DE3049424A1 - Hot isostatic pressing of metal parts with complex shape - where metal powder is placed in inner capsule located in outer capsule filled with compactable refractory and evacuated - Google Patents
Hot isostatic pressing of metal parts with complex shape - where metal powder is placed in inner capsule located in outer capsule filled with compactable refractory and evacuatedInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung und Verfahren zum heißisostatischen Pressen Device and method for hot isostatic pressing
geometrisch komplizierter, pulvermetallurgischer Preßstticke Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum heißisostatischen Pressen (oft abgekürzt HIP) geometrie n komplizierter, pulvermetallurgischer Preßstücke nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 11 sowie die so hergesto en Preßstücke selbst. geometrically complex, powder metallurgical pressed pieces die The invention relates to a device and a method for hot isostatic pressing (often abbreviated HIP) geometry n complicated, powder metallurgical pressed pieces according to the preamble of claims 1 and 11 and the pressed pieces thus produced self.
Das heißisostatische Pressen ist bereits seit längerer Zeit bekannt (vgl. z. B. DE-AS 23 63 141 mit weiteren Schrifttumsnachweisen): Eine dünnwandige Preß-Kapsel, hergestellt z. B. durch Aufgalvanisieren von Nickel auf einen Kern aus Wachs (oder niedrigschmelzender Legierung) und anschließendes Ausschmelzen des Kerns, wird huber ein Einlaufrohr mit Metallpulver gefüllt, danach evakuiert und verschlossen, woran sich das heißisostatische Pressen des Metallpulvers in der Preß-Kapsel anschließt, um das gewünschte Werkstück als Preßstück herzustellen.Hot isostatic pressing has been known for a long time (See, for example, DE-AS 23 63 141 with further references): A thin-walled one Press capsule, manufactured e.g. B. by electroplating nickel onto a core made of wax (or low-melting alloy) and subsequent melting of the Kerns, an inlet pipe is filled with metal powder, then evacuated and closed, which is followed by the hot isostatic pressing of the metal powder in the press capsule then to produce the desired workpiece as a pressed piece.
Das als die Preß-Kapsel verwendete Metall sollte möglichst dünnwandig sein (z. B. für Nickel nur ca. 1 mm stark), um die dann entsprechend am fertigen Preßstück anhaftende Metallschicht mit möglichst geringem Aufwand zu entfernen, z. B. durch Zerspanen, Sandstrahlen oder chemisch.The metal used as the press capsule should be as thin-walled as possible (e.g. for nickel only approx. 1 mm thick) in order to then manufacture accordingly Remove the metal layer adhering to the pressed piece with as little effort as possible, z. B. by machining, sandblasting or chemically.
Weitere Anforderungen an die Preß-Kapsel sind: - Gleichmäßigkeit der Wandstärke über die gesamte Oberfläche, - Vakuumdichtigkeit und - Duktilität bei hohem Druck und hoher Temperatur.Further requirements for the press capsule are: - Uniformity of the Wall thickness over the entire surface, - vacuum tightness and - ductility high pressure and high temperature.
Diesen Anforderungen kann in der Praxis insbesondere dann nicht genügt werden, wenn das Preßstück geometrisch kompliziert ist, da dann die Preß-Kapsel ebenfalls geometrisch kompliziert ist.In practice, these requirements may not be sufficient if the pressed piece is geometrically complicated, because then the press capsule is also geometrically complicated.
Insbesondere kommt es durch Versprödung der Preß-Kapsel zu Undichtigkeiten, die eine Verdichtung des Metall-Pulvers in der Preß-Kapsel verhindern.In particular, embrittlement of the press capsule leads to leaks, which prevent compression of the metal powder in the press capsule.
Derartige geometrisch komplizierte Preßstücke kommen insbesondere als Bauteile von Luft- und Raumfahrt-Geräten vor. Sie können deshalb bisher-nicht durch heißisostatisches Pressen hergestellt werden, sondern nur in herkömmlicher Weise durch Schmieden und anschließende allseitige zerspanende Bearbeitung, die Verluste von größenordnungsmäßig 50 % des geschmiedeten Rohlings verursacht, was umso nachteilger ist, als es sich meist um außerordentlich teuere Legierungen handelt.Such geometrically complex pressed pieces come in particular as components of aerospace equipment. So you can't so far can be produced by hot isostatic pressing, but only in conventional Way by forging and subsequent machining on all sides, the Losses of the order of 50% of the forged blank caused what This is all the more disadvantageous as it is usually extremely expensive alloys.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum heißisostatischen Pressen der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit wesentlich geringeren Anforderungen an die Preß-Kapsel auskommen, ohne daß die Güte des fertigen Preßstücks beeinträchtigt ist.It is therefore the object of the invention to provide a method and a device to create for hot isostatic pressing of the type mentioned, which with essential lower demands on the press capsule manage without affecting the quality of the finished product Pressing is impaired.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre. nach dem Kennzeichen der Ansprüche 1 bzw. 11.According to the invention, this problem is solved by the teaching. according to the characterizing part of claims 1 and 11, respectively.
Die erfindungsgemäßen Mittel sind ersichtlich außerordentlich einfach: - eine leicht zu bauende Hilfs-Kapsel und - ein passives Druckübertragungsmittel, das den von außen zugeführten Druck nur weiterleitet, also nicht selbständig Druck erzeugen muß.The agents according to the invention are obviously extremely simple: - an easy-to-build auxiliary capsule and - a passive pressure transmission medium, that only forwards the pressure supplied from the outside, i.e. not independently pressure must generate.
Die Erfindung gestattet die Verwendung von metallischen Preß-Kapseln, die gegenüber den bisher bekannten vorteilhaf Xind durch Zulässigkeit von: - unterschiedlicher Wandstärke, - überhaupt geringerer Wandstärke, - Vakuumundichtigkeiten.The invention allows the use of metallic compression capsules, the advantages over the previously known Xind through the admissibility of: - different Wall thickness, - generally less wall thickness, - vacuum leaks.
Die praktische Erprobung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat Verdichtungen des Metallpulvers in der metallischen Preß-Kapsel auf 100 % ergeben.The practical testing of the method according to the invention has densities of the metal powder in the metallic press capsule to 100%.
An erfindungsgemäß hergestellten Preßstücken vorgenommene Materialuntersuchungen haben gezeigt, daß die statischen Eigenschaftswerte die Mindestwerte von Schmiedematerial übertreffen und die dynamischen Eigenschaftswerte zumindest im Streubereich für Schmiedematerial liegen.Material tests carried out on pressed pieces produced according to the invention have shown that the static property values are the minimum values of forged material and exceed the dynamic property values at least in the scatter range for Forging material lie.
Demgegenüber ist zwar gerade in jüngster Zeit eine Hilfs-Kapsel zum (angeblich) heißisostatischen Pressen von hochbeanspruchten und kompliziert geformten Werkstücken für Turbomaschinen bekanntgeworden (vgl. DE-AS 30 10 299), - jedoch wird dort bewußt keine Preß-Kapsel vorgesehen, weil die mit einer durch galvanische Abscheidung hergestellten Preß-Kapsel gepreßten Werkstücke immer wieder einer Nacharbeit bedurft hätten, was im Hinblick auf die Materialeigenschaften heißisostatisch gepreßter Werkstücke wiederum sehr aufwendig gewesen wäre (vgl. dort Sp. 1, Z. 39 - 52); - statt dessen wird dort ein einseitig offener Keramikkern mit der Negativkontur des Werkstücks von einer Blechaußenhaut als Hilfs-Kapsel umschlossen, die zwar an der offenen Seite des Keramikkerns von diesem Abstand hält, am Boden und an den Seiten des Keramikkerns jedoch anliegt; dabei muß dieser Abstand (nachteiligerweise) auf die zu erwartende Verdichtung genau abgestimmt werden (vgl. dort Sp. 2, Z. 63 - 67); - schließlich wird dort vom (wirklichen) i s o statischen Pressen abgegangen, da die Druckbeaufschlagung des metallurgischen Pulvers von der Hifs-Kapsel aus anisotrop erfolgt, nämlich durch den Keramikkern eine größere Anisotropie bedingt ist.In contrast, an auxiliary capsule for (allegedly) hot isostatic presses of highly stressed and intricately shaped Workpieces for turbo machines have become known (see. DE-AS 30 10 299), - however deliberately no press capsule is provided there, because the one with a galvanic Deposition produced press capsule pressed workpieces again and again a rework what would have needed in terms of the material properties hot isostatic pressed workpieces would have been very expensive (see column 1, line 39 - 52); - Instead there is a ceramic core open on one side with the negative contour of the workpiece is enclosed by a sheet metal outer skin as an auxiliary capsule, although the the open side of the ceramic core from this distance, at the bottom and at the Sides of the ceramic core, however, rests; this distance must (disadvantageously) must be precisely matched to the expected compression (cf. there column 2, line 63 - 67); - after all, there is a departure from the (real) i s o static pressing, because the pressurization of the metallurgical powder from the Hifs capsule is anisotropic takes place, namely a greater anisotropy is caused by the ceramic core.
Bei der erfindungsgemäßen Lehre des Anspruchs 11 ist von besonderem Interesse der Verfahrensschritt f), da auf diese Weise insbesondere eine Entfernung von mehr molekularen Waserschichten im Druckübertragungsmittel erfolgt, die sich vorher bei Lagerung des Druckübertragungsmittels wie Keramik-Pulver an Luft angelagert haben; diese mehr-molekularen Wasserschichten würden nämlich beim eigentlichen heißisostatischen Pressen in Wasserdampf mit vielfach vergrößertem Volumen übergehen, was zu einem außerordentlich hohen Überdruck in der dann vakuumdicht verschlossenen Hilfs-Kapsel mit allen unerwünschten Folgen führen würde.In the teaching according to the invention of claim 11 is of particular importance Interest of method step f), since in this way in particular a removal of more molecular water layers in the pressure transfer medium, which are previously attached to air when the pressure transmission medium was stored, such as ceramic powder to have; These multi-molecular water layers would namely be in the actual hot isostatic Pressing in water vapor with a volume that has been increased many times over, resulting in a extraordinarily high overpressure in the auxiliary capsule, which is then closed in a vacuum-tight manner with all undesirable consequences.
Der Vollständigkeit halber sei noch vermerkt, daß bei der erstellung der Hilfs-Kapsel zunächst im allgemeinen die Deckfläche freigelassen wird, um die Preß-Kapsel und das Druckübertragungsmittel einführen zu können, wonach erst die Hilfs-Kapsel mit einem Deckel verschlossen wird, der gleichzeitig einen äußeren Stutzen zum Evakuieren der Hilfs- und der Preß-Kapsel trägt (vgl. dazu auch den Anspruch 7).For the sake of completeness it should be noted that during the creation of the auxiliary capsule first generally the top surface is left free to the To be able to introduce press capsule and the pressure transmission medium, after which only the Auxiliary capsule is closed with a lid, which is also an outer Port for evacuating the auxiliary and the press capsule carries (cf. also the Claim 7).
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 - 9 sowie 12 ff. angegeben, die sich insbesondere durch eine Steigerung von Einfachheit und geringem Aufwand auszeichnen.Advantageous refinements of the invention are set out in the claims 2 - 9 and 12 ff., Which are particularly characterized by an increase in simplicity and with little effort.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Die einzige Figur zeigt: schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgeinäßen Vorrichtung, wobei die abgebildete Preß-Kapsel eine eometrisch komplizierte (nicht drehsymmetrische) Form entsprechend dem herzustellenden Preßstück aufweist.The invention is explained in more detail, for example, with the aid of the drawing. The single figure shows: schematically an embodiment of the invention Device, whereby the depicted press capsule is an eometrically complicated (not rotationally symmetrical) shape corresponding to the pressed piece to be produced.
Die abgebildete Vorrichtung besitzt, wie ohne weiteres ersichtlich ist, eine metallische Preß-Kapsel 10, die mit einem Metallpulver 12 gefüllt wird, eine äußere Hilfs-Kapsel 14, die mit einem Druckübertragungsmittel 16 wie Keramik-Pulver gefüllt wird, und einen Stutzen 18 zum Evakuieren im Rahmen des Entgasens insbesondere des Druckübertragunosmittels 16 unmittelbar vor dem bekannten heißisostatischen Pressen.The device shown has, as is readily apparent is, a metallic press capsule 10 which is filled with a metal powder 12, an outer auxiliary capsule 14, which is provided with a pressure transmission medium 16 such as ceramic powder is filled, and a nozzle 18 for evacuation in the context of degassing in particular of the pressure transmission medium 16 immediately before the known hot isostatic Press.
Nach erfolgtem Entgasen bzw. Evakuieren wird der Stutzen 18 abgekrempt und vakuumdicht verschweißt.After degassing or evacuation has taken place, the connector 18 is crimped off and welded vacuum-tight.
Ansonsten wird wegen der einzelnen Verfahrensschritte vor dem eigentlichen heißisostatischen Pressen auf die in den Ansprüchen 11 ff. gegebene Lehre verwiesen.Otherwise, because of the individual process steps before the actual hot isostatic pressing referred to the teaching given in claims 11 ff.
Das für sich bekannte eigentliche heißisostatische Pressen läuft anschließend wie folgt ab: - Evakuieren und Selen eines (nicht gezeigten) die erfindungsgemße Vorrichtung aufnehmenden Autoklaven, - Erzeugung von Vordruck mittels Verdichter bei Raumtemperatur, - Aufheizen und weitere Drucksteigerung, - Halten bei vorgegebenen Daten, - Abkühlen und Dekomprimieren.The actual hot isostatic pressing, which is known per se, then runs as follows: Evacuate and selenium one (not shown) the one according to the invention Device receiving autoclave, - generation of pre-pressure by means of a compressor at room temperature, - heating and further pressure increase, - Hold at given data, cool down and decompress.
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Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19803049424 DE3049424A1 (en) | 1980-12-30 | 1980-12-30 | Hot isostatic pressing of metal parts with complex shape - where metal powder is placed in inner capsule located in outer capsule filled with compactable refractory and evacuated |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19803049424 DE3049424A1 (en) | 1980-12-30 | 1980-12-30 | Hot isostatic pressing of metal parts with complex shape - where metal powder is placed in inner capsule located in outer capsule filled with compactable refractory and evacuated |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3049424A1 true DE3049424A1 (en) | 1982-07-22 |
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ID=6120506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19803049424 Ceased DE3049424A1 (en) | 1980-12-30 | 1980-12-30 | Hot isostatic pressing of metal parts with complex shape - where metal powder is placed in inner capsule located in outer capsule filled with compactable refractory and evacuated |
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DE (1) | DE3049424A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4772450A (en) * | 1984-07-25 | 1988-09-20 | Trw Inc. | Methods of forming powdered metal articles |
WO1999038641A1 (en) * | 1998-01-30 | 1999-08-05 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method for producing components reinforced by long fibres |
-
1980
- 1980-12-30 DE DE19803049424 patent/DE3049424A1/en not_active Ceased
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4772450A (en) * | 1984-07-25 | 1988-09-20 | Trw Inc. | Methods of forming powdered metal articles |
WO1999038641A1 (en) * | 1998-01-30 | 1999-08-05 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method for producing components reinforced by long fibres |
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8131 | Rejection |