DE2038739C2

DE2038739C2 - Verfahren und Vorrichtung zum isostatischen Verdichten von Metallteilchen in feste Form

Info

Publication number: DE2038739C2
Application number: DE19702038739
Authority: DE
Inventors: Leo E.; Long Daniel G.; Albany Oreg. Backer (V.StA.)
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1970-08-04
Filing date: 1970-08-04
Publication date: 1972-05-04
Also published as: DE2038739B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine sowie das Verdichten der Teilchen und Stücke zu

Vorrichtung zum isostatischen Verdichten von einem zusammenhängenden, festen Körper bewirkt.

Metallteilchen verschiedener Form und Größe Die Anwendung dieses Grundgedankens ermöglicht

mittels eines flüssigkeitFdichten, flexiblen Behälters, das Erreichen des vornehmsten Zieles der Erfindung,

der evakuiert und darauf hydrostatisch zusammen- 5 nämlteh der Vermeidung der vorstehend angeführten

gelegt bzw. -gedrückt wird. Nachteile bekannter Verfahren.

Bei der Raffination von Metallen wie Zirkon, Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile Titan, Niob und verschiedenen anderen wird das der Erfindung ergeben sich aus der folgenden BeMetall gewöhnlich zu länglichen Stäben geformt, Schreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der die dann als Elektroden in Lichtbogenofen oder io Zeichnung. In dieser ist

als Schmelzmaterial in einen Elektronenstrahlofen F i g. 1 eine verkürzte, zur Darstellung von Einzelverwendbar sind. Derartige Stäbe wurden bisher heiten des inneren Aufbaus teilweise weggeschnitmittels zweier verschiedener Verfahren hergestellt. tene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrich-

Bei dem einen bekannten Verfahren werden die tung und

Metallteilchen oder -stücke in eine Form gebracht 15 F i g. 2 eine verkürzte senkrechte Schnittansicht

und darauf ein Kolben mit einem zur Bildung eines der Flüssigkeits-Druckanlage zum Zusammenpressen

verdichteten Körpers aus dem Metall ausreichenden dar Vorrichtung nach Fig. 1.

Druck in die Form gestoßen. Anschließend werden Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Vielzahl Metall-

mehrere der solcherart verdichteten Körper zu einem teilchen oder -stücke 10 verschiedenster Form und

länglichen Stab zusammengeschweißt. Dieses Ver- 20 Größe, die Zufallsverteilung haben können und zu

fahren ist zeitraubend und daher teuer. Es weist einem zusammenhängenden, festen Körper zu ver-

darüber hinaus den Nachteil auf, daß das Metall dichten sind. Die Metallteilchen können aus Zirkon,

durch das Schweißmetall verunreinigt wird. Niob, Hafnium, Titan oder irgendeinem anderen

Beim zweiten bisher angewandten Verfahren wird zu verdichtenden Metall sein und die Form von das Metall im wesentlichen zu Pulverform reduziert as Metallschwamm, Plättchen, Spänen, Brocken oder und das Pulver in einen aus Gummi oder einem jade beliebige Form und Größe haben,
anderen flüssigkeitsdichten, flexiblen Material be- Die Metallteilchen 10 sind in einem Schlauch stehenden Behälter gefüllt. \us dem Behälter wird oder Rohr 12 aus einem formveränderungsfähigen, dann die Luft abgesaugt und der Behälter darauf um die Teilchen zusammenpreßbaren, aber von ihnen in eine in einem Druckgefäß enthaltene Flüssigkeit 3° nicht durchvanderbaren bzw. nicht durchdringbaren, eingetaucht. Dem Druckgefäß wird nun Druck zu- widerstandsfähigen Material eingeschlossen. Für das geleitet, so daß der Behälter zusammenfällt und das Rohr bzw. den Schlauch sind verschiedene Arten Pulver dabei zu einer festen Form verdichtet. Dieses von Material verwendbar. So weisen Folien aus Verfahren enthält den kostspieligen Schritt der Über- Zirkon, Aluminium und anderen Metallen die Vorführung des Metalls in Pulverform, durch das ein 35 stehend angeführten Eigenschaften auf. Sie können Zerreißen des aus Gummi bestehenden Behälters jedoch an der unregelmäßigen Oberfläche des ververhindert werden soll. dichteten Körpers leicht kleben und dadurch schwer

Demgegenüber schafft die Erfindung ein Verfahren entfernbar sein. In vielen Fällen ist die dadurch

der eingangs genannten Art, bei dem Metallteilclien bewirkte Verunreinigung der Oberfläche des ver-

oder -stücke in einen aus einem verformbaren 40 dichteten Körpers zulässig.

bzw. duktilen, ohne Zerreißen um die Metallteilchen Rotes Treibriemen- oder Förderbandmaterial, ein

zusammenpreßbaren Verbrauchsmaterial bestehen- Schichtmaterial aus Gewebe und Kautschuk, weist

den rohrförmigen Behälter gefüllt werden, der Be- die vorstehend genannten Eigenschaften auf, haftet

halter mit einem über seine Dickenabmessung bzw. aber ebenfalls in gewissem Maße an der Oberfläche

Wandstärke druckübertragend zusammenpreßbaren 45 des verdichteten Körpers. In vielen Fällen ist die

Schutz-Verbrauchsmaterial umkleidet wird und der dabei auftretende Verunreinigung der Oberfläche

so umkleidete rohrförmige Behälter in einen flüssig- nicht nachteilig. Gewebe aus rostfreiem Stahldraht

keitsdichten, flexiblen Behälter gebracht wird. weist ebenfalls die erforderlichen Eigenschaften auf

Somit besteht der Grundgedanke der Erfindung und läßt sich von der Oberfläche des verdichteten

darin, Metallteilchen oder -stücke verschiedenster 50 Körpers mühelos entfernen.

Formen und Größen in einen vorzugsweise aus Herkömmliches, für Ofenrohre verwendete«

drei Schichten aufgebauten Behälter zu füllen. Das Schwarzblech erwies sich als besonders geeignet al»

Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung Material für das Rohr 12, da es die geforderten

ermöglichen dabei das isostatische Verdichten rauher Eigenschaften aufweist, mühelos von der Oberfläche

bzw. gröberer, ungleichmäßig geformter Metallteile SS des verdichteten Körpers entfernbar und sehr billig

zu zusammenhängenden, festen Körpern, wie Barren, ist. Dieses Material ist mithin besonders gut ge'

Zylinder od. dgl. Die innerste Schicht des Behälters eignet.

besteht aus formänderungsfähigem, aber von den Vor dem Einfüllen der Metallteilchen und -stücke

Metalltcilchen nicht durchwanderbarem bzw. nicht in das Rohr 12 wird dieses am unteren Ende mittels

durchdringbarem und um diese herum zusammen- 60 einer Scheibe 14 aus dem gleichen Schwarzblech

preßbarem Material. Die mittlere Schicht wird von geschlossen. Wie aus der Zeichnung hervorgeht,

einem über seine Dickenabmessung bzw. Wand- ruht die Scheibe 14 lose auf einem unteren Ring-

slärke druckUbertragend zusammenpreßbaren Schutz- steg 16, der durch Einwärtsbördeln des unteren

material gebildet, wahrend die äußere Schicht aus Randes des Rohrs gebildet ist. Nach dem Einfüllen

einem llüssigkuitsdichtcn, flexiblen Material besteht. Sj der Metallstücke 10 in das Rohr 12 wird eine Deck-

Der Behälier wird evakuiert und in eine Flüssigkeit scheibe 18 aus dem gleichen Schwarzblech auf diese

Hetaucht (»der gesenkt, die dünn unter Druck gesetzt aufgelegt und durch einen Ringsteg 20 gegen Auf-

witil und dabei das Zusammenfallen des Behälters wärtsbewegung gesichert. Der Ringsteg 20 ist durch

Liinwärtsbördeln des oberen Randes des Rohres 12 gebildet.

Das gefüllte Rohr ist ferner mit einem über seine Pickenabmessung bzw. Wandstärke drucküberimi-end zusammenpreßbaren Schutzmaterial umkl.-idet. Bei der dargestellten Ausführungsform bildet ii:.s Schutzmaterial ein Papprohr 22 von entsprechen-..L! Länge, dessen einander gegenüberliegende !'.-,ilen mittels Endscheiben 24, 26 aus Pappe abge-

i JKt sind. Wenngleich auch anderes Material, lüi'-.pielsweise rotes Treibriemen- oder Förderband-,,< .iürial, über die Dickenabmessung bzw. Wand-

- rke druckübertragend zusammenpreßbar ist und

■ .!!Or ein geeignetes Schutzmaterial darstellt, ist !,■pe, wegen der geringen Kosten vorzuziehen. Erforderlichenfalls kann eine äußere Schutzhülle

.:.:: aus gummiertem Gewebe oder einem anderen ■ι vigneten flexiblen und zusammenpreßbaren Mate-,-·.(! um das Papprohr gelegt sein.

Die vorstehend beschriebene Anordnung aus dem

>hr 12 und den Schutzhüllen 22, 28 erhält nun crschlußdeckel 30 und 32 aus Gummi oder einem

..,•lieren flexiblen Material. Bei der bevorzugten

■isführungsform entsprechend der Darstellung ist

■:.■:■■■■ obere Deckel 30 durch einen oder mehrere ,landstreifen 34 aus Gummi oder einem anderen

. .iblen Material von dem Schutzmaterial 22 ge-

nnt, um das im folgenden beschriebene Evakuieren

■ ii Anordnung zu erleichtern.

Die mittels der Deckel verschlossene, vorstehend ' .schriebene Anordnung wird nun in einen aus .:inem flüssigkeitsdichten, flexiblen Material wie ¹ jummi, Polyäthylen oder einem anderen geeigneten ^!:xiblen Plastikmaterial gebildeten Behälter36 ge-

tzt. Dann werden zwischen den oberen Deckel 30 und dt.i äußeren Behälter 36 ein oder mehrere Zwischenlagestreifen 38 aus einem flexiblen Material eingelegt und das obere Ende des äußeren Behälters 36 mittels eines Deckels 40 aus Gummi oder einem anderen geeigneten flexiblen Material dicht verschlossen. Der Deckel 40 hat einen aufgestellten Rand 42, der an der Innenfläche des äußeren Behälters anliegt und mittels eines inneren und eines äußeren Klemmrings 44 bzw. 46 dichtend in Anlage daran gehalten ist. Zur Vereinfachung der Abnahme der Ringe 44, 46 sind zwischen den Ringen und den diesen zugewandten Flächen des aufgestellten Deckelrandes 42 und des äußeren Behälters 36 innere und äußere Gummistreifen 48 bzw. 50 eingelegt.

Mit dem Deckel 40 ist ein flexibler Schlauch 52 einstückig hergestellt, der am inneren Ende im äußeren Behälter 36 mündet und mit seinem äußeren Ende an einem Absperrorgan 54 angeschlossen ist, das über eine Rohrleitung 56 mit einer (nicht dargestellten) Luftpumpe strömungsverbunden ist.

Nach dem Zusammenfügen der Einzelteile in der vorstehend erläuterten Weise wird durch Betätigung des Absperrorgans 54 zum Herstellen einer Verbindung des Tr.psnraums des Behälters mit der Luftpumpe die Luft aus dem Behälter abgesaugt. Die entlüftete Anordfsüng wird dann in einem Druckgefäß in darin enthaltenes Wasser oder ein anderes, im wesentlichen inkompressible« Strömungsmittel gesenkt. Darauf wird das Druckgefäß verschlossen und unter einen Druck gesetzt, der das Zusammenfallen der Behälteranordnung und die Verdichtung der Metallstücke darin zu einem zusammenhängenden, testen Körper zu bewirken vermag. Nach dem Verdichten wird der Flüssigkeitsdruck verringert, das Druckgefäß geöffnet und die zusammengelegte bzw. -gedrückte Behälteranordnung entnommen.

Anschließend wird durch Lösen der Klemmringe und Abnehmen des Deckels der äußere Behälter geöffnet. Diese Teile sind unbegrenzt wiederverwendbar. Die Anordnung aus dem Papprohr, dem Ofenrohr und dem verdichteten Metall wird aus dem

to äußeren Behälter entnommen, und das Papprohr und das Schwarzblech des Ofenrohrs werden von dem verdichteten Metallkörper abgeschält. Diese Teile müssen im allgemeinen nicht wiederverwendbar sein.

Im folgenden wird das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung an Hand von Beispielen erläutert.

Beispiel I

ao 34,0 kg Zirkonschwammstücke in Form sehr harter, großer und kantiger Brocken, von denen ein Großteil durch ein Sieb von 19 mm Maschenweite zurückgehalten wird, werden in ein gewöhnliches Schwarzblech-Ofenrohrstück von 127 mm Durchmesser und 3,97 mm Wandstärke gefüllt. Über das Ofenrohr wird ein Papprohr mit einem Durchmesser von 127 mm gezogen und mit Gummideckeln von 19 mm Dicke verschlossen. Dann werden Deckel und Abstandstreifen aus natürlichem Kautschuk aufgesetzt und die gesamte Anordnung in einen Behälter aus natürlichem Kautschuk mit einer Wandstärke von etwa 3,2 mm gesetzt. Nach Absaugen der Luft wird die Anordnung in Wasser gesenkt, welches z. B. in einem senkrecht gestellten, entsprechend abgeänderten, mit einem hydraulischen Druckpumpensystem 62 versehenen und mittels eines lösbar befestigten Keilverschlusses 64 verschließbaren Schiffsgeschützrohr vom Kaliber 203 mm enthalten ist. Das Wasser wird nun auf einen Druck von rund 1760 kp/cm² gebracht. Nsch Entnahme der Anordnung und Abschälen der Papp- und Schwarzblechrohre von dem Metall ergibt sich, daß dieses zu einem zusammenhängenden, festen Körper bei einem Volumenverlust von etwa 17 %> verdichtet ist.

Beispiel 2

134,3 kg Zirkonschwamm mit einer Körnung unter 19 mm und drei Zirkonbarren im Gewicht von je 32,7 kg werden in ein Schwarzblechrohr von

292 mm Durchmesser gefüllt, das von einem Papprohr umschlossen und in der an Hand vum Beispiel 1 erläuterten Weise in einen Behälter aus natürlichem Kautschuk mit einem Durchmesser von 355 mm eingesetzt wird.

Nach Absaugen von Luft während 20 Minuten wird die Anordnung in einem umgebauten Schiffsgeschützrohr vom Kaliber 406 mm in darin enthaltenes Wasser versenkt und während etwa einer Stunde auf einen Druck von rund 1760kp/cm² gebracht.

Der sich ei gebende verdichtete Metaliköfper ist von einur Höhe von 711 auf 650 mm und von einem Durchmesser von 333 auf 292 mm komprimiert. Der verdichtete Körper weist eine gleichmäßige Form auf, an der keinerlei Anzeichen für die Gegenwart der Zirkonbarren in dem Körper zu erkennen sind.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß d;'s crfindungsgemäße Verfahren und die crfin-

dungsgemäße Vorrichtung ein wirtschaftliches Mittel zur Herstellung zusammenhängender, fester Körper «tis Metallstücken verschiedenster Größe und Form darstellen, mittels dessen die eingangs erwähnten Nachteile herkömmlicher Verfahren vermeidbar sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum isostatischen Verdichten von Metallteilchen verschiedener Form und Größe mittels eines flüssigkeitsdichten, flexiblen Behälters, welcher evakuiert und darauf hydrostatisch zusammengelegt bzw. 'gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen in einen aus einem verformbaren bzw. duktilen, ohne Zerreißen um die Metallteilchen zusammenpreßbaren Verbrauchsmaterial bestehenden rohrförmigen Behälter gefüllt werden, daß der Behälter mit einem über seine Dickenabmessung bzw. Wandstärke druckübertragend zusammenpreßbaren Schutz-Verbrauchsmaterial umkleidet wird und daß der so umkleidete rohrförmige Behälter in den flüssigkeitsdichten, flexiblen Behälter gebracht wird.

2. Behälter für Metallteilchen verschiedener Form und Größe, welche mittels eines zunächst as evakuierten und darauf hydrostatisch zusammengelegten bzw. -gedrückten, flüssigkeitsdichten, flexiblen Behälters isostatisch verdichtet werden sollen, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Behälter (12, 14, 18) aus einem verformbaren bzw. duktilen, ohne Zerreißen um die Metallteilchen zusammenpreßbaren Verbrauchsmaterial und durch eine Umhüllung (22, 24, 26) des rohrförmigen Behälters aus einem über seine Dickenabmessung bzw. Wandstärke druckübertragend zusammenpreßbaren Schutz-Verbrauchsmaterial.

3. Behälter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Schutzhülle (28) für die Umhüllung (22).

4. Behälter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (12, 14, 18) aus Ofenrohr-Schwarzblech, Gewebe von rostfreiem Stahldraht, Kautschuk-Förderband- bzw. Treibriemenmaterial oder Zirkonfolie hergestellt ist.

5. Behälter nach wenigstens einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Schutzumhüllung Pappe, Karton oder Kautschuk-Bandmaterial ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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