DE2333176B2 - Verfahren zum herstellen von aus metallpulver stranggepressten teilen - Google Patents

Description

23

176 '

Tabelle 1

Zusammensetzungen einiger Nickel-Basis-Superlegierungen (superalloys) (Gewichtsprozent)

Legierung

C Cr

Ti

Mo

Nimonic 75	0,12	20	—	0.5	—	—
Nimonic 8OA	0,08	20	1.5	2,4
Nimonic 90	0,10	20	1.6	2,4	—	—
Nimonic 95	0.12	20	2.0	3.0
Nimonic 100	0,20	11	5,0	1,3	5,0
Waspaloy	0,08	19	1.3	3,0	4,4	—
Udimet 700	0,10	15	4,3	3,5	5,2
Rene 41	0,09	19	1.5	3,1	10,0	—
IN-100 (Guß)	0,18	10	5,5	5,0	3,0	—
MAR-M200 (Guß)	0,15	9,0	5,0	2,0		12,5
B-1900 (Guß)	0,11	8,00	6,0	1,0	6,0	—
lNCO-713 (Guß)	0,14	13,0	6,0	0,75	4,5	—
M-252	0,15	19,0	1,0	2,5	9,8	—
18 Ni Maraging-Stähle	—	—	0,1	0,5	5,0	—
M-2 Werkzeugstahl	0,85	4,0	—	—	5,0	6,25
M-42 Werkzeugstahl	1,05	3,5	—	—	9,25	1,3
WD-65 (PWA 779)	1,05	16,75			3,75	2,0

Tabelle 1 (Fortse'*ung)

Legierung Co Cb

Fe

Ni

Nimonic 75 —

Nimonic 80A —

Nimonic 90 17,5

Nimonic 95 17,5

Nimonic 100 20,0

Waspaloy 13,5

Udimet 700 18,5

Rene 41 11,0

IN-100 (Guß) 15.0

MAR-M200 (Guß) —

B-1900 (GuB) 10,0

INCO-713 (Guß) —

M-252 10,0

18 Ni Maraging-Stähle 8,5

M-2 Werkzeugstahl —

M-42 Werkzeugstahl 7,75

WD-65 (PWA 779) 5,5

1,0

2,3 Cb+Ta

0,008

0.03

0,005

0,015

0,015 0,015 0.01

0,005

0,08 — —

0,05 — —

0,05 —

0,07 — —

0,1 - -

_ 5,0 (Max.)

— Diff. —

— Diff. 2,0
_ Diff. 1,05

— Diff. 2,5

Diff. (BaI.) Diff. Diff.

Diff. Diff. Diff.

Diff. Diff. Diff.

Diff. Diff. Diff.

Diff.

Weitere Stoffe sind in den obigen Legierungen nicht enthalten mit Ausnahme von 4,3 Ta in B-1900 (GuD).

Metallpulver der in Tabelle 1 aufgeführten Zusammensetzungen können in verschiedener Weise erzeugt werden, wobei der Mikroguß einer geschmolzenen Menge aus einer Legierung durch Gaszerstäubung ein bevorzugtes und geeignetes Verfahren darstellt. Geeignete Geräte sind in der US-PS 32 53 783 beschrieben.

Im Hinblick auf die schädlichen Wirkungen von Sauerstoff auf die physikalischen Eigenschaften des Preßkörpers ist es gewöhnlich bevorzugt, einen Mikroguß der geschmolzenen Legierung und eine Verfestigung und ein Sammeln der Partikeln bei nicht oxydierenden Bedingungen durchzuführen, wodurch der Sauerstoffgehalt des sich ergebenden Pulvers kleiner als ungefähr 200 ppm und vorzugsweise geringer als ungefähr 100 ppm ist. Dies kann durch Gaszerstäubung der geschmolzenen Legierung unter Anwendung eines Inertgases und eines Sammelns der zerstäubten Partikeln in einer Sammelkammer erzielt werden, die mit einem weitgehend feuchtigkeitsfreien Inertgas gefüllt ist, wobei Argon ein bevorzugtes Gas darstellt.

Die notwendigen Vorsichtsmaßnahmen, um den Sauerstoffgehalt derartiger Pulver unter einem bestimmten Wert zu halten, hängen weitgehend von den Arten und Mengen der in der 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 200 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 100 ppm aufweist. Die Verwendung von Helium oder kommerziell erhältlichem Argon mit nur minimalen Gehalten an herkömmlichen Verunreinigungen hat sich als besonders zufriedenstellend herausgestellt, um eine weitgehend trockene und inerte Atmosphäre für die Durchführung einer Gaszerstäubung und einer Sammlung von weitgehend sauerstofffreiem Metallpulver durchzuführen. In Übereinstimmung mit der bevorzugten Praxis wird das Innere der Sammelkammer anfänglich evakuiert, um weitgehend alle Luft zu entfernen, wonach eine Überflutung mit dem Inertgas als Vorbereitung des Mikroguß-Betriebes «folgt.

Abgesehen von der speziellen Technik, mittels derer das Metallpulver hergestellt wird, ist es gewöhnlich bevorzugt, daß die einzelnen Pulverpartikeln desselben oder «men ähnlichen chemischen Legjerungsanfbau haben. Die Metallpulverpartikeln weiden so ausgewählt, daß ihte mittlere Größe von 250 um bis zn 1 pm aufweist Besonders zufriedenstellende Resultate 'werden erzielt, wenn die mittlere GröBe der Purverpartikeln von ungefähr 150 μΐη bis herab zn 10 pan reicht and wenn die Partikeln willkürlich fiber den vorgenannten Bereich verteilt sind, wodurch sich eine maximale Packungsdichte ergibt. Eine weitere Venfichtang des frei fließenden Pulvers kann in dem PreBbehäfter dadu'räi erzielt weiden, daß der Behälter während des Füllens vibrationen im Schall- oder

Eme Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

weist einen Stranepreßbehälter 10 (F i g. 1 und 2) auf der einen Nasenbereich 12, eine dünne Wandune h und eine Endplatte 16 besitzt, die eine länglich! Kammer 18 begrenzen, die mit Metallpulver 20 gefüll wird. Der Nasenbereich 12 ist vorzugsweise nach vorn< abgeschrägt oder konisch gemäß 22 ausgebildet, un die Ausrichtung des Behälters auf der Strangpresse (nicht dargestellt) im Verlauf einer Bewegung de; Behälters nach links in Pfeilrichtung gemäß F i g. 1 zi

ίο vereinfachen. Der Nasenbereich 12 weist ferner vorzugsweise eine Ringschulter 24 auf, auf der die Wandung 14 überlappend aufliegt, wobei eine feste und dichte Verbindung beispielsweise mittels einer ringförmigen Schweißnaht 26 vorgesehen ist.

Tu ähnlicher Weise weist die Endplatte 16 eine Ringschulter 28 zur Aufnahme der Wanduns 14 auf. die mit der Endplatte 16 mittels einer rineförmieen Schweißnaht 30 verbunden ist. Die Endplatte 16 enthält ferner eine geeignete öffnung 32. Ein biegsames Rohr 34 ist beispielsweise durch Schweiß'ing an der Außenfläche der Endplatte und über der öffnung 32 befestigt, durch die das Metallpulver 20 eineefülli wird. Nach Beendigung des Füllvorgangs kann das Rohr 34 abgeklemmt oder wie bei 36 umgebogen und ferner gegebenenfalls verschweißt werden.

Ein oder mehrere Kernelemente 38 erstrecken sich in der Kammer 18 vom Nasenbereich 12 nach hinten unter weitgehender Ausrichtung mit der Längsachse 40 des Behälters. Das Kernelement 38 endet in einem Abstand vor der Endplatte 16. Die Länge des Kernelements gegenüber der Länge des Behälters wird abhängig von verschiedenen Variablen, wie der Packungsdichte des losen Metallpulvers in der Kammer, bestimmt, ferner durch das Verhältnis von Kammerdurchmesser und Durchmesser des Kernelements, durch das Gesamtvolumen der Kammer gegenüber dem vom Kernelement eingenommenen Volumen und durch die Art der verwendeten Strangpresse und des Preßverhältnisses beim Strangpressen. Es hat sich

für die meisten Verfahrenszustände, bei denen das Metallpulver in der Kammer mit einer Dichte von ungefähr 60% bis ungefähr 70% der theoretischen Dichte eingefüllt ist, als zufriedenstellend herausgestellt, wenn das Preßverhältnis im Bereich von uneefähr 6:1 bis ungefähr 10:1 liegt und daß das Kernelement über seine gesamte Länge eine weitgehend gleiche Form und Größe aufweist, um die Länge des Kernelements zu steuern. Das Volumen der Kammer zwischen dem Ende des Kernelements und der Innenwandung der Endplatte beträgt dafür ungefähr 30% bis 40% des Gesamtvolumens der Kammer.

Bei der speziell in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform enthält der zylindrische Behälter ein

Kernelement 38 mit einem weitgehend kreisförmigen Querschnitt, wobei das Kernelement weitgehend konzentrisch in dem Behälter angeordnet ist Sn Beispiel für eine abgewandelte Anordnung ist im Querschnitt in Fig.3 dargestellt, bei der der dar-

gestellte Behälter 42 eine Wandung 44 mit weitgehend kreisförmigem Querschnitt aufweist, wobei vier Kernelemente 46 symmetrisch am die zentrische Längsachse 48 des mit Metallpulver» gefüllten Behälters angeordnet ist

Eine andere Anordnung gemäS Fig. 4 zeigt einen Behälter 50, dessen Wandung 33 eine elliptische Form aod der ein Kernefcmeat 54 aufweist, dessen Zentrum mit der Längsachse 56 der Kammer zusammenfällt

3

und das ebenfalls eine elliptische und der Form der weise in einem einzigen Durchgang, wobei selbst-

Wandung entsprechende Form besitzt. verständlich auch mehrere Durchgänge vorgesehen

Unabhängig vom speziellen Aufbau des Behälters sein können, wenn dieses erwünscht oder erforderlich und der Anzahl und Form der vorgesehenen Kern- ist, um die gewünschte Querschnittsabnahme und elemente können der Behälter und dessen Komponen- 5 endgültige Form zu erhalten. Während des Strängten aus irgendeinem verformbaren Material bestehen, pressens fließen die Metallpulverpartikeln auf 99% bis das mit dem darin enthaltenen Metallpulver vertrag- 100% der theoretischen Dichte zusammen. Zur lieh und gegenüber den erhöhten Temperaturen, auf gleichen Zeit erfolgt auch eine Querschnittsverringedie der Behälter während des Strangpressens erwärmt rung und eine Verlängerung des Nasenbereiches, der wird, widerstandsfähig ist. Zusätzlich müssen die io Kernelemente und der Endplatte des Behälters.
Metalle bei der erhöhten Temperatur genügend fest Ein Strangpreßkörper 58 ist in F i g. 5 dargestellt: sein, um einen Bruch der Seitenwandungen beim Der Nasenbereich 12' ist im Durchmesser reduziert Pressen zu vermeiden und die Abdichtung der ver- und weitgehend verlängert, wobei auch das Kerndichteten Pulverpartikeln sicherzustellen. Unter den element 38' in ähnlicher Weise im Durchmesser verzahlreichen streckbaren Metallen, die sich für diesen 15 ringert und insgesamt verlängert wurde, so daß dessen Zweck eignen, gibt es vor allem die korrosionsbe- Ende sich weitgehend über die gesamte Länge des ständigen oder rostfreien Stähle, die den weiteren Preßkörpers 60 bis zu einer Position erstreckt, bei der Vorteil bieten, daß aus ihnen feste, dichte Behälter es die deformierte Endplatte 16' berührt. Auch die v;n verschiedenen Formen herstellbar sind. Wandung 14' weist einen reduzierten Durchmesser

Das Pulver mn der beschriebenen Partikelgröße 20 und eine verringerte Dicke als Ergebnis des Preß-

und dem gewünschten Legierungsaufbau wird in Vorgangs auf.

einen trockenen Behälter unter Vakuum oder einer Der Preßkörper 58 gemäß F i g. 5 wird gekühlt und inerten Atmosphäre und unter der Anwendung von der deformierte Nasenbereich 12' und die Endplatte 16' Vibrationen im Schall- oder Ultraschallbereich gefüllt, entfernt, beispielsweise durch Aufschneiden längs der um eine weitgehend vollständige Füllung des Behälters 25 Linien X-X und Y- Y. Dann wird die Wandung 14' zu erzielen. Danach wird der Behälter evakuiert, und vom Umfang des Preßkörpers 60 entfernt, wodurch die Einfüllröhre wird gemäß 36 in F i g. 1 zur Ab- gemäß F i g. 6 eine Stange 62 von einer dichten Ledi;htung des Behälterinhalts umgebogen, wonach gierung 65 mit einem Kern 64 aus Weich-oder Flußeine Lagerung über eine unbestimmte Zeit erfolgen stahl bzw. korrosionsbeständigem oder rostfreiem kann. 30 Stahl entsteht.

Vor der Verdichtung des Metallpulvers wird der Die Stange 52 kann in mehrere Scheiben 66 (F i g. 7)

Behälter mit dem Metallpulver erhitzt, entsprechend aufgeteilt werden; dabei wird das Kernelement mittels

der Zusammensetzung der Metallpulverpartikeln. Die eines herkömmlichen Verfahrens entfernt und eine

sp;zifische Temperatur zur Vorerhitzung des Metall- zentrale öffnung 68 erhalten. Die Scheiben 66 können

pulvers wird so gesteuert, daß sie sich der Zustands- 35 beispielsweise für die Herstellung von Lagerbüchsen

kurve der jeweiligen Legierung oder dem Schmelz- oder Rotoren für Gasturbinen o.a. dienen, wobei

punkt der Pulverpartikeln annähert, beispielsweise auf nur eine minimale Bearbeitung notwendig ist.

ungefähr 40 Grad. Es ist ferner möglich, die Scheiben 66 vor der Ent-

Nachdem alle Pulverbestandteile gleichförmig die fernung der Kemelemente weiter zu verformen, beigewünschte Preßtemperatur erreicht haben, wird der 40 spielsweise durch Warmverformung oder Heißschmie-Behälter stranggepreßt, wodurch der Querschnitt im den. Eine geschmiedete Scheibe 70 ist in F i g. 8 dar-Verhältnis von ungefähr 6:1 bis zu ungefähr 10:1 gestellt, die vier symmetrisch angeordnete Öffnungen 72 abnimmt. Ein derartiger Preßvorgang erfolgt normaler- aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 steht deshalb darin, derartige Preßkörper aus Metall-Patentansprüche - pulver mit wenigstens einer mittleren öffnung herzustellen, wobei eine möglichst hohe Genauigkeit des

1. Verfahren zuai Herstellen von aus Metall- fertigen Preßkörpers erzielbar ist und Abfall nach pulver straneeepreßten Teilen, bei dem ein Strang- 5 Möglichkeit vermieden werden soll
i^Rbehalt^in d^= ^cnissf-s rln s!2=isriöra^;- ⁿ"> ^A'!^>e >V prfindimoseemaR dadurch gelöst, ges~kerneiement mit etwa" "gleichförmigem Quer- daß vor dem Strangpressen die Länge des Kerneleschnitt parallel zu der Behälterlängsachse einge- ments so gewählt wird, daß das Volumen des zwischen legt ist, mit Metallpulver gefüllt, erliitzt und in dem freien Ende des Kernelementes und dem Behälter-Längsrichtung durch eine Strangprelivorrichtung io ende liegenden Behälterteils etwa 30 bis 40% des geführt wird, worauf der Behälter imd das Kern- gesamten Behältervolumens beträgt und das Kernelement entfernt werden, dadurch gekenn- element beim Strangpressen längsverformt wird,
zeichnet, daß vor dem Strangpressen die Dabei werden die Kernelemente während des Länge des Kernelements so gewählt wird, daß das Strangpressens verlängert, so daß sie sich in dem ferti-Volumen des zwischen dem freien Ende des Kern- 15 gen Preßkörper im wesentlichen über dessen gesamte elements und dem Behälterende liegende Behälter- Länge erstrecken. Erstreckt sich nämlich von vornteils etwa 30 bis 40% des gesamten Behälter- herein das Kernelement über die gesamte Länge des Volumens beträgt und das Kernetemeat beim Strangpreßbehälterx, so besteht bei den hohen zur Strangpressen längsverformt wird. Anwendung gelangenen Drücken die Gefahr, daß die

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ao Längung des Kemelementes zu dessen Verlagerung zeichnet, daß von dem Strangpreßkörper in Quer- aus der Längsachse führt, so daß die mittlere öffnung richtung mehrere Scheiben nach dem Entfernen nicht mehr Zentrist zu liegen kommt. Dabei entsteht des Behälters abgetrennt werden und anschließend ein erheblicher Abfall des verhältnismäßig kostdas Kemelement aus verformbarem Stahl maschi- spieligea Werkstoffs. Dies ist mit dem erfindungsgenell oder chemisch entfernt wird. as mäßen Verfahren vermieden. Die Kernelemente bestehen aus verformbarem Werkstoff mit solchen Eigenschaften, daß sie einfach und cchnell von dem Preßkörper entfernt werden können.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeich-

30 nung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Strangpreßbehälter mit einem Kemelement vor dem Strangpressen in einer ersten Ausführungsform,
F i g. 2 einen Querschnitt durch den Strangpreß-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen 35 behälter längs der Linie 2-2 der F i g. 1,
von aus Metallpulver stranggepreßten Teilen, bei F i g. 3 einen Querschnitt ähnlich F i g. 2 mit vier

dem ein Strangpreßbehälter, in den wenigstens ein symmetrisch verteilten Kernelementen,
stangenförmiges Kemelement mit etwa gleichförmi- F i g. 4 einen Querschnitt ähnlich F i g. 2, mit

gern Querschnitt parallel zu der Behälterlängsachse einem Behälter und einem Kemelement mit ellipeingelegt ist, mit Metallpulver gefüllt, erhitzt und in 4° tischem Querschnitt,

Längsrichtung durch eine Strangpreßvorrichtung ge- F i g. 5 einen Längsschnitt des Strangpreßbehälters

führt wird, worauf der Behälter und das Kernelement und da Preßkörpers nach dem Strangpressen,
entfernt werden. F i g. 6 eine Teilansicht eines Preßkörpers,

Die Erfindung geht von einem bekannten Verfahren F i g. 7 eine Ansicht einer Preßkörperscheibe und

aus (US-PS 35 53 829), mit dem Lochplatten für 45 F i g. 8 eine Ansicht einer Preßkörperscheibe, zu Elektronenstrahlröhren hergestellt werden, wobei der deren Herstellung der in F i g. 3 dargestellte Behälter die Kernelemente aufweisende Behälter mit Glas- verwendet wurde.

pulver gefüllt wird. Die Kernelemente erstrecken sich Das Verfahren ist besonders geeignet, jedoch nicht

über die gesamte Länge des Behälters. Nach dem notwendigerweise begrenzt auf die Herstellung von Strangpressen wird der Behälter entfernt, dei Preß- 50 stangenförmigen Preßkörpern aus sogenannten Superkörper in Scheiben geteilt und auch die Kernelemente legierungen auf Nickelbasis und Werkzeugstählen, entfernt. die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie nur äußerst

Andererseits ist auch ein Fließpressen von Sinter- schwer zu verformen sind, daß sie schwer herzustellen körpern (US-PS 33 91 444) bekannt, wobei ein Kern sind, daß sie relativ teuer sind und daß sie in einigen mit einer reibungsarmen Überzugsschicht versehen 55 Fällen bei anschließenden Nachverformungen einer wird. Dabei besteht der Sinterkörper aus zwei Ab- Makroausscheidung ausgesetzt sind, wodurch das schnitten, nämlich dem Kern und einem weiteren Erreichen optimaler physikalischer Festigkeitseigen-Abschnitt, der den Überzug bilden soll. schäften verhindert wird. Typische Zusammensetzun-

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es gen von zahlreichen Nickel- und Eisenbasislegierungen, sich um die Herstellung von Preßkörpem aus schwer 60 die vorteilhaft stranggepreßt werden können, sind in bearbeitbarem Metallpulver. Die Preßkörper können Tabelle 1 aufgeführt. Dabei sollen die spezifischen insbesondere zu Scheiben und Zylinderhülsen weiter- und in Tabelle 1 aufgezählten Zusammensetzungen verarbeitet werden, wie sie beispielsweise für Gas- selbstverständlich keinerlei Begrenzung im Hinblick turbinen in Flugzeugen verwendet werden. Dazu muß auf die Materialien darstellen, die verarbeitet werden der Preßkörper eine verhältnismäßig große mittlere 65 können. Das Verfahren ist für viele metallische Pulver öffnung aufweisen, durch die sich beispielsweise die wie auch für solche Pulver anwendbar, die spürbare Welle erstreckt. Mengen von intermetallischen und nichtmetallischen

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- Verbindungen aufweisen.