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Verfahren zur Verhinderung des Werfens bei der
Herstellung von langgestreckten Formkörpern
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betrifftvon 5 : 1 bis 50 : 1 oder von 5 : 1 bis 35 : 1 liegen.
Die Breite des Steges sollte vorzugsweise die dreifache Dicke nicht überschreiten, wobei es noch günstiger ist, wenn die Stegbreite nicht grösser als das Doppelte der Stegdicke ist. Um gerade, zylindrische Stangen mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von etwa 3 mm herzustellen, hat es sich als günstig erwiesen, den Steg mit einer Dicke von 0, 75 mm und mit einer Breite von 1, 5 mm auszuführen. Diese Masse sind in vielen Fällen zufriedenstellend. Um gerade, kreisförmige Stangen von etwa 19 mm Durchmesser herzustellen, hat es sich als günstig erwiesen, den Steg mit einer Dicke von 1, 5 mm und mit einer Breite von ebenfalls 1, 5 mm auszuführen.
Fig. 5 zeigt eine andere geometrische Form, die mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellt werden kann. In dieser Figur ist der Querschnitt von mittels Stegen 15a - 18a miteinander verbundenen quadratischen Stangen 15 - 19 gezeigt. In Fig. 5a sind Stangen 20 und 21 von rechteckförmigem Querschnitt gezeigt, wie sie mittels des Steges 20a miteinander verbunden sind, wobei die Stange eine Querschnittsbreite W und eine Dicke T mit einem Verhältnis von W : T bis herauf zu 2 : 1 aufweist.
Um ein einheitliches Werkstück herzustellen, das aus einer Mehrzahl mittels eines Steges miteinander verbundener zylindrischer Stangen besteht, wird gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung von einer vollen rechteckigen Platte aus dem verdichteten Metallpulver ausgegangen. Diese Platte, die die ausreichende Festigkeit eines Grünlings besitzt, wird mit einem Formwerkzeug bearbeitet, um so die gewünschte Form des Werkstückes herzustellen, bevor es gesintert wird. Ein entsprechendes Verfahren wird durch Fig. 6 erläutert. Eine teilweise geschliffene, verdichtete Platte 25 wird auf einem Spannfutter 26 gelagert und gegen ein Führungselement 27 gedrückt. Die Platte 25 befindet sich unterhalb einer Formschleifscheibe 28, die teilweise dargestellt ist.
Wenn das Material der Platte magnetisch ist, kann es durch seine magnetische Kraft auf dem Spannfutter festgehalten werden. Nichtmagnetische Materialien werden mittels mechanischer Einrichtungen an Ort und Stelle gehalten. Die Schleifscheibe besitzt ein Profil, das aus zwei Kreisquadranten 29 und 30 besteht, die den Quadranten 29a und 30a entsprechen, die in die Fläche der verdichteten Platte 25 eingeschliffen werden. Die Form, die die Stangen nach Vollendung des Schleifvorganges erhalten, ist ge- strichelt dargestellt. Das Spannfutter ist quer zur Scheibebewegbar und wird für jeden Schleifvorgang weiter- geschaltet. Nachdem die Stangen auf der einen Seite herausgearbeitet worden sind, wird die Platte umgedreht, so dass das Formschleifen auf der gegenüberliegenden Seite vervollständigt werden kann.
Das Werkstück, das durch den Schleifvorgang entsteht, wird dann bei einer geeigneten Temperatur für eine Zeitdauer gesintert, die ausreicht, eine dichte Struktur sicherzustellen. Dann wird das gesinterte Werkstück auf Raumtemperatur abgekühlt. Die durch Stege verbundenen Stangen sind nach dem Sintern gerade und unverbogen. Die Stangen werden dann entlang jedes Steges abgeschnitten. Der Steggrat wird von der Seite jeder Stange durch manuelles Entgraten mit einer Siliconcarbid-Schleifscheibeentfernt.
Danach sind die Stangen fertig, um in üblicher Weise spitzenlos geschliffen zu werden.
Die Herstellung gerader, langgestreckter Stangen auf pulvermetallurgischem Wege aus einer Werkzeugstahllegierung mit hohem Kohlenstoffgehalt, die aus Titancarbid und einem Stahl als Bindemetall besteht, bringt ein Problem mit sich, da die Bestandteile im allgemeinen einer Sinterung unterworfen werden, bei der das Bindemetall in flüssiger Phase vorliegt, was zur Verbiegung der Stangen während des Sinterns führt. Das erfindungsgemässe Verfahren ist jedoch besonders geeignet für die Herstellung von Stangen mit der oben beschriebenen Zusammensetzung.
Als Beispiel zur Herstellung von Stangen von einer Fertiggrösse von 3, 18 mm Durchmesser und 114, 3 mm Länge wird pulverförmiges Titancarbid mit einem Stahlpulver als Bindemetall gemischt und das Gemisch dann zu einer rechteckigen Platte verpresst. Um eine Zusammensetzung zu erhalten, die aus 40 Gew. -0/0 TiC und 60 Gew. -0/0 Bindemetall besteht, werden 1000 g TiC von einer Grösse zwischen 5 - 7 11 mit 1500 g eines Carbonyl-Eisenpulvers mit einer Durchschnittsgrösse von 20 p und 0, 80% Kohlenstoff durch Mahlen in einer Stahlmühle gemischt. Die pulverisierten Bestandteile enthalten 1 g Paraffin-Wachs auf je 100 g des Gemisches.
Das Mahlen wird während 40 h durchgeführt, wobei die Mühle halb mit rostfreien Stahlkugeln gefüllt ist und Hexan als Mahlvermittler benutzt wird.
Nach Beendigung des Mahlens wird das Gemisch entfernt und im Vakuum getrocknet. Ein Teil des gemischten Erzeugnisses mit einem Gewicht von etwa 175 g wird, um Stangen von 3, 2 mm Durchmesser zu erzeugen, in ein mehrteiliges Gesenk oder eine mehrteilige Form hineingedrückt und eine Platte von 54, 6 mm Breite und 132 mm Länge bei einer Dicke von 5, 84 bis 6, 1 mm bei einem Druck von etwa 2360 kg/cm2 gebildet. Danach wird die Platte zur Bildung des Profils geschliffen, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Die profilierte Platte bildet sieben miteinander durch Stege verbundene, auf eine Übergrösse
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von 3, 2 mm gebrachte Stangen, um Toleranzen für ein Schrumpfen und für das Fertigschleifen zu haben. Die Übergrösse kann im allgemeinen zwischen 0, 5 und 1, 3 mm liegen.
Der Steg zwischen den Stangen hat eine Dicke von 0, 75 mm und eine Breite von 1, 52 mm.
Die so profilierte Platte wird dann einer Sinterung im Vakuum bei 14500 C, wobei das Bindemetall in flüssiger Phase vorliegt für die Dauer einer halben Stunde bei einem Vakuum von 20 iL Quecksilbersäule oder darüber ausgesetzt. Nachdem der Sintervorgang beendet ist, wird die Platte gekühlt und dann durch Aufheizen auf 9000 C während einer Dauer von 2 h angelassen, woran sich eine Abkühlung bis 1000 C mit einer Geschwindigkeit von 15 C/h anschliesst. Danach wird der Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt, um ein normalgeglühtes Mikrogefüge mit sphäroidischer Beschaffenheit zu erzeugen.
Die normalgeglühte Platte wird dann aus dem Ofen entfernt. Die Stangen werden auseinandergebrochen und dann an einer SiliconcarbidrSchleifscheibe manuell entgratet um die übriggebliebenen Steggrate zu entfernen. Danach werden die Stangen spitzenlos auf die gewünschte Grösse fertig geschliffen. Die entgrateten Stangen waren vor dem Fertigschleifen im wesentlichen gerade und ungebogen.
Für die Herstellung von 114, 3 mm langen Stangen mit verschiedenen Durchmessern aus Platten oder Blöckchen mit 54, 6 mm Länge und 132 mm Breite, die die gleiche oben angegebene Zusammensetzung aufweisen, werden in den folgenden Tabellen Werte angegeben, die bevorzugte Dimensionsspielräume in mm betreffen :
Tabelle I :
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<tb>
<tb> Dicke <SEP> der <SEP> Stangen <SEP> Gewicht <SEP> des <SEP> Stangen <SEP> pro <SEP> Blockdicke
<tb> (Endwert) <SEP> (mm) <SEP> Pulvers <SEP> (g) <SEP> Block <SEP> (mm)
<tb> 3, <SEP> 17 <SEP> 175 <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 84- <SEP> 6, <SEP> 10 <SEP>
<tb> 4, <SEP> 76 <SEP> 240 <SEP> 7 <SEP> 6, <SEP> 99- <SEP> 7, <SEP> 24 <SEP>
<tb> 6, <SEP> 35 <SEP> 300 <SEP> 5 <SEP> 9, <SEP> 91-10, <SEP> 16 <SEP>
<tb> 7, <SEP> 94 <SEP> 355 <SEP> 4 <SEP> 12, <SEP> 07-12, <SEP> 32 <SEP>
<tb> 9, <SEP> 52 <SEP> 415 <SEP> 4 <SEP> 13, <SEP> 72-13, <SEP> 97 <SEP>
<tb> 11, <SEP> 11 <SEP> 475 <SEP> 3 <SEP> 15, <SEP> 62-15, <SEP> 88 <SEP>
<tb> 12, <SEP> 70 <SEP> 540 <SEP> 3 <SEP> 18, <SEP> 16-18, <SEP> 42 <SEP>
<tb> 14, <SEP> 29 <SEP> 600 <SEP> 2 <SEP> 19, <SEP> 69-19, <SEP> 94 <SEP>
<tb> 15, <SEP> 88 <SEP> 660 <SEP> 2 <SEP> 21, <SEP> 59-21,
<SEP> 84 <SEP>
<tb> 17, <SEP> 46 <SEP> 710 <SEP> 2 <SEP> 23, <SEP> 24-23, <SEP> 50 <SEP>
<tb> 19, <SEP> 05 <SEP> 770 <SEP> 2 <SEP> 25, <SEP> 65-25, <SEP> 91 <SEP>
<tb>
Tabelle II :
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<tb>
<tb> Dicke <SEP> der <SEP> Stangen <SEP> Steg <SEP> Schleifscheibe
<tb> (End <SEP> wert) <SEP> Dicke <SEP> Breite <SEP> Radius <SEP> Schnittiefe
<tb> (mm) <SEP> (mm) <SEP> (mm) <SEP> (mm) <SEP> (mm)
<tb> 3, <SEP> 17 <SEP> 0, <SEP> 76 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 2, <SEP> 44 <SEP> 2, <SEP> 18 <SEP>
<tb> 4, <SEP> 76 <SEP> 1, <SEP> 02 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 2, <SEP> 92 <SEP> 2, <SEP> 79 <SEP>
<tb> 6, <SEP> 35 <SEP> 1, <SEP> 02 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 4, <SEP> 32 <SEP> 4, <SEP> 19 <SEP>
<tb> 7, <SEP> 94 <SEP> 1, <SEP> 02 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 5, <SEP> 46 <SEP> 5, <SEP> 21 <SEP>
<tb> 9, <SEP> 52 <SEP> 1, <SEP> 02 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 6, <SEP> 35 <SEP> 6, <SEP> 15 <SEP>
<tb> 11,
<SEP> 11 <SEP> 1, <SEP> 02 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 7, <SEP> 11 <SEP> 6, <SEP> 60 <SEP>
<tb> 12, <SEP> 70 <SEP> 1, <SEP> 27 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 7, <SEP> 82 <SEP> 7, <SEP> 87 <SEP>
<tb> 14, <SEP> 29 <SEP> 1, <SEP> 27 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 9, <SEP> 40 <SEP> 8, <SEP> 76 <SEP>
<tb> 15, <SEP> 88 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 10, <SEP> 21 <SEP> 9, <SEP> 65 <SEP>
<tb> 17, <SEP> 46 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 11, <SEP> 18 <SEP> 10, <SEP> 67
<tb> 19, <SEP> 05 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 12, <SEP> 07 <SEP> 11, <SEP> 68 <SEP>
<tb>
Die vorangehenden Daten können auch gegebenenfalls mit leichten Dimensionsänderungen auf die Erzeugung langgestreckter Gegenstände durch Sintern aus andern Materialien angewendet werden,
wie aus reinen oder zusammengesetzten legierten Metallpulvern und Mischungen von Metall- und Nicht-
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metallpulver, wie schwer schmelzbaren Oxyden, Metalloxyden, Ferriten oder irgendwelchen andern Pulvermaterialien angewendet werden, aus denen langgestreckte Gegenstände hergestellt werden, die beim Sintern zum Verbiegen oder Werfen neigen.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäss ausgebildete Verfahren anwendbar auf die Herstellung von Sintererzeugnissen, die aus einem Pulvergemisch hergestellt werden, das Bestandteile mit niedrigem und hohem Schmelzpunkt besitzt, wobei das Sintern bei einer Temperatur zwischen der Schmelztemperatur des Bestandteiles mit niedrigem Schmelzpunkt und der Schmelztemperatur des Bestandteiles mit hohem Schmelzpunkt durchgeführt wird. Beispiele von durch ein entsprechendes Sintern hergestellten Zusammensetzungen sind solche, die schwer schmelzbare Materialien mit hohem Schmelzpunkt umfassen, wie z, B.
Wolfram, Molybdän, Chrom, Tantal, Niobium, Vanadium, Titan, Zirkon, Hafnium, Mischungen zweier oder mehrerer dieser Metalle und Carbide, Borverbindungen, Nitride und Silicide dieser Metalle, die bei Anwesenheit eines Bindemetalls mit niedrigerem Schmelzpunkt, wie beispielsweise Kupfer und Kupferlegierungen, die Eisenmetalle, wie Eisen, Nickel und Kobalt einschliesslich deren Legierungen und der Legierungen auf Eisenbasis, Nickelbasis und Kobaltbasis, ausserdem Silber und bekannte Legierungen auf Silberbasis gesintert sind. Schliesslich können andere Bindemetalle verwendet werden, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als die der schwer schmelzenden Materialien besitzen. Im allgemeinen sind Bindemetalle solche mit Schmelzpunkten oberhalb 7000 C, aber unterhalb des Schmelzpunktes der höher schmelzenden Komponente.
Unter eine Sinterung, wie im Vorstehenden erwähnt, soll auch die Erzeugung von langgestreckten Sintergegenständen fallen, die durch Infiltration erzeugt werden und die während der Wärmebehandlung zum Verbiegen und Werfen neigen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verhinderung des Werfens bei der Herstellung von langgestreckten Formkörpern aus pulverförmigen Materialien, bei welchen ein Gemisch von mindestens einer Komponente mit hohem Schmelzpunkt und einem Bindemetall mit niedrigem Schmelzpunkt nach Verformung und Verdichtung bei einer Temperatur gesintert wird, die zwischen der Schmelztemperatur des Bindemetalls und der Komponente mit hohem Schmelzpunkt liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch zu einer Platte (25) verpresst und zur Bildung einer Mehrzahl gleicher, paralleler, langgestreckter Formkörper (7-11, 15-19), die nur über einen dünnen, abbrechbaren in Längsrichtung verlaufenden Steg (7a - 10a, 15a - 18a) miteinander verbunden sind,
bearbeitet und der so profilierte Pressling gesintert wird und nach der Sinterung die einzelnen Formkörper (7-11, 15-19) durch Abbrechen der Verbindungsstege voneinander getrennt werden.
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