CH673242A5 - - Google Patents

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CH673242A5
CH673242A5 CH3232/86A CH323286A CH673242A5 CH 673242 A5 CH673242 A5 CH 673242A5 CH 3232/86 A CH3232/86 A CH 3232/86A CH 323286 A CH323286 A CH 323286A CH 673242 A5 CH673242 A5 CH 673242A5
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powder
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Malcolm James Dr Couper
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Bbc Brown Boveri & Cie
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/002—Making metallic powder or suspensions thereof amorphous or microcrystalline
    • B22F9/008—Rapid solidification processing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408—Light metal alloys
    • C22C1/0416—Aluminium-based alloys

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  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
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Description

BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Warmfeste Aluminiumlegierungen, welche aus mit hoher Abkühlungsgeschwindigkeit durch Zerstäuben einer Schmelze gewonnenen Pulvern hergestellt werden. Hoher Gehalt an unter sonst üblichen Erstarrungsbedingungen nicht zulässigen Legierungsbestandteilen wie z. B. Fe und Cr.
Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Aluminiumle-gierungspulvern und die Herstellung von Formkörpern aus diesen Pulvern.
Insbesondere betrifft sie die pulvermetallurgische Herstellung eines Werkstücks aus einer warmfesten Aluminiumlegierung des Typs Al/Fe/X mit 5 bis 15 Gew.-% Fe, wobei X für das Element V und/oder Mn steht. (Vgl. GB-PS 2 088 409 A.)
Stand der Technik
Aluminiumlegierungen, welche sich für die Erzeugung von Pulvern aus Schmelzen mittels Gasstrahlzerstäubung unter Anwendung sehr hoher Abkühlungsgeschwindigkeiten (10s °C/s und mehr) eignen und für die Herstellung warmfester Werkstücke verwenden lassen, sind in zahlreichen Variationen bekannt geworden. Eine bedeutende Gruppe stellen die polynären, meist relativ hohe Eisengehalte aufweisenden Legierungen des Typs Al/Fe/X dar, wobei X mindestens eines der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Nb, Cr, Mo, W bedeutet. Dabei nimmt offenbar eine Legierung mit 8 Gew.-% Fe und 2 Gew.-% Mo eine Sonderstellung ein. (Vgl. GB-PS 2 088 409 A.)
Es wird ganz allgemein versucht, bei diesen Aluminiumlegierungen Ausscheidungs- und/oder Dispersionshärtung aufeinander abzustimmen und zu optimieren. Dabei spielen binäre und ternäre inter- ' metallische Verbindungen eine wesentliche Rolle. In diesem Zusammenhang wird oft auf die intermetallische Verbindung Al3Fe als wichtige konstituierende Phase und auf ein im Pulverkorn bei hoher Abkühlungsgeschwindigkeit gebildetes Mikro-Eutektikum hingewiesen. (Vgl. C.M. Adam and R.G. Bourdeau, in: R. Mehrabian et al., eds., Rapid Solidification Processing, Baton Rouge, 1980, S. 246; C.M. Adam, in: B.H. Kear et al., eds., Rapidly Solidified Amorphous and Crystalline Alloys, 1982; W.J. Boettinger, L. Bendersky, J.G. Early, submitted to Met. Trans A [1985] und M.J. Couper and R.F. Singer, in: M. Koczak and G. Hildeman, eds., Conferencepro-ceedings, High Strength PM Aluminium Alloys, 1985, in press.)
Die Eigenschaften der bekannten Legierungen und der daraus nach pulvermetallurgischen Methoden erzeugten Press- und Formkörper lassen noch zu wünschen übrig. Insbesondere ist die Zähigkeit und die Duktilität derartiger Werkstücke für viele Verwendungen ungenügend.
Es besteht daher ein grosses Bedürfnis, bekannte Legierungen weiterhin zu verbessern und die Herstellungsmethoden für Fertigerzeugnisse zu verfeinern.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellungeines Werkstücks aus einer warmfesten Aluminiumlegierung unter Berücksichtigung optimaler Legierungszusammensetzung und Anpassung-der Verfahrensschritte anzugeben, welches zu zäheren und duktileren Fertigerzeugnissen ohne Einbusse an Festigkeit führt. Dabei sollen bei der Pulverherstellung auch bei höheren Temperaturen stabile Phasen erzielt werden, welche — unabhängig von der Partikelgrösse — über das ganze Pulverkorn homogen verteilt sind und ihm eine-hohe Verformbarkeit verleihen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass beim eingangs erwähnten Verfahren eine Legierung gewählt wird, die 8 bis 14 Gew.-% Fe, 0,5 bis 2 Gew.-% V und 0,2 bis 1 Gew.-% Mn enthält, wobei die Legierung erschmolzen, die Schmelze unter einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 105 °C/s in einem Gasstrom zu Partikeln zerstäubt wird, wobei die dabei gebildeten Dispersoide homogen verteilt und keine mikro-eutektische Zone innerhalb eines Pulverpar-tikels vorhanden ist, und dass das Pulver bei einer Temperatur von 350 bis 450° C unter einem Druck von 1000 bis 5000 bar dergestalt verdichtet wird, dass die intermetallische, durch Mn stabilisierte Phase Al6Fe gebildet und die Phase Al3Fe unterdrückt wird.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels erläutert.
Ausführungsbeispiel:
Es wurde eine Legierung der nachfolgenden Zusammensetzung erschmolzen:
Fe =10 Gew.-%
V = 1 Gew.-%
Mn = 0,5 Gew.-%
AI = Rest
Die Schmelze wurde in einer Vorrichtung mittels eines Gasstromes (Stickstolf) unter Wahrung einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 10s "C/s zu einem Pulver zerstäubt. Der mittlere Partikeldurchmesser betrug ca. 20 (im, der maximale ca. 40 um. Die Struktur der Partikel war durch eine gleichmässige Verteilung der
5
10
15
20
25
30
35
40
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50
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673 242
Dispersoide gekennzeichnet, während das sonst bei herkömmlichen Legierungen auftretende störende Mikro-Eutektikum fehlte.
Ca. 160 g des Pulvers wurden durch Heisspressen in einer Form unter einem Druck von 3000 bar bei einer Temperatur von 400° C zu einem Pressbolzen von ca. 99% theoretischer Dichte verdichtet. Die Aufheizzeit in der Form betrug dabei ca. 45 min. Der Pressbolzen hatte einen Durchmesser von 40 mm und eine Höhe von 60 mm. Dieser Pressbolzen wurde in den Zylinder einer Strangpresse eingesetzt und unter einem Druck von 5000 bar bei einer Temperatur von 400° C zu einer Stange von 13 mm Durchmesser verpresst. Das Reduktionsverhältnis betrug ca. 9:1.
Aus der Stange wurden Probestücke herausgeschnitten und die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur und bei 300° C gemessen. Die Streckgrenze bei Raumtemperatur betrug 450 MPa. Eine metallographische Untersuchung ergab das Vorhandensein beträchtlicher Volumenanteile der Phase AlsFe, während praktisch kein Al3Fe festgestellt werden konnte. Ferner waren keine nicht deformierten, Al3F.e enthaltenden Pulverpartikel im verdichteten Material vorhanden.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Aluminiumlegierung kann grundsätzlich folgende Zusammensetzung haben:
Fe = 8 bis 14 Gew.-%
(vorzugsweise 10 bis 14 Gew.-%)
V = 0,5 bis 2 Gew.-%
Mn = 0,2 bis 1 Gew.-%
5 AI = Rest
Die Abkühlungsgeschwindigkeit bei der Pulverherstellung soll mindestens 105 °C/s betragen. Die Verdichtung des Pulvers kann bei Temperaturen zwischen 350 und 450° C unter Drücken von 1000 bis io 5000 bar erfolgen. Bevorzugte Werte sind 400° C für die Pulververdichtung.
Weitere vorteilhafte Legierungszusammensetzungen sind:
Fe
=
10 bis 12 Gew.-%
V
=
1 Gew.-%
Mn
=
0,4 bis 1,0 Gew.-%
AI
=
Rest oder:
Fe
=
12 Gew.-%
V
=
1,5 Gew.-%
Mn
=
1,0 Gew.-%
AI
=
Rest
R

Claims (6)

  1. 673242
    2
    PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Werkstücks aus einer warmfesten Aluminiumlegierung des Typs Al/Fe/X mit 5 bis 15 Gew.-% Fe, wobei X für das Element V und/oder Mn steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 8 bis 14 Gew.-% Fe, 0,5 bis 2 Gew.-% V und 0,2 bis 1 Gew.-% Mn enthält, wobei die Legierung erschmolzen, die Schmelze unter einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 105 "C/s in einem Gasstrom zu Partikeln zerstäubt wird, wobei die dabei gebildeten Dispersoide homogen verteilt und keine mikro-eutektische Zone innerhalb eines Pulverpar-tikels vorhanden ist, und dass das Pulver bei einer Temperatur von 350 bis 450° C unter einem Druck von 1000 bis 5000 bar dergestalt verdichtet wird, dass die intermetallische, durch Mn stabilisierte Phase Al6Fe gebildet und die Phase Al3Fe unterdrückt wird.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Fe-Gehalt von 10 bis 14 Gew.—% aufweist.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur bei der Pulververdichtung 400° C beträgt.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung folgende Zusammensetzung aufweist:
    Fe = 10 bis 12 Gew.-%
    V = 1 Gew.-%
    Mn = 0,4 bis 1,0 Gew.-%
    AI = Rest
  5. 5. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung die nachfolgende Zusammensetzung aufweist:
    Fe =10 Gew.-%
    V = 1 Gew.-%
    Mn = 0,5 Gew.-%
    AI = Rest
  6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung folgende Zusammensetzung aufweist:
    Fe = 12 Gew.-%
    V = 1,5 Gew.-%
    Mn = l,0Gew.-%
    AI = Rest
CH3232/86A 1986-08-12 1986-08-12 CH673242A5 (de)

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