CH625442A5

CH625442A5 -

Info

Publication number: CH625442A5
Application number: CH820477A
Authority: CH
Inventors: Bo Dr Lemcke; Derek Dr Raybould
Original assignee: Cerac Inst Sa
Priority date: 1977-07-04
Filing date: 1977-07-04
Publication date: 1981-09-30
Also published as: US4255374A; GB2001894A; FR2396613A1; IT7850101A0; DE2738674A1; GB2001894B; CA1118175A; BR7804261A; FR2396613B1; SE7807403L; JPS5414310A; SE430478B; BE868719A; ZA783629B; IT1105223B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines 40 Presslings durch Verdichten von aus zusammenschweissbaren Teilchen bestehendem Pulver, wobei zur Erzeugung eines Druckes einer solchen Amplitude, dass im Pulver das Zusammenschweissen der Teilchen hervorgerufen wird, eine Stosswelle angewandt wird, die durch Aufschlag eines gegen das in 45 einer Verdichtungskammer angeordnete und durch ein Stützmittel gehaltene Pulver geschleuderten Körpers entsteht.

Es gibt verschiedene Verfahren zum Ausüben eines Druk-kes auf Pulver, um es zu einem Pressling zu verdichten. Das bekannteste Verfahren zum Herstellen eines Presslings durch so Verdichtung von Pulver besteht darin, dass das in einem Formgesenk in einer Kurbel- oder hydraulischen Presse angeordnete Pulver zusammengedrückt wird. Das so zu einem Pressling verdichtete Pulver, ein sogenannter grüner Pressling, wird bei hoher Temperatur (z.B. beim Eisenpulver bei einer 55Temperatur von etwa 1150 °C) in einem Ofen mit kontrollierter Temperatur für etwa 30 Minuten gesintert. Nach Sintern verschwindet im Grossen und Ganzen die Brüchigkeit des verdichteten Teiles und der Teil kann eine annehmbare Festigkeit aufweisen, die sich derjenigen des Basismetalle nähert. Ein 60 solches Verfahren ist jedoch auf kleine Teile beschränkt. Ausserdem werden Hochleitungspressen benötigt, wenn hohe Dichten des Presslings zu erreichen sind.

Ein anderes bekanntes Verfahren zum Verdichten von metallischem oder nichtmetallischem Pulver zu einem Pressling ist 65 die Verdichtung durch Explosion. Üblicherweise wird das Pulver in einer Büchse eingekapselt, um welche ein Sprengstoff herumgelegt wird. In einem kleinen Ausmass wurden auch Experimente durchgeführt, bei welchen durch die Explosion

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des Sprengstoffes ein Körper geschleudert wird, der gegen das Pulver stösst, wobei die Geschwindigkeit, mit welcher der Körper geschleudert wird, um etwa 200 m/sec variiert. Durch diese Technik wird die Herstellung von Presslingen ermöglicht, die eine Dichte von 92 bis 98% eines festen Materials erreichen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass ohne grossen Kapitalaufwand Knüppel einer hohen Materialdichte hergestellt werden können, die nach Bedarf grosse Ausmasse haben können.

Der Mechanismus der Verdichtung durch Explosion ist aber noch nicht genau bekannt. In jedem Fall ist das Verfahren zum Verdichten von Pulver, bei welchem Sprengstoff verwendet wird, nicht einfach und gar nicht kontrollierbar und es ist gefährlich für das Bedienungspersonal. In diesem Verfahren können praktisch nur zylindrische Presslinge hergestellt werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten Verfahren zum Herstellen von Presslingen durch Verdichtung von Pulver zu beseitigen und ein Verfahren zum Herstellen eines Presslings durch Verdichtung von aus zusammenschweissbaren Teilchen bestehendem Pulver vorzuschlagen, bei welchem Presslinge aus reinen Materialien, Legierungen oder geschichteten Strukturen erhalten werden können, deren Dichte an der 100% Grenze eines festen Materials liegt, d.h. dass sie die Dichte des Basismetalls oder eines anderen Materials erreichen, ohne dass sie zwangsläufig einem nachträglichen Verfahren, wie Sinterverfahren, unterworfen werden müssten.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, in dem durch Verdichtung von Pulver Presslinge aus reinen Materialien, Legierungen oder geschichteten Strukturen erhalten werden, die bessere Qualitäten aufweisen als diejenigen Presslinge aus reinen Materialien, Legierungen oder geschichteten Strukturen, die in einem üblichen Verdichtungsverfahren mit nachträglichem Sintern der grünen Presslinge hergestellt wurden; ausserdem sollen in einem solchen Verfahren auch Presslinge aus Legierungen oder Vermischungen von Materialien hergestellt werden, die sonst in einem bekannten Verfahren, bei dem hohe Temperaturen angewandt werden (d.h. Sintern), nicht hergestellt werden können.

Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren vorzuschlagen, in welchem durch Verdichtung von Pulver Presslinge von verhältnismässig grossen Ausmassen und von verschiedenen Formen (also nicht nur einer zylindrischen Form) hergestellt werden können.

Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben bei dem eingangs erwähnten Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Verdichtungskammer ein Behälter für hydraulisches Medium befestigt ist, durch welches Medium das Stützmittel, das mit dem anderen Ende im hydraulischen Medium angeordnet ist, vor dem Aufschlag in seiner Stellung gehalten und nach dem Aufschlag in seiner Bewegung verlangsamt wird bis es zum Stillstand gebracht wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von Presslingen durch Verdichtung von Pulver, mit einem Führungsrohr und einer Verdichtungskammer mit einem festen Stützmittel des Pulvers, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1, jedoch mit einem beweglichen Stützmittel des Pulvers, Fig. 3 eine schematische Ansicht der Verdichtungskammer mit einem Schlagkörper und

Fig. 4 eine schematische Ansicht der Verdichtungskammer mit einer das Pulver enthaltenden Kapsel anstatt des Schlagkörpers.

Die Faktoren, durch welche bestimmt wird, ob ein dynamisch verdichteter Teil eine Festigkeit enthält, die mit derjenigen eines festen Materials vergleichbar ist, sind komplex. In ihrer einfachsten Form können sie grob so ausgedrückt werden, dass die Zeit, während welcher die Verdichtung von Pulver stattfindet, kleiner sein muss als die für den Ausgleich der Temperaturausbreitung im Pulver benötigte Zeit; die Temperaturausbreitung wird durch die während des Verdichtens auftretende Deformation der Pulverteilchen hervorgerufen. Diese Zeit ist so kurz (in Grössenordnung von Mikrosekunden), dass der gesamte, zum Verdichten des Pulvers benötigte Druck in einer starken Stosswelle aufgebracht werden muss.

Auch wenn gute Schweissstellen hergestellt wurden, kann das nachträgliche Verdichten des Pulvers zum Bruch der hergestellten Schweissstellen führen. Gleichfalls kann der Durchgang von Entlastungswellen (d.h. Wellen, die von einem Stützmittel, durch welches das Pulver in einer Verdichtungskammer gehalten wird, abgeprallt werden) verursachen, dass die Schweissstellen auf den Pulverteilchen zerstört werden, bevor das flüssige Metall erstarrt.

Eine genaue Untersuchung der die Zunahme der Festigkeit beeinflussenden Faktoren hat gezeigt, dass die Dichte des festen Materials (o), die Schüttdichte des Pulvers (a), die Korn-grösse der Pulverteilchen (d), die spezifische Wärme des festen Materials (Cp), die Wärmeleitfähigkeit des festen Materials (K), die Schmelztemperatur des festen Materials (Ts), der während des dynamischen Verdichtens erhaltene Druck (P) und die Verdichtungskonstante (b), die aus dem Verhältnis Druck (P)-Dichte (o) abgeleitet ist, alle von Wichtigkeit sind. Die Wichtigkeit dieser Parameter wird durch die Berechnung der Zeit erhalten, während welcher das Verdichten von Pulver stattfindet, und durch die Berechnung der Zeit, die für den Ausgleich der Temperaturausbreitung im Pulver notwendig ist. Diese Zeiten, in Gleichung gebracht, geben ein Verhältnis R, das für das auszutragende Schweissen grösser als 1 sein soll.

R = s ^ • (bP)2 (1 + bP)1/2 (1)

a5/2b5/2 Ts CpKe

Die Konstante s in dieser Gleichung ist die Formziffer, die, wie experimentell gefunden wurde, von der Gestaltung der Pulverteilchen und in kleinerem Ausmass von der Art der Oberflächenoxidschicht, d.h. einer zähen oder spröden Schicht, abhängt.

Es wurde gefunden, dass diese konstante s bei einem vollkommen sphärischen Pulver, wie Bleischrott 1 gleicht. Dieser Wert wird bei unregelmässig gestalteten Teilchen grösser, z.B. hat das Stahlschwammpulver den Wert von etwa 100, wogegen das atomisierte Aluminium den Wert von 1000 hat. Im allgemeinen kann angenommen werden, dass das s beim sphärischen Pulver 1 und beim Pulver mit unregelmässig gestalteten Teilchen etwa 100 ist.

d ist die Korngrösse der Pulverteilchen; eine mittlere Grösse kann verwendet werden. Die Korngrösse der Teilchen kann in einer Siebanalyse nach der USA-Norm ASTMB 214—66 bestimmt werden.

a ist die Schüttdichte des Pulvers. Sie kann nach der USA-Norm ASTMB 212-48 bestimmt werden.

b ist die Verdichtungskonstante, die aus dem Verhältnis zwischen dem Druck P, der während des dynamischen Verdichtens des Pulvers erhalten wird, und der Dichte (o) des festen Materials, aus welchem das Pulver besteht, abgeleitet wird. Mehrere solche Verhältnisse sind vorgeschlagen worden und werden zur Zeit benützt. Das folgende Verhältnis wurde hier wegen seiner Einfachheit und Genauigkeit verwendet.

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g die Dichte des festen Materials ist, aus welchem das

Pulver besteht und g i die Dichte des unter einem Druck von PI stehenden Pulvers ist.

Es wurde experimentell festgestellt, dass es zur Bestimmung des Faktors b genügt, Kompressibilitätsdaten des Pulvers zu verwenden, die in der USA-Norm ASTMB 331-64 gegeben sind.

P ist der Druck, der während des dynamischen Verdichtens des Pulvers erhalten wird,

Ts ist die Schmelztemperatur des festen Materials, aus welchem das Pulver besteht,

Cp ist die spezifische Wärme des festen Materials, aus welchem das Pulver besteht,

K ist die Wärmeleitung des festen Materials, aus welchem das Pulver besteht und g ist die Dichte des festen Materials, aus welchem das Pulver besteht.

Als spezifischer Fall soll nun z.B. Eisenpulver in Betracht gezogen werden.

Die Eigenschaften jedes Pulvers sind vom Hersteller spezifiziert: in diesem Fall ist der Hersteller die Firma Höganas, Schweden und das gelieferte Pulver ist das Stahlschwammpulver MH 100.28. In dem mit dem Pulver gelieferten Katalog sind folgende Angaben enthalten:

- Fülldichte 2,8 g/cm3

- grüne Dichte (Kompressibilität) 6,5 g/cm3

- Siebanalyse von +65 bis -325 Tylersche Siebfeinheit; die mittlere Grösse liegt zwischen 100 und 325 Tylersche Siebfeinheit. Das Pulver ist als Stahlschwammpulver bezeichnet, wodurch seine Gestaltung und Form gegeben sind.

Durch Dividieren der Fülldichte durch die Dichte des festen Eisens wird die Schüttdichte a = 0,35 erhalten. Nach der USA-Norm ASTM-B 331-64 ist die grüne Dichte (Kompressibilität) eine Dichte bei einem Druck von 409 MN/m2. Durch Verwendung dieser und möglicherweise noch zusätzlicher Daten wird der Wert der Konstante b nach der Gleichung (2) bestimmt. In diesem Fall bei a = 0,35 gilt 1,9 x 10~2 mn2/N.

Aus der USA-Norm ASTM-B 214—66 wird gefunden, dass 100 Tylersche Siebfeinheiten einer Korngrösse von 49 und 325 Tylersche Siebfeinheiten der Korngrösse von 44 entsprechen. Die mittlere Korngrösse der Teilchen kann als der Mittelwert dieser Werte genommen werden, d.h. 96fi, oder einfachheitshalber 100,«. Eine gewisse Ungenauigkeit wird in die Gleichung 1 durch Verwendung eines Pulvers mit hochschwankenden Teilchengrössen eingeführt. Solche Pulver sind aber praktisch diejenigen Pulver, mit welchen gearbeitet werden muss.

Das Pulver ist als Schwammpulver bezeichnet, deswegen hat es eine irreguläre Gestalt, so dass der Wert s als 100 genommen werden kann.

Die anderen Werte der Gleichung (1) können aus einem beliebigen normalen Nachschlagwerk erhalten werden.

Wenn alle diese Werte in die Gleichung (1) eingesetzt werden, kann der Minimalwert von P erhalten werden, bei welchem Druck das Schmelzen und das Schweissen der Teilchen des Pulvers erwartet werden kann. In diesem Fall wird ein Wert von 900 MN/m2 erhalten (es kann aus der Gleichung (1) zusätzlich abgeleitet werden, dass dies einem mittleren Temperaturanstieg von 210 °C entspricht).

Nun muss die Art und die Geschwindigkeit des Schlagkörpers bestimmt werden. Standardberechnungen unter Beibehaltung der Masse und des Bewegungsmomentes beim Aufprall zeigen, dass dieser Druck mit einem Aluminiumschlagkörper und einer Geschwindigkeit beim Aufprall von 660 m/sec erhalten wird. Es ist ratsam, für ein spezielles Pulver anfänglich etwas höhere Drücke zu verwenden, als ausgerechnet, um den Wert s für das spezielle Pulver genau bestimmen zu können.

Es wurde experimentell gefunden, dass die Art des durch die Gleichung (1) gegebenen Verhältnisses für verschiedene s Materialien gültig ist, aber es gibt Grenzen ihrer Anwendbarkeit.

Erstens bestimmt das Verhältnis nach Hall Petch, (Cotrell: «An Introduction to Metallurgy»), dass die Festigkeit des Presslings mit der abnehmenden Korngrösse der Teilchen io grösser wird, wie aus der nachstehenden Gleichung zu entnehmen ist.

o=öo + Kd-m (3),

wo g die Festigkeit des Presslings ist,

15 o() die Festigkeit des ausgeglühten Presslings ist,

K eine Konstante ist,

d die Korngrösse der Pulverteilchen ist,

m eine Konstante ist, die V2 des echten Hall Petch Verhältnisses entspricht.

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Beide durch die Gleichungen (1) und (3) festgelegten Verhältnisse sind gültige Verhältnisse, die in der Praxis in Einklang gebracht werden müssen. So wurde z. B. im Falle von rostfreiem Stahl experimentell gefunden, dass für die Korn-25 grosse der Pulverteilchen — bis zu einem gewissen Grössenwert — die Gleichung (1) eine Kontrollgleichung für den zum Verdichten benötigten Druck, wogegen für Pulverteilchen, deren Korngrösse den oben erwähnten Grössenwert überschreitet, das Hall Petch Verhältnis anwendbar ist.

30 Zweitens kann das Verdichten von Pulver durch mehr als eine Stosswelle erzielt werden. Die oben erwähnte Gleichung (1) kann aber immer noch für die letzte Stosswelle oder diejenige Stosswelle angewandt werden, die die grösste Arbeit leistet, unter der Voraussetzung, dass diese Gleichung passend 35 abgeändert wird.

Drittens wird möglicherweise die Zeit, die zum Anstieg von O- bis P-Druck benötigt wird, während welcher die Deformation stattfindet, nicht durch das Pulver bestimmt, wie in der oben erwähnten Gleichung (1) angenommen wird. Sie wird 40 vielmehr durch andere Faktoren, wie Luftpolsterung zwischen dem Schlagkörper und dem Pulver oder durch Material (Endplatte), durch welches das Pulver abgeschirmt wird, bestimmt. In einem solchen Fall muss die oben erwähnte Gleichung (1) separat berechnet werden, weil zu dem aus dem Verdichten re-45 sultierenden Temperaturanstieg ein zusätzlicher Temperaturanstieg, der aus der plastischen Deformation resultiert, dazu-gerechnet werden muss.

Es ist aber zu bemerken, dass der durch die Gleichung (1) angegebene Druck ein Minimaldruck ist. Unter diesem Wert so findet kein Zusammenschweissen der Pulverteilchen statt. Die entsprechende minimale Geschwindigkeit der Pulverteilchen (und somit die Geschwindigkeit der Stosswelle) kann von den Stossverhältnissen abgeleitet werden. Offensichtlich bestehen mehrere Wege zum Erhalten dieser minimalen Geschwindig-55 keit der Pulverteilchen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verdichtungsverfahrens weist ein zylindrisches Führungsrohr 1, eine Verdichtungskammer 2 und Mittel 7, 14 zum Halten von Pulver 6 auf, das in der Verdichtungskammer 2 angeordnet ist. Ein Behälter 60 8, der sich an das Rohr 1 anschliesst, enthält komprimierte Luft, Dampf oder Helium oder ein anderes komprimierbares Gas. Für Geschwindigkeiten, die den Wert von 500 m/sec nicht überschreiten, ist komprimierte Luft der Raumtemperatur ausreichend. Dampf und komprimierte Luft in einem heis-65 sen Behälter eignen sich für Geschwindigkeiten bis zu 800 m/sec. Dampf eignet sich am besten für eine grosse Anzahl von sich wiederholenden Operationen mit einem grossen Durchmesser. Noch höhere Geschwindigkeiten können nur mit

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Hilfe von Helium durch Verbrennung von Brennstoff in komprimierter Luft oder durch eine zweistufige Kanone mit Luft erzielt werden. Über den ganzen Bereich der Geschwindigkeiten ist die Verbrennung von Brennstoff in komprimierter Luft, die mit einer einstufigen Kanone kombiniert wird, die beste Lösung für eine solche Vorrichtung. Durch einen nicht dargestellten Kompressor wird das komprimierte Gas in den Behälter 8 gefördert. Das komprimierte Gas wird in das Rohr 1 mittels eines durch einen elektrischen Schalter 10 gesteuerten Ventils 9 eingelassen.

Als alternative Beschleunigungsvorrichtung können Magnete, Linearmotoren, mehrmalige Beaufschlagung von Festkörpern oder Beaufschlagung durch Flüssigkeit verwendet werden.

Im Rohr 1, das horizontal oder vertikal angeordnet werden kann, ist ein Schlagkörper 3 bewegbar eingesetzt, der mit seiner Aussenwand dicht an die Innenwand des Rohres 1 anliegt. Am gegenüberliegenden Ende des Rohres 1 ist in der Verdichtungskammer 2 das zu verdichtende Pulver 6 angeordnet. Eine Schutzschicht (Platte) 5 schützt das Pulver 6 gegen den direkten Aufschlag des Schlagkörpers 3. Mit 16 ist eine Halteplatte für das feste Stützmittel 7 bezeichnet, die an der Verdichtungskammer 2 befestigt ist.

Der Betrieb der Vorrichtung ist wie folgt:

Vor allem muss aus dem Innenraum des Rohres 1 durch eine Vakuumpumpe 4 Luft abgesaugt werden. Das Luftabsaugen kann dann vermieden werden, wenn in der Verdichtungskammer 2 oder im Rohr 1 Löcher vorgesehen sind, so dass Luft im Rohr 1 zwischen dem Schlagkörper 3 und dem Pulver 6 nicht eingefangen bleibt. Dann wird das Ventil 9 geöffnet, um dem Schlagkörper 3 durch die komprimierte Luft die entsprechende Geschwindigkeit zu erteilen, mit welcher er gegen das Pulver 6 aufprallt. Die Geschwindigkeit des Schlagkörpers 3 kann eingestellt werden und 300 bis 2000 m/sec betragen; dies hängt von dem Antriebssystem ab. Der Schlagkörper 3 kann aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff bestehen oder man kann eine das Pulver enthaltende Kapsel 11 (Fig. 2 und 4) verwenden, die anstatt des Schlagkörpers 3 gegen das Stützmittel 7 oder 14 geschleudert wird. Die Länge des zylindrischen Führungsrohres 1 ist etwa 10- bis lOOmal grösser als der Durchmesser des Schlagkörpers 3.

Das Pulver 6 wird in die Verdichtungskammer 2 im kalten Zustand eingesetzt. Es ist aber auch möglich, Verdichtung eines vorerwärmten Pulvers vorzunehmen; dadurch wird die zur Verdichtung des Pulvers 6 benötigte Arbeitsmenge vermindert und auch der Temperaturanstieg, der zum Schmelzen der Oberfläche der Pulverteilchen benötigt wird, herabgesetzt. Das Pulver selbst kann ein Metallpul ver, z.B. Aluminium, Eisen, Kupfer oder Stahl oder ein Nicht-Metallpulver sein, wie z.B. Graphit.

Das Stützmittel kann ein stationäres Stützmittel 7 (Fig. 1 und 3) oder es kann die Form einer Stange 14 (Fig. 2) haben, die in der Schleuderrichtung bewegbar ist, wobei die Länge der Stange eine solche ist, dass das verdichtete Pulver und die Stange 14 aus der Verdichtungskammer 2 mit einer entsprechend kleinen Geschwindigkeit ausgestossen werden. Die das Pulver 6 enthaltende Kapsel 11, die den Schlagkörper 3 ersetzen kann und als Schlagkörper wirkt, wird mit Vorteil gegen ein stationäres Stützmittel 7 geschleudert. Die bewegbare Stange 14 ist mit ihrem einen Ende in der Verdichtungskammer 2 eingesetzt, um den Effekt von der Stange 14 abgeprall-ten Wellen aufs Minimum zu bringen und die Dauer des Druckes aufs Maximum zu erhöhen.

An der Verdichtungskammer 2 ist ein Behälter 12 für hydraulische Flüssigkeit 13 befestigt. Mit dem anderen Ende ist die Stange 14 in der Flüssigkeit 13 angeordnet und wird durch die Flüssigkeit 13 vor dem Aufschlag in ihrer Stellung gehalten. Die der Stange 14 durch den Aufschlag erteilte Bewegung wird durch die Flüssigkeit 13 verlangsamt und die Stange 14 in ihrer Bewegung endlich gestoppt. Mittels eines Ventils 15 wird das Ein- und Abführen der Flüssigkeit 13 in bzw. aus dem Behälter 12 kontrolliert.

5 Zwei Ergebnisse, die sich beim Zusammenschweissen von Pulverteilchen ergeben, sind auffallend. Erstens, der Temperaturanstieg ist im Verhältnis zu der Schmelztemperatur des festen Materials klein. Dies hängt mit der Konzentration der mechanischen Arbeit zusammen und somit mit dem Tempera-io turanstieg an der Aussenfläche der Pulverteilchen. Zweitens sind die Dauer der hohen Temperatur auf der Aussenseite der Teilchen und der Temperaturanstieg sehr kurz; sowohl die Erwärmungszeit als auch die Wärmezeit und die Abkühlungszeit sind für die Aussenfläche der Teilchen in der Ordnung von 15 Mikrosekunden und für den Temperaturanstieg in der Ordnung von Millisekunden. Deswegen brauchen die durch Wärme verursachten Zustände nicht in Betracht gezogen zu werden. Das heisst, dass Legierungen aus Gemischen hergestellt werden können, die sonst, wenn miteinander gemischt 20 und Temperaturen ausgesetzt, die höher als die Raumtemperatur sind, zwangsläufig thermal aktivierten Reaktionen unterworfen würden.

Als Beispiel kann Kohlenstoff (Graphit oder Diamanten) oder Karbide (Wolfram usw.) genommen werden, der mit 25 Stahl vermischt wird. Wenn auf übliche Weise hergestellt, schmelzen der Kohlenstoff oder die Karbide in ein flüssiges Metall, wodurch ein höherer Kohlenstoff-Stahl entsteht. Bei Anwendung einer üblichen Pulvermetallurgie tritt während des Hochtemperatur-Sinterns wieder das Auflösen des Kohlenstof-30 fes im Stahl ein (in der Tat in beiden Fällen ist es die Arbeitsweise, in welcher Kohlenstoff in Form von Graphit Eisen zugegeben wird, um Stahl zu erzeugen). Aber im Falle von Diamanten und Karbiden ist dies nicht erwünscht, weil diese als harte Phasen im Stahl verwendet werden, um ihm Härte und 35 Verschleisswiderstand zu geben. Durch die oben beschriebene dynamische Pulververdichtung, bei welcher sich der Sinterpro-zess erübrigt, können solche Materialien hergestellt werden, wobei gewisse Kombinationen von Karbiden und Diamanten im Stahl schon experimentell erzeugt wurden. Die Vorauswahl 40 des Stahles kann bei diesem Verfahren auch die übliche Wärmebehandlung erlauben, die mit einer viel niedrigeren Temperatur ausgetragen wird als die Sintertemperatur, bei welcher niedrigeren Temperatur kein wesentliches Auflösen des Kohlenstoffes im Stahl stattfindet.

45 Als weiteres Beispiel kann die Zugabe von Stahlpulver zu Aluminiumpulver erwähnt werden, um dem Aluminium einen Verschleisswiderstand zu geben. Das niedrige Gewicht und die Leitfähigkeit des Aluminiums werden beibehalten, wobei die Stahlpulverteilchen als Punkte hoher Härte wirken und geben so dem Pressling einen verbesserten Verschleisswiderstand. Der niedrige Verschleisswiderstand von Aluminium und seine Fähigkeit zum «Kaltschweissen» sind seine grössten Nachteile. Im üblichen Verfahren ist die Al-Fe Legierung nicht herstellbar, weil bei Temperaturen über 500 °C eine brüchige zwi-55 schenmetallische Phase beim Aluminium und Eisen entsteht. Deswegen wird ein übliches Sintern bei einer Temperatur von 600 °C zu einem brüchigschwachen Bestandteil führen.

Als weiteres Beispiel kann die Zugabe von Kupferpulver zu Aluminiumpulver erwähnt werden, um ein Pressling herzu-60 stellen, der gelötet werden kann. Im üblichen Verfahren wird das Kupfer im Aluminium aufgelöst, um eine feste Legierung zu bilden, die jedoch nicht gelötet werden kann. Im oben beschriebenen Verfahren werden die Kupferpulverteilchen im Aluminium nicht aufgelöst, so dass auf ihnen Lötverbindungs-65 stellen entstehen können.

Aus den erwähnten Beispielen ist es offensichtlich, dass, abhängig vom Verwendungszweck und gewünschten Eigenschaften, verschiedene Arten und Stahl, Aluminium und Kar

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biden verwendet werden können. Gleichweise können verschiedene Korngrössen und Formen von Pulverteilchen verwendet werden, um die Eigenschaften zu ändern. Ausserdem bestehen viele Arten von Legierungen oder Pulvermischungen, die, wenn in einem üblichen Verfahren hergestellt, miteinander reagieren würden.

Im oben beschriebenen Verfahren können nicht nur Legierungen, die nicht miteinander reagieren, sondern auch geschichtete Strukturen von solchen Materialien hergestellt werden, die als Beispiele oben angeführt wurden. Diese Schichtstrukturen können nur dünne Oberflächenüberzüge sein, wie ein Stahlüberzug, der auf einem Aluminiumteil aufgetragen wird, um seinen Verschleisswiderstand zu erhöhen, oder sie können als ein richtiges Verbindungsstück hergestellt sein, in welchem jeder Teil die gleiche Länge aufweist.

Bei der Herstellung von Presslingen aus reaktiven Legierungen durch Verdichtung von Pulver können auch Fasern oder Drähte verwendet werden, um eine verstärkte Struktur zu erhalten.

Bei den letztgenannten zwei Beispielen wurden jeweils Legierungen aus zwei Arten von Pulver beschrieben, aber es ist auch möglich, dass mehrere Arten von Pulver verdichtet werden. Ein Beispiel dafür ist eine Legierung aus Aluminium,

Stahl und Graphitpulver.

Je nach Wunsch, kann das Endprodukt auch noch einer Wärmebehandlung unterworfen werden, um die optimalen s mechanischen Eigenschaften durch Ausscheidungshärtung zu erhalten.

Der Vorteil des oben beschriebenen Verfahrens besteht in guter Qualität der auf den Pulverteilchen gebildeten Schweissstellen, wodurch Presslinge mit einer Festigkeit entstehen, die io mit derjenigen des festen Materials vergleichbar ist. Bei dem oben erwähnten Verfahren wird der kostspielige und Energie verbrauchende Sinterprozess eliminiert. Das zwischen den Pulverteilchen gebildete geschmolzene Material wirkt als Gleitmittel, das zur Folge hat, dass Presslinge mit einer hohen 15 Dichte entstehen können. Dies sowie die in dem beschriebenen Verfahren mit Leichtigkeit erreichbaren hohen Drücke haben zur Folge, dass die Dichte der hergestellten Presslinge bis zu 100% derjenigen des festen Materials reicht. In dem oben beschriebenen Verfahren können auf kontrollierbare 20 Weise einfacher, billiger, reproduzierbarer und mit kleinerer Gefahr Zustände erreicht werden, die bei Verdichtung durch Explosion nicht erzielbar sind. Ausserdem können in diesem Verfahren auch andere Formen als Zylinder hergestellt werden.

s

2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen eines Presslings durch Verdichten von aus zusammenschweissbaren Teilchen bestehendem Pulver, wobei zur Erzeugung eines Druckes einer solchen Amplitude, dass im Pulver das Zusammenschweissen der Teilchen hervorgerufen wird, eine Stosswelle angewandt wird, die durch Aufschlag eines gegen das in einer Verdichtungskammer angeordnete und durch ein Stützmittel gehaltene Pulver geschleuderten Körpers entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Verdichten des Pulvers benötigte Druck so festgelegt wird, dass er über einem durch die folgende Gleichung gegebenen unteren Grenzwert liegt:

s*d(l — a) • (bP)2- (1 + bP)1/2>as/2b5/2 Ts CP Ke3/2,

wo s die Formziffer ist, die von der Gestaltung der Pulverteilchen abhängt,

d die Korngrösse der Pulverteilchen ist,

a die Schüttdichte des Pulvers ist,

b die Verdichtungskonstante ist, die aus dem Verhältnis

Druck (P)-Dichte (g) abgeleitet wird,

P der Druck ist, der während des dynamischen Verdichtens erhalten wird,

Ts die Schmelztemperatur des festen Materials ist, aus welchem das Pulver besteht,

Cp die spezifische Wärme des festen Materials ist, aus welchem das Pulver besteht,

K die Wärmeleitfähigkeit des festen Materials ist, aus welchem das Pulver besteht,

q die Dichte des festen Materials ist, aus welchem das Pulver besteht,

dass die Dauer des zum Verdichten des Pulvers benötigten Druckes durch die Länge und die Impedanz des erwähnten Körpers und des erwähnten Stützmittels so bestimmt wird,

dass sich einerseits die Stosswelle durch das Pulver mit einer kleineren Zeit, die zum Anstieg von O- bis zum P-Druck benötigt wird, ausbreitet als die für die Erreichung eines Ausgleiches der Temperaturausbreitung im Pulver benötigte Zeit und anderseits der zum Verdichten des Pulvers benötigte Druck so lange erhalten bleibt, bis die Schweissstellen auf den Pulverteilchen erstarren, und dass die Geschwindigkeit des Körpers beim Aufprall gegenüber dem Pulver mindestens 300 m/sec beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Verdichten des Pulvers benötigte Druck und seine Dauer so bestimmt werden, dass das Pulver auf eine Dichte verdichtet wird, die im wesentlichen derjenigen des festen Materials entspricht oder in der Nähe derselben liegt, und dass beim Erreichen einer niedrigeren Dichte die Druckverhältnisse so bestimmt werden, dass keine Druckerhöhung stattfindet, um die Zerstörung der schon gebildeten Schweissstellen auf den Pulverteilchen durch Erhöhung der Dichte zu verhindern.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse des zum Verdichten des Pulvers benötigten Druckes durch die Geschwindigkeit beim Aufprall und die Impedanz des erwähnten Körpers bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des erwähnten Körpers beim Aufprall 300 bis 2000 m/sec beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Stützmittel ein festes Stützmittel (7) verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Stützmittel eine Stange (14) verwendet wird, die in Schleuderrichtung des erwähnten Körpers bewegbar ist, wobei die Länge der Stange so bemessen ist, dass vom Ende der sich zurückbewegenden Stange abgeprallte Wellen vermieden werden, bevor die Schweissstellen auf den Pulverteilchen erstarrt sind, und wobei die Masse der Stange grösser ist als diejenige des Pulvers und des Schleuderkörpers, so dass die Endgeschwindigkeit der kombinierten Massen des Körpers, des Pul-s vers und der Stange nach dem Aufprall herabgesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichten im Vakuum ausgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Arten von Pulver zu einem Pressling io verdichtet werden, um eine Legierung zu erhalten.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Arten von Pulver zu einem Pressling verdichtet werden, um eine Schichtstruktur zu erhalten.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 15 dass eine Art von Pulver mit beigemischten Verstärkungsfasern zu einem Pressling verdichtet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass metallisches und nichtmetallisches Pulver zu einem Pressling verdichtet wird.

20 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver vorerwärmt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Körper eine Pulverkapsel ist.
14. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach An-25 spruch 1, mit einem Führungsrohr (1), einer Verdichtungskammer (2) und einem Stützmittel (14), das mit einem Ende in der Verdichtungskammer bewegbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verdichtungskammer (2) ein Behälter (12) für hydraulisches Medium (13) befestigt ist, durch

30 welches Medium das Stützmittel (14), das mit dem anderen Ende im hydraulischen Medium angeordnet ist, vor dem Aufschlag in seiner Stellung gehalten und nach dem Aufschlag in seiner Bewegung verlangsamt wird, bis es zum Stillstand gebracht wird.