DE2313960A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdichten von metallpulver - Google Patents

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwalt·, Köln

zurEi„gob.vom 16. Mär ζ 1973 my. Να™ d. Anm. HOMOGENEOUS METALS, Inc.

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Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von Metallpulver

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmieden und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pressen oder Schmieden von in Pulverform vorliegenden Metallen, wie zum Beispiel in Pulverform vorliegenden Superlegierungen und so weiter.

Die Verwendung von in Pulverform vorliegenden Metallen zum Herstellen einer Vielzahl von Gegenständen ist gut bekannt. Hierzu wlr-d das zu verdichtende Metallpulver im allgemeinen in eine Form oder einen Tiegel gegeben und dort unter Druck verdichtet. Es 1st nun glelchermassen bekannt, dass Gegenstände, die Abschnitte unterschiedlicher Dicke oder abgestufte Abschnitte aufweisen, oder die sonst einen veränderlichen Querschnitt aufweisen, unglücklicherweise überhaupt nicht mit einer nur annäherungsweise gleichförmigen Dichte über ihrer gesamten Länge gefertigt werden können. Dies liegt daran, dass nur ein sehr geringer seitlicher Fluss vorhanden ist und dieser nicht ausreicht, damit sich das Metallpulver in der Form richtig verteilen kann und damit zu einer gleichförmigen Dichte über dem gesamten Gegenstand führt. Dies gilt sowohl für das helsse wie auch für das kalte Verdichten oder Schmieden.

Ein gutes Beispiel für dieses Problem sind die Scheiben, die in Gasturbinen zum Halten der Turbinenschaufeln verwendet werden. Diese Scheiben sind in Richtung auf ihre Mitte im allgemeinen dicker als an ihren Kanten und können zum Halten von Ringdichtungen auch noch Vorsprünge aufweisen. Eine solche Scheibe kann einen von etwa 25 bis etwa 100 mm oder mehr In seiner Dicke schwankenden Querschnitt aufleisen. Bei einem Versuch, eine solche Scheibe in einer Kastenform nach der üblichen Technik, mit einem Metallpulver mit einer angenommenen Schüttdichte von 50 % und mit

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Druckstempeln herzustellen, die eine Kontur zum Erreichen des zwischen 25 und 100 mm schwankenden Querschnittes aufweisen, würde das folgende eintreten. Das durch den Querschnitt mit 25 mm Dicke dargestellte Volumen würde bis auf eine 100% theoretische Verdichtung zusammengedrückt, während das durch den Querschnitt mit 100mm Durchmesser dargestellte Volumen nur bis zu einem Viertel der Solldichte oder bis zu etwa 62,5$ der theoretischen Dichte verdichtet werden würde. Als Ergebnis stellt sich dann natürlich eine Scheibe mit unerwünschter Porösität und mit von Kante zu Mitte schwankender Dichte ein.

Aus den gleichen Gründen lassen sich auch hohle Schmiede- oder Preßstücke nur schwierig mit gleichförmiger Dichte herstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Teile mit über dem Querschnitt konstanter Dichte herzustellen. Hierzu sieht die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, die es ermöglicht, durch konventionelles Schmieden oder Verdichten Gegenstände herzustellen, die ungleichförmige Querschnitte aufweisen oder die hohl sind. Die Erfindung vermeidet das Problem der Ungleichförmigkeit der Dichte bei Gegenständen, die aus Metallpulver geformt werden und schwankenden Querschnitt haben.

Vorzugsweise werden Formen und Kerne aus verdichtbarem Material hergestellt, das annähernd die gleiche Verdichtbarkeit wie das zu verformende Metallpulver hat und um einen Betrag in übermenge vorgesehen ist, der annähernd dem Unterschied zwischen seiner theoretischen Dichte uid seiner Pulverdichte nach der Verdichtung auf einen Prozentsatz seiner theoretischen Dichte ist, der gleich der Schüttdichte des zu verformenden Pulvers ist. Bei Formen wird die Form vorzugsweise containerisiert, dann gefüllt, evakuiert, abgedichtet und dann kalt oder heiss geschmiedet. Die Form wird wegwerfbar eäep-äergJceiehen ausgebildet und kann durch spanabhebende Bearbeitung, Beizen oder dergleichen entfernt werden. Vorzugsweise werden Formen und Kerne mit Porositäten verwendet, die annähernd dem des mit innen zu schmiedenden Schüttpulvers entsprechen.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird

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die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1: ein Schnitt durch eine Pulvermetall enthaltende Form vor dem erfindungsgemässen Schmieden und

Figur 2: ein Schnitt durch die Form und Füllung gemäss Figur 1 nach dem Schmieden.

Gemäss der Darstellung in Figur 1 wird eine Form 10 aus Pulvereisen bis zu einer Pressdichte geformt, die gleich der Dichte des zu schmiedenden Superlegierungs-Pulvers 11 ist. Bei der Superlegierung handelt es sich in diesem Fall um In 100 mit einer Pulverschüttdichte von 7OJS der theoretischen Dichte und das Eisen in der Form 10 wird bis auf 70% der theoretischen Dichte zusammengedrückt, wobei die Höhlung in der Richtung der Verdichtung oder des Schmiedens, das heisst, in diesem Fall die Dicke, 30J? Übermaß hat. Die Form 10 ist in einem Metallkasten 13 enthalten, der nach dem Befüllen abgedichtet wurde. Der Metallkasten 13 wird zwischen zwei Druckstempel 14 und 15 in einer Kastenform 16 eingesetzt und auf lOOjS der theoretischen Dichte bis zu dem in Figur 1 gezeigten Zustand gepresst oder geschmiedet.

Der Metallkasten 13 und die Form 10 können dann weggenommen werden. Vor der Wegnahme des Kastens und der Form kann das Stück mit Schall geprüft werden, um damit festzustellen, ob es durch Porösität oder Einschlüsse fehlerhaft ist.

Hohle Schmiedestücke oder Preßstücke können mit der gleichen Technik gefertigt werden. Ein Kern mit der gewünschten Form, der aber auf die gleiche Dichte wie die Schüttdichte des zu verdichtenden Pulvers (70JIi im obigen Beispiel) verdichtet worden ist und der ein Übermaß entsprechend der Differenz zwischen der theoretischen Dichte der Legierung und der Schüttdichte des Pulvers (30Ji im obigen Beispiel, das heisst, lOOJi -70Jg = 30?) hat, wird in der Form oder dem Kasten aufgehangen und der Kasten wird dann mit Pulver gefüllt . Die Anordnung wird dann wie oben beschrieben abgedichtet und geschmiedet oder gepresst. Nach dem Schmieden oder Pressen wird

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der Kern ausgelaugt.

Es hat sich herausgestellt, dass die Anwendung von Formen und/Kernen mit niedrigen Dichten die Herstellung von Teilen mit komplizierten Querschnitten aus Pulvermetall auf üblichen Einrichtungen ermöglicht.

ZUSAMMENFASSUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von hohlen Gegenständen und solchen mit ungleichförmigen Querschnitt aus Pulvermetall in üblichen Pressen durch Herstellen von Formen und Kernen mit niedriger Dichte auf die gewünschte Gestalt des Gegenstandes mit einer Dichte, die dem Sdüttgewicht des zu pressenden Metalls gleich ist und um einen Betrag im Übermaß vorliegt, der gleich ist der Abweichung des Schüttgewichtes des zu pressenden Metalls von der theoretischen Dichte.

PATENTANSPRÜCHE

Unter Schüttdichte ist Schüttgewicht zu verstehen.

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Claims (10)

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-Ιησ. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage ^ Aktenzeichen zurEinealHivom ^ „g^ J973 ^ Nom. d. ^" HOMOGENEOUS METALS, INC. H ^ PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Verdichten von Metallpulver gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Herstellen von Formen und Kernen mit einer Porösität im wesentlichen gleich der des zu verformenden Metallpulvers,

b) Einsetzen des zu verformenden Metallpulvers in Berührung mit den Formen und Kernen,

c) Verdichten des Metallpulvers und der porösen Formen und Kerne bis zu einem Punkt annähernd gleich der theoretischen Dichte der Metallegierung und

c) Entfernen der Formen und Kerne von dem fertigen Gegenstand.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formen in einem Behälter auf die gewünschte Porösität gebracht und mit dem zu pressenden Metallpulver gefüllt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Formen und Kerne aus einem wegwerfbaren Metallpulver gefertigt werden, das im wesentlichen bis auf die Schüttdichte des zu pressenden Metallpulvers verdichtet worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Metallformen und Kerne in Pressrichtung Übermaß aufweisen um einen Betrag, der gleich ist demjenigen, um den das Schüttgewicht des zu verdichtenden Pulvers von seiner theoretischen Dichte abweicht.

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5. Form zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Porösität im wesentlichen gleich der des zu verdichtenden Pulvers aufweist.

6. Form nach Anspruch 5, dadurch gekennzei ch· net, dass sie aus einem W wegwerfbaren Metallpulver besteht, das im wesentlichen bis auf die Schüttdichte des zu verdichtenden Pulvers zusammengepresst ist.

7. Form nach Anspruch 6, dadu'rch gekennzei chn e t, dass die das zusammenzupressende Metali aufnehmende Höhlung in Pressrichtung um einen Betrag Übermaß aufweist, der gleich dem Betrag ist, um den die Schüttdichte des zu verdichtenden Pulvers von seiner theoretischen Dichte abweicht.

8. Kern zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Porösität im wesentlichen gleich der des zu verdichtenden Pulvers aufweist.

9. Kern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er aus wegwerfbarem Metallpulver besteht, das in wesentlichen bis auf die Schüttdichte des zu verdichtenden Pulvers zusammengepresst ist.

10. Kern nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern in Pressrichtung Übermaß um einen Betrag aufweist, der gleich ist dem Betrag, um den die Schüttdichte des zu verdichtenden Pulvers von seiner theoretischen Dichte abweicht.

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