DE2907885A1

DE2907885A1 - Powder metallurgical mfr. of components without using capsules - where surface of pressed blank is heated to form continuous thin skin prior to hot isostatic pressing

Info

Publication number: DE2907885A1
Application number: DE19792907885
Authority: DE
Inventors: Hans Eberhard Dr Ing Moebius
Original assignee: Stahlwerke Roechling Burbach GmbH
Current assignee: Arbed Saarstahl 6620 Voelklingen De GmbH
Priority date: 1979-03-01
Filing date: 1979-03-01
Publication date: 1980-09-11

Abstract

Single- or multi- part press tools are used to make a blank with strong edges from a metal powder with an irregular particle shape. The pressed blank is degassed in vacuo and then heated so a thin surface layer (I) melts; hot isostatic pressing is next employed for final compaction. The molten layer (I) is pref. 0.1-2mm thick and formed on all surfaces of the blank. Surface (I) is pref. formed by electron beam heating; an induction heating coil using 0.1-1MHz; or by dipping the blank in a melt of the same compsn. as the powder, wher eth emel is in vacuo and only just above the liquidus temp. After melting layer (I), the blank is pref. cooled in vacuo before hot isostatic pressing. The rpcoess is very suitable for mfg. components from superalloy powders.

Description

Verfahren zur kcpselfreien pulvermetallurgischen Process for capsule-free powder metallurgy

Herstellung von Bauteilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kapselfreien pulvermetallurgischen Herstellung von Bauteilen, die durch heißisostatisches Pressen nachverdichtet werden. Production of components The invention relates to a method for capsule-free powder metallurgical production of components by hot isostatic Presses to be re-compacted.

Das heißisostatische Pressen von Pulvern, eingeschlossen in vakuumdichte Kapseln, ist eine Ubliche Technik, um beispielsweizo Turbinenscheiben aus Superlegierungen herzustellen.The hot isostatic pressing of powders enclosed in a vacuum seal Capsules, is a common technique to produce turbine disks made of superalloys, for example to manufacture.

Man verwendet dabei sowohl metallische Kapseln als auch solche aus Glas. Diese Technik setzt kugelige Pulver woraus die ein ausgezeichnetes $Fließ- und Füllverhalten haben. Ein kapselfreies Arbeiten erlauben diese kugeligen Pulver allerdings kaum, denn in Ublichen Preßmatrizen verpreßt werden Preßlinge mit völlig unzureichender Kantenfestigkeit erhalten.Both metallic capsules and those made from are used Glass. This technique uses spherical powders from which the excellent flow and have filling behavior. These spherical powders allow capsule-free work hardly, however, because compacts are completely pressed in conventional press dies insufficient edge strength obtained.

Dieses Arbeiten mit Kapseln ist aufwendig und bei kleinen Bauteilen unwirtschaftlich. Die konventionelle Sintertechnik, angewandt bei spratzigem Pulver, setzt eine hohe Sinteraktivität und damit eine hohe Sintertemperatur und lange Sinterzeiten voraus. Damit ist gleichfalls die Wirtschaftlichkeit infrage gestellt und die Optimierung der Korngröße @rschwert.This work with capsules is complex and with small components uneconomical. The conventional sintering technique, used for spattered powder, sets a high sintering activity and thus a high sintering temperature and long sintering times in advance. This also calls into question the profitability and the optimization the grain size @rschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem auf einfache Weise bei guten Eigenschaften des Endproduktes Pulver von Superlegierungen zu Bauteilen verarbeitet werden kannen, Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß von spratzigen, zu kanten festen Preßlingen verpraßbaren Pulvern ausgegangen, diese Pulver in ein- oder mehrteiligen Preßwerkzeugen verpreßt, der erhaltene Preßling im Vakuum entgast und anschließend im Vakuum in einer dünnen Oberflächenschicht aufgeschmolzen und danach heißisostatisch nochgepreBt wird.The invention is based on the object of a method of the above mentioned type, with which in a simple way with good properties of the End product powder of superalloys can be processed into components, According to the invention, this object is achieved by edging from scratchy Started solid compacts pressable powders, these powders in one-part or multi-part Pressing tools pressed, the compact obtained degassed in a vacuum and then Melted in a thin surface layer in a vacuum and then hot isostatic is still being pressed.

Spratzige Superlegierungspulver können leicht zu kantenfesten Preßlingen geformt werden und sind daher fUr eine kapselfreie Technik besonders geeignet. Ui die Preßlinge in Heißisostatpressen verdichten zu kannen, wird die Oberflache des Preßlings zweck.aßigerweise in einer dünnen Schicht von 0,1 bis 2 mm aufgeschmolzen. Die zu wdhlende Dicke der Schicht wird bestimmt durch die Warmfestigkeit der vorliegenden Legierung und die Bedingung.n der Heißisostatpressung. Die die Porenräume Uberspannend aufgeschmolzene Schicht muß unter diesen Bedingungen ausreichend widerstandsfähig sein und den Einbruch des Preßmittels in den Preßling ausschließen. Es soll keine zu große Stützwirkung, die die Verdichtung des Preßlings bei. Heißisostatpressen erschwert, von der aufgeschmolzenen Schicht ausgehen. Auch soll Faltenbildung nach Möglichkeit ausgeschlossen werden.Spattered superalloy powders can easily be converted into hard-edged compacts are shaped and are therefore particularly suitable for a capsule-free technique. Ui to be able to compress the compacts in hot isostatic presses, the surface of the Pressings are expediently melted in a thin layer of 0.1 to 2 mm. The thickness of the layer to be selected is determined by the heat resistance of the present Alloy and the condition of hot isostatic pressing. That spans the pore spaces The melted layer must be sufficiently resistant under these conditions be and exclude the break-in of the pressing agent in the compact. It shouldn't too great a supporting effect, which contributes to the compaction of the pressed part. Hot isostatic presses difficult to emanate from the melted layer. Also said to be wrinkling after Possibility to be excluded.

Das Aufschmclren kann vorteilhafterweise durch induktive Erwärmung der äußersten Oberfldchenschicht des Preßlings oder mit Hilfe eines Elektronenstrahles geschehen. Es ist aber auch möglich, den Preßling in eine Metallschmelze, vorzugsweise eine orteigene Schmelze, einzutauchen, die nur so weit Uborhitzt wirde daß in technisch gut realisierbarer kurzen Tauchzeiten des PreB-inga eine dUnne Oberflächenschicht des Preßlings aufschmilzt und diesen Preßling verschließt. Die drei beschriebenen Methoden des Verschließens sind im Vakuum durchzufuhren.The opening can advantageously be carried out by means of inductive heating the outermost surface layer of the compact or with the help of an electron beam happen. But it is also possible, the compact in a metal melt, preferably an on-site melt, to be immersed, which is only overheated to the extent that it is technically easily achievable short immersion times of the PreB-inga a thin surface layer of the compact melts and closes this compact. The three described Closing methods are to be carried out in a vacuum.

Dem Verschluß der Oberflache des Preßlings geht in aller Regel in Entgasen unter Vakuum voraus; es sei denn, daß des Pulver unter Vakuum aufbewahrt, das Pressen unter Vakuum durchgeführt und die Preßlinge unter Vakuum den Anlagen zum Verschließen nach einer der genannten Methoden zugeführt werden kann.The closure of the surface of the compact is usually in Degassing under vacuum beforehand; unless the powder is kept under vacuum, the pressing carried out under vacuum and the compacts under vacuum the systems can be supplied for closing by one of the methods mentioned.

Muß entgast werden, so kann ein Erwerben in zwei Stufen, nämlich zum Beispiel induktiv mit niedriger Frequenz auf 200 bis 8000C, vorzugsweise auf 4000C erfolgen, wobei gewartet werden muß, bis der Preßling durchwärmt und so vollkommen wie möglich entgast ist und anschließend die kurzzeitige Erwärmung der Oberflächenschicht mit hoher Frequenz, um den gewunschten Verschluß zu bewirken Diese Aufgabe ist induktiv mit hoher Frequenz zu erfUllen, um die äußerste Oberflächenschicht bevorzugt zu erwärmen.If it has to be degassed, an acquisition can take place in two stages, namely for Example inductive with low frequency to 200 to 8000C, preferably to 4000C take place, it must be waited until the compact is warmed through and so completely is degassed as possible and then briefly heating the surface layer at high frequency to effect the desired closure. This task is inductive with high frequency to fill the outermost surface layer preferentially heat.

Zudem weisen die weniger beaufschlagten tieferen Schichten auf grund der geringeren Kontaktfläche der Puiverteilchen eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf. Ein rasches Schmelzen der Oberfldchenschicht tritt ein.In addition, the lower strata, which are less exposed to it, show the lower contact surface of the powder particles has a lower thermal conductivity on. Rapid melting of the surface layer occurs.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen naher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawings.

Wie bei der induktiven Erwärmung von größeren Bauteilen, z.B. zum Harten Ublich, kann mit beweglicher Spule und feststehendem Bauteil oder mit sich bewegendem Bauteil bei feststehender Spule oder, bei rotationssymmetrischen, sich drehendem Bauteil mit lengs der Erzeugenden geführten Spule - also Bahn fUr Bahn - der Preßling oberflächlich erwärmt und dabei aufgeschmolzen werden.As with the inductive heating of larger components, e.g. for Hard usual, can be with a moving coil and fixed component or with itself moving component with stationary coil or, with rotationally symmetrical, self rotating component with the length of the generating coil guided - that is, track by track - The compact is superficially heated and melted in the process.

In Figur 1 ist eine solche Anordnung dargestellt. Mit 1 ist der Preßling bezeichnet, mit 3 die dem Preßling 1 in der Form angepaßte Spule, die mit einer Blende 2 versehen ist. 4 sind Rollen, auf denen der Preßling 1 liegt. Eine der Rollen 4 ist angetrieben, um den Preßling 1 in dem von Spule 3 erzeugten elektromagnetischen Feld drehen zu können.Such an arrangement is shown in FIG. With 1 is the compact denotes, with 3 the compact 1 in the matched coil, which with a Aperture 2 is provided. 4 are roles on which the compact 1 lies. One of the roles 4 is driven to the compact 1 in the generated by coil 3 electromagnetic To be able to rotate the field.

Figur 2 zeigt eine Anordnung, bei der die Spule 3 in der angedeuteten Weise über den Preßling 1 bewegt wird, wdhrend der Preßling 1 sich dreht.Figure 2 shows an arrangement in which the coil 3 in the indicated Way is moved over the compact 1 while the compact 1 rotates.

In Figur 3 ist dargestellt, wie mit einer dem Preßling 1 angepaßten Spule 3 gearbeitet werden kann. Der mittlere Teil des Preßlings 1 muß in diesem Beispiel so aufgeschmolzen werden, wie es in Figur 2 gezeigt ist.In Figure 3 it is shown how with one of the compact 1 adapted Coil 3 can be worked. The middle part of the compact 1 must be in this Example are melted as shown in FIG.

Die zu bevorzugenden Frequenzen sind von der Pulverteilchengröße, dem spez. Widerstand des Sintergutes und der gewünschten, zu verschließenden Oberflächenschichtdicke abhdngig. Frequenzen von 100 kHz bis 1 MHz kommen in der Regel in Betracht.The preferred frequencies depend on the powder particle size, the spec. Resistance of the sintered material and the desired surface layer thickness to be sealed dependent. Frequencies from 100 kHz to 1 MHz are usually considered.

Beim Aufschmelzen mittels Elektronenstrahl ist ähnlich vorzugehen, wie Figur 4 zeigt. Der Preßling 1, z.B. ein Rohling fUr Turbinenwcheiben, wird auf Rollen 4 gedreht, während der Elektronenstrahl 7, beispielsweise von einer Elektronenkanone 6 ausgehend, gesteuert Zöngs einer Erzeugenden den Rotationskörper abtastet und dabei in jeder Zeiteinheit jedes Flächenelement mit gleicher Energiedichte bestrahlt. Diese Energiedichte wird so gewühlt, daß eine dUnne Oberflöchenschicht des Preßlings aufschmilzt.When melting using an electron beam, the procedure is similar, as Figure 4 shows. The compact 1, e.g. a blank for turbine disks, is opened Rollers 4 rotated while the electron beam 7, for example from an electron gun 6 starting, Zöngs controlled a generator scans the body of revolution and each in every unit of time Area element with the same energy density irradiated. This energy density is dug up so that a thin surface layer of the pressed part melts.

Das Aufschmelzen durch kurzes Eintauchen in die arteigene Schmelze setzt voraus, daß der Preßling so gehalten wird, daß die einschließende aufgeschmolzene Hout ihn völlig umgibt. Das wird erreicht, indem der Preßling 1 mittels Butzen 5 aus arteigene. Werkstoff in der Schmelze gehalten wird und die Butzen am Preßling verbleiben, so daß sie den Preßling fehlerfrei verschließen helfen. Zur Halterung können U-fUrmige Profile 8 mit Keilen 9 dienen, wobei letztere sich auf einer Auflage 10 befinden (Fig. 5). Das Aufschwimmen des Preßlings ist durch entsprechende Halterungen zu vermeiden.Melting by briefly dipping into the species-specific melt assumes that the compact is held so that the enclosing melted Hout completely surrounds him. This is achieved in that the compact 1 by means of slugs 5 from species own. Material is held in the melt and the slugs on the compact remain so that they help to close the compact without errors. To the bracket U-shaped profiles 8 with wedges 9 can be used, the latter being on a support 10 are located (Fig. 5). The floating of the pressed part is by means of appropriate brackets to avoid.

Figur 6 zeigt eine ähnliche Vorrichtung mit einem Stab 11, der ebenfalls einen Keil 9 aufweist und einen Teller 12 trägt.Figure 6 shows a similar device with a rod 11, which also has a wedge 9 and a plate 12 carries.

Die Preßlinge mit aufgeschmolzener Oberfläche werden anschließend heißisostatisch gepreßt und dabei gesintert. Die Oberflachenschicht der Preßlinge 1, deren ondere Vorgeschichte zu einem anderen Gefuge fUhren kann, wird in der Regel abgearbeitet, denn die notwendige Ultraschallprufung nach den heißisostatischen Pressen setzt ein rechtwinkeliges Profil des Umdrehungskörpers oder prismotische Formen voraus, die der Endform des Bauelementes angendhert, aber mit ihr in der Regel nicht identisch ist. Spanabhebende Bearbeitung muß also ohnehin nachfolgen.The compacts with a melted surface are then hot isostatically pressed and sintered in the process. The surface layer of the compacts 1, the other prehistory of which can lead to a different structure, is usually processed, because the necessary ultrasonic testing according to the hot isostatic Pressing sets a right-angled profile of the body of revolution or prismotic Forms ahead, which approximates the final shape of the component, but with it in the Rule is not the same. Machining must therefore follow anyway.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims 1. Process for capsule-free powder metallurgy Manufacture of components that are re-compacted by hot isostatic pressing, This means that from scratchy, to solid-edged compacts Started out pressable powders, these powders in one-part or multi-part press tools pressed, the compact obtained degassed in a vacuum and then in a vacuum melted onto a thin surface layer and then hot isostotically pressed will.

2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i G h n e t that the melting of the surface layer is limited to a thickness of 0.1 to 2 mm remains and iat on all sides.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized g e k 9 n n z e i c h -n e t that an electron beam is used to melt the surface.

4. The method or claim 1 or 2, characterized in that e e k e n n z e i c h -n e t that to melt the Oberfitiche an induction coil on the compact is applied with a current of high frequency, preferably with one frequency from 100 kHz to MHz is supplied.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in 9 e k e n n z e i c h -net, the compact dosed in a vacuum for a short time into a melt of its own type, whose Temperature is only slightly above the liquidus point.

6. The method according to one or more of the preceding claims, as a result, that after the surface has melted in the Vacuum the compact is cooled under vacuum and Qrst is then discharged when the melted surface layer solidifies and is sufficiently stable.