DE3239316A1

DE3239316A1 - Verfahren und vorrichtung zum isostatischen heisspressen

Info

Publication number: DE3239316A1
Application number: DE19823239316
Authority: DE
Inventors: Akira Osaka Asari; Takao Fujikawa; Yohichi Nishinomiya Hyogo Inoue; Shiro Matsuura; Junichi Kobe Miyanaga; Masato Miki Hyogo Moritoki; Hidehiro Kobe Tsuzuki
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1981-10-24
Filing date: 1982-10-23
Publication date: 1983-06-09
Also published as: DE3239316C2; US4582681A; JPS5857481B2; JPS5871301A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf das isostatische'Heißpressen (nachfolgend kurz auch als "HIP" bezeichnet), einer Behandlung zum Sintern oder Verdichten roher Preßlinge aus Keramiken, Metallpulver oder dergleichen. Die Technologie des isostatischen Heißpressens, bei dem ein inertes Gas unter einer hohen Temperatur für ein isostatisches Pressen eines Werkstücks benutzt wird, wurde von vielen Unternehmen als eine ausgezeichnete Methode erkannt/ um Sinterwerkstücke großer Dichte aus Keramikmaterial/ Metallpulver oder einer Mischung hiervon herzustellen oder um restliche Leerstellen in einer ultraharten Legierung aufzubrechen oder um eine Diffusionsbindung metallischer Materialien herzustellen.

Die nach dieser Methode geformten oder gesinterten Produkte haben eine Anzahl von Vorteilen, wie es nachfolgend näher erläutert wird.

(a) Es kann ein großer Verdichtungsgrad bei einer im Vergleich mit der herkömmlichen Sintermethode niedrigeren Temperatur erreicht werden, so daß es möglich ist/ eine Feinstruktur zu erzielen und eine Vergröberung von Kristallkörnchen aufgrund eines übermäßigen Wachstums zu vermeiden;

(b) Eine nahe bei einem theoretischen Wert liegende Dichte und ein gleichförmiger Aufbau werden bei etwa jeder Materialart erzielt;

(c) Pulver aus Kugelpartikeln, die nicht für ein Gesenkformen (die-molding) geeignet sind, können bis zu einer ausreichend großen Dichte verdichtet werden?

(d) Mechanische und physikalische Eigenschaften von Pulver können verbessert werden?

(e) Die Feinstruktur kann zu einer Verbesserung der Eigenschaften von beispielsweise Hochgeschwindigkeits-Stahlwerkzeugen beitragen-;

(f) Die Größe der Produkte ist nicht durch die Preßkapazität wie bei der normalen Gesenkformpresse beschränkt, so daß es möglich wird, größere Gegenstände zu erzeugen;

(g) Ein giftiges und instabiles Material kann mit einem minima-

32393Ί6

len Einfluß auf die Gesundheit verarbeitet werden;

(h) Es können verschiedene zusammengesetzte Materialen von Keramiken, Metallpulver oder dergleichen produziert werden; und

(i) Die Materialkosten können durch eine verbesserte Ausbeute und eine Reduzierung fehlerhafter Produkte vermindert werden.

Zusätzlich zu dem Formen und Sintern von Pulvermaterialien kann die HIP Behandlung, mittels derer innere Risse eines Objekts in einer Hochtemperatur- und Hochdruck-Atmosphäre entfernt werden können, um die Zähfestigkeit und Biegefestigkeit zu vergrößern, für die Behandlung von gesinterten Werkzeugmaterialien bei hoher Temperatur und hohem Druck oder zum Ankleben bzw. Anbringen von Turbinenschaufeln an einem Turbinenkörper verwendet werden, um durch eine Djffusionsbindung in einer Hochdruck- und Hochtemperatur-Gasatmosphäre eine extrem feste Bindung zu erzeugen.

Die HIP Behandlung, die in einer Hochtemperatur- und Hochdruck-Atmosphäre durchgeführt wird, erfordert eine kostspielige HIP Vorrichtung mit einem speziellen Aufbau. Gewöhnlich erfordert sie auch eine lange Zykluszeit für die Temperaturerhöhung, das Druckbeaufschlagen, das Abfallen der Temperatur und die Druckentlastung, so daß die Reduzierung der Zykluszeit ein großes technisches Pj.oblom bei der Verbesserung der Leistungsfähigkeit des isostatischen Heißpreßvorgangs darstellte. Zum Lösen dieses Problems wurden verschiedene Versuche unter Verwendung eines Vorerhitzungsofens zum vorherigen Erhöhen der Temperatur eines Werkstücks unternommen, um hierdurch den Betrieb in der HIP Vorrichtung auf das Druckbeaufschlagen und ein gewisses Ausmaß des Erhitzungsvorgangs zu beschränken, mit dem Zweck einer Verkürzung der Zeitperiode, während derer die isostatische Heißpreßvorrichtung in jedem Betriebszyklus von einem Werkstück eingenommen wird, das heißt zum Erzielen einer effizienten Verwendung der HIP Vorrichtung. Ein typisches Beispiel ergibt sich aus der im britischen Patent 1 291 4 59 beschriebenen Vorrichtung, die tatsächlich die Zykluszeit verkürzen kann und aber insoweit Nachteile hat, als sie zu großen Anlagekosten für das Vorsehen eines Vorerwärmungsofens zusätzlich zu einer üblichen HIP Vorrichtung führt und daß sie mit einem extrem großen Wärmeverlust während

des Überführens eines vorerhitzten Werkstücks in der Atmosphäre verbunden ist. Außerdem hat sie einen noch schädlicheren Nochteil dadurch/ daß die inneren Wandungnoburflachen im unteren Abschnitt des HochdruckzylInders durch die Strahlungswärme von dem Werkstück überhitzt werden, wenn ein vorerwärmtes Werkstück in die Hochdruckkammer eingesetzt wird, wobei der untere Dichtungsring durch die überhitzte innere Wandung des Hochdruckzylinders beschädigt wird. Es sollte jedoch die Sicherheit dieser Art von Einrichtung streng verfolgt werden, und die Reduzierung der Zykluszeit sollte nicht auf Kosten der Sicherheit gehen. In diesem Zusammenhang haben die Anmelder in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 51-124,610 ein isostat-ischas Hcißpreßsystem großer Sicherheit offenbart, wobei dieses System den HIP Vorgang in einer verkürzten Zykluszeit ohne nachteilige Einflüsse auf den Hochdruckzylinder oder andere Komponententeile des Systems durchführen kann. Im einzelnen bezieht sich diese Patentanmeldung auf ein isostatisches Heißpreßsystem, bei dem eine Hochdruckkammer _g welche von einem Hochdruckzylinder sowie oberen und unteren Verschlüssen zum Abdichten der Öffnungen an den oberen sowie unteren Enden des Zylinders gebildet wird, mit einem Heizer in inneren und äußeren wärineisolierenden Wandungen versehen ist. Ein Werkstück wird auf dem unteren Verschluß angeordnet, um der Sinter- oder Bindungsbehandlung in einer Hochdruck- und Hochtemperatur-Atmosphäre unterworfen zu werden. Das System zeichnet sich dadurch aus, daß der untere Verschluß, der Heizer und die äußere wärmeisolierende Wandung zusammenhängend von dem Hochdruckzylinder abnehmbar sind, wodurch ein öffnen und Schließen der von der äußeren wärineisolierenden Wandung sowie dem unteren Verschluß begrenzten Behandlungskammer möglich ist. Es sind Dichtungsmittel für die Behandlungskammer und ein Gaskana-1 in dem'unteren Verschluß zum Herstellen einer .Strömungsverbindung zwischen den inneren und äußeren Seiten der Behandlungskammer mit der Außenseite des unteren Verschlusses vorgesehen» Bei diesem Aufbau kann die Zykluszeit verkürzt werden, wobei das Werkstück vorerwärmt wird und gleichzeitig die Strahlungswärme von dem Werkstück auf einem Minimum gehalten wird; dieses ist gekoppelt mit einer Verhinderung des Überhitzens der inneren Wandungsoberflächen des Hochdruckzylinders durch Strahlungswärme,

die die Lebensdauer des Zylinders verkürzen würde, so daß eine größere Sicherheit und ein sicherer Betrieb gewährleistet sind. Ferner kann das Vorerhitzen in Vakuum oder einer bestimmten Inertgas-Atmosphäre erfolgen/ so daß für den Heizer oder die äußere wärmeisolierende Wandung ein Material benutzt werden kann, das für eine Oxidation bei hohen Temperaturen empfänglich ist.

Für den Heizer wird allgemein ein Heizelement aus Fe-Al-Cr, Molybdän oder Graphit benutzt, wobei Fe-Al-Cr die größte Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen hat und allgemein als in offener Luft verwendbar angesehen wird, obwohl es seine Stabil iUH bestenfalls bis zu 1100⁰C beibehalt. Andererseits können Molybdänmaterialien oder Materialien auf Graphit-Basis, die V' eine Stabilität über 1100⁰C haben, der Atmosphäre nur in dem Temperaturbereich von 200 bis 300⁰C ausgesetzt werden, da sie bei hohen Temperaturen in beträchtlichem Maße einer Oxidation unterworfen sind. Nach einer HIP Behandlung in einer Hochdruck-Inertgas-Atmosphäre bei einer hohen Temperatur von eintausend und mehreren Hundert Grad Celsius kann der Druck in einer relativ kurzen Zeitperiode fallen, doch es wird eine lange Zeit benötigt, um die Temperatur unter 300⁰C abzusenken. Dementsprechend war die lange Zeitperiode, während derer das Werkstück in der HIP VorrichLung zum Kühlen gehalten werden mußte, ein bedeutendes Hindernis bezüglich einer effizienten Benutzung des isostatischen Heißpreßsystems. Das typische Programm der Zeitlängen, die für die entsprechenden Schritte des herkömmlichen isostatischen Heißpreßverfahrens erforderlich sind, ist beispielsweise wie folgt:
Schritte Zeitlängen

Beladen

Absaugen - Gasersatz Druckbeaufschlagen - Heizen Beibehalten

Abkühlen

Druckentlastung - Gaswiedergewinnung Ausstoßen

f ...·.::: I .ι. -Ll ι ■ ■" ■ — . ■ ' ' III·. ■ ■■■■-■■

/ ', j Gesamt · 15. 20

Stunde	Minute
0.	10
1.	00
3.	00
2.	00
8.	00
1.	00
	10

Die durch das Vorerhitzen erzielte Reduzierung der Zykluszeit ist auf die Verkürzung von etwa einer Stunde und 40 Minuten der Zeitperiode des Druckbeaufschlagens und Erhitzens beschränkt, was anderenfalls etwa drei Stunden benötigt, so daß sich eine Reduzierung von nur 8,7 % der Zykluszeit ergibt. Die Kühlzoitperiode, die den Hauptanteil der ZykluKze.it ausmacht, hat nichts mit dem Vorerhitzen zu tun und verbleibt als gewichLiger Grund für die lange Zykluszeit des isostatischen Heißpreßvorgangc.

Im Hinblick auf die .vorgenannten Situationen setzten die Erfinder ihre Untersuchungsarbeiten fort, mn das isostatische Heißpreßsystem der genannten japanischen Patentanmeldung weiter zu verbessern. Dabei konnten ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, womit die Zykluszeit bedeutend verkürzt werden kann, um die Leistungsfähigkeit des isostatischen Heißpreßvorgangs bedeutend zu verbessern.

Im einzelnen ist erfindungsgemäß ein isostatisches Heißpreßsystem vorgesehen. Dieses weist eine isostatische Heißpreßstation auf, die einen Hochdruckbehälter enthält, welcher von einem vertikalen druckbeständigen Zylinder gebildet wird. Dieser ist an seinem oberen Ende verschlossen, und ein unterer Deckel ist in den Boden des druckbeständigen Zylinders lösbar eingesetzt. Eine Behandlungskammer ist im Inneren mit einem Heizer versehen und _ifiSK von einer wärmeisolierenden Wandung umschlossen. Es sind Mittel zum Einstellen eines atmosphärischen Gasen, des Drucks und der Temperatur der Preßstation zu einem Zustand vorgesehen, der für das isostatische Heißpressen eines in der Behandlungskammer aufgenommenen Werkstücks geeignet ist. Von einer Mehrzahl von HilfsStationen ist jede Station mit einer öffnung für ein von unten erfolgendes Empfangen der wärmeisolierenden Wandung der Behandlungskammer versehen, die den inneren Heizer und ein Werkstück aufnimmt. Ferner sind ein Stützgebilde zum Abstützen der wärmeisolierenden Wandung und Mittel zum Kühlen des Werkstücks sowie des inneren Heizers in einer Inertgas-Atmosphäre vorhanden. Ein Wagen dient zum überführen des unteren Deckels sowie des Werkstücks oder des unteren Deckels, des Werkstücks, der wärmeisolierenden Wandung sowie des inneren Heizers zwischen der isosta-

tischen Heißpreßstation und einer der HilfsStationen. Ein Hubmechanismus dient zum Anheben und Absenken des unteren Deckels sowie des Werkstücks oder des unteren Deckels, des Werkstücks, der wärmeisolierenden Wandung sßwie des Heizers an der isostatischen Heißpreßstation und jeder der HilfsStationen.

Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zum isostatischen Heißpressen durch Verwenden eines derartigen isostatischen Heißpreß-systems vorgesehen., wobei gemäß diesem- Verfahx-en ein Betriebszyklus mit den folgenden Schritten (a) bis (e) wiederholt wird: (a) ist ein Schritt, bei dem eine ein Werkstück I und einen inneren Heizer innerhalb einer wärmeisolierenden Wandung aufnehmende Behandlungskammer in die isostatische Heißpreßstation geladen bzw. eingebracht wird, um das Werkstück I einer isostatischen Heißpreßbehandlung zu unterwerfen. Diese umfaßt einen Austauschvorgang durch ein inertes Gas, ein Erhöhen der Temperatur und des Drucks, ein Beibehalten von hoher Temperatur und hohem Druck, ein Entlasten bzw. Abbauen von Wärme sowie Druck und ein Wiedergewinnen von Gas. (b) ist ein Schritt, bei dem der Innendruck der isostatischen Heißpreßvorrichtung auf einen normalen Wert abgelenkt wird, bei dem ferner das Werkstück I zusammen mit dem inneren Heizer und der umgebenden heißen Inertgas-Atmosphäre von der isostatischen Preßstation im wesentlichen in einem abgeschirmten Zustand innerhalb der wärmeisolierenden Wandung abgezogen wird, wonach ein Beladen in eine Hilfsstation mit Kühlmitteln folgt, (c) ist ein Schritt, bei dem eine ein Werkstück II sowie einen inneren Heizer innerhalb einer wärmeisolierenden Wandung aufnehmende ähnliche Behandlungskammer von einer zweiten Hilfsstation entladen und in die isostatische Heißpreßvorrichtung geladen wird, (d) ist ein Schritt, bei dem das Werkstück II einer isostatischen Heißpreßbehandlung in der Preßstation in der gleichen Weise wie beim Schritt (a) unterworfen wird, während das im Schritt (b) in die Hilfsstation geladene Werkstück I und der innere Heizer in einer Inertgas-Atmosphäre gekühlt werden, um dann das behandelte Werkstück I durch ein neues Werkstück I¹ zu ersetzen, (e) ist ein Schritt, bei dem das Werkstück II nach Beenden der isostatischen Heißpreßbehandlung von der Preßstation entladen und in der gleichen Weise wie

im Schritt (b) in eine andere Hilfsstation geladen wird, wobei stattdessen die Behandlungskammer des Werkstücks Γ, das seit dem Beladen im Schritt (d) an der Hilfsstation bereitsteht, in der gleichen Weise wie im Schritt (c) in die Preßstation geladen wird.

Bezüglich weiterer Merkmale des erfindungsgemäßen Veriahfon.s und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die Merkmale» der Ansprüche 1, 2 sowie 5 und auf die dazugehörigen Untcransprücho verwiesen.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Figur 1 - in einer schematischen Ansicht ein isostatisches Ileißpreßsystem nach der vorliegenden Erfindung,

Figuren 2 bis 4 - in schematischen Ansichten verschiedene Komponenten des Systems aus Figur 1, wobei Figur 2 eine Behandlung skammer, Figur 3 die an einer HilfsStation positionierte Behandlungskammer und Figur 4 die in einen Hochdruckbehälter geladene Behandlungskammer zeigen,

Figur 5 - in einer fragmentarischen schematischen Ansicht eine Behandlungskammer mit einem modifizierten Aufbau,

Figur 6 - eine Tabelle eines Programms zum Durchführen der; erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 7 - in einer schematischen Ansicht eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

Figur 8 - eine Tabelle eines Programms zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Ausführungsform aus Figur 7.

In Figur 1 ist in scheraatischer Weise die Positionsbeziehung zwischen einer isostatischen Heißpreßstation bzw. HIP Station und einer Hilfsstation in dem isostatischen Heißpreßsystem bzw. HIP System nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das System enthält einen fahrbaren Wagen 2 für eine Bewegung auf und längs einer Schiene 1. Auf dem Wagen 2 ist eine Sitz- oder Auflage-

platte 3 abgestützt, die mittels eines bekannten Antriebsmechanismus, wie eines Kettenaufzugmechanismus, eines Schneckenrad-Zahnstangen-Mechanismus, einer Kolben-Zylindereinheit oder eines anderen geeigneten Mittels, was nicht dargestellt ist, vertikal aufwärts und abwärts bewegbar ist. über der Schiene 1 sind eine Mehrzahl von Hilfsstationen 4, 4¹ und eine HIP Station 5 angeordnet. Diese besteht hauptsächlich aus einem Hochdruckbehälter, der von einem vertikalen, druckbeständigen Zylinder 7 gebildet wird, wobei ein oberer Deckel 6 das obere Ende des Zylinders 7 hermetisch verschließt und ein unterer Deckel 8 abnehmbar in das untere Ende des Zylinders 7 eingesetzt ist. Eine Behandlungskammer 11 ist von einer wärmeisolierenden., umgekehrt napfförmigen Wandung 10 umgeben, die in dem Hochdruckbehälter aufgenommen und auf der oberseitigen Oberfläche des unteren Deckels 8 abgestützt ist. Die Behandlungskammer 11 kann aus dem druckbeständigen Zylinder 7 entfernt werden, indem die wärmeisolierende Wandung 10 zusammen mit/dem unteren Deckel 8 abgezogen wird. Andererseits sind die Hilfsstationen 4 und 4' jeweils mit einem haubenartigen Behälter 13 mit einem Mantel für Kühlmedium versehen, der ein Innenvolumeri hat, welches zum Aufnehmen einer Behandlungskammer '11, '11' oder 11" ausreicht. Der Behälter 13 hat eine Bodenöffnung, die eine für einen Eingriffssitz mit dem unteren Deckel 8 geeignete Größe und Form hat.

Die Behandlungskammern 11, 11' ... sind an der Sitz- oder Auflageplatte 3 des Wagens 2 angebracht und hierdurch zu den Positionen unmittelbar unterhalb des vertikalen druckbeständigen Zylinders 7 oder haubenartigen Behälters 13 oder 13* überführbar, wo sie mittels der Hubmittel in den druckbeständigen Zylinder 7 oder den haubenartigen Behälter 13, 13' eingesetzt oder hiervon abgezogen werden. Bei der Äusführungsform aus Figur 1 sind drei Behandlungskammern dargestellt, nämlich eine erste Behandlungskammer 11, die in die HIP Station 5 eingesetzt ist, eine zweite Behandlungskammer 11', die in die HilfsStation 4 eingesetzt ist, und eine dritte Behandlungskammer 11" in einer Vorbereitungsstufe zum Aufnehmen der Werkstücke, ferner zwei HilfsStationen 4 und 4' und eine HIP Station 5. Preßrahmen 14 und 14', die die oberen und unteren Deckel 6 und 8 halten, sind

an einem fahrbaren Wagen 15 angebracht, der sich auf und längs einer Schiene 16 bewegt, um die Rahmen zwischen einer Betriebsposition und einer zurückgezogenen Ruheposition zu bewegen.

Figur 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die Behandlungskammer 11 des in Figur 1 dargestellten Systems. Gemäß Figur 2 hat die wärmeisolierende Wandung 10 an ihrer Innensaite eine elektrische Heizplatte eines Heizers 9, der an der oberseitigen Oberfläche des unteren Bodens bzw. Deckels 8 elektrisch isoliert angebracht ist. Der Heizer 9 wird über Zuleitungen 17 versorg!-, die in dem unteren Deckel 8 hermetisch abgedichtet und elektrisch isoliert eingebettet sind. Die die Behandlimgskammor 11, welche den^Heizer 9 enthält _f umschließende Wandung 10 wird von konzentrischen inneren und äußeren Hüllen gebildet, die eine umgekehrte Napfform haben und aus einem Material mit geringer Gapdurchlässigkeit gebildet sind, Zwischen den inneren und äußeren Hüllen ist ein wärmebeständiges wärmeisplierendeg Faserraaterial, wie keramische Fasern, eingefüllt, Diese Wandung 10 ist in lößbarer Weise auf der Oberseite des unteren peckels 8 angebracht* Pie Oberseite des unteren Deckels 8 ißt piit einer wärme isolierenden Auflage 21 abgedeckt. Die Behandlungskammer 11 kann mit dem Äusseren über eine verschließbare öffnung 22 verbunden werden; die sich durch die wärmeisolierende Wandung 10 erstreckt , fAn plt'-ttenähnliches Glied 24, das in einer Flut 2*5 an der Oberseite: des peripheren Abschnitts des unteren Depkds 8 sitzt, isst durch eine Feder' 25 nach oben vorstehend vorgespannt, um dip Öffnung 22 von außen zu verschließen. Das Glied 24 wird jedoch von einem Vorsprung in einem unteren Abschnitt an der inneren Peripherie des druckbeständigen Zylinders oder haubenartigen Behälters nach unten gestoßen, um die öffnung 22 freizugeben, wenn die Behcindlungskammer in die HIP Station oder die Hilfsstation eingesetzt wird. Während verschiedene Modifikationen und Änderungen bezüglich des Aufbaues zum öffnen und Schließen der öffnung 22 denkbar sind, ist es wichtig, daß die Behandlungskammer 11 geöffnet wird, wenn sie in die HIP Station oder die HilfsStation eingesetzt wird,, während sie beim Abziehen hiervon verschlossen wird. Ein inertes Gas oder anderes atmosphärisches Gas wird über einen Gaskanal oder eine Leitung 27 im unteren Deckel 3 mittels einer

Ein-Aus-Steuerung durch ein Ventil 26 und über eine Bohrung 28 in der Auflage 21 in die Behandlungskammer 11 geleitet.

Bei der Behandlungskammer 11 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird die wärmeisolicrende Wandung 10 von dein unteren Deckel 8 abgenommen, um die Behandlungskammer 11 zu öffnen. Nach dem Anordnen von Werkstücken auf der Oberseite des unteren Deckels 8 wird die Behandlungskammer 11 geschlossen, indem die Wandung 10 wieder iauf dem unteren Deckel 8 fest angebracht wird, um den nächsten isostatischen Heißpreßvorgang vorzubereiten. In diesem Fall kann natürlich die Arbeitsleistungsfähigkeit begünstigt werden, indem eine Mehrzahl von Werkstücken entsprechend in das Innere der Behandlungskammer 11 eingebracht wird. V

Die in dieser Weise mit den Werkstücken beladene Behandlungskammer 11 wird an der Hilfsstation 4 in den haubenartigen Behälter 13 eingesetzt, v/obei ein Vorerhitzen der Werkstücke durch den Heizer 9 erfolgt, nachdem die Atmosphäre in der Station auf einen vorbestimmten Zustand eingestellt wurde. Die Systembetriebsweise und ihre Stufen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 3 detaillierter beschrieben.

Figur 3 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die in den Behälter 13 eingesetzte Behandlungskammer 11. Das offene untere Ende des Behälters 13 wird an dem unteren Deckel 8 der Behandlungskammer ^ 11 hermetisch abgedichtet. Die öffnung 22 wird geöffnet, indem das plattenähnliche Deckel-Glied 24 mit einem Vorsprung 29 nach unten gestoßen wird, der sich an der inneren Peripherie des Behälters 13 in einer Position nahe seines unteren Randes befindet. Ferner ist der haubenartige Behälter 13 an seinem oberen Ende mit einem Gaskanal oder einer Saugleitung 30 versehen/ der bzw. die sich mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe in Strömungsverbindung befindet. Nach dem Einsetzen der Behandlungskammer 11 in den Behälter 13, wobei sich der untere Deckel 8 gemäß der Darstellung in dem Bodenende des Behälters 13 befindet und wobei das Innere durch Festlegung unter Verwendung eines Klemmechanismus oder eines anderen geeigneten Verriegelungsmechanismus abgedichtet ist, wird die Saugpumpe betätigt, um ein Vakuum herzu-

stellen oder um einen Austausch durch eine vorbestimmte Atmosphäre vorzunehmen. Im Falle eines Vakuums kann die Behandlungskairmer 11 über die Öffnung 22 mit einem Vakuum versehen werden, indem das Ventil 26 im geschlossenen Zustand gehalten wird. Worm das Ventil 26 nach dem Herstellen des Vakuums geöffnet wird, werden die Behandlungskammer 11 und'der Behälter 13 mit einem atmosphärischen Gas gefüllt, das von der Leitung 27 und durch die Bohrung 28 zugeführt wird. Wenn ferner das atmosphärische· Gas durch die Äblaßleitung 30 gelangt, fließt das von dem Kanal 27 zugeführte atmosphärische Gas in den Zwischenraum zwischen dem Behälter .13 und der Wandung 10, und zwar durch die Bohrung 28, die Behandlungskammer 11 und die Öffnung 22, um durch die Ablaßleitung 30 abgelassen zu werden. Somit ist es möglich, die Werkstücke 31 einem atmosphärischen Gas unter einem beliebigen Druck auszusetzen, und zwar durch Einstellen der Zufuhr- und Ablaßgeschwindigkeiten des atmosphärischen Gases. In jedem FaI] wird der Druck in der Behandlungskammer 11 in wünschenswerter Weise unter dem Atmosphärendruck gehalten, um zu verhindern, daß die Werkstücke eine große Gasmenge absorbieren.

In der oben beschriebenen Weise wird die Atmosphäre in der HiIfsstation 4 auf eine vorbestimmte Bedingung eingestellt, und der Heizer 9 wird erregt, um die Werkstücke vorzuwärmen.

Während der Vorerwärmungsvorgang in der beschriebenen Weise in der Hilfsstation 4 erfolgt, beruht das wichtigste. Merkmal der vorliegenden Erfindung auf dem Kühlen in der Hilfsstation. Nach Beendigung der isostatischen Heißpreßbehandlung bei hoher Temperatur und hohem Druck in der HIP Station 5 wird die sich noch in heißem Zustand befindliche Behandlungskammer 11 von der HIP Station. 5 nach -einer Druckentlastung abgezogen und dann wiederum zum Kühlen in die Hilfsstation 4 eingesetzt. Diese Kühlung ε-stufe hat eine wichtige Bedeutung bei der vorliegenden Erfindung, was noch näher beschrieben wird.

Die Behandlungskammer 11, die mit dem heißen Inertgas oder einem anderen gasförmigen Druckmedium gefüllt ist? wird zunächst von der Station 5 zusammen mit dem unteren Deckel 8 in einem abge-

schirmten Zustand abgezogen und dann in den haubenartigen Behälter 13 eingesetzt, in dem das atmosphärische Gas von dem Kanal 27 in der zuvor beschriebenen Weise geladen und abgelassen wird, um fortgesetzt die Inertgas-Atmosphäre in der Behandlungskammer 11 aufrechtzuerhalten. In dieser Stufe wird, statt eines Erregens des Heizers, kaltes Wasser oder ein anderes Kühlmedium durch den Kühlmantel 12 des Behälters 13 geleitet. Daraufhin wird das atmosphärische Gas, das von der Leitung 27 strömt, durch Abziehen von Wärme von den Werkstücken 31 sowie vom Heizer 9 wie auch von Wärme in der Behandlungskammer 11 erhitzt. Das erhitzte atmosphärische Gas wird nach dem Wärmeaustausch mit den inneren Wandungen des Kühlmantels 12 durch die Ablaßleitung 30 abgelassen. Während dieser Kühlschritt bei der herkömmlichen isostatischen Heißpreß-'**-'■ vorrichtung eine lange Zeit erfordert, ermöglicht es das erfindungsgemäße System, welches die Kühlung außerhalb der HIP Station durchführt, die Zykluszeit des isostatischen Heißpreßvoryangs bedeutend zu verkürzen. Gleichzeitig kann das Kühlen bis zu einem ausreichenden Grad in einer Inertgas-Atmosphäre durchgeführt werden, und es kann ein Heizelement aus Molybdän oder einem anderen Material benutzt werden, das für eine Oxidation bei hoher Temperatur anfällig ist, trotz der Stabilität bei erhöhten Temperaturen .

Nachdem das Vorerhitzen in der Hilfsstation in der oben beschriebenen Weise beendet worden ist, erfolgt in der Station ein Inertv^, gas-Austausch, wenn eine Vakuum-Atmosphäre enthalten ist, bevor der untere Deckel 8 von dem Behälter 13 abgenommen wird, um die Behandlungskammer 11 zusammen mit den zuvor aufgenommenen Werkstücken von der Hilfsstation 4 abzuziehen. Die abgenommene Behandlungskammer 11 wird für die isostatische Heißpreßbehandlung sofort in die HIP Station 5 eingesetzt. Figur 4 zeigt in einem vertikalen Schnitt eine in eine HIP Station eingesetzte Behandlungskammer 11, um einer isostatischen Heißpreßbehandlung in der nachfolgend näher beschriebenen Weise unterworfen zu werden.

Gemäß Figur -4 ist die HIP Station 5 im Inneren mit einer Hochdruckkammer 32 ausgebildet, die von dem druckbeständigen Zylinder 7 mit den in dessen obere sowie untere Enden hermetisch bzw.

luftdicht eingesetzten oberen sowie unteren Deckeln 6, 8 begrenzt ist. Durch den oberen Deckel 6 ist ein Gaskanal· oder eine Leitung 33 zum Zuführen und Ablassen eines Druckgas-Mediums gebohrt. Bei der dargestellten Ausführungsfarm ist der druckbeständige Zylinder 7 an einem Stützgebilde (nicht dargestellt) fest angebracht, und seine oberen und unteren Deckel 6, 8 sind zwischen den Preßrahmen 14, 14' erfaßt, um ein Lösen derselben während der isostatischen Heißpreßbehandlung zu vermeiden. Während die oberen und unteren Deckel 6, 8 in die oberen und unteren Enden des Zylinders 7 in der üblichen Weine eingeschraubt werden können, ist es jedoch empfehlenswert, sie zwischen den. Preßrahincn zu orfanr.cn, um die Sicherheit des Hochdruck-Vorgangs zu gewährleisten.

Bei einer HIP Station des oben beschriebenen Aufbaues wird nach dem Einsetzen der Behandlungskammer 11 in den druckbeständigen Zylinder 7, der im Inneren einen Hocht eraper a tür ~Z\istand aufrechterhält, der die Behandlungskammer 11 tragende untere Deckel 8 luftdicht in das untere Ende des druckbeständigen Zylinders 7 eingesetzt, um die Behandlungskammer 11 in der HIP Station positionsmäßig zu fixieren. Nach dem Schließen des Ventils 26 wird ein Druckgas-Medium durch die'Leitung 33 eingeführt, und der Heizer wird fortgesetzt in erregtem Zustand gehalten, um die isostatische Heißpreßbehandlung zu starten.

Für die Druckbeaufschlagung kann ein Inertgas, wie Argongas und Heliumgas, als gasförmiges Druckmedium bei einem Pegel bzw. Druck von etwa 500 Atmosphären angewendet werden, während die Temperatur für die isostatische Heißpreßbehandlung auf einen Wert eingestellt wird, der groß genug ist, um ein plastisches Fließen von Keramik oder metallischem Material zu begründen, das die Werkstücke bildet. Durch die isostatische H^ißpreßbehandlung werden die Werkstücke zu Produkten großer Dichte verdichtet, die·der theoretischen Dichte ähnelt.

Nach dem Beendigen der isostatischen Heißpreßbehandlung wird das Druckgas durch die Leitung 33 abgelassen, um in dem Ofen wieder normalen Druck herzustellen. Ohne Warten bis zum Abfallen der Temperatur werden die Preßrahmen 14 und 14" abgezogen,

SAD ORfGlNAt

F ♦ · » * 4

und der untere Deckel 8 wird von dem Zylinder 7 abgenommen, um

die Behandjungskammer 11 von der HIP Station 5 zu entfernen und

zusammen mit dem Werkstück zum Kühlen in die Hilfsstation 4 einzusetzen.

Figur 5 ist ein f rcigmentarischer Vertikalschnitt durch eine Behandlung skcimmor mit einem .unteren Deckel verbesserten Aufbaues. Im einzelnen besteht bei diesem Deckelaufbau der untere Deckel 8 aus einem ringförmigen äußeren Deckelglied 8a,· auf dem die wärmeisolierende, umgekehrt napfförmige Wandung 10 und der Heizer 9 angebracht sind, und einem inneren Deckelglied 8b, das in abnehmbarer Weise in das äußere Deckelglied 8a eingesetzt ist." Die wärmeisolierende Auflage 21 ist auf dem inneren Deckelglied 8b angebracht. Bei diesem Deckelaufbau besteht keine Notwendigkeit für ein Abziehen der Behandlungskammer 11 von der Hilfsstation 4 und zum Entfernen der wärmeisolieronden Wandung 10 von dem unteren Deckel stets beim Beladen oder Entladen der Werkstücke. Mit anderen Worten können die Belade- und Entladevorgänge ohne. Einsetzen oder Abziehen der Behandlungskammer 11 in die und aus der Hilfsstation 4 einfach durch Einsetzen des Dekkelgliedes 8b sowie der wärmeisolierenden /uiflage 21 in das und aus dem äußeren Deckelglied 8b durchgeführt werden.

Bei dem isostatischen Heißpreßsystem nach der vorliegenden Erfindung kann der Heizer 9 einen Ni-Cr Draht, einen Fe-Cr-Al Draht oder einen Molybdändraht oder Graphit als ein Heizelement aufweisen, was von der jeweiligen Behandlungstemperatur abhängt. Im Hinblick auf ihre Stabilität bei hohen Temperaturen sind Molybdän und Graphit bevorzugt. Ferner ist die innere Hülle 19 der wärmeisolierenden Wandung 10 aus einem Material kleiner Gasdurchlässigkeit hergestellt, wie aus Edelstahl, einer wärmebeständigen Legierung oder Molybdän, was in ähnlicher Weise von der Behandlungstemperatur abhängt. In einem Fall, bei dem Molybdän für die isvnere Wand oder Hülle 19 der umgekehrten Napfform und das Heizelement des Heizers 9 für eine HIP Behandlung in der Behandlungskammer 11 bei 1400⁰C benutzt wird, ist es möglich, ein stabiles Erhitzen während der HIP Behandlung wie auch in der Vorerwärmungsstufe zu haben, ohne daß eine Sublimation

von Molybdän begründet wird, indem das Vorerwärmen bei einer Temperatur von bis zu 1400⁰C bewirkt wird und die Behandlung in einer Argongas-Atmosphäre durchgeführt wird, die in der Behandlung skammer nach dem Leerpumpen auf ein Vakuum von 10-10 Torr hergestellt wird. Es wurde festgestellt, daß im wesentlichen keine Oxidation stattfindet, wenn die Behandlungskammer nach dem Kühlen auf eine Temperatur unter 300⁰C zu der Atmosphäre geöffnet wird.

In dem oben beschriebenen HIP System der vorliegenden Erfindung erfolgt die isostatische Heißpreßbehandlung durch die Kombination von beweglichen Behandlungskammern 11 und einer HIP Station ^^-- 5. Die Behandlungskammer 11 wird zu einer Hilfsstation 4 überführt und in diese eingesetzt, sobald der Innendruck der HIP Station 5 auf einen normalen Pegel gefallen ist, ohne daß ein Temperaturabfall abgewartet wird, wobei die Behandlungskaminer 11 während der überführung von außen abgeschirmt wird. Während die Behandlungskammer 11 in der Hilfsstation abgekühlt wird, wird eine andere Behandlungskammer 11„ die vorerhitzte Werkstücke ■trägt, für die isostatische Heißpreßbehandlung in die HIP Station 5 eingesetzt. Deshalb wird die HIP Station von der Behandlungskammer während einer verkürzten Zeitperiode eingenommen, und zwar infolge der Reduzierung der Kühlzeit, so daß die Zykluszeit des isostatischen Heißpreßvorxfangs auf eine extrem kμrze Zeitlänge verkürzt werden kann. Zusätzlich kann der Vorerhitzungsvorgang in einer vereinfachten Weise durch die kombinierte Verwendung der Hilfsstation durchgeführt werden, die geeignet isti eine Behandlungskammer 11 gleichzeitig mit der isostatischen Heißpreßbehandlung in der HIP Station 5 vorzuwärmen, ohne daß ein kostspieliger Ofen erforderlich ist, dor ausschließlich für den Vorerhitzungszweck dient= Dieses führt zu einer Reduzierung der Anlagekosten, wobei die thermischen Energieverluste auf einem Minimum gehalten werden, und zu einer weiteren Verkürzung der Zykluszeit der HIP Behandlung im Vergleich ζμ dem herkömmlichen System, bei dem die HIP Vorrichtung für die Vorerhitzungs- und die HIP Betriebsvorgänge angewendet wird.

Der isostatische HeißpreßVorgang kann mit einer großen Lei-

stungsfähigkeit und in einer wirtschaftlichen Weise durchgeführt werden, und zwar durch Betreiben einer Mehrzahl von Behandlungskarnmern 11, 11' -../ zweier HilfsStationen 4 sowie 4' und einer HIP Station gemäß der Darstellung in Figur 1 entsprechend einem vorbestimmten Programm. Ein solcher programmierter Betrieb des erfindungsgemäßen HIP Systems wird unter Bezugnahme auf Figur 6 detaillierter beschrieben, wo die Betätigungsprogramme der HIP Station und der entsprechenden HilfsStationen in dem erfindungsgemäßen System dargestellt sind.

Zuerst wird ein Werkstück I in der HIP Station der isostatischen Heißpreßbehandlung unterworfen, gemäß derer ein Absaugen bis zu einem Vakuum erfolgt, ferner ein Ersetzen durch ein inertes Gas, eine Druckerhöhung, eine Temperaturerhöhung, ein Beibehalten von hohem Druck und hoher Temperatur, ein Kühlen und schnelle Druckablaß- und Gaswiedergewinnungsschritte. In einem Standardverfahren betragen die erforderlichen Zeitlängen für diese Schritte:

Beladen des Werkstücks 10 Minuten

Druck- und Temperaturerhöhung 1 Stunde 00 Minuten

Absaugen und Ersatz durch Inertgas 3 Stunden 00 Minuten Beibehalten von hohem Druck und hoher

Temperatur 2 Stunden 00 Minuten Temperaturentlastung 1 Stunde 00 Minuten Schnelles Druckablassen und Gaswiedergewinnung 1 Stunde 00 Minuten Entladen 10 Minuten

Gesamt 8 Stunden 20 Minuten

Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren, das drei Stunden zum Kühlen erfordert, wird das Werkstück I nach einer einstündigen Teinperaturentlastung und einem Druckablassen unmittelbar von der HIP Station abgezogen und zu einer ersten Hilfsstation zum Kühlen überführt sowie in diese Station eingesetzt. Während der überführung zu del* ersten Hilfsstation werden der Heizer und das umgebende atmosphärische Gas durch die wärmeisolierende Wandung von der Außenseite des Werkstücks I abgeschirmt. In der nächsten Betriebsphase werden das in eine zweite Hilfsstation eingebrachte

Werkstück II und der Heizer zusammen mit der umgebenden wärmeisolierenden Wandung hiervon abgezogen und in die HIP Station eingesetzt. Während das Werkstück II darin der isostatischen Heißpreßbehandlung unterworfen wird, werden das Werkstück I und der Heizer in einer Inertgas-Atmosphäre in der ersten Hilfsstation abgekühlt, wobei nach dem Entladen des gekühlten Werkstücks I ein frisches bzw. neues Werkstück I^s geladen wird. In der nächsten Betriebsphase wird das Werkstück II, das die HIP Behandlung beendet hat, in die zweite HiIfsstation eingebracht, während das Werkstück I', das sich in der ersten Hilfüstation befindet, in die HIP Station geladen wird. Durch Wiederholen der oben beschriebenen Betriebsserien kann die Zykluszeit für einen isostatischen Standard-Heißpreßvorgang auf acht Stunden und 20 Minuten verkürzt werden, was im drastischen Gcgegensatz zu der herkömmlichen Zykluszeit von 15 Stunden und 20 Minuten steht.

Figur 7 zeigt in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes isostatisches Heißpreßsystem, das den HIP Betriebsablauf mit einer noch weiter verbesserten Leistungsfähigkeit durchführen kann. In Figur 7 sind die Figur 1 entsprechenden Komponententeile mit ähnlichen Bezugszeichen belegt. Das System aus Figur 7 weist drei Hilfsstationen 4, 4" sowie .4" und drei Behandlungskammern für eine HIP Station 5 auf. Diese werden entsprechend dem in Figur 8 dargestellten Programm betrieben.

Gemäß den Figuren 7 und 8, die eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung darstellen, wird eine ein Werkstück I aufnehmende Behandlungskammer in die HIP Station 5 in Figur 7 eingebracht. Nach dem Beladen wird der Wagen 2 in der Figur nach links bewegty und der Preßrahmen 14 wird von einer zurückgezogenen Ruheposition zu seiner Ärbeitsposition vorbewegt, um die oberen und unteren Deckel 6 und 8 zu erfassen. Danach folgt die isostatische Heißpreßbehandlung mit den oben beschriebenen Betriebsschritten. In der Zwischenzeit wird ein anderes Werkstück II an der zweiten.Hilfsstation 4" in einer Inertgas-Atmosphäre vorerhitzt, und ein Werkstück III, das die HIP Behandlung durchlaufen hat, wird an der dritten HilfsStation (Schritt a) in einer Inert-

gas-Atmosphäre gekühlt.

Sobald der Innendruck an der HIP Station 5 auf einen normalen Wert gefallen ist, werden das behandelte Werkstück und der Heizer, die in einer heißen Inertgas-Atmosphäre eingeschlossen und von der Außenseite durch die wärmeisolierende Wandung abgeschirmt sind, von der HIP Station 5 abgezogen, ohne auf den Temperaturabfall zu warten, und dann in die erste Hilfsstation 4 eingebracht. Danach werden das vorerhitzte Werkstück II und der Heizer, die in einer heißen Inertgas-Atmosphäre eingeschlossen und durch die wärmeisolierende Wandung im wesentlichen gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgeschirmt sind, aus der zweiten Hilfsstation entnommen und in die HIP Station 5 eingebracht, während das Werkstück III, das die Kühlbehandlung durchlaufen hat, durch ein neues Werkstück III¹ (Schritt b) ersetzt wird.

Ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Schritt (a) wird das Werkstück III¹, während das Werkstück II der HIP Behandlung unterworfen wird, an der dritten Hilfsstation 4" vorerhitzt, und das Werkstück I wird an der ersten Hilfsstation gekühlt (Schritt c).

Ähnlich wie bei dem Schritt (b) werden das Werkstück II und der Heizer aus der HIP Station 5 entnommen und in die zweite Hilfsstation 4¹ im nächsten Schritt eingebracht. Dann werden das Werkstück III¹ und der Heizer von der dritten Hilfsstation abgezogen und in die HIP Station 5 eingesetzt. Das behandelte Werkstück I wird durch ein neues Werkstück I¹ ersetzt (Schritt d).

In dem nächsten Schritt, der dem Vorgang des Schritts (a) ähnelt, wird das Werkstück I¹, während das Werkstück III¹ der HIP Behandlung unterworfen wird, an der ersten Hilfsstation 4 vorerhitzt, und das Werkstück II wird an der zweiten Hilfsstation gekühlt (Schritt e).

Danach wird in einer dem Schritt (b) ähnelnden Weise die das Werkstück III¹ aufnehmende Behandlungskammer von der HIP Sta-

tion 5 abgezogen und in die dritte Hilfsstation 4" eingesetzt. Das Werkstück I'_f das aus der ersten Hilfsstation 4 entnommen wird, wird in didfHIP Station 5 eingesetzt. Das behandelte Werkstück II wird durch ein neues Werkstück II" ersetzt: (Schritt f)

Durch Wiederholen der oben beschriebenen Schrittfolgo-Bctr.ic-b:;-vorgängc kann der isostatische otandard-llcißpreßbetriebijablnuf einschließlich der Vorerh.itzungsvorgangs in einer Zykluszeit von sieben Stunden durchgeführt werden, was der Hälfte der herkömmlichen Zykluszeit von 14 Stunden entspricht.

Wie es zuvor erörtert wurde, werden im Gegensatz zu dem herköminliehen Verfahren, bei dem die HIP Vorrichtung wahrend einer langen Zeitperiode für die Druckreduzierung und den KühlVorgang eingenommen wird, das Werkstück und der Heizer zusammen mit der Inertgas-Atmosphäre von der IllP-Station zum Kühlen an einer Hilfsstation entsprechend dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung abgezogen, wodurch die Zykluszeit der HIP Behandlung mit dem Ergebnis einer drastischen Verbesserung der Produktionsleistungsfähigkeit verkürzt wird. Ferner benötigt das herkömmliche Verfahren eine extrem lange Werks; tück Vorerhitzungsze.it bei niedrigem Druck in der HIP Vorrichtung vor dem Preßvorgang mit dem Druckgas-Medium, so daß die kostspielige HIP Vorrichtung, die für ein Erhitzen bei hohem Druck ausgelegt ist, fortgesetzt eingenommen wird. Im Gegensatz hierzu werden bei dem erfindungsgemäßen HIP System überführbare Behänd lung sk amme rn angewendet, die jeweils im Inneren mit einem Heizer versehen und von einer wärmeisolierenden Wandung umgeben sind. Dadurch wird ein Niederdruckerhitzen an einer Hilfsstation bewirkt, um den isostatischen Heißpreßvorgang ausgezeichneter Leistungsfähigkeit mit einer weiter verkürzten Zykluszeit durchzuführen. Ferner ist das System mit einer Mehrzahl von Behandlungskammarn und HilfsStationen für eine einzige HIP Vorrichtung versehen, wobei das Vorerhitzen oder der Kühlvorgang an der Hilfsstation oder der Lade- oder Entladebetrieb gleichzeitig mit der isostatischen Heißpreßbehandlung durchgeführt wird. Somit kann ein vorerhitztes Werkstück nach Beendigung der HIP Behandlung eines vorhergehenden Werkstücks in die HIP Vorrichtung

BAD ORfGJNAL

eingebracht werden, wobei die Zeit für den herkömmlichen Kühlvorgang in der IUP Vorrichtung mit dem Ergebnis einer weiteren Reduzierung der Zykluszeit entfällt, /außerdem kann der isosta-* tische» Hcißpreßvorgancj durch Verwenden einer einzigen isostatischen Hcißpreßvorrichtung in einer halbkontinuierlichen Weise erfolgen, wodurch as möglich ist, die Produktionskosten um ein beträchtliche» Maß zu kürzen.

Mit denn erf :i ndungsgemnßen isostatischen Heißpreßsystem können Sinter-Worksi ücku großer Dichte mit einer großen Leistungsfähigkeit insbesondere dann erzeugt werden, wenn vorläufig gesintert© Keramik- oder Metallpulver-Preßlinge durch die isostatische Heißpreßbehandlung weiter verdichtet v/erden. Hierbei erfolgt das vorläufige: Sintern durch Einsetzen einer Behandlungskarniner in die HiIisstation, wonach die Behandlungskanuncr zu der isostatischen Ileißpreßstation überführt wird, um dort die HIP Behandlung durchzuführen. Darüber hinaus kann es unter verschiedenen Anwendungsmog].ichkeiten vorteilhaft sein, die Erfindung bei einem Vorfahren anzuwenden, bei dem ein Preßling aus dam genannten Pulvermaterial in Glaspulver in einem Tiegel eingebettet wird, wie es in Figur 1 dargestellt ist, und wobei der Preßling in einer Erhitzungsstufe vor einer isostatischen Heißpreßbehandlung vollständig in geschmolzenem Glas abgeschirmt wird.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum isostatischen Heißpressjen mittel;;» eines Systems, das eine isostatische Ileißpreßstation und 'zumindest zwei Hilfsstationen enthält_f wobei eine ZykJusvficderhoJuuc; der folgenden Betriebsschritte (a) bis (e) durchgeführt wird:

(a) Beladen bzv/. Einbringen eines Behälters, der ein Werkstück I und einen inneren Heizer innerhalb einer wärnoisolierenden Wandung aufnimmt, in die isostatisch!?. Hc; .ißpreßstation, um das Werkstück I einer isostatischen Ileiß·- preßbehandlung zu unterwerfen, welche eine Inertgas-Roinigung (purge), ein Erhitzen und Druckbeaufschlagen, ein Halten von hoher Temperatur sowie hohem Druck und ein Druckentlasten umfaßt;

(b) nach dem Druckentlasten der isostatischen He j. ßpreßstation auf atmosphärischen Druck Entladen des Werkstücks I von der isostatischen HeißpreßstatJon ziisarumen mit dom inneren Heizer und umgeben von heißer Inertgac-Atruosphurc in

'^ einem im wesentlichen abgeschirmten Zustand innej.}io3.b

der wärme isolierenden Wandung, gefolgt von einem Bekleiden in eine Hilfsstation mit Kühlmitteln?

(c) Entladen eines ähnlichen Behälters mit einem Werkstück II sowie einem inneren Heizer innerhalb einer rfarrneisolierenden Wandung von einer zweiten Hilfsstation und Beladen desselben in die isostatische Heißpreßstation;

(d) Beaufschlagen des Werkstücks II in der isostatischen Heißpreßstation mit einer isostatischen Heißpreßbehandlung in der gleichen Weise wie beim Schritt (a), während das Werkstück. I und der innere Heizer, die beim Schritt (b) in die Hilfsstation eingebracht worden sind, in einer T.nortgas-Atmosphäre gekühlt werden und dann das behandelte

BAD ORIGINAL

Werkstück I durch ein neues Werkstück I' ersetzt wird; und

(e) Entladen des Werkstücks II von der isostatischen Heißpreßstation nach Beendigung der Behandlung sowie Beladen des Werkstücks II in eine andere HilfsStation in der gleichen Wej.se wie beim Schr.ttt (b) und stattdessen ein Beladen des Behälters des Werkstücks I¹/ das seit dem Beladen gemäß dem Schritt (d) an der Hilfsstation bereitsteht/ in die isostatische Heißpreßstation in der gleichen Weise wie im Schritt (c).

2. Verfahren zum isostatischen Heißpressen mittels eines Systems, das eine isostatische Heißpreßstation und zumindest . zwei Hilfsstationen enthält, wobei eine Zykluswiederholung der folgenden Betriebsschritte (a) bis (f) durchgeführt wird:

(a) Beladen eines Behälters, der ein Werkstück I und einen inneren Heizer innerhalb einer wärmeisolierenden Wandung aufnimmt, in die isostatische Heißpreßstation, um das Werkstück I einer isostatischen Heißprtißbehandlung zu unterwerfen, die eine Inertgas-Reinigung (purge), ein Erhitzen und Druckbeaufschlagon, ein Halten von hoher Temperatur sowie hohem Druck und ein Druckentlasten enthält, während gleichzeitig ein Werkstück II in einer Inertgas-Atmosphäre in einem ähnlichen Behälter vorerhitzt wird, der in eine zweite Hilfsstation geladen bzw. eingebracht ist, und Kühlen eines behandelten Werkstücks III in einer Inertgas-Atmosphäre in einer dritten Hilfsstation;

(b) Druckentlasten der isostatischen Heißpreßstation auf atmosphärischen Druck, Entladen des Werkstücks I von dieser Station zusammen mit dem inneren Heizer und umgeben von heißer Inertgas-Atmosphäre in einem im wesentlichen abgeschirmten Zustand innerhalb der wärmeisolierenden Wandung und Beladen des Werkstücks I in eine erste Hilfsstation, während das Werkstück II zusammen mit dem inneren Heizer und umgebender heißer Inertgas-Atmosphäre in einem im wesentlichen abgeschirmten Zustand innerhalb der wärmeisolierenden Wandung von der zweiten Hilfssta-

tion entladen wird, um in die isostatische Heißpreßstation geladen zu werden, und Ersetzen des gekühlten Werkstücks III durch ein neues Werkstück III';

(c) Beaufschlagen des Werkstücks II mit einer isostatischen Heißpreßbehandlung in der gleichen Weise wie im Schritt (a), während das Werkstück III¹ an der dritten Hilfsstation vorerhitzt wird_f und Kühlen des Werkstücks I an der ersten Hilfsstation;

(d) Entladen des Werkstücks II soviio des inneren Heizers von der isostatischen Heißpreßstation in der gleichen Wc?is« wie im Schritt (b) und Beladen des Werkstücks 11 in die zweite Hilfsstation, Entladen des Werkstücks III' sowie des inneren Heizers von der drittem Hilfsstation und Beladen dieses Werkstücks in die isostatische Heißpreßstation sowie Ersetzen des behandelten Werkstücks I durch ein neues Werkstück I¹;

(e) Beaufschlagen des Werkstücks III¹ mit einer isostatischen Heißpreßbehandlung in der gleichan Weise wie im Schritt

(a) , während das Werkstück I' an der ersten Hilfsstation vorerhitzt wird, und Kühlen des Werkstücks II an der zweiten Hilfsstation; und

(f) Entladen des Werkstücks III' sowie des inneren Heizers von der isostatischen Heißpreßstation und Beladen dieses Werkstücks in die dritte Station in der gleichen Weise wie im Schritt (b), Entladen des Werkstücks 1' sowie des inneren Heizers von der ersten Hilfsstation und Beladen dieses Werkstücks in die isostatische Heißpreßstation sowie Ersetzen des behandelten Werkstücks II durch ein neues Werkstück 11°.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Heizer mit einem Heizelement aus Molybdän oder Graphit versehen wird,

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet;, daß die Temperatur des heißen Werkstücks und des Heizers durch die Kühlbehandlung an der HilfsStation auf unter 300⁰C vermindert wird.

5. Isostatische Heißpreßexnrichtung, gekennzeichnet durch eine isostatische Heißpreßstation (5), die einen Hochdruckbehälter enthält, der von einem vertikalen Druckzylinder (7) gebildet ist, welcher am oberen Ende verschlossen ist und in dessen Unterseite ein unteres Deckelglied (8) abnehmbar eingesetzt ist, wobei eine Behandlungskammer (11) im Inneren mit einem Heizer (9) versehen und von einer wärmeisolierenden Wandung (10) umschlossen ist, und wobei die Heißpreßstation (5) Mittel zum Steuern bzw. Regeln von Druck sowie Temperatur entsprechend einer für ein isostatisches Heißpressen eines in der Bohandlungskammer (11) befindlichen Werkstücks geeigneten Bedingung aufweist;

durch eine Mehrzahl von Hilfsstationen (4), die jeweils mit einer Öffnung für ein von unten erfolgendes Aufnehmen der wärmeisolierenden Wandung (10) der Behandlungskammer (11), in der sich der innere Heizer (9) und ein Werkstück befinden, verseben sind, ferner mit einem Stützgebilde zum Abstützen der wärmeisolierenden Wandung (10) und mit Mitteln zum Kühlen des Werkstücks sowie des inneren Heizers (9) in einer Inertgas-7itmosphäre;

durch einen Wagen (2) zum überführen des unteren Deckels (8) sowie des Werkstücks oder des unteren Deckels (8), des Werkstücks, der wärmeisoliex*enden Wandung (10) sowie des inneren Heizers (9) zwischen der isostatischen Heißpreßstation (5) und einer der HilfsStationen (4); und durch einen Hubmechanismus zum Anheben und Absenken des unteren Deckels (8) sowie des Werkstücks oder des unteren Deckels (8), des Werkstücks, der wärmeisolierenden Wandung (10) sowie des Heizers (9) an der isostatischen Heißpreßstation (5) und jeder der HilfsStationen (4).

6. Einrichtung nach Anspruch 5/ dadurch gekennzeichnet/ daß der Heizer (9) ein elektrischer Heizer ist, der ein Heizelement aus Molybdän oder Graphit hat und über eine in den unteren Deckel (8) eingebettete Leitungsverbindung an eine Versorgungsquelle angeschlossen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die isostatische Heißpreßstation (5) auf einem Stülzgebilde fest angebracht ist und ferner einen Preßrahmen (14, 14') aufweist, der von einer zurückgezogenen Ruheposition zu einer Betriebsposition bewegbar ist, um die oberen und unteren Deckel (6, 8) des Hochdruckbehälters während des isostatischen Heißpreßvorgangs abzustützen.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Deckel (8) aus einem ringförmigen äußeren Deckelglied (8a)_f das darauf fixAerl . eine wärmeisolierende Wandung (10) umgekehrter Napfform und einen an der inneren Seite hiervon vorgesehenen Heizer (9) abstützt, und einem inneren Deckelglied (8b) besteht, dar. lösbar in das äußere Deckelglied (8a) eingesetzt ist und ciarauf über eine wärmeisolierende Auflage (21) ein Werkstück abstützt.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale druckbeständige Zylinder (7) mit einem sich um die äußere Peripherie erstreckenden Kühlmantel versehen ist.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit zwei Hilfsstalionen (4) für eine einzige isostatische Heißpreßstation (5) versehen ist»

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet; daß sie mit drei HilfsStationen (4) für eine einzige isostatische Heißpreßstation (5) versehen ist»

12. Einrichtung nach Anspruch 5„ dadurch gekennzeichnet, daß die HilfsStationen (4) mit einem Kühlmantel versehen sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstation (4) mit Mitteln zum Messen der Temperatur in der Behandlungskammer (11) versehen ist„

14. Einrichtung nach Ansjjruch 5, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfsstation (4) mit Mitteln zum Steuern bzw. Regeln der Temperatur in der Behandlungskammer (11) versehen ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 5, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die HilfsStation (4) mit Mitteln zum Einstellen der Atmosphäre versehen ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 5, 12, 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstation [A) mit einem Klemm- bzw. Spannmittel für den unteren Deckel (8) versehen ist.