DE2333176A1 - Metallpulverpressverfahren und -vorrichtung - Google Patents

Description

Metallpulverpreßverfahren und -vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Heißpreß- bzw. -extrudierverdichtung von Metallpulver und ähnlichem sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung verdichteter Barren, Bolzen und dergleichen aus Metallpulver und ähnlichem.

Zahlreiche Metalle und metallische Legierungen weisen im Gießzustand eine derartige metallurgische Struktur auf, daß sie nur sehr schwer mittels einer herkömmlichen Verformung geformt werden können. Typisch für derartige Metall-Legierungen sind die sogenannten modernen Superlegierungen (superalloys), die allgemein eine Legierung auf Nickelbasis mit relativ großen Mengen einer Zweitphasen-Gammaauslese (second-phase gamma-prime) und komplexen Karbiden in einer Gammamatrix darstellen, die für die hervorragenden physikalischen Eigenschaften derartiger Superlegierungen bei hohen Temperaturen verantwortlich sind. Dieselben komplexen Karbide und Zweitphasen-Gammaauslese-Bestandteile erschwerden jedoch sehr die Nachverformung gegossener Barren oder Bolzen aus derartigen Legierungen, und zwar infolge ihrer durchgehenden Verschmelzung bzw. ZusammenfHeßens, wodurch bei einer derartigen Verformung Fehler auftreten.

Zahlreiche der genannten Probleme wurden durch Herstellung von Komponenten aus Superlegierungen' und anderen ähnlich teuren und schwer zu verformenden Legierungen unter Verwendung von metallurgischen Pulvertechniken überwunden. Dabei wird die Metall-Legierung einem Mikroguß ausgesetzt und in ein Pulver einer ausgewählten Partikelgröße zerlegt. Danach wird das Pulver in eine dichte

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Masse von nahezu loo % der theoretischen Dichte in einer weitgehend sauerstoffreien Umgebung verdichtet, während es auf eine erhöhte Temperatur erhitzt wurde. Ein Schutz des Metallpulvers gegen einen Oxydationsangriff während der Erhitzung vor der Verdibhtung kann gewöhnlich dadurch erreicht werden, daß das Pulver in einem geeigneten deformierbaren Behälter angeordnet wird, aus dem vorher die Luft entzogen wurde und der dann mit einem geeigneten Inertgas nach Füllung mit Pulver geflutet wird. Anschliessend erfolgt eine erneute Evakuierung und Abdichtung. Derartig deformierbare Behälter werden dann erhitzt und zusammengedrückt, um eine Verdichtung-des Pulvers zu einer Masse zu erzielen. Anschließend wird der Behälter vom Umfang des sich ergebenden Barrens oder Bolzens beispielsweise maschinentechnisch entfernt. Durch sorgfältige Auswahl der Behälterform und der Mittel zur Erzielung einer Verdichtung können Barren oder Bolzen erzielt werden, die weitgehend die Form des endgültig erwünschten Teiles aufweisen, wodurch die Anzahl und Größe von Verarbeitungsstufen minimis'iert werden können, denen der Barren oder Bolzen ausgesetzt werden muß. Ferner wird eine weitgehende Reduzierung einer letzten Bearbeitung der Komponenten erzielt.

Ein ständiges Problem bei einer Herstellung von Komponenten oder Teilen.aus Barren, Bolzen oder Rohblöcken, die nach der genannten metallurgischen Pulvertechnik hergestellt sind, besteht in der Notwendigkeit einer Entfernung eines beachtlichen Teils der ursprünglichen metallischen Masse, wozu zahlreiche Metallbearbeitungen notwendig sind. Im Fall von Zylinderhülsen und Scheiben, wie sie beispielsweise für Gasturbinen für Flugzeuge verwendet werden, wird ein erheblicher Teil des Zentralbereichs des Barrens oder Bolzens entfernt, um einen Schaft, eine Welle oder einen anderen Stützmechanismus des vollständigen Teils aufzunehmen. Die schlechte Bearbeitbarkeit derartiger Materialien engt die Entwurf sflexibi Ii tat ein und führt zu erhöhten Herstellungskosten derartiger Komponenten. Auch ist infolge der Entfernung erheblicher Mengen des Metalls vom ursprünglichen Barren oder Bolzen mittels zahlreicher Bearbeitungs- und Metallentfernungstechniken

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keine optimale Verwendung dieser Teile möglich, und die hohen Kosten derartiger Metall-Legierungen müssen beibehalten werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung und eines Verfahrens der genannten Art, womit die genannten Probleme und Nachteile vermieden werden können und wobei Barren, Bolzen oder ähnliche Teile hergestellt werden können, die aus wertvollen, schwer zu bearbeitenden und/oder herzustellenden Metall-Legierungen, intermetallischen Verbindungen und nichtmetallischen Bestandteilen bestehen, bei denen ein oder eine Vielzahl von Kernelementen im Inneren an vorgewählten Stellen eingebettet sind, an denen eine Materialentfernung durchgeführt werden soll. Dadurch werden die Bearbeitungsstufen vereinfacht und die Verwendung einer derartigen Metall-Legierung optimiert.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der genannten Art erzielt, bei der ein duktiler bzw. dehn- oder streckbarer Behälter eine Kammer begrenzt, in der metallische Pulver oder ähnliches unter Abdichtung eingeschlossen sind. Der Behälter wird anschließend unter Steuerung auf eine erhöhte Temperatur erhitzt und durch eine Form von vermindertem Querschnitt extrudiert bzw. gepreßt, wodurch eine Verdichtung des im Behälter enthaltenen Metallpulvers zu einer Masse von nahezu loo % der theoretischen Dichte erfolgt. Der Behälter ist ferner gekennzeichnet durch einen Nasenbereich mit einem oder einer Vielzahl von Kernelementen, .die sich längs in die Kammer und über eine bestimmte einstellbare Länge erstrecken. Die Kernelemente werden während des Heißpreßbetriebes gleichzeitig extrudiert bzw. gepreßt und verlängert, wobei sie in der sich ergebenden verdichteten Masse aus Metallpulver eingebettet werden. Die Kernelemente können aus irgendeinem deformierbaren Material mit solchen Eigenschaften bestehen, daß sie einfach und schnell von der Masse entfernt werden können, wodurch sich schließlich ein Barren, Bolzen oder ähnliches mit einest oder einer Vielzahl von öffnungen ergibt, die sich durch das Teil erstrecken und an vorgewählten Stellen liegen.

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Die Lösung der gesteilen Aufgabe wird ferner mit einem Verfahren der genannten Art erzielt, wonach Metallbarren, -bolzen oder dergleichen unter Anwendung metallurgischer Pulvertechniken und eines Preß- bzw. Extrudierbehalters hergestellt werden, in dem in einer Kammer eine Vielzahl von Kernelementen an vorbestimmten Stellen angeordnet sind, wobei die Kammer mit einem Metallpulver gefüllt ist. Während der Heißverdichtung des Metallpulvers werden die Kernelemente gleichzeitig gepr6ßt bzw. extrudiert und können anschließend entfernt werden, wodurch sich ein Barren, Bolzen oder dergleichen mit einer oder einer Vielzahl von länglichen Öffnungen an vorgewählten Stellen ergibt. Nach dem Verfahren kann die verdichtete Masse insgesamt oder in Bereichen weiteren Verformungen vor der Entfernung der Kernelemente oder der übrigbleibenden Teile unterworfen werden.

Weitere Merkmale im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus den Ansprüchen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung. Es zeigen:

Figur 1 - einen Iängsschnitt durch einen Preßbehälter mit einem eingelagerten Kernelement, dessen Rückseite vom Nasenbereich in eine mit Metallpulver gefüllte Kammer ragt, nach einer ersten Ausführungsform,

Figur 2 - einen Querschnitt durch den Behälter aus Figur 1 längs der Linie 2-2,

Figur 3 - einen Querschnitt ähnlich Figur 2, wobei die Verwendung von vier symmetrisch um die Längsachse einer Preßkammer verteilten Kernelementen vorgesehen ist,

Figur 4 - einen Querschnitt ähnlich Figur 2, wobei jedoch ein Behälter und ein Kernelement mit elliptischem Querschnitt dargestellt sind,

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Figur 5 - einen Längsschnitt einer Preßkammer und des Metallpulvers nach Anwendung einer Heißpreßstufe,

Figur 6 - eine schematische Teilansicht einer verdichteten Masse aus Metallpulver mit einem sich darin zentral erstrekkenden kreisförmigen Kernelement,

Figur 7 - eine perspektivische Ansicht einer aus der Masse aus Figur 6 dargestellten Scheibe, bei der das Kernelement entfernt ist, und

Figur 8 - eine perspektivische Ansicht einer aus einer verdichteten Masse hergestellten Scheibe, wobei ein Preßbehälter der in Figur 3 dargestellten Type verwendet wurde.

Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet, jedoch nicht notwendigerweise begrenzt auf die Formation bzw. Bildung zusammengesetzter Barren oder Bolzen, bestehend aus sogenannten Superlegierungen (superalloys) auf Nickelbasis und Werkzeugstählen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie nur äußerst schwer nach der Bildung bzw. nach dem Gießen zu verformen sind, daß sie schwer herzustellen sind, daß sie relativ teuer sind und daß sie in einigen Fällen bei anschließenden Nachverformungen einer Makroausscheidung ausgesetzt sind, wodurch das Erreichen optimaler physikalischer Festigkeitseigenschaften verhindert wird.Typische Zusammensetzungen von zahlreichen Nickel- und Eisenbasislegierungen, die vorteilhaft nach der metallurgischen Pulvertechnik entsprechend der vorliegenden Erfindung geformt werden können, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Dabei sollen die spezifischen und in Tabelle 1 aufgezählten Zusammensetzungen selbstverständlich keinerlei Begrenzung im Hinblick auf die Materialien darstellen, die vorteilhaft nach der vorliegenden Erfindung verarbeitet werden können, die für irgendeines einer Vielzahl von metallischen Pulvern wie auch für solche Pulver gilt, die spürbare Mengen von intermetallischen und nichtmetallischen Verbindungen aufweisen.

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— 6 — Tabelle

Zusammensetzungen einiger Nickel-Basis-Superlegierunqen (superalloys)

(Gewichtsprozent)

Legierung
Nimonic 75

Nimonic 8oA
Nimonic 9ο

Nimonic 95
Nimonic loo
Waspaloy

Or

Al

Ti

Mo

Cb

Zr

Fe

Ni

ο.12 2o

o.o8
o.Io

o.12
o.2o
o.o8

2o 2o

2o 11 19

1.5 1.6

2.ο 5.ο 1.3

o.5

2.4 2.4

3.ο 1.3 3.ο

5.ο 4.4

	Udimet 7oo	O.	IO	15	O	4.	3	3.	5	5.	2	-	5
CO	Rene 41	O.	o9	19	O	1.	5	3.	1	lo.	O	-
OO	IN-loo (Guß)	O.	18	Io	O	5.	5	5.	O	3.	O	-
OO					O
cn	MAR-M2OO (Guß)	O.	15	9.		5.	O	2.	O	-		12.
**■*	B-19OO (Guß)	O.	11	8.		6.	O	1.	O	6.	O	-
(£> ^4	INCO-713 (Guß)	O.	14	13.		6.	O	O.	75	4.	5
O	M-252 '	O.	15	19.	O	1.	O	2.	5	9.	8	-	25
	18 Ni Maraging-
	Stähle	-		-	5	O.	1	O.	5	5.	O	-	3
	M-2 Werkzeug				75					>			O
	stahl	O.	85	4.					5.	O	6.
	.M-42 Werkzeug
	stahl	1.	o5	3.			m»		9.	25	1.
	WD-65 (PWA 779)	1.	o5	16.					3.	75	2.

17 2o 13	.5 .O .5	-	O.	oo 8	O.	o8	—	-	)	-	O
18 11 15	.5 .O .O		O. O. O.	o3 oo5 ol5	O.	o5			2.	o5
Io	.O	l.O 2.3 Cb+Ta	O. O. O.	öl 5 ol5 Ol	O. O. O.	o5 o7 1	-	-	1.	5
Io	.O	-	O.	oo5	-		5.ο (Max.	2.
8	.5	-		-	-		Diff.
	-	-		-	-		Diff.
7	.75			-			Diff.
	.5	_		_			Diff.

Weitere Stoffe sind in den obigen Legierungen nicht enthalten· mit Ausnahme von 4.3 Ta in B-19oo (Guß).

Diff. (BaI.) Diff. Diff.

Diff. Diff. Diff.

Diff. Diff. Diff.

Diff. Diff. * Diff.

Diff.

TO CO CO

Metallpulver der in Tabelle 1 aufgeführten Zusammensetzungen können wirksam nach einer Vielzahl von Herstelltechniken erzeugt werden, wobei der Mikroguß einer geschmolzenen Menge aus einer Metall-Legierung durch Gaszerstäubung ein bevorzugtes und geeignetes Verfahren darstellt. Geeignete Geräte für den Mikroguß einer geschmolzenen Legierung in weitgehend sphärische Partikel sind im US-PS 3.253.783 desselben Anmelders beschrieben, auf das erläuternd Bezug genommen wird.

Im Hinblick auf die schädlichen Wirkungen von Sauerstoff auf die physikalischen Eigenschaften des endgültigen verdichteten Barrens oder Bolzens ist es gewöhnlich bevorzugt, einen Mikroguß der geschmolzenen Legierung und eine Verfestigung und ein Sammeln der Partikel bei nicht oxydierenden Bedingungen durchzuführen, wodurch der Sauerstoffgehalt des sich ergebenden Pulvers kleiner als ungefähr 2oo ppm und vorzugsweise geringer als ungefähr loo ppm ist. Dies kann durch Gaszerstäubung der geschmolzenen Legierung unter Anwendung eines Inertgases und eines Sammelns der zerstäubten Partikel in einer Sammelkammer erzielt werden, die mit einem weitgehend feuchtigkeitsfreien Inertgas gefüllt ist, wobei Argon eine bevorzugte: Substanz darstellt.

Die notwendigen Vorsichtsmaßnahmen, um den Sauerstoffgehalt derartiger Pulver unter einem vorgewählten Wert zu halten, hängen weitgehend von den Arten und Mengen der in der Metall-Legierung enthaltenen Legierungsbestandteile ab. Beispielsweise macht die Neigung von Aluminium und Titan, mit Sauerstoff zu reagieren, einen relativ hohen Grad an Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, wenn einer oder beide dieser Legierungsbestandteile vorhanden sind und wenn ein Sauerstoffaufbau bis ungefähr über 2oo ppm vermieden werden soll. Bei Anwendung angemessener Vorsichtsmaßnahmen, eines Mikrogusses und eines Sammelgeräts, das eine Inertatmosphäre enthält, ist es möglich, Metallpulver der gewünschten Zusammensetzung und Partikelgröße zu erzeugen, das gewöhnlich Sauerstoffgehalte von weniger als ungefähr loo ppm aufweist. Die Verwendung von Helium oder kommerziell erhältlichem Argon mit nur minimalen Gehalten an herkömmlichen Verunreinigungen hat sich als besonders

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zufriedenstellend herausgestellt, um eine weitgehend trockene und inerte Atmosphäre für die Durchführung einer Gaszerstäubung und einer Sammlung von weitgehend sauerstoffhaltigen Metallpudern durchzuführen. In Übereinstimmung mit der bevorzugten Praxis wird das Innere der Ausrüstung anfänglich evakuiert, um weitgehend alle Luft zu entfernen, wonach eine Überflutung mit dem Inertgas als Vorbereitung des Mikroguß-Betriebes erfolgt.

Abgesehen von der speziellen Technik, mittels derer das Metallpulver hergestellt wird, ist es gewöhnlich bevorzugt, daß die einzelnen Pulverpartikel denselben, oder einen ähnlichen chemischen Legierungsaufbau haben. Die Metallpulverpartikel werden so ausgewählt, daß ihre mittlere Größe von 25o μ bis zu 1 Ii aufweist. Besonders zufriedenstellende Resultate werden erzielt, wenn die mittlere Größe der Pulverpartikel von ungefähr 15ο μ bis herab zu Io μ reicht und wenn die Partikel willkürlich über den vorgenannten Bereich verteilt sind, wodurch sich eine maximale Packungsdichte ergibt. Eine weitere Verdichtung des frei fließenden Pulvers kann in dem Preßbehälter bzw. Extruderbehälter dadurch erzielt werden, daß der Behälter während des Füllens Vibrationen im Schall- oder Ultraschallbereich ausgesetzt ist.

Entsprechend der Zeichnung weist eine Vorrichtung aür Durchführung einer heißen Extruderverdichtung von Metallpulver einen ausgedehnten Behälter Io (Figuren 1 und 2) auf, der einen Nasenbereich 12, einen dünnwandigen Körperbereich 14 und eine Endplatte 16 trägt, wobei die verschiedenen Teile zusammen eine ausgedehnte Innenkammer 18 begrenzen, die mit Metallpulver 2o gefüllt werden kann. Der Nasenbereich 12 ist vorzugsweise nach vorne abgeschrägt oder konisch gemäß 22 ausgebildet, um die Ausrichtung des Behälters mit einer Extruderform (nicht dargestellt) im Verlauf einer Bewegung des Behälters nach links oder in Pfeilrichtung gemäß Figur 1 zu vereinfachen. Der Nasenbereich 12 weist ferner vorzugsweise eine Ringschulter 24 auf, auf der der Körperbereich 14 überlappend aufliegt, wobei eine feste und dichte Verbindung beispielsweise mittels einer ringförmigen Schweißnaht 26 vorgesehen ist.

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3 0.9 8 8 S / O 9 7 O

In ähnlicher Weise weist die Endplatte 16 eine Ringschulter 28 zur verschiebbaren Aufnahme des Endteils des Körperbereichs 14, der mit der Endplatte 16 fest und dicht mittels einer ringförmigen Schweißnaht 3o verbunden ist, auf. Die Endplatte 16 enthält ferner eine geeignete Mündung bzw. eine Durchgangsöffnung 32, die sich durch die Endplatte erstreckt und eine Verbindung mit der Kammer 18 herstellt. Eine dehnbare bzw. biegsame Röhre 34 ist beispielsweise durch Schweißung an der Außenfläche der Endplatte und in Ausrichtung mit der Mündung 32 befestigt, durch die das Metallpulver 2o während des Füllens des Behälters zugeführt wird. Nach Beendigung des Fül Ivor gangs, kann die biegsame Röhre 34 abgeklemmt oder wie bei 36 umgebogen und ferner ggf. geschweißt werden, wodurch die Bildung einer Flüssigkeit- bzw. Strömungsdichtung sichergestellt wird.

Bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung sind ein oder eine Vielzahl von Kernelementen, wie das Kernelement 38 in Figuren 1 und 2, angeordnet und erstrecken sich vom Nasenbereich 12 nach hinten unter weitgehender Ausrichtung mit der Längsachse 4o des Behälters und der darin angeordneten Kammer. Das Kernelement 38 erstreckt sich durch die Kammer bis zu einem von der Innenfläche der Endplatte 16 entfernten Punkt. Dieser Begrenzungspunkt des Kernelements gegenüber der Endplatte wird im Hinblick auf verschiedene Variable wie der Packungsdichte des losen Metallpulvers in der Kammer vorgeschrieben, ferner durch die Relation des Kammerdurchmessers zum Durchmesser des Kernelements, durch das Gasamtvolumen der Kammer gegenüber dem vom Kernelement eingenommenen Volumen und durch die Art der verwendeten Extrudervorrichtung und des Reduktionsverhältnisses, um eine Heißpressung bzw. einen heißen Extrudervorgang und eine Verdichtung des gefüllten Behälters durchzuführen. Es hat sich für die meisten Verfahrenszustände, bei denen Metallpulver in einer Kammer mit einer Dichte von ungefähr 6o % bis ungefähr 7o % bei einer theoretischen Dichte von loo % gepackt sind, als zufriedenstellend herausgestellt, wenn das Extruderverhältnis bzw. Preßverhäitnis, dem der Behälter ausgesetzt wird, im Bereich von ungefähr 6ϊ1 bis ungefähr lo:l liegt und daß das Kernelement über seine gesamte Länge eine

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weitgehend gleichförmige Form und Größe aufweist, um die Länge des Kernelements zu steuern, so daß das Volumen der Kammer zwischen dem Ende des Kernelements und der Innenwandung der Endplatte ungefähr 3o % bis ungefähr 4o % des Gesamtvolumens der Kammer ausmacht.

Bei der speziellen in Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform enthält der Behälter einen Körperbereich 14, ein Kernelement 38 und weist_x einen weitgehend kreisförmigen Querschnitt auf, wobei der Umfang des Kernelements weitgehend konzentrisch zur Innenfläche des Körperbereichs verläuft. Behälter dieser Art sind besonders für einen Heißextrudervorgang durch eine kreisförmige Extruderform geeignet. In Übereinstimmung mit der Vorrichtung und dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, daß eine Vielzahl von Kernelementen verschiedenen Aufbaus zufriedenstellend zur Herstellung von zusairanengesetzten Barren oder Bolzen jedes gewünschten Aufbaus und jeder gewünschten Kernanordnung verwendet wird. Ein Beispiel für eine derartig abgewandelte Anordnung ist im Querschnitt gemäß Figur 3 dargestellt, bei der der dargestellte Behälter 42 einen Körperbereich 44 mit weitgehend kreisförmigem Querschnitt aufweist, wobei vier Kernelemente 46 symmetrisch um die zentrische Längsachse 48 der Kammer und des Behälters angeordnet sind. Wie im Fall des Behälters Io aus Figuren 1 und 2 ist die Kammer des Behälters 42 mit Metallpulver 2o gefüllt, das die Kernelemente 46 vollständig umgibt.

Eine andere alternative und geeignete Anordnung gemäß Figur 4 enthält einen Behälter 5o, bei dem ein Körperbereich 52 eine elliptische Form aufweist und ein Kernelement 54 trägt, dessen Zentrum mit der Längsachse 56 der Kammer zusammenfällt und das ebenfalls eine elliptische und der Konfiguration des Körperbereichs entsprechende Form aufweist. Der Behälter 5o kann in herkömmlicher Weise durch eine Preß- oder Extruderform elliptischen Aufbaus gepreßt bzw. gezogen sein, um ein mit einem Kern versehenes Teil der gewünschten Form und Größe herstellen zu können.

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Unabhängig vom speziellen Aufbau des Behälters und der Anzahl und Form der vorgesehenen Kernelemente können der Behälter und dessen Komponenten aus irgendeinem bildsamen bzw. streckbaren Material bestehen, das mit dem darin enthaltenen Metallpulver verträglich und gegenüber den erhöhten Temperaturen, auf die der Behälter während der Preßverdichtung erwärmt wird, widerstandsfähig ist. Zusätzlich müssen die Metalle bei der erhöhten Temperatur genügend fest sein, um einen Bruch der Seitenwandungen während der Heißdeformation des Behälters beim Pressen zu vermeiden und die Aufrechterhaltung einer Abdichtung der verdichteten Pulverpartikel sicher zu stellen. Unter den zahlreichen streckbaren Metallen, die sich für diesen Zweck eignen, gibt es die vielen sogenannten korrosionsbeständigen oder rostfreien Stähle, wie beispielsweise den rostfreien Stahl vom AISI-Typ 3o4, die Weich- oder Flußstähle einschließlich des AISI lolo Stahls. Derartige dehnbare Stähle bieten den weiteren Vorteil, daß aus ihnen gui^feeste, dichte Behälter der verschiedenen erforderlichen oder gewünschten Formen und Konfigurationen herstellbar sind.

Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung wird ein Behälter, wie der Behälter Io mit seiner geöffneten Einfüllröhre 34, geeignet mit einem Pulver der beschriebenen Partikelgröße und dem gewünschten Legierungsaufbau vorzugsweise in einer trockenen Kammer unter Vakuum oder einer inerten Atmosphäre und bei Anwendung von Vibrationen im Schall- oder Ultraschallbereich gefüllt, um eine weitgehend vollständige Füllung der Kammer zu erzielen. Danach wird der Behälter evakuiert, und die Einfüllröhre wird gemäß 36 in Figur 1 zur Abdichtung des Behälterinhalts gefalzt oder umgebogen, wonach eine Speicherung über eine unbestimmte Zeit erfolgen kann.

Vor der Verdichtung des Metallpulvers werden der Behälter und das darin angeordnete Metall auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, die von der speziellen Zusammensetzung der Metallpulverpartikel abhängt. Die spezifische zur Vorerhitzung des Metallpulvers vor dem Heißpressen verwendete Temperatur wird gesteuert, um sich der Zustandskurve der jeweiligen Legierung oder einer Temperatur gerade

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unterhalb des beginnenden Schmelzpunktes der Pulverpartikel anzunähern, wie beispielsweise auf ungefähr loo F unter der Zustandsgrenze (solidus) der Metallpulverlegierung.

Nachdem alle Pulverbestandteile des Behälters gleichförmig die gewünschte Vorerhitzungstemperatur erreicht haben, wird der Behälter einem Heißpreß- bzw. Heißextrudervorgang ausgesetzt, indem der Behälter durch eine Zusammenschnürung bzw. Verengung oder Form geführt wird, wodurch eine Reduktion bzw. Abnahme der Querschnittsfläche erfolgt, die ein Verhältnis der anfänglichen Querschnittsfläche zur nachträglichen Querschnittsfläche von ungefähr 6:1 bis zu ungefähr lo:l ausmacht. Ein derartiger Preßvorgang erfolgt normalerweise in einem einzigen Durchgang, wobei selbstverständlich auch mehrere Durchgänge vorgesehen sein können, wenn dieses erwünscht oder erforderlich ist, um die gewünschte Querschnitts abnähme und endgültige Konfiguration zu erhalten. Während des Heißpreßvorgangs entsteht ein Verschmelzen, Zusammenfließen und Verdichten der Metallpulverpartikel, wodurch eine dichte Legierungsmasse von 99 % bis loo % theoretischer Dichte erzielt wird. Zur gleichen Zeit/entstehen eine Abnahme bzw. Reduktion und eine Verlängerung des Nasenbereiches, der Kernelemente und der Endplatte des Behälters.

Eine typische gepreßte Masse ist in Figur 5 bei 58 dargestellt, die durch eine Heißpreßverdichtung des länglichen Behälters Io aus Figur 1 erhalten worden ist. Gemäß Figur 5 wurde der Nasenbereich 12' im Durchmesser reduziert und weitgehend verlängert, wobei auch das Kernelement 38' in ähnlicher Weise im Durchmesser verringert und insgesamt verlängert wurde, so daß dessen Ende sich weitgehend über die gesamte Länge der verdichteten Pulvermasse 6o bis zu einer Position erstreckt, bei der weitgehend eine Berührung mit der deformierten Endplatte 16" vorliegt. Auch der dünnwandige Körperbereich 14" weist einen reduzierten Durchmesser und eine verringerte Dicke als Ergebnis des Preßvorgangs auf.

Die gepreßte Masse 58 gemäß Figur 5 wird gekühlt, wonach der defor-

die Endplatte 9885/0970

mierte Nasenbereich 12' und die Endplatte 16" entfernt werden, bei-

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spielsweise durch Aufschneiden längs der Linien X-X und Y-Y. Dann wird der dünnwandige extrudierte Körperbereich 14' vom Umfang der verdichteten Pulvermasse 60 entfernt, wodurch gemäß Figur 6 ein Bolzen 62 mit einem Kern entsteht. Der Bolzen 62 weist die Form einer länglichen Stange mit einem Kern 64 aus Weich- oder Flußstahl bzw. korrosionsbeständigem oder rostfreiem Stahl auf, der sich längs durch das Zentrum weitgehend über die gesamte Länge erstreckt und der von einer dichten Legierung 65 umgeben ist, die der sehr viel teureren und vergleichsweise schwer herstellbaren bzw. bearbeitbaren Knet- oder Recklegierung entspricht.

Nach der vorliegenden Erfindung kann der Kernbolzen 62 in eine Vielzähl von Bolzenbereichemie den in Figur 7 dargestellten Bereich 66, aufgeteilt bzw. verarbeitet werden, wobei der Kernbereich mittels eines herkömmlichen Verfahrensablaufs entfernt wird, wodurch sich eine zentrale öffnung 68 ergibt. Der Bolzen- oder Barrenbereich 36 kann als geeigneter vorgeformter Rohling für die Herstellung beispielsweise von Lagerbüchsen oder Rotoren für Gasturbinenmaschinen oder ähnliches dienen, wobei nur minimale Endformungen und Bearbeitungen notwendig sind.

Im Hinblick auf die Verfahrensaspekte der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, daß die verdichteten und vom Heißpreßvorgang erzielten Barren oder Bolzen wie im Fall des Bolzenbereichs in Figur 7 aufgeteilt werden können, wonach sie weiteren Verformungen, wie beispielsweise einer Warmverformung oder einem Heißschmieden ausgesetzt sein können, um vor der Entfernung der Kernbereiche eine weitere Deformation zu bewirken. Ein typisches geschmiedetes Barren- oder Bolzenteil ist das Teil 7o in Figur 8, das mit vier symmetrisch angeordneten öffnungen 72 ausgeformt ist und bei Verwendung des Behälters 42 in Figur 3 nach Entfernung der entstehenden Bereiche der Kernelemente 46 erzielt werden kann.

P atentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung für eine Heißpreß- bzw. -extrudierverdichtung von Metallpulvern und ähnlichem, gekennzeichnet durch einen länglichen Behälter (lo) aus duktilem Material, der einen rohrförmigen, dünnwandigen Körperbereich (14), einen unter Abdichtung mit einem Ende des Körperbereichs verbundenen Nasenbereich (12) und eine unter Abdichtung mit dem anderen Ende des Körperbereichs verbundene Endplatte (16) aufweist, wobei diese Teile in Kombination eine Kammer (18) bilden und wobei der Nasenbereich zumindest ein damit verbundenes Kernelement (38) aufweist, das in die Kammer ragt, und zwar weitgehend parallel zu ihrer Längsachse und bis zu einem von der Endplatte entfernten Punkt, während auf dem Behälter Einfüllglieder zum Füllen der Kammer mit Metallpulver vorgesehen sind.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer und das Kernelement (38) weitgehend kreisförmige Querschnitte aufweisen und konzentrisch zueinander angeordnet sind.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nasenbereich (12) eine weitgehend symmetrisch zur Längsachse (4o) des Behälters (lo) verlaufende Verjüngung aufweist.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des zwischen dem Ende des Kernelements (38) und der Endplatte liegenden Teils der Kammer (18) ungefähr einem Drittel des Gesamtvolumens der Kammer entspricht.

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   5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (lo) aus duktilem bzw. streckbarem oder dehnbarem Stahl besteht.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllglieder einen mit der Endplatte (1.6) verbundenen Kanal aus deformierbarem Material unter Flüssigkeits- bzw. Strömung sabdichtung aufweisen.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Kernelementen (46) vorgesehen sind, wobei diese Kernelemente symmetrisch um die Längsachse (48) des Behälters

   (42) angeordnet sind und weitgehend parallel zu dieser verlaufen.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (18) eine Metallpulverfüllung bei zumindest ungefähr 6o % des Volumens aufweist, wobei die Kammer weitgehend frei von freiem Sauerstoff'ist und wobei die Einfüllglieder (34, 36) abgedichtet sind, um einen Eintritt von Luft in die Kammer zu verhindern.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement über seine Länge eine weitgehend gleichförmige Form und Größe aufweist.

   Io. Verfahren zur Herstellung verdichteter Barren, Bolzen oder ähnlicher Teile aus Metallpulver und ähnlichem,gekennzeichnet durch ein Einschließen eines Metallpulvers in einem eine Kammer bildenden duktilen Preß- bzw. Extrudierbehälter, wobei sich darin zumindest ein Kernelement über einen Teil der Länge der Kammer erstreckt und weitgehend parallel zur Längsachse der Kammer ausgerichtet ist, durch ein Erhitzen des Behälters und des darin enthaltenen Metallpulvers auf eine erhöhte Temperatur, durch ein Führen des erhitzten Behälters in Längsrichtung durch eine Form verringerten Querschnitts, durch Extrudieren bzw. Pressen und Verlängern des Behälters und des

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   Kernelements sowie Verdichten des Metallpulvers um den Kern in eine längliche und weitgehend.dichte züsammehängende Masse, durch Entfernen des Behälters vom Umfang der Masse und durch Entfernen des Kernelements von der Masse, um einen Barren, Bolzen oder ähnliches mit einer darin angeordneten länglichen öffnung zu bilden.

   11. Verfahren nach Anspruch lo, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt einer Quertrennung der Masse in eine Vielzähl von Querteile nach dem Entfernen des Behälters vom Umfang, durch ein Bearbeiten dieser Bereiche in Scheiben und durch anschließendes Entfernen des verbliebenen Teils des Kernelements vom Querteil.

   12. Verfahren nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter und das Kernelement aus duktilem bzw. dehnbarem oder streckbarem Stahlmaterial bestehen, wobei das Kernelement von der Masse maschinell entfernt wird,

   13. Verfahren nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter und die Kernelemente aus duktilem bzw. dehnbarem oder streckbarem Stahlmaterial bestehen, wobei das Kernelement von der Masse durch Auslaugen entfernt wird.

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