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Verfahren zur Herstellung von Metallgegenständen Den pulvermetallurgischen
Preßverfahren sind enge Anwendungsgrenzen: ;gezogen, weil die Metallpulver den Gesetzen
der hydrostatischen Druckfortpflanzung nicht genügen, daher können auch Teile mit
Unterschneldungen, sehr komplizierten Absätzen und Querscbnittsübergängen nicht
hergestellt werden. Man hat zwar zahlreiche Versuche nmtern,ommlen, die Metallpulver
zu plastifizieren und dadurch die Herstellung komplizierter Körper zu ermöglichen;
aber praktisch verwertbare Ergebnisse sind bisher nicht erzielt worden.
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Die Erfindung beschreibt nun einen ganz neuen Weg zur Herstellung
von Metallteilen auch kompliziertester Form. Sle benutzt als Ausgangsprodukte Metallsalze,
die den Gesetzen der hydrostatischen Fortpflanzung viel eher gehorchen als Metallpulver._
Außerdem lassen sie sich zumeist bei viel niedrigeren Temperaturen durch Schmelzen:
@umd Gießen verarbeiten,als die Metalle.
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Die Erfindung besteht darin, daß man bei der Herstellung von Metallgegenständen
von einem .Metallsalz ausgeht, das durch einen chemischen; Prozeß in Metall übergeführt
werden kann, rund das Metallsalz durch Pressen oder Gießen zu einem Gegenstand"
formt, der in seiner Gestalt und seinen. Dimensionen dem :endgültig gewünschten
Teil ,ähnlich ist, wobei runter ,ähnlich der mathematische Ähnlichkeitsbegriff verstanden
werden soll. Dann überführt man, diesen Gegenstand durch eine chemische Reaktion
in. Metall und nimmt eine Nachpressung auf die endgültigen Maße und Dichte vor.
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Die Erfindung läßt sich in einer großen. Anzahl von Ausführungsarten
verwirklichen, die sich in
folgende drei Hauptgruppen unterteilen:
i. Verarbeitung von Metallsalzen durch Pressen, z. Verarbeitung von M etallsalzein
durch Gießen, 3. Verarbeitung von Gemischen aus Metallsalzen und Metallpulvern bzw.
Metallspänen.
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Im einzelnen wird bei der Herstellung von Metallgegenständen nach
dem Verfahren der Erfindung folgendermaßen vorgegangen: i. Gruppe i Vena;rb-eitung
von Metallsalzen durch Pressen Während das Verpressen von Metallpulvern infolge
der Adhäsionskräfte, 'die die einzelnen Körner aufeinander ausüben, sehr große Kräfte
benötigt, lassen sich Metallsalze mit viel geringerem Kraftaufwand zu Formkörpern
verarbeiten. So sind z. B. bei den meisten Metallpulvern Drücke von 8 bis i o Tonnen
pro Quadratzentimeter nötig, um einen Körper mit einer relativen Dichte von 95%
zu erzeugen. Dagegen lassen sich die Halogensalze der gleichen Metalle schon mit
einem Druck von o,8 bis 1,2 Tonnen pro Quadratzentimeter zu einem Gegenstand von
95% Dichte verpressen. Es hat also bedeutende Vorteile, die erste Formgebung der
Gegenstände im. einem Zustam4d vorzunehmen, in dem das Material leicht formbar ist,
und erst dann den metallischen Zustand herzustellen. Einmal kamen die Maschinenkapazität
besser ausgenutzt werden und zum. anderen ist der Werkzeugverschleiß geringer. Darüber
hinaus können einige Stadien der Metallpulverherstellung vermieden bzw. mit der
Herstellung der Formteile gekuppelt werden.
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Am geeignetsten für die Durchführung des Verfahren:s der Erfindung
haben sich bisher die Halogenverbindungen der Metalle erwiesen, wounit jedoch nicht
.gesagt sein soll, daß seine An-#vendbarkeit auf diest beschränkt ist. Man kann
auch Mischungen mehrerer Metallsalze, sei es von dem gleichen Metall oder zum Zwecke
der Legierungsbildung von verschiedenen Metallen, benutzen.
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In der ersten Verfahrensstufe werden die Metallsalze in der Kälte
oder bei erhöhter Temperatur zu Formkörpern, verpreßt. in einer zweiten Verfahrensstufe
folgt dann die Überführung in Metall durch eine geeignete chemische Reaktion. Bei.
Halogenverbindungen hat sich die Reduktion anit Wasserstoff bewährt. Bei der Reduktion
müssen Bedingungen gewählt werden, unter denen eine Restbildung in dem Preßling
vermieden wird. Der hohe Dichteunterschied zwischen den Metallverbindungen und den
Metallen führt bei der Reduktion zu einem starken Schrumpfen, insbesondere wenn,
sie bei hoher Temperatur vorgenommen wird. Diesem Umstand anuß bei der Bemessung
der Teile Rechnung getragen werden. Gleichzeitig oder nach der Umsetzung zu Metall
wird eine Vorsintervng vorgenommen. Nach: dem Erkalten haben die so, herY gestellten
Metallteile eine Dichte von ¢o bis 5o%. Sie werden nun kalt oder warm auf ihre endgültige
Dichte n;a!chverdichtet und, sofern es zur Steigerung der Festigkeit oder Zähigkeit
notwendig ist, einer weiteren Warmbehandlung durch Sintert. oder Normalisieren unterzogen.
Die Anwendung von zwei Verdichtungsaperatione@n verlangt bei der Festlegung der
Maße des Preßlings Berücksichtigung der Dichteunterschiede zwischen Metallverbindung
und Metall. Um bei Teilen mit mehreren Höhen am gleichen Stück eine homogene Verdichtung
zu erreichen, müssen die verschiedenen Höhen am Vorpreßling eine Profilverzerrung
aufweisen, die dem Dichteunterschied zwischen dem reduzierten Metallrohling und
dem Fertigbeil entspricht.
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Die nachstehenden Anwendungsbeispiele mögen weitere Einzelheiten der
klarlegen. Anwiendiumgsbeispiel i Eine Mischung aus Kupferchlorür und Eisen-II-Chlorid,
bei der die Metalle Kupfer und Eisen im Verhältnis 350/6 Kupfer und 65% Eisen gemischt
sind, wird mit einem Druck von o,8 Tonnen pro Quadratzen timeter zu Platten von
15 mm Höhe verpreßt. Die Preßlinge werden bei 65o° beginnend 2 Stunden mit Wasserstoff
reduziert. Während der Reduktion. wird -die Temperatur langsam auf 92o° erhöht.
Nach .dem Erkalten werden die Platten mit Wasser gewaschen !und mit einer HöhenabnaMne
von 40 0/0 vorgewalzt. Sie werden dann, bei 65o° zwischengeglüht und auf Bandmaterial
von i mm Stärke fertiggewalzt. Dias Endprodukt ist eine Kupfer-Eisen-Pseudolegierung
von 40 kg pro Quadratmillimeter Festigkeit und 6% Dehnung. Anwendiungsbeispiel z
Wasserfreies Eisen-Il-'Chlorid wird bei i56° zu flachen Bratpfannen verpreßt. Dieselben
werden bei -73o' beginnend mit Wasserstoff reduziert. Während der Reduktion wird
die Temperatur bis auf i i 5o° gesteigert. Nach: dem Erkalten werden die Teile mit
einem Druck von 8Tonner prq Quadratzen .'ticneter fertiggepreßt -und hierauf direkt
emailliert. Die bei der Emailleerung auftretende hohe Temperatur dient gleichzeitig
der Rekristallisation und endgültigen Verfestigung.
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2. Gruppe 2 Verarbeitung von Metallsalzen durch Gießen Die Schmelzpunkte
der Schwermetallhalogeniden liegen wesentlich niedriger .als .die der entsprechenden
Metalle. So, schmelzen z. B. die Chloride der wichtigsten, Gebrauchsmetalle, wie
Eisen, Mangan, Nickel, Kobalt und Kupfer, alle unterhalb 86o°, während die Schmelzpunkte
der entsprechenden Metalle, mit Ausnahme des Kupfers, das schon, mit 1o88° schmilzt,
alle oberhalb 126o° liegen. Während ;also die Schmelzpunkte der Schwermetalle so
hoch liegen, daß sie nicht mehr miu Hilfe des Spritzgußverfahrens zu Formstücken
verarbeitet werden: können, lassen sieh die Chloride der entsprechenden Metalle
noch ohne weiteres nach dieser Technik .verarbeiten. Man hat also die Möglichkeit,
aus den, Metallchloriden S.pritzgußteile von sehr komplizierter Form herzustellen.
Natürlich kann man auch jedes andere Gießverfahren zu ihrer Formgebung anwenden.
Die Umsetzung der Metallverbindung zu Metall und die
Weiterverarbeitung-
geschieht dann wie bereits bei. Gruppe i beschrieben. Nur ist bei der Verarbeitung
der Chloride besonders darauf zu achten, daß etwa noch vorhandene Salzreste vor
der Schlußverdichtung entfernt werden, da es sonst zu Korrosionsschäden an den fertigen
Teilen kommen könnte. Die Entfernung der Salzreste geschieht z. B. durch Waschen
-oder Extrahieren mit Wasser oder Alkohol. Die folgenden Anwendungsbeispiele beschreiben
weitere Einzelheiten. Anwendungsbeispiel 3 Eisen-II-Chlorid mit .einem Zusatz von
20% Kupferchlorid wird geschmolzen und bei 720° in Stahlformen zu Rohren von i m
Länge und 35 mm lichter Weite vergossen. Die Rohre werden bei 63o° mit Wasserstoff
reduziert und nach beendeter Reduktion im gleichen Arbeitsgang bei I 100° 2 Stunden
vorgesintert. Nach dem Erkalten werden die verbliebenen Salzrückstände mit Wasser
ausgelaugt und die Rohre durch Kalthämmern auf eine Dichte von 7,7 verdichtet. Nach
einer Glühung von io5o° besitzen sie eine Festigkeit von 45 kg pro Quadratmillimeter
und eine Dehnung von 12%. Anwendungsbeispiel 4 Eine Schmelze aus 88% Eisen-II-Chlorid
und 12 % Manganchlorid wird bei 630° auf einer Spritzgußmaschine zu Zahnrädern verspritzt.
Nach dem Entformen werden dieselben bei 6oo° beginnend mit Wasserstoff reduziert.
Während der Reduktion wird die Temperatur langsam bis auf i ioo° gesteigert -und
gleichzeitig dem Gas Petroleumdampf zugesetzt, um eine Aufkohlung der Preßlinge
zu erzielen. Nach beendigtem Reduktions-, Kohlungs-,und Vorsinterungsprozeß werden
die Teile mit Wasser extrahiert und dann mit einem Druck von 8 Tonnen pro Quadratzentimeter
fertiggepreßt. Es folgt eine Schlußsinterung von 2 Stunden Dauer bei i 12o°. Anwendungsbeispiel
5 Eine Mischung von Chloriden der drei Metalle Eisen, Nickel, Molybdän, in der .die
Metalle im Verhältnis 2o zu 6o zu 2o vorhanden sind, wird geschmolzen und zu flachen
Tafeln gegossen. Dieselben werden bei 700° mit Wasserstoff, der mit Natriumdampf
gesättigt ist, reduziert. Die Reduktionstemperatur wird langsam 'auf i ioo° gesteigert.
Nach dem Erkalten wird die Metallplatte mit Alkohol extrahiert und dann bei 95o°
nachgewalzt. Nach einer Blankglühung unter Wasserstoff wird die Legierung kalt fertiggewalzt.
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3. Gruppe 3 Verarbeitung von Gemischen aus Metallsalzen mit Metallpulvern
bzw. Metallspänen Die Dichte der nach Gruppe i oder 2 hergestellten Metallkörper
vor der zweiten Verarbeitung ist sehr niedrig und liegt bei: etwa 40 'bis '5o%.
E5 ist möglich, dadurch zu dichteren Körpern zu kommen, daß man nicht von reinen
Metallsalzen, sondern von Gemischen aus solchen mit Metallpulvern oder Metallspänen
ausgeht. Die Einbuße an Formbarkeit; die sich dabei ergibt, ist nur gering, während
die Dichte des Rohlings von 40 bis auf 70% :erhöht werden kann. Durch die chemische
Reaktion, die bei der Umwandlung zu Metall eintritt, werden die zugesetzten Metallteilchen,
mehr fest in das Werkstück eingebaut, so daß kein Festigkeitsverlust eintritt. Für
diese Verfahrensvariante gelten die nachstehenden _ Anwendungsbeispiele.
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Anwendungsbeispiel 6 Eine Mischung aus 7o% Eisenpulver und 30% Eisen-II-Chloridwird
bei 750° in :einer S,pritzgußmaschine zu Buchsen vergossen. Nach dem Entformen werden
dieselben bei 73o° mit Wasserstoff zu Metall reduziert. Die Reduktionstemperatur
wird langsam bis auf i2oo° gesteigert. Nach dem Erkalten werden die Stücke mit Wasser
gewaschen, kalibriert und in diesem Zustand direkt als Sinterlager verwendet. Anwendungsbeispiel
7 Eine Mischung ,aus 250'o Eisen-II-Chlorid und 75010 ;auf eine Korngröße
von etwa o, 5 imm vorzerkleinerten Drehspänen aus einem Kohlenstoffstahl mit o,35%
Kohlenstoff wird bei 75o° a-uf einer Spritzgußmaschine zu Türgriffen verarbeitet.
Nach dem Entformen werden die Teile bei 700° finit Wasserstoff reduziert, wobei
die Temperatur langsam auf IIoo" erhöht wird. Der auf diese Weise reduzierte und
vorgesinterte Metallgegenstand wird nach der Entfernung der verbliebenen Salzreste
rnit ,einem Druck von 8 Tonneu pro Quadratzentimeter nachgepreßt und bei 122o° 2
Stunden fertiggesintert.
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Die beiden letzten Anwendungsbeispiele zeigen, daß es auf diese Weise
sehr leicht möglich ist, aus heterogenen Mischungen von Metallteilchen und Metallsalzen
homogene Metallgegenstände herzustellen. Dieser Weg kann auch, dazu verwendet werden,
irgendwelche massiven Metallteile, wie Gewindebluchsen, Bolzen u. d,gl., in einem
Sinterteil zu verankern. Das Massivteil wird dann einfach mit der Metallverbindung
umspritzt oder umpreßt und durchläuft dann den im vorstehenden mehrfach geschilderten
Fabrikationsgang.