CH266701A - Vorwiegend aus rostfreiem Stahl bestehender Formköper und Verfahren zu seiner Herstellung. - Google Patents

Description

  Vorwiegend aus rostfreiem Stahl bestehender Formkörper und Verfahren  zu seiner Herstellung.    Die     Erfindung    betrifft. einen Formkörper,  der vorwiegend aus rostfreiem Stahl besteht.  Als rostfreier Stahl können weiche und halb  harte,     llärt#hal-e    Arten mit 12 bis     14%    Chrom       1111d    0,1 bis     0,52"'    Kohlenstoff, sowie     auste-          nitische,    weniger oder gar nicht     härtbare    Ar  ten mit 7 bis 1.2     %    Nickel, 18 bis 20     %    Chrom  und zwischen 0,04 und 0,4%     Kohlenstoff     verwendet werden.

   Silizium oder Mangan  oder andere     Zumischungen    oder Verunreini  gungen können in Bruchteilen von 1     %    anwe  send sein.  



  Gemäss der Erfindung besteht der Form  körper     z11    65 bis 95     Volumprozent        aus    einem  Netzwerk     aus    rostfreiem Stahl, das von einem       andern    metallischen Netzwerk niedrigeren  Schmelzpunktes durchsetzt ist..  



  Gegenstand des Patentes ist ferner ein  Verfahren zur Herstellung eines solchen  Formkörpers, das dadurch gekennzeichnet       ist,    dass ein     Pressling    aus rostfreiem Stahl  pulver mit 35 bis 5     Volumprozent        Porosität     hergestellt und ein niedriger     schmelzender,          metallischer        Werksstoff    in den     Pressling    ein  geseigert wird.  



  Das Netzwerk niedrigeren Schmelzpunktes       enthält,        vorteilhaft    eines der Metalle Kupfer,  Silber oder Zinn als Hauptbestandteil, was  dadurch erreicht wird, dass in den     Pressling          aus    rostfreiem Stahlpulver ein Werkstoff       eingeseigert    wird, der als     Flaup@tbestandteil       eines der Metalle Kupfer, Silber oder Zinn  enthält..  



  Das erfindungsgemässe Verfahren kann  beispielsweise ausgeführt werden,     indem    rost  freies     Stahlpulver    unter Drücken zwischen  2800 und     1l.000        k,-;/em2    zu einem porösen       Pressling    oder  Skelettkörper  gepresst wird,  welcher z.     B.    die     Gestalt    einer Stange, eines       Ingots    oder eines sonstigen Formkörpers be  sitzen mag; in den Skelettkörper wird dar  nach Kupfer oder eine     Kwpferlegierung,    Sil  ber oder eine     Silberlegierung    oder Zinn bzw.

    eine Zinnlegierung     eingeseigert,    so dass die  ser geschmolzene Werkstoff die     znsa.mmen-          hängenden    Poren des     Skelettkörpers    durch  setzt und nach dem Kühlen ein Netzwerk  bildet, welches mit dem Skelettkörper fest  verbunden,     insbesondere    mit dessen Ober  fläche legiert ist.     Gewünschtenfalls    kann der  Skelettkörper vor dem     Einseigern    gesintert       -,v    erden.  



  Das     Netzwerk    aus rostfreiem     Stahl    kann  18 bis 20     %    Chrom, 6 bis 10     %    Nickel und 0,04  bis     0,1%    Kohlenstoff enthalten.  



  Durch Pressen des Skelettkörpers unter  den angegebenen Drücken wird die Abnut  zung der     Pressform    erheblich     verringert.    und  eine     Porosität    zwischen 35 und 5     %    vorzugs  weise 25 und<B>15%</B> erhalten; die     grössere    Po  rosität resultiert von geringeren     Pressdrük-          ken    und kann, wenn gewünscht,     darnach     durch Sintern des     Presslings    verringert wer-      den.

   Die Gestalt und Abmessungen des end  gültigen Körpers sind im wesentlichen durch  die Form     bestimmt,    in welcher der Skelett  körper     verpresst    wurde, so dass keine nach  trägliche mechanische Bearbeitung eines Kör  pers relativ einfacher Form erforderlich ist.       Komplizierte    Körperformen können durch  Bearbeitung des Skelettkörpers nach dem  Sintern und manchmal nach dem     Einseigern          hergestellt    werden und bedürfen geringerer       mechanischer    Bearbeitung als     Gusskörper          ans    rostfreiem Stahl.  



  Eine     Mischung    von rostfreien Stahlpul  vern verschiedener Korngrösse ist für die Er  findung besonders geeignet. Wenn der     Press-          ling    eine     Porosität    von beispielsweise 25 bis  <B>107,</B> aufweisen soll, werden ungefähr zur       Hälfte        Partikel    von einem Durchmesser klei  ner     als    250     Mikron    verwendet, während die  andere Hälfte     aus    Partikeln von einem  Durchmesser grösser als 40     Mikron    besteht.

    Pulver rostfreien Stahls, dessen Körner  einen Höchstdurchmesser von 150     Mikron     und     einen    Mindestdurchmesser von 75     Mi-          kron    besitzen, sind für viele Anwendungen       gleichfalls    vorteilhaft.  



  Zum     Einseigern    kann Pulver von Kupfer  oder einer Kupferlegierung benutzt werden.  Granuliertes oder in Kugelmühlen zerklei  nertes Pulver wird     elektrolytischem    Pulver  vorgezogen, welch letzteres oft Gase     entwik-          kelt    und korrodierende Rückstände des  Elektrolyten enthält.

   Eine     Kupferlegierung          von.        ungefähr    65 bis     95, o    Kupfer, 3 bis 5 j       Eisen        und/oder    3     bis   <B>10%</B> Nickel     und/oder     3 bis     10ö    Mangan     turd/oder    andern gering  fügigen     Zumischimgen    ist vorteilhaft.

   An  Stelle einer fertigen     Kupferlegierung    kön  nen die zerkleinerten     Bestandteile    der Legie  rung in Mischung verwendet werden und sol  len vorzugsweise eine Korngrösse besitzen, de  ren     Dilrchmesser    unter 75     Mikron    ist.

   Das  Pulverdes     einzuseigerndenWerkstoffes    kann       beispielsweise    lose auf den porösen     Pressling     aufgelegt     werden,    oder     vorgepresst    oder in  Pillenform gebracht werden; der     vorgepresste     Werkstoff kann eine     Oberfläche        besitzen,    de  ren Form derjenigen des     Fläehenteils    des po-         rösen        Presslings    angepasst ist, durch welchen  die     Einseigerung    erfolgt. Die Pillen können  unter verhältnismässig geringem Druck, wie  z.

   B.<B>1500<U>kg</U></B>     /cm=,    in billiger Massenfertigung       hergestellt    werden. Die Pillen oder     sonstigen     Formkörper aus dem     einzuseigernden    Metall  können auch gesintert werden, um die pul  verigen Legierungsbestandteile, wenn solche  verwendet werden, zu legieren oder den Zu  sammenhalt einer Pille     aus    einer fertigen Le  gierung zu erhöhen.     Selbstverständlich    kön  nen die Pillen auch in Formen     gegossen    wer  den.

   Insbesondere können fertige, marktgän  gige Kupferlegierungen,     beispielsweise    aus  Kupfer, Eisen, Nickel und Mangan in den  oben angegebenen Verhältnissen     verwendet          werden.     



  In ähnlicher Weise kann Silber oder eine  Silberlegierung und Zinn oder eine Zinn  legierung angewendet werden, d. h. es kön  nen     entweder    fertige     Legierungen    oder pul  verige Mischungen der     LegierungZbestand-          i,eile    verwendet und geschmolzen werden; die  fertige     Legierung    oder die Pulvermischung  kann auch vorher zu Pillen oder     sonstigen     Formkörpern gepresst werden.  



  Der poröse     Pressling    aus rostfreiem Stahl  wird vorteilhaft in eine Form oder Schiff  chen aus Aluminiumoxyd, d,     Sillimanit,    oder  einem andern hoch     hitzebeständigen        kerarrri-          schen    Material oder     Mischung    solcher Mate  rialien eingesetzt.  



  Wie erwähnt, kann der     cinzuseigernde          -N#@Terk    Stoff auf oder unter den porösen     Press-          ling        gelegt    oder mit einer Seitenfläche des  selben in     Berührung        gebracht    werden.

   Insbe  sondere kann er auch in ein Abteil einer  Form eingesetzt werden, welsche mit. einem  andern Abteil     kommuniziert,    in welches der       Pressling    eingesetzt     isti;    nach dem Schmelzen  des Werkstoffes fliesst, er aus der einen Abtei  lung in die andere und wird in den     Pressling          hineingeseigert.    Zu letzterem.     Zweek    kann die  eine Abteilung, in welcher das     Infiltrat     erschmolzen wird, höher sein als die andere,  in welcher der     Pressling    liegt;

   natürlich kann  die     Form    auch gekippt werden, um das Ein-      fliessen der Schmelze in die Abteilung zu be  wirken, in welcher der     Pressling    liegt.  



  Das     Einseigern    wird     vorteilhaft    in einer  reduzierenden oder     Schutzatmosphäre        durch-          geführt.    Abhängig von der Grösse des     Press-          lings    und seiner     Porosität    wir die     Infiltrie-          rung    innerhalb einiger     Minuten,    z. B. 5 bis  15 Minuten, vollendet sein.

   Der infiltrierte       Körper    wird darauf vorteilhaft im gleichen  Ofen, in welchem die     Infiltrierung    durchge  führt wurde, langsam abgekühlt.     Wenn    eine       Kupferlegierung    der früher erwähnten     Zu-          sammen    Setzung     eingeseigert    wird, die insbe  sondere Mangan enthält, ist irgend ein Rück  stand des     Infiltrats    aussen am     Pressling    po  rös und     brüchin    und kann leicht abgehoben  werden, so dass eine glatte Oberfläche ver  bleibt.

   Durch Zumischen eines Bruchteils  eines Prozents pulverigen Aluminiumoxyds       zu    dem     1nfiltrat    oder durch Auflegen eines  solchen Pulvers auf den Flächenteil, durch  welchen die     Einseigerung    erfolgt, kann das  Abheben.     irgendeines    erstarrten     L?berschusses     des     Infiltrats        besonders    erleichtert werden.  



  Zum     Beispiel    wurde ein. poröser     Pressling          hergestellt        aus    rostfreiem Stahlpulver einer  Korngrösse kleiner als 250     Mikron    und grö  sser als 40     Mikron    Durchmesser. Das Pulver  enthielt<B>18%</B> Chrom, 8 % Nickel, weniger als  0,1 % Kohlenstoff, Rest Eisen. Der     Pressdruek     betrug zwischen 3500 und 5750     kg/em%    so  dass der     Pressling    eine     Porosität    von etwa  <B>15%</B> aufwies.

   Das     Infilt:rat    bestand     aus    85  Kupfer, 5 % Eisen, 5 % Nickel und 5 % Man  gan, also ausser Kupfer aus Metallen mit  einem Atomgewicht zwischen 54 und 58,8.  Nach dem Einstigern     wurde    ein dichter  und fester Körper erhalten, der einer  Hitzebehandlung unterworfen werden konnte,  insbesondere zwecks     Ausscheidungshärtung.     Der     Pressdruck    kann zwischen 3000 und  11000     kg/cmz    schwanken und das Pulver  hierauf derart gesintert. werden, dass seine  Festigkeit unter Beibehaltung zusammenhän  gender Poren vergrössert wird.  



  Als ein anderes Beispiel wurde aus rost  freiem Stahlpulver ein poröser     Pressling    der  oben erwähnten Zusammensetzung und Poro-         sität    hergestellt und mit einer Kupferlegie  rung aus 75 % Kupfer, 5 % Eisen, 10  Nickel und 10 % Mangan     infiltriert.    Der  erhaltene Körper konnte einer Ausschei  dungshärtung unterworfen werden und war  besonders korrosionsfest, z. B. gegenüber Sal  petersäure.  



  Beste physikalische Eigenschaften werden  erhalten mit     Presslingen    aus rostfreiem Stahl  pulver der oben erwähnten Zusammensetzung,  mit weniger als<B>0,1%</B> Kohlenstoff und einer       Porosität    von 15 %, wenn     dass    Ausgangspulver  Korngrössen aufweist, die sämtlich kleiner  sind als einem Durchmesser von 250     Mikron     entspricht, und 50 % davon einen grösseren  Durchmesser als 70     Mikron    und der Rest  einen Durchmesser grösser als 40     Mikron    auf  weisen, während die Kupferlegierung unge  fähr 90 bis 93 % Kupfer, 3 bis 5 % Eisen     und     3 bis 5 % Mangan enthält.

   Die infiltrierte  Kupferlegierung kann auch 85 bis 90 %     Cu,    3  bis 5 % Ni, 3 bis 5 % Fe und 3 bis 5 % bin  enthalten. Die Zugfestigkeit betrug etwa  6480     kg/cm=    bei einer Dehntrog von 20 %,  wenn der Prüfkörper in einer Mischung von       II,    und     N,    (gespaltetes Ammoniak). bei  650  C während einer Stunde erhitzt und dar  nach in Wasser     abgeschreckt    wurde. Im Ver  gleich mit gegossenem und gehärtetem rost  freiem Stahl, welcher gewöhnlich eine Zug  festigkeit von 6480 bis 8640     kg/em=    bei einer  Dehnung von 20 bis 40 % aufweist, ist dieses  Resultat günstig.

   Prüfkörper aus rostfreiem  Stahlpulver der angegebenen Zusammen  setzung und     Korngrössenv        erteilung    wiesen  nach langsamem Kühlen im Ofen eine     Poro-          sität    von 2 %, eine     Rockwell-B-Härte    von  etwa, 82 und eine Festigkeit von 6200     kg/cm=     bei einer Dehnung von 18 % auf. Nach einer  Hitzebehandlung eines derartigen Prüfkör  pers während 4 Stunden bei 375  C wurde  eine Zugfestigkeit von 6350 kg/cm:' bei einer  Dehnung von<B>19%</B> und einer     Rockwell-B-          Härte    von 86,5 beobachtet.  



  Aus einem     Pressling    mit<B>15%</B>     Porosität     aus rostfreiem Stahlpulver der oben erwähn  ten Zusammensetzung und     Korngrössenvertei-          lung,    der mit 3600 bis 4300     kg/em=        verpresst              imd    darauf mit einer Kupferlegierung der  oben     erwähnten        Zusammensetzung    infiltriert       wurde,    die vorher granuliert und darnach  v     erpresst    worden war, wurde nach dem Küh  len im Ofen ein Körper erhalten,

   dessen     Poro-          sität        kleiner    als 2     %    war, dessen     Roekwell-B-          Härte    90,5 und     Zugfestigkeit    6100     kg/cm=    bei  <B>15%</B>     Dehnung    betrugen.  



  Ein     Pressling    mit<B>15%</B>     Porosität    der frü  her erwähnten Zusammensetzung, der mit  einer Kupferlegierung der früher erwähnten  Zusammensetzung in der zuletzt beschrie  benen Weise infiltriert wurde, besass guten  Korrosionswiderstand, besonders gegen Luft,  Feuchtigkeit, Salzwasser und grösseren Kor  rosionswiderstand gegen Schwefelsäure als  gegossener rostfreier Stahl, und oxydierte     ge-          ringfügig    bei erhöhter Temperatur. Er wies  eine Zugfestigkeit von 5050     kg/cm=    und eine  Mindestdehnung von     10,-,    auf.  



  Ein     Presskörper,    infiltriert mit Silber oder  einer     Silberlegierung    war in gleichem Masse  korrosionsfest, jedoch weniger wirtschaftlich  wegen des Preises von Silber.  



  Ein     Pressling,    infiltriert mit Zinn oder  einer Zinnlegierung entsprechend niedriger       Schmelztemperatur,    war gleichfalls korro  sionsfest; er wird bei niedrigen Temperaturen  mit Vorteil verwendet, das heisst bei Tempera  turen, die unter dem     Schmelzpunkt    des  Zinnes oder der angewendeten Zinnlegierung  liegen, so z. B. für Behälter von Nahrungs  mitteln.

   Bei der Herstellung von rostfreien  Eisenkörpern, die mit Zinn oder einer Zinn  legierung infiltriert werden, ist es vorteilhaft,  den porösen     Pressling    zu sintern, um seine  Festigkeit zu erhöhen     und    seine     Porosität    zu  verringern,     und    das Zinn oder die Zinnlegie  rung erheblich über ihren     Schmelzpluzkt    zu  überhitzen, vorteilhaft auf ungefähr 1000 bis  1100  C während des     Einseigerns.     



  Im allgemeinen ist das Sintern des     Press-          lings    aus rostfreiem Stahl empfehlenswert,  wenn verhältnismässig kleine Mengen des     In-          filtrates    benutzt werden, um dem erhaltenen  Formkörper die gewünschten physikalischen       Eigenschaften    zu erteilen.    In jedem Fall wird gemäss der Erfindung  ein     Formkörper    erhalten, der hauptsächlich  aus einem     Netzwerk    aus rostfreiem Stahl be  steht, das von einem andern Netzwerk der an  gegebenen Metalle oder Metallegierungen  durchsetzt und mit diesem in den meisten  Fällen wenigstens oberflächlich legiert ist.

    Das letztere Netzwerk kann die Poren des  ersteren vollständig oder teilweise ausfüllen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass er zu 65 bis 95 Volumprozent aus einem Netzwerk aus rostfreiem Stahl besteht, das von einem andern metallischen Netzwerk nie drigeren Schmelzpunktes durchsetzt ist. II. Verfahren zur Herstellung eines Form körpers gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pressling aus rost freiem Stahlpulver mit 35 bis 5 Volumpr o- zent Porosität hergestellt und ein niedriger schmelzender, metallischer Werkstoff in den Pressling eingeseigert wird.

   UNTERANSPRCCHE 1. Formkörper nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die beiden Netz werke miteinander oberflächlich legiert sind. 2. Formkörper nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das andere Netz werk Kupfer als Hauptbestandteil enthält.. 3. Formkörper nach Patentanspruch I und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Netzwerk aus einer Kupfer legierung besteht. 4. Formkörper nach Patentaaispriich I, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Netz werk Silber als Hauptbestandteil enthält. 5. Formkörper nach Patentanspruch I lind Unteranspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass das andere Netzwerk. aus einer Sil berlegierung besteht..

   6. Formkörper nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Netzwerk Zinn als Hauptbestandteil enthält. 7. Formkörper nach Patentanspruch I und Unteranspruch 6, dadurch g ekennzeich- net, dass das andere Netzwerk aus einer Zinn legierung besteht. B. Formkörper nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk aus rostfreiem Stahl höchstens 0,1g,' Kohlen stoff enthält, das andere Netzwerk 5 bis 35 Volumprozent des Körpers ausmacht und aus einer Legierung von 75 bis 95/1y, Kupfer mit Eisen und Mangan besteht. 9.

   Formkörper nach Patentanspruch I und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeich net, dass die Kupferlegierung auch Nickel enthält.. 10. Formkörper nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, da.ss das Netzwerk aus rostfreiem Stahl, 18 bis 20 % Chrom, 6 bis 10 % Nickel und 0,04 bis 0,1 % Kohlen stoff enthält. 17..

   Formkörper nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk aus rostfreiem Stahl einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,1% aufweist und das an dere Netzwerk aus einer Kupferlegierung be steht, die mindestens 85/00' Kupfer und min destens ein Metall mit einem Atomgewicht zwischen 54 und 58,8 enthält und der Form körper eine Festigkeit von mindestens 5050 kg/em- und eine Mindestdehnung von 10,w, aufweist. 12. Verfahren gemäss Patentanspruch Il, dadurch gekennzeichnet, dass eine geschmol zene Kupferlegierung eingeseigert wird. 13.

   Verfahren gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass eine geschmol zene Silberlegierung eingeseigert wird. 14. Verfahren gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass eine geschmolzene Zinnlegierung eingeseigert wird. 15. Verfahren gemäss Patentanspurch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze einer pulverigen Mischung der Bestandteile einer Kupferlegierung eingeseigert wird. 16.

   Verfahren gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze einer pulverigen Mischung der Bestandteile einer Silberlegierung eingeseigert wird. 17. Verfahren gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze einer pulverigen Mischung der Bestandteile einer Zinnlegierung eingeseigert wird. 18.

   Verfahren gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, da.ss der einzusei- gernde Werkstoff vorher zu einem Form körper gepresst wird, der eine Aussenfläche besitzt, welche derjenigen des Oberflächen teils des porösen Presslings angepasst ist, durch -elchen die Einseigerung erfolgt. 19. Verfahren gemäss Patentanspruch II und Unteranspruch 18, dadurch gekennzeich net, dass der gepresste Formkörper aus dem einzuuseigernden Werkstoff gesintert wird. 20.

   Verfahren gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, da.ss der poröse Pressling aus rostfreiem Stahlpulver mit einer Kupferlegierung aus 90 bis<B>93%</B> Kup fer, 3 bis 5 % Eisen und 3 bis 5 % Mangan infiltriert wird. 21. Verfahren gemäss Patentanspurch II, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Pressling aus rostfreiem Stahlpulver mit. einer Legierung aus 85 bis 90 % Kupfer, 3 bis 5 % Nickel, 3 bis 5 % Eisen und 3 bis 5 % Mangan infiltriert wird. 22.

   Verfahren gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Pressling aus rostfreiem Stahlpulver vor dem Einseigern gesintert wird. 23. Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulver von rostfreiem Stahl, dessen Korngrösse 250 bis 40 Mikron entspricht, unter einem Druck von 3000 bis 11000 kg/em= v erpresst und derart gesintert wird, dass seine Festigkeit unter) Beibehaltung zusammenhängender Poren ver grössert wird.

   24. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass ein rostfreies Stahlpulver eines Korndurchmessers kleiner als 250 Mikron benutzt wird, wobei die Hälfte des Pulvers einen Korndurchmesser grösser als 70 Mikron und der Rest einen Korndurch messer grösser als 40 Mikron aufweist.