DE2652526C2

DE2652526C2 - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung hochverdichteter Metallblöcke

Info

Publication number: DE2652526C2
Application number: DE2652526A
Authority: DE
Inventors: Shunji Chiby Ito; Yoshihiro Chiby Kajinaga; Ichio Ichihara Sakurada
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1975-11-18
Filing date: 1976-11-18
Publication date: 1982-02-18
Also published as: GB1529936A; JPS5262109A; JPS5429291B2; DE2652526A1; US4138250A; CA1063755A; FR2332089B1; SE7612458L; SE435147B; FR2332089A1

Description

Die Erfindung betrifft ein pulvermetallurgisches Herstellungsverfahren für hochverdichtete Metallblökke mit den im Oberbegriff des vorstehenden Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein derartiges Verfahren ist bereits aus »Powder Metallurgy« (1958), Nr. 1/2 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Metallpulver oder eine Mischung aus Metallpulver und Nichtmetallpulver in einen verformbaren Metallbehälter gepackt und dieser nach Erwärmen durch Warmverformung auf die angestrebte Dichte verdichtet.

Dieses bekannte Verfahren ist insofern nachteilig, als komplizierte Entgasungsmaßnahmen unter Vakuum erforderlich sind, um zu verhindern, daß sich die Pulvercharge mit Gasen umsetzt. Ferner ist für dieses bekannte Verfahren typisch, daß die Warmverformung entweder als Stauchung, also beispielsweise im offenen Gesenk, oder im geschlossenen Gesenk, d. h. unter Umschließen der nicht gedrückten Behälterwände erfolgt. Es versteht sich, daß das Anwenden lediglich nur einer Warmverformungstechnik einen stark einachsig beeinflußten Verformungszustand im fertigen Erzeugnis hervorruft.

Aus dem Buch von Kieffer/Hotop Sintereisen und Sinterstahl, 1948, Seiten 158 bis 163, sind die Grundlagen der Sintermetallurgie bekannt Insbesondere nennt diese Veröffentlichung Teilchendurchmesser der verwendeten technischen Eisenpulver von 0,075 bis 0,1 mm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der aus »Powder Metallurgy« (1958) Nr. 1/2 bekannten Gattung so auszubilden, daß bei vermindertem technischen Aufwand Erzeugnisse mit möglichst noch gesteigerter Dichte erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Im Rahmen der vorstehend angegebenen Aufgabe schafft die Erfindung auch einen Metallbehälter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieser Metallbehälter ist in erster Linie im vorstehenden Anspruch 4 angegeben.

Der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielbare technische Fortschritt ist grundsätzlich darin zu sehen, daß sowohl das Erwärmen der Pulvercharge auf die Warmverformungstemperatur als auch die Warmverformung selbst an Luft durchgeführt werden können, wohingegen der Stand der Technik auf das Arbeiten im Vakuum angewiesen ist. Erfindungsgemäß wird die Pulvercharge vor unerwünschter Oxidation dadurch geschützt, daß auf der Pulvercharge eine Trennwand und auf dieser Trennwand ein kohlenstoffhaltiges Pulver angeordnet werden. Dabei ist jedoch die als Platte ausgebildete Trennwand so auf dem Behälter angeordnet, daß ein Luftzutritt so lange ermöglicht ist, wie noch kein kohlenstoffhaltiges Pulver als Decklage

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aufgebracht ist Bei Reaktionstemperatur setzt sich sodann Sauerstoff mit dem kohlenstoffhaltigen Pulver nut der Wirkung um, daß lediglich reduzierende Gase in die Pulvercharge eindringen können.

Ferner ergibt sich eine Qualitätssteigerung des hergestellten Erzeugnisses dadurch, daß die primäre Warmverformung in zwei Stufen unterteilt ist, die jeweils einen spezifisch eigenen Verformungsvorgang umschließen. So wird die Pulvercharge in der ersten Hälfte d^r Primär-Warmverformung im offenen Ge- ι ο senk oder in genuteten Walzen verformt, also ohne Umschließung der Behälter-Seitenwände. Anschließend erfolgt in der zweiten Hälfte der Primär-Warmverformung das Verformung unter Umschließung der Behälter-Seitenwand, also beispielsweise im geschlosse- ι "> nen Gesenk oder mittels geschlossenen Kaliberwalzen oder dergleichen. An die beiden Hälften der Primär-Warmverformung schließt sich sodann noch eine Sekundär-Warmverformung an, während welcher dem Erzeugnis die angestrebte Dichte von nahezu 100% -'<> erteilt wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden in der Primär-Warmverformung Gesamtverformungsverhältnisse von 2,3 bis 3,2 erreicht.

Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß -'> als kohlenstoffhaltiges Pulver zu um Anordnen auf der Trennplatte ein pulverförmiger Naturgraphit verwendet wird.

Der zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung geschaffene Metallbehälter zeichnet sich ω dadurch aus, daß eine aus Metall bestehende Trennplatte auf dem Pulver und das kohlenstoffhaltige Pulver derart auf der Trennplatte angeordnet werden, daß Gase durch das kohlenstoffhaltige Pulver hindurch in den Behälter einzudringen und aus demselben auszutre- j-> ten vermögen. Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die Trennplatte, das kohlenstoffhaltige Pulver sowie ein das kohlenstoffhaltige Pulver umringender Rahmen im Inneren des Behälters angeordnet sind und daß eine eine Gasdurchtrittsöff- ■*() nung aufweisende Metailabdeckung am Behälter befestigt ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters ist vorgesehen, daß die Trennwand im Inneren des Metallbehälters, daß eine « eine Gasdurchtrittsöffnung aufweisende metallische Abdeckung am Metallbehälter und daß eine metallische Kappe, die eine Gasdurchtrittsöffnung aufweist und mit einem kohlenstoffhaltigen Pulver gefüllt ist, an der metallischen Abdeckung befestigt ist, so daß die >n Gasdurchtrittsöffnung abgedeckt ist.

Ferner kann vorgesehen sein, daß eine Schweißlinie an einer Behälterseitenwand an einer Stelle vorgesehen ist, die von der parallel zur Kompressicnsrichtung veriaufenden Behälterkante verschieden ist, wobei diese « Schweißlinie zusätzlich zu am Umfang der oberen und unteren Abdeckungen verlaufenden Schweißlinie angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die feo Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Flußdiagramm der erfindungsgemäß aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Druck bei der primären Warmverformung des Stahlpulvers und der relativen Dichte des primär warmverformten Preßkörpers,

Fig.3A eine Aufsicht auf eine Ausführungsform eines beim erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendenden Metallbehähers,

Fig.3B einen Vertikalschnitt durch den in Fig.3A dargestellten Behälter entlang der Linie A-A' in Pfeilrichtung,

F i g. 4A eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform eines bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwendenden Metallbehälters, und

Fig.4B einen Vertikalschnitt durch den in Fig.4A dargestellten Behälter entlang der Linie B-B' in Pfeilrichtung.

Im Rahmen der Erfindung können Metallpulver unter Einschluß von Metallen, Legierungen und deren Mischungen verwendet werden. Außerdem können auch Mischungen aus Metallpulvern und nichtmetallischen Pulvern verwendet werden, wobei die nichtmetallischen Pulver bis zu 10 Gew.-°/o der Mischung ausmachen. Auch solche Mischungen lassen sich nämlich zu einem Metallblock mit hoher Dichte verarbeiten. Als nichtmetallisches Pulver seien Graphitpulver sowie Karbid-, Oxid-, Nitrid- und Sutfidpulver genannt.

Übersteigt die Menge an nichtmetallischen Pulvern 10 Gew.-%, so werden die Metallpulver bei der Warmverformung nicht dichtgesintert, was zur Folge hat, daß im erzeugten Metallblock viele Risse auftreten, so daß kein hochverdichteter Metallblock erzielt werden kann. Aus diesem Grunde ist die Menge an nichtmetallischen Pulvern auf maximal 10 Gew.-% begrenzt.

Das in der Pulvermischung enthaltene nichtmetallische Pulver kann gemischt mit Metallpulvern vorliegen oder auf der Oberfläche oder im Inneren der Metallpulver-Teilcheri vorhanden sein.

Bei der Erfindung ist die Teilchengröße des Pulvers von Bedeutung. Pulver mit zu großer Teilchengröße lassen sich nicht gleichmäßig mischen, was das Erzielen eines gleichmäßig verdichteten Metallblockes unmöglich macht. Ferner können ungleichmäßige Mischungen zum Auftreten von Rissen im Metallblock während des Verformens führen. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, Pulver mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 1 mm zu benutzen. Werden jedoch Pulver mit extrem feiner Teilchengröße verwendet, so muß das Pulver in einer Primär-Warmverformung mit einem Verformungsverhältnis von nicht weniger als 5,6 verpreßt werden, um einen primär-warmverformten Preßkörper mit der vorbestimmten relativen Dichte zu erzielen. Das extrem feinzerteilte Pulver kann nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einen verdichteten Metallblock überführt werden. Wird eine primäre Warmverformung mit einem Verformungsverhältnis von nicht weniger als 5,6 ausgeführt, so wird der Behälter zerbrochen und treten Risse im warmverformten Preßkörper auf. Demzufolge kann das extrem feine Pulver nicht im Rahmen dieser Erfindung verwendet werden.

Ein Behälter zur Aufnahme des Pulvers sowie die Verfahrensweise zum Einbringen des Pulvers in den Behälter können frei so gewählt werden, daß die erfindungsgemäßen Wirkungen herbeigeführt werden, da sie keinerlei speziellen Beschränkungen unterliegen.

Ein Metallbehälter wird so verwendet, daß eine Warmverformung des Pulvers an Luft ausgeführt werden kann. Das Metall des Behälters ka*-.i jegliches Material sei, welches der Warmverformr.ig gewachsen ist.

Handelt es sich bei dem Pulver um eine Mischung, so

ist es erforderlich, die Segregation der Teilchen zu berücksichtigen. Die meisten Pulver besitzen eine Teilchengröße von nicht mehr als 1 mm und eine relative Dichte von 19 bis 57% der theoretischen Dichte. Der größere Teil der Pulver hat jedoch eine relative Dichte von 29 bis 43%. Sehr feine Pulver mit einer besonderen Gestalt besitzen jedoch gelegentlich niedrige Dichten von weniger als 19%.

Der im folgenden beschriebene Verfahrensschritt des Abschneidens der Sauerstoffzufuhr mit Hilfe von kohlenstoffhaltigem Pulver (Schritt C in F i g. 1) hat den Zweck, eine Warmverformung des in einem Metallbehälter enthaltenen Pulvers an Luft zu ermöglichen, weshalb dieser Schritt von großer Wichtigkeit ist.

Ein Verfahren zum Verhindern der Oxidation von in einem Behälter enthaltenen Pulvern ist bereits in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 103 521/72 und 64 617/73 beschrieben, wobei der Behälter nach der Evakuierung dichtend verschlossen wird. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß das Handhaben des Behälters mit Mühe verbunden ist und daß das Pulver wegen des vollständigen Abschließens des Luftzutrittes nicht reduziert wird. Außerdem ist dieses Verfahren nicht zur Massenproduktion von Metallblöcken geeignet und außerdem unwirtschaftlich.

Erfindungsgemäß wird im Gegensatz zum Stand der Technik ein kohlenstoffhaltiges Pulver zwischen das Ausgangspulver und die Luft eingebracht, um auf diese Weise das Pulver vor dem Luftzutritt zu schützen. Dabei wird in der Luft enthaltener Sauerstoff bei einer Hochtemperaturglühung nach Umwandlung in Kohlenmonoxid in den Behälter eingeführt, wodurch im Behälterinneren stets eine reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten wird. Dies hat zur Folge, daß nicht nur das im Behälter vorliegende Pulver vor einer Oxidation geschützt ist, sondern daß das Pulver statt dessen reduziert wird.

Im folgenden werden die Art des den Sauerstoffzutritt unterbindenden kohlenstoffhaltigen Pulvers und die Verwendungsweise dieses Pulvers näher erläutert

Im Rahmen der Erfindung können alle kohlenstoffhaltigen Pulver mit einem Kohlenstoffgehalt von wenigstens 50% verwendet werden, welche dazu geeignet sind, den Sauerstoffzutritt zum Pulver vollständig zu unterbinden. Kohlenstoffhaltiges Pulver mit einer Teilchengröße von nicht mehr als etwa 1 mm ist einfach zu handhaben und kann Luftsauerstoff beim Glühen wirksam in Kohlenmonoxid umwandeln. Die Menge an Kohlenstoff und die Teilchengröße sind jedoch nicht in spezieller Weise beschränkt, so daß alle Arten sogenannter kohlenstoffhaltiger Pulver verwendet werden können.

Im allgemeinen läßt sich Naturgraphit-Pulver mit niedrigem Schwefelgehalt vorteilhaft verwenden. Zusätzlich zu einem derartigen kohlenstoffhaltigen Pulver können Metallpulver, die leichter oxidierbar sind als das zu verdichtende Pulver als »Sauerstoff-Fänger« verwendet werden. Die Verwendung derartiger Metallpulver ist jedoch nicht unbedingt vorteilhaft, weil derartige Metallpulver teuer sind und häufig nicht imstande sind, den Sauerstoffzutritt völlig zu unterbinden. Das bedeutet, daß die Metallpulver mit einer größeren Geschwindigkeit abbrennen als die kohlenstoffhaltigen Pulver, wobei sie nicht in die Gasphase übergehen, weshalb sie im Gegensatz zu kohlenstoffhaltigen Pulvern nicht zur Ausbildung einer reduzierenden Atmosphäre imstande sind. Wird Metallpulver als »Sauerstoff-Fänger« benutzt, so ist es demzufolge erforderlich, diese Pulver in größeren Mengen zu verwenden. Außerdem ist das Metallpulver nicht so wirksam.

Wegen der vorstehend genannten Gründe ist bei der Erfindung das den Sauerstoffzutritt unterbindende Mittel auf kohlenstoffhaltiges Pulver beschränkt.

Einer der wichtigen Punkte bei der Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Pulvers ist darin zu sehen, daß der Kontakt des kohlenstoffhaltigen Pulvers mit dem Pulver

ίο oder eine unvollständige Mischung derselben unbedingt vermieden werden muß. Treten ein derartiger Kontakt oder eine unvollständige Mischung einmal auf, so reagiert das Pulver in der Berührungszone bzw. in den unvollständig vermischten Bereichen unter Ausbildung von Karbiden oder von aufgekohlten Schichten. Das hat zur Folge, daß während der Warmverformung Risse in dem Preßkörper auftreten und daß der Metallblock bei der Fertigbearbeitung zerbricht.

Ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Pulvers ist darin zu sehen, daß das Pulver während des Glühens oder während der Warmverformung des im Behälter enthaltenen Pulvers vor einem raschen Verbrennen geschützt werden muß. Soll ein rasches Verbrennen des kohlenstoffhaltigen Pulvers verhindert werden, so ist es erforderlich, die Größe und Anzahl der in einem Behälterdeckel ausgebildeten Gas-Öffnungen geeignet zu wählen und die Menge des zu verwendenden kohlenstoffhaltigen Pulvers genau zu bestimmen. Auswertungen von Versuchsergebnissen haben erbracht, daß sich gute Ergebnisse dann erzielen lassen, wenn die Gas-Öffnungen in der Mitte eines Behälterdeckels ausgebildet sind und wenn die Gesamtfläche der Gas-Öffnungen nicht größer ist als 10%, bezogen auf die innere Querschnittsfläche eines Behälters.

Die Anzahl, Gestalt und Anordnung der Gasdurchtritte kann frei gewählt werden. Die Gas-Durchtritte müssen jedoch unmittelbar oberhalb oder unterhalb des vom kohlenstoffhaltigen Pulver eingenommenen Bereiches angeordnet sein.

Die Menge an zu verwendendem kohlenstoffhaltigen Pulver wird im folgenden erläutert 1st kohlenstoffhaltiges Pulver in der Innenseite eines Behälters angeordnet, derart, daß das Pulver nicht in direkter Berührung mit dem zu verdichtenden Pulver steht, wie mit Hilfe einer Trennplatte, so muß die Höhe der Kohlenstoffpulver-Schicht innerhalb eines Bereiches von 1/100 bis 1/20, bezogen auf die Höhe des Behälters, liegen und muß die Fläche der Kohlenstoffpulverablagerung innerhalb eines Bereiches von 5 bis 65%, bezogen auf die innere Querschnittsfläche des Behälters, liegen. Die unteren Grenzen für die Dicke und die Räche der Kohlenstoffpulver-Schicht sind die kleinsten benötigten Mengen, um eine Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Pulvers während des Glühens zu verhindern. Demgegenüber ergeben sich die oberen Grenzen durch die größten erforderten Mengen zum Verhindern eines Kontaktes zwischen dem Pulver und dem kohlenstoffhaltigen Pulver oder zum Verhindern einer unvollständigen Mischung derselben während der Warmverformung.

Wird kohlenstoffhaltiges Pulver an der Außenseite eines Behälters angeordnet, so ist die niedrigste benötigte Menge die gleiche wie im Falle der Anordnung des Pulvers an der Innenseite des Behälters, wobei die obere Grenzmenge nicht im einzelnen angegeben ist Da eine mit kohlenstoffhaltigem Pulver

- gefüllte metallische Vorratsschale an der Außenseite eines Behälters angeordnet wird, kann die Dimension

einer solchen Vorratsschale frei gewählt werden. Weil der Vorratsbehälter zusammen mit dem kohlenstoffhaltigen Pulver unmittelbar vor dem Warmverformen entfernt werden kann, besteht nicht die Gefahr, daß das kohlenstoffhaltige Pulver mit dem Pulver in Berührung treten kann oder daß eine unvollständige Mischung der beiden genannten stattfindet. Die Verwendung einer überschüssig großen Menge an kohlenstoffhaltigem Pulver führt jedoch nicht zu einer Steigerung des Effektes und aus diesem Grunde ist die Menge des an der Behälteraußenseite anzuordnenden kohlenstoffhaltigen Pulvers genau unter Bezug auf den Fall, wo das Pulver im Behälterinneren angeordnet ist, zu wählen.

Die primäre Erhitzung (Fig. 1, Verfahrensstufe D) erfolgt, um das Pulver gleichmäßig an Luft zu erhitzen. Diese Prirnärerhitzung ist erforderlich, um das in dem Behälter vorhandene Pulver bei der folgenden primären Warmverformung in einen Preßkörper mit hoher Dichte zu verwandeln. Die tiefste Temperatur der gleichmäßigen Erhitzung des Pulvers in dieser Verfahrensstufe beträgt (Fp. xO,67)°C, wobei Fp. eine Temperatur bezeichnet, bei der das Pulver zu schmelzen beginnt. Wird eine Warmverformung bei einer Temperatur begonnen, die unter der vorstehend genannten Temperatur liegt, so zerbricht der Metallbehälter wegen einer nichtausreichenden plastischen Verformbarkeit, was zur Folge hat, daß das in dem Behälter enthaltene Pulver oxidiert wird und sich Risse im fertig verarbeiteten Metallblock zeigen. Außerdem besitzt das Pulver selbst bei derart niedriger Temperatur nur eine unbefriedigende Heiß-Verpreßbarkeit, weshalb ein hoher Druck bei der Primär-Warmverformung erforderlich ist, um einen Preßkörper mit vorbestimmter Dichte zu erzielen, wobei die Bearbeitungsmaschine, die Formen, Matrizen, Walzen oder dergleichen überbeansprucht werden. Wird die Kapazität der Bearbeitungsmaschine begrenzt, so wird außerdem die Erzeugung von Metallblöcken mit großen Abmessungen erschwert. Aus diesem Fall muß die niedrigste Temperatur bei der Primärerhitzung(Fp. χ 0,67)°C betragen.

Demgegenüber bestimmt sich die höchste Temperatur bei der Primärerhitzung unter dem Gesichtspunkt der gleichmäßigen Erwärmung des Pulvers. Das heißt, daß selbst dann, wenn das Ausgangs-Pulvermaterial in einem relativ kleinen Behälter allmählich erhitzt und auf einer vorbestimmten Temperatur ausreichend lange gehalten wird, um eine gleichmäßige Erhitzung des Pulvers zu erzielen, die Temperaturschwankung bis etwa 50°C ausmacht Demzufolge muß die höchste Erhitziingstemperatur bei der Primärerhitzung (Fp. — 50)° C betragen, um ein örtliches Schmelzen des Pulvers zu verhindern.

Schmilzt ein Teil des Pulvers, so werden große Hohlräume mit unregelmäßiger Gestalt gebildet, was zur Folge hat, daß das Pulver nur schwer zu einem verdichteten Metallblock bei den nachfolgenden Warmverarbeitungen verarbeitet werden kann. Außerdem werden dadurch Risse und dichte Schwankungen im fertiggestellten Metallblock hervorgerufen. Außerdem ist das Pulver in den geschmolzenen Bereichen flüssig geworden und segregiert Um den erfindungsgemäß angestrebten homogenen Metallblock zu erzielen, muß somit ein Schmelzen des Pulvers verhindert werden.

Um außerdem auch einen primär warmverformten Preßkörper mit höherer Dichte zu erzielen, wird die Primärerhitzung vorzugsweise bei einer Temperatur von(Fp. x0,80)^oCbis(Fp. -50)°Cdurchgeführt

Die zur gleichmäßigen Erhitzung des Pulvers bei der

Primärerhitzung benötigte Zeit schwankt in Abhängigkeit von der Art, dem Gewicht und der Chargierdichte des Pulvers, sowie von der Art, dem Gewicht und der Wanddicke des Behälters sowie der Erwärmungskapa^r> zität des verwendeten Ofens. Demzufolge ist es schwierig, eine geeignete Erhitzungsdauer zu bestimmen. Wird die Temperatur jedoch Schritt um Schritt gesteigert, so kann die zur gleichmäßigen Erhitzung des Pulvers auf eine vorbestimmte Temperatur benötigte

ι ο Zeitdauer verkürzt werden.

Alle Arten von Glühofen können verwendet werden und Gasofen, Schwerölöfen, Elektroöfen, Induktionsöfen und dergleichen können in geeigneter Weise unter Berücksichtigung der Pulvereigenschaften und der

Herstellungskosten ausgewählt werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, weiches eine Vielzahl von Warmverformungsschritten umfaßt, kann ein hochdichter Metallblock einfacher als nach dem herkömmlichen Verfahren der Pulververdichtung

hergestellt werden, wobei bei diesem herkömmlichen Verfahren der Metallblock direkt mit Hilfe eines einzigen Warmverarbeitungsschrittes hergestellt wird. Insbesondere können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren großformatige Metallblöcke vorteilhaft her gestellt werden. Das heißt, wenn es angestrebt ist, einen hochdichten Metallblock direkt aus dem Pulver mittels eines einzigen Warmverformungsschrittes zu erzielen, so ist ein sehr hoher Arbeitsdruck erforderlich und ist die Abmessung des Metallblockes durch die Festigkeit des Formwerkzeuges und die Kapazität der verwendeten Bearbeitungsmaschine begrenzt. Die Erfinder haben zahlreiche Versuche ausgeführt, um die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und haben dabei das zweistufige Warmverformungsverfahren nach der Er findung aufgefunden.

Zum Erzielen dieser Ziele ist das Verhältnis der Dichte des primär warmverformten Preßkörpers zu seiner theoretischen Dichte auf einen Bereich von 64 bis 96% begrenzt Das bedeutet, der untere Grenzwert von 64% ist die niedrigste relative Dichte, die zum Verhindern des Zusammenbruches des Preßkörpers und der Rißbildung im Preßkörper bei der Sekundärwarmverformung erforderlich ist Demgegenüber stellt der obere Grenzwert von 96% eine relative Dichte dar, die bei einem relativ niedrigen Druck bei der Primärwarmverformung erzielt werden kann.

F i g. 2 zeigt die Abhängigkeit oder die Veränderung der relativen Dichte eines aus einem legierten Stahlpulver (0,4% Kohlenstoff, 1% Chrom) hergestell ten Preßkörpers mit einem großen Formänderungs widerstand als Funktion des Preßdruckes bei der Primär-Warmverformung nach der Erfindung dar. Aus Fig.2 ist ersichtlich, daß ein Druck von etwa 2 t/cm² erforderlich ist, um einen Preßkörper mit einer relativen Dichte von 96% zu erzielen. Wird das vorstehend genannte legierte Stahlpulver einer Primär-Warmverformung mit Hilfe einer 10 000-t-Presse unterworfen, welche vermutlich die geeignetste unter den herkömmlich benutzten Verformungsmaschinen darstellt, so kann das Pulver demzufolge zu einem Preßkörper mit einer relativen Dichte von 96% verformt werden, da die theoretisch zu verpressende Querschnittsfläche maximal 5000 cm² beträgt und es unmöglich ist, daß ein mit Metallpulver gefüllter Behälter zu verpressen ist, dessen Querschnittsfläche größer als 5000 cm² ist. Es hat sich herausgestellt, daß ein Druck von etwa 0,05 bis 2 t/cm² erforderlich ist, um das Ausgangs-Pulvermaterial zu einem Preßkörper mit einer relativen Dichte von 64 bis

96% zu verdichten.

Hinsichtlich der erforderlichen Formwerkzeuge oder Walzen für die primäre Warmverformung und hinsichtlich der Kompressionsverfahren sei folgendes angemerkt Bei der Primär-Warmverformung wird ein mit Pulver gefüllter Behälter eingeschlossen in die Matrize verformt. Demzufolge ist es schwierig, das Pulver direkt in einen Preßkörper mit einer hohen Dichte durch ein Freiverformungssystem zu verarbeiten, wie ein Freischmieden oder Freiwalzen, wobei unter Freiverarbeitung eine Verarbeitung oder Verformung angesprochen ist, welche die Seitenwandungen eines mit Pulver gefüllten Behälters nicht parallel zur Preß- oder Verformungsrichtung umschließt. Das heißt, bei einem Freiverformungssystem können die Wände die druckfreien Seitenflächen des Rohmatcrialpulvcrs nicht vollständig umschließen, selbst wenn die Behäiterwände vorhanden sind. Demzufolge fließt das Ausgangsmaterial in die druckfreie Richtung, was zur Folge hat, daß es schwierig ist, das Pulver zu einem Preßkörper mit einer hohen Dichte zu verarbeiten, so daß Risse im Preßkörper auftreten.

Es ist deshalb erforderlich, die druckfreien Seitenwandungen des Behälters mit Pulver zu umschließen. Als Verfahren für diese Umschließung, die im wesentlichen den Zweck hat, den Wänden ein Ausweichen zu verwehren, kann vorteilhafterweise eine spezielle Formmatrize für das Schmieden oder Verpressen verwendet werden, die Hohlräume besitzt. Für das Walzen kann eine Kaliberwalze verwendet werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die druckfreien Seitenwandungen des Behälters nur in der zweiten Hälfte der Primär-Warmverformungsstufe umschließend festgelegt.

Das vorstehend beschriebene Umschließungssystem ist sehr wichtig bei der Erfindung und stellt eines der Merkmale der Erfindung dar. Das beim Primär-Warmverformen verwendete Verformungssystem ist jedoch eine Kompression, die im wesentlichen in einer unaxialen Richtung durchgeführt wird. Ferner gehört zu diesem Verformungssystem eine relative Kompression in Seitenrichtung, die wegen des Widerstandes durch die druckfreien Seiten lediglich leicht in der letzten Hälfte des Primär-Warmverformens erfolgt Demzufolge ist der auf die umschließende Oberfläche der Formmatrize und Walze ausgeübte Druck relativ gering. Diese Tatsache erklärt sich aus dem Umstand, daß der während der Primärwarmverformung auf das Pulver ausgeübte Druck relativ gering ist wie vorstehend beschrieben.

Das Verformungssystem der Primärwarmverformung wird irr. folgender, im einzelnen erläutert Die erste Hälfte de£ Primärwarmverformens ist ein Freiformsystem, bei welchem die druckfreien Seitenwände des Behälters mit Pulver nicht umschließend festgehalten sind. Die erste Hälfte wird bei einem Verformungsverhältnis von 1,5 bis 2,0 ausgeführt

Das bedeutet, daß in der ersten Hälfte der Primärwarmverformung der Verformungsvorgang in erster linie durch eine Kompression ausgeführt wird, die in uniaxialer Richtung derart aufgebracht wird, daß die druckfreien Seitenwände des Behälters mit Pulver nicht in Berührung mit den umschließenden Flächen einer Matrize oder einer Walze gelangen. Anschließend an die Freiformung in der ersten Hälfte der Primärwarmverformung wird der in der ersten Hälfte der Verformung erzielte Preßkörper weiter in der letzten Hälfte dieses Warmverformungsvorganges mit einem Verformungsverhältnis von weniger als 5,6, einschließlich des Reduktionsverhältnisses in der ersten Hälfte des Verformungsvorganges, unter derartigen Bedingungen weiterverformt, daß die druckfreien Seitenwände des Behälters mit dem Pulver umschlossen werden, worunter zu verstehen ist, daß die Berührungsfläche zwischen den druckfreien Seitenwänden und den Umschließungsoberflächen einer Matrize oder einer Walze allmählich vergrößert wird.

ίο Während dieser letzten Hälfte der Primärwarmverformung wird die Kompression in unaxialer Richtung hauptsächlich ausgeführt und die Menge des plastisch in die druckfreie Richtung bewegten Pulvers ist relativ gering.

is Wie bereits erwähnt, ist ein Merkmal der Erfindung darin zu sehen, daß die erste Hälfte der Primärwarmverformung in einem Freiformsystem ausgeführt wird, während die letzte Hälfte dieser Warmverformung im geschlossenen Gesenk bzw. mittels Kaliberwalzen ausgeführt wird.

In den Zentralbereichen der druckfreien Seitenwände des Behälters in einer zur Preßrichtung senkrechten Richtung ausgebildete Grate werden nach Beendigung aller Verformungsschritte abgeschnitten.

Es folgen einige Bemerkungen hinsichtlich der Gründe für die Begrenzung des Verformungsverhältnisses in der Primär-Warmverformungsstufe.

Wird in der ersten Hälfte der Primär-Warmverformungsstufe eine Freiverformung mit einem Verfor-

K) mungsverhältnis von weniger als 1,5 ausgeführt und sodann in der zweiten Hälfte dieser im geschlossenen Gesenk oder im geschlossenen Kaliber gearbeitet, so werden dicke Grate an den Seitenwänden eines mit Pulver gefüllten Behälters im zweiten Abschnitt der

)> Primärwarmverformung gebildet. Ein Teil des Pulvers bewegt sich zu den Graten und wird dort in einem nichtumhüllten Zustand gehalten, was dazu führt, daß Risse in den Gratbereichen des Preßkörpers während der sekundären Warmverformung auftreten.

4ii Wird demgegenüber die Freiverformung in der ersten Hälfte der Primärwarmverformung mit einem Verformungsverhältnis von mehr als 2,0 ausgeführt, so sind die druckfreien Seitenwände des Behälters nicht ausreichend umschlossen, und ein primär warmverformter

4^r> Preßkörper besitzt in diesen Abschnitten eine relative Dichte von weniger als 64%, was dazu führt daß in diesen Bereichen des Preßkörpers auch während der sekundären Warmverformung Risse auftreten.

Wie bereits beschrieben, muß die erste Hälfte der

so Primärwarmverformung mit einem Verformungsverhältnis von 1,5 bis 2,0 erfolgen. Bei der Erfindung ist es wichtig, die Beziehung zwischen den Behälterabmessungen und denen einer Formmatrize oder einer Walze so einzustellen, daß die erste Hälfte der Primärwarmverformung in dem oben genannten Verformungsverhältnis erfolgen kann.

Demgegenüber muß die allseitig umschlossene Verformung in der letzten Hälfte der Primärwarmverformung bei einem Verformungsgrad von weniger als 5,6 unter Einschluß des Verformungsverhältnisses in der ersten Hälfte des Verformungsvorganges vorgenommen werden. Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß der Behälter bricht und Risse im Preßkörper auftreten, falls das Verformungsverhältnis nicht kleiner als 5,6 ist Vorzugsweise beträgt das gesamte Verformungsverhältnis bei der primären Warmverformung 23 bis 3,2, einschließlich des in der ersten Hälfte sowie in der zweiten Hälfte der Verformung benutzten Verfor-

mungsverhältnisses.

Der Primär-Warmverformungsschritt kann in drei oder mehr Stufen unterteilt werden, in welchen Formmatrizen und Kaliberwalzen mit von Stufe zu Stufe unterschiedlichen Abmessungen und Gestaltungen verwendet werden. Ferner kann eine Formmatrize mit sich verjüngender Höhe oder sich verjüngender Breite verwendet werden, so daß eine teilweise Verformung von einem Ende des Behälters ausgehend vorgenommen werden kann, während sich das Pulver am anderen Ende des Behälters befindet.

Zu dem Primär-Warmverformungsvorgang, bei welchem ein mit kohlenstoffhaltigem Pulver gefüllter Vorratsbecher an der Außenseite eines Behälters befestigt ist, sei noch folgendes angemerkt. In diesem Fall ist der Verformungsvorgang genauso wie in dem Falle, wo das kohlenstoffhaltige Pulver in der Behälterinnenseite angeordnet ist. Es ist jedoch anzustreben, den mit kohlenstoffhaltigem Pulver gefüllten becherartigen Behälter gemeinsam mit dem kohlenstoffhaltigen Pulver unmittelbar vor der Primär-Warmverformung zu entfernen.

Die Sekundärerhitzung (Fig. 1, Verfahrensstufe F) wird vor der Sekundärwarmverformung vorgenommen. Diese Stufe ist nicht erfindungserheblich und wird im Bedarfsfalle ausgeführt Das heißt, wenn die Temperatur eines primär warmverformten Preßkörpers hoch genug ist, um direkt eine zweite oder sekundäre Warmverformung des Körpers vorzunehmen und wenn ferner Primär- und Sekundär-Warmverformungsmaschinen parallel benutzt werden können, so kann die Sekundärerhitzungsstufe fortgelassen werden. Ist jedoch die Temperatur des primär warmverformten Preßkörpers zu niedrig, um direkt eine Sekundärwarmverformung des Körpers durchzuführen, so muß der Körper wieder ähnlich wie bei der Primärerhitzungsstufe gleichförmig aufgeheizt werden. Selbstverständlich kann die Erhitzung an Luft ausgeführt werden, wobei die Glühzeit die gleiche ist, wie beim Glühen eines gewöhnlichen Erzeugnisses aus Gußmetall.

Wird das den Luftzutritt unterbindende System angewandt, bei welchem ein mit kohlenstoffhaltigem Pulver gefüllter Vorratsbecher an der Außenseite des Behälters befestigt wird, ϊο ist es vorteilhaft, die sekundäre Erhitzung erst dann durchzuführen, nachdem ein mit kohlenstoffhaltigem Pulver gefüllter Vorratsbecher an der Behälteraußenseite befestigt worden ist.

Die sekundäre Warmverformung (Fig. 1, Verfahrensstufe G) erfolgt gleichfalls an Luft Diese Sekundärwarmverformung wird zu dem Zweck ausgeführt, daß ein primärwarmverformter Preßkörper mit einer relativen Dichte von 64 bis 96% weiter zu einem fertigverarbeiteten Metallblock mit einer hohen Dichte und einer ausreichend hohen Festigkeit und Zähigkeit mittels eines Freiverformungssystems verarbeitet wird. Die sekundäre Warmverformung wird durch Schmieden, Walzen oder andere Verfahren durchgeführt, die der Verarbeitung eines gewöhnlichen Erzeugnisses aus Gußmetall gleichen. Die sekundäre Warmverformung wird im allgemeinen ausgeführt, aber in speziellen Fällen kann sie unter Verwendung eines geschlossenen Gesenks oder einer Kaliberwalze durchgeführt werden.

Der primärwarmverformte Preßkörper wird bei der Sekundärwannverformung einem Verformungsverhältnis von wenigstens 1,5 oder einer Querschnittsverminderung von wenigstens 30% unterworfen, um so einen fertigbearbeiteten Metallblock mit einer relativen Dichte von 95 bis 100%, bezogen auf die theoretische Dichte, zu erzielen. Die untere Grenze der relativen Dichte des fertigen Metallblockes bezieht sich auf den niedrigsten erforderlichen Wert für den fertigen Metallblock, so daß eine ausreichend hohe Festigkeit und Zähigkeit gewährleistet sind.

Wird die sekundäre Warmverformung mit Hilfe eines Freiverformungssystems ausgeführt, so tritt eine starke plastische Verformung im allgemeinen in lateraler Richtung im Preßkörper auf und ein fertig verarbeiteter

ίο Metallblock mit einer hohen Dichte und den angestrebten Dimensionen und der angestrebten Gestalt kann hergestellt werden.

Nachdem an den Oberflächen des sekundär warmverformten Metallblockes anhaftende Behälterabschnitte

π entfernt worden sind, falls erforderlich, wird der Metallblock zu Halbzeug wie einem Knüppel, einer Bramme oder dergleichen verarbeitet und, falls erforderlich, einer weiteren Verformung oder einer mechanischen Behandlung unterzogen, um ein Fertigerzeugnis zu erhalten.

Die F i g. 3A und 3B zeigen eine Ausführungsform für den Luftabschluß, bei welcher das kohlenstoffhaltige Pulver an der Innenseite des Behälters angeordnet ist. Wie in den F i g. 3A und 3B dargestellt, ist eine

.ι Trennplatte 3 mit einer der Innenabmessung der öffnung eines Behälters 1 entsprechenden Abmessung auf dem Pulver 2 angeordnet. Kohlenstoffhaltiges Pulver 4 ist auf der Trennplatte 3 angeordnet und ist von einem Rahmen 5 umgeben. Eine metallische Abdeckung

in 6 mit einer Gasdurchtrittsöffnung 7 ist am Behälter 1 befestigt. Die Gasdurchtrittsöffnung 7 ist zuvor durch den Deckel 6 gebohrt worden, so daß die öffnung 7 im wesentlichen im Zentralbereich des kohlenstoffhaltigen Pulvers 4 angeordnet ist. In einem solchen Fall kann der

Γι Rahmen 5 aus Metall, Holz, Kunststoff, Papier oder dergleichen bestehen. Es wurde gefunden, daß sich Hoiz am einfachsten handhaben läßt.

Ein Holzrahmen verkohlt während des Glühens, ist aber dennoch imstande, das kohlenstoffhaltige Pulver 4

4i) in dem Zentralbereich der Trennwand 3 zusammenzuhalten. Eine andere Aufgabe des Rahmens 5 besteht darin, eine äußere Kraft, deren Richtung senkrecht zur Ebene der Abdeckung 6 steht, von der Abdeckung 6 auf die Trennplatte 3 zu übertragen, wodurch das Pulver

α-, und das kohlenstoffhaltige Pulver in dem Behälter vor Bewegungen geschützt sind.

Die F i g. 4A und 4B zeigen eine andere Ausführungsform für den Luftabschluß, bei welcher das kohlenstoffhaltige Pulver in einem Vorratsbecher enthalten ist und

■-,ο der Becher an der Außenseite des Behälters befestigt ist In diesem Fall ist das Pulver 2 vollständig in einen Metallbehälter 1 eingefüllt und der Metallbehälter ! ist mit Hilfe eines Deckels 6 verschlossen. Eine durch die Abdeckung 6 gebohrte Gasdurchtrittsöffnung 7 ist behälterseitig mit Hilfe einer Trennplatte 3 verschlossen, die so angeordnet ist, daß der Gasdurchtritt nicht behindert ist Das heißt eine Trennplatte mit einer ausreichend großen Fläche zum Verschließen der Gasdurchtrittsöffnung 7 ist beispielsweise behälterseitig mit der Abdeckung 6 verschweißt, wobei jedoch unverschweißte Abschnitte gelassen werden. Wahlweise können auch Nuten vorgesehen sein, welche die Gasdurchtrittsöffnung 7 mit dem Inneren des Behälters 1 verbinden, wobei diese Nuten auf der Trennplatte 3 an deren Berührungsseite mit der Abdeckung 6 ausgebildet sind.

Ferner ist ein metallischer Vorratsbecher 8, dessen Fläche groß genug ist, um die GasdurchtrittsöffnunE

26 52 526	13	5	OJ	■%)	C ^!_	14	12	Ji >	ι U	CL	On
zu verschließen, am Deckel 6 vorgesehen, wobei dieser		uü (2	äs"				u I §	"" rvf
Vorratsbehälter zuvor mit kohlenstoffhaltigem Pulver 4			ω O	V
gefüllt ist Dieser Vorratsbehälter ruht auf dem Deckel 6			OO	tfj C					O
und ist durch Punktschweißen oder dergleichen			C=	.Zl C -Q nL			Eiser erhal Redu	Sq	C	<N
befestigt Der Becher 8 ist gleichfalls mit einer	10		teil	m ^T			υ	Walz bare	JU
Gasdurchtrittsöffnung 9 versehen.			υ				spi		£
Bei den beiden vorstehend beschriebenen Verfah			C ω	j« £		Bei		O On	°ϊ.
rensweisen zur Unterbindung eines Luftzutrittes kann			ca :O	'-H rs.				o'	O
die Abdeckung 6 auf beliebige Weise am Metallbehälter			W) C
1 befestigt sein, wie durch Schweißen, Preßverbinden,	15		υ SZ					ε
Schrauben und dergleichen. Wird ein Metallbehälter 1			'5		°°„			(U	«Ν
durch Schweißen hergestellt, bei welchem es geboten			H	.O w •O	(N			> "5	(N
ist, eine Schweißnaht parallel zur Verformungsrichtung				O T				en Pi
während der Warmverformungen vorzusehen, so muß								tzt
der Behälter derart hergestellt werden, daß die	20		.» ε				3 C	O.
Schweißnaht nicht an der Kante des Behälters 1			-ο r<. Ov v%				•u JO	OO
verläuft Wird eine Schweißnaht oder Schweißlinie an			■* o	O			Beispiel 1
der Kante ausgebildet, so treten in der verschweißten							η des in
Kante Risse bei der primären Warmverformung auf,			E	CN			.-Teile
was eine Oxidation des im Behälter 1 enthaltenen	25		CJv	o"			100 Gew
Ausgangs-Pulvermaterials 4 zur Folge hat Soll eine			T				t/l	<=>
primäre Warmverformung durch Druckeinwirkung in			Λ				cd
einer Richtung herbeigeführt werden, die senkrecht auf							C	O
der Ebene der Fig.3A und 4A steht, so wird der				O				ο'
Behälter 1 vorzugsweise durch eine Stumpfschweißung	30		O				Misc
im Zentralbereich der kurzen Seite des Behälters 1		if					rs "tÜ
hergestellt und nicht durch ein Schweißen entlang der		to		VO			Ol t/1	VO
Kante 11. Die senkrecht zur Preßrichtung verlaufenden		O		8			Bei
Kanten 12 und 13 des Behälters 1 können jedoch durch		3	U	O
Schweißen ausgebildet werden.	35	ammensetz
Im folgenden wird die Erfindung anhand von		sehe Zus		,007
Beispielen erläutert		Chemi		O				O
In der folgenden Tafel 1 sind die Eigenschaften des							O
bei den folgenden Beispielen verwendeten Pulvers	40	£	t/5	UI
zusammengestellt		ilve		OO		,007
Tafel 2 zeigt die Bedingungen der Versuchsdurchfüh		3 O_		ο,ο:		ο
rung.			O.	900Ό
Tafel 3 zeigt die Bedingungen der Warmverformun gen.		Art el·
Tafel 4 zeigt die Eigenschaften der fertigbearbeiteten					VO O η-
Metallblöcke, die bei der Durchführung der Beispiele			C		0,0
gewonnen wurden.					0,47
			U		vs α) ε (U ^ ι (J > Ϊ2 C ^ —■ ^ ■— M
					■ζ υ ^³ <Ν
					*5ο\| g a**
				S C3.2

			Legi« erhal Zersi bare
			*ω
			Ξ. ΙΛ
			03

Tafel 2	Beispiel 1	Beispiel I	Beispiel 2	360 x 360 x 80 (mm)	unteren Halbformen	Beispiel 3	-	*(J)*
				Relative Dichte der primär-warm- 94,2%	Verformungsverhältnis 2,83			Oi lsi
Behälter:	warmgewalztes Flußstahl-Blech,	Schweröl-Ofen	warmgewalztes Flußstahl-Blech	verformten Preßkörper	Arbeitsdruck 0,70 t/cm²	warmgewalztes Flußstahl-Blech		cn
Werkstoff	Dicke 4,5 mm	1280 C X 90 min	Dicke 4,5 mm	150X230X60 (mm)	Dicke 4,5 mm		K)
	Schweißen		Schweißen	87,7%	Schweißen
Herstellungsweise	330X330X220 (mm)		120 x 200 X 170 (mm)		120 X 200 X 170 (mm)
Abmessungen
Kohlenstoffhaltiges Pulver:	schaliger Naturgraphit,	schaliger Naturgraphit,	schaliger Naturgraphit,
Art und Eigenschaften	mittlere Größe 10 ;xm	mittlere Größe 10 um	mittlere Größe 10 ;j.m
	Kohlenstoff 99,5% außerhalb des Behälters	Kohlenstoff 99,5% innerhalb des Behälters	Kohlenstoff 99,5% innerhalb des Behälters
Ortslage	Volumen 80 x 80 x 10 (mm)	Volumen 60 X 100 X 5 (mm)	Volumen 60 X 100 X 5 (mm)
Menge	Gewicht 30 g	Gewicht 14 g	Gewicht 14 g

Ausgangspulver:	64 kg	8,3 kg	10,7 kg
Menge	Vibrationschargierung	Natürliches Chargieren	Vibrationschargierung
Chargiermethode	3,03 g/cm³	2,57 g/cm³	3,27 g/cm³
Chargierdichte



Tafel 3	Beispiel 2	Beispiel 3

Primärerhitzung:	Elektroofen	Elektroofen
Ofen	1250 C x 40 min	1250 C X 40 min
Bedingungen
Primäre Warmverformung:	1000 t-Hydraulikpresse mit oberen und 200 t-Hydraulikpresse mit oberen	und 200 t-Hydraulikpresse mit oberen und
Maschine	unteren Halbformen	unteren Halbformen
	Verformungsverhältnis 2,75	Verformungsverhältnis 2,83
Bedingungen	Abmessungen der primär-warm- Arbeitsdruck 0,75 t/cm²	Arbeitsdruck 0,70 t/cm²
	verformten Preßkörper	150X230X60 (mm)
86,5%

Fortsetzung	Beispiel 1	Sekundärerhitzung:	Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)	Cr	Beispiel 2	30 min	x 30 (mm)	Beispiel 3	Schlugzähig	K)	So
Ofen Schwerölofen	C Si Mn P S						keit	cn
Bedingungen 1250 C x 40 min				1 t-Lufthammer		Elektroofen		K)
Sekundäre Warmverformung:				Verformungsverhältnis 2,0		1250 C" X 30 min.	(kg · m/cm²)	Oi
Maschine 3 t-Lufthammer		0		220 X 300			3,8	K)
Bedingungen Verformungsverhältnis 2,0	Beispiel 1 0,010 0,020 0,25 0,006 0,007	0	Schwerölofen			200 t-Hydraulikpresse	4,8	O)
Abmessungen des sekundär-warm- 500 x 570 x 40 (mm)	Beispiel 2 0,56 0,019 0,26 0,007 0,007		1250 C X	99,3%		Verformungsverhältnis 2,0
verformten Metallblockes						220 x 340 x 30 (mm)
Relative Dichte des sekundär-warm- 99,7%
verformten Metallblockes		1,05			99,8%	8,8
Bemerkung: Alle Erhitzungen und Verformungen erfolgten an Luft.	Beispiel 3 0,40 0,015 0,64 0,007 0,011			Wärmebehandlung



Tafel 4	Legende:
	W. Q.: Wasserabschreckung.		O	Schmiedezustand
W. C: Wasserkühlung.			Abschrecken:
		830 C x 60 min, W. Q.	Mechanische Eigenschaften
		Anlassen:	Zug- Dehnung Ein
	0,311	600 C x 90 min, W. C.	festigkeil schnü
	0,044	Abschrecken:	rung
		850 C x 60 min, W. Q.	(kg/mm²) (%) (%)
		Anlassen:	31,2 30,6 64,1
		600 C x 90 min, W. C.	76,2 21,2 50,3
	0,089


			90,7 18,4 49,6

Beispiel 1

Als Pulver wurde reines Eisenpulver verwendet, welches durch Reduzierung von Walzzunder hergestellt worden war. Ein Behälter wurde durch geeignetes Verschweißen von Flußstahlblechen hergestellt Das Ausgangspulver wurde unter Vibration des Behälters in denselben eingefüllt und Graphitpulvti zum Unterbinden des Sauerstoffzutrittes wurde in einen Behälter eingefüllt, welcher an der Außenseite des Behälters ι υ angeordnet wurde, wie in den Fig.4A und 4B dargestellt

Das Ausgangspulver wurde bei einer Temperatur von 128O⁰C in einem Schwerölofen einer Primärerhitzung unterzogen und sodann einer primären Warmverformung unterworfen, wozu die obere und die untere Formhälfte einer hydraulischen 1000-t-Presse benutzt wurden. Der primär-warmverformte Preßkörper wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Der mit Graphitpulver gefüllte Vorratsbehälter wurde unmittelbar vor der >» primären Warmverformung entfernt. Ein mit Graphitpulver gefüllter Vorratsbehälter wurde nach der primären Warmverformung erneut am Behälter befestigt und der primär-verformte Preßkörper wurde einer Sekundärerwärmung unterzogen. Sodann wurde der >> Vorratsbehälter entfernt und wurde der sekundärerhitzte Preßkörper mit Hilfe eines 3-t-Lufthammers zu einem Blech ausgeschmiedet. Alle Erwärmungs- und Warmverarbeitungsmaßnahmen wurden an Luft ausgeführt

Die Eigenschaften des Bleches sind nicht schlechter in als die eines aus einem schmelzmetallurgisch erzeugten Material. Der Sauerstoffgehalt des Bleches liegt uruer dem Sauerstoffgehalt des Ausgangs-Pulvermaterials. Das erzeugte Blech konnte als Einsatzplatte in einem Walzwerk verwendet werden und dabei eine Platte aus r> hochfestem Messing, Bleibronze oder dergleichen ersetzen.

Beispiel 2

Eine homogene Mischung aus dem in Beispiel 1 w verwendeten Reineisenpulver und Graphitpulver wurde als Pulver verwendet. Wie schon in Beispiel 1 wurde ein durch Schweißen aus einem Flußstahlblech erzeugter Behälter verwendet und Graphitpulver zur Verhinderung einer Oxydation in der Innenseite des Behälters angeordnet

Eine Primärerhitzung wurde an Luft in einem Elektroofen ausgeführt und eine Sekundärerhitzung erfolgte in einem Scherölofen an Luft Eine primäre Warmverformung wurde unter Verwendung einer oberen und einer unteren Formhälfte mittels einer hydraulischen 200-t-Presse ausgeführt Eine sekundäre Warmverformung erfolgte in einer Freischmiedeeinrichtung mit Hilfe eines 1-t-Fallhammers.

Der fertigbearbeitete Metallblock besitzt eine ausgezeichnete Festigkeit und Zähigkeit und ist vollständig homogen. Der Sauerstoffgehalt des fertigen Metallblokkes beträgt etwa V₁₀ des Sauerstoffgehaltes des Pulvers. Bei der mechanischen Bearbeitung zeigte das hergestellte Blech seine Eignung als Stützband beim Spiralschweißen von Stahlrohren.

Beispiel 3

Ein durch Wasserzerstäubung hergestelltes legiertes Stahlpulver wurde in einen Flußstahlbehälter eingebracht, der durch Schweißen erzeugt worden war. Bei der Einfüllung des Pulvers wurde der Behälter in Vibrationen versetzt. Nach der Anordnung von Graphitpulver im Behälterinneren wurde das legierte Stahlpulver den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten unterwerfen. Sowohl die Primär- als auch die Sekundärerhitzung wurden in Elektroöfen bei Luftzutritt vorgenommen. Eine primäre Warmverformung wurde unter Verwendung einer oberen und einer unteren Formhälfte mit Hilfe einer hydraulischen 200-t-Presse ausgeführt und eine sekundäre Warmverformung wurde ohne Benutzung einer Form oder Matrize mit Hilfe der hydraulischen 200-t-Presse derart vorgenommen, daß der primär-warmverformte Preßkörper von Ort zu Ort reduziert wurde.

Der fertige Metallblock besaß ausgezeichnete Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften und einen niedrigeren Sauerstoffgehalt als das Stahlpulver. Außerdem wurden im gesamten Metallblock keine Entmischungszonen der Bestandteile und keine Ungleichmäßigkeiten im Gefüge ermittelt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von hochverdichteten Metallblöcken, bei welchem ein aus Metallpulver oder einer Mischung aus Metallpulver und Nichtmetallpulver bestehendes Ausgangspulver in einen verformbaren Metallbehälter gepackt und dieser pulvergefüllte Behälter nach Erwärmen durch Warmverformen auf die angestrebte Dichte verdich- ι ο tet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der in den Behälter gepackten Pulvercharge eine den Luftzutritt zum Behälterinneren ermöglichende Trennplatte angeordnet und auf dieser Trennplatte ein kohlenstoffhaltiges Pulver so angeordnet wird, ii daß dieses kohlenstoffhaltige Pulver den Luftzutritt zu dem Behälterinneren während der nachfolgenden Erwärmungs- und Verformungsvorgänge unterbindet daß das Erhitzen und Verformen des pulvergefüllten Behälters an Luft erfolgt, wobei eine erste 2» Primär-Warmverformungsstufe durch Freiformschmieden im offenen Gesenk oder mittels genuteter Walzen auf ein Verformungsverhältnis von 1,5 bis 2,0 erfolgt und anschließend eine zweite Primär-Warmverformungsstufe durch Gesenk- 2> schmieden oder mittels Kaliberwalzen, d. h. unter Umschließen der nicht gedrückten Behälter-Seitenwandungen, auf ein Verformungsverhältnis von weniger als 5,6 einschließlich das in der ersten Primär-Warmverformungsstufe erreichten Verfor- jo mungsverhältnisses, vorgenommen wird, um ein Erzeugnis mit 64 bis 96°/oiger Dichte zu erreichen und daß dieses Erzeugnis anschließend in einer Sekundär-Warmverformung mittels einer an sich bekannten Arbeitsweise, wie dem Gesenkschmieden η oder Walzen mit wenigstens 30%iger Querschnittsverminderung oder einem Verformungsverhältnis von wenigstens 1,5 auf die angestrebte Enddichte von 95 bis 100% verdichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- au zeichnet, daß die Primär-Warmverformung bis zu einem Gesamtverformungsverhältnis von 2,3 bis 3,2 getrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffhaltiges Pulver pulver- 4> förmiger Naturgraphit verwendet wird.

4. Metallbehälter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Metall bestehende Trennplatte (3) auf dem Ausgangspulver (2) anordenbar ist und daß das w kohlenstoffhaltige Pulver (4) derart auf der Trennplatte angeordnet ist, daß Gas durch das kohlenstoffhaltige Pulver in den Behälter einzutreten und aus demselben auszutreten vermag.

5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennplatte (3) das kohlenstoffhaltige Pulver (4) und ein das kohlenstoffhaltige Pulver umringender Rahmen (5) im Inneren des Behälters (1) angeordnet sind und daß eine eine Gasdurchtrittsöffnung (7) aufweisende Metallabdeckung (6) durch (,o Schweißen am Behälter befestigt ist.

6. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (3) im Inneren des Metallbehälters (1) befestigt ist, daß eine eine Gasdurchtrittsöffnung (7) aufweisende metallische Abdeckung (6) durch Schweißen am Metallbehälter (1) befestigt ist, und daß eine metallische Kappe (8), die eine Gasdurchtrittsöffnung (9) aufweist und mit einem kohlenstoffhaltigen Pulver (4) gefüllt ist, an der metallischen Abdeckung (6) durch Punktschweißung so befestigt ist, daß die Gasdurchtrittsöffnung (7) abgedeckt ist

7. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß eine Schweißlinie (10) an seiner Seitenwandung an einer Position vorgesehen ist die von der parallel zur Kompressionsrichtung verlaufenden Behälterkante verschieden ist wobei diese Schweißlinie zusätzlich zu am Umfang der oberen und unteren Abdeckungen verlaufenden Schweißlinie (12,13) angeordnet ist