen, carburized. After cooling down, you will be treated with a Pressure of 8 t / cm2 completely pressed and then sintered at i2oo ° C for 21/2 hours. the Sintered bodies then have a strength of 50 kg / mm2 and an elongation of 10/0.

Beispiel 6 Aus einem elektrolytisch hergestellten Legierungspulver, enthaltend 40/ä Nickel, Rest Eisen, werden für Motorräder gepreßt. Die Teile werden dann bei Sod' C 2 Stunden in einer Gasmischung aufgekohlt, die aus teilweise verbranntem Stadtgas hergestellt ist. Nach dem Erkalten werden die Preßkörper nochmals nachgepreßt und dann bei i2oo" C 21/2 Stunden gesintert. Die Sinterteile haben dann eine Festigkeit von 70 kg/mm-' und, eine Dehnung von 8 %.Example 6 From an electrolytically produced alloy powder, Contains 40 / ä nickel, remainder iron, are pressed for motorcycles. The parts are then carburized in a gas mixture at Sod 'C for 2 hours is made from partially burned town gas. After cooling down, the The pressed body was re-pressed and then sintered at 120 "C for 21/2 hours. The Sintered parts then have a strength of 70 kg / mm- 'and an elongation of 8%.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method of making objects from Sintered steel, characterized in that pressed bodies made of an iron containing ,, practically carbon-free metal powder with carbon-emitting gases at a elevated temperature, preferably from Boa to 100 ° C, carburized and afterwards homogenized in a different operation, preferably at a higher temperature and be sintered.

2. The method according to claim i, characterized in that d! Aß the carburizing takes place with half of carburizing agents, in which the carburizing pressure is kept adjustable and variable and its level to adjust the carbon content of the sintered body. serves.

3. The method according to claim i od'er2, characterized in that the carburizing is carried out with a gas mixture of C O and N2, which is carried out by Partial combustion of carbon-emitting gases was obtained and in which the Dbsierung the combustion air is used to adjust the carbonization pressure.

Method according to a of claims i to 3, characterized in that the glass, carbonization with the so-called Step or D'oppelpreßtechnik is combined and that you first have a pressed body Manufactures with low pressure, which is carbonized and then pressed and sintered will.

5. The method according to claim q., Characterized in: that: the post-pressing takes place in a warm state.

6. Application of the method according to one of the claims i to 5 on compacts made from alloyed powder or from one another to be alloyed Powders were compressed.