DE2749307C3

DE2749307C3 - Verfahren zum Pulverschmieden hochdichter Körper

Info

Publication number: DE2749307C3
Application number: DE19772749307
Authority: DE
Inventors: Milton Reed Lower Burrell Pa. Rearick
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1977-11-01
Filing date: 1977-11-01
Publication date: 1981-06-11
Also published as: DE2749307A1; DE2749307B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pulverschmieden hochdichter Körper in einem verformbaren Behälter bei entsprechender Temperatur, wobei die Menge an Pulver größer als die Menge ist, die zum Schmieden des Körpers zu der gewünschten Dichte notwendig ist und innerhalb im wesentlichen geschlossener Gesenkformen mit einer Einrichtung zum Entweichen von überschüssigem Pulver ein Körper mit einer Dichte von wenigstens 99% geschmiedet wird.

In der Druckschrift »Powder Metallurgy« (1958), 1/2, S. 94 bis 103, ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem eine Folie oder eine Hülle mit vorgeformten Pellets gefüllt oder das Pulver innerhalb der Hülle verdichtet wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird die endgültige Hüllenform durch die Matrizenform bestimmt, auch wird dort vorhandene Luft aus dem Behälter evakuiert, bevor er für den Erhitzungsvorgang geschlossen wird.

Bei dem Strangpreßverfahren für Metallpulver nach der DE-PS 9 23 469 wird eine, zweiteilige Preßform mit einer Kupferfolie ausgelegt und das Metallpulvergemisch eingebracht und zusammengestampft. Nach Vorpressen und Erwärmen auf eine Temperatur von 600 bis 1000° C erfolgt das eigentliche Verpressen in der Strangpresse.

In der DE-OS 2015 450 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Körpers aus zwei Pulverarten für Kern und Wandung beschrieben, bei dem nach dem Verdichtungsvorgang ein Sintern erfolgt, damit der entstehende zylindrische Körper als Walze eingesetzt werden kann, deren Wandung andere Eigenschaften als die Kernschicht aufweisen muß.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der eingangs umrissenen Art so zu gestalten, daß ein Verpressen des Metallpulvers zu einer Zwischenform und ein Sintern entfallen, während ein geschmiedeter Gegenstand mit verbesser

ίο

ten mechanischen und metallurgischen Eigenschaften hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß loses Metallpulver in einen Behälter gegeben wird, der ein offenes Ende und die Form des zu schmiedenden Körpers aufweist und der Behälter mittels eines auf das Pulver gelegten Deckels geschlossen wird, so daß nur ein Teil der beim Erhitzen des Metallpulvers in dem Behälter entwickelten Gase abgeführt, während eine ausreichende Gasmenge als Schutzgas zurückgehalten wird.

Zweckmäßig wird ein Deckel aus demselben Werkstoff wie der des Behälters aufgelegt

Dabei kann auch der Behälter mit dem darin befindlichen Metallpulver in einer Druckstufe geschmiedet werden.

Bei einem solchen Verfahren entfallen die Notwendigkeit eines Entgasens des geschlossenen Metallbehälters mit darin befindlichem Metallpulver sowie das Pressen und Nachpressen zu einer Zwischenform. Der Behälter mit der Form, die mit dem zu schmiedenden Werkstück in Beziehung steht, ist während des Erwärmens mit einem Deckel so verschlossen, daß das Pulver eingeschlossen und vor Verunreinigungen geschützt wird. Der Deckel erlaubt außerdem, daß das Pulver seine eigene Schutzatmosphäre während des Vorerwärmens erzeugt, ermöglicht aber gleichzeitig, daß ein Teil der Gase aus dem Behälter entweicht Das Metallpulver wird auf eine einheitliche Temperatur erwärmt um das metallurgische Binden zu erleichtern. Das Schmieden des mit Pulver gefüllten Behälters zu einem Körper mit einer Dichte von mindestens 99% wird in geschlossenen Gesenkformen vorgenommen. Es entsteht ein geschmiedeter hochdichter Körper mit homogener Zusammensetzung, wenn der Behälter und das Pulver aus dem gleichen Material sind. Plattierte geschmiedete Körper werden aus Metallpulver erhalten, wenn der Metallbehälter und der Deckel aus einer Legierung sind, die sich von dem Metallpulver unterscheidet

Der verwendete Metallbehälter ist von leicht verformbarer einfacher Gestalt in Beziehung zu der genauen Form des zu schmiedenden Körpers. Ein leicht verformbarer Behälter hat eine genügende Festigkeit um seine Form zu behalten, wenn er das Pulver enthält, und zwar während des Eintragens und des Erwärmens des Pulvers in dem Behälter und während des Transports des mit Pulver gefüllten Behälters in den Hohlraum einer Gesenkform. Der Behälter hat ein offenes Ende zur Aufnahme des Pulvers und besteht aus dünner Metallfolie, wie z. B. einer Folie aus Aluminium oder dessen Legierungen mit einer Dicke zwischen 0,013 bis 3,175 mm.

Ein Verbundkörper wird erhalten, wenn sich der Werkstoff des Behälters von dem des Metallpulvers unterscheidet, aber mit letzterem verträglich ist Eine mit dein Metallpulver verträgliche Legierung ergibt mit dem Metallpulver während des Schmiedens eine Bindung und einen geschmiedeten Verbundkörper, der mit einer Legierung des Behälters plattiert ist Die Weiterbearbeitung des geschmiedeten Körpers kann ein weiteres Schmieden oder eine andere Bearbeitung umfassen, um die Form des Körpers ohne Beeinflussung der Dichte z<i ändern.

Der Deckel für den mit Pulver gefüllten Behälter besteht vorzugsweise aus einer dünnen Metallfolie aus dem gleichen Werkstoff wie das Pulver oder der Metallbehälter und kann direkt vor dem Schmieden

entfernt werden. Eine Aufgabe des Deckels besteht darin, das Metallpulver davor zu bewahren, daß es aus dem Behälter herausgeblasen wird, was auf Grund von Feuchtigkeit an den Pulverpartikeln und der Luft vorkommen kann, die zwischen den Partikeln eingeschlossen ist Der Deckel schirmt außerdem das Pulver vor der Ofenatmosphäre während des Erwärmens ab. Somit wird das Pulver in seiner eigenen entwickelten Atmosphäre eingeschlossen und vor Oxidation geschlitzt Ein Teil der entwickelten Gase kann indessen aus dem Behälter entweichen. Das Entlüften kann durch lockeres Befestigen des Deckels an dem Behälter oder durch Anbringen von Löchern in dem Deckel bewirkt werden. Auch wird das Metallpulver vor Verunreinigung durch Absorption und Adsorption von Schmiermitteln innerhalb der Gesenkform geschützt

Das beim Pressen und Schmieden verwendete Schmiermittel eignet sich für die Form- und Schmiedetemperaturen. Die Gestalt der Gesenkform soll das Entweichen von losem Pulver oder überschüssigem Metall aus der Form in Grenzen haken, bis der Schmiededruck den zum Füllen des Hohlraums erforderlichen Druck übersteigt und eine metallurgische Bindung des Pulvers erreicht ist Beim direkten Pressen und Schmieden von heißem losem Metallpulver nimmt ein Metallbehälter mit der Form des zu schmiedenden Werkstücks loses Metallpulver bis zu einer Dichte von etwa 50 bis 60% auf. Das Pulver kann in den Behälter geschüttet oder in dem Behälter leicht gestampft oder gepreßt werden. Während des Pressens und Schmiedens werden das Metallpu'ver und der Behälter verdichtet Dabei ist die verwendete Pulvermenge größer als die zum Schmieden eines gewünschten Körpers bis zu der bestimmten Dichte erforderliche Mrenge. Überschüssiges Material kann aus dem Hohlraum der Form entweichen, wenn das Pulver verdichtet und das Füllen des Hohlraums erzwungen worden ist Dieses stellt außerdem die plastische Verformung sicher und erzeugt während des Pressens und Schmiedens Scher- und Druckkräfte, so daß beispielsweise die Hohlräume zwischen den Teilchen geschlossen werden.

Der mit Pulver gefüllte Metallbehälter wird so lange in einer vorerwärmten Anlage gehalten, bis eine gleichmäßige Temperatur innerhalb des gesamten Pulvers in dem Behälter vorhanden ist Diese Temperatur soll so hoch sein, daß ein Binden des betreffenden Legierungspulvers unter plastischer Verformung während des Schmiedens erleichtert wird. Für Aluminium und dessen Legierungen beträgt diese Temperatur mindestens 136°C und kann von 316° bis 566°C reichen. Der vorerwärmte, mit Pulver gefüllte Behälter wird nach dem Erwärmen in eine Schmiedegesenkform gebracht. Es ist auch möglich, daß das Pulver in der Gesenkform erwärmt wird, um die Notwendigkeit eines Transports des gefüllten Behälters auszuschalten.

Das Schmieden wird vorzugsweise in nur einer Stufe in einer geschlossenen Gesenkschmiedeform mit einem Schlag durchgeführt Für Aluminium und dessen Legierungen sollte die Schmiedetemperatur mindestens 316°C betragen. Um zu erreichen, daß das Metallpulver und der geschmiedete Körper die erforderliche Mindesttemperatur während des Schmiedens behält

ι ο oder diese übersteigt kann die Gesenkform auf die oder über die Mindesttemperatur aufgeheizt werden.

Der mit Pulver gefüllte erwärmte Behälter wird zu der gewünschten Form mit einer vorbestimmten Dichte, die sich einer Dichte von 100% nähert, geschmiedet,

π ohne daß die Notwendigkeit besteht eine Zwischenform herzustellen. Das Schmieden wird fortgesetzt, bis alle Hohlräume gefüllt sind, eine Bindung der Pulverteilchen stattgefunden hat und die gewünschten mechanischen Eigenschaften erreicht sind. Die Verweilzeit des Schmiedestempels bei maximalem Dauerdruck kann 10 Sekunden betragen. Der geschmiedete Körper wird aus der Gesenkform ausgestoßen und ist für die Verwendung nach Entfernung des Grats und nach dem maschinellen Bearbeiten fertig. Der Körper kann aber vor dem maschinellen Bearbeiten auch zu einer anderen Form geschmiedet werden.

Beispiel Ein vorlegiertes Pulver mit 75 bis 90% Teilchen mit

so einer Größe unter 0,044 mm, bestehend aus 20% Si, 4,5% Mn, Rest Aluminium mit zulässigen Beimengungen, wird in einen Aluminiumfolienbehälter eingetragen. Der Behälter hat eine Dicke von 0,127 mm und ist ein Kubus mit einer Abmessung von

$5 20 cm χ 20 cm χ 6,4 cm Höhe. Eine Folie mit einer Dicke von 0,019 mm und der gleichen Zusammensetzung wie der des Behälters bedeckt das obere Ende des Behälters. Der mit Pulver gefüllte Behälter wird auf eine Temperatur zwischen 371° und -538⁰C, vorzugsweise 427° C in Stickstoffatmosphäre während 120 Minuten erwärmt Der Behälter wird in einen geschmierten Gesenkformhohlraum gebracht der auf eine Temperatur von 371° bis 399° C erwärmt ist Bei einem Schmiededruck von 7460 MPa und bei einer Geschwindigkeit von 25,4 cm je Minute wird bei einer Verweilzeit von 10 Sekunden während des anhaltenden Drucks der Behälter gepreßt und zu der gewünschten Form geschmiedet Der geschmiedete Körper hat eine Zugfestigkeit von 385 bis 420 N/mm² und eine Streckgrenze von 280 bis 315 N/mm².

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind aber auch andere NE-Metalle, wie Magnesium oder dessen Legierungen bearbeitbar.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Pulverschmieden hochdichter Körper in einem verformbaren Behälter bei entsprechender Temperatur, wobei die Menge an Pulver größer als die Menge ist, die zum Schmieden des Körpers zu der gewünschten Dicke notwendig ist, und innerhalb im wesentlichen geschlossener Gesenkformen mit einer Einrichtung zum Entweichen von überschüssigem Pulver ein Körper mit einer Dichte von wenigstens 99% geschmiedet wird, dadurch gekennzeichnet, daß loses Metallpulver in einen Behälter gegeben wird, der ein offenes Ende und die Form des zu schmiedenden Körpers aufweist, und der Behälter mittels eines auf das Pulver gelegten Deckels geschlossen wird, so daß nur ein Teil der beim Erhitzen des Metallpulvers in dem Behälter entwickelten Gase abgeführt, während eine ausreichende Gasmenge als Schutzgas zurückgehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß ein Deckel aus demselben Werkstoff wie der des Behälters aufgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit dem darin befindlichen Metallpulver in einer Druckstufe geschmiedet wird.