<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Werkstücken, insbesondere solchen mit unregelmässigem Querschnitt, aus Metallpulver, vorzugsweise aus hochwarmfesten Legierungen, bei welchem eine Anordnung aus einer mit dem zu verformenden Metallpulver gefüllten und innerhalb eines vorzugsweise vakuumdicht verschliessbaren Behälters in ein Trägermedium eingebetteten Metallschale, zweckmässig nach dem Evakuieren der Anordnung, isostatisch, insbesondere bei erhöhter Temperatur. verdichtet und anschliessend vom Werkstück das Trägermedium und gegebenenfalls auch die Metallschale entfernt wird.
Ein solches Verfahren ist aus der DE-AS 2200066 bekanntgeworden, gemäss welcher als mit dem zu verpressenden Metallpulver zu füllende Form vorzugsweise eine solche aus Silizium-, Zirkon-oder Aluminiumoxyd oder auch aus einem vergleichbaren Metall bzw. einer vergleichbaren Legierung verwendet wird, die nach dem Füllen mit dem Metallpulver in dem Behälter angeordnet und dort mit dem Trägermedium umgeben wird. Eine solche Arbeitsweise ist nur möglich, wenn es sich um eine relativ starkwandige, selbsttragende Form handelt, da diese Formen nach dem Füllen mit dem zu verpressenden Metallpulver in den Behälter eingebracht und dort mit dem Trägermedium umgeben werden müssen.
Das Arbeiten mit starkwandigen Formen ist nun aber insofern von Nachteil, als mit zunehmender Wandstärke der Form die Endabmessungen des schliesslich hergestellten Gegenstandes immer stärker von den gewünschten Endabmessungen abweichen, und daher die hergestellten Gegenstände durch, insbesondere bei Hartmetallen und hochwarmfesten Legierungen, langwieriges Nachbearbeiten auf die gewünschten Endabmessungen gebracht werden müssen.
Mit der Erfindung wird nun bezweckt, die erwähnten Nachteile eines bekannten Verfahrens der oben angegebenen Art zu vermeiden, und ein solches Verfahren in solcher Weise auszubilden, dass auch mit äusserst dünnwandigen und daher nicht selbsttragenden Formen gearbeitet werden kann, die an sich das Herstellen von Gegenständen durch Sintern von Metallpulver mit nur geringen Abweichungen von den gewünschten Endabmessungen ermöglichen.
Zu diesem Zwecke wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art gemäss der Erfindung so vorgegangen, dass die Metallschale auf einem Werkstückmodell, insbesondere durch Aufdampfen von Metall auf das Werkstückmodell oder auf einem elektrisch leitenden Werkstückmodell durch Elektroplattieren, hergestellt wird, dessen Abmessungen dem Werkstück vor dem Verpressen des Metallpulvers entsprechen und welches aus einem aus der Metallschale entfernbaren Material besteht, dass das mit der Metallschale versehene Werkstückmodell in das Trägermedium eingebettet und anschliessend das Material des Werkstückmodells aus der Metallschale entfernt wird und dass schliesslich die im Trägermedium eingebettete Metallschale mit dem zu verpressenden Metallpulver gefüllt und die so erhaltene Anordnung, wie bekannt, isostatisch,
insbesondere in einer Schmiedepresse, verdichtet wird. Dadurch, dass nun im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens bereits die mit dem Material des Werkstückmodells gefüllte Metallschale in das Trägermedium eingebettet und die Metallschale erst nach dem Entfernen des Materials des Werkstückmodells aus der Metallschale mit dem zu verpressenden Metallpulver gefüllt wird, ist die Gewähr dafür gegeben, dass selbst dünnwandigste Metallschalen während der erwähnten Arbeitsgänge keine Verformung erleiden, und die schliesslich durch isostatisches Verpressen des Metallpulvers hergestellten Gegenstände mit nur geringen Abweichungen von den gewünschten Endabmessungen erhalten werden.
Da das Werkstückmodell nach dem Aufbringen der Metallschale letzten Endes aus der Metallschale entfernt werden muss und damit verloren ist, jedoch im Zuge einer Serienfertigung viele Werkstückmodelle stets gleichbleibender Abmessungen benötigt werden, wird gemäss der Erfindung das Werkstückmodell mit Vorteil dadurch hergestellt, dass um ein Werkstückvormodell herum, dessen Abmessungen gleich sind den mit dem reziproken Wert der Kubikwurzel aus dem Volumsschwundverhältnis des zu verpressenden Metallpulvers multiplizierten Massen des Werkstücks, eine Hohlform hergestellt wird, die nach dem Abheben vom Werkstückvormodell mit dem Material des Werkstückmodells ausgegossen wird, worauf das erhaltene Gussstück aus der Hohlform entfernt wird.
Es ist hiebei zweckmässig gemäss der Erfindung die Hohlform aus einem Elastomeren, vorzugsweise aus Silikonkautschuk, herzustellen, da eine solche Hohlform im Hinblick auf ihre Elastizität nach dem Aufschlitzen entlang einer der Form des Werkstückvormodells entsprechend günstig gelegten Linie auch von komplizierte Hinterschneidungen aufweisenden Werkstückvormodellen ohne Schwierigkeiten abgezogen werden kann und dann wieder ihre ursprüngliche Form annimmt. In der gleichen Weise kann eine so hergestellte Hohlform auch nach dem Ausfüllen mit dem aus der Metallschale entfernbaren Material, also vom so hergestellten Werkstückmodell, abgezogen werden.
<Desc/Clms Page number 2>
Als aus der Metallschale entfernbares Material werden zweckmässig Materialien niedrigen Schmelzpunktes, beispielsweise Wachse oder mit besonderem Vorteil niedrig schmelzende Legierungen, insbesondere eine Blei-Wismut-Legierung, verwendet, wobei aus elektrisch nicht leitenden Materialien hergestellte Werkstückmodelle durch Aufdampfen von Metall und gegebenenfalls anschliessendes Verstärken der aufgedampften Metallschicht durch Elektroplattieren mit der Metallschale versehen werden müssen, wogegen aus niedrig schmelzenden Legierungen hergestellte Werkstückmodelle direkt durch Elektroplattieren mit der Metallschale versehen werden können.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens kann als Trägermedium gesintertes Eisenpulver, keramischer Griess oder ein bei Arbeitstemperatur flüssiges Material eingesetzt werden. Falls im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens ein pulverförmiges bis körniges Material als Trägermedium eingesetzt wird, wird dieses gemäss der Erfindung zweckmässig auf einen Prozentsatz seiner theoretischen Dichte komprimiert, welcher im wesentlichen dem Prozentsatz der theoretischen Dichte des zu verdichtenden Metallpulvers gleichkommt, da dann in der Endphase des isostatischen Verdichtens der ausserhalb des Behälters wirkende Druck am gleichmässigsten allseitig auf die Metallschale und das darin enthaltene Metallpulver wirkt.
Zweckmässig wird gemäss der Erfindung eine Metallschale mit einer Wandstärke von 0, 05 bis 0, 08 mm hergestellt, da eine eine solche Wandstärke besitzende Metallschale beim isostatischen Verdichten noch keine erkennbaren Oberflächenfehler, beispielsweise Fältelungen, auf dem herzustellenden Gegenstand erzeugt. Zweckmässig wird gemäss der Erfindung eine Metallschale aus Nickel hergestellt, da Nickel soweit säurebeständig, insbesondere gegen Salpetersäure beständig ist, dass nach dem Ausschmelzen niedrig schmelzende Legierungen aus der Metallschale in der Metallschale noch verbliebene Reste dieser Legierung mit der entsprechenden Säure herausgelöst werden können.
Zweckmässig wird gemäss der Erfindung in die Metallschale ein durch die Wandung des Behälters und durch das Trägermedium reichendes Rohr eingeführt, über welches das Material des Werkstückmodells entfernt wird. Über ein solches Rohr kann nach dem Entfernen des Materials des Werkstückmodells auch das zum Herstellen des Gegenstandes benötigte Metallpulver in die Metallschale eingebracht werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird im folgenden an Hand der Zeichnung durch ein konkretes Ausführungsbeispiel erläutert.
In der Zeichnung sind einzelne Verfahrensstufen des erfindungsgemässen Verfahrens veranschaulicht, wobei die Richtung des Arbeitsablaufes durch Pfeile ersichtlich gemacht ist.
Es wird zunächst ein Werkstückvormodell --10-- hergestellt, dessen Abmessungen gleich sind den mit dem Reziprokwert der Kubikwurzel aus dem Volumsschwundverhältnis (Verhältnis des verdichteten Zustandes zum unverdichteten Zustand des zu verpressenden Metallpulvers) multiplizierten Massen des Werkstückes. Im vorliegenden Falle handelt es sich um einen Ring für ein Strahltriebwerk.
Das Werkstückvormodell-10-wird sodann in ein einen Silikonkautschuk ergebendes Giessharz eingegossen, so dass eine Hohlform --11-- solcher Elastizität entsteht, dass das Werkstückvormodell-10- nach dem Aufschneiden der Hohlform --11-- entlang einer Basisfläche des Werkstückvormodells --10-- aus der Hohlform --11-- herausgenommen werden kann.
Die so entstandenen beiden Teile der Hohlform --11-- werden sodann zusammengesetzt, worauf in die Wandung der Hohlform --11-- ein Loch gebohrt und durch dieses Loch ein an einem Ende Perforationen - -13a-- aufweisendes Rohr --13-- mit den Perforationen bis in den Formhohlraum geschoben wird.
Sodann wird der Formhohlraum --12-- über das Rohr --13-- mit einer Blei-Wismut-Legierung ausgegossen und das so entstandene Werkstückmodell --12-- aus der Hohlform --11-- entfernt.
Auf dem Werkstückmodell --12-- wird sodann eine 0, 05 bis 0, 08 mm starke Nickelschicht abgeschieden, welche die Metallschale --14-- bildet.
Das mit der Metallschale --14-- versehene Werkstückmodell --12-- wird so dann in ein von Eisenpulver gebildetes Trägermedium --15-- eingebracht, worauf dieses Eisenpulver soweit komprimiert wird, dass das Trägermedium etwa die gleiche Porosität besitzt wie das zu verpressende Metallpulver, d. h., dass in der Regel das Eisenpulver auf 70% seiner theoretischen Dichte komprimiert wird, da auch das zum herzustellenden Gegenstand zu verarbeitende Metallpulver in loser Schüttung etwa 70% der theoretischen Dichte des Metalls beistzt.
Sodann wird das aus Blei-Wismut-Legierung bestehende Werkstückmodell --12-- geschmolzen und die entstandene Schmelze über das Rohr --13-- aus der Metallschmelze --14-- abfliessen gelassen. Der
<Desc/Clms Page number 3>
Innenraum der Schale --14-- wird sodann noch mit Säure gereinigt, um innerhalb der Metallschale --14-noch befindliche Reste an Blei-Wismut-Legierung zu entfernen.
Die Metallschale wird sodann durch das Rohr --13-- hindurch mit einem temperaturbeständigen Legierungspulver, vorzugsweise mit der pulverförmigen Legierung Hastelloy R-235, der Zusammensetzung 0, 15% C, 15, 5% Cr, 2, 5% Co, 5, 5% Mo, 2, 5% Ti, 2, 0% Al, 10, 0% Fe und 61, 85% Ni, gefüllt, worauf die
EMI3.1
MetaUschaIe-14-möglichstverpresst wird.
Im Anschluss daran wird die Blechhülle --17-- und das Trägermedium --15-- aus gesintertem Eisen auf beliebige Art, beispielsweise durch Zerspanen oder Beizen, entfernt, womit der gewünschte Gegenstand, ein Ring --18-- für ein Strahltriebwerk, erhalten wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von Werkstücken, insbesondere solchen mit unregelmässigem Querschnitt, aus Metallpulver, vorzugsweise auch hochwarmfesten Legierungen, bei welchem eine Anordnung aus einer mit dem zu verformenden Metallpulver gefüllten und innerhalb eines vorzugsweise vakuumdicht verschliessbaren Behälters in ein Trägermedium eingebetteten Metallschale, zweckmässig nach dem Evakuieren der Anordnung, isostatisch, insbesondere bei erhöhter Temperatur, verdichtet und anschliessend vom Werkstück das Trägermedium und gegebenenfalls auch die Metallschale entfernt wird,
EMI3.2
insbesondere durch Aufdampfen von Metall auf das Werkstückmodell oder auf einem elektrisch leitenden Werkstückmodell durch Elektroplattieren, hergestellt wird,
dessen Abmessungen dem Werkstück vor dem Verpressen des Metallpulvers entsprechen und welches aus einem aus der Metallschale entfernbaren Material besteht, dass das mit der Metallschale (14) versehene Werkstückmodell (12) in das Trägermedium (15) eingebettet und anschliessend das Material des Werkstückmodells (12) aus der Metallschale (14) entfernt wird und dass schliesslich die im Trägermedium (15) eingebettete Metallschale (14) mit dem zu verpressenden Metallpulver (16) gefüllt und die so erhaltene Anordnung, wie bekannt, isostatisch, insbesondere in einer Schmiedepresse, verdichtet wird.
EMI3.3
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a method for producing workpieces, in particular those with an irregular cross section, from metal powder, preferably from high-temperature alloys, in which an arrangement of a metal shell filled with the metal powder to be deformed and embedded in a carrier medium, preferably within a vacuum-tight sealable container , expediently after the arrangement has been evacuated, isostatically, in particular at elevated temperature. compacted and then the carrier medium and possibly also the metal shell is removed from the workpiece.
Such a method has become known from DE-AS 2200066, according to which the form to be filled with the metal powder to be pressed is preferably one made of silicon oxide, zirconium oxide or aluminum oxide or also of a comparable metal or alloy, which according to the filling with the metal powder is arranged in the container and is surrounded there with the carrier medium. Such a mode of operation is only possible if it is a relatively thick-walled, self-supporting form, since these forms have to be introduced into the container after being filled with the metal powder to be pressed, and there they have to be surrounded by the carrier medium.
Working with thick-walled molds is now disadvantageous in that, as the wall thickness of the mold increases, the final dimensions of the finally manufactured object deviate more and more from the desired final dimensions, and therefore the manufactured objects, particularly in the case of hard metals and high-temperature alloys, undergo lengthy reworking on the desired final dimensions must be brought.
The invention now aims to avoid the disadvantages of a known method of the type mentioned above, and to design such a method in such a way that it is also possible to work with extremely thin-walled and therefore not self-supporting shapes, which in themselves produce objects by sintering metal powder with only slight deviations from the desired final dimensions.
For this purpose, in a method of the type specified at the outset according to the invention, the metal shell is produced on a workpiece model, in particular by vapor deposition of metal on the workpiece model or on an electrically conductive workpiece model by electroplating, the dimensions of which correspond to the workpiece before Pressing the metal powder and which consists of a material that can be removed from the metal shell, that the workpiece model provided with the metal shell is embedded in the carrier medium and then the material of the workpiece model is removed from the metal shell and that finally the metal shell embedded in the carrier medium with the metal powder to be pressed filled and the arrangement thus obtained, as is known, isostatically,
especially in a forging press. The fact that the metal shell filled with the material of the workpiece model is already embedded in the carrier medium as part of the method according to the invention and the metal shell is only filled with the metal powder to be pressed after the material of the workpiece model has been removed from the metal shell, that even the most thin-walled metal shells do not suffer any deformation during the operations mentioned, and the objects finally produced by isostatic pressing of the metal powder are obtained with only slight deviations from the desired final dimensions.
Since the workpiece model ultimately has to be removed from the metal shell after the metal shell has been applied and is therefore lost, but many workpiece models of constant dimensions are always required in the course of series production, according to the invention the workpiece model is advantageously produced by surrounding a preliminary workpiece model , whose dimensions are the same as the masses of the workpiece multiplied by the reciprocal value of the cubic root from the volume shrinkage ratio of the metal powder to be pressed, a hollow mold is produced which, after being lifted off the pre-workpiece, is poured out with the material of the workpiece model, whereupon the casting obtained from the hollow mold Will get removed.
It is expedient according to the invention to produce the hollow mold from an elastomer, preferably from silicone rubber, since such a hollow mold, with regard to its elasticity after slitting along a line suitably laid out in accordance with the shape of the workpiece preliminary model, is also easily subtracted from complicated workpiece undercuts having undercuts can become and then returns to its original shape. In the same way, a hollow mold produced in this way can also be removed after filling with the material that can be removed from the metal shell, that is to say from the workpiece model thus produced.
<Desc / Clms Page number 2>
Materials which have a low melting point, for example waxes or, particularly advantageously, low-melting alloys, in particular a lead-bismuth alloy, are expediently used as the material which can be removed from the metal shell, workpiece models produced from electrically nonconductive materials by vapor deposition of metal and, if appropriate, subsequent strengthening of the vapor-deposited Metal layer must be provided with the metal shell by electroplating, whereas workpiece models made from low-melting alloys can be directly electroplated with the metal shell.
In the context of the method according to the invention, sintered iron powder, ceramic semolina or a material which is liquid at working temperature can be used as the carrier medium. If a powdery to granular material is used as the carrier medium in the process according to the invention, this is expediently compressed according to the invention to a percentage of its theoretical density, which essentially equals the percentage of the theoretical density of the metal powder to be compressed, since then in the final phase of isostatic compression, the pressure acting outside the container most uniformly affects the metal shell and the metal powder contained therein on all sides.
A metal shell with a wall thickness of 0.05 to 0.08 mm is expediently produced according to the invention, since a metal shell having such a wall thickness does not yet produce any recognizable surface defects, for example wrinkles, on the object to be produced during isostatic compression. According to the invention, a metal shell is expediently produced from nickel, since nickel is sufficiently acid-resistant, in particular against nitric acid, that after melting, low-melting alloys can be removed from the metal shell in the metal shell with the corresponding acid.
According to the invention, a tube is expediently inserted into the metal shell through the wall of the container and through the carrier medium, via which tube the material of the workpiece model is removed. After removing the material of the workpiece model, the metal powder required for producing the object can also be introduced into the metal shell via such a tube.
The method according to the invention is explained below with reference to the drawing by means of a concrete exemplary embodiment.
Individual process stages of the method according to the invention are illustrated in the drawing, the direction of the workflow being indicated by arrows.
First a workpiece pre-model --10-- is produced, the dimensions of which are the same as the masses of the workpiece multiplied by the reciprocal value of the cubic root from the volume shrinkage ratio (ratio of the compressed state to the undensified state of the metal powder to be pressed). In the present case, it is a ring for a jet engine.
The workpiece pre-model 10 is then poured into a casting resin which results in a silicone rubber, so that a hollow shape 11 results in such elasticity that the workpiece pre-10 after the hollow shape 11 has been cut open along a base surface of the workpiece pre-model. -10-- can be removed from the hollow mold --11--.
The two parts of the hollow mold --11-- thus created are then put together, whereupon a hole is drilled in the wall of the hollow mold --11-- and through this hole a tube --13a-- with perforations at one end --13- - is pushed with the perforations into the mold cavity.
Then the mold cavity --12-- is poured out via the pipe --13-- with a lead bismuth alloy and the resulting workpiece model --12-- is removed from the hollow mold --11--.
A 0.05 to 0.08 mm thick nickel layer is then deposited on the workpiece model --12--, which forms the metal shell --14--.
The workpiece model --12-- provided with the metal shell --14-- is then introduced into a carrier medium --15-- made of iron powder, whereupon this iron powder is compressed to such an extent that the carrier medium has approximately the same porosity as that grouting metal powder, d. That is, as a rule, the iron powder is compressed to 70% of its theoretical density, since the metal powder to be processed for the object to be manufactured also provides about 70% of the theoretical density of the metal in bulk.
Then the workpiece model --12-- made of lead-bismuth alloy is melted and the resulting melt is allowed to flow out of the metal melt --14-- via the pipe --13--. The
<Desc / Clms Page number 3>
The interior of the shell --14-- is then cleaned with acid to remove any remaining lead-bismuth alloy within the metal shell --14.
The metal shell is then passed through the tube with a temperature-resistant alloy powder, preferably with the powdery alloy Hastelloy R-235, with the composition 0.15% C, 15.5% Cr, 2.5% Co, 5. 5% Mo, 2, 5% Ti, 2, 0% Al, 10, 0% Fe and 61, 85% Ni, after which the
EMI3.1
Metal shell 14 is pressed as far as possible.
Subsequently, the sheet metal casing --17-- and the carrier medium --15-- are removed from sintered iron in any manner, for example by machining or pickling, whereby the desired object, a ring --18-- for a jet engine, is obtained.
PATENT CLAIMS:
1. A method for producing workpieces, in particular those with an irregular cross-section, from metal powder, preferably also high-temperature alloys, in which an arrangement of a metal shell filled with the metal powder to be deformed and embedded in a preferably vacuum-tight container in a carrier medium, expediently after Evacuating the arrangement, compressing it isostatically, in particular at elevated temperature, and then removing the carrier medium and optionally also the metal shell from the workpiece,
EMI3.2
is produced in particular by vapor deposition of metal on the workpiece model or on an electrically conductive workpiece model by electroplating,
whose dimensions correspond to the workpiece before the metal powder is pressed and which consists of a material that can be removed from the metal shell, that the workpiece model (12) provided with the metal shell (14) is embedded in the carrier medium (15) and then the material of the workpiece model (12) is removed from the metal shell (14) and that finally the metal shell (14) embedded in the carrier medium (15) is filled with the metal powder (16) to be pressed and the arrangement thus obtained is, as is known, compressed isostatically, in particular in a forging press.
EMI3.3