DE2436588C2

DE2436588C2 - Verfahren zum Herstellen von dispersionsverfestigten Werkstoffen aus Metall- bzw. Legierungspulver

Info

Publication number: DE2436588C2
Application number: DE2436588A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof. Dr. Wien Jangg
Original assignee: Vereinigte Metallwerke Ranshofen-Berndorf AG, 5282 Braunau am Inn, Oberösterreich
Current assignee: Eckart Werk Standard Bronzepulver Werke Carl Eckart GmbH and Co
Priority date: 1973-08-02
Filing date: 1974-07-30
Publication date: 1989-11-23
Also published as: CH606453A5; FR2239535A1; FR2239535B3; AT339060B; IT1018808B; DE2436588A1; HU169363B; GB1482777A; ATA677973A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von dispersionsverfestigten Werkstoffen aus Metallbzw. Legierungspulver durch Vermählen eines Ausgangspulvers mit einem Dispersoid und anschließendem Kompaktieren des Mahlgutes.

Dispersionsverfestigte metallische Werkstoffe, bei denen in der metallischen Matrix sehr feine Teilchen von nichtmetallischen oder metallischen Stoffen dispergiert sind, zeichnen sich durch wertvolle Eigenschaften, wie Härtesteigerung, Verbesserung der Zugfestigkeit und Erhöhung der Warmfestigkeit, aus. Es ist bekannt, die Dispersoide in den Werkstoff einzumahlen (DE-OS 22 32 884). Dazu werden mit einem oberflächlichen Film von Al-Oxyd behaftete Teilchen verwendet. Auch feine Al-Oxyd-Pulver bzw. andere als Dispersoide geeignete Pulver können zugesetzt werden. Auch wenn die Oxyde während des Mahlvorganges noch mehr zerkleinert und dabei Teilchengrößen bis 0,2 μίτι erreicht werden, so liegen diese noch sehr deutlich über der optimalen Korngröße von 0,03 bis 0,05 μιτι. Gemäß einem anderen bekannten Verfahren (DE-OS 20 49 546) Werden solche Metall- bzw. Legierungspulver dadurch gewonnen, daß auf einem Ausgangspulver durch Glühen unter Luft bzv. unter reaktiven Gasen ein oberflächlicher Oxyd-Film gebildet wird. Beim anschließenden Kompaktieren dieser Pulver werden die so gebildeten Oberflächenfilme zerbrochen und diese Bruchstücke im Werkstoff dispergiert. Durch den notwendigerweise vorhandenen Überschuß an reagierendem Gas und durch die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von sehr vielen, teilweise schwer einhaltbaren Parametern (Zusammensetzung, Teilchengröße und -verteilung der Pulver, Temperatur und Reaktionsdauer usw.) ist es jedoch nicht möglich, gleichmäßige Produkte zu erhalten. Da die Oberflächenfilme während des Kompaktierens der Pulver abgeschert und im Werkstoff dispergiert werden müssen, läßt sich auf diese Weise auch keine gleichmäßige Verteilung der Partikel in der Matrix erzielen. Ebenfalls fehlt es an einer gleichmäßigen Verteilung der Teilchen. Die beim Zerbrechen der Oberflächenfilme entstehenden Teilchen entsprechen im allgemeinen der Größenordnung der Filmdicke und sind daher auch zu grob. Dabei bleiben meist noch größere Anteile von großen, flachen Filmbruchstücken, die die Werkstoffeigenschaften stark negativ beeinflussen, übrig. Als nachteilig hat sich bei diesen bekannten Verfahren ferner erwiesen, daß zur Vermeidung des Verschweißens der Pulverteilchen mit den Mahlkugeln und den Mahlkammerflächen noch der Einsatz von oberflächenaktiven Stoffen notwendig wird, wodurch wiederum die Gefahr von Verunreinigungen des Werkstoffes erhöht wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von dispersionsverfestigten Werkstoffen aus Metall- bzw. Legierungspulver vorzuschlagen, bei dem die Dispersoide in angenähert optimaler Teilchengröße und weitgehend gleichmäßiger Verteilung in ein Ausgangspulver eingemahlen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangspulver oder Ausgangspulvergemisch mit mindestens einem Zusatzstoff bzw. Anteilen desselben, der mit diesem Ausgangspulver reagiert, bis zur vollständigen Umsetzung und gleichmäßigen Verteilung der Reaktionsprodukte intensiv vermählen wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird, weitgehend unabhängig von der Teilchengröße der Ausgangspulver, einmal eine sehr gleichmäßige Verteilung der sich während des Mahlens bildenden Dispersoide in der Matrix und zum anderen eine sehr feine Gefügekorngröße erreicht. Auch bei groben, mit dem Matrixmetall reagierenden Zusatzstoffen entstehen die Dispersoide in der gewünschten und für eine entsprechende Verfestigung notwendigen Feinheit von kleiner als 0,1 μιτι. Es ist daher der Einsatz von groben und billigen Einsatzstoffen möglich und es können, da sich die Dispersoide erst während des Mahlens mit der gewünschten Zusammensetzung bilden, leicht zugängliche Ausgangsstoffe eingebracht werden.

Vorteilhafte Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen beansprucht.

Der Mahlvorgang nimmt meist längere Zeit, oft einige Tage, in Anspruch. Die genügende Mahldauer, bei der die Umsetzung zwischen den eingesetzten Stoffen abgeschlossen und die Reaktionsprodukte in das Matrixmetall gleichmäßig eingemahlen sind, ist leicht daran zu erkennen, daß die Metallpulver, die mit fast beliebiger Teilchengröße, vorteilhafterweise unter 1—2 mm eingesetzt werden, plötzlich beginnen, zu größeren Teilchen zu agglomerieren. Solange die Umsetzung noch nicht abgeschlossen ist und die Reaktionsprodukte noch nicht gleichmäßig verteilt sind, liegt während des Mahlens ein durch Zerkleinerung der eingesetzten Ausgangspulver entstandenes sehr feinteiliges, meist staubendes Produkt vor.

Nach.dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Pulver eines Reinmetalles mit einem mit diesem reagierenden Stoff umgesetzt werden. In diesem Falle werden dispersionsverfestigte Legierungen erhalten, die die Dispersoide in einer Metallmatrix enthalten. Man kann aber auch mehrere Metallpulver gleichzeitig zum Einsatz bringen, wobei dann die Matrix aus einer Legierung besteht. Die Legierungsmatrix kann, bei entsprechender Wahl der Ausgangsstoffe, ζ. Β. besondere Korrosionsfestigkeit aufweisen oder auch ausscheidungshärtbar sein. Beim Einsatz von mehreren Metallen gleichzeitig kann der Zusatzstoff mit einem der Metalle oder auch mit mehreren bzw. allen eingesetzten Metallen gleichermaßen reagieren. Ebenso ist es

möglich, fertige Legierungspulver einzusetzen, bei denen einzelne oder auch alle Legierungskomponenten mit dem Zusatzstoff reagieren können.

Als Zusatzstoffe können im Prinzip alle Stoffe eingesetzt werden, die sich mit dem Metall- bzw. Legierungspulver umsetzen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können sowohl einzelne reagierende Stoffe als auch Stoffgemische verwendet werden. Vorzugsweise werden die Oxide edlerer Metalle, die als Dispersoide Oxide der Basismetalle bilden, weniger stabile Karbide oder Nitride, die feinste Ausscheidungen von Karbiden bzw. Nitriden der Basismetallc bilden, oder auch mit Vorteil kohlenstoffhaltige Substanzen, wie Ruß, Kohlenwasserstoffe, Stärke, Zucker u.a. eingesetzt

in den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Herstellung von dispersionsverfestipten Legierungen auf der Basis Aluminium und Kupfer mit carbidischen Dispersoiden beschrieben. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Komponenten beschränkt Es lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ganz allgemein alle Metalle und Legierungen (z. B. auch Ni und Ni-Legierungen, Stahl, Sonderstähle, Superlegierungen usw.) mit oxidischen, carbidischen, nitridischen und anderen Partikeln, die während des erfindungsgemäßen Reaktionsvermahlens entstehen, härten.

Ausführungsbeispieie

1. 1000 g Al-Pulver mit einer Teilchengröße von durchschnittlich 0,5 mm wird mit 40 g Flammruß

zusammen in luftdicht verschlossenen Mahlgefäßen einer Schwingmühle bis zum Beginn einer Vergröberung — nach vier- bis fünftägiger Mahldauer — gemahlen. Nach Beendigung der Mahlung wird das Pulver kalt mit einer Preßkraft von 4000 bar zu zylindrischen Bolzen verpreßt und diese bei einer Temperatur von 550° C zu kompaktem Material stranggepreßt. Der erhaltene Werkstoff hat eine Zugfestigkeit (20°C) über 350 N/mm² und sehr gute Warmfestigkeit

2. 1000 g Al-Pulver werden zusammen mit 6 g Paraffin in einer Rührkugelmühle bis zur beginnenden Agglomeration (etwa 2 Tage) vermählen und das Pulver, wie in Beispiel 1 beschrieben, weiter verarbeitet Es werden hervorragende Kalt- und Warmfestigkeitseigenschaften erhalten.

3. Eine Mischung von 935 g Al-Pulver, 40 g Cu-Pulver, 15 g Mg-Pulver und 10 g Mn-Pulver, alle mit Teilchengrößen unter etwa 1 mm, wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, zusammen mit 40 g Flammruß in der Schwingmühle 5 bis 6 Tage vermählen und das erhaltene Mahlprodukt stranggepreßt

4. 1000 g einer gepulverten Cu-Ti-Legierung mit 4 Gew.-% Ti werden mit 25 g Flammruß in einer Rührkugelmühle 3 Tage lang gemahlen und das Mahlprodukt bei einer Temperatur von 900 bis 950°C auf übliche Weise stranggepreßt. Man erhält eine dispersionsverfestigte Kupferlegierung mit hoher Härte und Zugfestigkeit vor allem sehr guten Warmfestigkeitseigenschaften.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von dispersionsverfestigten Werkstoffen aus Metall- bzw. Legierungspulver durch Vermählen eines Ausgangspulvers mit einem Dispersoid und anschließendem Kompaktieren des Mahlgutes, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangspulver oder Ausgangspulvergemisch mit mindestens einem Zusatzstoff bzw. Anteilen desselben, der mit diesem Ausgangspulver reagiert, bis zur vollständige Umsetzung und gleichmäßigen Verteilung der Reaktionsprodukte intensiv vermählen wird.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf Zusatzstoffe, wie Oxyde, Nitride, Karbide oder andere kohlenstoffhaltige Substanzen, vorzugsweise Ruß, Kohlenwasserstoffe, Stärke, Zucker oder organische Abfallprodukte.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf ein Ausgangspulver aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und Kohlenstoff als Zusatzstoff.