DE1533005A1

DE1533005A1 - Herstellung von mit einer angesinterten UEberzugsschicht auf der Aussen- und/oder Innenflaeche versehenen Rundkoerpern,insbesondere Rohren

Info

Publication number: DE1533005A1
Application number: DE19661533005
Authority: DE
Inventors: Fritz Frehn
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1966-04-05
Filing date: 1966-04-05
Publication date: 1969-11-20

Description

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Deutsche Edelstahlwerke
Aktiengesellschaft

Dr. Expl.

V Oily/

Herstellung mit einer angesinterten Uberzugsschicht auf der Außen-und/oder Innenfläche versehenen Rundkörpern, insbesondere Rohren.

Die Herstellung von Kundkörpern mit einer angesinterten, insbesondere verschleißfesten Überzugsschicht auf der Oberfläche war bisher nicht möglich. Versuche, die Überzugsschichten in der herkömmlichen l/eise, nämlich durch Pressen auf den üblichen Preüniaschinen unter Anwendung eines axialen Druckes und anschließendes Sintern herzustellen, führten zu keinem Erfolg. Bei diesen Versuchen ergab sich, daß die Überzugsschicht aus puiverförmigem Material nicht auf der Überfläche der Körper festhaftete, sondern sich infolge Schrumpfung beim Sintern von dieser ablöste. Bei Werkstücken größerer Länge war es überdies schwierig, die notwendige Verdichtung über die gesarate Länge zi; erreichen. Dies war nur unter Anwendung höchster Drücke und dann auch noch unvollkommen möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Herstellung einer Überzugsschicht aus pu Lverf öri:iigen Werkstoffen auf Rundkörpern durch Verbundsinterung zu eriiiögi iclieii.

Bei Versuchen ergab sich nun, daß die Hers teilung von mit einer i'.ngcfsinterten Überzugssch-ixht auf der Außen-und/oder Innenfläche versehenen Ilundlcörpern, insbesondere Rohren, unter Anwendung dos Johockve llenverciiciitens überraschend gute Ergebnisse brachte. Das auf dio Oberfläche der zylindrischen Werkstücke aufgebrachte

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pulverförmige Material, welches gemäß der Erfindung :;iittels Schockwellen verdichtet wurde, ergab nach dein Sintern eine auf den metallischen Rundkörpern festhaftende, durch Diffusion zusätzlich verankerte Überzugsschicht.

Im einzelnen wird das erfxndungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß auf die zu überziehende Oberfläche der metallischen Gegenstände unter Zuhilfenahme einer entsprechenden Pori::_x k eine Schicht aus; pulverf önnigeir. Material entsprechender Dicke aufgebracht wird, das pulverförmig^ Material mittels Schockwellen verdichtet und anschließend gesintert wird.

Soll z. B. ein Rundkörper, etwa ein Metallrohr, mit einer angesinterten Überzugsschicht auf der Innen-fläche versehen werden, dient das Metallrohr selbst als Form, in die ein Kern mit einem solchen Außeiidm-c'iniesser eingesetzt wird, daß der zwischen Form und Kern fraiblei Lende, mit pulverförmig ein Material zu füllende Hohlraum der Dicke der beabsichtigten Überzugsschicht entspricht. Nach dem Einfüllen des pu !verformten Werkstoffes \iird die Fora oben und unten durch einen Dackel geschlossen, xvas z. IJ. durch Anschweißen der Deckel erfolgen kann. In einem Deckel soll wenigstens eine Öffnung verbleiben, an die eine Vakuumeinrichtung angeschlossen werden kann, um den mit Pulver gefüllten Hohlraum zu entgasen bzw. zu evakuieren. Nach Erzeugen des Unterdrucks wird die Öffnung verschlossen und auf die Form von allen Seiten ein schockartiger Druck ausgeüüt. Dies erfolgt in bekannter './eise, vorzugsweise in einem flüssigen Medium, das den Explosionsdruck einer entsprechend ausgelegten Sprengladung gleichmäßig auf die Außenoberfläche der Form leitet.

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Die Einwirkung von Schockwellen und die dazu benötigten apparativen Einrichtungen sind von der Metallumformung her bekannt, bei der die Anwendung von ochockvellen zum Stand der Technik gehört.

In gleicher Veise vird verfahren, wenn ein Rundkörper auf der Außenfläche oder auf der Außen-und Innenfläche mit einer auf dem Sinterwege hergestellten Überzugsschicht aus puiverförmigein Ausgangsv.erkstoff versehen werden soll.

Im Falle der Außenbeschichtung eines Rundkörpers stellt der Vo11-oder Hohlkern das zu überziehende Teil dar und dor äußere Formtnantel wird nach der Sinterung entfernt. t,oll ein Hundkb'rper außen und innen mit einer gesinterten bchicht überzogen v.erden, dann wird eine Form mit Außemuantei und Hohlkern benötigt, in deren Hohlraum das zu überziehende Teil mit Abstanden zu den Pormwandungen eingesetzt und dann in die freibleibenden Zwischenräume iHüverfön;ii;;cr UericstofF eLngol'üJ 11 ν j i-d .

Als Werkstoffe für clic· zu überziehenden liundicörpiM¹ !loHiueu insbesondere Mi-tallc in Frage, v.eil sie leicht er eine Dii'i'usionsverbinduii. ni t dem pul verförmigen btofi" dei' Überzugs schicht, z.B. Hartmetall, Hartstof fen od. dpi., zulassen. Ls kommen -abor auch a M t» anderen Werkstoff»? infrago, die der Baanspruchung beim bchockwellenverdichten standhalten und möglichst eine Verankerung der jmlverf örmigoii i berzugsschi cht durch Diffusion ,'-(«fla

Das erf iiuiuiigs, "ci.i"ißo Verfahren zur HerstrJ lung von \ erbundsinLcrkörper mir Mil. fp des Schockwei lenverdichtens ist ebenfalls auf die Herstellung insbesonderer langer Rohre aiis ge sinterten. pui vor förrii gern Werkstoff mit \<irteil anwendbar.

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Bei der Herstellung von Rohren aus gesintertem, pulver förmigem Werkstoff nach dem erfindungsgemäßen Verfahren muß lediglich der äußere Mantel der Form und der Kern im Innern entfernt werden, so daß die ursprüngliche Überzugsschicht als gesintertes Rohr übrigbleibt. Eine Sinterung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Form und Kern gestattet die Herstellung von dünnwandigen Rohren ohne Ver änderung des Querschnittes durch Verzug oder Erweichen, was nach keinem bisher bekannten Verfahren möglich ist. Bei geringeren Rohrwandstärken genügt häufig schon allein die Schockwellenverdichtung oder eine Vorsinterung, um dem Körper die notwendige Standfestigkeit bei der anschließenden Sinterung zu verleihen, so daß die Form und gegebenenfalls der Kern bereits vor der Fertigsinterung entfernt werden kann. Dies ist insbesondere mit Vorteil anzuwenden bei Sinterwerkstoffen, deren Sintertemperatur über der Schmelztemperatur des Materials der Form liegt. Diese darf dann nicht in den Sinterofen gelangen, sondern der Preßling muß ohne stützende Form gesintert werden.

Um eine Ansinterung, die bei der Rohrherstellung unerwünscht ist, zu vermeiden, kann die Form und gegebenenfalls der Kern mit einem Trennmittel bestrichen oder bespritzt sein, der keine Diffusionsverbindung zwischen der Form und dem Kern mit dem pulverförmigen Werkstoff zuläßt.

Die Herstellung langer Rohre aus gesintertem, pulverförmigem Werkstoff war bisher, mit Ausnahme des hydrostatischen Schlauchpressens, nicht möglich, weil bei der üblichen Verdichtung in Axialrichtung nicht der erforderliche Druck aufgewendet werden konnte, um auch die Schichten in der erforderlichen Weise zu verdichten, die dem Druckangriff reiter entfernt lagen. Bekanntlich bildet sich beim Pressen

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ein sogenannter Druckkegel in den dem Druckangriff zunächst liegenden Schichten aus, welcher eine Verdichtung weiter entfernt vom Druckangriff liegender Schichten behindert. Eine Verdichtung mittels Schockwellen, wie es gemäß der Erfindung für die Herstellung von Rohren vorgeschlagen wird, gestattet dagegen die Verdichtung des röhrenförmigen Preßlings gleichmäßig über die gesamte Länge.

Die Wandstärke der aus einem pulverförmigen Werkstoff bestehenden Schicht darf in aXlen genannten Anwendungsfällen nur so dick gewählt werden, daß durch die Schockwellen auch , eine Verdichtung des Pulvers auf dem gesamten Querschnitt der Schicht eintritt, weil sich sonst Fehlstellen infolge unterschiedlicher Schrumpfung beim Sintern ergeben würden.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.

In den Abb. 1 und la ist eine Form 1 zur Herstellung von kompakten Preß-bzw. Sinterkörper in bekannter Weise dargestellt. Wie bei den bekannten Preßvorrichtungen üblich, wird der Druck in Pfeilrichtung von oben auf das in den Formhohlraum eingefüllte Pulver 2 ausgeübt. Nach dem Sintern des Preßlings in der Form ergibt sich ein Körper, wie er aus den Abb. 2. und 2a hervorgeht. Es ist deutlich zu sehen, daß sich der | gesinterte Körper 3 infolge der Schrumpfung beim Sintern von der Wand der Form 1 gelöst hat. Die in Axialrichtung ausgeübte Druckkraft auf das Pulver hat demnach nicht ausgereicht, um eine V_erbundsinterung zwischen dem Pulverpreßling-3 und dem Formmantel 1 zu bewirken.

Das erfindungsgemäße Verfahren unter Anwendung des Schock— wellenverdichtens ist mit einer der in den Abb. 3 bis 6 dargestellten Formen durchführbar.

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Di e Form 4, Abb. 3 und Ja., in die ein Kern 5 eingesetzt ist und die nach Einfüllen des Pulvers 6 in den zwischen Kern 5 und Mantel 4 gebildeten Hohlraum durch Deckel 7 und 7* oben und unten geschlossen wird, wird nach dem Entgasen bzw. Evakuieren durch den Stutzen 8 der in Pfeilrichtung wirkenden Schockwellen ausgesetzt. Dabei wird das Pulver 6 derart verdichtet, daß es an der Innenfläche des Metallmantels 4 anhaftet und sich nach dem Sintern, das nach Abtrennen eines oder beider Deckel 7 und 7¹ vorgenommen wird, die in den Abb. bzw. 4a dargestellte Form ergibt. Es ist deutlich zu erkennen, ψ daß das Pulver 6 beim Sintern geschrumpft ist und sich dabei von der Oberfläche des Kerns gelöst hat. Durch die Schock— Wellenverdichtung ist das Pulver 6 an der Innenfläche des Metallmantels 4 gleichsam kalt verschweißt und die Haftung ist während der Sinterung erhalten geblieben bz\i. infolge Diffusion noch verbessert worden, Nach Herausnahme des Kerns und Abdrehen des Deckels 7' ergibt sich ein innen mit einer angesinterten Überzugsscliicht aus pulverförmiger Ausgangs — werkstoff versehenes Rohr, dessen Oberfläche nunmehr je nach Wahl des pulverförniigen Werkstoffes verschleiß-und/oder hochwarmfest ist oder eine andere der angesinterten Überzugs — schicht eigene Eigenschaft besitzt.

Gemäß Abb. 5 kann auch ein Rohr 9 mit einer an der äußeren Oberfläche angesinterten Überzugsschicht Io versehen werden. Hierzu wird noch eine besondere, als Außeninantel 11 wirkende Form benötigt, sowie Ringdeckel 12 und 12' . Der Druck wird bei dieser Form nicht nur auf die Außenfläche der Forn, sondern auch in dem freien Ringraum in der Mitte der Form auf deren Wandungen übertragen. Hierbei erfolgt eine Haftung des Pulvers Io sowohl an dem Innenrohr 9 als auch dem äußeren

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Rohr 11, so daß auf* diese Weise als Fertigerzeugnis nicht nur ein Rohr 9 mit einer äußeren Überzugsschicht Io aus angesintertem Werkstoff, sondern auch ein Doppelmantelrohr 9, 11 mit gesinterter Zwischenschicht Io hergestellt werden könnte. '

Aus Abb. ό geht eine Form 11 zur Herstellung eines Rundkörpers 13 mit einer angesinterten Überzugsschicht lh auf der Mantelfläche hervor.

Aus der Abb. 7 ergibt sich praktisch eine Kombination der |

in Abb. h und der in Abb. 5 dargestellten Form, bei der ein Rohr 13 in einer Form 11 mit Kernrohr Io auf der Innen-und auf der Außenfläche mit je einer angesinterten Überzugs schicht 17 und 18 versehen wird.

Durch Entfernen, z.B. mittels Abdrehen des jeweils nicht benötigten Formteils ist der Körper gewünschter Gestalt her stellbar. In Abb. k bzw. **a ist es das nach dem Herausnehmen des Kerns ;i mit angesinterter limenauskleidtmc ο versehene Rohr k. Das mit einer angesinterten Aufleiischicht Io ver sehene Rohr 9 fjemäü Abb. 5 wird nach Abdrehen des äußeren FormmantoJ s 11 ebenso wie der Yollküi'i-er 13 mit angesinterter Schicht lh gemäß Abb. ο erhalten. Hei den in Abb. 5 und 6 ' dargestellten Formen ist es aber auch möglich, den Formmantel 11 sowie den Hohlkern Q bzw. den Yollkern 13 abzudrehen, so daß ein gesintertes Rohr Io bzw. lh übrigbleibt. Auf diese Weise ist es erstmals möglich, insbesondere lange Rohre auf dem Sinterwege ohne Verzug und (iuersclmittsverzerrung herzustellen, was bishex', wie gesagt, nicht möglich war.

In entsprechender '.eise kann bei der Form gemäß-Abb. 7 der innere Hohlkern Iu und der äußere Formmantel 11 entfernt

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werden, so daß das Rohr 15 mit einer angesinterten Innen-,,schiclit 17 und einer Außenschicht 18 übrigbleibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet somit einmal die Herstellung von auf dem Sinterwege erzeugten Innen-und/oder Außenschichten auf Rundkörpern. Derartig hergestellte Gegenstände kommen für vielerlei Anwendungsfälle in Betracht, z.B. als Unif ormwerkzeuge, die zwecks Warmeinschrumpfens in den Werkzeughalter mit einem oder mehreren Armierungsringen, welche genau auf Maß gearbeitet sein müssen, versehen werden, die aber andererseits zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoff, wie Hartmetall, härtbarem Hartstoff odjjdgl. bestehen müssen. Man wird hierbei einen Metallmantel als Armierungsring nehmen, an dem auf der Innenfläche eine aus Hartmetall, härtbarem Hartstoff od^jdgl. bestehende jmlverförmige Legierung in der Form des gewünschten Umformwerkzeugs angesintert ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin geeignet zur Auskleidung von auf Verschleiß oder Korrosion beanspruchten Teilen, z.B. Extruderrohren und-schnecken, insbesondere für das Strangpressen von Kunststoffen oder oxydischem Werkstoff. Die Förderschnecke \irird dabei aus einem Metallkern bestehen, der mit einer verschleißfesten Überzugsschicht nach den erfindun^sgeiuäßen Verfahren versehen ist, und die Lxtruderrohre würden eine angesinterte t'berzugsschicht aus verschleißfestem Werkstoff auf der Innenfläche erhalten.

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Claims

Patentansprüche

Anwendung des achockwelfenverdichtens auf die Herstellung von mit einer angesinterten iJberzugsschicht auf der Außen-und/oder ' Innenfläche versehenen, vorzugsweise metallischen Rundkörpern, insbesondere Rohren.

Verfahren zur Herstellung von Verbundsinterlcörpern unter Ver- ■ wendung des SchocJcv/ellenverdichtens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Material auf die zu überziehende Oberfläche des Rundkörpers aufgebracht, die gebildete Schicht mittels ochockwellen verdichtet und anschließend ge-. ι vsintert wird.

Form zur Durchführung des Veri'aiirens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem oben und unten verschließbaren Mantel, gegebenenfalls mit Kern, besteht.

Form zur Horste Llung von innen beschichteten Rundkörpern, insbesondere Rohren, nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß als Form der Rxindkörper selbst dient, in den unter Freilassung eines der Dicke der aufzusinternden Überzxigs schicht entsprechenden Hohlraxims ein Kern eingesetzt ist.

Form zxxr Herstellung von außen beschichteten Rundkörpern nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ihr Innendurchmesser der Größe des Außendurchmessers des fertiggesinterten Körpers entspricht.

Form zur Herstellung eines innen und außen beschichteten Rundkürpors, inabesondoro Rohroa nach Anspruch 3> ,'jekenn-zelehnet durch einen äußeren Forinmantel und einen in diesen eingesetzten hohlen Kern.

Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 auf die Herstellung insbesondere langer Rohre aus gesintertem pu I ve vVn rrii gern Werkstoff.

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