DE19526576A1

DE19526576A1 - Verfahren zur Herstellung von endkonturnahen metallischen Bauteilen

Info

Publication number: DE19526576A1
Application number: DE19526576A
Authority: DE
Inventors: Bodo Haeuser; Christian Dr Willems
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: Doncasters Precision Castings Bochum GmbH
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1996-02-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von endkonturna hen (near-net-shape) Bauteilen, die mit pulvermetallurgischen Verfahren und anschließendem heißisostatischen Pressen (HIP) hergestellt werden.

Endkonturnahe metallische Bauteile können häufig nicht durch Gießen oder mechanische Bearbeitung hergestellt werden, weil deren Form ein derartiges Herstellungsverfahren nicht zuläßt. Häufig werden an die Bauteile auch sehr hohe Anforderungen bezüglich der Verschleißfestigkeit gestellt, so daß auch insofern eine mechanische Bearbeitung problematisch ist.

Verschleißfeste Bauteile können in an sich bekannter Weise auf Pulvermetal lurgischem Weg zu einem Formrohling gearbeitet werden, der anschließend durch heißisostatisches Pressen (HIP-Verfahren) zu einem festen Bauteil her gestellt wird (vgl. DE 42 12 787 A1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bauteile für höhere Anforderungen bezüglich der Form und/oder der Verschleißfestigkeit herzustellen.

Drei verschiedene Lösungen dieser Aufgabe sind im Kennzeichen der Ansprü che 1 bis 3 wiedergegeben. Die Unteransprüche 4 bis 11 enthalten sinnvolle ergänzende Vorschläge dazu.

Es hat sich gezeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hochver schleißfeste metallische Bauteile hergestellt werden können, die komplexe Geometrien oder Oberflächen haben können. Es können insbesondere Formen erzeugt werden, die man mit den üblichen Herstellungsverfahren Gießen oder mechanische Bearbeitung nicht erreichen kann. Das erfindungsgemäße Ver fahren erlaubt insbesondere die Herstellung von komplizierten Schmiedewerk zeugen, Druckgußformen mit beliebig gestalteten inneren Kanälen zur Kühlung oder Beheizung und Preßformen, die bei der Glasbearbeitung Anwendung fin den.

Für die Kunststoffindustrie können für die Extrudertechnik insbesondere koni sche Schneckenwellen und Schneckengehäuse und auch sogenannte Nut buchsen hergestellt werden.

Bei z. B. verschleißfesten Werkstoffkombinationen pulverförmiger Materialien (Pulvergemischen), die durch heißisostatisches Pressen verdichtet werden, können Werkstoffhärten und Verschleißbeständigkeiten eingestellt werden, die mechanisch nicht mehr oder nur mit erheblichem Aufwand zu bearbeiten sind. Um diese mechanische Bearbeitung zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vor geschlagen, die Endkonturnähe durch einen metallischen Formstoff zu errei chen, der später wieder ausgeschmolzen oder mittels chemischer oder elektro chemischer Verfahren ausgelöst wird. Bei entsprechenden geometrischen An ordnungen ist es erfindungsgemäß auch möglich, den Formstoff aufgrund der Nutzung der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der Materialkombinationen auszulösen. Bei dem pulvermetallurgischen Verfahren ist durch das Einfüllen von Pulver bzw. Pulvergemischen in einen den Formstoff enthaltenden Hohl raum eine gezielte Einstellung von Pulvergemischen (z. B. Metallmatrix mit karbidischen Hartstoffen) mit den entsprechenden verschleißbeständigen Ge fügen und Materialien möglich, wozu man z. B. schmelzmetallurgisch, insbe sondere mit dem Schleudergußverfahren, nicht in der Lage ist. Zur Einsparung kostenintensiver, verschleißbeständiger Materialien kann der den Hohlraum bildende Körper auch nur ein Teil des späteren Bauteils sein. Dabei sind nur geringe Schichtdicken notwendig, um das gesamte Bauteil zu schützen.

Als pulvermetallurgisches Verfahren kann insbesondere ein thermisches Spritzverfahren verwendet werden. Bei spritzfähigen Pulvermischungen kann eine höhere Dichte der thermischen gespritzten Pulverschicht als bei einer einfachen Pulverschüttung im Hohlraum erreicht werden. Das führt zu einer geringeren Deformation des Bauteils beim heißisostatischen Pressen.

Durch die Merkmale in den Ansprüchen 7 und 8 kann erfindungsgemäß das Formteil größtenteils durch preiswertere Stoffe hinterfüllt oder ersetzt werden.

Es hat sich als günstig erwiesen, für den metallischen Formstoff Kupfer oder eine Kupferlegierung zu wählen, wobei der Bauteilwerkstoff vorzugsweise aus einer Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasislegierung besteht und deren Schmelzin tervalle bzw. Solidustemperaturen höher liegen als die entsprechenden Tem peraturen von Kupfer oder Kupferlegierungen.

Prinzipielle Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, bei spielsweisen Beschreibung einer Ausführungsform, die in der Zeichnung dar gestellt ist.

Die Figur zeigt einen Schnitt durch ein rohrförmiges bzw. zylindrisches Bauteil 1, das einen Hohlraum 2 umgibt, in den eine Schicht aus z. B. metallischem Pulver oder Pulvergemisch heißisostatisch eingepreßt werden soll. Nach den heißisostatischen Pressen bildet das Pulver fest, verdichtet und diffusiv mit dem Bauteil 1 verbunden ein einziges Bauteil, dessen Innenkontur bzw. Innen durchmesser durch den später wieder auszulösenden Formstoff 3 bestimmt wird. Mit 4 ist darüber hinaus ein den Formstoff 3 stützendes oder ergänzendes Formteil bezeichnet.

Das Pulver bzw. Pulvergemisch kann entweder in den Hohlraum 1 eingefüllt werden oder mittels thermischer Spritzverfahren bzw. auf den Formstoff aufge bracht worden sein, was zu höheren Dichten der einzubringenden Schicht und damit zu etwas geringerer Deformation des Bauteiles während des heißisosta tischen Pressens führt.

Wird nach dem heißisostatischen Pressen das Bauteil 1 stirnseitig abgetrennt und auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des Formstoffes 3 er wärmt, fließt dieser aus, das Formteil 4 fällt heraus und die Innenkontur des Bauteiles, bestehend aus 1 und 2, ist ohne mechanische Bearbeitung frei.

Bezugszeichenliste

1 Bauteil
2 Hohlraum für Pulver bzw. Pulvergemisch
3 metallischer Formstoff (z. B. Kupfer oder Kupfergemisch)
4 Formteil.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von endkonturnahen metallischen Bauteilen, die mit pulvermetallurgischen Verfahren und anschließendem heißisosta tischen Pressen hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkonturnähe durch einen metallischen Formstoff er reicht wird, der bei niedrigeren Temperaturen schmilzt als der Werkstoff des Bauteiles und daß der Werkstoff des Bauteiles und/oder eines Teiles des späteren Bauteiles pulverförmig ist und daß der metallische Formstoff nach dem heißisostatischen Pressen ausgeschmolzen wird.

2. Verfahren zur Herstellung von endkonturnahen metallischen Bauteilen, die mit pulvermetallurgischen Verfahren und anschließendem heißisosta tischen Pressen hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkonturnähe mit einem metallischen Formstoff erreicht wird, der nach dem heißisostatischen Pressen des Bauteiles auf chemi schem oder elektrochemischem Wege aus dem Bauteil ausgelöst wird.

3. Verfahren zur Herstellung von endkonturnahen metallischen Bauteilen, die mit pulvermetallurgischen Verfahren und anschließendem heißisosta tischen Pressen hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Bauteil aus Eisen ein metallischer Formstoff aus Chrom, Wolfram, Tantal, Osmium, Niob oder Molybdän verwendet wird, der nach dem heißisostatischen Pressen des Bauteiles aufgrund der un terschiedlichen Schrumpfung aus dem Bauteil lösbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß bei dem pulvermetallurgischen Verfahren das Pulver oder Pulvergemisch in einen den Formstoff enthaltenden Hohlraum eingefüllt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Hohlraum bildende Körper ein Teil des späteren Bauteiles ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem pulvermetallurgischen Verfahren um ein thermisches Spritzverfahren handelt.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein der Form des Bauteiles an gepaßtes Formteil ganz oder teilweise mit metallischem Formstoff über zogen wird oder ganz aus diesem Formstoff besteht und durch teilweises oder vollständiges Ausschmelzen des Formstoffes aus dem Bauteil ent fernt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil, soweit es nicht aus dem Formstoff selbst besteht, aus einem höherschmelzenden, vorzugsweise keramischen Material besteht.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Temperatur beim heiß isostatischen Pressen niedriger ist als die Schmelztemperatur des Form stoffes.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Formstoff bei einer Tempe ratur ausgeschmolzen wird, die unterhalb der Schmelztemperatur des Bauteilwerkstoffes liegt.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der metallische Formstoff aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und der Bauteilwerkstoff vorzugsweise aus einer Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasislegierung besteht.