DE2134562A1

DE2134562A1 - SMOOTH, TIGHTLY TOLERATED POROESE TUBES AND PROCESS FOR THEIR PRODUCTION

Info

Publication number: DE2134562A1
Application number: DE2134562A
Authority: DE
Inventors: Frederick J Sorgenfrei
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1969-08-28
Filing date: 1971-07-06
Publication date: 1973-01-25
Also published as: FR2146097A1; GB1348809A; FR2146097B1; CA982063A; US3626744A

Description

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PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS Diving. HANG F'JSSDiving. HANG F'JSS

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Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota 55101, V.St.A.Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota 55101, V.St.A.

Glatte, eng tolerierte poröse Rohre und Verfahren zu derenSmooth, tightly tolerated porous pipes and processes for their

HerstellungManufacturing

Die vorliegende Erfindung betrifft glatte Metallrohre und insbesondere poröse Metallrohre mit fein bearbeiteten Aussen- und gesinterten Innenflächen.The present invention relates to smooth metal tubes, and more particularly porous metal tubes with finely machined exterior and sintered Interior surfaces.

Es ist im allgemeinen nicht möglich, mit den normalen Verfahren der Pulvermetallurgie glatte, genau dimensionierte Rohre mit gleichmässiger Porosität herzustellen. Kurze Rohrstücke mit glatter Oberfläche lassen sich durch Gesenkpressen und Sintern erstellen. Es ist jedoch nicht möglich, durch Gesenkpressen lange Rohrlängen herzustellen; in diesem Fall muss man auf andere Metallpulvertechniken zurückgreifen. Die gesinterte Oberfläche, die sich bei derartigen Verfahren ergibt, ist gewöhnlich sehr rauh, und es ist schwierig, Maschinentoleranzen einzuhalten. Desgl. ergeben sich dadurch Schwierigkeiten, dass die so hergestellten Rohre bei der maschinellen Verarbeitung wegen der angreifenden Tangentialkräfte zum Verschmieren und damit zum VerlustIt is generally not possible to use the normal processes of powder metallurgy to produce smooth, precisely dimensioned tubes to produce uniform porosity. Short pieces of pipe with smooth Surfaces can be created by die pressing and sintering. However, it is not possible to press for long To manufacture pipe lengths; in this case one has to resort to other metal powder techniques. The sintered surface, The result of such processes is usually very rough and it is difficult to maintain machine tolerances. The same difficulties arise from the fact that the pipes produced in this way during machine processing because of the attacking Tangential forces to smear and thus to loss

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der Oberflächenporosität neigen. Dieses Problem verschärft sich mit abnehmender Porosität (Mikronwert) des Rohres. Für die. Bearbeitung von porösen Materialien ohne Verschmieren der Oberfläche sind mehrere Verfahren vorgeschlagen worden, die alle das Auffüllen der Poren mit einer Substanz beinhalten, die nach der Bearbeitung entfernt werden kann. Zu diesem Zweck können z.B. bestimmte Salze verwendet werden, die man entfernt, nachdem die Bearbeitung bzw. das Schleifen bei imprägnierten Poren vollzogen wurde.. Diese Verfahren sind umständlich, teuer, erfordern eine Vielzahl von Behandlungsschritten und sind besonders bei langen Rohren nur sehr schwer unter Kontrolle zu halten.tend to surface porosity. This problem is exacerbated with decreasing porosity (micron value) of the pipe. For the. editing Several methods have been proposed, all of which involve padding, of porous materials without surface smearing contain pores with a substance that can be removed after processing. For this purpose, e.g. certain Salts are used, which are removed after the processing or grinding has been completed in the case of impregnated pores .. These procedures are cumbersome, expensive, require a large number of treatment steps and are especially long Pipes are very difficult to keep under control.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Aussenflächen von porösen gesinterten Metallpulverrohren auf Mass endzubearbeiten, während gleichzeitig die Porosität gleichmässig auf einem beträchtlichen Teil der des unbearbeiteten Rohres gehalten wird. Das Verfahren nach der Erfindung bietet eine einfache und billige Methode, dieses wünschensvrerte Ergebnis zu erhalten. Dabei bleibt die Innenfläche körnig oder rauh, und die Aussenfläche wird in einem Ausmass verfeinert, das davon abhängt, wie sehr man den Aussendurchmesser reduziert.It is the object of the present invention to finish the outer surfaces of porous sintered metal powder tubes to size, while at the same time the porosity is uniform on one considerable part of that of the unprocessed pipe is held. The method according to the invention offers a simple and inexpensive one Method of obtaining this desirable result. It remains the inside surface is grainy or rough, and the outside surface is refined to an extent that depends on how much you get the Outside diameter reduced.

Die Herstellung von porösen Metallrohren ist möglich, und die US-Patentschrift 3 31j5 621 schlägt vor., in das Rohr einen geeignet geformten Dorn einzuführen, auf dem das Rohr sodann zwecks Formung der Innen- und Aussenteile gehämmert oder fliessgepresst wird. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, die Porosität erheblich zu reduzieren, da sowohl die Aussen- als auch die Innenfläche deformiert werden. Der Dorn übt dabei eine Zentrifugalkraft aus, die der Hämmerkraft entgegengesetzt ist»The manufacture of porous metal pipes is possible and US Pat. No. 3,315,621 suggests inserting a suitably shaped mandrel into the pipe on which the pipe is then hammered or extruded to form the inner and outer parts. However, this method has the disadvantage of considerably reducing the porosity, since both the outer and the inner surface are deformed. The mandrel exerts a centrifugal force that is opposite to the hammer force »

Es wurde nunmehr gefunden, dass sich die Aussenfläche von porösen, gesinterten, aus Metallpulver hergestellten Rohren mit Vorteil in zwei, drei oder mehr Längsaonen gleichzeitig zentripetal mechanisch - . wie z.Bo durch Drehhänamer-n - bearbeiten lässt, bis eier Durohmesser um das gewünschte Mass rsdu£i?rt ist. Dabei wird kein Dorn verwendet,, Unerwartetsrweise sinkt, die Porosität nici.tIt has now been found that the outer surface of porous, sintered tubes made of metal powder advantageously move centripetally mechanically in two, three or more longitudinal zones at the same time. such as Bo can be worked by turning hammers-n - until a Durohmesser is around the desired measure. No mandrel is used for this. Unexpectedly, the porosity does not decrease

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wesentlich ab, auch wenn der Innen- oder Aussendurchmesser um bis etwa 20 - 50 % abnimmt. Dies mag daran liegen, dass die Innenfläche nicht durch nach aussengerichtete oder zentrifugale Kräfte deformiert wird. Die im allgemeinen bei Hämmer- oder Pressvorgängen auftretende Längung ist bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung äusserst gering. Ausserdem ist die Reduktion der Wanddicke wesentlich geringer als bei Verwendung eines Dorns.significantly, even if the inside or outside diameter decreases by up to about 20 - 50 % . This may be because the inner surface is not deformed by outward or centrifugal forces. The elongation generally occurring during hammering or pressing processes is extremely small in the method according to the present invention. In addition, the reduction in wall thickness is significantly less than when using a mandrel.

Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Rohre sind vorzugsweise nach herkömmlichen pulvermetallurgysehen Verfahren aus * gesintertem Metallpulver hergestellt. Sodann wendet man eine zentripetale mechanische Formung an 2 bis k Stellen oder Zonen der Aussenfläohe an, ohne jedoch entgegengesetzte oder zentrifugale Kräfte direkt auf die Innenfläche aufzubringen. Durch das angewandte Drehhämmern wird eine Zentripetalkraft aufgebracht; eine Zentrifugalkraft tritt wegen des Fehlens eines Dorns nicht auf. Eine ausgezeichnete Beschreibung des metallurgischen Verfahrens (ohne Bezug auf einen Innendorn) findet sich in "Review of the Powder Metallurgy Process", Juli 1966, U.S. Army Production Equipment Agency, Manufacturing Technology Division, Rock Island Arsenal, Illinois. Auf die US-Patentschriften 2 792 302 und 3 313 621 wird ebenMls hingewiesen. Das Drehhämmern ist im Metals Handbook, Herausg. T. Lyman, 8. Auflage (1969)* Bd. 4, | Seite 333 ff. beschrieben.The pipes used in the present invention are preferably prepared by conventional methods from pulvermetallurgysehen * sintered metal powder. Centripetal mechanical shaping is then applied to 2 to k locations or zones on the outer surface, but without applying opposing or centrifugal forces directly to the inner surface. A centripetal force is applied by the rotary hammering used; centrifugal force does not occur because of the lack of a mandrel. An excellent description of the metallurgical process (with no reference to an internal mandrel) can be found in Review of the Powder Metallurgy Process, July 1966, US Army Production Equipment Agency, Manufacturing Technology Division, Rock Island Arsenal, Illinois. Reference is also made to U.S. Patents 2,792,302 and 3,313,621. Rotary hammering is described in the Metals Handbook, Ed. T. Lyman, 8th Edition (1969) * Vol. 4, | Described on page 333 ff.

Die bei vorliegender Erfindung vorzugsweise verwendeten Metallpulver bestehen aus Legierungen wie z.B. rostfreiem austenitischen CrNi-Stahl. Diese Legierungen enthalten im allgemeinen 16,0 -26,0 Gew.-^ Chrom, 6,0 - 22,0 Gew.-% Nickel, 0,03 - 0,25 Gew.-% Kohle. Gelegentlich werden auch andere Elemente hinzugefügt, um besondere Eigenschaften zu erzielen - wie z.B. 1,75 - 4,00 Gew.-% Molybdän oder geringe Mengen Titan, Tantal und Niobium, um besonders beim Schweissen die Bildung von Chromkarbiden zu unterbinden. Die standardisierten Arten dieser Stähle sind vom American Iron and Steel Inntitu^ (AISl) numeriert und spezifiziert worden. Sie sindThe metal powders preferably used in the present invention consist of alloys such as stainless austenitic CrNi steel. These alloys generally contain 16.0 -26.0 wt .- ^ chromium, 6.0 - 22.0 weight -.% Nickel, 0.03 - 0.25 wt -.% Carbon. Occasionally, other elements are added to obtain special properties - such as 1.75 to 4.00 wt -.% Molybdenum or small amounts of titanium, tantalum and niobium in order particularly when welding the formation of chromium carbides to prevent. The standardized types of these steels have been numbered and specified by the American Iron and Steel Institute (AISI). they are

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der Fachwelt allgemein als rostfreie Stähle der AlSI-Serie mit den Typenzahlen 301, 302, j5O4 und 305 bekannt und werden als rostfreier Stahl des Typs "18-8" bezeichnet; der Allzwecktyp 316 ist als "18-8 Mo" bekannt. Alle diese rostfreien AlSI-Stähle der 300-er Serie sind für die Zwecke dieser Erfindung brauchbar. Natürlich lassen sich auch andere kalt- bzw. druckverformbare Pulvermetalle für die Herstellung der in vorliegender Erfindung verwendeten Rohre benutzen - wie z.B. Nickel, Eisen, Kobalt, Kupfer und dergl. sowie deren Legierungen, wie Bronze, Monelimetall usw.in the professional world as stainless steels of the AlSI series the type numbers 301, 302, j5O4 and 305 and are known as stainless Type "18-8" steel designated; the general purpose type is 316 known as "18-8 Mo". All these stainless AlSI steels of the 300 series are useful for the purposes of this invention. Of course, other cold- or pressure-deformable powder metals can also be used for the manufacture of the pipes used in the present invention - such as nickel, iron, cobalt, copper and the like, as well as their alloys, such as bronze, monelimetallic, etc.

Es werden- Filter aus Metallpulvern hergestellt, die man nach Korngrösse in einem Bereich von 20 bis 30 oder 35 Mikron bis ca. 1 mm so auswählt, dass sich nach der Sinterung der gewünschte geformte Gegenstand mit der erwünschten Permeabilität, Porosität bzw. dem entsprechenden Mikronwert ergibt. Für die Herstellung von Filtereinsätzen verwendet man vorzugsweise Grossen im Bereich von 40 800 Mikron, wie z.B. 40 - 72 Mikron, 92 - I50 Mikron, I50 - 300 Mikron, 300 - 8OO Mikron bzw. deren Mischungen, die man so auswählt, dass sich die erwünschte Mikronzahl oder der gewünschte Blasenpunkt ergibt. Zu diesem Zweck mischt man kleine Mengen - wie z.B. 1 - 20 Gew.-% - von Metallpulver von weniger als 4o oder gar 30 Mikron mit dem gröberkörnigen Metallpulver, d.h. dem von 40 - 3OO Mikron. Die angegebenen Korngrössen stellen ungefähre Werte dar; die Verwendung von Metallpulvern innerhalb dieser Bereiche erlaubt es, Rohrkörper herzustellen, die sich nach vorliegender Erfindung fliesspressen lassen und dann verschiedene Mikronwerte aufweisen - z.B. dass sie Perlen im Bereich von weniger als einem bis I50 Mikron hindurchlassen.Filters are made from metal powders, which are selected according to grain size in a range from 20 to 30 or 35 microns to approx. 1 mm so that the desired shaped object with the desired permeability, porosity or the corresponding micron value is obtained after sintering results. For the production of filter inserts, sizes in the range of 40,800 microns are preferably used, such as 40-72 microns, 92-150 microns, 150-300 microns, 300-8OO microns or their mixtures, which are selected so that the gives the desired micron number or bubble point. To this end, it mixes small amounts - such as 1 - 20 wt -.% - of metal powder of less than 4o or even 30 microns with the gröberkörnigen metal powder, ie the 40 - 3OO microns. The specified grain sizes represent approximate values; the use of metal powders within these ranges allows tubular bodies to be produced which can be extruded according to the present invention and then have various micron sizes - for example, they allow beads in the range from less than one to 150 microns to pass through.

Bei der Herstellung jeder der Filterteilschichten vermischt man das Metallpulver der gewünschten Korngrösse mit einem organischen wärmeflüchtigen Bindemittel, wie es z.B. in den US-PatentSchriften 2 593 943, 2 709 651 und 2 902 363 beschrieben ist. Vorzugsweise verwendet man MethylzeHulose, bei der die in der US-Patentschrift 2 792 302 verwendeten Gleitmittel unnötig sind. Zusammen mit diesen Bindern lässt sich eine Reihe von Lösungsmitteln - wie z.B.When producing each of the filter sub-layers, the metal powder of the desired particle size is mixed with an organic one heat-volatile binders, such as those described in U.S. Patents 2,593,943, 2,709,651 and 2,902,363. Preferably one uses methyl cellulose, in which the US patent 2,792,302 used lubricants are unnecessary. Along with these A number of solvents can be used to bind binders - e.g.

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Wasser - und Weichmachern - wie z.B. Glyzerin - verwenden. Das Mischen erfolgt auf herkömmliche Weise in einer der verschiedenen handelsüblichen Mieahvorrichtungen oder -trommeln oder dergl., wobei darauf zu achten ist, dass die Mischung homogen ist und die Komponenten in gleichmäßiger Verteilung enthält. Die sich ergebende Mischung hat die Konsistenz einer plastischen Masse oder eines Teiges und ähnelt darin dem Modellierton. Sie wird nach herkömmlichen Verfahren ausgepresst.Use water and plasticizers such as glycerine. Mixing is done in a conventional manner in one of several commercial rental devices or drums or the like., Care must be taken that the mixture is homogeneous and that the components are evenly distributed. Which The resulting mixture has the consistency of a plastic mass or a dough and is similar in this to the modeling clay. she will pressed using conventional methods.

Sinteratmosphäre, -temperatur und -dauer hängen vom verwendeten Metallpulver ab; die entsprechende Auswahl der Bedingungen liegt | im Rahmen fachmännischen Könnens. Im Fall der oben erwähnten austenitischen rostfreien Stähle sind eine Atmosphäre aus Wasserstoff oder dissoziertem Ammoniak mit einem" Taupunkt von ca. -40°C oder weniger und Sintertemp^aturen im Bereich von 1200 bis l400°C - vorzugsweise I250 bis 1350° C - geeignet, und die Sinterdauer beträgt gewöhnlich zwischen 10 min. und 2 bis 3 Std.The sintering atmosphere, temperature and duration depend on the metal powder used; the appropriate choice of conditions is | within the framework of professional ability. In the case of the above Austenitic stainless steels are an atmosphere of hydrogen or dissociated ammonia with a "dew point of approx. -40 ° C or less and sintering temperatures in the range from 1200 to 1400 ° C - preferably I250 to 1350 ° C - suitable, and the sintering time is usually between 10 minutes and 2 to 3 hours.

Wie aus obigem ersichtlich, wird das poröse Rohr ausschliesslich aus Metallpulver hergestellt und erfordert keinerlei schmiedeeisernen Teile oder Schweissungen. Das Fliesspressen erfolgt auf einer herkömmlichen Drehhämmermaschine, wie sie z.B. als 2-Backenausführung in Fig. 4 auf S. 334 bzw. als 4-Backenausführung in Fig. 7 der S. 335 des oben erwähnten Beitrags im "Metals Handbook" beschrieben ist. Im allgemeinen wird man die Hämmerung zur Durchines serverringerung und auch zur Endbehandlung wählen, bei der enge Aussendurchmessertoleranzen erzielt werden. Die Uberaschende Eigenheit diexer Behandlung ist, dass ein Innendorn nicht wünschenswert ist und die Wanddicke nicht weaBntlich beeinträchtigt wird. Ebenso wird bei massiger Hämmerung bzw. massiger prozentualer Durchmesserverringerung die Porosität zu einem wesentlich geringeren Grad reduziert als wenn man einen Dorn verwendet; ausserdem scheint keine Tendenz zu einer teilweisen Verstopfung der Poren zu bestehen, so dass zusätzliche Ätzvorgänge nicht erforderlich sind.As can be seen from the above, the porous tube is made exclusively from metal powder and does not require any wrought iron Parts or welds. The extrusion takes place on a conventional rotary hammer machine, e.g. as a 2-jaw version in Fig. 4 on p. 334 or as a 4-jaw version in Fig. 7 of p. 335 of the above-mentioned article in the "Metals Handbook" is described. In general, the hammering becomes a thoroughfare choose a reduction in the number of bars and also for the final treatment, in which narrow outside diameter tolerances are achieved. The surprising peculiarity This treatment is that an internal mandrel is undesirable and the wall thickness is not adversely affected. as well becomes with moderate hammering or moderate percentage reduction in diameter reduces porosity to a much lesser degree than when using a mandrel; also seems there is no tendency to partially clog the pores, so that additional etching processes are not required.

Die gewünschte endgültige Oberflächenbeschaffenheit und -porösität erhält man durch geeignete Kombination der Teilchengrösse des Aus-The desired final surface finish and porosity is obtained by suitable combination of the particle size of the

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gangsmaterials, Rohform- und Sinterparameter und der während des Hämmerns auftretenden Massabnähme. Die Formung der Ausgangsrohre 1st nicht Teil dieser Erfindung, und man wird sich Rohre mit bestimmten Porositäten (Blasenpunkt) drekt beschaffen. Ein Beispiel für die Ausbildung eines solchen Rohres ist hierin lediglich zum Zweck der näheren Erläuterung enthalten.raw material, raw form and sintering parameters and the diminution of dimensions occurring during hammering. The shaping of the starting tubes Is not part of this invention and tubes will be dealt with with certain Obtain the porosity (bubble point) directly. An example of the formation of such a tube is only for Purpose of further explanation included.

Die endgültige Grosse und Form des Rohres werden von der Grosse der Hämmerbacken bestimmt. Fig. 8 des Beitrages im "Metals Handbook" zeigt verschiedene Formen, so dass sich nach Wunsch auch· konische Abschnitte, bestimmte Konturen oder Spitzen anformen lassen. Ein- oder mehrfache Grössenverminderungen sind nach Wunsch mit oder ohne Zwischenglühen möglich. All dies liegt im Rahmen der sich aus der vorliegenden Offenbarung ergebenden Lehre.The final size and shape of the pipe will depend on the size the hammer jaws determined. Fig. 8 of the article in the "Metals Handbook" shows different forms, so that, if desired, · Have conical sections, certain contours or tips shaped. Single or multiple size reductions are after Can be requested with or without intermediate annealing. All of this lies in Within the teaching resulting from the present disclosure.

Die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Gegenstände, d.h. eng tolerierte poröse Rohre hoher Oberflächengüte, finden eine Vielzahl von Anwendungen - z.B. als reibungsfreie pneumatische Umlenkelemente, als Filmglättstifte, beim Aufbringen von überzügen auf bahn- bzw. filmförmiges Material, als pneumatische Helteelemente usw. Die Rohre ]assen sich auch in . Luftlagern verwenden - z.B. in der Behandlung von Garnen und Textilien oder zum Aufbringen von Gleitmitteln auf Garne nach dem Spinnen. Dabei wird das Gleitmittel durch das poröse Rohr gedrückt und auf das Garn aufgebracht; die glatte Oberfläche des porösen Rohres verhindert dabei, dass das Garn Schaden nimmt. Andere Anwendungen finden sich dort, wo eine reibungsarme Verschiebung eines Rohres oder Stabes gefordert ist, in extrem feinen Filtern (weniger als 5 λχ absolut), Strömungsreglern, Drosselelementen und Streuelementen.The objects produced according to the method of the present invention, that is, porous tubes with high surface quality with close tolerances, are used in a variety of applications - e.g. as friction-free pneumatic deflection elements, as film smoothing pins, when applying coatings to web or film-like material, as pneumatic helical elements, etc. The pipes] also ate in. Use air bearings - e.g. in the treatment of yarns and textiles or for applying lubricants to yarns after spinning. The lubricant is pressed through the porous tube and applied to the yarn; the smooth surface of the porous tube prevents the yarn from being damaged. Other applications can be found where a low-friction displacement of a pipe or rod is required, in extremely fine filters (less than 5 λχ absolute), flow regulators, throttle elements and scattering elements.

Obgleich die Durchführung vorliegender Erfindung hier am Beispiel des rostfreien Stahls beschrieben wurde, lässt es sich auf sämtliche porösen verformbaren Materialien wie z.B. Kupferlegierungen wie Messing und Bronze anwenden. Andere mögliche Metalle sindAlthough the implementation of the present invention has been described here using the example of stainless steel, it can be applied to all of them porous deformable materials such as copper alloys how to use brass and bronze. Other possible metals are

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Nickel und dessen Legierungen sowie Speziallegierungen wie Cupronickel und Monellmetal, Kobalt und dessen Legierungen, andere Eisenlegierungen wie nieddglegierte Stähle, aushärtbare rostfreie Stähle und hochlegierte Eisenlegierungen. Formbare reaktive Metalle und Legierungen lassen sich ebenfalls verwenden - wie z.B. Titan, Zirkon, Niobium, Tantal und deren Legierungen. Das Hämmern von Metallen der Gruppe VI ist schwierig und muss gewöhnlich oberhalb der Raumtemperatur durchgeführt werden. Aluminium ist schwierig - besonders in Rohrform - zu sintern; daraus und aus dessen Legierungen hergestellte Erzeugnisse lassen sieh jedoch mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ebenfalls verbessern.Nickel and its alloys as well as special alloys such as cupro nickel and Monell metal, cobalt and its alloys, other iron alloys such as low alloy steels, age-hardenable stainless steels Steels and high-alloy iron alloys. Malleable reactive metals and alloys can also be used - such as Titanium, zirconium, niobium, tantalum and their alloys. Hammering Group VI metals is difficult and usually must be carried out above room temperature. Aluminum is difficult to sinter, especially in tubular form; out of and out However, products made from its alloys can also be improved by the present invention.

Die Porosität der hier beschriebenen Rohre lässt sich nach der ASTM-Prüfung E128-61 feststellen, oder man kann sie bezüglich der grössten Poren mit dem Blasenpunkttest abschätzen, der im Bericht "Develpment oF Filters for 400°F and 600°F Aircraft Hydraulic Systems", WADC TR 56-249, der Micro Metallic Corp. beschrieben ist. Der in geeigneten Einheiten bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten über der porösen Oberfläche gemessene Druckabfall unterliegt jedoch der Schwierigkeit, dass sich die Kapazität eines langen porösen Rohres unter Umständen bei praktisch möglichen Strömungsgeschwindigkeiten nicht ausschöpfen lässt.The porosity of the pipes described here can be determined according to the ASTM test E128-61, or it can be estimated for the largest pores with the bubble point test, which is included in the Report "Develpment oF Filters for 400 ° F and 600 ° F Aircraft Hydraulic Systems ", WADC TR 56-249, from Micro Metallic Corp. is described. Measured in suitable units at various flow rates across the porous surface However, pressure drop is subject to the difficulty that the capacity of a long porous tube may be practical possible flow velocities cannot be exploited.

Die Rohre können wunschgemäss beiderseits offen oder einseitig g geschlossen sein. Die folgenden Ausführungen zeigen, wie man im ' Ve¥ahren nach vorliegender Erfindung ein solches Rohr durch Hämmern herstellen kann. Vorzugsweise verwendete Porositäten liegen im Bereich von ca. 1 - 100 ax bei Druckabfällen von weniger als 50 cm Hg.The tubes may desirably both sides be open or closed on one side g. The following explanations show how such a pipe can be produced by hammering in accordance with the present invention. Preferably used porosities are in the range of approx. 1-100 ax with pressure drops of less than 50 cm Hg.

Man bereitet zuerst eine tonartige Masse zu, indem man 3,0 kg rostfreies Stahlpulver des Typs 3516 L und einer Teilchengrösse von 92 - I5O/U trocken mit I50 g Methylzellulose und sodann mit 6OO ecm 10 vol-#igem Glycerin in Wasser ca. 1 Std>. lang in einem geeigneten Apparat - wie z.B. einem Braeblender-Sigma-Klingenmischer verengt. Die tonartige Masse wird sodann auf herkömmliche WeiseA clay-like mass is first prepared by adding 3.0 kg of stainless steel powder of the type 3516 L and a particle size of 92-150 / U dry with 150 g of methyl cellulose and then with 600 ecm of 10-volume glycerine in water for approx Hours>. long in a suitable apparatus - such as a Braeblender Sigma blade mixer. The clay-like mass is then made in a conventional manner

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mit für diesen Zweck normalerweise verwendeten Düsen ausgepresst. Eine geeignete Vorrichtung hierfür ist eine 120-t-Loomis-Strangpresse. Die Stücke werden zu einer Länge von ca. 1,2 m bei einem Aussendurchmesser von ca. 13 ram und Innendurchmesser von ca. 7,7 mm ausgepresst. Die Presslinge trocknet man dann 12 - 15 Stunden lang an der Luft und brennt sie zwei Stunden bei II70⁰ C in dissoziiertem Ammoniak vor. Eine zweite Menge der tonartigen Masse wird durch eine 8,3 mm-Düse als Stab ausgepresst. Der Stab wird über Nacht getrocknet und dann zwei Stunden bei II7O⁰ C vorgebrannt. Der Stab oder Dorn wird sodann bei 2400 atm. gleichmässig gepresst und in ein Ende des Rohres eingeführt. Die zusammengefügte Anordnung, die nunmehr auch mit einem Stahldorn versehen wurde, um eiiHiZusammenbruch der Struktur zu verhindern, wird in ähnlicher Weise gleichmässig druckbeaufschlagt, worauf man den Dorn herausnimmt und das Rohr bei I35O C zwei Stunden lang in einer Atmosphäre aus dissoziertem Ammoniak sintert. Durch andere Wahl der Teilchengrösse und der Press- und Brennparameter ergeben sich Rohre mit verschiedener Porosität.squeezed out with nozzles normally used for this purpose. A suitable device for this is a 120 t Loomis extrusion press. The pieces are pressed to a length of approx. 1.2 m with an external diameter of approx. 13 ram and an internal diameter of approx. 7.7 mm. The pellets then are dried 12-15 hours in the air and burns it for two hours at II70 ⁰ C in dissociated ammonia. A second amount of the clay-like mass is pressed out as a stick through an 8.3 mm nozzle. The rod is dried overnight and then pre-baked for two hours at ⁰ C II7O. The rod or mandrel is then placed at 2400 atm. pressed evenly and inserted into one end of the tube. The assembled assembly, which has now also been provided with a steel mandrel to prevent the structure from collapsing, is similarly evenly pressurized, whereupon the mandrel is removed and the tube sintered at 150 C for two hours in an atmosphere of dissociated ammonia. Different choices of particle size and pressing and firing parameters result in tubes with different porosities.

Rohre aus rostfreiem Stahl mit verschiedener Porosität und Länge werden ^vQff_r ^ca· 10,8 mm auf 9*53 ram Aussendurchmesser verjüngt, indem man zentripetalen mechanischen Beaufschlagung eine Drehhämmermaschine mit teilknnisehen, 9*5 mm langen Backen verwendet. Ähnliche ,Ergebnisse erhält man durch Drehhämmermaschinen mit vier verschiedenen Backen, die jeweils verschiedene Längsbereiche erfassen. Die fertigen Rohre haben dann die Porengrösse bzw. den Blasenpunkt, wie sie nach dem oben erwähnten ÄSTM-Verfhren und dem WADC-Bericht bestimmt werden. Man stellt genaue Messungen der Innen- und Aussendurchmesser an und drückt Luft mit verschiedener Geschwindigkeit durch das Rohr hindurch; die Druckabfälle bestimmt man je nach relativer Strömungsfläehe in cm WS oder Hg. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Bei den einseitig geschlossenen Rohren der Längen und Porositäten der Beispiele III und IV wurde gefunden, dass ca. 98 % der Strömung innerhalb der nächstliegenden 0,30 m und ca. 84 % innerhalb der nächstliegenden 0,15 m stattfinden. Man kann daher die Rohre sämtlicher Beispiele - mit der möglichen Ausnahme des Beispiels I - als Rohre betrach-Stainless steel tubes with different porosity and length ^v QFF _r · ^ca 10.8 mm tapering to 9 * 53 ram outer diameter by applying a centripetal mechanical rotary swaging machine with teilknnisehen, 9 * used 5 mm long jaws. Similar results are obtained with rotary hammers with four different jaws, each of which covers different longitudinal areas. The finished tubes then have the pore size or the bubble point as determined by the above-mentioned ÄSTM method and the WADC report. Precise measurements of the inside and outside diameter are made and air is pushed through the pipe at different speeds; the pressure drops are determined depending on the relative flow area in cm WS or Hg. The results are summarized in Table 1. In the case of the pipes closed on one side with the lengths and porosities of Examples III and IV, it was found that approx. 98 % of the flow takes place within the nearest 0.30 m and approx. 84 % within the nearest 0.15 m. One can therefore consider the pipes of all examples - with the possible exception of example I - as pipes.

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ten, die nach Massgabe der Druokabfallprufung eine wirksame Länge von ca. 0,30 m haben. Die relativ rauhen Innenflächen sind für nach diesem Verfahren hergestellten Rohre charakteristisch. Dem Zuschneiden der Enden kann sich eine Entgratung anschliessen.that has an effective length in accordance with the Druok waste test of about 0.30 m. The relatively rough inner surfaces are for pipes manufactured according to this process characteristic. The cutting of the ends can be followed by deburring.

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Bei- Porosität in Mikron, ausgespiel hend vom BlasenpunktFor porosity in microns, starting from the bubble point

(V-vorher) (N-nachher)(V-before) (N-after)

T aT a bellebark II. DruckabfallPressure drop 23002300 34203420 Flow**)
Luft =E*Flow **)
Air = E * Prozentpercent InnenInside Aussen-Outside- (cm H_o03e)(cm H _o 03e) 8,5*8.5 * 12,7*'12.7 * ' 45704570 der theor.the theor. durchby durch-by- Strömungsgeschw.(Air
der ]Flow velocity (Air
the ] 37,5*37.5 * 43 *43 * 16,6*16.6 * Dichtedensity messer
(cm)knife
(cm) messer
(cm)knife
(cm) II50II50 9,6*9.6 * 12,7*'12.7 * ' 46 *46 * 3,8*3.8 * 14,5*14.5 * 20,7*:20.7 *: 16,7*16.7 * 7474 • 532• 532 I.07I.07 21,6*21.6 * 8,48.4 27,1*27.1 * 8080 .519.519 • 952• 952 3,7*3.7 * 17,917.9 20,820.8 6363 .600.600 1.021.02 6,7*6.7 * 6,96.9 13,513.5 41,441.4 7777 .549.549 • 955• 955 —- 9,09.0 18,018.0 22,722.7 60 ₍ 60 ₍ .719.719 1.061.06 —:--: - 5,65.6 11,811.8 30,030.0 70 η70 η • 585• 585 .952.952 1,91.9 . 8,0. 8.0 15,915.9 20,020.0 0
55 ,0
55, .722.722 LOSCOME ON 3,73.7 8,48.4 15,015.0 27,527.5 5858 .633.633 • 952 ,• 952, 1,21.2 19,519.5 32,532.5 23,423.4 5353 .724.724 I.07I.07 2,02.0 47,747.7 61,561.5 .638.638 • 952• 952 3,43.4 —- -—- 8,18.1 ——-1---1

IIII

IIIIII

IV _v IV _v

VIVI

N'N '

4,8 3,0 7,6 4.8 3.0 7.6

6,5 19,0 15,0 38,0 36,0 48,0 38,0 19,0 14,0 6.5 19.0 15.0 38.0 36.0 48.0 38.0 19.0 14.0

VO CD ^ NJVO CD ^ NJ

- 11 - M 2995- 11 - M 2995

Anmerkungen zu Tabelle INotes to Table I.

3E cm HgJ sonst cm WS3E cm HgJ otherwise cm WS

(a) Rohr von 78,0 cm durch Hämmerung auf 8l,6 cm verlängert,(a) pipe from 78.0 cm extended to 8l, 6 cm by hammering,

(b) Ausgangslänge ca. 50 cm,(b) initial length approx. 50 cm,

(c) nach dem Hämmern 87*5 cm lang,(c) after hammering 87 * 5 cm long,

(d) Ausgangslänge ca. 102 cm,(d) initial length approx. 102 cm,

(e) Ausgangslänge 109 cm,(e) initial length 109 cm,

3E3E Luftströmung in l/h pro Rohr; wirksame Länge ca. J>0 cm.3E3E air flow in l / h per pipe; effective length approx. J> 0 cm.

Example VII

316-L-316-L-

Aus einem Rohr aus rostfreiem/STahl mit einer Porosität von weniger als hO /U wurde ein ca. I50 cm langes Filterrohr nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Der Blasenpunkt dieses Rohres war 10 cm Hg. Nach dem Hämmern betrug der Blasenpunkt des Rohres l6 cm Hg. Ein Profilometer wurde zur Peststellung der Oberflächenrauhigkeit verwendet. Ohne die Löcher oder Poren betrug die Oberflächenrauhigkeit nach der Bearbeitung im quadratischen Mittel 4 Mikrozoll, die Porosität war jedoch offen und gleichmassig. An approximately 150 cm long filter tube was produced from a tube made of stainless steel with a porosity of less than hO / U by the method described above. The bubble point of this tube was 10 cm Hg. After hammering, the bubble point of the tube was 16 cm Hg. A profilometer was used to determine the surface roughness. Without the holes or pores, the surface roughness after machining was 4 microinches square mean, but the porosity was open and uniform.

Beispiel VIIIExample VIII

Ein Filterrohr von ca. I50 cm Länge mit einem Blasenpunkt von 12,5 cm WS w.urde gehämmert; es ergab sich ein Rohr mit einem Blasenpunkt von 15,8 cm WS. Die Zugfestigkeit erhöhte sich von einem Durchschnittswert von 920 kg/cm vor dem Hämmern aufuA40 kg /cm nach dem Hämmern. Die Dichte stieg von 53 % auf 6l,5 % des theoretischen Wertes, aber die Porosität blieb offen und gleichmassig. A filter tube about 150 cm long with a bubble point of 12.5 cm water column was hammered; it resulted in a tube with a 15.8 cm wc bubble point. The tensile strength increased from an average value of 920 kg / cm before hammering to uA40 kg / cm after hammering. The density increased from 53 % to 61.5 % of the theoretical value, but the porosity remained open and uniform.

4/0512-4 / 0512-

- 12 - M 2995- 12 - M 2995

Example IX

Der Durchmesser eines Stücks beidseitig offenen Rohres einer Länge von 132 cm mit einem Blasenpunkt von 16 cm Hg wurde in Abständen von 5*8 cm entlang der Längsausdehnung gemessen. Über die gesamte Rohrlänge betrug die Abweichung vom Nennwert insgesamt 0,0013 cm. Ein einziger Punkt wurde mit 0,0013 cm weniger als der Rest des Rohres gemessen. Die' Porosität war offen und gleichmässig. Der Durchmesser nach dem Hämmern betrug 0,95186 +_ 0,00064 cm.The diameter of a piece of tube open on both sides with a length of 132 cm with a bubble point of 16 cm Hg was measured at intervals of 5 * 8 cm measured along the longitudinal extension. About the total pipe length, the deviation from the nominal value was a total of 0.0013 cm. A single point was less than that at 0.0013 cm Rest of the pipe measured. The porosity was open and uniform. The diameter after hammering was 0.95186 ± 0.00064 cm.

Example X

Dieses Beispiel wurde teilweise nach der US-Patentschrift 3 621 mit Hämmern über einem Dorn durchgeführt. Poröse, ca. 30 cm lange Rohre aus rostfreiem Stahl mit hoher sowohl alsauch geringer Porosität wurden mit und ohneDorn gehämmert. Die Tabelle II fasst die Ergebnisse zusammen.This example was made in part from U.S. Patent 3 621 performed with hammers over a mandrel. Porous, about 30 cm long stainless steel tubes with both high and low porosity were hammered with and without a mandrel. Table II summarizes the results.

Wie ersichtlich, führt das Hämmern über einem Dorn zu einer Wanddickenverminderung von 25 - 50 % und reduziert die Luftströmung durch das Rohr erheblich. Das Hämmern ohne Dorn vermindert zwar die Luftströmung zu einem gewissen Grad, stellt aber den Aussendurchmesser sehr genau ein undbehält die offene Porosität bei, wie es der um den Faktor 1/2 verschiedene Blasenpunkt zeigt; dadurch wird ein weite^r Verfahrensschritt zwecks Öffnung der Poren vermieden. Da der Blasenpunkt ein Mass.für die grössten Poren ist, hat eine Zunahme dieses Wertes zwar die Bedeutung einer Grössenabnahme der grössten Poren, nicht unbedingt aber die Bedeutung einer proportionalen Grössenabnahme aller übrigen Poren. Die Porosität ist bei höheren Blasenpunkten niedriger; eine Verdopplung entspricht in etwa einer Halbierung der Gesamtporosität. As can be seen, hammering over a mandrel results in a wall thickness reduction of 25-50% and significantly reduces the air flow through the pipe. Hammering without a mandrel reduces the air flow to a certain extent, but sets the outer diameter very precisely and maintains the open porosity, as shown by the bubble point, which is different by a factor of 1/2; this avoids a further process step for the purpose of opening the pores. Since the bubble point is a measure of the largest pores, an increase in this value does mean a decrease in the size of the largest pores, but not necessarily a proportional decrease in the size of all other pores. The porosity is lower at higher bubble points; a doubling corresponds roughly to halving the total porosity.

0 9884/0 5120 9884/0 512

213A562213A562

- 13 - . M 2995- 13 -. M 2995

Die Rohre geringerer Porosität verlieren, wenn man sie über einem Dorn hämmert, fast die gesamte Oberflächenporosität (mehr als 50 cm Hg Druck) und müssen aufgeätzt werden. Die offenbleibenden Poren sind unregelmässig verteilt und sind zu wenig an der Zahl, um eine brauchbare Gasströmung zuzulassen.The lower porosity pipes lose when you put them over hammering a mandrel, almost the entire surface porosity (more than 50 cm Hg pressure) and must be etched. the The pores that remain open are irregularly distributed and are too few in number to permit useful gas flow.

20ÜÖÖA/051220ÜÖÖA / 0512

Tabel

IIII

Grobes Material Aussen- Innen- Wanddicken- % der theor. Blasen- Druckdurchmesser durchmesser verringerung Dichte punkt abfall 3
(cm) (cm) (#) (cm WS) (cm WS)Coarse material outside inside wall thickness % of theoretical bubble pressure diameter diameter decrease density point drop 3
(cm) (cm) (#) (cm WS) (cm WS)

GesintertSintered 1,1, 1111 .744.744 __—__— 5353 1616 44th ohne Dorn gehämmerthammered without a mandrel 955955 .603.603 1,41.4 6464 ' 21,5'21.5 8,78.7 mit Dorn gehämmerthammered with a thorn •• 967967 .719.719 31,031.0 7070 3838 42,742.7 ro
cro
c Feines MaterialFine material (cm Hg.)(cm Hg.) cc
OCcc
OC GesintertSintered 1.1. 1515th .704.704 7070 55 54 ' '54 '' cccc ohne Dorn gehämmerthammered without a mandrel 952952 4.614.61 +11+11 8080 1010 623 *■623 * ■ C
cnC.
cn mit Dorn gehämmerthammered with a thorn •• 975975 .633.633 2424 9393 >₅c> ₅ c (a) '(a) '

χ Druckabfall bei einer Luftströmung von I700 l/h gemessen.
(a) Für Gas im wesentlichen undurchdringbar.χ Pressure drop measured with an air flow of 1700 l / h.
(a) Essentially impenetrable to gas.

- 15 - M 2995- 15 - M 2995

Example XI

Rohre mit hoher und geringer Porosität wie in Beispiel X wurden nach einer anderen Ausfuhrungsform des erfindungsgemässen Verfahrens im Durchmesser reduziert, Indem man ein Stück Rohr auf einer Drehbank drehte und gleichzeitig 0,7 cm breite Stahlrollen eines Durchmessers von 25 mm gleichzeitig mit etwa gleicher Kraft gegen sie drückte und damit mechanische Kräfte zentripetal in drei Längszonen aufbrachte. Die Rollen waren dabei auf dem Werkzeugsupport befestigt, der mechanisch verschoben wurde, um die Rollen langsam achsial am sich drehenden Rohr entlang zu bewegen. ä Die Abnahme der Porosität ergab sich ohne sichtbares Verschmieren der Oberfläche infolge von Tangentialkräften.Pipes with high and low porosity as in Example X were reduced in diameter according to another embodiment of the inventive method by turning a piece of pipe on a lathe and at the same time counteracting 0.7 cm wide steel rollers with a diameter of 25 mm with approximately the same force it pressed and thus applied mechanical forces centripetally in three longitudinal zones. The rollers were attached to the tool support, which was moved mechanically in order to move the rollers slowly axially along the rotating pipe. ä The decrease in porosity occurred without visible smearing of the surface as a result of tangential forces.

- Patentansprüche - .- Claims -.

209884/U512209884 / U512

Claims

Patent claims:

1. Procedure for finishing and adjusting the dimensions of the outer surface porous tubes made of sintered metal powder, characterized in that their porosity is essentially preserved remains in that the outer surface is essentially in two to four longitudinal zones at the same time centripetal mechanically applied and the diameter of the pipe to the desired Reduced dimensions, which means at least part of the external area between the pores with a fine surface finish and the inner surface is reduced without clogging the pores or the texture of the inner surface to change.

2. The method according to claim 1, characterized in that the mechanical application by rotary hammering at least part of an empty pipe is carried out »

3. The method according to claim 2, characterized in that the tube is made of stainless steel.

4. The method according to claim 2, characterized in that

the stainless steel powder sintered when the pipe was made has a particle size of about 50 to about 800 microns.

5. The method according to claim 2, characterized in that

the pore size of the pipe measured by determining the bubble point is not reduced by more than half.

209884/0512

- 17 - M 2995

6. The method according to claim 2, characterized in that the tube is closed on one side.

7. The method according to claim 6, characterized in that the tube is made of stainless steel.

8. The method according to claim 1, characterized in that the mechanical loading takes place by at least one part of the tube with three with essentially the same Force simultaneously pressed rollers.

9. Porous sintered metal tube with a rough sintered inner surface
area.

Inner surface and a mechanically machined outer

10- porous tube according to claim 9, characterized in that it is made of stainless steel.

11. Porous tube according to claim 10, characterized in that it is closed on one side.

dl. Ί:.

I 0 j H H U / U b 1 I I 0 j H HU / U b 1 I