DE2724769A1

DE2724769A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von gegenstaenden mit komplexer gestalt

Info

Publication number: DE2724769A1
Application number: DE19772724769
Authority: DE
Inventors: Steven Hugh Reichman
Original assignee: Special Metals Corp
Current assignee: Special Metals Corp
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1977-06-01
Publication date: 1977-12-15
Also published as: IT1079855B; SE7706336L; GB1557744A; FR2353355B1; FR2353355A1; JPS52147509A

Description

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere geeignet für, jedoch nicht notwendigerweise beschränkt auf die Herstellung von Teilen oder Komponenten mit Hilfe der Pulvermetallurgie, wobei diese Teile aus Pulvern sogenannter Nickel-Superlegierungen bestehen, die ganz besonders geeignet für die Verwendung bei hohen Beanspruchungen und erhöhten Temperaturen sind. Derartige Beanspruchungen treten in den warmen Abschnitten von Gasturbinen, Raketentriebwerken und dergleichen auf. Eine Vielzahl derartiger Superlegierungen ist im Handel erhältlich, deren metallurgische Gefüge dem schmelzmetallurgischen Zustand entsprechen. Bei solchen Pulvern ist es jedoch äußerst schwierig, nachträglich die angestrebte Endgestalt unter Zuhilfenahme herkömmlicher Verformungs- und Bearbeitungsweisen zu erreichen. Wohl am weitesten verbreitet von derartigen Superlegierungen sind die sogenannten Nickel-Superlegierungen, die sich dadurch auszeichnen, daß sie in ihren vergossenen und geschmiedeten Modifikationen sowohl durch Karbide als auch durch die V-Phase verfestigbar sind. Derartige Legierungen enthalten relativ große Mengen an y '-Sekundärphase sowie an komplexen Karbiden in einer Nickel-Chrom-^-Matrix und diese Phasen sind die Ursache für die ausgezeichneten physikalischen Hochtemperatureigenschaften

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MONAPAT

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derartiger Legierungen. Diese Karbide sind jedoch auch ursächlich für die Schwierigkeiten bei der anschließenden Verformung von Gußblöcken aus den genannten Werkstoffen. Außerdem führen die Karbide zu Makrosegregationen in den Gußblöcken, was zu Walzerzeugnissen mit ungleichförmigem Gefüge führt, welche nicht die optimalen physikalischen Eigenschaften aufweisen.

Mit Rücksicht auf diese Probleme sind bereits verschiedene pulvermetallurgische Arbeitsweisen benutzt worden, bei welchen diese Superlegierungen zunächst zu Pulvern verarbeitet und anschließend bei erhöhter Temperatur verdichtet werden. Zu diesem Zwecke werden einzeln oder in Kombination eine Vielzahl von Verdichtungstechniken verwendet. Genannt seien das Heißverpressen, das isostatische Heißverpressen, das Extrudieren, das Schmieden, die Explosivverdichtung usw. Mit Hilfe dieser Techniken wird versucht, aus dem Legierungspulver eine verdichtete Masse zu schaffen, deren Dichte im wesentlichen 100 % der theoretischen Dichte entspricht. Typische derartige pulvermetallurgische Verdichtungsverfahren sind denUS-PS'en 3 655 4-58; 3 671 230 sowie 3 823 463 zu entnehmen. Nach der Lehre der genannten Patentschriften wird eine Metallegierung in Form eines feinverteilten Pulvers mit bestimmter Teilchengröße und Zusammensetzung locker in einen duktilen Behälter gepackt, welcher anschließend verdichtet wird, um eine Verunreinigung der Pulverteilchen zu vermeiden. Sodann wird der Behälter erwärmt und durch Warmverpressen oder Extrudieren verdichtet.

Die herkömmlichen Arbeitsweisen gestatten die Herstellung völlig dichter Walzstäbe (billets) aus Superlegierungen sowie von Walzwerkserzeugnissen mit einfacher Gestalt, die ein gutes Korngefüge aufweisen. Diese Erzeugnisse erfordern jedoch anschließende Verformungs- und/oder Bearbeitungsvorgänge, um fertige Teile mit den angestrebten Formen und Abmessungen zu erzeugen. Die hergestellten Rundstäbe (billets) und Walzerzeugnisse besitzen normalerweise regelmäßige geometrische Gestalten und die Herstellung relativ komplexer Teile, wie von Gasturbinenrotoren, -naben oder dergleichen erfordert relativ aufwendige und schwierige Verformungs- und Bearbeitungsschritte. Die Lehre der US-PS 3 823 463 führte zu einer Verringerung

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des Verlustes an dem wertvollen Superlegierungsmaterial und zu einer Vereinfachung der nach der Bearbeitung erforderlichen Schritte, Nach dieser Patentschrift werden ein oder mehrere Kernelemente, wie solche aus Stahl, innerhalb eines abgedichteten Extrusionsbehälters angeordnet, der mit Pulver gefüllt ist. Diese Kernelemente sind dann in den sich ergebenden verdichteten Rundstab eingebettet. Die Kernelemente werden anschließend durch Bearbeitungsmaschinen oder durch Säure- oder Laugebehandlung herausgelöst, wodurch Teile erzeugt werden, in welchen eine oder mehrere Öffnungen ausgebildet sind. Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise und mit Hilfe der übrigen bekannten Arbeitsweisen können jedoch keine komplex gestalteten Erzeugnisse aus Superlegierungen hergestellt werden, die sich am Ende des Verdichtungsvorganges durch enge Maßtoleranzen auszeichnen und verzwickte Gestaltungen ermöglichen. Dazu seien beispielsweise die dünnen ebenen Abschnitte genannt, die in den Turbinenscheiben von Hochgeschwindigkeits-Flugzeugtriebwerken benutzt werden. Diese erfordern Arme mit gegensinniger Konizität.

Der vorliegenden Erfindung gelingt es, viele der im Stand der Technik vorhandenen Schwierigkeiten und Probleme zu überwinden, indem eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verdichten von bindungsfähigen Pulvern, insbesondere von Superlegierungspulvern, vorgeschlagen wird. Diese Pulver werden zu dichten Massen verdichtet, die in der verdichteten Form verzwickte oder verwickelte Konturen oder Konfigurationen besitzen können und lediglich eine minimale Bearbeitung erfordern. Dadurch werden nicht nur Zeit und Arbeit beim Herstellen eines Fertigteiles, sondern auch Material gespart. Die regelmäßige präzise Gestalt der hergestellten Erzeugnisse im verdichteten Zustand gestattet eine zerstörungsfreie Durchschallung ohne das Erfordernis weiterer Bearbeitung, zwecks Ortung von Innenfehlern oder Rissen noch vor der abschließenden Behandlung.

Die Vorteile der Erfindung werden dadurch erzielt, daß eine Form vorgesehen wird, die mehrteilig sein kann und aus einem dichten Material, wie Stahl, besteht. Diese Form oder die Formteile besitzen längs wenigstens eines Teiles der Oberfläche eine vorbestimmte Kontur. Die Form wird innerhalb eines druckmitteldichten duktilen Be-

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hälters, wie eines Behälters aus Flußstahl angeordnet und dan verbleibende Volumen des Behälters wird mit einem bindungsfähigen Pulver, wie mit einem Superlegierungspulver, gefüllt, welches vorzugsweise eine Teilchengröße von weniger als 250 μπ> und einen Sauerstoffgehalt von weniger als etwa 200 part per million (ppm'i besitzt. Der gefüllte Behälter wird sodann zwecks Entfernung aller Gase, wie Luft, evakuiert, worauf der Behälter abgedichtet und aur eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, worauf er einem von außen einwirkenden isostatischen Druckmitteldruck unterworfen wird, dessen Größe ausreicht, um eine nach innen gerichtete Verformung dc2S Behälters und eine Verdichtung des darin enthaltenen Pulvers gegen die konturierten Formoberflächen zu erzielen. Bei diesem Vorclichtungsvorgang wird eine verdichtete Masse erreicht, deren Dichte näherungsv/eise 100 % der theoretischen Dichte entspricht. Die jeweils angewandte Temperatur schwankt in Abhängigkeit von der Art und der Zusammensetzung des zu verdichtenden Pulvers und der Druck ist vorzugsweise höher als etwa 0,35 kg/mm². Der Druck kann bis auf etwa 10,55 kg/mm² oder noch höher steigen. Nach Beendigung des isostatischen Heißpressens werden der Behälter und sein Inhalt entnommen und abgekühlt, worauf der Behälter angeschnitten wird, um die Entnahme der verdichteten Masse zu gestatten. Diese Masse stellt ein verdichtetes mit Konturen versehenes Bauteil dar und die Form oder die Formteile werden entnommen und der Wiederverwendung zugeführt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Zusammensetzung der Form oder der Formteile so gewählt, daß bestimmte Unterschiede in den Koeffizienten der Wärmedehnung und -kontraktion gegenüber der verdichteten Masse auftreten. Außerdem können die Oberflächen der Formteile mit einer Beschichtung aus einem thermodynamisch stabilen Trennmittel versehen sein, welches sich nicht mit dem damit in Berührung stehenden bindungsfähigen Pulver umsetzt. Ein solches Trennmittel erleichtert das Ablösen und Befreien der verdichteten Masse aus den Formteilen.

Vorrichtungsmäßig schafft die Erfindung eine Verdichtungsvorrichtung, die mit Permanentformen arbeitet, welche innerhalb eines duktilen verformbaren Behälters angeordnet sind, der mit einem bindungsfähigen Pulver der angestrebten Zusammensetzung gefüllt werden

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kann. Nach dem anschließenden Erhitzen und isostatischen Heißverpressen ist aus dem Pulver eine Komponente von wesentlich dichtem Gefüge geworden, welches verwickelte und komplexe Oberflächengestalten oder -konturen besitzen kann. Die Formteile können als teilbarer Hohlkörper ausgebildet sein, um in einer geteilten Form einen präzisen Hohlraum auszubilden, 'wahlweise können die Formteile auch aus einer Vielzahl von aufeinander abgestimmten Abschnitten bestehen, von welchen einer in eine Vielzahl von Einzelteilen zerlegbar ist, so daß eine Relativbewegung während des Verdichtens ermöglicht und anschließend ein Entfernen der Permanentformteile aus der verdichteten Masse gestattet ist, wodurch wiederum die Wiederverwendung der Formteile gewährleistet ist. Die konturierten Oberflächen der Formen können mit geeigneten Zugwinkeln versehen sein, um die Befreiung der verdichteten Masse bei Beendigung des Verdichtungsvorganges zu erleichtern. Statt dessen oder außerdem kann das Formmaterial eine solche Zusammensetzung besitzen, daß in bestimmter Weise unterschiedliche Koeffizienten der Wärmedehnung und/oder der Kontraktion rela tiv zu der verdichteten Masse vorhanden sind, um ein relatives Schrumpfen .während des Abkühlens zu ermöglichen, was wiederum das Entfernen der einzelnen Formteile aus der verdichteten Masse erleichtert.

Ein bevorzugter Gedanke liegt in einer Vorrichtung und einem Ver fahren zum Herstellen komplex gestalteter Gegenstände aus bindungsfähigen Pulvern mit Hilfe der Pulvermetallurgie, wobei die erzeugten verdichteten Teile in wenigstens einem Bereich ihrer Oberfläche eine vorbestimmte Kontur aufweisen. Die Vorrichtung und das Verfahren arbeiten mit einer Permanentform, deren Oberfläche eine bestimmte Kontur besitzt. Diese Form wird innerhalb eines druckmittelundurch- lässigen duktilen Behälters angeordnet und der Rest des Behälters wird mit dem bindungsfähigen Pulver der angestrebten Zusammensetzung gefüllt. Der Behälter wird nach dem Absaugen darin vorhandener Gase abgedichtet und auf eine erhöhte Temperatur erhitzt und einem von außen aufgebrachten isostatischen Druckmitteldruck ausgesetzt, der nach Größe und Einwirkdauer ausreichend gewählt ist, um eine nach innen gerichtete Verformung des Behälters und eine Verdichtung des bindungsfähigen Pulvers zu gestatten. Dabei wird das Pulver gegen

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- sr-

die Oberfläche der Permanentform verdichtet, was zu einer verdichteten konturierten Masse führt, deren Dichte näherungsweise 100 % der theoretischen Dichte entspricht. Die verdichtete Masse wird anschließend abgekühlt und der Behälter wird entfernt, was das Herausnehmen der verdichteten Masse und der Form gestattet, wobei die Form bzw. die Formhälften für nachfolgende Verdichtungsvorgänge wiederverwendbar sind.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In dieser zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein typisches Rotorteil mit verwickelten Oberflächenkonturen, welches mit Hilfe der Erfindung herstellbar ist,

Fig. 2 einen Transversalschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Teil,

Fig. 3 einen Transversalschnitt durch einen duktilen Behälter, in welchem einander gegenüberliegende Formteile angeordnet sind, noch vor dem Füllen mit einem bindungsfähigen Pulver zwecks Erzeugung eines Teils der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Art,

Fig. 4 einen Transversalschnitt durch einen duktilen Behälter und die Formkomponente der in Fig. 3 dargestellten Art bei der Beendigung des isostatischen Heißpressens,

Fig. 5 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht, die die Verwendung einer Hohlform zur Erzeugung einer geteilten Form mit einem präzisen Formenhohlraum darin darstellt,

Fig. 6 einen Transversalschnitt durch die in Fig. 5 dargestellte Anordnung längs der Linie 6 - 6 in Fig. 5,

Fig. 7 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Anordnung nach dem Füllen mit einem bindungsfähigen Pulver und nach Ausführung des : isostatischen Heißpressens,

Fig. 8 einen Transversalschnitt durch die in Fig. 7 dargestellte Anordnung entlang Linie 8 - 8 in Fig. 7,

Fig. 9 einen Transversalschnitt durch die erzielten aneinander angepaßten Formhälften nach dem Entfernen des duktilen

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Behälters und der wiederverwendbaren Permanent-Hohlform,

Fig. 10 eine Aufsicht auf eine der Formhälften längs deren Trennoberfläche und in Richtung der Pfeile 10 in Fig. 9,

Fig. 11 einen Vertikalschnitt durch eine andere Ausführungsform der Formanordnung zur Erzeugung verdichteter Teile mit verzwickter Konfiguration,

Fig. 12 einen Transversalschnitt, der den geteilten Aufbau eines der Formringe der in Fig. 11 dargestellten Anordnung zeigt und im wesentlichen längs der Linie 12 - 12 verläuft, und

Fig. 13 einen Transversalschnitt durch die in Fig. 11 dargestellte Anordnung bei Beendigung des isostatischen Heißpressens.

Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung sind anwendbar zum Herstellen komplexer Komponenten oder Teile, die aus bindungsfähigen Pulvern zusammengesetzt sind, wie diese im Stand der Technik bekannt sind und durch Anwendung oder Einwirkung von Druck bei erhöhten Temperaturen zu einer einheitlichen festen Masse verfestigbar sind. Besondere Vorteile ergeben sich aus der Verwendung der sogenannten Superlegierungen und Werkzeugstähle derjenigen Art, welche nach dem Abgießen nur schwer weiter zu verformen sind, welche schwer zu be arbeiten sind, welche relativ teuer sind und welche in manchen Fäl len eine Makrosegregation erleiden, wenn sie wie durch Schmieden und/oder Extrudieren weiter verformt werden. Tafel 1 enthält eine Zusammenstellung von Nennzusammensetzungen typischer Nickel-Super- legierungen und Eisenlegierungen, welche mit Vorteil zur Herstellung komplexer verdichteter Komponenten unter Verwendung der erfindungs- gemäßen Vorrichtung und unter Anwendung des erfindungsgemäßen Ver fahrens verwendet werden können. Dabei sei angemerkt, daß die in Tafel 1 genannten speziellen Zusammensetzungen keinesfalls eine Be grenzung der zur Ausführung des Verfahrens geeigneten Werkstoffe darstellen. Zusätzlich zu den in Tafel 1 genannten Stoffen kann noch eine Vielzahl von Metall- und legierten Metallpulvern sowie Pulver verwendet werden, die aus intermetallischen Verbindungen oder der gleichen zusammengesetzt sind oder diese in nennenswerten Mengen enthalten.

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Legierung

Cr

Al

TAFEL

Namen / Zusammensetzungen einiger Nickel-Superiegierungen Ti Mo W Co Nb B

Fe

Ni

Sonstige

	Nimonic 75 Nimonic 8OA Nimonic 90	0,12 0,08 0,10	IO IO IO O O O
	Nimonic 95 Nimonic 100 Waspaloy	0,12 0,20 0,08	20 11 19
	Udimet 700 Rene 41 IN-100 (gegossen)	0,10 0,09 0,18	15 19 10
O CD OO CTl	MAR-M200 (gegossen) B-1900 (gegossen) INCO-713 (gegossen)	0,15 0,11 0,14	9,0 8,0 13,0
O
	M-252	0,15	19,0
065	18Ni Maraging Stähle M-2 Werkzeugstahl M-42 Werkzeugstahl	0,85 1,05	4,0 3,5
	WD-65 (PWA 779)	1,05	16,7

1,5 1,6

2,0 5,0 1,3

4,3 1,5 5,5

5,0 6,0 6,0

1,0

0,1

0,5 2,4 2,4

3,0 1,3 3,0

3,5 3,1 5,0

2,0 1,0 0,75

2,5

0,5

5,0 4,4

5,2

10,0

3,0

6,0 4,5

9,8

5,0 5,0 9,25

3,75

12,5

6,25 1,3

2,0

17,5

17,5 20,0 13,5	_	0,008	0,08	-	—
18,5 11,0 15,0	—	0,03 0,005 0,015	0,05	-	—
10,0	1,0 2,3 Nb+Ta	0,015 0,015 0,01	0,05 0,07 0,1	-
10,0	-	0,005	-	5,0 (Max.)	-
8,5 7,75	-	-	-	Rest Rest Rest	2,0 1,05

Rest Rest Rest

Rest

4,3Ta

5,5 Rest

2,5

Die zur Ausübung der Erfindung benutzten bindungsfähigen Pulver unter Einschluß der in Tafel 1 zusammengestellten Pulver können mit Hilfe einer Vielzahl bekannter Arbeitsweisen erzeugt werden, wobei der sogenannte Mikroguß einer Schmelze aus dem betreffenden Metall oder der betreffenden Metallegierung durch Gaszerstäubung eine geeignete und bevorzugte Verfahrensweise darstellt. Eine zur Gaszerstäubung von Metallen und Metallegierungen in Teilchen bestimmter Größe und Gestalt geeignete Vorrichtung ist zusammen mit einem entsprechenden Verfahren in der US-PS 3 253 783 beschrieben worden, auf deren In halt hiermit ausdrücklich bezug genommen wird. Bei hochlegierten Metallen, wie beispielsweise Nickel-Superlegierungen, übt das Vorliegen von Sauerstoff in und auf den Oberflächen der Pulverteilchen einen nachteiligen Einfluß auf die hergestellte verdichtete Masse aus, der das Erreichen optimaler mechanischer Eigenschaften verhindert. Aus diesem Grunde wird der Mikroguß der schmelzflüssigen Legierung unter Einschluß des Erstarrens und Sammelns der Pulverteilchen vorzugsweise unter nichtoxidierenden Bedingungen durchgeführt, derart, daß der Sauerstoffgehalt des Pulvers weniger als etwa 200 ppm und vorzugsweise weniger als etwa 100 ppm beträgt. Solcherart niedrige Sauerstoffgehalte lassen sich üblicherweise mit Hilfe der Gaszerstäubung erreichen, die ein Inertgas zum Zerstäuben oder Atomisieren der schmelzflüssigen Masse sowie eine Inertgasatmosphäre in der Sanunelkammer verwendet. Ein im wesentlichen feuchtigkeitsfreies Argongas hat sich für diesen Zweck als besonders geeignet erwiesen. Die Neigung derartiger Metallpulver, während des Mikrogusses oder der nachfolgenden Vorgänge zu oxidieren, hängt in einem großen Ausmaß von der Art und Menge der vorliegenden Legierungselemente ab. Aluminium und Titan besitzen beispielsweise eine starke Neigung zur Umsetzung mit Sauerstoff, was einen relativ hohen Aufwand erfordert, um eine Verunreinigung durch Oxide zu verhindern, die sich bei Sauerstoffgehalten von mehr als etwa 200 ppm bilden.

Unabhängig von dem jeweils benutzten Herstellungsverfahren für die Metallpulver ist von Vorteil, daß die Pulverteilchen im wesentlichen eine gleichmäßige Zusammensetzung besitzen und eine mittlere Teil chengröße von weniger als etwa 250 μΐη bis etwa 1 μΐη aufweisen. Die jeweilige Konfiguration der Teilchen ist nicht von Bedeutung, wenn-

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gleich sphärische Teilchen im allgemeinen wegen ihrer größeren Pakkungsdichte bevorzugt sind. Gleichfalls isL· bevorzugt, daß die Teilchengröße der Teilchen beliebig über den zulässigen Größenbereich verteilt ist, wobei Teilchengrößen von 10 bis 150 μπ\ bevorzugt sind, was maximale Packungsdichten der lose oder freifließenden Pulver von bis zu etwa 70 % der 100 % betragenden theoretischen Dichte gestattet.

In den Figuren 1 und 2 ist ein aus verdichtetem Metallpulver hergestellter Gegenstand in Form einer Rotornabe 20 dargestellt, der mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann. Die Nabe 20 weist eine zentrale Axialbohrung 22 auf und eine zylindrische Umfangskante 24 ist konzentrisch zur Bohrungsachse angeordnet. Die Bohrung erstreckt sich • durch einen erhabenen oder höher angeordneten Zentralbereich eines inneren zylindrischen Flansches 26, der einstückig mit einem zylindrischen Zwischenflansch 28 ausgebildet ist, welcher mit seinem Außenabschnitt an einem zylindrischen Außenflansch 30 befestigt ist, der in die Umfangskante 24 ausläuft. Die am besten aus Figur 2 erkennbare im wesentlichen stufenartige Konfiguration der Nabe wird erfindungsgemäß mit relativ engen Maßtoleranzen derart gefertigt, daß die einander gegenüberliegenden Flächen eines jeden der kreisförmigen Flansche parallel zueinander angeordnet sind und einen relativ glatten Oberflächenfinish besitzen, was die Prüfung der verdichteten Teile mit Hilfe zerstörungsfreier Prüfmethoden, wie der Durchschallung mit Ultraschall gestattet, um gegebenenfalls vorhandene Fehler aufzuspüren, bevor der Preßkörper einer Weiterbehandlung zugeführt wird.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Nabe 20 wird mit Hilfe einer in den Figuren 3 und 4 gezeigten Vorrichtung hergestellt, welche einen zylindrischen duktilen Behälter 32 aufweist, der ein sich axial erstreckendes Rohr 34 enthält und eine im allgemeinen ringförmig gestaltete Kammer 36 bildet, die zur Aufnahme der Formkomponenten und der zu verdichtenden Pulver dient. Der Behälter 32 kann aus jedem nicht durch ein Druckmittel zerstörbarem Material von genügender Festigkeit bei den zu erwartenden erhöhten Tempera-

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türen bestehen, wobei dieser Behälter die Aufgabe hat, don Unterdruck in seinem Inneren aufrechtzuerhalten. Zu den zahlreichen duktilen Metallen und Meta]legierungen, die zur Herstellung des duktilen Behälters geeignet sind, zählen die verschiedenen sogenannten nichtrostenden Stähle, wie die nichtrostenden Stähle AISI-Typenreihe 304 sowie die niedriglegierten Flußstahle gemäß AISI-Typenreiha 1010. Duktile Stähle der vorstehend genannten Art lassen sich leicht zu Behältern mit einer Vielzahl von Konfigurationen verarbeiten und können leicht zur Ausbildung eines druckmitteldichten Behälters geschweißt werden.

Bei der in den Figuren 3 und 4 spezifischen Ausführungsform sird zwei Formabschnitte 38, 40 einander gegenüberliegend angeordnet, wobei ihre entfernteren Flächen in die Endwandungen des Behälters eingepaßt sind und ihre zylindrischen Seitenflächen verschieblich innerhalb der inneren Flächen des Behälters angeordnet sind. Der obere Matrizen-Formabschnitt 38 weist eine abgestufte Kreisflansch-Konfiguration oder eine terrassenartige Gestalt auf, die im wesentlichen derjenigen der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Nabe entspricht. Der untere als Patrize dienende Formabschnitt 40 besitzt eine vergleichbare terrassenförmige oder abgestuft-zylindrische Konfiguration, die der unteren oder konkaven Oberfläche der Nabe 20 gemäß Fig. 2 entspricht. Die einander gegenüberliegenden konturierten Oberflächen 42 und 44 der Formabschnitte 38 bzw. 40 definieren zusammen mit der angrenzenden Behälterwand und dem Rohr 34 eine Kammer 46, die dazu bestimmt ist, vor dem Verdichten mit einer Pulvercharge gefüllt zu werden. Zu diesem Zweck ist die Wand des Behälters 32 mit einem Einzelrohr 48 versehen, welches mit der Kammer 46 in Verbindung steht und durch welches eine vorbestimmte Pulvermenge eingebracht wird, um die Kammer im wesentlichen vollständig zu füllen. Das Erreichen einer optimalen Packungsdichte der Pulvercharge wird dadurch erleichtert, daß der gefüllte Behälter beim Füllen oder nach der Beendigung des Füllens Vibrationen im Schalloder Überschallbereich ausgesetzt wird.

Die Formabschnitte 38 und 40 bestehen aus einem dichten Material, dessen Schmelzpunkt oberhalb derjenigen Temperatur liegt, auf wel-

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ehe die Anordnung während dos Heißpreßvorgr.'.njjes erhitzt wird. Die Formabschnitte können aus einem Stahl bestehen, der demjenigen gleicht, aus weicher:, der Behälter besteht. Die Formabschnilte kennen jedoch aus hochtemperaturbeständigen Legierungen, wie der sogenannten TZK-Legierung sowie außerdem aus intermetallischen Verbindungen und nichtmetallischen Verbindungen, wie keramischen Stoffen und dergleichen bestehen, überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß bei den erhöhten Temperaturen, denen die Formabschnitte während des Heißverpressens ausgesetzt sind, und die so hoch sind, daß insbesondere bei Verwendung niedriglegierter und herkömmlicher nichtrostender Stähle die Formhälften erweichen, trotz der hohen einwirkenden Drücke keine Verwerfungen der Formabschnitte auftreten, so daß die Formhälften erneut und ohne Nachbearbeitung verwendet werden können, wenn sie nach dem /vbkühlen aus dem Behälter entnommen werden.

Sind die Zusammensetzung des bindungsfähigen Pulvers und die Oberflächen der in Berührungskontakt mit dem Pulver angeordneten Formkomponenten derart, daß sich während der Hochtemperaturverdichtung eine Bindung ausbildet, so ist es erforderlich, ein Trennmittel so auf die Formoberflächen aufzubringen, daß das Ablösen der verdichteten Masse von der Formkomponente erleichtert wird. Zu diesem Zweck kann jede Beschichtung mit Erfolg verwendet werden, die aus einer thermodynamisch stabilen Substanz besteht, die sich während des Verdichtungsvorganges bei den herrschenden Temperaturen und Drücken nicht mit dem bindungsfähigen Pulver umsetzt. Weisen die Formkomponenten ein Metall, wie Stahl auf und weist das bindungsfähige Pulver ein Superlegierungspulver auf, so kann eine befriedigende Trennung der Form von der verdichteten Masse dadurch erzielt werden, daß intermetallische Verbindungen oder Oxide, die bei Vorliegen in der Superlegierung bei den Bedingungen des isostatischen Heißpressens thermodynamisch stabil sind verwendet werden, um eine metallurgische Diffusionsbindung zwischen der verdichteten Kasse und der Formkornponente zu verhindern. Geeignete Substanzen für diesen Zweck sind beispielsweise Bornitrid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Siliziumdioxid und dergleichen. Diese Stoffe werden in Form einer relativ dünnen gleichmäßigen Beschichtung auf die Foriroberflachen aufgebracht,

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was beispielsweise durch das Plasmabogenspritzen erfolgen kann. Diese Substanzen können jedoch auch in Form einer Aufschlämmung aus suspendierten Teilchen in Wasser oder in einem alkoholischen Lösungsmittel aufgetragen werden. Die Dicke der Beschichtung schwankt zwischen der ein Minimum darstellenden monomolekularon Schicht bis zu einer Schichtdicke von 0,025 mm (ein Tausendstel Zoll), wobei aus praktischen Gesichtspunkten die letztgenannte oder noch eine etwas stärkere Schichtdicke bevorzugt wird.

Einige dieser Trennmittel, wie Bornitrid, bilden auch eine beständige Klebebindung und können mit gutem Erfolg verwendet werden, um die Formkomponente oder -komponenten in einer relativ zueinander fixierten Anordnung an dem duktilen Behälter klebend zu befestigen, wodurch eine unbeabsichtigte Bewegung derselben während der anschließenden Füllung des Behälters und während der anschließenden Manipulationen mit demselben vor dem isostatischen Heißpressen zu vermeiden. Es sei auch bemerkt, daß die Formkomponenten auch durch Hartlöten oder Heftschweißen an vorbestimmten Stellen mit dem Behälter verbunden werden können, um auf diese Weise eine unerwünschte Relativbewegung von Form und Behälter zu vermeiden.

Bei der in Fig. 3 dargestellten beispielsweisen Anordnung können die konturierten Oberflächen 42 und 44 der Formabschnitte 38 und 40 mit geeigneten Zugwinkeln längs ihrer vertikalen Oberflächen versehen werden, wie dieses üblich ist, um das Ablösen der verdich teten Masse von den Formkomponenten zu erleichtern. Die Zusammensetzung des Formabschnittes kann auch so gewählt sein, daß die Form einen Wärmedehnungskoeffizienten hat, der von der Wärmedehnung der verdichteten Masse verschieden ist, so daß durch unterschiedliches Schrumpfen während des Abkühlens der Anordnung das Trennen und Lösen der verdichteten Masse von den Formkomponenten erleichtert wird. So ist bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der mit dem Ma trizenhohlraum versehene Formabschnitt 38 vorzugsweise aus einem Material aufgebaut, dessen Wärmedehnungs- oder -kontraktionskoeffi- zient geringer ist als derjenige der verdichteten Pulvercharge, was zur Folge hat, daß die verdichtete Pulvercharge während des Abkühlens von der konturierten Formoberfläche 42 wegschrumpft, was eine Trennung an dieser Stelle erleichtert. Durch Verwendung eines geeig-

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neten Trennnittels in Kombination mit geeigneten Zugwinkeln und Formkomponenten, die bestimmte unterschiedliche Wärmedehnungs- und -kontraktionskoeffizienten besitzen, kann ein rasches und einfaches Trennen der verdichteten Masse von den Komponenten am Ende des Verdichtungs- und Kühlungsvorganges erreicht werden.

Die Kammer 46 (Fig. 3) wird mit einer vorbestimmten Menge eines geeigneten bindungsfähigen Pulvers gefüllt, wobei der Behälter Vibrationen im Schall- oder Überschallbereich ausgesetzt wird, um eine maximale Packungsdichte in der Größenordnung von wenigstens etwa 60 % und vorzugsweise von bis zu etwa 70 % der theoretischen Dichte zu erzielen. Nachdem die Kammer 46 gefüllt worden ist, werden eingeschlossene Gase, wie Luft, die in den Zwischenräumen der Pulvercharge vorhanden ist, über das Einfüllrohr 48 abgesaugt, worauf das Einfüllrohr unter Ausbildung einer Dichtung verformt und zugeschweißt wird. Es sei bemerkt, daß das Pulver auch in Form eines vorverdichteten Pulverpreßlings, der eine im wesentlichen der Gestalt der Kammer 46 entsprechende Gestalt besitzt, in die Kammer 46 eingebracht werden kann, wobei dann das restliche Kammervolumen mit Hilfe eines lockeren freifließenden Pulvers bestimmter Zusammensetzung gefüllt wird. Wird ein Vorpreßkörper verwendet, so wird dieser Vorpreßkörper während des Zusammenbaus der Anordnung zwischen den konturierten Formoberflächen im Behälter angeordnet und wird das freifließende Pulver zu End,e des Zusammenbaus in der bereits beschriebenen Weise

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zugeführt. Es ist auch möglich, die gesamte Pulvercharge in Form eines Vorpreßkörpers einzubringen, dessen Gestalt im allgemeinen der Gestalt der einander gegenüberliegenden Formoberflächen entspricht. Dadurch wird es überflüssig, den Füllvorgang mit lockeren Pulverteilchen zu vollenden. Vorpreßkörper der genannten Art können durch Verdichten von bindungsfähigen Pulvern unter hohem Druck zu einem Vorpreßling erzeugt werden, der eine ausreichende Grünfestigkeit besitzt, um seine Handhabe zu gestatten. Statt dessen kann eine bindungsfähige Pulvermasse auch bei erhöhter Temperatur in einer Form vorläufig gesintert werden, um der Masse eine selbsttragende Struktur zu geben. Vorpreßlinge der genannten Art besitzen ein poröses Gefüge und weisen eine Dichte auf, die etwa 70 bis etwa 95 % der theoretischen Dichte beträgt, was von der spezifischen Herstellungs-

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weise des Vorpreßlings abhängt.

In jedem Fall wird der abgedichtete Behälter, der eine vorbebchriebene Menge eines bindungsfähigen Pulvers einer angestrebten Zusammensetzung entha.lt, in einen Autoklaven oder eine andere isostatische Umgebung gebracht und auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, während von außen ein isostatischer Druckmitteldruck von einer Größe aufgebracht wird, die ausreicht, um eine nach innen gerichtete Vorformung des Behälters und eine Verdichtung der Pulvercharge auf im wesentlichen 100 % der theoretischen Dichte zu erreichen. Die jeweiligen Temperaturen, Drücke und Zeitdauern zum Erreichen der verdichteten Massen hängen von der jeweiligen Zusammensetzung und den Eigenschaften des verwendeten Pulvers ab. Üblicherweise sind isostatische Drücke von wenigstens etwa 0,35 kg/mm* erforderlich, um in großtechnischem Maßstab zu arbeiten, wohingegen Drücke von 21 kg/mm² und mehr in Abhängigkeit von der Belastbarkeit der Bauteile angewendet werden können, üblicherweise liegen die Drücke im Bereich von etwa 0,35 bis 10,55 kg/mm² und diese Drücke gestatten eine im wesentlichen vollständige Verdichtung der bindungsfähigen Pulver innerhalb wirtschaftlich vertretbarer Zeiträume und bei den benutzten Temperaturbedingungen.

Bei Verwendung von Superlegierungspulvern liegt die Temperatur während des isostatischen Heißpressens üblicherweise im Bereich von etwa 1038 bis zu 1260° C, wobei Temperaturen von 1093 bis etwa 1204° C bevorzugt sind. Die Dauer des isostatischen Heißpreßvorganges kann von einem Bruchteil einer Stunde bis zu zehn Stunden betragen, wobei die jeweils erforderliche Zeit von der speziellen Teilchengröße des Pulvers, der Pulverzusammensetzung, der Stärke des aufgebrachten Druckes und der Temperatur abhängt, bei welcher verpreßt wird.

Während des isostatischen Heißpressens wird das zwischen den konturierten Formflächen 42, 44 der in Fig. 3 dargestellten Formenanordnung vorgesehene Pulver infolge der konvergierenden Bewegung des oberen und unteren Formenabschnittes komprimiert, wie in Fig. 4 dargestellt. Außerdem erfolgt eine nach einwärts gerichtete Durch-

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biegung der nicht unterstützten Abschnitte des duktilen Behälters 32, die gegen das Pulver anliegen. Die durch die Bewegung der Formabschnitte hervorgerufene axiale Verdichtung ruft zusammen mit der durch die einwärts gerichtete Bewegung der Behälterwandungen hervorgerufene Radialverdichtung bei der erhöhten Temperatur und den herrschenden Druckbedingungen e i'ne Verdichtung des bindungsfähigen Pulvers zu einer einheitlichen hochfesten Masse hervor, deren Dichte im wesentlichen der theoretischen Dichte entspricht. Die resultierende Masse besitzt konturierte Oberflächen, die im wesentlichen den konturierten Formoberflächen entsprechen, gegen welche die Masse anliegt.

Nach Beendigung des Abkühlens wird die in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnete verdichtete Masse aus der Anordnung entfernt, indem der Behälter längs des deformierten Umfangsabschnittes 52 abgeschliffen oder anderweitig entfernt wird. Dieses Entfernen des Behältermaterials erfolgt rings um die Behälteraußenseite und längs des deformierten Kreisringabschnittes 54, rings um das Rohr 34, wodurch die axiale Trennung der einander gegenüberliegenden Forrnkomponenten 38 und 40 ermöglicht wird. Die abgerundete Umfangskante der verdichteten Masse 50 kann genau so wie die abgerundete Zentralbohrung einer Feinbearbeitung unterzogen werden, um dimensionsmäßig exakte Oberflächen zu erzeugen, die der zylindrischen Umfangskante und der Bohrung 22 der Nabe 20 in Fig. 2 entsprechen.

Die verbleibenden Bereiche des Behälters 32 unter Einschluß des Rohres 34 werden anschließend von den Außenoberflachen der Formabschnitte 38 und 40 entfernt, die ohne weitere Aufarbeitung wieder verwendet werden. Lediglich die konturierten Formflächen werden wieder mit einem geeigneten Trennmittel beschichtet, um erneut zu einer Formanordnung unter Verwendung eines neuen deformierbaren Behälters gemäß der in Fig. 3 dargestellten Anordnung zu gelangen.

Die Erfindung ist gleichfalls geeignet zur Herstellung verdichteter Massen, die aufeinander abgestimmte Abschnitte aufweisen, zwischen denen ein Hohlraum einer präzisen Konfiguration und Größe ausgebildet ist. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird, wie am

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besten den Figuren 5 bis 10 zu entnehmen, ein dreidimensionaler Körper in Form einer Permanentform 58 in einem für ein Druckmittel undurchlässigen oder von einem Druckmittel nicht zerstörbaren duktilen Behälter 60 angeordnet, der nachfolgend mit einem bindungsfähigen Pulver gefüllt und in der vorstehend beschriebenen Weise isostatisch heißverpreßt wird. Wie der Zeichnung zu entnehmen, besitzt aer duktile Behälter 60 einen kreisförmigen Querschnitt sowie eine Bodenwandung und eine obere Wand, die mit zwei Einfüllrohren 62 versehen ist. Die Permanentform 58 besitzt die Gestalt eines Flaschenschnittes 64 mit einem ebenen rechtwinkligen Flansch 66, der radial aus der Längsachse des Flaschenschnittes jenseits des oberen und unteren Endes desselben vorsteht. Der Flansch 66 besitzt eine solche Größe, daß seine Umfangskante 68 in Gleitberührung mit der Innenoberfläche des Behälters angeordnet ist, so daß der Innenraum des Behälters in zwei Abteilungen 70 und 72 unterteilt ist, die mit den Einfüllrohren 62 in Verbindung stehen. Die Permanentform 58 ist in der richtigen Position innerhalb des Behälters befestigt, wie durch Heftschweißen oder dergleichen und die Oberfläche der Permanentform ist mit einem geeigneten Trennmittel beschichtet, wie vorstehend erläutert. Die Abteilungen 70 und 72 werden anschließend mit einem geeigneten bindungsfähigen Pulver gefüllt. Der Innenraum der Abteilungen wird zur Entfernung von Gasen, wie Luft evakuiert, worauf die Rohre abgedichtet und die gefüllte Anordnung anschließend dem isostatischen Heißpressen unter einem von außen aufgebrachten isostatischen Druckmitteldruck unterworfen wird, um eine Verdichtung des Pulvers als Ergebnis einer radial nach innen gerichteten Deformation der Behälterwandungen zu einer verdichteten Masse zu erzielen, deren Fertiggestalt am besten in den Figuren 7 und 8 dargestellt ist. Während des Verdichtungsvorganges ruft die radial nach innen gerichtete Verformung des Behälters 60 einen entsprechenden Zuwachs seiner Dicke hervor und wird ein umfangsmäßig vorstehender Steg 74 gebildet, der die Umfangskante 68 des Flansches der Permanentform überlagert. Nach dem Abkühlen dar verdichteten Anordnung wird der Behälter längs des Umfangssteges 74 entfernt, wodurch die beiden sich entsprechenden konsolidierten Massen 76 und 78 längs der Trennkante getrennt werden können, die durch die einander gegenüberliegenden Flächen des Flansches 66 und des Umfanges des

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Flaschenschn.it Les 64 definiert sind. Das Entfernen der verbleibenden Abschnitte des Behälters 60 vom Umfang der verdichteten Massen 76 und 78 kann mit Hilfe geeigneter Bearbeitungsmaschinen erfolgen. Der Behälter kann aber auch vom Umfang der verdichteten Massen unter Verwendung eines Trennmittels des bereits beschriebenen Typs abgehoben werden, wobei ein solches Trennmittel als Schicht auf der Oberfläche der Permanentformabschnitte anzuordnen ist. Die erzielten verdichteten Massen können zu zwei einander entsprechenden Formhälften oder -abschnitten 80 und 82 zusammengefügt werden, wie am besten den Figuren 9 und 10 zu entnehmen ist, wodurch zwischen ihnen ein maßgenauer Formhohlraum 84 in Gestalt einer Flasche gebildet ist, der eine hochtemperaturbeständige Form darstellt, die zum Blasen von Glasflaschen oder dergleichen geeignet ist.

Die Anwendung der Erfindung zum Ausbilden verwickelter komplex gestalteter Komponenten unter Einschluß dünnwandiger Flansche und Abschnitte sowie von rückseitigen Flanschen ist in den Figuren 11 bis 13 dargestellt. Die erforderliche Ausrüstung umfaßt wie dargestellt einen kreisförmigen duktilen Behälter 86, der mit einem Zentralrohr 88 versehen ist, so daß eine im allgemeinen ringförmige Innenkammer gebildet ist, in welcher eine Vielzahl von Permanentform-Komponenten angeordnet und in geeigneter Weise in ihrer Betriebsstellung festgehalten ist. Das Befestigen kann durch Heftschweißung oder dergleichen erfolgen. Die Formkomponenten umfassen einen oberen inneren Formring 90, einen unteren inneren Formring 92, einen oberen geteilten Formring 94, einen unteren geteilten Formring 96, einen oberen Außenformring 98 sowie einen unteren Außenformring 100. Die Oberflächen der verschiedenen Formringe bilden zusammen mit den freiliegenden inneren Oberflächen des duktilen Behälters 86 und dem Rohr 88 einen Formenhohlraum zur Erzeugung eines Rades oder Rotors, wie am besten in Fig. 13 dargestellt, der einen sich radial erstrekkenden Flansch 102 von kreisförmiger Konfiguration besitzt, in welchem eine Mittelbohrung ausgebildet ist, welche durch das Rohr 88 definiert ist. Daneben ist ein vergrößerter Nabenbereich 104 vorgesehen und an dessen Peripherie ist einstückig ein erweiterter Rand 106 ausgebildet, der sich rings um den Umfang der Nabe erstreckt. Ein sich in axialer Richtung erstreckender zylindrischer

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Flansch 108 ist einstückig mit dem Rad oder dem Rotor ausgebildet und steht axial in einem Zwischenbereich des scheibenartigen Flansches 102 vor, wobei an den Enden dieses Axialflansches 108 sich radial nach innen erstreckende Flansche 110 befestigt sind. Der Innenraum des Hohlraumes steht in Verbindung mit einem Einzelrohr 112, welches in der oberen Behälterwandung ausgebildet ist. Durch dieses Behälterrohr kann ein geeignet zusammengesetztes bindungsfähiges Pulver eingebracht werden.

Die verschiedenen Formabschnitte werden vor und während des Einrüllens des Pulvers in einer geeigneten Anordnung innerhalb des duktilen Behälters 86 gehalten, was entweder durch Heftschweißen oder mit Hilfe eines klebenden Trennmittels erfolgt. Der Hohlraum des Behälters wird anschließend über das Einfüllrohr 112 mit einem geeignet zusammengesetzten bindungsfähigen Pulver gefüllt, worauf mitgerissene Gase, wie Luft, aus dem Hohlraum evakuiert werden und das Einzelrohr verformt und zugeschweißt wird. Die gefüllte und abgedichtete Anordnung wird sodann auf eine erhöhte Temperatui" erwärmt und einem von außen aufgebrachten isostatischen Druckmitteldruck in der bereits beschriebenen Weise unterworfen. Dieses hat eine nach einwärts gerichtete Deformation des duktilen Behälters aus einer in Fig. 11 dargestellten Konfiguration in eine in Fig. 13 dargestellte Endkonfiguration zur Folge, wobei die oberen und unteren Ringe axial aufeinander zu bewegt werden, was eine Verdichtung des dazwischenliegenden Pulvers zur Folge hat, wodurch der kreisförmige Scheiben- oder Flanschenabschnitt 102 ausgebildet wird. Die Verdichtung des Pulvers wird ferner längs des Nabenabschnittes 104 und des Bereiches des Außenrandes 106 durch die radiale Verformung des Behälters in den Bereichen 114 bzw. 116 erleichtert. Eine Verdichtung des Pulvers in der einen zylindrischen Axialflansch 108 sowie radial nach innen vorstehende Flansche 110 definierenden Region wird gleichfalls durch eine nach innen gerichtete Verformung der Behälterwandungen in den in Fig. 13 mit dem Bezugszeichen 118 bezeichneten Regionen erleichtert.

Nach der Beendigung des isostatischen Heißpressens und der Abkühlung der verdichteten Anordnung wird der Behälter beispielsweise durch

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Abdrohen entfernt und der obere Innenring sowie der untere Inneiiring, wie auch der obere und untere Außenring werden axial aus der verdichteten Rotoranordnung entfernt, worauf die geteilten oberen und unteren Formringe 94 und 96 herausgenommen werden. Das Vorhandensein der Radialflansche 110 erfordert die Verwendung teilbarer innerer Formringe 94 und 96, wie am'besten aus Fig. 12 ersichtlich, um ein Entfernen derselben durch eine nach innen gerichtete Radialbewegung der einzelnen Abschnitte zu erzielen, was einen entsprechenden Freiraum erfordert. Zu diesem Zweck enthält der in Fig. 12 dargestellte teilbare Ring 94 zwei konische Bogenschlußabschnitte 120, die zuerst entfernt werden, worauf die verbleibenden Teilungsabschnitte 122 aus der verdichteten Masse herausgezogen werden können. Geeignete Zugwinkel und/oder eine geeignete Auswahl der Detailabschnitte bildenden Werkstoffe im Hinblick auf die Ausbildung eines Kontraktionskoeffizienten, der größer ist als derjenige der verdichteten Masse, kann durch ein Wegschrumpfen von den anliegenden Oberflächen der verdichteten Rotoranordnung ein Herauslösen der Teilungsabschnitte erleichtern. Die erzielte Rotoranordnung wird längs des inneren Nabenabschnittes und der Peripherie des äußeren Ringabschnittes maschinell bearbeitet, um so eine genaue Mittelbohrung sowie eine exakte Umfangsoberflache zu bilden, wie bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Rotor 20.

Es ist auch möglich, Formanordnungen zu verwenden, die konzentrisch teleskopisch angeordnete Formringe, wie die Ringe 90, 94 sowie 92 und 96 der in den Figuren 11 bis 13 dargestellten Ausführungsfonn enthalten, wobei solche Ringe während der Verdichtung axial zueinander verschieblich sind. Die relative Axialbewegung eines derartigen teleskopischen Formabschnitts ist von Nutzen, wenn relativ große Schwankungen oder Unterschiede in der Querschnittsdicke des zu verdichtenden Pulvers vorhanden sind, wobei eine größere axiale Bewegung der Formabschnitte im Bereich der dickeren Pulverabschnitte herbeigeführt werden kann. Dadurch kann beim isostatischen Verpressen eine günstigere Verfahrensführung im Hinblick auf die seitliche oder radiale Verdichtung des Pulvers ermöglicht werden. Die vorstehend erwähnte teleskopierbare Form ist bei den in den Figuren 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsformen verwirklichbar, wobei die

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oberen und unteren Formabschnitte 38 und 4 0 darm nicht mehr einstückig ausgebildet sind, sondern eine Vielzahl von kreisförmigen zylindrisch-konzentrisch und teleskopisch angeordneten Abschnitten bildet, die die individuellen abgestuften oder terrassenförmigen konvexen oder auch konkaven Konfigurationen der Kammer 4G bilden, mit deren Hilfe der verdichtete Nabenrotor 20 erzeugt wird.

Es sei unterstrichen, daß die Erfindung nicht aaf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, da dem Fachmann innerhalb des Erfindungsgedankens Anpassungen und Abwandlungen möglich sind.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen verdichteter Teile, die wenigstens in einem Bereich ihrer Oberfläche eine vorbestimmte Kontur besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einem dichten Material bestehende Form verwendet wird, in deren Oberfläche eine Kontur ausgebildet ist, die der dem verdichteten Teil zu erteilenden Kontur entspricht, daß die Form innerhalb eines nicht für ein Druckmittel durchlässigen duktilen Behälters angeordnet wird, dessen Innenvolumen größer ist als das der Form, daß das verbleibende Volumen des Behälters mit einem bindungsfähigen Pulver so gefüllt wird, daß es an der konturierten Formoberfläche in Anlage liegt, daß alle Gase aus dem Innenraum des gefüllten Behälters evakuiert werden, daß der gefüllte evakuierte Behälter abgedichtet wird, daß der gefüllte Behälter auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, daß der erwärmte Behälter einem von außen angreifenden isostatischen Druckmitteldruck von einer solchen Größe und über einen solchen Zeitraum unterworfen wird, daß eine nach innen gerichtete Deformierung des Behälters und ein Verdichten des darin enthaltenen Pulvers gegen die konturierte Formoberfläche zu einer verdichteten Masse erzielt wird, deren Dichte in der Nähe von 100 % der theoretischen

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TELEFON (OSO) 92 98 69

TELEX OS-9S38O

TELECiRAMME MONAPAT

TELEKOPIEREH

OFHGINAL INSPECTED

27247G9

Dichte liegt, daß der Behälter und die Form sowie die in der Form enthaltene verdichtete Masse abgekühlt werden, und daß der Behälter entfernt und die verdichtete Masse als ein verdichtetes, kontur!ertes Teil entnommen wird, wobei die Form zum Zwecke ihrer Wiederverwendung entfernt und zurückgewonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Pulver eine pulverisierte Superlegierung verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als etwa 250 μπι verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Pulver ein Superlegierungspulver mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 1 Mikron bis etwa 250 Mikron verwendet wird, welches weniger als etwa 200 ppm Sauerstoff enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erwärmte Behälter bei einem Druck von mehr als etwa 0,35 kg/mm² einem von außen einwirkenden isostatischen Druckmitteldruck ausgesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erwärmte Behälter bei einem Druck von etwa 0,35 bis 10,55 kg/mm² einem von außen angreifenden isostatischen Druckmitteldruck ausgesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Pulver in Berührung stehende Formoberfläche mit einem Trennmittel versehen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem eine mit einer Vielzahl individueller Abschnitte versehene Form verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Form

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so in dem Behälter angeordnet wird, daß die Abschnitte zum Ausführen einer Relativbewegung zueinander während der Verformung des Behälters imstande sind, um ein Verdichten des Pulvers zwischen den Formabschnitten zu erzielen.
9. Verfahren nach Anspruch'· 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Anordnung der Form im Behälter die Form am Behälter befestigt wird, um eine unerwünschte Relativbewegung dazwischen zu verhindern.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Füllen des verbleibenden Volumens des Behälters mit einem bindungsfähigen Pulver dadurch erfolgt, daß eine vorläufig gebundene Vorform aus einem Pulver der an gestrebten Zusammensetzung in das Innere des Behälters eingebracht wird und daß der Rest des nicht ausgefüllten Behältervolumens mit einem geeigneten freifließenden bindungsfähigen Pulver gefüllt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Füllen des verbleibenden Behälter- volumens mit einem bindungsfähigen Pulver dadurch erfolgt, daß eine vorläufig gebundene Vorform aus dem bindungsfähigen Pulver mit einer weniger als 100 % der theoretischen Dichte betragenden Dichte und einer Größe und Konfiguration, die geeignet ist, um das übrige Volumen des Behälters im wesentlichen zu füllen, in den Behälter eingebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß beim Füllen des verbleibenden Behältervolumens mit einem bindungsfähigen Pulver der Behälter in Vibrationen versetzt wird, um die angestrebte Packungsdichte des Pulvers zu erzielen.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Form zwei Abschnitte besitzt, die jeweils eine ausgewählte Oberflächenkontur aufweisen, und daß

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das Anordnen der Form im Behälter derart erfolgt, daß die Abschnitte im Abstand voneinander so angeordnet werden, daß ihre konturierten Oberflächen einander gegenüberliegen und eine Kammer definieren, die mit dem Pulver gefüllt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Stahl bestehende Form verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form verwendet wird, die aus einem Metall besteht, dessen Wärmedehnungskoeffizient größer ist als derjenige des verdichteten konturierten Teils.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form aus einem Metall verwendet wird, dessen Wärmedehnungskoeffizient geringer ist als derjenige des verdichteten konturierten Teils.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine noch mit einer Vielzahl von zusätzlichen Abschnitten versehene Form verwendet wird, von denen wenigstens einer einen Wärmedehnungskoeffizienten besitzt, der größer ist als der des verdichteten konturierten Teils, und daß wenigstens ein zweiter Abschnitt der Form einen Wärmedehnungskoeffizienten besitzt, der kleiner ist als derjenige des verdichteten konturierten Teils.
18. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein ein Superlegierungspulver enthaltendes bindungsfähiges Pulver verwendet und die mit dem Pulver in Berührung stehende Formoberfläche mit einem Trennmittel versehen wird, welches aus einer intermetallischen Verbindung besteht, die beim Vorliegen des Superlegierungspulvers bei der während dessen Verdichtung herrschenden erhöhten Temperatur sowie dem dabei herrschenden Druck thermodynamisch stabil ist.

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19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Form ein dreidimensionaler Körper mit einer vorbestimmten äußeren Konfiguration und einer Größe und einem Volumen verwendet wird, welche kleiner als das Behälter/innere sind, und daß ein von der Oberfläche dieses Köi— pers vorstehender Flansch mit einer Umfangskante vorgesehen ist, welche beim Anordnen der Form im Behälter in Anlage an die innere Oberfläche des Behälters gelegt wird, so daß das Behälterinnere in zwei getrennte Abteilungen unterteilt ist, und daß die beiden Abteilungen mit dem Pulver gefüllt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen des Behälters längs der umfangskante des Flansches vorgenommen wird, um eine Entnahme und Wiedergewinnung des dreidimensionalen Körpers zu gestatten und um die verdichtete Masse in Form von zwei gesonderten Abschnitten zu entnehmen.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch vorgesehen wird, um einen Flansch zu erzielen, der eben ist und eine Größe besitzt, die ausreicht, um das Behälterinnere in zwei gesonders Abteilungen mit im wesentlichen gleichem Volumen zu unterteilen.
22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flansch mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke verwendet wird.
23. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form verwendet wird, deren Werkstoff einen größeren Wärmedehnungskoeffizienten besitzt als die verdichtete Masse.
24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Außenfläche der Form mit einem Trennmittel versehen wird.

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25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennmittel verwendet wird, welches aus Bornitrid, Tonerde, Titandioxid, Siliziumdioxid sowie Mischungen der vorgenannten Stoffe besteht.
26. Vorrichtung zum pulverrnotallurgischen Herstellen verdichteter Teile, die wenigstens in einem Bereich ihrer Oberfläche eine vorbestimmte Kontur besitzen, gekennzeichnet durch einen druckmitteldichten duktilen Behälter (32; 60; 86), der eine innere Kammer definiert, wenigstens eine in der Kammer angeordnete Formkomponente (38, 40; 58), die mit einer Oberfläche versehen ist, deren Kontur der bei den verdichteten Teil angestrebten Kontur entspricht, durch eine Einrichtung zum Festlegen der Formkomponente in der Kammer in einer relativ zueinander festgelegten Stellung zwecks Verhinderung einer unerwünschten Relativbewegung zwischen der Form und dem Behälter, wobei das Volumen der Form geringer ist als das Volumen der Kammer, so daß eine Formkammer (46; 70, 72) verbleibt, welche mit einem bindungsfähigen Pulver zu füllen ist, wobei wenigstens ein Abschnitt der Formoberfläche mit einem Trennmittel versehen ist, und durch am Behälter angeordnete Einrichtungen (48; 62; 112), die mit der Formkammer in Verbindung stehen und zum Füllen der Restkammer mit dem bindungsfähigen Pulver dienen.

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