AT376920B - Verfahren zum herstellen eines gegenstandes aus einem sinterfaehigen material - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes, der haupt- sächlich aus einem sinterfähigen Material besteht, das vor seinem Sintern relativ leicht geformt werden kann und die Eigenschaft besitzt, beim Sintern einen relativ porösen Körper zu bilden, und der anderseits eine aus einem Metall mit einem gegenüber der Sintertemperatur des sinter- fähigen Materials niedrigeren Schmelzpunkt bestehende Matrix aufweist, bei dem eine   Giess- oder  
Pressform, welche eine für die Formgebung des Gegenstandes massgebende Oberfläche aufweist, mit einem Kanalbildner und mit dem pulvrigen oder körnigen sinterfähigen Material gefüllt wird, das anschliessend auf seine Sintertemperatur erhitzt wird, um einen Pulverkörper zu erhalten, in welchen das aufgeschmolzene Metall der Matrix einfiltriert und danach verfestigt wird. 



   Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Gegenstand, der hauptsächlich aus einem sinter- fähigen Material, wie einem in einer die Konturen des Gegenstandes bestimmenden   Giess- oder   Press- form wenigstens teilweise gesinterem Metallpulver, besteht, das vor seinem Sintern relativ leicht geformt werden kann und die Eigenschaft besitzt, beim Sintern einen relativ porösen Körper mit mindestens einem   Kühlkanal   zu bilden, und der anderseits eine aus einem Metall mit einem gegen- über der Sintertemperatur des sinterfähigen Materials niedrigeren Schmelzpunkt bestehende Matrix aufweist, wobei das Metall der Matrix so in den porösen Körper einfiltriert ist, dass es hauptsäch- lich die Poren des gesinterten Materials wenigstens an der Oberfläche der   Giess- oder   Pressform ausfüllt. 



   Die Erfindung bezieht sich im besonderen auf eine   Giess-oder Pressform,   die zum Vergiessen oder Verpressen eines   giess- oder   pressfähigen Materials geeignet ist. 



     Giess- oder   Pressformen und Verfahren zu ihrer Herstellung sind beispielsweise aus der Schwe- dischen Auslegeschrift 7600895-2 (GB-PS Nr. 1, 541, 446) bekannt. Nach diesem bekannten Vorschlag wurden auch in der Praxis bereits   Giess- oder   Pressformen in   Giess- oder   Presswerkzeugen aus Kunst- stoff hergestellt, was beträchtliche technische Vorteile im Vergleich zu den herkömmlich herge- stellten   Giess- oder   Pressformen brachte, hauptsächlich deshalb, weil die Herstellungskosten niedriger sind und weil die Herstellung viel rascher erfolgen kann, was in vielen Fällen von   entscheidungserheblicher   Wichtigkeit ist. 



   Es ist auch bekannt, Kühlkanäle in   Giess- oder   Presswerkzeugen anzulegen, damit die Produkte, die in dem Werkzeug vergossen oder verpresst werden, rascher verfestigen und/oder damit ein kontrollierter Verfestigungsprozess erreicht wird. Diese Kühlkanäle werden konventionell durch eine Bohrung in dem Werkzeug oder dem Material des Werkzeugs hergestellt. Dadurch sind für diese bekannte Technik grosse Einschränkungen gegeben. So ist es beispielsweise nicht möglich, gekrümmte Kühlkanäle zu bohren ; es können vielmehr nur gerade Kanäle oder aus geraden Abschnitten zusammengesetzte Kanäle gebohrt werden.

   Weiterhin ist es nur ausnahmsweise möglich, die Kanäle so zu plazieren, dass sie alle Oberflächen des Werkzeugs oder zumindest wesentliche Bereiche derselben unter dem funktionellen Gesichtspunkt einer   Kühlung"überdecken".   Ein weiterer Nachteil dieser herkömmlich mittels eines Bohrens bereitgestellter Kühlkanäle ist darin zu sehen, dass ihre Wände im Vergleich zu dem Material des Werkzeugs keine grössere Korrosionsbeständigkeit haben. Dies trifft sowohl auf die   Giess- oder   Presswerkzeuge zu, die in herkömmlicher Weise hergestellt werden, als auch auf diejenigen, die einleitend näher beschrieben wurden. Während des Gebrauchs des Werkzeugs kann daher das Kühlwasser die Kühlkanäle korrodieren, so dass sie in der Gesamtheit oder teilweise blockiert werden.

   In einigen Fällen kann dies zwar mittels Korrosions- - Inhibitoren verhindert werden oder dadurch, dass die Kühlkanäle mit einem korrosionsbeständigeren Material ausgekleidet werden. Für diese beiden Möglichkeiten bestehen aber grosse Beschränkungen, und sie verursachen unter allen Umständen Komplikationen ; grössere Komplikationen treten insbesondere bei einer Auskleidung der Kühlkanäle auf, so dass dieses Verfahren in der Praxis kaum angewandt wird. 



   Aus der DE-AS 2054972 sind ein Verfahren und ein Gegenstand der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei welchen in einem Sinterkörper vorzusehende Kanäle durch Einlegen von Modellen mit Vollquerschnitt aus Tränkmetall in das pulverförmige Sintermaterial gebildet werden. Das beim Sintern schmelzende Tränkmetall wird von dem porösen Sintermaterial aufgesaugt, wodurch erst die gewünschten Kanäle entstehen. 



   Eine spezielle Komplikation bei der Herstellung eines oben angesprochenen Gegenstandes 

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 resultiert aus der Tendenz des Metalls der Matrix, bei der Verfestigung zu schrumpfen. Normaler- weise tritt die Verfestigung nicht gleichzeitig in allen Teilen des porösen Körpers ein, sie findet vielmehr zuerst in den Teilen statt, bei denen die Kühlung am grössten ist, so dass in diesen
Teilen die Formgebung und die Struktur des Körpers stabilisiert wird. Als Folge der Schrumpfung kann das noch nicht verfestigte Metall der Matrix in einem bestimmten Ausmass aus andern Teilen des porösen Körpers absacken, so insbesondere aus den Oberflächenbereichen, die noch nicht stabilisiert sind. Als Ergebnis davon steht das gesinterte Material in diese Oberfläche vor, so dass die Oberfläche rauh ist.

   Dies kann sich in bestimmten Fällen fatal auswirken, insbesondere dort, wo eine solche Oberfläche bei einem   Giess- oder   Presswerkzeug eine der Formgebung dienende
Oberfläche bildet, an die bezüglich der Genauigkeit der Abmessungen und der Feinheit hohe An- forderungen gestellt werden. In den meisten Fällen kann dieses Problem zwar dadurch gelöst werden, dass eine solche Oberfläche durch ein Abschleifen feinbearbeitet wird und/oder die Ober- fläche eine Beschichtung erhält, was aber nur eine Hilfsmassnahme darstellt, die möglichst nicht verwirklicht werden sollte. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Beschränkungen und Nachteile des bekannten Verfahrens und des bekannten Gegenstandes zu vermeiden. Dabei besteht insbeson- dere die Zielsetzung, die Kanäle in dem Gegenstand und/oder in dem Material der   Giess- oder  
Pressform, in welcher der Gegenstand hergestellt wird, so anzulegen, dass während der Herstellung des Gegenstandes eine Oberfläche geschaffen werden kann, die keine oder nur eine minimale Nach- behandlung erfordert. 



   Nach der Erfindung soll auch ein Gegenstand, insbesondere eine   Giess-oder Pressform,   die zur Einfügung in ein   Giess- oder   Presswerkzeug vorgesehen ist, bereitgestellt werden, der Kühlkanäle mit einem sehr befriedigenden Korrosionswiderstand gegenüber den üblichen Kühlmitteln aufweist. 



   Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Gegenstandes mit Kühlkanälen und ein Verfahren der Herstellung, die sowohl während der Benutzung des Gegenstandes beispielsweise in dem   Giess- oder   Presswerkzeug als auch während der Herstellung des Gegenstandes benutzt werden können. 



   Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachen Verfahrens zur Kontrolle der Stabilisation des Gegenstandes durch eine kontrollierte Verfestigung des Metalls der Matrix. 



   Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das einfach   durchgeführt   werden kann und keine hohen Einrichtungskosten erfordert. 



   Nach der Erfindung ist folglich vorgesehen, dass wenigstens ein von einem Rohr gebildeter Kanal in einem kurzen Abstand bzw. in einer kleinen Tiefe von einer Oberfläche des Gegenstandes, der eine besonders feine und kontrollierte Struktur gegeben werden soll, so angelegt wird, dass der Kanal die Gesamtheit der Oberfläche oder ausgewählte wichtige Bereiche dieser Oberfläche unter dem funktionellen Gesichtspunkt einer   Kühlung "überdeckt".   Durch diesen Kanal wird während der Verfestigung des Metalls der Matrix ein Kühlmittel hindurchgeleitet, so dass die Matrix in dem Bereich nahe dem Kanal rascher einfriert als in den ferneren Bereichen des Pulverkörpers. 



   Der eine Kanal oder mehrere Kanäle kann bzw. können dabei aus einem oder mehreren Rohren aus einem Metall oder einer Legierung mit einem gegenüber der Sintertemperatur des sinterfähigen Materials höheren Schmelzpunkt bestehen, wobei das oder die Rohre in der   Giess- oder   Pressform an der Innenseite der Oberfläche angeordnet wird bzw. werden, die eine besonders feine und kontrollierte Struktur erhalten soll, und wobei dann die   Giess-oder Pressform   mit dem pulvrigen oder körnigen sinterfähigen Material aufgefüllt wird, so dass das Rohr in das sinterfähige Material eingebettet wird, worauf das Metall der Matrix geschmolzen und zum Einfiltrieren in den Pulverkörper gebracht wird, damit es um das in den Pulverkörper eingebettete Rohr herumfliessen kann und metallisch mit dem Rohr gebunden wird. 



   Als eine Alternative oder in Kombination mit diesem Verfahren ist es auch möglich, einen oder mehrere Kühlkanäle in dem Material der   Giess- oder Pressform   nahe der Oberfläche anzulegen, die dem Gegenstand eine besonders feine und kontrollierte Struktur aufgeben soll. Auch in diesem Fall ist der Kanal bzw. die Mehrzahl an Kanälen so angelegt, dass die gesamte Oberfläche oder 

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 ausgewählte wichtige Bereiche derselben unter dem funktionellen Gesichtspunkt einer   Kühlung "über-   deckt" sind, so dass ein Kühlmittel, das durch diesen Kühlkanal bzw. die Mehrzahl an Kühlkanälen hindurchgeleitet wird, ein rascheres Einfrieren der Matrix in dem Bereich nahe dem Kühlkanal bzw. den Kühlkanälen bewirkt als in andern Teilen des Pulverkörpers. 



   Der Kanal oder die Kanäle kann bzw. können die Oberfläche durch eine spiralförmige Win- dung, eine mäanderförmige Biegung oder durch eine Kombination verschiedener Windungen oder   Biegungen "überdecken",   oder es kann eine Anlage des oder der Kanäle in Richtungen parallel zu der Oberfläche erfolgen. 



   Der Gegenstand gemäss der Erfindung enthält einen oder mehrere Kanäle, die aus Metall- rohren bestehen, in dem Pulverkörper angeordnet sind und einen höher als die Sintertemperatur des sinterfähigen Materials liegenden Schmelzpunkt haben, wobei die Aussenseiten dieser Rohre mit dem infiltrierten Metall der Matrix metallisch verbunden sind. Das Metall aus dem die Rohre bestehen hat vorzugsweise eine gewisse Lösungskapazität in dem geschmolzenen Metall der Matrix, so dass es teilweise von der Aussenseite der Rohre entfernt wird. 



   Für das Sintermaterial, das Metall der Matrix und für die Rohre kann eine verschiedene
Auswahl getroffen werden. Das Sintermaterial besteht vorzugsweise aus einem Pulver auf der Basis
Eisen, wobei ein aushärtbares Stahlpulver geeignet ist. Das Metall der Matrix (worunter auch
Legierungen verstanden werden) kann hauptsächlich aus einem oder mehreren der Metalle Kupfer,
Zinn, Nickel, Zink, Aluminium, Niobium und Beryllium bestehen. Das Metall der Matrix besteht zweckmässig hauptsächlich aus Kupfer mit einer gewissen Menge an Zinn und/oder einem andern
Metall, das die Kapazität von Kupfer, sich in Eisen in der geschmolzenen Phase zu lösen, verrin- gert.

   Wenn das oder die Rohre in dem Pulverkörper angeordnet ist bzw. sind, dann sollen sie vorzugsweise aus einem Metall (bzw. einer Legierung) mit derselben Basis wie das Sintermaterial bestehen oder aus einem andern Material, dessen Löslichkeit in dem geschmolzenen Metall der
Matrix dadurch verringert ist, dass eine gewisse Menge des Sintermaterials in dem Metall der
Matrix gelöst wird. Das Material des oder der Rohre besteht vorzugsweise aus Stahl, wobei rost- freier Stahl besonders geeignet ist. Auch andere Materialien können für die Rohre in Frage kommen, falls damit besondere Eigenschaften erzielt werden sollen, so beispielsweise ein Material auf der Basis Nickel. 



   Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Pulverkörper gesintert und das Metall der Matrix geschmolzen sowie in den Pulverkörper einfiltriert in einer Heizeinrichtung bei einer Temperatur zwischen 1000 und   1250oC,   vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 1000 und   1200 C   und vorzugsweise unter Vakuum oder in einer Atmosphäre eines inerten Gases.

   Nachdem das Metall der Matrix in den Pulverkörper einfiltriert ist und zum teilweisen Lösen in dem Sintermaterial und in dem Material des oder der Rohre gebracht wurde, wird ein Kühlmittel, vorzugsweise Luft oder ein anderes Gas, durch das oder die Rohre hindurchgeleitet, bis das Metall der Matrix wenigstens in den Bereichen des Pulverkörpers verfestigt ist, die nahe dem oder den Rohren liegen, so dass der Pulverkörper in diesen Bereichen stabilisiert wird.

   Das Kühlmittel kann zweckmässig über Anschlüsse zugeleitet werden, die sich bezüglich des Innenraumes der Heizeinrichtung nach aussen erstrecken, in welcher der Pulverkörper wenigstens während eines Teils der Verfestigung bleibt, bis die Temperatur im Innenraum der Heizeinrichtung unter die Verfestigungstemperatur des Metalls der Matrix abgesunken ist, vorzugsweise auf weniger als   800 C   und zweckmässig auf weniger als   700 C,   wonach dann der Rest der Matrix zur Verfestigung gebracht wird, vorzugsweise durch ein forciertes Kühlen der gesamten   Giess- oder   Pressform einschliesslich ihres Inhalts.

   Als eine Alternative oder zusätzlich zu der Massnahme, die Giessoder Pressform einschliesslich ihres Inhalts im Innenraum der Heizeinrichtung zu belassen, kann die   Giess- oder Pressform   auch eine von einer äusseren Kühlung isolierte Anordnung erfahren, während das Kühlmittel durch das oder die Rohre hindurchgeleitet wird. 



   Ein Pulver, das durch eine Gaskörnung einer Metallschmelze hergestellt wird, kann zweckmässig als Metallpulver benutzt werden. Das Pulver sollte keine Körner einer Grösse von mehr als etwa 200   flm   erhalten, und der Anteil von feinem Pulver mit Korngrössen von weniger als 45   flm   sollte nicht mehr als etwa 5 Gew.-% sein. Nach seiner Einfüllung in die   Giess- oder   Pressform sollte das Metallpulver durch Schlageinwirkung verdichtet und/oder vibriert 

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 werden, bis es hinreichend dicht gepackt ist. Die Menge des Infiltranten kann in Abhängigkeit von dessen Auswahl und der Auswahl des Metallpulvers wechseln, wobei für den Normalfall Mengen zwischen etwa 55 und 60   Gew.-%   der Menge des Pulvers genügen. 



   Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen erfasst und gehen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen hervor. 



   In den Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 Zwei Gegenstände gemäss der Erfindung, die aus einer Patrize und einer Matrize für ein Giess-oder Presswerkzeug aus Kunststoff bestehen, Fig. 2 die Herstellung des einen Teils des Werkzeugs, nämlich der Patrize, gemäss einer Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung. 



   In den einzelnen Figuren der Zeichnungen sind nur die Einzelheiten gezeigt, die für ein Verständnis der Erfindung beitragen, während andere Einzelheiten für ein verbessertes Verständnis der Erfindung nicht dargestellt sind. So sind beispielsweise in Fig. 1 die Angüsse bzw. Angussverteiler, die Führungsstifte und Führungsbuchsen sowie die Hebehilfen nicht gezeigt, die mithin alle in herkömmlicher Weise ausgeführt sein können, und in den Fig. 2 und 3 sind nur die Einzelheiten prinzipiell dargestellt, die für eine nähere Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens benötigt werden. 



   In Fig. 1 sind eine Patrize --1-- und eine   Matrize --2-- für ein Giess- oder   Presswerkzeug aus Kunststoff gezeigt, das zur Herstellung eines Topfes ausgebildet ist. Zwischen der Patrize 
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 und   14-- an   der Patrize-l-und an der Matrize --2-- begrenzt ist. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Material der Patrize-l-und der Matrize --2-- aus einem Kohlenstoff enthaltenden Stahlpulver --20--, das zu einem Pulverkörper gesintert ist, der genau die Formgebung dieser beiden Teile aufweist, worauf dann eine Matrix zum Ausfüllen der Poren dieses Pulverkörpers gebracht wird, indem in den Pulverkörper ein   Infiltrant --23-- eingefiltert   wird.

   Bei der hier beschriebenen Ausführungsform besteht die Matrix aus einer Legierung auf der Basis Kupfer, vorzugsweise Kupfer mit einer bestimmten Menge an Zinn und möglicherweise weiteren Elementen, welche die Härte des Metalls der Matrix vergrössern. Das Gewichtsverhältnis der Matrix zu dem   Stahlpulver --20-- beträgt   etwa 35 : 65. 



   Nach der Erfindung enthält die Patrize-l-und die Matrize --2-- je einen Kühlkanal   - 3   und 4--. Die Kühlkanäle bestehen jeweils aus einem Rohr-5 bzw. 6-- aus rostfreiem Stahl und erstrecken sich als eine Spule durch die Patrize-l-und die Matrize --2--. 



   Das Rohr --5-- erstreckt sich zunächst geradlinig nach unten bis zu dem Boden des Formenteils --11--, durch welchen der Hauptteil des Topfes geformt wird, und beschreibt dann eine Schlaufe --8--, aus welcher heraus eine Spirale --9-- nach oben entwickelt ist in einer Anordnung längs der Wände des "Topfes". Das Rohr --5-- ist dann über die Kante des "Topfes" umgebogen, um in einen mäanderförmigen Spurenteil --10-- überzugehen, der in einem Teilbereich   - 12-der Patrize-l-angeordnet   ist, durch welchen der Handgriff des Topfes geformt wird. Danach ist das Rohr --5-- wieder senkrecht nach oben geführt und mündet an der oberen Stirnfläche der Patrize --1--.

   Das   Rohr --5-- kann einstückig   ausgebildet sein oder aus einer Vielzahl zusammengeschweisster, zusammengelöteter oder sonstwie vereinigter Abschnitte bestehen, damit der etwas komplizierte Verlauf des Rohrs erhalten wird. Das Rohr --6-- ist in ähnlicher Art und Weise in der Matrize --2-- angeordnet. Der Aussendurchmesser der beiden Rohre --5 und   6-- beträgt   10 mm, und die Wanddicke der Rohre ist etwa 1 mm. Der Abstand von den Wänden der Patrize --1-- bzw. Matrize --2--, also von den   Oberflächen --13   und 14--, beträgt etwa 10 mm, und der Abstand zwischen benachbarten Abschnitten der Rohre beträgt etwa 25 mm. Die 
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 --5Hohlraums --7-- wirksam erreichen. 



   Neben dem ursprünglichen Infiltranten enthält die Matrix auch Eisen, Kohlenstoff und möglicherweise weitere Elemente, die aus dem Stahlpulver --20-- in das Metall der Matrix gelöst sind. Auch von der Aussenseite der Stahlrohre ist Material teilweise in die Matrix gelöst worden. Durch das Lösen von Eisen in den   Infiltranten --23-- primär   aus dem Stahlpulver --20-- und teilweise auch von den Stahlrohren --5 und 6-- ist die Matrix in bezug auf Eisen gesättigt. 

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In Verbindung mit diesem Lösungsprozess ist die Oberfläche der Stahlrohre --5 und 6-- mit der Matrix wirksam vereinigt, während gleichzeitig die Rohre in dem stabilisierten Pulverkörper sicher angeordnet sind. 



   In Fig. 2 sind die beiden Rohre und ihre Abschnitte mit gleichen Bezugsziffern wie in   Fig. 1   bezeichnet. Das zuvor gebogene - und möglicherweise aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzte - Rohr --5-- ist in einer keramischen   Giess- oder Pressform --21-- angeordnet   und mittels einer Halteeinrichtung behelfsmässig fixiert. Die   Giess-oder Pressform-21-- weist   eine Oberfläche - auf, welche die Konturen'der Patrize-l-bestimmt. Die Herstellung der Patrize --1--, die nicht Inhalt der Erfindung ist, kann in bekannter Weise durchgeführt werden oder durch sonstige Verfahren, die auch unüblich sein können.

   Die   Giess-oder Pressform-21-- wird   mit Stahlpulver --20-- in einer Menge bzw. einem Volumen aufgefüllt, das der Grösse der Patrize - entspricht, wobei die Auffüllung mit dem Stahlpulver zusammen mit einem Pulver vorgenommen wird, das für Entfernungszwecke an der rückseitigen Platte der Form angeordnet wird. Das Stahlpulver --20-- wird dann durch eine Schlageinwirkung verdichtet und/oder vibriert, so dass das Pulverbett in hohem Masse verdichtet ist und sehr dicht an die formgebende   Oberfläche --22--   der   Giess- oder Pressform --21-- anliegt,   die mit einem Entformungsmittel versehen worden sein kann.

   Dann wird eine der Pulvermenge entsprechende Menge der als Infiltrant --23-- benutzten Legierung in die   Giess-oder Pressform-21-- eingebracht,   wobei die Legierung eine Blockform aufweisen kann und folglich auf das Stahlpulver --20-- aufgelegt wird. Die   Giess- oder   Pressform --21-- wird dann einschliesslich ihres Inhalts in einen Ofen --24-- eingebracht, der durch   Heizspulen --25-- aufheizbar   ist. Die beiden Enden des   Rohres-5-- sind   über ein Anschlussstück --26-- aus einer Ofenkammer --30-- herausgeführt und mit Ventilen --27 und 28-- versehen. 



   Nachdem die Ofenkammer --30-- evakuiert worden ist, wird über ein Rohr --29-- ein inertes Gas, vorzugsweise Argon, eingeleitet, mit dem die Ofenkammer auch während des fortgesetzten Prozesses kontinuierlich ausgespült wird. Die Absaugung des inerten Gases aus der Ofenkammer - erfolgt über ein Absaugrohr --31--. Die Ofenkammer --30-- wird mittels der Heizspulen - auf die Sintertemperatur des Stahlpulvers --20-- aufgeheizt, vorzugsweise auf   1150 C,   und wird auf dieser Temperatur mittels eines Thermostaten gehalten, solange das Stahlpulver - gesintert und der Infiltrant --23-- geschmolzen wird.

   Während dieser Phase bleiben die beiden   Ventile --27   und   28-- geschlossen.   Sobald das Stahlpulver --20-- zu einem mehr oder weniger festen zusammenhängenden Skelett zusammengesintert ist, dringt der dann geschmolzene Infiltrant --23-- in das jetzt gesinterte Stahlpulver --20-- ein und füllt alle dessen Poren aus, 
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 filtrierung abgeschlossen ist, wird die Temperatur in der Ofenkammer --30-- noch auf etwa   1150 C   über wenigstens weitere 30 min gehalten oder selbst länger, was abhängig ist von der Grösse des hergestellten Produkts.

   Während dieser gesamten Zeit wird folglich der Infiltrant --23-- in einem geschmolzenen Zustand gehalten, so dass primär das Stahlpulver --20-- und auch die Oberfläche des Rohrs --5-- teilweise in dem Infiltranten gelöst wird, so dass dieser in bezug auf Eisen gesättigt wird. Wegen der feinen Korngrösse hauptsächlich zwischen 45 und 200   11m   des Stahlpulvers und der folglich relativ grossen Oberfläche ist das Lösen von Eisen aus dem Stahlpulver primär für die Sättigung des Infiltranten in bezug auf Eisen verantwortlich, weshalb die Abtragung des Rohrs --5-- innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten werden kann, bevor die Matrix mit Eisen gesättigt ist, so dass danach eine weitere Schwächung des Stahlrohrs verhindert wird. 



   Die Wärmezufuhr in die Ofenkammer --30-- wird dann unterbrochen. Nach dem Öffnen der   Ventile --27   und 28-- wird Kühlluft durch das Rohr --5-- hindurchgeleitet, bis die Temperatur in der Ofenkammer --30-- auf 700 C abgefallen ist. Durch die Hindurchleitung von Luft durch das Rohr --5-- wird das Metall der Matrix in den Bereichen nahe dem   Rohr --5-- anfänglich   eingefroren, was mithin insbesondere die Bereiche nahe der   Oberfläche-13-- der Patrize--1--   anbetrifft, die zusammen mit der   Oberfläche --14-- der Matrize --2-- den Hohlraum --7-- be-   grenzt. Erst später verfestigt auch das Metall der Matrix in den übrigen Bereichen des Pulverkörpers.

   Die dann stattfindende Schrumpfung führt dazu, dass das geschmolzene Metall der Matrix kontinuierlich aus den andern Teilen des Pulverkörpers einsackt, nicht jedoch aus den anfänglich verfestigten Bereichen, die mithin dann bereits stabilisierte Bereiche darstellen, die sich haupt- 

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 sächlich längs des Rohrs --5-- befinden, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die Ober-   fläche --13--,   für die eine besonders feine und kontrollierte Struktur erwünscht ist, von dieser weiteren Verfestigung nicht mehr beeinflusst wird. 



   Sobald die Temperatur in der Ofenkammer auf   700 C   abgefallen ist, sind alle Oberflächen der Patrize stabilisiert, so dass jetzt die Giess- oder Pressform --21-- einschliesslich ihres Inhalts in eine in den Zeichnungen nicht gezeigte Kühlkammer überführt werden kann, in welcher eine forcierte Kühlung mittels Ventilatoren vorgenommen wird. Die dann fertige   Patrize-l-muss   dann nur noch der   Giess- oder Pressform --21-- entnommen   werden, und nachdem die vorstehenden Rohren- den abgeschnitten sind, wird abschliessend noch eine Druckplatte --15-- der Patrize --1-- abgedreht oder abgeschliffen, damit eine glatte Oberfläche erhalten wird. 



   In Fig. 3 ist eine alternative Möglichkeit für die Herstellung der Patrize gezeigt. In diesem
Fall ist ein Ofen --24A-- verwendet, in dessen Ofenkammer --30A-- eine aus einem keramischen Material bestehende Giess- oder Pressform --21A-- angeordnet ist, deren   Oberfläche --22A-- die   Formgebung eines gewünschten Produkts bestimmt. Ein zuvor gebogenes Rohr --5A-- wird in der   Giess- oder Pressform --21A-- in   gleicher Art und Weise angeordnet wie es vorstehend für das Rohr --5-- beschrieben wurde. Die   Giess- oder Pressform --21A-- wird   dann mit Stahlpulver aufgefüllt, das anschliessend durch Schlageinwirkung verdichtet und/oder vibriert wird, um ebenfalls eine sehr dichte Packung zu erhalten.

   Gleichartig wie in der vorbeschriebenen Ausführungsform wird dann ebenfalls eine Legierung als Infiltrant auf die verdichtete Pulvermasse aufgelegt. 



   Ein Unterschied der Ausführungsform gemäss Fig. 3 besteht nun darin, dass hier auch die   Giess- oder Pressform --21A-- mit   einer Rohrleitung --40-- versehen ist, deren   Anschlüsse-41--   ebenfalls nach aussen geführt sind. Die Rohrleitung --40-- ist in einem kleinen Abstand von der   Oberfläche --22A-- angeordnet   und in die Keramikmasse eingebettet, aus der die   Giess- oder   Pressform --21A-- besteht. Auch die Rohrleitung --40-- folgt der Formgebung der   Oberfläche --22A--   in der Ausbildung einer Spule ähnlich dem   Rohr --4--,   das in die Patrize --2-- eingebettet ist. 



   Die Rohrleitung --40-- kann aus verschiedenen geeigneten Materialien bestehen. Vorzugsweise weist die Rohrleitung --40-- einen sehr niedrigen Ausdehnungskoeffizienten auf oder denselben Ausdehnungskoeffizienten wie die Keramikmasse der   Giess- oder Pressform --21A--.   Ein geeignetes Material ist ein Stahl, der etwa 40% Nickel und den Rest im wesentlichen Eisen enthält. Ein solches Material ist unter dem Warenzeichen INVAR bekannt.

   Es ist auch möglich, die Rohrleitungen - als Aushöhlungen der keramischen Masse der   Giess- oder Pressform --21A-- auszubilden,   indem ein oder mehrere Kerne aus Wachs   od. dgl.   beim Brennen der   Giess- oder Pressform   zum Schmelzen gebracht werden. 
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 gleich ab wie in der vorbeschriebenen Ausführungsform, nur dass dabei zusätzlich ein Kühlmittel durch die Rohrleitung --40-- hindurchgeleitet wird, um eine entsprechend verstärkte Einfrierung des Metalls der Matrix in den Bereichen zu bewirken, die die gewünscht feine und kontrollierte Struktur einer Oberfläche ergeben.

   Auch in diesem Fall ist im übrigen der Ofen --24A-- mit einer Einrichtung zum Evakuieren versehen, und ebenfalls vorgesehen sind Leitungen, über die während des Prozesses ein inertes Gas in die Ofenkammer --30A-- zugeleitet und aus dieser wieder kontinuierlich abgesaugt werden kann. 



   Für die vorbeschriebenen Ausführungsformen ist vorausgesetzt, dass die einzelnen Kanäle durch ein Rohr gebildet sind, das die wichtigsten Oberflächen abdeckt und durch ein Biegen zu einem gewünschten Muster geformt ist. Unter dem funktionellen Gesichtspunkt einer ausreichenden Kühlung ist es stattdessen aber auch möglich, die Kanäle in einer Richtung parallel zu der zu kühlenden Oberfläche sehr breit anzulegen, so dass die Kanäle folglich senkrecht zu dieser Oberfläche sehr eng sind. Diese Möglichkeit eignet sich insbesondere für die Kühlkanäle, die in der Keramikmasse der Giess- oder Pressform angelegt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes, der hauptsächlich aus einem sinterfähigen Material besteht, das vor seinem Sintern relativ leicht geformt werden kann und die Eigenschaft besitzt, beim Sintern einen relativ porösen Körper zu bilden, und der anderseits eine aus einem Metall mit einem gegenüber der Sintertemperatur des sinterfähigen Materials niedrigeren Schmelz- punkt bestehende Matrix aufweist, bei dem eine Giess-oder Pressform, welche eine für die Form- gebung des Gegenstandes massgebende Oberfläche aufweist, mit einem Kanalbildner und mit dem pulvrigen oder körnigen sinterfähigen Material gefüllt wird, das anschliessend auf seine Sinter- temperatur erhitzt wird, um einen Pulverkörper zu erhalten, in welchen das aufgeschmolzene Metall der Matrix einfiltriert und danach verfestigt wird,

   dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein von einem Rohr gebildeter Kanal in einem kurzen Abstand von einer Oberfläche des Gegenstandes, der eine besonders feine und kontrollierte Struktur gegeben werden soll, so angelegt wird, dass der Kanal die Gesamtheit der Oberfläche oder ausgewählte wichtige Bereiche dieser Oberfläche unter dem funktionellen Gesichtspunkt einer Kühlung "überdeckt", und dass durch den Kanal während der Verfestigung des Metalls der Matrix ein Kühlmittel hindurchgeleitet wird, so dass die Matrix in dem Bereich nahe dem Kanal rascher einfriert als in den ferneren Bereichen des Pulverkörpers.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kanäle aus einem oder mehreren Rohren (6) aus Metall oder einer Legierung mit einem gegenüber der Sintertempera- tur des sinterfähigen Materials höheren Schmelzpunkt gebildet wird oder werden, dass das oder die Rohre in der Giess- oder Pressform an der Innenseite der Oberfläche angeordnet wird bzw.

   werden, der eine besonders feine und kontrollierte Struktur gegeben werden soll, dass die Giessoder Pressform dann mit dem pulvrigen oder körnigen sinterfähigen Material (20) gefüllt wird, so dass das Rohr in das sinterfähige Material eingebettet wird, und dass das Metall der Matrix geschmolzen und anschliessend zum Einfiltrieren in den Pulverkörper gebracht wird, so dass es um das in den Pulverkörper eingebettete Rohr herumfliessen kann und sich mit diesem Rohr metallisch bindet.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Rohrs eine bestimmte Kapazität zur Lösung in dem geschmolzenen Metall der Matrix aufweist, und dass das Metall aus dem das Rohr besteht an dessen Aussenseite vom Metall der Matrix teilweise gelöst wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sinterfähige Material aus einem Kohlenstoff enthaltenden, härtbaren Stahlpulver besteht, und dass das Rohr ein Stahlrohr ist, vorzugsweise ein Rohr aus rostfreiem Stahl.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das. Metall der Matrix ein Metall oder eine Legierung ist, die hauptsächlich aus Kupfer, Zinn, Nickel, Zink, Aluminium, Niobium und Beryllium, einzeln oder zu mehreren, besteht, vorzugsweise aus Kupfer zusammen mit einem bestimmten Gehalt an Zinn und/oder einem andern Metall, das die Kapazität des Kupfers zur Lösung von Eisen in der geschmolzenen Phase verringert.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverkörper gesintert und das Metall der Matrix geschmolzen und zum Einfiltrieren in den Pulverkörper gebracht wird in einer Heizeinrichtung bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1200 C vorzugsweise unter Vakuum oder in einer Atmosphäre eines inerten Gases, dass ein Kühlmittel, vorzugsweise Luft, über Anschlüsse durch das Rohr befördert wird, die sich nach ausserhalb der Kammer bzw. des Innenraums der Heizeinrichtung erstrecken, in welcher der Pulverkörper wenigstens während eines Teils der Verfestigungsphase angeordnet bleibt, bis die Temperatur im Innenraum der Heizeinrichtung auf weniger als 800 C, vorzugsweise auf weniger als 700 C, abgefallen ist, u. zw.

   wenigstens bis zu dem Zeitpunkt, in welchem das Einfrieren in dem Bereich der Matrix nahe dem Rohr stabilisiert ist, und dass danach der Rest der Matrix zum Verfestigen gebracht wird, vorzugsweise durch ein forciertes Kühlen der gesamten Giess- oder Pressform einschliesslich ihres Inhalts.

   7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Kühlkanäle (40) in dem Material der Giess- oder Pressform (21A) nahe der Oberfläche (22A) angelegt <Desc/Clms Page number 8> wird bzw. werden, welche dem Gegenstand eine besonders feine und kontrollierte Struktur geben soll, wobei der oder die Kühlkanäle innerhalb des Bereichs dieser Oberfläche so angelegt werden, dass sie deren Formgebung im wesentlichen folgen, um die Oberfläche oder ausgewählte wichtige Bereiche derselben unter dem funktionellen Gesichtspunkt einer Kühlung"überdecken", und dass während der Verfestigung des Metalls der Matrix ein Kühlmittel durch den oder die Kühlkanäle hindurchgeleitet wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kühlkanäle aus Rohren gebildet sind, die in die Keramikmasse der Giess- oder Pressform eingebettet sind, aus welcher die Giess- oder Pressform durch ein Brennen oder einen entsprechenden Härteprozess hergestellt ist.

   9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Giess- oder Pressform eingebettete Rohr einen niedrigen oder im wesentlichen denselben Ausdehnungskoeffizienten wie die Keramikmasse aufweist, und dass es vorzugsweise aus einem Stahl besteht, der etwa 40% Nickel und 60% Eisen enthält.

   10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kanäle aus Hohl- räumen in der Keramikmasse der Giess- oder Pressform gebildet ist bzw. sind, die in der Keramik- masse in an sich bekannter Weise mittels schmelzbarer Hohlraumbildner aus Wachs od. dgl. erzeugt sind.

   11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kanäle aus einem Rohr gebildet ist bzw. sind, das aus einem keramischen Material von derselben Art wie die Giess- oder Pressform besteht oder wenigstens im wesentlichen denselben Ausdehnungskoeffizienten wie die Giess- oder Pressform hat.

   12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kanäle in spiralförmigen Windungen durch ein mäanderförmiges Biegen oder durch Kombinati- onen von verschiedenen Windungen oder Biegungen angelegt wird bzw. werden.

   13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kanäle in Richtungen parallel in dem zu kühlenden Bereich der Oberfläche ausgebreitet ist bzw. sind.

   14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Kanäle einer der angesprochenen Ausbildungen sowohl in dem Pulverkörper als auch in dem Material der Giess- oder Pressform angeordnet ist bzw. sind.

   15. Gegenstand, der hauptsächlich aus einem sinterfähigen Material, wie einem in einer die Konturen des Gegenstandes bestimmenden Giess- oder Pressform wenigstens teilweise gesintertem Metallpulver, besteht, das vor seinem Sintern relativ leicht geformt werden kann und die Eigen- schaft besitzt, beim Sintern einen relativ porösen Körper mit mindestens einem Kühlkanal zu bil- den, und der anderseits eine aus einem Metall mit einem gegenüber der Sintertemperatur des sinter- fähigen Materials niedrigeren Schmelzpunkt bestehende Matrix aufweist, wobei das Metall der Matrix so in den porösen Körper einfiltriert ist, dass es hauptsächlich die Poren des gesinterten Materials wenigstens an der Oberfläche der Giess- oder Pressform ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kanal oder mehrere Kanäle (6)

   aus einem oder mehreren in dem Pulverkörper angeordneten Metallrohren gebildet ist bzw. sind, das bzw. die einen gegenüber der Sintertemperatur des sinter- fähigen Materials höheren Schmelzpunkt hat bzw. haben, und dass die Aussenseite des oder der Rohre mit dem infiltrierten Metall der Matrix metallisch verbunden sind.

   16. Gegenstand nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus dem das oder die Rohre bestehen im Bereich der Aussenseite teilweise in dem Metall der Matrix gelöst ist.

   17. Gegenstand nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das sinterfähige Material (20) auch eine gewisse Kapazität zur Lösung in dem geschmolzenen Metall der Matrix aufweist.

   18. Gegenstand nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermaterial und das Material des Rohrs hauptsächlich aus demselben Metall, vorzugsweise Eisen, bestehen.

   19. Gegenstand nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermaterial aus einem Kohlenstoff enthaltenden, aushärtbaren Stahlpulver besteht, und dass das Rohr ein Stahlrohr ist, vorzugsweise ein Rohr aus rostfreiem Stahl.

   20. Gegenstand nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus einem Metall <Desc/Clms Page number 9> oder einer Legierung besteht, die hauptsächlich Kupfer, Zinn, Nickel, Zink, Niobium, Aluminium und Beryllium, einzeln oder zu mehreren, enthält, vorzugsweise hauptsächlich Kupfer zusammen mit einer bestimmten Menge an Zinn und/oder einem andern Metall, das die Kapazität von Kupfer zum Lösen von Eisen verringert.

   21. Gegenstand nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Giess- oder Pressform besteht, die zum Vergiessen oder Verpressen eines giess- oder pressfähigen Materials geeignet ist, und dass er vorzugsweise aus einer Giess- oder Pressform für ein Giess- EMI9.1 der Giess- oder Pressform vergossen bzw. verpresst werden soll.

   22. Gegenstand nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5,6) in einem kleinen Abstand von der Oberfläche (13,14) der Giess- oder Pressform angeordnet ist und dass es durch eine spiralförmige Windung längs der Oberfläche der Giess- oder Pressform oder innerhalb derselben (abhängig davon, ob die Giess- oder Pressform eine Matrize oder eine Patrize ist) durch ein mäanderförmiges Biegen oder durch Kombinationen aus verschiedenen Windungen und Biegungen angeordnet ist, um im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Giess- oder Pressform oder ausgewählte wichtige Bereiche dieser Oberfläche funktionell zu "überdecken".