DE2460013B2

DE2460013B2 - Verfahren zum herstellen metallischer formkoerper

Info

Publication number: DE2460013B2
Application number: DE19742460013
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr 5608 Radevormwald; Albano-Müller Lothar Dr.-Ing 5830 Schwelm; Kiethe Horst Dr 5630 Remscheid; Röhlig Rainer 5608 Radevormwald Zapf
Original assignee: Sintermetallwerk Krebsoege GmbH
Current assignee: Sintermetallwerk Krebsoege GmbH
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1974-12-19
Publication date: 1977-12-22
Also published as: FR2333600B1; FR2333600A1; BE836722A; IT1048066B; SE7514276L; DE2460013A1; US4032335A; GB1489967A; DE2460013C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum to Herstellen von Formkörpern mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen.

Formkörper des vorerwähnten Art lassen sich beispielsweise durch Gießen herstellen. So ist es bekannt, metallkeramische Verbundkörper in der Weise herzustellen, daß in einer Gießform stückiger Korund mit schmelzflüssigem Aluminium umgössen wird. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig, weil der Verbundkörper über den Schmelzfluß erzeugt wird. Außerdem ergeben sich Schwierigkeiten, die Korund-Stückchen an der vorgesehenen Stelle in der Gießform bzw. in dem schmelzflüssigen Metal, zu halten.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ergibt sich, wenn es beim Herstellen des Verbundkörpers nicht zu einer festen Verbindung und/oder einer Umsetzung zwischen der metallischen Bettungsmasse und den eingelagerten Teilchen kommen soll. Insoweit ist das bekannte Verfahren auf die Verwendung eingebetteter Teilchen beschränkt, die gegenüber dem schmelzflüssigen Metall inert bzw. ausreichend bestän- «) dig sind. So können beispielsweise Teilchen aus einem bei niedriger Temperatur schmelzenden Metall bei dem bekannten Verfahren nicht eingesetzt werden, weil solche Teilchen durch das schmelzflüssige Metall angegriffen bzw. mindestens teilweise gelöst werden. t,--,

Um die mit der Verwendung schmelzflüssiger Metalle verbundenen Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es bekannt, Verbundkörper durch sogenanntes Sprengplattieren herzustellen. Dabei werden beispielsweise Hartmetallkugeln in einen regulinisch hergestellten Metallträger bei Normaltemperatur nach Art eines Explosionsumformens hineingedrückt. Die Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch wegen der für das Verformen des TrägermetalJs erforderlichen hohen Kräfte auf das Einbetten verhältnismäßig kleiner Kugeln beschränkt und läßt sich mit anders gestalteten, insbesondere ungleichmäßigen, beispielsweise kantigen Teilchen nicht durchführen. Hinzu kommt, daß sich das Sprengplattieren nur mit solchen Werkstoffkombinationen durchführen läßt, die einen verhältnismäßig hohen Härteunterschied besitzen. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß es im Wege eines Kaltschweißens zu einer metallischen Bindung zwischen den Kugeln und dem Trägermetall kommt. Dies ist dann von Nachteil, wenn die Bindung zwischen den Kugeln und der Bettungsmasse nur vorübergehend sein oder sich die Kugeln unter bestimmten Bedingungen aus der Bettungsmasse lösen sollen.

Aus der DT-OS 21 58166 ist auch bereits ein Verfahren zum Herstellen von Mehrschicht-Körpern bekannt, bei dem zunächst ein Deckschichtpulver an einem Kern oder einer Formenwandung befestigt und in den danach noch freien Formenhohlraum ein weiteres Schichtpulver eingefüllt wird. Beim Pressen entsteht dann ein zweischichtiger Körper, der alsdann von dem Träger gelöst und gegebenenfalls gesintert wird. Demzufolge ist bei diesem Verfahren der Träger Bestandteil der Preßform. Außerdem zielt das bekannte Verfahren auf eine feste Bindung zwischen der Deckschicht und der anderen Schicht bzw. der Hauptmasse des Formkörpers ab, so daß insgesamt gesehen der bekannte Mehrschicht-Körper keine in einer metallischen Bettungsmasse eingelagerte diskreten Teilchen aufweist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich diskrete Teilchen in eine metallische Bettungsmasse einlagern lassen, ohne daß es dabei zu einer festen Bindung und/oder Umsetzung zwischen der Bettungsmasse und den Teilchen kommt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Teilchen an einem metallischen, gegebenenfalls pulvermetallurgisch hergestellten Träger befestigt und mit einer Bettungsmasse aus einem Metallpulver und/oder einem regulinischem Material umhüllt werden, und daß der Träger mit den Teilchen und der Umhüllung isostatisch verpreßt wird.

Der Träger und/oder die Umhüllung können beispielsweise aus einem niedrig gekohltem Stahl bestehen. Als regulinischer Werkstoff eignet sich auch Blech, das sich beim isostatischen Pressen um die Teilchen herumlegt. Bestehen Träger und Umhüllung aus einem regulinischen Werkstoff, dann kann durch das isostatische Pressen eine Art Kugelkäfig hergestellt werden. Der freie Raum zwischen dem Träger und einer regulinischen Umhüllung kann auch mit Pulver gefüllt sein.

Vorzugsweise besteht die Umhüllung aus Metallpulver, mit dem die Teilchen nach dem Fixieren an dem Träger umfüllt werden. In diesem Falle muß der Preßkörper anschließend gesintert werden.

Besonders eignet sich beispielsweise als Umhüllung bzw. ßettungsmasse ein Pulvergemisch aus 4% einer Mangan-Chrom-Molybdän-Vorlegierung mit beispielsweise 23 bis 25% Mangan, 23 bis 25% Molybdän, 23 bis

10

21)

, _rhrorn Rest Eisen sowie 0,4 bis 0,6% Kohlenstoff,

²³ t Fisen einschließlich erschmelzungsbedingter Ver-

• imineen Geeignet ist auch ein Pulver aus 4%

rhroSbid'(Cr^C₂) und 3% Nickel, Rest Eisen

h ießlich erschmelzungsbedingter Verunreinigun-

⁶¹ ipr aus 1 bis 6% Mangan als Ferromangan mit

^gen/ Mangan Rest Eisen einer Teilchengröße unter 800/0 Mangd^ ^^ ^ _{Ferrokupfer mit 8O}o_{/o Kupfer}

⁶³^iner Teilchengröße unter 150 um sowie 01, bis to/ Kohlenstoff, Rest Eisen einschließlich erschmelhpHinster Verunreinigungen oder aus 4% Man-^ZUng|S Kup'er und 0,2% Kohlenstoff, Rest Eisen. ^gan : erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für e.ne η 7ahl von Metall/Metall- oder Metall/Keramikiombinationen, solange es nicht beim Sintern zum » Thmel-'en der diskreten Teilchen kommt. ^AUn_a Ie Sintertemperatur wesentlich unter der Schmelztemperatur der Bettungsmasse liegen kann, naturgemäß für die Te.lchen e.ne weitaus ^k0Te ZahT von Werkstoffen infrage als beim The ten in eine zunächst schmelzflüssige Bettungs-^E Andererseits lassen sich im Gegensatz zum

f^SS%DlatS auch weichere Werkstoffe für die ^Spr, _h ^gP und härtere Werkstoffe für den Träger ^Te /öSer de Umhüllung verwenden. Die Teilchen "können udem auch unregelmäßig geformt sein, da das Scr aufgrund seines Formfüllungsvermogens die Ken völlig einzuhüllen vermag und zudem noch verdichtet werden kann. Vorzugsweise besitzen die Te ehe jedoch eine höhere Härte und/oder größere η htP ils der Träger und/oder die Umhüllung. ^Dlß„ weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfah_n lieg darin, daß sich die Bindung der diskreten S chen im Träger und in der metallischen Bettungsrf.irch Wahl einer entsprechenden S.ntertempe^m3S Hdauerin weiten Grenzen einstellen läßt. So L^atn^Une^Un beispieweise Hartmetallkugeln mit verhältnis-Sg los Bindung in eine im wesentlichen aus Eisen bestehende Bettungsmasse eingelagert werden. Dabei ίΓηη die Bettungsmasse, anders als beim Sprengplatt.e-Ie eine verhältnismäßig hohe Härte besitzen und κ Walls sopar sehr spröde sein. Andererseits laßt ^gegh 2 Bindung der Teilchen aber auch dadurch Stellen daß dta Teilchen eine beim Sintern Brücken bSende Deckschicht, beispielsweise aus Kupfer oder Pinp inerte Oxidschicht aufweisen, eine merit ^ diskreten Teilchen kann in

dem lsosiausuicii ι ι >.o».,

während des Einfüllens des Pulvers oder

it besteht darin, Teilchen aus im

srisrvSr

,wischen den Teilchen und

Ä^spShebend „der durch Gieien herges.e[i »erden; besonders gceigne, s,nd ,edoch pulvermetallurgisch hergestellte Träger, die schon beim Pressen des Pulvers mit den erforderlichen Vertiefun gen versehen werden können. Sofern der Träger eine ausreichende Festigkeit besitzt, braucht er nach dem Pressen nicht unbedingt gesintert zu werden, er kann jedoch auch bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur von beispielsweise 700 bis 900° C gesintert werden. Dies besitzt den Vorteil, daß sich dann die Teilchen beim isostatischen Pressen leicht in den weichen Träger hineindrücken. Andererseits kann ein Träger aber auch gehärtet werden, um eine möglichst hohe Lagegenauigkeit der Teilchen beim anschließenden isostatischen Pressen zu erreichen. Ein verhältnismäßig harter Träger ergibt sich auch, wenn die Sintertemperatur 1000 bis 1300^cC, beispielsweise 1280° C beträgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein PreQwerkzeug nach dem Einfüllen einer Hülle aus Pulver und

F i g. 2 das in Fig. I dargestellte Preßwerkzeug nach

dem Pressen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beispielsweise so durchführen, daß die diskreten Teilchen 1, beispielsweise Hartmetallkugeln, mit Hilfe einer Haltehülse 2 konzentrisch und gleichmäßig an der Außenwandung eines pulvermetallurgisch oder regulinisch hergestellten zylindrischen Träger 3 fixiert werden. Dies geschieht in einem aus einem unteren Deckel 4 und einem elastischen Preßmantel 5 sowie einem Kern 6 bestehenden Preßwerkzeug. Die Hartmetallkugeln 1 befinden sich dabei in achsparallelen Rillen 7 des Trägers 3. Nach dem Einfüllen des Pulvers 7 wird die Haltehülse 2 langsam aus dem Werkzeug gezogen, wobei das Pulver in den Zwickelraum 8 zwischen den Kugeln 1 eindringt. Alsdann wird der obere Deckel 9 aufgesetzt und das Werkzeug mit Dichtungsmanschetten 10 versehen sowie in eine übliche isostatische Presse ι eingesetzt, in der der Preßmantel 5 durch ein flüssiges Medium mit einem Druck von 30 bis 80 hb, vorzugsweise 60 hb beaufschlagt und das Pulver radial verdichtet wird. Dabei ergibt sich ein die Kugeln 1 in der gewünschten Weise enthaltender Formkörper 1, 3, 7, ϊ der bei entsprechender Wahl, der Sintertemperatur so gesintert werden kann, daß es zu keiner metallischen Bindung zwischen den Kugeln 1 und der Bettungsmasse 7 kommt. Das Sintern erfolgt bei Temperaturen von 1000 bis 1300° C, vorzugsweise bei 1280°C, im Vakuum )i> oder unter Schutzgas in gegetterten Kästen. In ähnlicher Weise kann unter Verwendung eines hohlzylindrischen Trägers, dessen Innenwandung beispielsweise mit Kugeln besetzt ist, auch ein hohlzylindrischer Formkörper hergestellt werden, wobei der elastische Preßmantel alsdann eine Art Kern bildet.

Im Rahmen eines Versuches wurde in ein isostatisches Preßwerkzeug der in der Zeichnung dargestellten Art ein Pulver der oben angegebenen Zusammensetzung eingefüllt und nach dem Einsetzen in eine übliche isostatische Presse bei einem Druck von 60 hb zu einem zylindrischen Träger gepreßt. Der Träger wurde alsdann im Vakuum bei 1280° C gesintert und anschließend auf dem Umfang mit achsparallel verlaufenden Längsrillen versehen. Der zylindrische Träger wurde aisdann wiederum in das Preßwerkzeug eingesetzt und unter Zuhilfenahme einer Haltehülse mit Kugeln aus einer Wolfram-Nickel-Eisen-Legierung mit 95% Wolfram, 3,5% Nickel und 1,5% Eisen versehen. Anschlie-

Bend wurde der freie Innenraum des Preßwerkzeugs mil einem Pulver der oben angegebenen Art gefüllt und unter gleichzeitigem Vibrieren die Haltehülse langsam aus dem Werkzeug gezogen. Danach wurde das Werkzeug in eine übliche isostatische Presse eingesetzt und erneut bei einem Druck von 60 hb gepreßt. Der Preßkörper wurde anschließend im Vakuum 1 bis 3 Stunden bei 1280⁰C gesintert.

Bei weiteren Versuchen kamen schon beim Pressen mit Rollen versehene, bei 700 bis 900°C gesinterte sowie gehärtete Träger zum Teil aus reinem Eisenpulver oder

auch regulinische Träger aus niedrig gekohltem Stahl zur Verwendung. So wurden beispielsweise in den Ringraurn zwischen zwei zylindrischen Trägern aus einem üblichen niedrig gekohlten Stahl Kugeln gebracht und anschließend zusammen mit den beiden Trägern in einer isostatischen Presse bei einem Druck von 60 hb verpreßt. Dabei legte sich das regulinische Material formschlüssig auf die Kugeln und ergab sich eine Art Kugelkäfig, der anschließend mit Pulver umfüllt und in der vorerwähnten Weise isostatisch gepreßt und gesintert wurde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Formkörpern mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen an einem metallischen, gegebenenfalls pulvermetallurgisch hergestellten. Träger befestigt und mit einer Bettungsmasse aus einem Metallpulver und/oder einem regulinischen ι ο Material umhüllt werden und daß der Träger mit den Teilchen und der Umhüllung isostatisch verpreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkurper aus den Teilchen und der Umhüllung gesintert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen in Vertiefungen des Trägers fixiert werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen magnetisch fixiert werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen zwischen dem Träger und einer Haltehülse fixiert werden und die Haltehülse vor dem isostatischen Pressen entfernt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver beim Einfüllen und/oder Entfernen der jo Haltehülse vibrationsverdichtet wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aus diskreten Teilchen und Umhüllung bestehende Preßkörper mit einem Metallpulver umgeben, isostatisch verpreßt und gesintert wird.