verfahren zur Herstellung von Werkstücken auf pulvermetallurgischem Wege Die Herstellung von Werkstoffen aus Me tallpulvern ging bisher entweder direkt von dem losen Pulver selbst oder von Kaltpress- lingen oder von Sinterkörpern aus, die durch Druck oder Druck und Wärme, gleiehzeitig bzw. nacheinander, erhalten wurden. Hierbei kann die Druekanwendung mit einer Ver formung verbunden sein. Das verformende Pressen kann beispielsweise im Gesenk oder auf der Strangpresse durchgeführt werden.
Der Verformungsgrad muss bei diesen Verfahren, insbesondere wenn eine Sinte- rungsglühung nicht mehr angeschlossen wer den soll, eine gewisse Höhe aufweisen. Bei Formkörpern aus Aluminiumpulver bzw. Aluminiumsinterlegierungen, ist beispiels weise eine Querschnittsverminderung von min destens 50 %, vorzugsweise sogar über 7 %, erforderlich, um feste, genügend Zusammen halt aufweisende Sinterstränge zu erzielen. Bei einem niedrigeren Verformungsgrad ist das Produkt noch körnig oder zumindest rissig. Wenn man daher ein Erzeugnis von bestimmter Abmessung, z. B. bestimmtem Quersehnitt, herstellen will, ist man in solchen Fällen unter Umständen gezwungen, Aus gangsduerschnitte zu wählen, die sehr gross sind und entsprechend grosse und kostspielige Maschinen und hohen Kraftbedarf verlangen.
Anderseits gibt es Pulvergemenge bzw. Legerungen, die an sieh schwer verformbar sind, so dass man bei jedem Verformungsgang nur einen geringen Verformungsgrad erzielen kann und die Pressleistung der Pressen oft nicht ausreicht.
Bei diesen verschiedenen Aufgaben war man daher seither an bestimmte maximale Querschnitte gebunden, die aus technischen Gründen schwer oder gar nicht zu über sehreiten waren.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken auf pulvermetallurgischem Wege, gegebenen falls unter Mitverwendung nichtmetallischer Pulver, bei dem ein (bezogen auf das jeweils verwendete Pulvergemisch sowie den ge wünschten Querschnitt des Formkörpers) hoher Verformungsgrad des Werkstoffes unter relativ geringem Aufwand an Maschi nen undloder Kraft erreicht werden kann.
Dies gelingt erfindungsgemäss dadurch, dass man Metallteilchen, insbesondere Metallpul ver, gegebenenfalls unter Mitverwendung nichtmetalliseher Pulver, durch mehrere nach einander vorgenommene Verformingsgänge zu einem Werkstück vereinigt, wobei in min- destens einem Verformunäsgang mehrere be reits verformte Vorkörper gemeinsam zu einem neuen Formkörper vereinigt werden.
Erfindungsgemäss können beispielsweise. aus Metallpulver und/oder Pulverpresslingen und/oder aus Pulver oder Pulverpresslingen gesinterten Körpern durch verformendes Pressen, z. B. Stran;gTressen, Stauehen oder Gesenkpressen, zunächst Teile kleineren Quer schnittes hergestellt, diese gebündelt und ge meinsam erneut verformt werden. Anstatt Einzelteile länglicher Form zu einem Bündel parallel nebeneinander zu legen, können auch beispielsweise Ronden auf- oder aneinander gelegt werden.
Auf diese Weise gelingt es beispielsweise, bereits durch Verformung in ihren Eigen schaften verbesserte Pulverkörper mit weite rer Querschnittsverminderung zu verformen und im Endergebnis zu Körpern grösseren Querschnittes zu kommen. Bei dem Verfahren kann man. aus Metall pulver, gegebenenfalls unter Mitverwendung von nichtmetallischem Pulver, zunächst Stan gen oder Profile vom beliebigem Querschnitt herstellen, wobei man den Kraftbedarf und die Abmessungen des Rezipienten sowie die für den betreffenden Werkstoff und die Ver formungsart jeweils günstigste Temperatur in erster Linie berücksichtigen kann.
Diese Stangen, denen man einen solchen Quer schnitt geben kann, dass sie sich zwischen raumfrei bündeln lassen, legt man dann zu einem Bündel von einem solchen Querschnitt zusammen, dass für einen angestrebten Ver formungsgrad durch die nachträgliche Ver formung der gewünschte Querschnitt erreicht wird. Der Verformungsgrad dieser für die Vereinigung der Profile durchgeführten Verformung richtet sich nach dem Ausgangs material sowie nach den gewünschten Erfor dernissen hinsichtlich Festigkeit, die an das Endprodukt gestellt werden.
Man kann bei spielsweise Stangen, die aus Aluminiumpul ver unter Anwendung eines Verformungs- grades von 1:50, gemessen als Verhältnis des Endquerschnittes zum Rezipientenquerschnitt (d2: D2), hergestellt waren, vereinigen, wenn man sie zu einem Bündel zusammenfasst und bei Anwendung eines Verformungsgrades von 1:10 verpresst. Das auf diese Weise erhaltene Material ist völlig einheitlich und in seinen Festigkeitseigenschaften den Eigenschaften der 1:50 verformten Stangen zumindest gleichwertig. Sowohl, bei der Herstellung der Vorkörper als auch bei der Vereinigung derselben zu Werkstücken kommt man auf sehr verschie dene Weise zu günstigen Ergebnissen.
Es ist nur jeweils erforderlich, das Ausgangsmate rial mehrmals hintereinander einer Formge bung zu unterwerfen und dabei in mindestens einem Verformungsgang bereits verformte Vorkörper gemeinsam zu einem neuen Form körper zu vereinigen. Als Ausgangsmaterial können Pulver unlegierter Metalle, Gemische von Metallpulvern, Legierungspulver, Gemi sche aus Legierungspulvern und gegebenen falls Metallpulvern, Pulver intermetallischer Verbindungen sowie Gemische, die nicht metallische Bestandteile enthalten, verwendet werden. Neben Metallpulver können auch andere Pulver mitverwendet werden, bei spielsweise Silicium, Kohlenstoff, Carbide oder Oxyde, wie sie in der Metallkeramik ver wendet werden.
Die Gemische können auch gröbere Anteile wie Späne und Granalien ent halten oder aus solchen bestehen. Im folgen den ist der Einfachheit halber immer von Metallpulver gesprochen.
Da man bei dem erfindungsgemässen Ver fahren Legierungsbestandteile in fast beliebi gen Verhältnissen mischen kann, ist es mög lich, zu Pressstangen solcher Zusammenset zung zu kommen, wie sie auf dem Weg über den Gussblock nicht herzustellen sind, und ausserdem ohne hierbei an kleine Querschnitte gebunden zu sein.
Dieses Verfahren eignet. sich besonders auch dafür, Werkstücke aus Metallpulver herzustellen," die einen hohen Anteil an an sich schwer verformbarem Material besitzen. Man kann hierbei so vorgehen, dass man von vornherein das gewünschte Mischungsverhält nis zwischen dem leichter verformbaren und .dem schwerer verformbaren Material im Pul vergemisch anwendet.
Es ist. jedoch auch möglich, zunächst Vorkörper zu verpressen, bei .denen ein. geringerer Anteil an dem schwe rer verformbaren Material im Pulveräemiseh eingesetzt wird und erst bei weiteren Verfor- mungsgängen das schwerer verformbare Ma terial in das Bündel einzubringen und da- durch seinen Gehalt zu erhöhen.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass man die Vorkörper oder Teile von ihnen vorzugs weise in möglichst kleinen Abschnitten in den Rezipienten der Verformungsvorrichtung ein bringt und mit Pulver oder Kaltprcsslingen des schwerer verformbaren Materials oder mit Vorpresslingen, die einen höheren Anteil an schwerer verformbarem Material besitzen, ge mischt, verformt. Sorgt man hierbei für eine gründliche Durchknetung, das heisst einen hohen Verformungsgrad, sei es in einer oder verteilt auf mehrere Verformungen, so erhält man einen Formkörper, der selbst. Gehalte. an schwerer verformbarem Material enthalten kann, die mit den seither bekannten Mitteln nicht einzubringen waren und die trotzdem eine hohe Festigkeit besitzen.
Beispielsweise lassen sich auf diese Weise Formkörper aus Aluminium mit sehr erheb lichen Siliziumgehalten von 30 und mehr Pro zent herstellen, das heisst Legierungen des Aluminiums mit Siliziumgehalten, wie sie auf dem Schmelzwege nicht erreicht werden kön nen und auch mit den seither bekannten pul- vermetal'lurgisehen Verfahren nicht als stabil mit brauchbaren Festigkeitseigenschaften er halten werden konnten.
Auch andere, schwer oder nicht verform bare, insbesondere, nichtmetallische Bestand teile lassen sich auf die erfindungsgemässe Weise in Formkörper einbringen, beispiels weise Oxyde, Nitride, Karbide. Das erfin dungsgemässe Verfahren kann demnach zur Herstellung von Hartmetallen oder von Cera- mets angewendet werden. Für die Herstellung von Werkstücken, die solche schwer verform baren Bestandteile enthalten, ist eine mehr faebe Verformung besonders vorteilhaft, weil es durch eine solche Verformung möglich ist, insgesamt einen hohen Verformungsgrad zu erzielen, ohne eine allzu grosse Querschnitts verminderung in Kauf nehmen zu müssen.
Man kann dabei sowohl die Vorkörper mehr mals nacheinander verformen als auch die Bündel mehrfach hintereinander verformen oder mehrfach bündeln, wobei die Verfor mung durch Strangpressen, Stauchen, Wal- zen, Ziehen und dergleichen vorgenommen werden kann und auch verschiedene Verfor mungsarten hintereinander einsgesetzt werden können.
Es wurde beispielsweise ein Pulvergemisch von 25 % Silizium und 75 % Aluminiun von einer Korngrösse um etwa 0,06 mm mit einem Verformungsgrad 1:50 auf der Strangpresse zu Rundstangen von einem Durchmesser von 13 mm verpresst. Etwa 25 solcher Stangen wurden zu einem Bündel zusammengefasst, in den Rezipienten der Strangpresse eingelegt und mit einem Verformungsgrad von 1:12 verpresst. Man erhielt einen Strang von 20 mm , der über den gesamten Querschnitt ein vollkommen homogenes Gefüge aufwies. Die Ausgangsstangen hatten eine Härte von 75-85 BE und eine Zugfestigkeit von 20 kg/mm2 bei einer Dehnung von 2,5 %. Diesen Werten stehen eine Härte von 79 bis 86 BE, eine Festigkeit von 22,5 kg/mm2 und eine Dehnung von 2,5 % der Endstange ge genüber.
Die Primärprofile, die durch eine weitere Verformung zu Werkstüeken mit grösserem Querschnitt vereinigt werden solslen, können auf verschiedene Weise herbestellt sein. Man kann hier jeweils die Erfordernisse der ein zelnen Pulver und die zur Verfügung stehen den Verformungswerkzeuge berücksichtigen. Die Pulver können als solche oder nach vor angehender Verdichtung durch Kalt- oder Warmpressen oder Nachpressen von Kalt- presslingen undloder Sintern zunächst ver einigt werden und dann durch eine sparlose Verformung zu einem Vorkörper vereinigt werden.
Diese Verformung kann beispiels- vveise durch ,Strangpressen, Schmieden, Stau chen oder Walzen durchgeführt werden. Um Profilstücke zu erhalten, können .die Vorkör- per mich mittels Profilwalzen hergestellt wer den.
Es ist beispielsweise möglich, PulWer zunächst kalt zu v erpressen und durch Pres sen vorzuverformen, beispielsweise durch Stauehen oder auf der Strangpresse, wobei auch mehrere Kaltpresslinge durch Strang pressen bei erhöhter Temperatur vereinigt werden können. Man kann hierbei auch durch wiederholtes Strangpressen zu dem erwünsch ten Verformungsgrad gelangen und dann diese Profile in genügender Anzahl bündelt und durch Nachverformung vereinigen.
Es ist hierbei nicht nur möglich, Profile zu einem Bündel nebeneinanderzulegen, sondern es ist auch möglich, zunächst beispielsweise vorver formte Ronden herzustellen und diese durch Stauchen zu vereinigen.
Insbesondere bei schwer verformbarem Material kann der gewünschte Verformungs grad durch mehrfaches spanloses Verformen, beispielsweise durch mehrfaches Strangpres sen oder Stauehen oder Walzen oder durch Anwendung mehrerer dieser Verfahren hin tereinander vorgenommen werden.
Die so erhaltenen Vorkörper werden dann mit andern gleich oder anders vorbehandelten Vorkörpern durch spannlose Verformung zu einem neuen Formkörper vereinigt. Diese Vereinigung kann beispielsweise auf der Strangpresse erfolgen, wobei die einzelnen gleichen oder verschiedenen Profile gebündelt in den Rezipienten eingesetzt werden. Es ist dabei nicht notwendig, dass alle oder ein Teil der verwendeten Vorkörper mit ihrer Längs- aehse der Achse des Bündels parallel liegen, sondern man kann sie auch in beliebig anderer Lage anordnen. Hierzu können auch Ab schnitte der Vorpresskörper verwendet wer den.
Der angewendete Verformungsdruck wird hierbei vorzugsweise mindestens so gross gewählt, dass der Zusammenhalt der einzelnen Vorkörper so weit erreicht ist, dass eine Hand habung des Gesamtkörpers ohne Auseinander fallen möglich ist. Er kann jedoch auch so gross gewählt werden, dass bereits in einem Verformungsgang die Verreinigung der Vor- körpe-r zu einem fugenlosen und fest ver schweissten Gesamtkörper stattfindet. Ander seits ist es auch möglich, den festen Zusam menhalt des Gesamtkörpers durch mehrfache Verformung der gebündelten Vorkörper her beizuführen.
Besonders vorteilhaft ist es, die Verfor mungsgänge auf der Strangpresse durchzu führen, wobei mann durch Verwendung von Rezipienten verschiedenen Durchmessers je- weils auf den gewünschten Querschnitt kom men kann. Es ist nicht erforderlich, bei dem ersten und dem zweiten oder einem folgenden Pressprozess stets denselben Verformungsgrad anzuwenden. Es ist auch nicht erforderlich, stets vos demselben Rezipientendurchmesser auszugehen. Man kann vielmehr für die zweite oder eine folgende Pressung einen andern, z.
B. einen grösseren Rezipientendurehmesser als bei einer vorhergehenden Presszeug ver wenden, und entsprechend weitere Vorpress- linge oder bereits kombinierte Presslinge ver einigen, wobei vorzugsweise der Bündeldurch messer für jede Presseng dem jeweiligen Rezipientendurchmesser angepasst wird.
An Stelle der Verformung auf Strang pressen kann auch die Verformung von ge bündeltem Material durch Stauchen oder Zie hen vorgenommen werden, wobei auch klei nere Verformungsgrade zur Erreichung ge wünschter Eigenschaften des erhaltenen Formkörpers ausreichen können.
Mit. dein erfindungsgemässen Verfahren ist es auch möglich, Stangen verschiedenen Mate rials zu einem Presskörper grösseren Quer schnittes zusammenzufügen. Man kann hier bei zonenweise verschiedene Werkstoffe im Bündel anordnen, wie sie nachher im Endkör- per gebraucht werden.
Anderseits kann man auch Werkstoffe, die sieh im Gusszustand schlecht mischen, lassen, in Gestalt dünner Pro file zusammensetzen und durch das gemein- same Verpressen zu einem einheitlichen Strang umformen. Hierbei kann man beispielsweise so vorgehen, dass man zunächst dünne Profile unter hoher Verformung bei weitgehender Durchknetiuig mi einem,
einheitlichen Werk stoff verarbeitet und dann diese Stangen oder Profile nochmals miteinander bündelt und zu dem Körper des gewünschten Querschnittes nachpresst. Auf diese Weise lassen sieb bei spielsweise höhere Bleimisätze in Aluminium- oder einbringen Lund dabei eine gute Verteilung erreichen.
Hierbei ist es auch möglich, Komponenten, wie beispielsweise Blei, als ,gegossene, gegebe nenfalls nachverformte Körper oder als ledig lich durch Pressen zu Profilen vereinigte, eventuell gesinterte Pulver in das Bündel niteinzusetzen, wenn dies technisch zweck mässiger ist. Es kann beispielsweise vorteil haft sein, zwischen dem vorverformten Pul vermaterial lediglich durch Kaltpressen, ge gebenenfalls mit anschliessendem Sintern ver einigte Profile einzulegen und durch die Naehverformung mit den übrigen Profilen zu vereinigen. Beispielsweise kann man ge gossenes oder geknetetes Material bzw.
Profile als Schale einsetzen und vorverformte aus Pulver herbestellte Profile in diese einlegen und durch gemeinsame Verformung verbin den.
Da es möglich ist, für ein Werkstück Vor körper verschiedener Zusammensetzung oder Vorkörper verschiedenen Verformungsgrades gemeinsamen zu verformen, ist es auch mög lich, ein Werkstück aus Vorkörpern herzu stellen, die sowohl untereinander verschiedene Zusammensetzung als auch einen verschiede nen Verformungsgrad haben.
Bei den einzelnen Verformungsvorgängen, rei denen vorverformtes Material vereinigt wird, ist es möglich, weiteres Metallpulver mitzuverformen; beispielsweise kann man die Zwischenräume zwischen den einzelnen Profi len durch Metallpulver ausfüllen oder den gebildeten Vorkörpern anderweitig lockeres Metallpulver oder Kaltpresslinge beifügen. Es können beispielsweise für das zu verpressende Bündel Rohre verwendet oder mitverwendet werden, die man mit Metallpulver füllt, deren Charakter je nach dem Verwendungszweck erhalten bleiben kann. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise in das durch Kneten ver einigte Material Zonen einbringen, in denen der Pulvercharakter noch mehr oder weniger gewahrt ist.
Auf diese Weise können auch zonenweise verschiedene Zusammensetzungen bzw. verschiedene Eigenschaften, beispiels weise durch verschiedene Verformungsgrade herbeigeführt werden.
leben Metallpulver können auch andere Pulver mitverwendet werden, beispielsweise Silizium, Kohlenstoff, Carbide oder Oxyde, wie sie in der Metallkeramik verwendet wer den. Beider Verformung auf der Strangpresse werden bekanntlich über den Querschnitt hin nicht alle Zonen gleichmässig verformt.
Will man ein Material gewinnen, das über den ganzen Querschnitt hin weitgehend einheit lich verformt ist und dadurch einheitliche Struktur besitzt, so kann man beispielsweise so vorgehen, dass man Stangen oder Profile verschiedenen Verformmungsgrades so zusam menlegt, dass die Zonen, die beim Nachpres sen stark verformt werden, mit Stangen einer geringeren Vorverformung belegt sind und die Zonen, die beider Nachverformung weni ger stark verformt werden, mit Stangen, die bei der ersten Verformung eine stärkere Ver formung erhalten haben.
Anderseits ist es auch manchmal er wünscht, an bestimmten Stellen Zonen stär kerer Verformung und an andern Zonen weniger starke Verformung vorliegen zu haben, wie sie sieh durch einfaches Strang pressen nicht erreichen lassen. In diesem Fall kann man auch beim Zusammenbündeln ent sprechend vorverformtes Material an der be treffenden Zone anordnen und auf diese Weise in dem nachverformten Körper zonen weise verschiedene Verformungsgrade im ge- n-ünschten Sinne erhalten.
Es ist auch möglich, verschiedene Werk stoffe in zonenweiser Anordnung zu verwen- den., indem man Stangen oder Profile der ge wünschten Zusammensetzung zonenweise ein setzt. Bei einer nur geringen Nachverformung werden diese. Zonen im Fertigkörper im wesentlichen nebeneinander erhalten.
Vorteilhaft wird die Verformung bei er höhter Temperatur vorgenommen.