DE2821429A1

DE2821429A1 - Gegenstand mit einem schwierig zu bearbeitenden substrat aus einem verdichteten metallpulver und einer duktilen plattierung

Info

Publication number: DE2821429A1
Application number: DE19782821429
Authority: DE
Inventors: Richard Joseph Taglang; Walter Chester Ziolkowski
Original assignee: Carpenter Technology Corp
Current assignee: CRS Holdings LLC
Priority date: 1977-05-16
Filing date: 1978-05-16
Publication date: 1978-11-30
Also published as: GB1601760A; JPS576486B2; CH634353A5; FR2391018A1; DE2821429C2; FR2391018B1; JPS53144408A; CA1082862A

Description

KRAUS & WEISERT

PATENTANWÄLTE 28 21 U 2

DR. WAUTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER· D R.-1 N G. AN N EKÄTE WEISERT D1PL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 -TELEFON 089/797077-797078 . TELEX O5-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

1874/5 WK/rm

CARPENTER TECHNOLOGY CORPORATION Reading, USA

Gegenstand mit einem schwierig zu bearbeitenden Substrat aus einem verdichteten Metallpulver und einer duktilen

Plattierung

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft geformte Gegenstände bzw. Formkörper und ein Verfahren zur Herstellung von solchen geformten Gegenständen bzw. Formkörpern, d.h. von Streifen, Drähten, Stangen oder Platten bzw. Blechen, aus Zusammensetzungen mit oder ohne nicht-metallische Bestandteile, die extrem schwierig zu bearbeiten sind, sowie die dabei hergestellten Produkte. Die Erfindung betrifft insbesondere einen geformten Gegenstand bzw. einen Formkörper und ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Gegenstands bzw. Formkörpers, der erhebliche Mengen von Bor enthält.

Es ist gut bekannt, daß Legierungen, die erwünschte Eigenschaften haben und die in die gewünschten Gestalten, z.B. Streifen, Platten bzw. Bleche, Stangen, Stäbe oder Drähte, verarbeitet werden können, wobei ein hoher Anteil des nützlichen Produkts als Schrott anfällt, durch Zugaben, die erforderlich sind, um eine erforderliche Eigenschaft zu verleihen, zu einem Material umgewandelt werden können, das extrem schwierig zu bearbeiten ist. So macht z.B. das Vorhandensein von signifikanten Mengen von Härtungsmitteln oder Mitteln zum Erhalt einer Verschleißbeständigkeit, wie z.B. von Carbiden oder feuerfesten Oxiden oder eines solchen Elements, wie Bor, um den Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen von sonst heiß und/oder kalt verarbeitbaren Materialien zu modifizieren, solche Materialien schwierig zu bearbeiten. Die Mengen von Material, die ausgenommen als Schrott nicht verwendbar sind, tragen zu den Kosten des verwendbaren Materials bei. Wenn weiterhin der Anteil von solchen Zugaben zunimmt, dann nimmt - nicht notwendigerweise proportional - das Verhältnis von Schrott zu verwendbarem Material ebenfalls zu. Dieses Verhältnis wird manchmal so groß, daß die Kaltverformung nicht mehr wirtschaftlich durchgeführt werden kann und daß sogar die

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Warmverformung, wenn sie überhaupt durchgeführt werden kann, nur mit erheblichen Schwierigkeiten bewirkt werden kann.

Es ist schon erkannt worden, daß Schwierigkeiten beim Gießen und Bearbeiten bzw. Verformen von schwierig zu bearbeitenden Legierungen vermindert, wenn nicht eliminiert werden können, wenn man pulvermetallurgische Techniken anwendet. So wird z.B. in der US-PS 3 824 097 ein Verfahren zur Herstellung von Barren von Metallen und Metallegierungen beschrieben, bei denen Pulvermassen innerhalb eines abgedichteten duktilen Behälters zwei Verdichtungsstufen unterworfen werden, nämlich einem ersten isostatischen Heißpressen und sodann einer Extrudierung, um einen Barren herzustellen, von dem der Behälter entfernt wird, bevor die weitere Verarbeitung des Barrens durchgeführt wird. Auch die US-PS «en 3 893 852 und 3 966 422 beziehen sich auf pulvermetallurgische Verfahren, bei denen eine Pulvermasse in einen Behälter zur Verdichtung gebracht wird und vor der Endverformung daraus entfernt wird. In der US-PS 3 982 934 wird ein pulvermetallurgisches Verfahren beschrieben, bei dem eine nicht-selbsttragende Hülle, die der richtigen errechneten Vorpressengröße des Endteils entspricht, auf einem Patrizen-Gußstück gebildet wird, das sodann von der Hülle entfernt wird, während letztere in einem Trägermedium eingeschlossen ist. Die auf diese Weise getragene leere Hülle wird hierauf mit dem Metallpulver gefüllt und die gesamte Zusammenstellung mit Einschluß des Trägermediums wird in einen äußeren Behälter eingebracht, der evakuiert, abgedichtet und isostatisch heißgepreßt wird. Der äußere Behälter und das Trägermedium werden entfernt, um den fertigen Gegenstand mit oder ohne die nichtselbsttragende Hülle, wie im Einzelfall gewünscht, zu erhalten. In der US-PS 3 955 972 wird ein Verfahren zur Herstellung von Edelstahlblech mit erheblichen Bormengen aus Brammen der gleichen Zusammensetzung beschrieben, wobei die Brammen in eine Plattierung aus mildem Kohlenstoffstahl eingeschlossen sind,

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jedoch nicht an diese gebunden sind, um eine Packung zu bilden, die durch wiederholtes Heißwalzen zu der gewünschten Dicke querschnittsvermindert wird. Sodann wird die Packung aus dem Bor enthaltenden Edelstahl entfernt. Der auf diese Weise durch Heißwalzen gebildete, Bor enthaltende Stahl kann nicht bearbeitet werden, wie in dieser Patentschrift zum Ausdruck gebracht wird, und er kann daher, wenn überhaupt, nur mit Schwierigkeiten und unter Anfall von erheblichen Abfällen verformt werden.

Unter Berücksichtigung des Vorstehenden werden durch die Erfindung allgemein geformte Gegenstände und Verfahren zu ihrer Herstellung zur Verfügung gestellt, wobei die Gegenstände dadurch charakterisiert sind, daß sie eine einzigartige zusammengesetzte Mikrostruktur, verbesserte mechanische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Duktilität, der Ziehbarkeit und der Schweißbarkeit, und erwünschte Korrosionseigenschaften haben, die mindestens so gut sind, wie diejenigen von Produkten, die aus dem Pulverfüllmaterial unter Anwendung der bekannten metallurgischen (mit Einschluß von pulvermetallurgischen) Techniken erzeugt worden sind.

Durch die Erfindung wird daher ein Gegenstand mit einem schwierig zu bearbeitenden Substrat aus einem verdichteten Metallpulver und einer duktilen Plattierung, die aus einem Behälter gebildet worden ist, in dem das Metallpulver verdichtet worden war, zur Verfügung gestellt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Plattierung metallurgisch an das Substrat entlang einer Trennfläche zwischen dem Substrat und der Plattierung gebunden ist, zwischen denen die Zwischendiffundierung geringer ist, als daß die Bearbeitung bzw. Verformung des Gegenstandes zu einem geformten Körper verhindert würde, wobei das Verhältnis der Oberfläche der Plattierung zu dem Volumen des geformten Körpers erheblich größer ist als das Verhältnis der Oberfläche des Behälters zu seinem Volumen.

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Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Gegenstands bzw. Formkörpers zur Verfügung gestellt, dessen Hauptbestandteil eine spröde, schwer zu bearbeitende Legierung ist, die für das Kaltwalzen ungeeignet ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Behälter, der dünne, jedoch selbsttragende Wände hat, die einen inneren Hohlraum bilden, dessen Volumen im Vergleich zu dem Volumen des Materials, das die Wände des Behälters bildet, groß ist, mit einem Metallpulver füllt, welches eine solche Zusammensetzung hat, daß es in fester Form bei Raumtemperatur spröd ist, wobei die Behälterwände aus einer Zusammensetzung gebildet sind, die bei Raumtemperatur duktil und mit dem Metallpulver verträglich ist, den gefüllten Behälter erhitzt und im heißen Zustand diesen und seinen Inhalt mit einer genügenden Kraft verdichtet, daß eine metallurgische Bindung zwischen den Behälterwänden und seinem Inhalt gebildet wird, und daß ein einstückiger integraler Körper gebildet wird, und daß man den Körper zu einem solchen Ausmaß bearbeitet bzw. verformt, daß er querschnittsvermindert wird, und daß sein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen erheblich erhöht wird, um einen geformten Gegenstand bzw. Formkörper zu bilden, der eine duktile Plattierung aufweist, die aus dem Behälter gebildet ist und die metallurgisch an das spröde Substrat, das aus dem Metallpulver gebildet ist, entlang einer Trennfläche gebunden ist, wobei die Zwischendiffundierung zwischen dem Substrat und der Plattierung geringer ist als diejenige, die eine Bearbeitung bzw. Verformung verhindern würde.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß der geformte Gegenstand ein integraler bzw. einteiliger, jedoch zusammengesetzter Körper ist, der eine Plattierung aufweist, die aus dem Behältermaterial gebildet ist und die integral bzw. einteilig durch ihre ganze Ausdehnung hindurch mit einem Kern oder Substrat von im wesentlichen theoretischer Dichte, gebildet aus dem vorlegierten Pulver, gebunden ist.

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Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, daß das Material, aus dem der Behälter gebildet ist, mit der Zusammensetzung des vorlegierten Pulvers, das in diesen eingefüllt wird, verträglich sein sollte. Es ist sehr vorteilhaft, jedoch nicht wesentlich, einen Behälter zu verwenden, der aus einem Material gebildet ist, das eine Analyse hat, die nahe an derjenigen der Füllung aus dem vorlegierten Pulver liegt, das jedoch nicht diejenigen Zugaben hat, die das Pulver schwierig zu bearbeiten machen. Obgleich die Wanddicke des Behälters im Vergleich zu der kleinsten Dimension seines Hohlraums, z.B. der Dicke oder des Durchmessers im Falle einer Stange, klein ist, muß die Wand dick genug sein, daß eine Plattierung erhalten wird, die nach einer oder mehreren Querschnittsverringerungen immer noch genügend dick ist, daß die Enddimensionierung beispielsweise durch Kaltwalzen zu der Endgröße des geformten Gegenstands den Vorteil der leicht bearbeitbaren Plattierung hat.

Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Die Figur 1 stellt eine Mikrophotographie dar, die die einteilige bzw. integrale metallurgische Bindung mit einer Vergrößerung von 50Ox zwischen dem Substrat und der Plattierung entlang eines Teils der Trennfläche zeigt.

Die Figur 2 zeigt, wie Lamellen aus Streifen gebildet werden und wie sie aufeinandergeschichtet werden.

Die Figur 3 zeigt ein Paar von Zusammenstellungen aus aufeinandergeschichteten Lamellen, die in operativer Beziehung aufeinander angeordnet sind.

Die Figur 4 zeigt schließlich einen vertikalen Schnitt (in einer zur Papierebene senkrecht stehenden Ebene) durch die

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aufgeschichteten Lamellen gemäß Figur 2.

Das erfindungsgemäße Verfahren schließt die Stufe ein, daß ein Behälter mit einem vorlegierten Metallpulver mit der für das Substrat gewünschten Zusammensetzung mit Einschluß eines Bestandteils, der diese schwer zu bearbeiten macht, gefüllt wird. Der Behälter hat eine Zusammensetzung, die mit der Substratzusammensetzung ohne den schwer zu bearbeitenden Bestandteil verträglich ist. Hierauf wird der Behälter verschlossen, heiß verdichtet, heiß verwalzt und sodann zu der Enddicke kalt verwalzt, um einen geformten Körper herzustellen, der ein Substrat aus der schwer zu bearbeitenden Zusammensetzung aufweist, an das eine integrale bzw. einteilige Plattierung metallurgisch gebunden ist. Bei einem Beispiel besteht das Substrat aus Edelstahl des Typs 304 mit 1,75% Bor und die Plattierung ist vom Typ 304 ohne eine Borzugabe.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das vorlegierte Pulver der schwierig zu bearbeitenden Zusammensetzung in jeder geeigneten Weise hergestellt werden. Der verwendete Zerstäubungsprozeß sollte jedoch mit dem Material verträglich sein, wobei solche Faktoren berücksichtigt werden sollen, wie die Zusammensetzung, die Eigenschaften und der vorgesehene Anwendungszweck. So wird z.B. eine Legierung mit einem großen Borgehalt vorzugsweise im Vakuum geschmolzen und mittels eines Zerstäubungsmediums aus einem Inertgas zerstäubt, Die Teilchengröße des vorlegierten Pulvers ist nicht kritisch, doch ist es zweckmäßig, zu große Teilchen zu entfernen. Das Durchleiten des Pulvers durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,420 mm (40 mesh) hat für diesen Zweck gute Ergebnisse gezeigt. Es ist von Vorteil, daß die vorlegierte Pulverform des schwer zu bearbeitenden Materials eine sehr enge Kontrolle der Zusammensetzung zu einer gewünschten Analyse hin ermöglicht, indem man einfacherweise Pulver von geson-

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derten Chargen der Legierung vermischt. Somit wird, bevor das Pulvermaterial in seinen Behälter eingebracht wird, es gründlich zu der gewünschten durchschnittlichen Analyse vermengt.

Der Behälter für die Aufnahme des vorlegierten Pulvers sollte eine Zusammensetzung haben, die beim Heißpressen der Zusammensetzung eine Bindung mit dem verdichteten Pulver bildet, die stark genug ist, daß sie den Spannungen widersteht, die sich während der Heiß- und Kaltbearbeitung bzw. -verformung mit Einschluß des Heiß- und Kaltwalzens entwiekeln. Wenn das gebildete Zwischenprodukt ein Barren oder eine Bramme ist, aus denen Streifen, Bleche, Stangen, Stäbe, Drähte oder dergleichen gebildet werden sollen, dann hat der Behälter vorzugsweise eine im wesentlichen gleichförmige Wanddicke und er bildet einen im allgemeinen rechteckigen Hohlraum, in den das Pulver durch eine oder mehrere Röhren eingeleitet wird. Die Wanddicke des Behälters ist nicht kritisch, muß jedoch dick genug sein, daß nach mehreren aufeinanderfolgenden Querschnittsverminderungen die Dicke der Plattierung erhalten wird, die für die Endverformung und -handhabung erforderlich ist. Wenn die Materialien bei allen Bearbeitungs- bzw. Verformungstemperaturen im wesentlichen die gleiche Festigkeit haben, dann werden die Dicke der Behälterwand und des Kerns proportional vermindert, wodurch die Festlegung der Ausgangswanddicke begünstigt wird, damit die gewünschte Dicke der fertigen Plattierung erhalten wird. Die Behälterwand sollte daher dick genug sein, daß sie einer Querschnittsverminderung von mindestens 60%, vorzugsweise mindestens 9096, widersteht und daß immer noch eine Plattierung erhalten wird, die für die Endflächenverminderung des Gegenstands zu der Endgröße dick genug ist. Gute Ergebnisse sind erhältlich, wenn die Wanddicke des Behälters groß genug ist, daß eine Plattierung mit einer Dicke von mindestens etwa 0,127 mm (0,005 in) des fertigen Gegenstands oder des Gegenstands gerade vor dem Kaltverformen zu der Endgröße erhalten wird.

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Die spezifische Art und Weise, in der die vorlegierten Pulver oder der Behälter hergestellt werden, soll keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellen. Jede "beliebige geeignete Anordnung zum Füllen der Behälter kann verwendet werden. Eine bevorzugte Anordnung ist eine solche, die gewährleistet, daß das Pulver, das in den Behälter eintritt, von adsorbiertem Wasser frei ist. Ein Vakuumfüllen, bei dem die Pulverbeschickung und das Innere des zu füllenden Behälters miteinander in Verbindung stehen und unter einem Druck von etwa 10 um gehalten werden, ergibt gute Ergebnisse. Pulver, das gründlich getrocknet worden ist, beispielsweise durch Erhitzen in· einem Wirbelschichtbett, kann in die Behälter in einer trockenen Atmosphäre, die Luft oder Inertgas sein kann, bei Atmosphärendruck eingefüllt werden.

Nachdem der Behälter mit dem Metallpulver vorzugsweise zu einer maximalen Dichte, beispielsweise unter Vervrendung von Vibrationsbeschickungseinrichtungen, gefüllt worden ist und nach der Entfernung von Luft und Wasserdampf, wird der Behälter verschlossen und sodann wird das Ganze verdichtet. Zur Erzielung einer maximalen Dichte liefert eine Heißverdichtung die besten Ergebnisse. Vorzugsweise wird der abgedichtete bzw. luftdicht verschlossene Behälter isostatisch heißverdichtet, um einen solchen Barren zu bilden. Wie gut bekannt ist, hängen die Temperatur und der Druck sowie die Dauer, über die das Material bei Temperatur und Druck gehalten wird, von den betreffenden Materialien ab. Diese Größen können im Einzelfall leicht ermittelt werden. Die für ein gegebenes Material angewendete Temperatur muß unterhalb der Solidustemperatur sein. Jedoch wird, um die erforderliche Zeit und den erforderlichen Druck zu minimalisieren, die höchstmögliche Temperatur unterhalb der Solidustemperatur, die mit den gewünschten Eigenschaften im Einklang steht, angewendet. In der Praxis wird die Volumenverminderung, die während der Verdichtung auftritt, leicht be-

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stimmt und in Betracht gezogen, wenn die Ausgangsdimensionen des Behälters und seines Hohlraums festgelegt werden. Ein zerstörungsfreies Testen, beispielsweise mittels Ultraschalltechniken, hat gezeigt, daß eine isostatische Heißverdichtung eine gute metallurgische Bindung zwischen dem Behälter und seinem Inhalt ergibt.

Die verdichtete Gestalt wird sodann zu der gewünschten Gestalt heiß- und/oder kaltbearbeitet bzw. -verformt, wobei eine genügende Volumenverminderung bewirkt wird, um die gewünschte Dichte zu gewährleisten. Im Falle von solchen Gegenständen, wie Streifen, Blechen, Stangen, Stäben oder Drähten, gewährleistet eine weitere Verminderung des verdichteten Barrens von mindestens etwa 25% die theoretische Dichte durch den ganzen Barren hindurch. Ein Heißwalzen, erforderlichenfalls gefolgt von einem Kaltwalzen, um Dimensionstoleranzen und öberflächenbedingungen, die für den fertigen Gegenstand erforderlich sind, zu genügen, ist mit Erfolg angewendet worden, um Gegenstände von theoretischer Dichte herzustellen, die einzigartige Eigenschaften in Kombination mit einer hervorragenden Freiheit von Defekten und mit einer erheblichen Verminderung des Schrottanteils haben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut dazu geeignet, um Streifen, Bleche, Platten, Stangen, Stäbe, Drähte oder andere geformte Körper aus Edelstahl herzustellen, der so viel Bor enthält, daß er für die meisten, wenn nicht alle, praktischen Zwecke unmöglich kaltbearbeitet werden kann. Dies trifft insbesondere für einen Edelstahl des Typs 304 mit mehr als Λ% Bor zu. In das Substrat können so viel wie 5% Bor oder so viel mehr, wie verwendet werden können, eingearbeitet werden. Ein Behälter zur Verwendung mit einem solchen Bor enthaltenden Edelstahl kann aus verschiedenen milden Stahllegierungen hergestellt werden, doch werden beste Gesamtergebnisse erhalten,

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wenn man einen Edelstahl des Typs 304 ohne Borzusatz zur Bildung des Behälters verwendet. Ein solches Behältermaterial gewährleistet nicht nur eine enge Festigkeitsanpassung an das Bor enthaltende Kernmaterial bei allen Bearbeitungstemperatüren, d.h. Temperaturen, die beim Heiß- und Kaltverformen oder sogar während der Verwendung des Endprodukts angetroffen werden, sondern auch, daß die mechanischen und Korrosionseigenschaften des fertigen Produkts mindestens so gut, wenn nicht besser sind als es der Fall wäre, wenn der Bor enthaltende Typ 304 nicht mit einer Plattierung des Typs 304, jedoch ohne Borzusatz versehen wäre.

Beispiel 1

Zur Veranschaulichung der Erfindung wurde ein Pulvergemisch aus einem gaszerstäubten Pulver, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,420 mm (40 mesh) geleitet worden war und das folgende durchschnittliche Zusammensetzung hatte, hergestellt.

GevT.~%

C 0,04

Mh 1,9 .

Si 0,6

P 0,02

S 0,008

Cr 18,9

Ni 13

B 1,75

N 0,01

Der Rest bestand aus Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen. Ein Behälter aus Edelstahl des Typs 304 mit im

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wesentlichen der gleichen Zusammensetzung, jedoch nicht mehr als Restmengen Bor, wurde hergestellt. Dieser hatte eine Dicke von 0,25 cm (0,10 in) und innere Abmessungen von 22,035 cm χ 9,334 cm χ 149,225 cm (8,675 in χ 3,675 in χ 53,750 in), wodurch ein Volumen vor der Verdichtung von 22,03 cm χ 9,33 cm χ 149,23 cm oder 30,67 dm^ (1873 in^) erhalten wurde. Nach dem Entfetten und mechanischen Reinigen wurde der Behälter mit 173,27 kg (382 Ib) des Mischpulvers unter Vakuum gefüllt und luftdicht verschlossen. Eine isostatische Heißverdichtung wurde bei 1121⁰C (2050⁰F) und einem Druck von 1054,6 kg/cm² (15000 psi) durchgeführt. Der resultierende Barren hatte die folgenden Abmessungen 20,32 cm χ 9,53 cm χ 137,16 cm (8 in χ 3,75 in χ 54 in), was ein Volumen von 26,56 dnr (1620 in^) ergibt. Er wurde bei einer Temperatur von 1121⁰C (2050°F) zu einem Stab mit den Abmessungen 0,457 cm χ 22,54 cm (0,180 in χ 8,875 in) heißgewalzt. Letzterer wurde sodann zu einem Streifen mit einer Breite von 0,318 cm (0,125 in) kaltgewalzt, der hierauf zu einer Endbreite von 21,6 cm (8,5 in) aufgeschlitzt wurde. Das Material wurde sodann bei 1100⁰C geglüht, ausgerichtet und zu einer Länge von 368,30 cm (145 in) geschnitten.

Die Ergebnisse des Heißwalzens waren ausgezeichnet. Wach dem Kaltwalzen lagen Kratzer und Handhabungsmarken vor, die zu 23,6kg (52 lbs) Schrott führten. Dies steht im Vergleich zu Schrottraten von so hoch wie 70%, die auftreten, wenn nach den bekannten Techniken der Borgehalt beim kaltgewalzten T]Tp 304 so gering wie 1% ist. Es ist zu erwarten, daß sogar höhere Schrottraten resultieren wurden, wenn man versuchen würde, kaltgewalzte Streifen vom Edelstahltyp 304 mit 1,75% Bor nach herkömmlichen Techniken herzustellen.

Bezogen auf das Volumen und das Gewicht des Materials und unter Annahme einer gleichförmigen Dichte betrug die Dichte des Metallpulvers in dem Behälter vor der Heißverdichtung etwa

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70% des theoretischen Werts und nach 8-stündiger isostatischer Heißverdichtung bei der angegebenen Temperatur und unter dem angegebenen Druck wurde die Dichte als größer als 90% des theoretischen Werts grob errechnet. Nach dem Heiß- und Kaltverformen wurde festgestellt, daß die Dichte 7,767 g/cm betrug, d.h. daß es sich um die theoretische Dichte handelte. Die Dicke der Plattierung wurde gemessen und als 0,127 mm (0,005 in) festgestellt.

In der Figur 1 ist eine Mikrophotographie dargestellt, die von einer Probe hergestellt worden war, welche von einem gewalzten Streifen, hergestellt gemäß Beispiel 1, abgenommen worden war. Die Zeichnung zeigt einen Teil der Plattierung "A" aus dem Edelstahltyp 304 ohne Bor und das Substrat- oder Kernmaterial "B" mit der gleichen Zusammensetzung, zu dem 1,75% Bor zugegeben worden waren. Die Trennfläche zwischen beiden Schichten ist als "C" angegeben. Über die Trennfläche hinaus war etwas Bor über einen kurzen Abstand diffundiert. Es ist besonders signifikant, die kleine Größe und die gleichförmige Verteilung der Boridteilchen in dem Substrat "B" zu beachten.

Probekörper für mechanische Standardeigenschaften wurden aus dem Streifenmaterial für vier Tests von jedem Ende des Streifens hergestellt, wobei jede Gruppe von vier Probekörpern aus zwei Quer- (Q) und zwei Längs- (L) -Proben hinsichtlich der Walzrichtung hergestellt wurde. In der folgenden Tabelle bedeutet unter "Probekörper" "A" dasjenige Ende des Barrens, aus dem der Streifen geformt worden war, an das das Füllrohr des Behälters angefügt worden war, während "X" das gegenüberliegende oder Bodenende des Barrens bezeichnet. Die Ergebnisse unter Streckfestigkeit (SF) und Reißfestigkeit (RF) sind als

ρ ρ

kg/cm (lbs/in ) angegeben. Die Ergebnisse bezüglich der prozentualen Dehnung, 5,08 cm (2 in), sind unter De angegeben.

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ft 282H29

Erobekörper	0,2#	SP	_ORF ,	% De
	4514	kg/cm (lbs/in )	kg/cm² (lbs/in^)
AL	4640	(64,2)	8184 (116,4)	21,9
AL	4443	(66,0)	8135 (115,7)	21,6
AQ	4464	(63,2)	8022 (114,1)	21,2
AQ	4521	(63,5)	8043 (114,4)	22,3
XL	4640	(64,3)	8219 (116,9)	23,6
XL	4387	(66,0)	8029 (114,2)	21,9
XQ	4415	(62,4)	7924 (112,7)	21,9
XQ	(62,8)	8099 (115,2)	22,8

Die Ergebnisse dieser Tests waren bis zu einem unüblichen Grad reproduzierbar, wenn Tests mit Probekörpern aus weiteren Beispielen mit im wesentlichen der gleichen Zusammensetzung und in der gleichen Weise, wie im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt wurden. Ein kaltverformter Bor enthaltender Edelstahl vom Typ 304 kann erfindungsgemäß nicht nur mit ungewöhnlich hohen Ausbeuten hergestellt werden, sondern er ist auch durch verbesserte Eigenschaften charakterisiert. Das Material hat eine erhöhte Duktilität und Formbarkeit sowie eine gute Schweißbarkeit. Es ist besonders signifikant, daß die Verformbarkeit der erfindungsgemäß hergestellten geformten Gegenstände signifikant größer ist als diejenige von Edelstahlgegenständen des Typs 304 mit nur Λ% Bor.

Beispiel 2

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dazu verwendet werden, um Werkzeugstähle und andere Legierungen herzustellen, die relativ große Mengen von Carbiden, die gewöhnlich massiv sind, enthalten. Solche Stähle, für die der A.I.S.I.-Typ T15 ein Beispiel ist, sind, wenn sie in herkömmlicher Weise hergestellt werden, ebenfalls schwierig zu bearbeiten bzw. zu verformen. Für ein solches vorlegiertes Stahlpulver, das große Kohlen-

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stoff mengen enthält, wird der Behälter aus einer Zusammensetzung gebildet, die im wesentlichen die gleiche ist wie diejenige des schwer zu "bearbeitenden Materials mit der Ausnahme des Kohlenstoffgehalts, wobei der Behälter auf einen Kohlenstoffgehalt eingeschränkt ist, der beim Heiß- oder Kaltwalzen keinerlei Schwierigkeiten mit sich bringt. Im allgemeinen sollte weniger als 0,8%, vorzugsweise weniger als 0,496, Kohlenstoff vorhanden sein. Wenn es weiterhin gewünscht wird, daß die Oberflächenschicht des fertigen Produkts ebenfalls einen hohen Kohlenstoffgehalt haben soll, dann wird der Gegenstand zementiert.

Beispiel 5

Die Erfindung bietet sich auch zur Herstellung von ferromagnetischen abriebbeständigen Formkörpern an. Erfindungsgemäß wird z.B. der Behälter aus einer ferromagnetischen Legierung, jedoch ohne ein feuerfestes Oxid hergestellt, wobei die ferromagnetische Legierung folgende Zusammensetzung:

Mn Ni Cr Mo Cu Ti Nb

aufweist und zum Rest aus Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, und wobei der Eisengehalt großer als 10% ist. Im Einklang mit der Beschreibung des Beispiels wird der Behälter mit einem Pulver der gleichen magnetischen

<0,025	bis	bis	2	85	5
0	70 bis	bis	6
0	bis	6
0	bis	1
0	bis	1
0
0

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Zusammensetzung wie der Behälter unter Zugabe eines feuerfesten Oxids, die sich im Bereich von bis zu etwa 5% erstrecken kann, jedoch vorzugsweise nicht mehr als 2?6 beträgt, gefüllt. Zu diesem Zweck wird ein Streifen, wie im Beispiel 1 beschrieben, aus einem Ausgangsbehälter mit einer Dicke von 10,16 cm (4 in) mit Wänden von 0,25 cm (0,1 in) hergestellt und zu der gewünschten Dicke, z.B. 0,254 mm (0,01 in), mit einer Plattierung von etwa 0,01 mm (0,0004 in) kaltgewalzt. Der Streifen wird aufgeschlitzt, um das abriebbeständige Substrat entlang der Kante freizulegen. Solche Gegenstände, wie laminierte Tonköpfe, werden so hergestellt, daß das Band, das dazu neigt, den Tonkopf abzureiben bzw» zu verschleißen, über das freigelegte Substrat von mehreren Lamellen läuft, die durch die Plattierung von angrenzenden Lamellen abgetrennt sind. Auf diese Weise werden in engem Abstand angeordnete Bereiche mit hoher Abrieb beständigkeit erhalten.

Beispiel 4

Ein weiterer Typ eines geformten Gegenstands, der bislang nur in Form von Gußstücken hergestellt werden konnte, die als solche verwendet werden oder durch Schleifen oder dergleichen geformt werden, besteht ganz oder zum großen Teil aus Sendust, einer sehr spröden ferromagnetischen Legierung mit einer Nominalzusammensetzung von 1050 Silicium, 5% Aluminium und Rest Eisen. Bei der Herstellung gemäß der Erfindung wird vorlegiertes Pulver, das aus mehr als 5O?5 Sendust gebildet worden ist, in einen Behälter mit den gewünschten ferromagnetischen Eigenschaften eingebracht und der in den vorstehenden Beispielen beschriebenen Weiterverarbeitung ausgesetzt. Ein sehr gut geeigneter geformter Gegenstand wird in der Weise hergestellt, daß ein Behälter mit der gleichen Zusammensetzung wie der Behälter des Beispiels 3 mit einem Pulvergemisch gefüllt wird,

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das durch Vermischen von Sendust-Pulver und Pulver der Behälterzusammensetzung gebildet worden ist, wobei letztere weniger als 50% des Gemisches bildet.

Die hierin verwendeten Bezeichnungen und Ausdrücke werden nur zum Zwecke der Beschreibung und nicht zur Beschränkung angewendet. Die Verwendung von solchen Ausdrücken und Bezeichnungen soll keinerlei Äquivalente der hier beschriebenen Merkmale und ihrer beschriebenen Teile davon ausschließen. Vielmehr sind verschiedene Modifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich.

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Claims

KRAUS & WEISERT PATENTANWÄLTE 4O/. I H ti vj DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-IN6. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-79 7078 - TELEX O5-212156 kpatd TELEGRAMM KRAUSPATENT Patentansprüche

1. Gegenstand mit einem schwierig zu bearbeitenden Substrat aus einem verdichteten Metallpulver und einer duktilen Plattierung, die aus einem Behälter gebildet worden ist, in dem das Metallpulver verdichtet worden war, dadurch gekennzeichnet , daß die Plattierung metallurgisch an das Substrat entlang einer Trennfläche zwischen dem Substrat und der Plattierung gebunden ist, zwischen denen die Zwischendiffundierung geringer isi^ als daß die Bearbeitung bzw. Verformung des Gegenstandes zu einem geformten Körper verhindert würde, wobei das Verhältnis der Oberfläche der Plattierung zu dem Volumen des geformten Körpers erheblich größer ist als das Verhältnis der Oberfläche des Behälters zu seinem Volumen.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Werkzeugstahllegierung umfaßt, die Kohlenstoff in einer Menge enthält, daß das Substrat schwierig zu bearbeiten bzw. zu verformen ist.

3. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine ferromagnetische Legierung umfaßt.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er die Form eines Tonkopfes einnimmt.

5. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Sendust umfaßt.

6. Verfahren zur Herstellung eines geformten Gegenstands bzw. Formkörpers, dessen Hauptbestandteil eine spröde, schwer zu bearbeitende Legierung ist, die für das Kaltwalzen ungeeignet ist, dadurch gekennzeichnet , daß man einen Behälter, der dünne, jedoch selbsttragende Wände hat, die einen inneren Hohlraum bilden, dessen Volumen im Vergleich zu dem Volumen des Materials, das die Wände des Behälters bildet, groß ist, mit einem Metallpulver füllt, welches eine solche Zusammensetzung hat, daß es in fester Form bei Raumtemperatur spröd ist, wobei die Behälterwände aus einer Zusammensetzung gebildet sind, die bei Raumtemperatur duktil und mit dem Metallpulver verträglich ist, den gefüllten Behälter erhitzt und im heißen Zustand diesen und seinen Inhalt mit einer genügenden Kraft verdichtet, daß eine metallurgische Bindung zwischen den Behälterwänden und seinem Inhalt gebildet wird, und daß ein einstückiger integraler Körper gebildet wird, und daß man den Körper zu einem solchen Ausmaß bearbeitet bzw. verformt, daß er querschnittsvermindert wird, und daß sein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen erheblich erhöht wird, um einen geformten Gegenstand bzw. Formkörper zu bilden, der eine duktile Plattierung aufweist, die aus dem Behälter gebildet ist und die metallurgisch an das spröde Substrat, das aus dem Metallpulver gebildet ist, entlang einer Trennflache gebunden ist, wobei die Zwischendiffundierung zwischen dem Substrat und der Plattierung geringer ist als diejenige, die eine Bearbeitung bzw. Verformung verhindern würde.

8Q9848/0816

282H29

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver einen oder mehrere Bestandteile in einer Menge einschließt, die das Substrat "bei Raumtemperatur spröd machen, und daß der Behälter aus einer Zusammensetzung hergestellt ist, die im wesentlichen die gleiche ist wie diejenige des Metallpulvers, wobei jedoch die versprödenden Bestandteile in einer geringeren Menge als dieser Menge vorhanden sind.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man das Füllen des Behälters unter Vakuum vornimmt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß man das Heißverdichten durch isostatisches Heißverpressen des Behälters durchführt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungs- bzw. Verformungsstufe ein Kaltwalzen einschließt, um die Endgröße des geformten Gegenstands zu erhalten.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kaltwalzen eingeschlossen ist, um die Endgröße des geformten Gegenstands zu erhalten, und daß der versprödende Bestandteil Bor, Kohlenstoff, ein feuerfestes Oxid oder eine Legierung umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Oxid Aluminiumoxid ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß ein Heißwalzen eingeschlossen ist.

809848/0816

282U29

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterzusammensetzung ein Edelstahl ist und daß die Pulverzusammensetzung der genannte Edelstahl plus eine Menge von Bor von mehr als 1 Gew.-% ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterzusammensetzung ein Stahl mit weniger als 0,8% Kohlenstoff ist und daß die PulverZusammensetzung der gleiche Stahl, jedoch mit mehr als 0,8 Gew.-% Kohlenstoff ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch g e k e η η -

zeichnet,
Kohlenstoff enthält.

daß der Behälter weniger als 0,4 Gew.-?

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