DE2641997A1

DE2641997A1 - Verfahren zur herstellung von gegenstaenden aus einer wolfram-nickel- eisen-legierung

Info

Publication number: DE2641997A1
Application number: DE19762641997
Authority: DE
Inventors: Jun Walter Glenn Northcutt; Jun William Bryson Snyder
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1975-09-18
Filing date: 1976-09-17
Publication date: 1977-03-24
Also published as: CA1065653A; GB1529899A; DE2641997C2; FR2324748B3; FR2324748A1; JPS5237503A; US3979234A

Description

United States Energy Research And Development Administration, Washington, D.C. 20545, V.St.A.

Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus einer Wolfram-Nickel-Eisen-Legierung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer hoch dichten W-Ni-Fe-Legierung, und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus einer solchen Legierung. Die erfindungsgemäße Legierung ist besonders zweckmäßig für eine Armierung durchdringende Projektile (Penetriervorrxchtungen).

Wegen seines hohen Schmelzpunkts, seiner Dichte und anderer physikalischer Eigenschaften ist Wolfram ein aktraktives Material für die.Herstellung von Penetriervorrxchtungen. Reines Wolfram macht jedoch eine hohe Sintertemperatur erforderlich und ist insgesamt zu spröde, um als Penetriervorrichtung wirkungsvoll zu sein. Es ist deshalb erforderlich, daß W mit anderen Elementen legiert wird, um seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Die vorliegende Erfindung sieht eine Legierung mit erhöhtem Wirkungsgrad als Armier-Penertriervorrichtung vor.

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Ein zur Durchdringung einer Armierung dienendes Projektil (Penetriervorrichtung) ist ein Geschoß/ welches aus einem Material hergestellt ist, das eine hohe Eindringfähigkeit besitzt und von einem Gewehr oder einem Geschütz aus abgeschossen werden kann. Penetriervorrichtungen sind gelegentlich mit Stahl bewehrt oder umhüllt, jedoch ist es im allgemeinen vorzuziehen, daß die Penetriervorrichtungen auch ohne eine solche Bewehrung wirkungsvoll sind. Typischerweise besitzt eine Penetriervorrichtung die übliche längliche Geschoßform, ist elliptisch, stumpf oder zugespitzt an seinem vorderen Ende und dient mit seinem hinteren Ende für den Zusammenbau mit den Antriebsmitteln, beispielsweise einer Patronenhülse mit einer Explosionsladung oder einer Raketenanordnung der rückstoßlosen Gewehrmunition. Das Maß für den Wirkungsgrad einer Eindringvorrichtung (seine Eindringfähigkeit) ist die Dicke verschiedener' Bewehrungen, die vom Projektil bei einer bestimmten Geschwindigkeit durchdrungen werden können. Je grosser die Eindringfähigkeit einer Penetriervorrichtung ist, um so größer ist der effektive Bereich und desto kleiner ist die erforderliche Mündungsgeschwindigkeit.

Die Herstellung von Materialien zur Verwendung als Armierungseindringvorrichtungen hat noch keinen besonderen Grad der Feinheit erreicht. Das heißt, die genaue Kombination der physikalischen Eigenschaften, die für eine Penetriervorrichtung erwünscht sind, wurde noch nicht genau bestimmt, so daß der Wirkungsgrad eines Materials für eine Penetriervorrichtung durch eine Versuch- und Fehler-Prüfung gegenüber simulierten Zielen bestimmt werden muß. Die Forschung auf diesem Gebiet wird größtenteils dadurch vorgenommen, daß man Penetriervorrichtungen verschiedener Zusammensetzungen und mit verschiedenen Herstellungsverfahren herstellt, worauf dann durch Versuchsabschüsse bestimmt wird, ob die Eindringwirkung erhöht oder erniedrigt wurde.

Es ist eine allgemein anerkannte Tatsache auf diesem Gebiet, daß ein effektives Armierung durchdringendes Projektil eine hohe Zugfestigkeit, Dichte und Härte besitzen muß, wobei aber auch eine hinreichende Ziehfähigkeit vorhanden ist, um

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zu verhindern, daß sich das Projektil vor dem vollständigen Eindringen in Einzelteile zerlegt. Ferner ist es wichtig, daß die Eindringvorrichtungen einen reproduzierbaren Wirkungsgrad besitzen, weshalb es zweckmäßig ist,, wenn das Herstellungsmaterial hindurchgehend eine gleichförmige Festigkeit, Härte und Ziehfähigkeit besitzt.

Gemäß dem Stand der Technik war es schwierig, eine hinreichende Eindringfähigkeit bei W-Ni-Fe-Legierungs-Eindringvorrichtungen zu erreichen. Kompaktgemachte gemischte Pulver wurden gesintert, um eine hohe Wolframlegierung von im wesentlichen 100% theoretischer Dichte vorzusehen, und zwar durch konventionelle Festkörpersinterverfahren, wobei aber diese Legierung außerordentlich spröde wird, wenn sie einer ausgiebigen Kaltbearbeitung ausgesetzt wird, die erforderlich ist, um die notwendige Härte (ungefähr 40 auf der Rockwell C-Skala) zu erreichen. Ferner zeigte selbst nach der Kaltbearbeitung die Legierung gemäß dem Stand der Technik keine gleichförmige durch seine ganze Dicke hindurch vorhandene Härte und war'im allgemeinen für Penetriervorrichtungsanwendungsfälle nicht geeignet. Es besteht seit langem ein Bedürfnis nach einer dichten W-Ni-Fe-Legierung, die auf eine hoch gleichförmige Härte (mindestens 40-1 auf der Rockwell C-Skala) und Festigkeit bearbeitet werden kann, doch eine substantielle Ziehfähigkeit beibehält.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine dichte W-Ni-Fe-Legierung vorzusehen, die eine hohe Zugfestigkeit, hohe gleichförmige Härte und eine hinreichende Ziehfähigkeit besitzt und für Armierungs-Eindringsvorrichtungs-Anwendungsfälle geeignet ist. Die Erfindung bezweckt ferner ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus dieser Legierung vorzusehen. Ferner sieht die Erfindung ein außerordentlich wirkungsvolles Armierungsdurchdringungs-Projektil vor. Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Erhöhung der Eindringfähigkeit eines gesinterten W-Ni-Fe-Gegenstandes vor.

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«β h§ —·»

Diese sowie weitere Ziele werden durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus einer W-Ni-Fe-Legierung erreicht, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß · ein gleichförmig vermischtes Mischpulver aus 85 bis 95 Gewichtsprozent W und dem Rest Ni und Fe in einem Gewichtsverhältnis von 5:5-8:2 vorgesehen wird, wobei die Pulvermischung in einen Kompaktkörper gepreßt wird, der in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 1200 bis 142O°C gesintert wird, um einen Gegenstand mit mindestens 95 % theoretischer Dichte zu erzeugen, worauf ferner der Gegenstand auf eine Temperatur von 0,1 bis 20°C oberhalb der Flüssigphase-Temperatur für eine Zeitdauer erhitzt wird, die ausreicht, um die Bildung einer flüssigen Phase zu bewirken, die aber nicht ausreicht, um das Absetzen oder Zusammenfallen des Gegenstandes hervorzurufen, und wobei ein Vakuumanlassen des Gegenstandes erfolgt, und zwar dadurch, daß man den Gegenstand in einem Vakuum bei 700 bis 1420 C für eine ausreichende Zeit läßt, um eingefangene Gase zu entfernen, und wobei schließlich die Kaltbearbeitung des Gegenstandes erfolgt.

Was die Verfahrensaspekte der vorliegenden Erfindung angeht, so handelt es sich um eine Reihe von bestimmten Vorgängen, die dann, wenn sie der Reihe nach ausgeführt werden, die Herstellung einer Legierung zur Folge haben, die zur Herstellung von außerordentlich wirkungsvollen Armierungs-Durchdringungsvorrichtungen geeignet ist. Abgesehen von ihrer Anwendung auf dem Waffengebiet, ist die Legierung für die Strahlungsabschirmung, Gegengewichte, Schwingungsdämpfer und dgl. zweckmäßig.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieser Legierung wird zunächst allgemein und sodann anhand von Beispielen bevorzugter Parameter beschrieben. Die Ausgangsmaterialien sind Wolfram, Nickel und Eisenpulver, vorzugsweise von hoher Reinheit. Die Teilchengröße ist nicht kritisch, die Teilchen müssen aber hinreichend fein sein, damit sie gleichförmig gemischt, kompaktgemacht und gesintert werden können, und zwar auf mehr als 95% der theoretischen Dichte durch Festkörpersinter-Verfahren

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-Sf-

(ein Sintervorgang, wo keine flüssige Phase vorhanden ist). Die Pulver können gleichförmig durch irgendwelche üblichen Mittel vermischt werden. Die Gleichförmigkeit der Vermischung muß derart erfolgen, daß keine Klassenbildung der Pulver auftritt und wolframreiche Zonen im fertigen Produkt erzeugt. Die Zusammensetzung der Mischung ist etwas durch die Parameter des Verfahrens und die gewünschten Eigenschaften des fertigen Gegenstandes bestimmt. Allgemein gesagt, enthält die Zusammensetzung 85 bis 96 Gewichtsprozent W, wobei der Rest Ni und Fe in einem Ni-Fe-Gewichtsverhältnis von 5:5 zu 8:2 ist. Ein Wolframgehalt von weniger als 85% würde das Absetzen (Zusammenfallen) der Gegenstände während des Flüssigphasensinterns hervorrufen, und ein Wolframgehalt von mehr als 96% würde nicht genug flüssige Phase enthalten, um dem Gegenstand die gewünschte Ziehfähigkeit zu erteilen. Das 5:5 Ni-Fe-Verhältnis erzeugt eine bessere Ziehfähigkeit nach Sinterung, wenn aber der Gegenstand im Vakuum angelassen wird, so erzeugen die höheren Verhältnisse bis zu ungefähr 8j2 eine verbesserte Ziehfähigkeit, wobei ein 7:3 Ni-Fe-Gewichtsverhältnis maximale Ziehfähigkeit für eine gegebene Wolframkonzentration vorsieht.

Das vermischte Pulver wird in einen flexiblen Plastiksack zur Einschließung während des Preßvorgangs (beispielsweise aus Polyvinylchlorid) gegeben. Der Sack wird in eine übliche isostatische Presse eingegeben, wo er solange kaltgepreßt wird, bis das Pulver einen Kompaktkörper bildet. Weil der Kompaktkörper in der flüssigen Phase gesintert wird, sind Druck und Zeit für den Preßvorgang nicht kritisch für die sich schließlich ergebende Dichte; 10 000 psi (engl. Pfund pro .Quadratzoll) Druck für einige wenige Sekunden sind zur Bildung eines geeigneten Kompaktkörpers ausreichend. Der Kompaktkörper wird sodann (nachdem der Kunststoff entfernt wurde) in einem Sinterofen angeordnet. Es wurde festgestellt, daß eine kohlenstoffreie Atmosphäre während des Sintervorgangs für die Ziehfähigkeit der fertigen Legierung wesentlich ist, und es wurden demgemäß Kohlenstoffsuszeptoren in dem Sinterofen der Beispiele durch Wolfram ersetzt. Im Sinterofen wird.der Kompakt-

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- er -

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körper als erstes in einer reduzierenden Atmosphäre, vorzugsweise Wasserstoff, erhitzt, um die vorhandenen Verunreinigungen zu reduzieren. Der fließende Wasserstoff entfernt die Verunreinigungen und reduziert die Oxide aus dem gepreßten Kompaktkörper, während dieser noch immer porös ist, bevor die flüssige Phase diese einfangen kann. Ungefähr 4 Stunden bei 900°C reichten für die Gegenstände der folgenden Beispiele aus. Größere Gegenstände oder niedrigere Temperaturen würden eine längere Zeit erforderlich machen.

Die Ofentemperatur wird sodann auf Sintertemperatur bei mindestens 1200°C erhöht. Der Gegenstand wird im festen Zustand (Festkörperzustand) in einer reduzierenden Atmosphäre von vorzugsweise Wasserstoff gesintert, bis eine größere Dichte als 95% theoretische Dichte erreicht ist. Dies kann durch Erhitzung auf 1400°C für 4 Stunden oder beträchtlich langer für niedrigere Sxntertemperaturen erreicht werden. Die erforderliche Sinterzeit zur Erreichung der erforderlichen Verdichtung bei niedriger Temperatur oder bei unterschiedlich großen Gegenständen muß durch Routineversuche festgestellt werden. Von kritischer Bedeutung ist, daß mindestens 95% theoretische Dichte durch Sintern im festen Zustand erreicht werden müssen, bevor eine flüssige Phase auftritt. Die Ausbildung der flüssigen Phase ist durch Thermoelemente feststellbar, die innerhalb eines Blocks der gepreßten Legierung angeordnet sind, und der längs des Gegenstandes gesintert wird und sich daher auf der gleichen Temperatur wie der Gegenstand befindet. Wenn das Thermoelement mit einer Aufzeichnungsvorrichtung verbunden ist, die die Temperatur abhängig von der Zeit darstellt, so zeigt diese Darstellung die Bildung der flüssigen Phase durch eine Änderung der Erwärmungsrate an, und zwar infolge einer Endotherme, wenn die Ofentemperatur erhöht wird. Die flüssige Phase wird Matrixlegierung genannt und ist um die Wolframteilchen des gesinterten Gegenstandes herum verteilt. Die Matrixlegierung besitzt eine Zusammensetzung von 50 bis 60 Gewichtsprozent Ni, 20 bis 25 Gewichtsprozent Fe und 15 bis 25 Gewichtsprozent W. Es wurde ge-

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— « —

maß der Erfindung festgestellt, daß die Matrixlegierung, dann wenn sie flüssig ist, eine distinktive Tendenz besitzt, von heißeren Zonen zu kälteren nicht flüssigen Zonen hin zu wandern. Es wurde festgestellt, daß diese Wanderung der nickelreichen Legierung wolframreiche Zonen hervorruft, die die Sprödigkeit im fertigen Gegenstand hervorrufen. Erst als die Erfinder dieses Problem der Matrixlegierungs-Wanderung erkannten, waren sie in der Lage, die übermäßige Sprödigkeit einer in der flüssigen Phase gesinterten. W-Ni-Fe-Legierung zu beseitigen.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß die Ziehfähigkeit der Legierung und ihre Fähigkeit der notwendigen Kaltbearbeitung ohne Versprödung zu widerstehen, dadurch stark vergrößert wird, daß die Legierung in einer Wasserstoffatmosphäre auf mehr als 95% theoretische Dichte durch Sintern im festen Zustand gesintert wird, bevor die flüssige Phase auftritt. Es wird angenommen, daß durch die Sinterung des Gegenstandes nahe der theoretischen Dichte vor der Bildung der flüssigen Phase die Matrixlegierungs-Wanderung minimiert wird. Wenn der Gegenstand im festen Zustand auf mehr als 95% theoretische Dichte gesintert wird, so besteht die Porosität aus kleinen isolierten Poren über den ganzen Gegenstand hinweg. Während der kritischen Zeitperiode der Flüssigphasenbildung, wenn der Gegenstand sich nicht im thermischen Gleichgewicht befindet, wird die Tendenz der Matrixlegierung zur Wanderung infolge des Vorhandenseins von nur kleinen isolierten Poren reduziert. Es wird angenommen, daß dieses Phänomen für das erhöhte Festigkeits- und Ziehfähigkeits-Verhalten des fertigen Gegenstandes oder Artikels verantwortlich ist. Demgemäß wird nach der Sinterung im festen Zustand die Temperatur des Ofens auf etwas oberhalb der Flussigphasenbildungstemperatur erhöht. Alles Erforderliche besteht darin, daß der Temperaturanstieg auf oberhalb der Flüssigphasentemperatur erfolgt. Ein Anstieg auf 0,1°C über die Flüssigphasentemperatur reicht aus, wobei aber mehr als 20°C darüber das Absetzen des Gegenstandes hervorrufen würden. Ungefähr

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10° + 2°C oberhalb der Flüssigphasentemperatur stellen das vollständige Sintern ohne Absetzen des Gegenstandes sicher. Die Dauer der Flüssigphasensinterung sollte ungefähr 1 bis 2 Stun-' den betragen. Die Zeit muß ausreichen, um die Bildung der flüssigen Phase durch den ganzen Gegenstand hindurch zu gestatten, darf aber nicht ausreichen, um zu bewirken, daß der Gegenstand zu flüssig wird und seine strukturelle Integrität verliert (Absetzen) . Dieses Absetzen tritt dann auf, wenn das Flüssigphasensintern bei einer zu hohen Temperatur oder für eine zu lange Zeitdauer ausgeführt wird. Es tritt dadurch augenscheinlich hervor, daß eine Änderung der Form, normalerweise eine Abflachung, der zylindrischen Gegenstände auftritt. Nach ungefähr zweistündiger Flüssigphasensinterung läßt man den Gegenstand abkühlen. Der Gegenstand hat nunmehr eine Dichte von mehr als 99% theoretischer Dichte erreicht.

Es wurde festgestellt, daß die Ziehfähigkeit der Legierung (insbesondere der höheren Ni-Fe-Verhältnis-Legierung) beträchtlich durch Vakuumanlassen nach dem Sintern erhöht werden kann. Dieses Vakuumanlassen entfernt eingefangene Gase (größtenteils H~) , welche die Versprödung hervorrufen. Die Anlaßtemperatur kann von 700 bis 1400 C betragen, und zwar abhängig von der Dauer und Dicke des Gegenstandes. Für eine bestimmte Anlaßtemperatur steigt die erforderliche Zeit mit der Querschnittsfläche des Gegenstandes an. Nach dem Vakuumanlassen ist der Gegenstand sehr dicht und etwas ziehfähig und zeigt ungefähr 30% Streckung. Diese hoch dichte, ziehfähige Legierung ist zweckmäßig für eine Verschiedenheit von Anwendungsfällen, sie kann beispielsweise als Strahlungsabschirmung, bei Gegengewichten und Schwingungsdämpfern und dgl. verwendet werden.

Um das Material für Eindringvorrichtungsanwendungsfälle zu härten und zu verfestigen, wird es kaltbearbeitet. Für Armierungs-Durchdringvorrichtungen ist Kaltpressen ein bevorzugtes Verfahren, wobei aber auch andere Kaltbearbeitungsverfahren verwendet werden können, um dem Material die gewünschten Eigenschaften zu erteilen. Es wurde festgestellt, daß der vakuuman-

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gelassene Gegenstand auf eine Härte von 40 auf der Rockwell C (Rc)-Skala kaltbearbeitet werden kann und dennoch eine Streckung von 14% zeigt. Ferner ist die Härte außerordentlich gleichförmig durch den Gegenstand hindurch und zeigt eine Gleichförmigkeit von - 1 Rockwell C-Einheiten über den Durchmesser des Gegenstandes hinweg. Diese außerordentlich gleichförmige Härte, die für Eindringvorrichtungen außerordentlich zweckmäßig ist, ist überaus überraschend, da die bisherige Erfahrung mit Legierungen dieser Zusammensetzungen gezeigt hatte, daß eine solche Härte nur auf Kosten von praktisch der ganzen Ziehfähigkeit erreichbar war, und nicht über die Dicke des Gegenstandes hinweg gleichförmig war. Der Gegenstand kann nunmehr auf die gewünschten Dimensionen hin barbeitet werden. Die folgenden Beispiele zeigen arbeitsmäßig bevorzugte Ausführungsbeispiele. Der Fachmann kann, basierend auf der vorliegenden Beschreibung, die Sinterzeiten für unterschiedlich große Gegenstände abändern.

Beispiel I

Wolfram-(360 kg), Nickel-(28 kg) und Eisen-(12 kg) Pulver wurden gesiebt, um große Zusammenbackungen zu entfernen und wurden einem Trockenmischer üblicher Art mit einer Intensivierstange zugefügt. Das Wolframpulver hatte einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von ungefähr 6,0 Mikron und wurde durch einen 200 Maschen (U.S. Standard)-Sieb gesiebt. Die Nickel- und Eisen-Pulver hatten durchschnittliche Teilchengrößen von 5 bzw. 6 Mikron und wurden jeweils durch einen 325 Maschen-Sieb gesiebt. Der Siebvorgang diente zur Entfernung großer Teilchen und von Agglomeraten, die Hohlräume in den fertigen Gegenständen hervorrufen könnten. Die drei Pulver wurden 30 Minuten lang vermischt, und zwar unter Verwendung der Intensivierstange für eine Minute für jede 5 Minuten-Periode.

In Vorbereitung zu dem Kompaktmachungsvorgang wurden 8 Chargen des vermischten Pulvers mit Einzelgewichten von 10 kg in zylindrische ünichrome (Warenzeichen für ein Polyvinylchlorid)-Säcke

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mit 25 Zoll Durchmesser und 25 Zoll Länge gegeben. Nachdem das Pulver hineingegeben war, wurden die Säcke zur Entfernung von Luft entgast und in einem Druckgefäß angeordnet und dort isostatisch bei Raumtemperatur und einem Druck von 30 000 psi kompakt zusammengepreßt.

Die stangenförmigen Kompaktkörper wurden aus den Säcken entnommen und in einem üblichen Induktionsofen angeordnet. Die Abmessungen des Kompaktkörpers, so wie er aus der Presse kam, waren 2 Zoll Durchmesser χ 21 Zoll Länge. Vor dem Vakuumanlassen wurde der Sintervorgang in fließendem Wasserstoff durchgeführt. Der Wasserstoff wurde blasenartig durch Wasser bei 78 F geleitet, um ihn mit Wasserdampf zu sättigen. Es wurde festgestellt, daß dies die Blasenbildung des fertigen Gegenstandes eliminiert. Die Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstoffs ist nicht kritisch, es wird aber vorgezogen, daß der Wasserstoff keine Abkühlung des Gegenstandes während des Sinterns hervorruft. Dies kann dadurch vermieden werden, daß man den Wasserstoff in den Ofen an einem Punkt entfernt gegenüber den Gegenständen eingibt oder dadurch, daß man den Wasserstoff vorerhitzt. Der Sinterzyklus wurde wie folgt ausgeführt:

1. Erhitzung auf 900°C bei 45O°C/h

2. Aufrechterhaltung von 900°C für eine Zeitdauer von 4 Stunden (zur Reduzierung der Verunreinigungen)

3. Erhitzung auf 1400°C mit 75°C/h

4. Aufrechterhaltung der Temperatur von 1400 C für 4 Stunden

5. Erhitzung mit 40°C/h auf 10°C oberhalb der Flüssigphasentemperatur, annähernd 144O°c (wie dies durch W-3 Re ν W-25 Re Thermoelemente angezeigt wird, die in Aluminiumoxid-Thermoelementrohre in Blöcke der gepreßten, zu sinternden Legierung eingesetzt sind).

6. Aufrechterhaltung des Zustands für eine Stunde Abkühlung in H₂ auf 11OO°C, Wechsel auf Heliumspülung und Abkühlung auf Raumtemperatur

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7. Der Ofen wird sodann evakuiert und die Temperatur wird auf 1"2OO°C für 12 Stunden erhöht. Das Vakuum wurde mit 0,5 Torr gemessen.

Es ist nicht erforderlich, daß der Gegenstand vor dem Vakuumanlassen gekühlt wird, es muß nur der Ofen evakuiert und die Temperatur auf unterhalb der Flüssigphasentemperatur reduziert werden.

Dichtemessungen nach dem Festkörpersintervorgang ergaben eine Dichte von 16,8 Gramm/cm , was 98% der theoretischen Dichte bedeutet. Nach dem Flüssigphasen-Sintervorgang erhöhte sich die Dichte auf 17,0 Gramm/cm , was 99% der theoretischen Dichte bedeutet. Die angenäherten Abmessungen der Stangen nach dem Flüssigphasen-Sintervorgang betrugen 1,63 Zoll Durchmesser und 17 Zoll Länge.

Es wurden sodann die gesinterten Stangen auf eine Länge von 17,0 Zoll und einen Durchmesser von 1,21 Zoll in Vorbereitung für den Schmiede-PressVorgang ("swaging") bearbeitet. Der PreßVorgang wurde auf einem "Feen 6F 4 die rotary swager" durchgeführt. Durch den Preßvorgang wurden die Stäbe verlängert und in ihrer Querschnxttsflache verkleinert. Der Preßvorgang wurde kalt durchgeführt und machte normalerweise 2 Formen erforderlich, um die gewünschten Verminderungen von 1,100 Zoll und 1,025 Durchmesser zu erhalten. Der Prozentsatz der Preßreduktion ist die Prozentreduktion der Querschnittsfläche.

Beispiel II

Stangen mit gleichen Abmessungen wurden durch das Verfahren des Beispiels I hergestellt, mit Ausnahme der anfänglichen Konzentration der Pulververmischung, die 95 Gewichtsprozent W, 3,5 Gewichtsprozent Ni und 1,5 Gewichtsprozent Fe enthielt. Die Dichte der Stangen nach dem im festen Zustand erfolgenden Sintervorgang betrug 17,8 Gramm/cm , was 98% der theoretischen Dichte entspricht. Die Dichte der Stangen wurde auf 18,1 Gramm/cm

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mittels des Flüssigphasen-Sintervorgangs erhöht.

Tabelle I stellt mechanische Vergleichsdaten für nicht gepreßte Gegenstände dar. Vier Zugproben (1, 2, 3, 4) wurden den Gegenständen A, B und C entnommen. Die Gegenstände A und B wurden wie im Beispiel I hergestellt, aber ohne den vierstündigen Sintervorgang bei 1400°C; d.h., die Gegenstände wurden direkt über die Flüssigphasentemperatur hinaus erhitzt, ohne daß mindestens 95 % theoretische Dichte erreicht wurden. Der Gegenstand C wurde wie in Beispiel I hergestellt.

Die Tabelle I veranschaulicht die höhere und gleichförmigere Dehnung und die sich schließlich ergebende Zugfestigkeit der Gegenstände hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren bezüglich Gegenständen, die hergestellt wurden, wobei die. Matrixlegierungswanderung während des Flüssigphasensintervorgangs auftritt. Die Duktivitätseigenschaften des Gegenstandes C wurden gleichförmiger nach der Pressung auf eine 23,ο % Reduktion. Die mittlere prozentuale Dehnung betrug 1.1,4 bei einer 1,3 Standardabweichung und die mittlere prozentuale Reduktion in der Fläche vom Zugtest betrug 26,1 mit einer Standardabweichung von 2,5.

Tabelle II stellt die mechanischen Eigenschaften dar, und zwar abhängig von der prozentualen Pressreduktion (Querschnittsfläche) der gemäß den Beispielen I und II hergestellten Gegenstände. Die Zugtests in den Tabellen I und II wurden unter Verwendung von nicht mit Gewinde versehenen Mustern durchgeführt mit einer O,25o Zoll Meßwertlänge. Die Versuche wurden unter Verwendung einer Tinius Olsen 30.000 Ib Kapazitätsmaschine durchgeführt. Die Muster wurden bei 0,oo5/min. Beanspruchungsrate bis zur Streckgrenze untersucht. Nach Erreichen der Streckgrenze wurde der Versuch bis zum Bruch durchgeführt, und zwar bei einer konstanten Querkopfgeschwindigkeit von 0,o5 Zoll/min.

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TABELLE I Mechanische Eigenschaften für nicht gepreßte W-7Ni-3Fe Legierung

CD CSI

Probe

(D

mittlere Standardabweichung

0)

Schließlich erreichte Zugfestigkeit (Psi χ 103)

99.0 108.8 105.1 124.2 109.3

9.4

^B3

^B4
mittlere Stan -

dardabweichung

c⁽²⁾

1
Γ

2
Γ

3
Γ

mittlere Stan-

128.0 100.6 119.8

99.5 112.0

11.7

dardar dabwe ichuna

131, 130. 131, 130.8 131.0 0.5

1 ,3

,9

0,2 % Fließfestig	Dehnung %	Reduktion der
keit	(aus Zugversuch)	Fläche in %
(Psi χ 103)		(aus Zucrversuch)
78.9	. 6.6	9.8
82.8	10.5	15.7
82.4	7.2	13.1
82.7	42.0	41.3
' 81.7	16.6	20.0
1.6	14.8	12.5
85.7	34.0	31.1
80.2	' r.o ·	11.6
79.0	14.8	16.4
79.3	4.8	11.2
81 ;0	13.6	17.6
2.7	12.8	9.2
83.4·	19.0	15.7
81.7	34.0	39.6
85.2	32.0	37.6
86.0	31.0	38.6
84.1·	29.0	32.9
1.6	5.9 .	9.9

(1) Hergestellt wie im Beispiel I, aber ohne vierstündiges Halten bei 14OO°C

(2) Hergestellt wie im Beispiel II

σ
co
oo

Preßreduk
tion

% „

5.3
11.7
17.0
23.0
31.0

3.2

9.5

17.8

TABELLE II Eigenschaften von W-7N1-3Fe Legierung als Punktion der Flächenreduktion durch Pressen

schließlich 0.2 % Fließerreichte Zug*- festigkeit festigkeit

(Psi χ 10 ³)
131.0
137.9
150.9·
159.3
166.4
176.8

128.4
131.1
149.2
165.0

_(Psi x.1_0 84.1 118.8 142.7 150.4 161.1 170.9

86.9 105.6 144.0 156.0

Dehnung in % (aus Zugversuch)

29.0 23.5 16.3 14.2 11.4 7.8

Tabelle 2

W-3.5Nl-l.5Fe

28.9

16.5

14.1

6.8

Reduktion der Fläche in %

Elastizitätsmodul.

(aus Zugversuch) (Psi χ 10°)

32.9 38.6 33.4 27.8 26.1 22.9

26.0 14.3 20.1 14.1

45.7 48.7 48.2 48.9 49.4

Härte Rc

26 34 39 40 42 41

54.4 ·	28	ro
		co
54.2	31	■P-
		i
58.5	38	(JD
		CO
51.3	41

Aus Tabelle II erkennt man, daß die gewünschte Ziehfähigkeit Festigkeit und Härte dadurch erreicht werden kann, daß man die Größe der Kaltbearbeitungsreduktion verändert. Während die Kaltbearbeitung bei Raumtemperaturen erfolgt, kann sie in ähnlicher Weise bei höheren Temperaturen ausgeführt werden. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung bezieht der Ausdruck "Kaltbearbeitung" sich auf die plastische Deformation, was Körner in einem verformten Zustand zur Folge hat.

Längs den Durchmessern der Querschnitte von gepreßten Stangen durchgeführte Härtenmessungen zeigten eine außerordentlich gleichförmige Härte über die ganze Dicke hinweg an (+ 1 Rc Einheit). Diese gleichförmige Härte zeigt ebenfalls eine gleichförmige Zugfestigkeit an. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Armierungs-Eindringvorrichtungen und auf eine gleichförmige (+ 1 Rc Einheit) Härte von 40 oder mehr auf der Rc-Skala gepreßte Eindringvorrichtungen erwiesen sich als wesentlich wirkungsvollere Eindringvorrichtungen, als dies für Legierungen gleicher Zusammensetzung und Dichte der Fall war. Die vorliegende Erfindung sieht somit ein Verfahren vor, welches die Eindringfähigkeit eines gesinterten W-Ni-Fe Gegenstandes erhöht. An simulierten Zielen ausgeführte Versuche zeigten, daß die Eindringvorrichtungen, hergestellt gemäß dem erfindungsgmäßen Verfahren eine ausgezeichnete Eindringfähigkeit besitzen. Die größte Eindringwirkung wurde bislang mit 90 Gewichts-% W-7 Gewichts-% Ni-3 Gewichts-% Fe Legierung erreicht, und zwar hergestellt gemäß Beispiel I und gepreßt auf ungefähr 25 %ige Reduktion, wobei sich eine Härte von 42+1 auf der Rockwell-Skala ergab.

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Claims

ANSPRÜCHE

1.) Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus einer

W-Ni-Fe-Legierung, bei welchem ein gemischtes Pulver von 85 - 96 Gewichts-% W und dem Rest Ni und Fe in einem Ni-Fe-Gewichtsverhältnis von 5:5 - 8:2 hergestellt wird, wobei das Pulver in einen Kompaktkörper gepreßt und dieser bei einer Temperatur oberhalb der Flüssigphasentemperatur gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes der gepreßte Kompaktkörper in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1200⁰C und unterhalb der Flüssigphasentemperatur für eine Zeitdauer gesintert wird, die ausreicht, um einen Gegenstand von mindestens 95 % theoretischer Dichte zu erzeugen, wobei dann der Gegenstand weiter auf eine Temperatur von 0,1 bis 20°C oberhalb der Flüssigphasentemperatur erhitzt wird, und zwar für eine Zeitdauer, die ausreicht, um die Bildung einer flüssigen Phase hervorzurufen, die aber nicht ausreicht, um das Absetzen des Gegenstandes zu bewirken.

2.) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand angelassen wird, und zwar dadurch, daß man den Gegenstand in einem Vakuum bei 700° - 1420 ⁰C eine hinreichende Zeitdauer läßt, um die eingefangenen Gase zu entfernen, worauf dann die Bearbeitung des Gegenstands auf die gewünschten Dimensionen erfolgt.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet,

daß nach dem Vakuumanlassen und vor dem Bearbeitungsschritt die Kaltbearbeitung des Gegenstandes auf die gewünschte Härte erfolgt.

4.) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Sintersehritte in einer ^-Atmosphäre ausgeführt werden.

709812/0870 °™™*^{L INSPE0TED}

5.) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden

Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterschritte in einer H--Atmosphäre ausgeführt werden, und daß die Kaltbearbeitung durch Pressen des Gegenstandes erfolgt, und zwar mit einer Reduktion von 25 %, um zu bewirken, daß der Gegenstand eine gleichförmige (+ 1 Rc Einheit) Härte von 42 auf der Rockwell C Skala besitzt.

6.) Armierungseindringprojektil mit einer Zusammensetzung von

90 Gewchts-% W, 7 Gewichts-% Ni und 3 Gewichts-% Fe, hergestellt gemäß dem Verfahren des Anspruchs 5

7.) Verfahren zur Erhöhung der Eindringfähigkeit eines gesinterten W-Ni-Fe Gegenstandes, gekennzeichnet durch die Herstellung des Gegenstandes gemäß dem Verfahren des Anspruchs 5.

8.) Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß die

Zusammensetzung des Gegenstandes 90 Gewichts-% W, 7 Gewichts-% Ni und 3 % Gewichts-% Fe ist.

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