DE2751623C2

DE2751623C2 - Verfahren zur Herstellung von warmverformten Fertigprodukten auf Molybdänbasis

Info

Publication number: DE2751623C2
Application number: DE2751623A
Authority: DE
Inventors: Russel William Mentor Ohio Burmann
Original assignee: Amax Inc
Current assignee: Cyprus Amax Minerals Co
Priority date: 1977-03-01
Filing date: 1977-11-18
Publication date: 1982-08-05
Also published as: DE2751623A1; FR2382287B1; DK497377A; FR2382287A1; GB1557497A; ATA818477A; US4077811A; JPS53106615A

Description

Molybdän und Legierungen, die hauptsächlich aus Molybdän bestehen, weisen ein großes Anwendungsgebiet auf. Die physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften dieses bei hohen Temperaturen widerstandsfähigen Metalles und dessen Legierungen sind der Grund dafür, daß dieses Metall für Hochtemperaturausrüstungsteile und für hohen Temperaturen unterworfene Bauelemente breite Verwendung findet.

Die meisten handelsüblichen warmverformten Produkte bestehen im wesentlichen aus reinem oder geringfügig legiertem Molybdän, das entweder durch pulvermetallurgische Verfahren oder durch Vakuumlichtbogenguß verfestigt worden ist, und zwar aus zwei Molybdänlegierungen:

1. TZM-Molybdänlegierung, die aus etwa 0,5 Gew.-% Titan, 0,08 Gew.-% Zirkonium, Rest Molybdän und

2. Molybdän-Wolfram-Legierung, die aus etwa 70Gew.-% Molybdän und 30Gew.-% Wolfram besteht.

Da die auf Molybdän basierenden Werkstoffe bei Temperaturen über etwa 650° C stark oxidieren, womit eine übermäßige »Rauch«-Entwicklung aus Molybdäntrioxid verbunden ist, ist die Handhabung und Herstellung derartiger Werkstoffe ziemlich gefährlich. Darüber hinaus entstehen signifikante Materialverluste.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die mit der Bildung eines derartigen »Rauches« verbundenen Probleme dadurch zu verringern oder zu beseitigen, daß man die Molybdänherstellung unter Rotglut in einer Schutzhülle oder mit beschichteten Knüppeln durchführt, um eine Oxydation derselben zu verhindern. Aufgrund der hohen Verfahrenskosten und/oder Materialverluste konnten sich derartige Techniken jedoch nicht durchsetzen.

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Vermeidung der geschilderten Nachteile anzugeben.

Die Erfindung betrifft ein einfaches, ökologisch sauberes, energiesparendes und wirtschaftlich brauchbares Verfahren für die Herstellung von warmverformten Produkten auf Molybdänbasis, bei dem von herkömmlichen Bearbeitungsverfahren, wie Schmieden, Rund- und Fiachwalzverfahren oder ähnlichen Methoden, Gebrauch gemacht wird Die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Produkte weisen zumindest gleiche mechanische Eigenschaften wie die nach den bekannten Herstellungsverfahren unter Rotglut gewonnenen Produkte auf. In vielen

ίο Fällen besitzen die erfindungsgemäß hergestellten Produkte bessere Eigenschaften als die bekannten.

Es wurde nämlich überraschend gefunden, daß die Warmverformung eines Knüppels aus Molybdän oder einer Legierung, die mindestens 50% Molybdän enthält, in einem niedrigeren Temperaturbereich in wirksamer Weise durchgeführt werden kann, ohne daß sich hierbei der schädliche sichtbare »Molybdäntrioxid-Rauch« bildet Während des Erhitzens und der Warmverformung werden zu keinem Zeitpunkt Schutzüberzüge,

Schutzbehälter oder Schutzatmosphären benötigt

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Block auf 260° C bis 650° C erhitzt und danach in herkömmlicher Weise verformt, beispielsweise durch Schmieden oder Walzen in einem oder einer Vielzahl von Verformungsschritten. Auf diese Weise werden Bleche, Platten, Stäbe und Stangen, geschmiedete Formen u. ä. hergestellt Der in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Begriff »Schwarzbearbeitung« umfaßt die Verformung eines Werkstoffs auf Molybdänbasis, nachdem dieser auf eine relativ niedrige Temperatur von 260° C bis 650° C erhitzt worden ist In diesem Zustand sieht der Werkstoff schwarz aus, ohne daß dabei irgendeine »Rauchbildung« stattfindet Im Gegensatz dazu kommen bei den Verfahren nach dem Stand der Technik höhere Temperaturen über etwa 870° C zur Anwendung, bei denen der Werkstoff rotglühend ist, was mit einer übermäßigen »Rauchentwicklung« von Molybdäntrioxid verbunden ist Erfindungsgemäß wird das »schwarzbearbeitete« Produkt während bis zu zwei Stunden bei Temperaturen von 815 bis 1370° C einer Entspannungsglühung unterzogen und dann normalerweise über eine Oberflächenbearbeitung in das Endprodukt überführt. Der Werkstoff kann in einem Zwischenstadium des Schmie de- oder Walzvorganges einem geeigneten Entspan nungsglühen unterzogen werden, um die weitere »Schwarzbearbeitung« zu einem Endprodukt zu erleichtern. Das auf diese Weise hergestellte warmverformte Produkt weist mindestens gleiche mechanische Eigen schäften auf wie ein warmverformtes Produkt der gleichen Zusammensetzung, das nach den bekannten Verfahren bei Temperaturen über 87O°C hergestellt worden ist, bei denen die Knüppel bis zur Rotglut erhitzt werden und durch Oxydation verursachte »Rauchpro bleme« auftreten.

Die erfindungsgemäß warmverformten Molybdänprodukte können auf einfache Art und Weise unter Anwendung von herkömmlichen Bearbeitungstechniken in geeignete Endprodukte übergeführt werden.

Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung dient die nachfolgende detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen derselben.

Die zur »Schwarzbearbeitung« geeigneten Molybdänknüppel werden üblicherweise durch axiales Heiß- Strangpressen bei Temperaturen von 815 bis 1370°C und einem Strangpreßverhältnis von mindestens etwa 2 :1 hergestellt, wodurch das grobe Korngefüge des durch Vakuumlichtbogenguß hergestellten Molybdäns

verbessert und das Gefüge der pulvermetallurgisch hergestellten Blöcke verdichtet und homogenisiert wird. Der durch das Strangpressen erfolgten Streckhärtung bei Rotglut folgt eine Rekristallisationsglühung bei 1090 bis 1645° C während einer Stunde oder länger, wonach die »Schwarzbearbeitung« zur Herstellung von Produkten über Schmiede-, Rund- und Flachwalz- oder ähnliche Verfahren folgt Die hier verwendete Bezeichnung »Schmieden« umfaßt Hammerschmieden, Preßschmieden, Gesenkschmieden mit geschlossenem und offenem Gesenk, Drehschmieden u.a. Normalerweise wird das warmverformte Halbzeug durch chemische oder mechanische Verfahren, beispielsweise durch Auen, spanabhebende Bearbeitung, Schleifen, Sandstrahlbehandlung etc, zur Entfernung von Oberflächenfehlern und/oder Verunreinigungen weiterbehandelt

Obwohl sich auch so niedrige Temperaturen wie beispielsweise 260⁰C für die erfindungsgemäße »Schwarzbearbeitung« von Molybdän als durchaus geeignet erwiesen haben, werden Temperaturen in der Nähe des Maximums von 650° C aus Gründen eines gesicherten Verformungsverhaltens bei dieser Temperatur und der relativ leichten Durchführbarkeit des Verformungsprozesses bevorzugt Temperaturen unterhalb von 260° C führen zu keinem befriedigenden Ergebnissen, da der Werkstoff während des Verfortnungsprozesses spröde ist und Brüche auftreten können, bei derartig niedrigen Temperaturen übermäßig hohe Verformungskräfte erforderlich sind und ein hoher Werkzeugverschleiß stattfindet. Des weiteren sind auch Temperaturen von über etwa 650⁰C nicht wünschenswert, da mit ihnen die Bildung von »Oxydationsrauch«, Materialverluste, Umweltverschmutzung und Handhabungsschwierigkeiten während der Herstellungsvorgänge verbunden sind.

Es wurde festgestellt, daß bei einer Temperaturregulierung im oberen Teil des hier angegebenen möglichen Bereiches, insbesondere zwischen 540⁰C und 650⁰C, keinerlei »Rauch« auftritt und nur geringfügig größere Verformungskräfte erforderlich sind als bei einer entsprechenden Warmbearbeitung von derartigen Blökken bei Rotglut bei Temperaturen über 870⁰C.

In denjenigen Fällen, in denen eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden »Schwarzbearbeitungsschritten« erforderlich ist, um die endgültige Form und Größe des Produktes herzustellen, können diese Schritte mit oder ohne eine Zwischenglühung durchgeführt werden, um einen geeigneten Umfang an restlicher Kaltverfestigung am Produkt zu erzielen.

Zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen die nachfolgenden Beispiele.

Beispiel 1

Ein mittels Vakuumlichtbogenguß hergestellter und stranggepreßter Molybdän-Block wurde zuerst mittels »Schwarzbearbeitung« zu einem Breiteisen geschmiedet und danach ebenfalls durch »Schwarzbearbeitung« zu einem 0,50 mm und 0,25 mm dicken Blech nachgewalzt.

Es wurde dabei so vorgegangen, daß zuerst ein runder Block mit einem Durchmesser von 12,07 cm und einer Länge von 38,10 cm, der ein Gewicht von 45,36 kp besaß, kurz auf eine Temperatur von etwa 650⁰C in Luft erhitzt wurde, ohne daß hierbei »Rauchbildung« auftrat. Der erhitzte Block wurde danach zu einem rechteckigen Breiteisen einer Nenndicke von 5,08 cm, einer Breite von etwa 20,32 cm und einer Länge von etwa 45,7 cm flachgeschmiedet, worauf man auf Raumtemperatur abkühlen ließ. Danach wurde das Breiteisen auf eine Temperatur von etwa 650⁰C in Luft erhitzt, ohne daß »Rauch« entstand, worauf in mehreren Durchgängen auf eine Dicke von etwa 1,27 cm vorgewalzt wurde.

Hierzu war nur eine um 20% größere Walzkraft

erforderlich als bei den bekannten Warmwalzverfahren.

Die entstandene Platte mit einer Dicke von 1,27 cm

wurde wieder auf eine Temperatur von etwa 540⁰C in

Luft erhitzt, worauf die Platte in mehreren Durchgän-

gen zu Blechprodukten einer Dicke von 0,5 mm bzw. 0,25 mm und willkürlich gewählter Breite und Länge fertig gewalzt wurde. Das warmverformte Produkt wurde einem Entspannungsglühen in Schutzgasatmosphäre unterzogen. Dort wurde es auf eine Temperatur von etwa 870⁰C während einer Stunde erhitzt, um die vorhandenen Restspannungen abzubauen. Die Bleche besaßen eine Zugfestigkeit von über 808 N/mm², eine Streckgrenze von über 668 N/mm² und eine Bruchdehnung von über 5%.

Beispiel 2

Es wurde ein mittels Vakuumlichtbogenguß hergestellter und stranggepreßter Block aus einer TZM-Molybdänlegierung mittels »Schwarzbearbeitung« zu einer

als Werkzeugeinsatz für die Warmbearbeitung geeigneten Scheibe geschmiedet

Dabei wurde mit einem runden Block mit einem Durchmesser von 12,07 cm und einer Länge von 16,75 cm, der ein Gewicht von etwa 20,4 kp besaß, begonnen. Der Block wurde auf eine Temperatur von etwa 650⁰C in Luft erhitzt Der erhitzte Block wurde unter Verwendung eines 2718 kp-Hammers unter 70% Reduzierung zu einer Scheibe mit einem Nenndurchmesser von 24,13 cm und einer Dicke von 4,45 cm geschmiedet Es wurden lediglich 30% mehr Hammerschläge benötigt als bei einem bei Rotglut durchgeführten Schmiedevorgang nach dem Stand der Technik. Eine zwischenzeitliche Wiedererwärmung des Werkstückes für die »Schwarzbearbeitung« ist gewöhnlich nicht erforderlich. Die entstandene Scheibe wies eine Brinell-Härte von 253 bis 257 auf.

Im Vergleich dazu besaß eine identische Scheibe, die nach den bekannten Verfahren bei etwa 1260⁰C warmgeschmiedet worden war, eine Brinell-Härte von 239 bis 248.

Beispiel 3

Um die Anforderungen an das Rundwalzen und die mechanischen Eigenschaften von durch »Scliwarzbear beitung« hergestelltem Stabmaterial im Vergleich zu nach den bekannten Verfahren hergestelltem Stabmaterial zu bestimmen, wurden drei unterschiedliche Stabmaterialien zu einem Nenndurchmesser von 1,57 cm rundgewalzt. Hierzu wurden durch Vakuum lichtbogenguß hergestellte Molybdänstäbe, auf pulver metallurgischem Wege hergestellte Molybdänstäbe und Stäbe aus einer TZM-Molybdänlegierung ausgewählt.

Es wurde mit Stäben einer Länge von 38,10 bis 45,72 cm und einem Durchmesser von 2,54 cm begon nen. Diese Stäbe wurden auf eine Temperatur von etwa 620⁰C in Luft erhitzt, wonach die erhitzten Stäbe auf einen Durchmesser von 1,57 cm in sechs alternierenden Oval-Rundwalzdurchgängen rundgewalzt wurden. Der durchschnittliche Anstieg des Verformungswiderstan des betrug bei der »Schwarzbearbeiturig« etwa 17% für das durch Vakuumlichtbogenguß hergestellte Molybdän, 30% für das auf pulvermetallurgischem Wege hergestellte Molybdän und 18% für die TZM-Molyb-

däniegierung. Das gewalzte Stangenmaterial wies eine um etwa 5% größere Festigkeit auf als identische warmgewalzte Stangen, die nach den bekannten Verfahren hergestellt wurden. Die Verformbarkeit der erfindungsgemäß hergestellten Produkte war um 9% besser.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung warmverformter Festigprodukte auf Molybdän-Basis aus einem mindestens 50% Molybdän enthaltenden Halbzeug, das sich in vollständig gepiühtem Zustand befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbzeug bei 260 bis 650° C zum Fertigprodukt warmverformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbzeug Blöcke pulvermetallurgisch oder durch Umschmelzen hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke bei 815 bis 1370⁰C stranggepreßt und bei 1090 bis 1645° C rekristallisierend geglüht werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmverformung zum Fertigprodukt bei 540 bis 650° C durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fertigprodukt einer nachfolgenden Entspannungsglühung bei 815 bis 1370° C während bis zu zwei Stunden unterzogen wird.