AT405946B

AT405946B - Verfahren zum herstellen von pulvermetallurgischem halbzeug

Info

Publication number: AT405946B
Application number: AT0005398A
Authority: AT
Original assignee: Illichmann Gmbh Leichtmetallgu
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-12-27
Also published as: ATA5398A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von pulver-metallurgischem Halbzeug für die Produktion von Metallschaum, gemäss welchem ein Pulver des Matrixmetalls, z. B. Aluminium mit einem metallischem Treibmittelpulver, zB. Titanhydrid gemischt und anschliessend, zum Beispiel durch kalt-
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zu einem Halbzeug umgeformt wird. Das Halbzeug kann anschliessend durch Stanzen, Sägen od. dgl. konfektioniert und schliesslich, insbes. In einer Form, durch Erwärmen auf die Schmelztemperatur des Matrixmetalles erwärmt werden, wobei das Treibmittel durch Abspalten von Gas, insbes. von Wasserstoff dissoziiert und damit das flüssige Matrixmetall zum Aufschäumen gebracht wird.

Beim Strangpressen fallen Pressreste von 5-10 % des Vormaterials an, die aus einer kompaktierten Mischung aus Matrixmetall-Pulver und Treibmittel-Pulver bestehen. Es ist auch nicht zu vermeiden, dass es gelegentlich sowohl beim Strangpressen bzw. Walzen als auch bei der Nachbearbeitung zu Ausschuss kommt Ebenso fallen beim Konfektionieren des Halbzeuges je nach den herzustellenden Metalischaumtei- len mehr oder weniger grosse Mengen von Halbzeugabfbällen an.

Diese Abfälle wurden bisher als Schrott wieder eingeschmolzen, was allerdings durch die heftige Gasentwicklung durch die Dissoziation des Treibmittels nicht ganz unproblematisch war, so dass diese Abfälle als stark verunreinigt eingestuft und demzufolge der für diesen Schrott erzielbare Preis relativ gering war, was die Gesamtprozesskosten negativ beeinflusst hat.

Durch die Erfindung wird ein Weg aufgezeigt, den bei der Herstellung und Konfektionierung anfallenden Schrott auf einem wesentlich höheren Wertschöpfungsniveau zu recycleren und damit den Gesamtprozess bedeutend effizienter zu gestalten. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass Schrott und Abfälle von kompaktierten Pulvermischungen und nicht aufgeschäumtem Halbzeug durch Shreddern bzw. Granulieren zerkleinert, gegebenenfalls gereinigt, mit Mischungen aus Matrixmetallpulvern und Treibmittel vermischt, kompaktiert und zu Halbzeug verarbeitet werden.

Bei der Herstellung von pulvermetallurgischem Halbzeug hat sich das kalt-isostatische-Pressen (CtPen) zum Kompaktieren der Pulvermischungen bewährt. Bei diesem Verfahren werden die Pulvermischungen in elastische Press-Schläuche aus Kunststoffeingebracht, diese werden anschliessend verschlossen und schliesslich in einem Autoklaven allseitig über ein Druckmedium mit einem Druck von einigen tausend bar beaufschlagt. Das Pulver wird dadurch nahezu auf die Dichte des Matrixmetalles verdichtet, wobei ein fester, im allgemeinen zylindrischer Bolzen gebildet wird. Dieser kann wie ein vollmetallischer Teil in einem Ofen vorgewärmt und anschliessend zu beliebigen Profilen stranggepresst oder zu Blechen gewalzt werden.

Um eine Beschädigung oder einen Verschleiss der CIP-Pressschläuche zu vermeiden werden die PressSchläuche vorzugsweise so gefüllt werden, dass in einem zentralen Teil des Schlauches die Mischung von zerkleinertem Schrott mit der Metallpulvermischung angeordnet ist, während sich in den penpheren Bereichen, die der Schlauchwand benachbart sind, nur reine Pulvermischungen befinden.

Weitere Merkmale der Erfindung beziehen sich aufeine Vorrichtung zum Füllen der Pressschläuche von CIP-Anlagen.

Die Vorrichtung umfasst in an sich bekannter Weise ein Rohr, durch welches dem Pressschlauch die Metallpulvermischungen zugeführt werden, wobei vorzugsweise das Füllrohr mit zunehmender Füllung des Pressschlauches aus diesem zurückgezogen wird. Die Vorrichtung umfasst ferner ein, insbes. koaxial in dem Füllrohr angeordnetes zweites Rohr, durch weiches dem Pressschlauch Mischungen von zerkleinertem Schrott und Pulvermischungen zuführbar sind.

Vorzugsweise ist in der Zufördereinrichtung für die Mischung aus zerkleinertem Schrott und Metallpulvermischungen eine Absperreinrichtung vorgesehen, mittels welcher in der ersten und auch in der letzten
Phase der Füllung des Pressschlauches die Zuförderung von zerkleinertem Schrott unterbindbar ist, so dass in diesen Phasen nur reine Pulvermischungen zugeführt werden und im Press-Schlauch die Bereiche die zerkleinerten Schrott enthalten allseitig von reinen Metallpulvermischungen umgeben sind.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh- rungsbeispieles und unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Die Figur 1 veranschaulicht graphisch die Kostenstruktur von pulvermetallurgischem Halbzeug. Die
Figur 2 zeigt schematisch eine Fülleinrichtung für Pressschläuche von CIP-Anlagen gemäss der Erfindung.

Die Figur 3 stellt schematisch eine Axialschnitt durch einen kalt-isostatisch gepressten Bolzen dar.

In Figur 1 veranschaulicht die linke Säule 1 die Kostenstruktur von pulvermetallurgischem Halbzeug zur
Herstellung von Schaum-Aluminium. Der unterste Abschnitt 2 symbolisiert die Kosten für Reinaluminium oder eine Aluminiumlegierung von hohem Reinheitsgrad. Das darauffolgende Feld 3 stellt die Kosten für die
Verdüsung dar, gefolgt von (Feld 4) den Kosten für das als Treibmittel beizufügende Titanhydrid-Pulver sowie die Kosten für das Mischen des Treibmittels mit dem Al-Pulver. Der folgende Abschnitt 5 repräsen- tiert die Kosten für das OPen. durch welchen Prozess aus der Pulvermischung massive Bolzen gepresst werden, die im folgenden zu beliebigen Profilen stranggepresst werden (Feld 6). Der letzte Abschnitt 7

veranschaulicht schliesslich die Kosten für das Konfektionieren des Halbzeuges auf eine Form bzw.

Masse die für das Schäumen der entsprechenden Teile benötigt wird. Dies erfolgt durch Stanzen, Sägen od. dgl.

Schon beim Strangpressen fallen beim Pressen der einzelnen Bolzen Pressreste in der Grössenordnung von 5-10 % an, die nicht weiter verwendbar waren und wiedereingeschmolzen wurden. Das gleiche ist für Stanzabfälle oder andere Abfälle zugetroffen, die beim Konfektionieren angefallen sind. Die nicht unerheblichen Matenalanteile werden hierdurch auf den Schrottpreis (in Fig. 1 Pos. 8) abgewertet, in dem vorliegenden Beispiel auf weniger als 25 % des Halbzeugmaterialwertes.

Die rechte Säule 9 in Fig. 1 veranschaulicht die Auswirkungen der Erfindung auf die Bewertung des anfallenden Halbzeugschrottes : Der Halbzeugschrott wird nach Zerkleinerung bzw. Shreddern (Feld 10) wieder dem Prozess zugeführt, d. h. zusammen mit Pulvermischungen geCIPt und anschliessend stranggepresst bzw. gewalzt. Im Gegensatz zum Stand der Technik (linke Säule) mit einer Abwertung gemäss Pfeil 11 ist die Abwertung des Halbzeugschrottes gemäss dem erfindungsgemässem Verfahren deutlich geringer ( Pfeil 12). Der erzielbare Restwert liegt in dem vorliegenden Beispiel bei etwa 55 % des Halbzeugmatenal- wertes und damit um ca. 30 % des Materialwertes über dem Wert gemäss dem Stand der Technik (Pfeil 13).

In Fig. 2 ist die Füllvorrichtung für Pressschtäuche für das kalt-isostatische Pressen gemäss der Erfindung gezeigt :
Ein Pressschlauch 15 aus elastischem Kunststoff oder Gummi ist unten mit einem Stopfen 16 aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material verschlossen. Der Pressschlauch steht aufeinem Tisch 17, der in vertikaler Richtung verfahren werden kann. Bei Beginn des Füllvorganges befindet sich der Tisch 17 in seiner unteren Endlage. Ein leerer Pressschlauch wird aufden Tisch gestellt und gegenüber dem darüber befindlichen Füllrohr 18 ausgerichtet In dem Füllrohr 18 ist ein weiteres Rohr 19 koaxial angeordnet Beide Rohre werden über geeignete Fördereinrichtungen von je einem (nicht dargestelltem) Bunker gespeist.

Die Zufördereinrichtungen zu beiden Füllrohren enthalten Absperreinrichtungen, um während des Wechsels der Pressschläuche eine Materialförderung zu unterbinden. Eine solche Absperreinrichtung ist in der Zuförderung zu dem inneren Rohr 19 schematisch angedeutet und mit 20 bezeichnet.

Der Bunker für das äussere Füllrohr 18 enthält eine Pulvermischung von Aluminium und Titanhydrid, der Bunker für das innere Füllrohr enthält ebenfalls diese Pulvermischung sowie geshredderten Halbzeugschrott (der naturgemäss die gleiche Zusammensetzung aufweist).

Beim Befüllen wird zunächst der Tisch 17 in seine obere Endlage verfahren, wobei die Füllrohre in den Pressschlauch eintauchen. Nun wird zunächst die Zuförderung von Pulver in dem äusseren Füllrohr freigegeben, wobei gleichzeitig mit zunehmender Füllung des Pressschlauches der Tisch 17 langsam abgesenkt wird. Nachdem eine Füllhöhe von beispielsweise 80 mm erreicht ist wird auch die Zuförderung für das innere Füllrohr freigegeben, durch welches ein Gemisch von Pulver und geshreddertem Halbzeugschrott 22 in den zentralen Bereich des Pressschlauches gefüllt wird.

Bei Erreichen eines Füllniveaus von beispielsweise 80 mm unter der maximalen Füllhöhe wird die Zuförderung für das innere Füllrohr 19 unterbunden und die restliche Füllhöhe nur mehr mit reinem Pulver aus dem äusseren Füllrohr 18 aufgefüllt.

Der Tisch 17 wird anschliessend in die untere Endstellung abgesenkt, der Pressschlauch oben mit einem weiteren Stopfen 16 verschlossen. Der PreBschlauch wird dann in den Autoklaven einer CP-Anlage eingebracht und mit Druckwasser mit mindestens 1000 bar beaufschlagt. Dabei wird die Füllung des Pressschlauches linear etwa auf 80 % verdichtet, wobei ein kompakter Körper 21 entsteht, der eine Dichte von 2, 2 bis 2, 4 g 1 cm3 erreicht und in den die Schrotteile 22 eingebettet sind.

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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von pulver-metallurgischem Halbzeug für die Produktion von Metallschaum, gemäss welchem ein Pulver des Matrixmetall, zB. Aluminium mit einem metallischem Treibmittelpulver, z. B. Titanhydrid gemischt und anschliessend, zum Beispiel durch kalt-isostatisches Fressen (C) Pen), kompaktiert und durch Strangpressen, Walzen od. dgl. weiter verdichtet und zu einem Halbzeug umgeformt wird, welches Halbzeug schliesslich, insbes. in einer Form, durch Erwärmen auf die Schmelztemperatur des Matrixmetalles und Dissoziation des Treibmittels zum Aufschäumen gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass Schrott und Abfälle von kompaktierten Pulvermischungen und nicht aufgeschäumtem Halbzeug durch Shreddern bzw.

Granulieren zerkleinert, gegebenenfalls gereinigt, mit Mischungen aus Matnxmetallpul- vern und Treibmittel vermischt, kompaktiert und zu Halbzeug verarbeitet wird. <Desc/Clms Page number 3>
2. Verfahren zum Herstellen von pulver-metallurgischem Halbzeug nach Patentanspruch 1, bei welchem die Pulvermischungen durch OPen kompaktiert werden, wobei die Pulvermischungen in elastische Press-Schläuche aus Kunststoff eingebracht werden, worauf diese verschlossen und anschliessend in einem Autoklaven allseitig mit einem Druckmedium beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Press-Schläuche so gefüllt werden, dass in einem zentralen Teil des Schlauches die Mischung von zerkleinertem Schrott mit der Metallpulvermischung angeordnet ist, während sich in den periferen Bereichen, die der Schlauchwand benachbart sind, nur reine Pulvermischungen befinden.
3. Vorrichtung zum Füllen der Pressschläuche von CIP-Anlagen zum Kompaktieren von Metallpulvermi- schungen nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daB die Vorrichtung In an sich bekannter Weise ein Rohr (18) umfasst, durch welches dem Pressschlauch (15) die Metallpulvermischungen zugeführt werden, wobei vorzugsweise das Füllrohr (18) mit zuneh- mender Füllung des Pressschlauches (15) aus diesem zurückgezogen wird, ferner mit einem, insbes. koaxial in dem Füllrohr angeordnetem zweiten Rohr (19), durch weiches dem Pressschlauch Mischun- gen (22) von zerkleinertem Schrott und Pulvermischungen zuführbar sind.
4. Vorrichtung zum Herstellen von Metallschaum gemäss Patentanspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass In der Zuförderetnrichtung für die Mischung (22) aus zerkleinertem Schrott und Metallpulvermischun- gen eine Absperreinrichtung (20) vorgesehen ist mittels welcher in der ersten und auch In der letzten Phase der Füllung des Pressschlauches (15) die Zuförderung von zerkleinertem Schrott unterbindbar ist, so dass in diesen Phasen nur reine Pulvermischungen über das aussenliegende Rohr (18) zugeführt wird und Im Press-Schlauch (15) die Bereiche die zerkleinerten Schrott enthalten allseitig von reinen Metallpulvermischungen umgeben sind.