DE2524122A1

DE2524122A1 - Verfahren zum herstellen von gegenstaenden aus metallpulver

Info

Publication number: DE2524122A1
Application number: DE19752524122
Authority: DE
Inventors: Joseph M Wentzell
Original assignee: Homogeneous Metals Inc
Current assignee: Homogeneous Metals Inc
Priority date: 1974-05-31
Filing date: 1975-05-30
Publication date: 1975-12-18
Also published as: FR2272777A1; JPS512607A; IT1035828B; US3982934A; SE412541B; SE7506144L; JPS587683B2; GB1462737A; CA1045768A; BE829399A; FR2272777B1

Description

Dr.-lng. E. BERKENFRLD · Dipf.-lng. H. BFRKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 2. April 1975 vA. Name d. Anm. Homogeneous Metals, Inc.

Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus Metallpulver

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus Metallpulver und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Behälters für Metallpulver und dessen Füllung und Verdichtung.

Eine der bedeutenderen Schwierigkeiten beim Bearbeiten von Metallpulver liegt in der Handhabung dieser Metallpulver während des Fressens und Formens. Aus Metallpulver zu fertigende Gegenstände werden im allgemeinen hergestellt, indem man das zu verdichtende Pulver in eine Form oder Matrize gibt und in dieser unter Druck verfestigt. Unglücklicherweise ist es wie allgemein bekannt außergewöhnlich schwierig, in aus solchem Pulver bestehenden Gegenständen, die unterschiedliche Dicke, stufenförmig ausgebildete Abschnitte oder andere Schwankungen im Querschnitt aufweisen, gleichförmige Dichte zu erzielen. Die Gründe hierfür sind gleichermaßen gut bekannt, aber in der Praxis noch nicht gelöst worden. Das Problem liegt darin, daß Metallpulver nur sehr geringe seitliche Fließfähigkeit haben und sich damit nicht an Schwankungen in der Gestalt der Form anpassen können, wenn diese einen stark veränderlichen Querschnitt hat«

Als ausgezeichnetes Beispiel für diese Schwierigkeit stellen sich die in Gasturbinen oder Düsenmotoren zum Halten der Turbinenschaufeln verwendeten Scheiben dar. In Richtung auf ihre Mitte sind diese Scheiben im allgemeinen dicker als an ihren Kanten und zur Aufnahme von Dichtringen weisen sie mehrere Vorsprünge auf. Solche Scheiben haben einen von 25 mm bis etwa 100 mm oder mehr in der Stärke schwankenden Querschnitt. Beim Versuch einer Herstellung dieser Teile in einer Topfform in konventioneller Technik und unter Verwendung eines normalen Metallpulvers mit einer angenommenen Dichte von 50 % und mit Stempeln mit einer Kontur, um den zwischen 25 mm und 100 mm schwankenden Querschnitt zu erteilen, würde das durch den 25 mm starken Querschnitt dargestellte Volumen bis auf 100 % seiner theoretischen Dichte ver- ^{H 94/6} 509851/0778

dichtet werden, während das durch den 100 mm starken Querschnitt dargestellte Volumen nur bis auf ein Viertel der gewünschten Dichte oder etwa 62,5 % der theoretischen Dichte verdichtet werden würde. Das Endprodukt ist dann eine Scheibe mit unerwünscht hoher Porosität und DichteSchwankungen von Kante zur Mitte.

Nach der vorliegenden Erfindung ergibt sich nun ein Verfahren zum Lösen dieser gut bekannten und bisher unlösbaren Schwierigkeiten. Die Erfindung macht möglich, durch konventionelles Schmieden oder Kompaktieren hohle Gegenstände oder solche mit ungleichförmigem Querschnitt herzustellen und zu Endprodukten zu gelangen, die trotz ihrer unregelmäßigen Gestalt gleichförmige Dichte haben.

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus Metallpulver vorgesehen, gemäß dem ein plattiertes rundes Gehäuse entsprechend der zweckmäßig berechneten Vorpreßgröße des herzustellenden Endproduktes geformt wird. Das elektroplattierte runde g Gehäuse wird mit dem zu bearbeitenden Metallpulver gefüllt. Das Gehäuse wird mit einem Druck übertragenden Stützmedium umschlossen und unter Verwendung eines geeigneten Kraftübertragers, wie einer isostatischen Presse, kompaktiert. Das Stützmedium wird entfernt und läßt das Endprodukt in dem elektroplattieren Gehäuse zurück, das nach Wunsch entfernt wird oder verbleibt.

Vorzugsweise wird ein Modell mit den Abmessungen des Endproduktes multipliziert mit dem Kehrwert der dritten Wurzel der Dichte des zu verwendenden Metallpulvers hergestellt, eine Negativform um das Modell gebildet, das Modell aus der Negativform herausgenommen, ein Material in die Negativform gegossen, das elektrisch leitend ist oder sich anschließend mit einem elektrisch leitenden Material beschichten läßt, das sich seinerseits verflüchtigt oder löst, das gebildete Gußteil wird aus der Form herausgenommen und mit einem Material elektroplattiert, das mit dem Gußmaterial zum Formen des Gehäuses weder verflüchtigbar noch lösbar ist, das Gußmaterial wird aus dem Gehäuse herausgenommen, das Gehäuse mit dem zu formenden Metallpulver gefüllt, das Gehäuse mit einem Stützmedium umschlossen, das Gehäuse und sein Inhalt auf

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etwa 100 % Dichte heiQisostatisch gepreßt und das Stützmedium wird entfernt. Die Negativform besteht vorzugsweise aus einem Elastomer wie Silikonkautschuk. Das elektrisch leitende Metall ist vorzugsweise ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt oder eine Metallegierung wie eine Blei-Wismut-Legierung. Das elektroplattierte Gehäuse besteht vorzugsweise aus Nickel oder einem ähnlichen Metall. Das Stützmedium ist vorzugsweise Eisenpulver, das um das Gehäuse herum aufgebaut und vor dem Entfernen des Gußteiles auf gleichförmige Porosität gepreßt und nach dem Entfernen des Gußteiles gesintert wird. Das Eisen wird durch Maschinenbearbeitung nach dem Herstellen des Produktes aus der Superlegierung entfernt«, Als Stützmedium kann alternativ auch keramischer Kies, eine Flüssigkeit oder ein zweites gegossenes Material verwendet werden, welches bei der Preßtemperatur plastisch oder flüssig ist.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren nun weiter beschrieben.

Die Zeichnung zeigt die einzelnen Stufen beim Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ein Modell 10 wird gebildet mit den Abmessungen des Endproduktes multipliziert mit dem Kehrwert der dritten Wurzel der Dichte des endgültig zu verformenden Superlegierungs-Pulvers. Im gezeigten Beispiel wird ein Ring für einen Düsenmotor aus einer pulverförmigen Superlegierung hergestellt, wie diese im Handel als Hastelloy R-235 bekannt ist und die folgende Sollzusammensetzung aufweist: 0,15 % C, 15,5 % Cr, 2,5 % Co, 5,5 % Mol, 2,5 % Ti, 2,0 % Al, 10 % Fe und der Rest N.

Das Modell 10 wird in Silikonkautschuk eingeschlossen und aus diesem eine Negativform 11 gebildet.

Die Negativform 11 wird von dem Modell 10 abgenommen und zur Bildung eines elektrisch leitenden Gußstückes 12 in der Form des ursprünglichen Modells 10 mit einer geschmolzenen Blei-Wismut-Legierung gefüllt. Vorzugsweise wird ein dünnwandiges Nickelrohr

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vor der Erstarrung in das Gußstück 12 Eingesetzt. In der Seitenwand seines eingeschobenen Endes weist dieses Rohr 13 Löcher 13a auf.

Nach der Erstarrung des Gußstückes 12 aus der Blei-Wismut-Legierung wird es aus der Form 11 herausgenommen und mit Nickel bis auf eine geeignete Stärke von zum Beispiel 0,05 bis 0,075 mm unter Bildung eines Gehäuses 14 galvanisiert. Das Gehäuse 14 und das Gußstück 12 werden in Eisenpulver eingeschlossen. Nach konventioneller Preßtechnik wird dieses bis auf eine gesteuerte Porosität gepreßt, die im wesentlichen die gleiche wie die der herzustellenden Superlegierung ist. Falls das Pulver der Superlegierung zum Beispiel eine Dichte von 70 % seines theoretischen Wertes hat, wird das Eisen zur Bildung des Stützmediums 15 bis auf 70 % seiner theoretischen Dichte verdichtet.

Das aus der Blei-Wismut-Legierung bestehende Gußstück 12 wird geschmolzen und über das Rohr 13 abgezogen. Das Eisenpulver des Stützmediums 15 wird auf übliche Weise gesintert.

Der Innenraum des Gehäuses 14 wird mit Säure gereinigt und mit der zu formenden pulverförmigen Superlegierung 16 (Hastelloy R.235) gefüllt.

Der vollständige Preßling wird dann in eine Büchse gegeben und die Büchse 17 wird evakuiert und abgedichtet. Der evakuierte und eingeschlossene Preßling wird dann isostatisch auf 100 % theoretische Dichte heißgepreßt.

Die Büchse 17 und das gesinterte pulverförmige Eisenstutzmedium 15 werden dann mit üblichen Mitteln einschließlich Maschinenbearbeitung und Abbeizen entfernt und es ergibt sich ein Endprodukt 18 aus einer Superlegierung mit 100 % Dichte.

Auf die gleiche Weise wie dies für Eisenpulver im vorstehenden Beispiel erläutert wurde, lassen sich keramischer Kies oder andere Pulverförmige Stoffe auf eine Porosität im wesentlichen gleiche*» der der zu verdichtenden Superlegierung um das Gehäuse H _94/6 509851/0778

14 herum verdichten, das Gußstück 12 wird entfernt, das Gehäuse mit dem zu verdichtenden Material gefüllt und die gesamte Anordnung zum Endprodukt gepreßt.

Patentansprüche

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Claims

Dr.-lng. E. BERKENFF.LD · Dipl.-lng. H. BFRKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen zur Eingabe vom 2. April 1975 vA. Name d. An™. Homogeneous Metals, Ine. PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus Metallpulver mit unregelmäßigem Querschnitt, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrens stufen:

(a) Formen eines plattierten Metallgehäuses auf eine geeignet berechnete Vorpreßgröße des zu formenden Endteiles,

(b) Füllen des elektroplattieren Gehäuses mit dem zu verformenden Metallpulver,

(c) Umgeben des gefüllten Gehäuses mit einem Stützmedium,

(d) Zusammendrücken des zu formenden Metallpulvers in dem elektroplattierten Gehäuse auf die gewünschte Endform und

(e) Herausnehmen des geformten Metallpulvers aus dem Stützmedium.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Formung des plattierten Gehäuses mit de_n folgenden Verfahrensschritten:

(a) Herstellen eines Modells mit den Abmessungen des gewünschten Endteiles multipliziert mit dem Kehrwert der Kubikwurzel der Dichte des zu verformenden Metallpulvers (unter Dichte ist hier und im vorstehenden die Enddichte nach einem durch Vibration oder dergleichen bewirkten Setzen zu verstehen),

(b) Ausbilden einer Matrize um das Modell,

(c) Abnehmen der Matrize von dem Modell und Füllen der Matrize mit einem elektrisch leitenden und einer speäteren Fluidifizierung zugänglichen Material,

(d) Verfestigen des elektrisch leitenden Materials und dessen Herausnehmen aus der Matrize,

(e) Elektroplattieren des geformten elektrisch leitenden Materials und

(f) Herausnehmen des elektrisch leitenden Materials unter Belassung eines elektroplattieren Gehäuses.

3„ Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ma-H 94/6 509851/0778

- 7 trize aus einem Elastomeren hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material ein bei niedriger Temperatur schmelzendes Metall ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrigschmelzende Metall eine Blei-Wismut-Legierung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützmedium gesintertes Eisenpulver, keramisches Granulat oder ein flüssiger Stoff ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützmedium gesintertes Eisenpulver ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver durch isostatisches Pressen unter Hitze verdichtet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver in einer heißen Vakuumpresse verdichtet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver in einer Schmiedepresse verdichtet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse durch Niederschlag aus dem Dampfzustand gebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützmedium ein elastischer Feststoff ist.

13. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize mit einem normalerweise elektrisch nichtleitenden Material gefüllt wird, das mindestens zeitweilig elektrisch leitend gemacht wurde.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das H 94/6 509851/0778

normalerweise nichtleitende Material durch einen Überzug elektrisch leitend gemacht wird«

15. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das

Stützmedium auf einen Prozentsatz der theoretischen Dichte gepreßt wird, der im wesentlichen gleich ist dem Prozentsatz der theoretischen Dichte des zu verdichtenden Pulvers.

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