DE2029116A1

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Info

Publication number: DE2029116A1
Application number: DE19702029116
Authority: DE
Priority date: 1969-06-12
Filing date: 1970-06-12
Publication date: 1970-12-23
Also published as: DE2029116B2; FR2051102A5; DE2029116C3; US3664008A; SE415075B; GB1290927A

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. C.Wallach
DIpI. Ing. G. Koch

Dr. T. Haibach

I München 2 IS 69Ο - Wf/Hl Kiuflnflirstr. 8. M 240275

Federal-Mogul Corporation« Michigan/USA

Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus stark verdichtetem Metallpulver

Gemäß der Erfindung wird aus einem hitzebeständigen Werkstoff eine länglich luftdichte BUchse hergestellt, und zwar vorzugsweise mit abgerundeter Oberseite, Boden und Enden und ferner einem FUllansatz; diese BUchse 1st mit einem zu verdichtenden Metallpulver gefüllt, wobei ein hohes Vakuum erzeugt wird und der Ansatz bei aufrecht erhaltenem Vakuum versiegelt wird. Die pulvergefUllte evakuierte BUchse wird sodann auf eine hohe Temperatur von annähernd 2100⁰P für ungefähr eine Stunde erhitzt, sodann im Preßforrahohlraum einer Presse zusammengedrückt, wobei die Presse in einem ihrer Stempel eine Ausnehmung für den Ansatz besitzt, wobei mindestens einer ihrer Stempel ein Ende mit vermindertem Durohmesser aufweist, um einen Zwischenraum auszubilden, in den der Umfangsteil der BUchse beim Fortschreiten des Zueammendrückens fließt. Auf diese Weise wird verhindert, daß sieh dl· BUchse während des ZusammendrUokens verbeult oder knickt. Wenn die Dlohte 100 % erreicht, so setzt der Umfangstell der

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Büchse und das überschüssige Metallpulver die Axialbewegung in den Zwischenraum um den Stempel oder dl· Stempel herum fort; auf diese Welse wird eine axial vorspringende Lippe erzeugt, die sioh um den Umfang der Büchse herum erstreckt und Metallpulver mit einer etwas niedrigeren Diohte als in der übrigen Büchse enthält. Sodann werden die Wände der Büchse durch maschinelle Bearbeitung oder Abbeizung entfernt, und zwar zusammen mit dem weniger diohten Umfangsteil des nunmehr im wesentlichen verfestigten (solidifizierten) länglichen Metallknüppels, der auf diese Weise

erzeugt wurde. Dieses pulvern, die In erst«

Verfahren ist besonders wertvoll bei

der Erzeugung von Rohlingen aus sogenannten Super-Leglerungs-

r Linie aus Kobalt oder Nickel bestehen.

um korrosionsbeständig zu sein, und um eine minimale Deformation bei aufreohjt erhaltenen Zugfestigkeiten bei höheren Temperaturen zu besitzen, als dies bei gewöhnliehen Legierungen der Fall ist» Derartige Superlegierungen waren bisher nur in gegossener Form verfügbar und haben keine gleichmäßigen metallurgischen Eigenschaften und wiesen zudem Verunreinigungen auf, und zwar in einem Ausmaß, wie dies für Anwendungen in der Raumfahrt unzulässig 1st* Das erflndungsgemäfie Verfahren gestattet die Erzeugung von länglichen Knüppeln ohne übermäßige Verunreinigungen und mit gleichförmigen metallurgischen Eigenschaften, wobei die Erzeugung länglicher Werkstücke ohne großen Abfall dieses Metalleerleiohtert wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sioh aus der folgenden Figurenbeschreibungi In der Zeichnung zeigtt

Flg. 1 einen Vertikalsohnitt durch einen lKngllohen pulvergefüllten evakuierteii und abgedichteten Behälter im Oeeenk- oder Preßhohlraun einer

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Presse, und zwar zum Prescen bzw. Zusammendrücken bereitj

Flg. 2 einen Vertikal-Querschnltt längs der Linie 2-2 in Pig. I

Pig. 3 einen horizontalen Querschnitt lMngs der Linie 3-3 in Pig. I

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich demjenigen in Fig. 1, Jedoch nach dem Zusammendrücken der mit Pulver gefüllten evakuierten Büchse

Flg. 5 eine perspektivische Ansieht dea durch dieses Verfahren hergestellten verdichteten Metallknüppels

In Flg. 1 1st eine im ganzen mit dem Bezugszeichen 10 versehene evakuierte abgedichtete Behälteranordnung gezeigt, die aus einem länglichen Metallbehälter 12 besteht, der mit einer Ladung 14 aus Metallpulver angefüllt ist, das auf eine äußerst hohe Dichte zusammengebracht werden soll« wobei diese Dichte annähernd oder gleich der Solidität oder 100 Jf Dichte 1st. Die PulverfUllung(oder Ladung) IK wurde zuvor in das Innere der Kammer 16 durch «inen rohrförmigen Füll- und Evakuieransatz 18 eingebracht; die Spitz« 20 des Ansatzes 18 wurde zusammengequetscht und beispielsweise duroh Schweißen abgediohtet, um das hohe Vakuum in der Kammer 16 aufrecht zu erhalten. Der Behälter 12 besteht aus einem hitzebeständigen Werkstoff, und zwar vorzugsweise aus übliche« oder rostfreien Stahl und besitzt annähernd zylindrischeobere bzw. untere Wände 22 bzw. 24, die in der Zeichnung umgekehrt gegenüber der aufrechten Lage dargestellt sind, die sie beim Füllen und Evakuieren einnehmen. Der Behälter 12 besitzt ebene parallele entgegengesetzt liegende Seitenwände 26 (Fig, 2 und 3)* sowie

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toroidförraige entgegengesetzt liegende BndwKnd« 28 (FIg· 1 und 3)·

Die in ganzen mit 30 bezeichnete Oeeenk- oder PreBanordnung (innerhalb welcher die Behälteranordnung IO zusammengedrückt werden soll) besteht aus einer Preßform 32, welohe einen Preßformhohlraun 34 von länglichem Querschnitt (Fig. 3) besitzt, und zwar mit ebenen parallelen entgegengesetzt liegenden Seitenflächen 3$· die miteinander durch im wesentlichen zylindrische Endflächen 38 verbunden sind. Vom oberen und unteren Ende des Pre£f4rmhohlraums oder der Preßformbohrung 34 tritt ein oberer Stempel 40 und ein unterer Stempel 42 mit entsprechenden Querschnitten ein. Die Stempel 40 und 42 besitzen eine Ähnliche Gestalt, wobei Jeder eine Nase oder einen Vorsprung 44 von verminderter Oröße jedoch gleiches Querschnitt am Schaft *6 jedes Stempels 40 und 42 besitzt« um so einen Zwlsohenraim 48 um den Vorsprung 44 herum und zwisohen der Preßformbohrung 34 auszubilden. Aue Fig. 1 kann man entnehmen, daß die Bohrung 34 einen etwas größeren Querschnitt als die BOohse 12 besitzt, um so dazwischen einen Zwischenraum 50 Übrig zu lassen. Der untere Stempel 42 be· sitzt einen sloh von der Oberfläche 54 des Vorsprungs 44 naoh unten erstreckenden Sockel 52 (Flg. 1 und 2), der zur Aufnahme des versiegelten Füllansatzes 18 dient.

Die Preßform 32 ist vorzugsweise nachgiebig auf den (nicht gezeigten) Fundament oder der Aufspannplatte einer Ubllohen hydraulischen oder mechanischen (ebenfalls nicht gezeigten) Presse gehaltert, und zwar beispielsweise durch «ine Ubllohe (nicht gezeigte) hydraulische Preßfornfederung $6« dl« «ntweder aus Druckfedern 58 oder einer üblichen (nicht ßezeigtan) hydraulischen Preesenfederung besteht. Derartige Preßforefederungen sind lh der Technik bekannt und Ihre Einzelheiten gehören nloht zu den Bereloh der vorliegenden Erfindung.

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Der untere Stempel 42 1st vorzugsweise mit einer unteren (nicht gezeigten) Preßkolbenetange verbunden» die während des Preßvorgangs stationär verbleibt, jedoch bewegbar ist, um - was ebenfalls in der Pressenteohnlk bekannt ist - da» fertige Werkstück auszustoßen. Der obere Stempel 40 schließlich 1st vorzugsweise mit dem vertikal verschiebbaren (nicht gezeigten) Tiaoh der oben erwähnten üblichen Presse verbunden.

Zur Durchführung des Verfahrens wird der BehKlter 12 zunächst in der in den P¹Ig. 1, 2 und 3 gezeigten und oben beschriebenen Form vorbeireitet und sodann vollständig mit der Füllung 14- aus Pulvermetall angefüllt j dieses Pulvermetall kann zur Super-Legierungsart gehören« die Kobalt oder Nickel enthält, um eine hohe Zugfestigkeit bei hoher Temperatur zu erhalten, und um auch einer Deformation und Korrosion zu widerstehen. Das Füllen erfolgt bei aufrecht stehendem Behälter 12, wobei der Füll- und Evakuieransatz oben liegt. Nachdem die Kammer 16 vollständig mit dem pulverförmigen Metall durch den Ansatz 18 angefüllt ist, wird letzterer mit einer (nicht gezeigten) Hochvakuumpumpe verbunden und die Kammer; 1-6 wird so weit evakuiert, als es kommerziell vertretbar i3t, um die darauffolgende Oxydation von Metallpulverteilchen in der Füllung 14 zu verhindern, wenn diese der höheren Temperatur ausgesetzt wird. Während die Kammer 16 nooh in einem hoohevakulerten Zustand gehalten wird, erfolgt die Abdichtung des Ansatzes 18 beispielsweise durch Zusammenquetschen und Verschweißen, um so die abgedichtete, luftdichte: Quetsch spitze 20 zu bilden.

Sodann wird der evakuierte abgedichtete mit der Metallpulverfüllung 14 angefüllte Behälter in einem geeigneten Ofen

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untergebracht und auf eine Temperatur von annMherad 210O⁰F für annähernd eine Stunde erhitzt und sodann umgekehrt und unmittelbar In den Preflformhohlraum 34 gebracht, wobei der Ansatz 18 nach unten In die Ausnehmung 52 ragt. Die Teile befinden sich dann in den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Stellungen.

Sodann wird der obere Stempel 40 nach unten In den PreB-formhohlraum 34 geführt, während-der untere Stempel 42 in stationärem Zustand verbleibt; auf diese Weise wird die mit Pulver gefüllte evakuierte abgedichtete Behälteranordnung 10 (Flg. 4) zusammengedrückt. Beim Fortsohreiten dieses Heizpreßvorgangs wird der Behälter 12 In die in Fig. 4 gezeigte Form gebraoht und die Verdichtung der Pulvermetallfüllung 14 steigt progressiv an, wenn die Metallpulverteilchen in immer engere Berührung gebraoht werden, bis sohlleelich infolge der kombinierten Wirkung der anfänglichen hohen Temperatur und der zusätzlichen Warne« die durch die ausgeübte Druckkraft erzeugt wird, eine Verschmelzung der Teilchen erfolgt.

Wenn die Dichte der Metallpulverfüllung 14 ansteigt, bis sie 90 % übersteigt, so wird die Füllung 14 in ihrem Mittelteil dichter als am Umfang, wo die Zwischenräume 48 zwischen den oberen und unteren Stempel 42 und 40 vorhanden sind. Wenn dl· Dlohte der Füllung 14 sich den 100 % nähert» um einen völlig soliden Mittelteil 60 (Flg. 4) zu bilden, so kann dieser infolgedessen nicht weiter zusamnengedrttokt werden. Di· Folge davon ist, dafl sich der Umfangsteil 62 dee Behälter· 12 deformiert, wenn er sich in die Zwischenräume 48 hineinbewegt, die um den Vorsprung 44 von verminderter OrOBe an den oberen und unteren Stempeln 40, 42 ausgebildet sind; auf diese Weise werden zwei entgegengesetzt verlaufend·

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mwmo am

BAD OfilG INAL

Lippen oder Kohlflansohe 64 autgebildet« wenn das überschüssige Pulvernetall 66 in den Kanal 68 jeder Lippe extrodlert wird und eine geringere Dicht· besitzt, als sie im verbleibenden Teil 60 der nunmehr im wesentlichen soliden PulvermetallfUllung Infolge der Zueamnendrüokung der ursprünglichen PUllung 14 herrscht.

Die Arbeitsweise der (nicht gezeigten) Presse wird sodann umgekehrt, ure den (nicht gezeigten) Tisch anzuheben und den oberen Stempel 40 aus dem Prefiformhohlraum 24 herauszuziehen, worauf der untere Stempel 42 nach oben zum oberen Ende des Pornhohlraums 24 hingeschoben wird, so dafl die la ganzen mit 70 bezeichnete nunmehr zusammengedrückte mit verfestigtem Metall gefüllte Behälteranordnung aus dem Formhohlraum 34 herauegestofien wird. Der Behälter 12 wird daraufhin von der solldiflzierten Metallfüllung 60 abgesondert, und zwar durch mechanische Bearbeitung, Abbeizung oder andere geeignete Mittel; gleichfalls werden die weniger dichten entgegengesetzt liegenden Endteile und die Umfangeteile 66 innerhalb der Lippen 64 entfernt. Es ergibt sich dann ein länglicher Knüppel 72, der einen rechteckigen Mittelteil 74 aufweist« von dem die abgerundeten entgegengesetzten Enden 76 (Pig. 5) abgeschnitten sind« der jedoch im übrigen im Querschnitt dem Querschnitt 5 des Preßforehohlraums 34 (Pig. 3) entspricht.

Wenn der Behälter 10 aus gewuhllohea Stahl hergestellt 1st« so kann das seine Wände bildende Metallblech von den verfestigten (solidlfisiertsn) oder kompakt gemachten Metall«· knüppel 72 naoh Ausführung des Verdichtungsvorganga abgezogen werden, wodurch sich dieser Entfernungsvorgang schneller auf einfachere und billigere Weise durchführen IKSt als durch das erwähnte Maschinelle Bearbeiten oder Abbeizen.

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BAD ORtQlHAL.

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DIt Temperatur τοη 2IpO⁰P und die Zeit von einer Stunde wird abhMnglg von der Größe dee su erzeugenden Knüppels variiert. AIa zufriedenstellend hat eich der Temperaturbereich von 2000⁰P bla 2200⁰P tür üblicherweise erseugte Berelohsgruflen herausgestellt, wobei die genannte Periode von einer Stunde notwendigerweise dann vergröSert wird, wenn OrUBe und Oewloht des zu erzeugenden Knüppele 72 erhöht werden.

Patentansprüchet ./·

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Claims

Patentansprüche ι

1. Verfahren zur Herstellung eines Im wesentlichen soliden länglichen Körpers aus pulverisiertem Metall, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Umschließung des Metallpulvers in einem länglichen Metallbehälter (12) mit abgerundeten entgegengesetzt liegenden Enden} Evakuierung des das Metallpulver enthaltenden Behälters; Erwärmung des evakuierten pulvergefüllten Behälters auf ein· Temperatur, die ausreicht, um die darauffolgende Deformation des Behälters zu erleichtern., und um die Verschmelzung der Metallpulverteilchen zu bewirken; Anlegen einer Druckkraft an den auf diese Weise erwärmten pulvergefüllten Behälter, und zwar quer zu dessen Längsachse, um diesen in Querrichtung zu deformieren, und um das darin befindliche Metallpulver in einen länglichen im wesentlichen soliden Körper zusammenzubringen; Verhinderung einer Längsausdehnung des pulvergefUllten Behälters während des Anlegens der quergeriohteten Druckkraft, wobei zugelassen-wird, daß sich ein Randteil des pulvergefUllten Behälters quer dazu deformiert; Beendigung des Anlegens der genannten Druckkraft; Entfernung des auf diese Weise deformierten Behälters und des am Umfang deformierten Teils des nunmehr solidlflzlerten Metallpulvers von dem erwähnten Körper.

2. Verfahren nach Anspruch 1, daduroh g e Ic β η η zeichnet, daß die Längsdeformation quer zur Anlagerichtung der Druckkraft erzeugt wird.

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- ίο -

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangstelle des Behälters und »ein Inhalt sloh quer dazu In entgegengesetzten Richtungen und entgegengesetzten Seiten deformieren kann.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter eine längliohe Längswand besitzt, die einen abgerundeten Teil an mindestens einer Seite aufweist.

5· Verfahren nach Anspruch I₄ dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter eine längliche Längswand besitzt, die abgerundete Teile an entgegengesetzten Seiten besitzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter im wesentlichen ebene Längswand teile aufweist, die auf entgegengesetzten Seiten angeordnet sind lind die abgerundeten Teile miteinander verbinden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die abgerundeten Teile annähernd zylindrische Gestalt besitzen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter in einem Hohlraum eingeschlossen ist, der einschränkende Seitenwände und den Hohlraum abschließende Endwände besitzt, wobei ferner Zwischenräume zwischen den Seitenwänden und Endwänden vorgesehen sind, welche zur Aufnahme der deformierten Teile des Behälters während der Deformation dienen, wobei mindestens eine der Endwände beweglich ist, um die erwähnte Druckkraft anzulegen.

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-U-

9· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgerundeten entgegengesetzt liegenden Enden im wesentlichen die Form eines Torolds besitzen.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

selohnet, daß der Behälter eine vorbestlnmte begrenzte Deformation in LMngsrlohtung ausfuhren kann, bevor er gegenüber einer weiteren LKngsdeformation eingeschränkt wird.

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