Durch vorhergehende Untersuchungen und Literatur ist bekannt, dass beim Sintern von mangan- und borhaltigen pulvermetallurgischen Stählen unter wasserstoffhaltigen Atmosphären Mangandämpfe beziehungsweise flüchtige Borverbindungen entstehen können. Eine eingehende Überprüfung der Auswirkung dieser Dämpfe auf Bestandteile des Sinterofens, wie zum Beispiel das Heizleitermaterial oder die Ofenauskleidung, wurde bisher jedoch nicht durchgeführt, zumindest nicht veröffentlicht. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, das Risiko der Schädigung von Ofenkomponenten bei industrieller Sinterung von mangan- und borhaltigen Pulverpresslingen in H2-haltiger Atmosphäre zu bewerten. Dazu wurden Glühversuche bei unterschiedlichen Temperaturen und Haltezeiten durchgeführt. Das Heizleitermaterial Molybdän sowie sieben unterschiedliche, von der Firma Cremer Thermoprozessanlagen GmbH zur Verfügung gestellte Feuerfestmaterialien, welche als Ofenauskleidung verwendet werden, wurden in Anwesenheit von Ferrobor beziehungsweise Ferromangan geglüht und anschließend untersucht.
Die nach den Glühungen erhaltenen Materialien wurden mit Hilfe unterschiedlicher Analysemethoden wie Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, EDX, RFA sowie EDX, detailliert charakterisiert.
Durch die Reaktion des Mangandampfs mit dem Heizleitermaterial sollte es zu keiner irreversiblen Schädigung kommen. Es wurde eine aufgewachsene Oberflächenschicht, bestehend aus Mo2C, nachgewiesen. Dies kann zu einer zunehmenden Leistungsaufnahme führen, lässt sich jedoch im Betrieb durch Begasung mit feuchten, d.h. entkohlenden, N2-H2-Gemischen entfernen [11]. Die gleiche Schicht wurde auf der mit Ferrobor geglühten Probe nachgewiesen, außerdem konnte Bor mittels RFA nachgewiesen werden. Da im binären Mo-B- Phasendiagramm die niedrigstschmelzende Phase ein Eutektikum ist, welches erst bei 2193 K aufschmilzt, sollten auch die Bordämpfe keine große Gefahr für das Heizleitermaterial Molybdän darstellen. Bei den in Anwesenheit von Ferrobor geglühten Feuerfestmaterialien konnten nur mittels RFA Spuren des Elements (bis 0,7%) analysiert werden, ansonsten wurde weder die Bildung einer neuen Phase noch eine erhöhte Rissbildung nachgewiesen. An allen Oberflächen der mit Ferromangan geglühten Ofenauskleidungen konnte die Bildung einer polygonalen Phase, welche als Manganspinell Galaxit charakterisiert wurde, nachgewiesen werden. Vor allem bei mullitartigen Materialien kann es wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Mullit und Galaxit zu erhöhter Risswahrscheinlichkeit kommen, die korundartigen sind auf Grund ähnlicher Werte der thermischen Ausdehnung weniger anfällig. Auch durch Volumenexpansionen kann es verstärkt zur Rissbildung und in weiterer Folge zu "Materialabtrag" kommen.
From previous studies and the literature it is known that during sintering of manganese- and boron-containing powder metallurgy steels in hydrogen-containing atmospheres, different volatile constituents can be generated. Investigations about the effects of these vapours on the sintering furnace components, such as the heating element material like molybdenum or the furnace lining, has not been accomplished or at least not been published. The aim of the present study was to evaluate the risk of damage of furnace components during the industrial sintering of manganese or boron containing powder compacts in hydrogen-containing atmospheres. For that, annealing tests with different furnace materials were performed at varying temperatures and holding times in the presence of ferroboron or ferromanganese. On one hand the heating element material molybdenum and on the other hand seven different refractory materials, provided by Cremer Thermoprozessanlagen GmbH, which are used as furnace lining, were exposed to Mn and B, respectively. The specimens obtained from the annealing tests were characterized by different methods such as light microscopy, scanning electron microscopy (SEM), x-ray fluorescence analysis (XRF) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). By the reaction of manganese vapour with the heating element material, irreversible damage should not occur. A grown surface layer, consisting of Mo2C, could be detected. This layer can lead to increasing power consumption, but can be removed during operation under moist, i.e.
decarburizing, N2-H2 atmospheres [9]. The same layer was detected on the Mo annealed in presence of ferroboron, additionally boron could be verified via XRF. The lowest melting phase in the binary system boron-molybdenum is a eutectic and melts at 2193 K. Because of this also boron vapours should not severely damage the Mo heating elements. On the refractory materials annealed with ferroboron, traces of boron (0,7%) could be analyzed just by XRF. Apart from that neither the formation of a new phase nor increased cracking was detected. On all surfaces of the furnace linings annealed in presence of ferromanganese the formation of a polygonal phase, which was identified as the manganese spinel galaxite, was detected. Especially for mullite-like materials it can lead to increased probability of cracking, because of the different thermal expansion coefficients of mullite and galaxite. Corundum-like materials are less susceptible because of similar values for the CTE. Furthermore, because of occurring volume expansion increased cracking and consequently increased material loss can take place.
