Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen
hoher Härte und Verschleißfestigkeit, wie Schleif- und Schneidwerkzeuge, durch Aufkohlung
von Eisenpulver.The invention relates to a method of manufacturing objects
high hardness and wear resistance, such as grinding and cutting tools, through carburization
of iron powder.
Eisenkarbid ist in Anteilen bis 2011/o Gefügebestandteil zahlreicher
Stähle und in Anteilen von 30 bis 559/o das Gefügecharakteristikum weißerstarrten
Gußeisens. Bei der Gewinnung von Eisenkarbid aus Stählen oder Gußeisen durch chemisches
Abtrennen des Ferrits mittels verdünnter Säuren oder durch elektrolytisches Auflösen
ergibt sich ein sehr feinkörniges Eisenkarbidpulver, das jedoch nur bis zu Dichten
von 4,5 g/em3 zu Formlingen verpreßt werden kann. Wird ein solches Pulver, um ihm
eine höhere Dichte und Formbeständigkeit zu verleihen, anschließend im Vakuum bei
Temperaturen über 450° C gesintert, dann findet ein Zerfall des Eisenkarbids in
Graphit und Ferrit statt.Iron carbide is more numerous in proportions up to 2011 / o of the structural component
Steels and in proportions of 30 to 559 / o the structural characteristic solidified white
Cast iron. When extracting iron carbide from steels or cast iron by chemical means
Separation of the ferrite by means of dilute acids or by electrolytic dissolution
the result is a very fine-grain iron carbide powder, but only up to densities
of 4.5 g / cm3 can be pressed to form moldings. Will such a powder to him
to give a higher density and dimensional stability, then in a vacuum
Sintered at temperatures above 450 ° C, the iron carbide then breaks down into
Graphite and ferrite instead.
Bekannt ist auch die Herstellung von Karbiden durch Aufkohlung pulverförmiger
Metalle; so ist in Kieffer und Schwarzkopf, »Hartstoffe undHartmetalle«, 1953, S.
35, ein Verfahren zum Herstellen von Karbiden beschrieben, bei dem pulverförmige
Metalle oder Oxyde mit festem Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltigem Gas karburiert
werden. Weiterhin ist in Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, S. 1206, die
Zementation von Eisen im festen Zustand durch kohlenstoffabgebende Mittel beschrieben,
wobei eisenkarbidische Festkörper durch Aufkohlung kompakter Stücke erzeugt werden.
Dieses Verfahren ist jedoch für die Praxis ungeeignet, da eine Eisenplatte beispielsweise
einer jahrelangen Aufkohlung und ein Stahlblech im Temperaturbereich von 670 bis
690° C immer noch eine Aufkohlung über einen Zeitraum von 60 Stunden erfordern.
Dies hat seinen Grund darin, daß sich beim Aufkohlen nach kurzer Zeit eine karbidische
Randschicht bildet, die die weitere Aufnahme von Kohlenstoff und damit die Karburierung
des Werkstückinnern verhindert. Nach diesem Verfahren lassen sich daher keine homogenen
Teile erzeugen.The production of carbides by carburizing in powder form is also known
Metals; so is in Kieffer and Schwarzkopf, "Hartstoffe undHartmetalle", 1953, p.
35, describes a method for producing carbides, in which powdery carbides
Metals or oxides carburized with solid carbon and / or carbonaceous gas
will. Furthermore, in Gmelins Handbuch der Inorganic Chemistry, p. 1206, the
Cementation of iron in the solid state by means of carbon-donating agents is described,
iron carbide solids are produced by carburizing compact pieces.
However, this method is unsuitable for practical use as an iron plate, for example
years of carburization and a steel sheet in the temperature range from 670 to
690 ° C still require carburizing over a period of 60 hours.
The reason for this is that, after a short time during carburizing, a carbidic
Forms the surface layer, which further absorbs carbon and thus the carburization
the inside of the workpiece prevented. According to this process, therefore, no homogeneous
Create parts.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die
aus der Zersetzung des Eisenkarbids bei der Sintertemperatur resultierenden Schwierigkeiten
zu beheben und insbesondere ein Verfahren zu schaffen, mit dem dichte Festkörper
aus Eisenkarbid hergestellt werden können. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf
dem Gedanken, die Eisenkarbide durch bekannte Karbidbildner zu stabilisieren, die
die Beständigkeit des Eisenkarbids bei der Sintertemperatur von etwa 1000° C und
den erforderlichen Sinterzeiten so weit verbessern, daß keine Zersetzung mehr eintritt.The object underlying the invention is now that
difficulties resulting from the decomposition of iron carbide at the sintering temperature
to fix and in particular to create a method with the dense solid
can be made from iron carbide. The solution to this problem is based on
the idea of stabilizing the iron carbides with known carbide formers, the
the resistance of iron carbide at the sintering temperature of about 1000 ° C and
Improve the required sintering times to such an extent that no more decomposition occurs.
Im einzelnen besteht die Erfindung darin, daß ein kohlenstoffhaltiges
Eisenpulver mit mindestens 19/0 der bekannten Karbidbildner Chrom, Mangan, Titan,
Vanadin, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram und/ oder Uran bei einer Temperatur bis
1150° C auf einen Eisenkarbidgehalt von mindestens 859/o aufgekohlt, alsdann zu
einem Formling verdichtet und anschließend bei etwa 800 bis 1100°C auf eine Dichte
von mindestens 6,8 g/cm3 gesintert wird.In detail, the invention is that a carbonaceous
Iron powder with at least 19/0 of the known carbide formers chromium, manganese, titanium,
Vanadium, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten and / or uranium at a temperature of up to
1150 ° C to an iron carbide content of at least 859 / o, then to
a molding and then compressed to a density at around 800 to 1100 ° C
of at least 6.8 g / cm3 is sintered.
Das der Aufkohlung zu unterwerfende Pulver kann beispielsweise aus
weißerstarrtem Gußeisen bestehen. Zur Erhöhung der Karbidstabilität können diesem
beispielsweise bis 29/o Titan, bis 2% Vanadin, bis 3 % Niob, bis 311/o Molybdän,
bis 5 % Tantal, bis ö % Wolfram, bis 6 9/o Uran, bis 8 % Chrom oder bis 8 9/o Mangan
zugesetzt werden. Werden mehrere karbidstabilisierende Elemente zugesetzt, dann
sind ihre Gehalte in der Eisenlegierung so aufeinander abzustimmen, daß die Summe
der Quotienten aus dem Gehalt je eines der Elemente und seinem Maximalgehalt den
Wert 1 nicht übersteigt. Das Verfahren kann auch mit einem Gemenge aus kohlenstoffhaltigem,
sonst aber unlegiertem Eisenpulver und dem Pulver eines oder mehrerer der in den
genannten Anteilen zu verwendenden Elemente Titan, Vanadin, Molybdän, Niob, Tantal,
Wolfram, Uran, Chrom und Mangan durchgeführt werden. Das zu verarbeitende Eisen,
die Zusatzelemente oder die diese Elemente bereits enthaltende Eisenlegierung werden
zu Pulvern mit einer Korngröße von vorzugsweise 25 bis 500 Mikron vermahlen und
diese Ausgangsstoffe bei einer bis zu 1150° C betragenden Temperatur vorzugsweise
in gas- oder dampfförmigen kohlenstoffabgebenden Stoffen, z. B. in Leuchtgas, geglüht.
Die Glühbehandlung kann aber auch in festen kohlenstoffabgebenden Stoffen, z. B.
in Holzkohle, durchgeführt werden. Der Glühatmosphäre kann Stickstoff oder eine
Stickstoffverbindung, beispielsweise Ammoniak und/oder eine flüchtige Borverbindung,
z. B. ein Boran, in solchen Anteilen zugeführt werden, daß das Eisen oder die Eisenlegierung
beim Aufkohlen bis zu 1 Gewichtsprozent Stickstoff und/oder Bor aufnimmt. Zur Verbesserung
der Dichte und der Zähigkeit des Werkstoffs können dem aufgekohlen Eisenpulver einzeln
oder zu mehreren noch Kobalt, Nickel und/oder Kupfer bis zu einem Gewichtsanteil
von insgesamt höchstens 1511/o zugesetzt werden.The powder to be subjected to the carburization can, for example, consist of
white cast iron. To increase the carbide stability, this
for example up to 29 / o titanium, up to 2% vanadium, up to 3% niobium, up to 311 / o molybdenum,
up to 5% tantalum, up to 6% tungsten, up to 6 9 / o uranium, up to 8% chromium or up to 8 9 / o manganese
can be added. If several carbide-stabilizing elements are added, then
their contents in the iron alloy are to be coordinated in such a way that the sum
the quotient of the content of one of the elements and its maximum content den
Value does not exceed 1. The process can also be carried out with a mixture of carbonaceous,
but otherwise unalloyed iron powder and the powder of one or more of the in the
elements to be used titanium, vanadium, molybdenum, niobium, tantalum,
Tungsten, uranium, chromium and manganese can be carried out. The iron to be processed,
the additional elements or the iron alloy already containing these elements
milled to powders with a grain size of preferably 25 to 500 microns and
these starting materials preferably at a temperature of up to 1150 ° C
in gaseous or vaporous carbon-emitting substances, e.g. B. in coal gas, annealed.
The annealing treatment can also be carried out in solid carbon-emitting substances, e.g. B.
in charcoal. The annealing atmosphere can be nitrogen or a
Nitrogen compound, for example ammonia and / or a volatile boron compound,
z. B. a borane, are supplied in such proportions that the iron or the iron alloy
absorbs up to 1 percent by weight of nitrogen and / or boron during carburization. For improvement
the density and the toughness of the material can match the carburized iron powder individually
or more than one cobalt, nickel and / or copper up to a proportion by weight
of a maximum of 1511 / o may be added.
Als Beispiel sei die Herstellung eines Formkörpers aus einer Eisenkarbidlegierung
aus einem in Sand vergossenen, weißerstarrten Gußeisenblock erläutert: Das Ausgangsgußeisen
enthielt 2,5% Kohlenstoff, 0,13 % Silizium, 0,14 9/o Mangan und 5,26 9/o Chrom.
Der Gußeisenblock wurde zunächst im Mörser auf eine Teilchengröße unter 2 mm zerkleinert
und anschließend unter Xylol in einer mit Hartmetallkugeln beschickten Schwingmühle
72 Stunden lang auf eine Teilchengröße unter 120 Mikron vermahlen und das Pulver
nach Abgießen des Xylols und Waschen mit Alkohol und Äther unter einem Ultrarotstrahler
getrocknet. Das getrocknete Gußeisenpulver brachte man dann in ein Schiffchen aus
Sintertonerde, in dem es rund 7 mm hoch aufgeschichtet und etwa 3 Stunden lang bei
900° C in einem schwachen Strom von Leuchtgas geglüht wurde. Seine Abkühlung von
900 auf 700° C dauerte etwa 1 Stunde. Dann wurde der Ofen abgeschaltet und das aufgekohlte
Pulver auf Raumtemperatur abgekühlt. Die durch die Aufkohlung verursachte Gewichtszunahme
des Pulvers betrug etwa 4,3 9/0. Das noch lockere Pulver wurde nun mit einem Druck
von 5,5 t/cm2 zu einem zylinderförmigen Körper auf eine Dichte von rund 4,17 g/cm3
verpreßt und im Vakuum bei 1150° C etwa 3 Stunden lang gesintert. Die Dichte des
hauptsächlich aus Eisenkarbid bestehenden, gesinterten Formstückes betrug etwa 7,39
g/cm3. Durch Messung der Temperaturabhängigkeit der spezifischen Magnetisierung
wurde der in der Eisenkarbidlegierung noch vorhandene Ferritgehalt zu rund 5,7 Gewichtsprozent
bestimmt.An example is the production of a shaped body from an iron carbide alloy
from a white cast iron block cast in sand explained: The starting cast iron
contained 2.5% carbon, 0.13% silicon, 0.14 9 / o manganese and 5.26 9 / o chromium.
The cast iron block was first comminuted to a particle size of less than 2 mm in a mortar
and then under xylene in a vibrating mill loaded with hard metal balls
Grind the powder to a particle size below 120 microns for 72 hours
after pouring off the xylene and washing with alcohol and ether under an ultra-red lamp
dried. The dried cast iron powder was then brought into a boat
Sintered clay in which it is piled up around 7 mm and for about 3 hours at
900 ° C was annealed in a weak stream of luminous gas. Its cooling off from
900 to 700 ° C took about 1 hour. Then the furnace was turned off and the carburized
Powder cooled to room temperature. The weight gain caused by the carburization
of the powder was about 4.3 9/0. The still loose powder was now with a pressure
from 5.5 t / cm2 to a cylindrical body to a density of around 4.17 g / cm3
pressed and sintered in vacuo at 1150 ° C for about 3 hours. The density of the
The sintered molding consisting mainly of iron carbide was about 7.39
g / cm3. By measuring the temperature dependence of the specific magnetization
the ferrite content still present in the iron carbide alloy was around 5.7 percent by weight
certainly.
Die Härte der mittels eines Mikrohärteprüfgerätes unter einer Last
von 15 g geprüften gesinterten Eisenkarbid-Legierung betrug rund 1250 kg/mm2. Bei
stärkerer
Belastung wies das Eisenkarbid folgende Härtewerte auf:
Belastung Vickers-Härte
in kg kg/MMz
1 1038
3 930
10 884
Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Eisenkarbidlegierungen enthalten
mindestens 85 Gewichtsprozent Eisenkarbid. Sie sind anlaßbeständig und besitzen
eine gute Wärmreleitfähigkeit. Bei Zimmertemperatur sind sie stark ferromagnetisch.
Wegen ihrer großen Härte weisen die Eisenkarbidlegierungen eine hohe Verschleißfestigkeit
auf. Sie eignen sich deshalb insbesondere zur Herstellung von Schneid- und Schleifwerkzeugen
sowie von Trenn-und Schleifscheiben.The hardness of the sintered iron carbide alloy tested by means of a micro hardness tester under a load of 15 g was around 1250 kg / mm2. The iron carbide had the following hardness values under heavy loads: Vickers hardness load
in kg kg / MMz
1 1038
3,930
10 884
The iron carbide alloys made by the process of the invention contain at least 85 percent by weight iron carbide. They are resistant to tempering and have good thermal conductivity. They are strongly ferromagnetic at room temperature. Because of their great hardness, the iron carbide alloys have high wear resistance. They are therefore particularly suitable for the production of cutting and grinding tools as well as cutting and grinding wheels.