DE3442595A1 - Pulvermetallurgische verarbeitung fuer vorlegiertes pulver - Google Patents

Pulvermetallurgische verarbeitung fuer vorlegiertes pulver

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DE3442595A1
DE3442595A1 DE19843442595 DE3442595A DE3442595A1 DE 3442595 A1 DE3442595 A1 DE 3442595A1 DE 19843442595 DE19843442595 DE 19843442595 DE 3442595 A DE3442595 A DE 3442595A DE 3442595 A1 DE3442595 A1 DE 3442595A1
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Knetlegierung-Halbfabrikats aus Metallpulver gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Knetlegierung-Halbfabrikats aus im wesentlichen nichtverdichtbarem vorlegiertem Metallpulver.
Für die Herstellung von bearbeiteten Formen von Metallen und Legierungen wurden die Grundsätze der Pulvermetallurgie angewandt. Verdichtbare Metallpulver wurden gepreßt, gesintert und warmverformt und dabei zufriedenstellende Erzeugnisse erzielt.
Ein im wesentlichen nichtverdichtbares Metallpulver, wie beispielsweise Pulver, das bei Raumtemperatur bei einem Druck von 241,325 MPa im wesentlichen nicht zusammendrückbar ist, hat andererseits kein zufriedenstellendes Erzeugnis ergeben, wenn es gepreßt, gesintert und warmverformt wurde. Es wurde ein Erzeugnis von unzureichender Verformbarkeit hergestellt.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung eines Knetlegierung-Halbfabrikats von verbesserter Verformbarkeit aus hauptsächlich nicht zu verfestigendem vorlegiertem Metallpulver geschaffen. Das Pulver wird nicht nur gepreßt, gesintert und warm bearbeitet, sondern auch zerkleinert, erhitzt und zerdrückt.
Ein Verfahren, bei dem Metallpulver zerkleinert, erhitzt und zerdrückt wird, ist im US-Patent Nr. 4 343 650 offenbart. Das Verfahren gemäß dem Patent Nr. 4 343 650 unterscheidet sich jedoch von dem der vorliegenden Erfindung, da es nicht für die Herstellung eines Knetlegierung-Halbfabrikats ausgerichtet ist und darüber hinaus es speziell die Stufe des Mischens eines leicht metallhaltigen Pulvers mit dem zerkleinerten vorlegierten Pulver erfordert. Die
chemischen Eigenschaften des Produktes unterscheiden sich daher wesentlich von denen des vorlegierten Pulvers. Das ist bei der vorliegenden Erfindung nicht der Fall.
Andere Veröffentlichungen offenbaren Verfahren, bei denen das Metallpulver erhitzt wird. Diese sind die US-Patente Nr. 2 329 698, 3 436 802 und 3 744 993. Keines davon offenbart das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Weitere Veröffentlichungen offenbaren Verfahren für die Herstellung von Knetlegierung-Halbfabrikaten aus Metallpulver. Diese sind die US-Patente Nr. 2 746 741, 3 052 976, 3 122 434, 3 270 409, 3 775 101, 3 810 757, 3 834 004, 3 975 193, 4 045 857, 4 069 044 und 4 110 131. Wie die zuvor genannten Veröffentlichungen offenbart keines von ihnen
15 das Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung eines Knetlegierung-Halbfabrikates (wrought product) von verbesserter Verformbarkeit aus in der Hauptsache nicht verfestigbarem vorlegiertem Metallpulver zu schaffen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt die folgenden Schritte: Zerkleinern des im wesentlichen nicht verfestigbaren vorlegierten Metallpulvers, um dessen Teilchen abzuflachen; Erhitzen der zerkleinerten Teilchen des Metallpulvers bei einer erhöhten Temperatur, wobei die Teilchen aneinanderhängen und während des Erhitzens eine Masse bilden; Zerdrücken der Metallpulvermasse; Verdichten der zerdrückten Metallpulvermasse; Sintern des Metallpulvers und Umformen des Metallpulvers in ein Knetlegierung-Halbfabrikat. Das Knetlegierung-Halbfabrikat besitzt eine chemische Zusammensetzung, die mit Ausnahme von Kohlenstoff und bestimmten Resten im wesentlichen der chemischen Zusammensetzung des vorlegierten Pulvers entspricht. Es kann eine Form von Kohlenstoff, z.B. Graphit, ergänzt werden, um die
chemische Zusammensetzung des Erzeugnisses anzupassen. Das vorlegierte Pulver besteht im allgemeinen aus der Gruppe der Kobaltbasis-, Nickelbasis- und Eisenbasis-Legierungen. Das Pulver wird nicht mit einem organischen Bindemittel kombiniert.
Vorlegierte Pulver werden zerkleinert, um ihre Zusammenpreßbarkeit zu erhöhen. Die Zerkleinerung kann durch jede andere solcher dem Fachmann bekannten Methoden durchgeführt werden. Das Kugelmahlen wird gegenwärtig bevorzugt. Die zerkleinerten Teilchen haben eine Durchschnittsgröße von weniger als 10 pm, die in den meisten Fällen weniger als 5 pm beträgt.
Das zerkleinerte Pulver wird erhitzt, um eine weitere Erhöhung der Zusammenpreßbarkeit zu bewirken. Die Temperatur, auf die das Pulver erhitzt wird, kann nicht genau festgesetzt werden, da sie von der Art des zu behandelnden Pulvers und der Behandlungsdauer abhängt. Die Temperatur muß jedoch ausreichend hoch sein, um zu bewirken, daß die Teilchen fest aneinanderhängen und eine Masse bilden. Eine hinreichende Erhöhung der Zusammenpreßbarkeit wird nicht erreicht, wenn das Erhitzen bei einer nicht genügend hohen Temperatur und/oder für einen nicht genügend langen Zeitraum zum Zusammenhängen der Teilchen erfolgt. Auch kann eine hohe Temperatur andererseits die Masse derart härten, daß es schwierig ist, sie zu zerdrücken (aufbrechen). Die Legierungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden im allgemeinen auf eine Temperatur über 982eC (18000F) und nicht selten auf eine Temperatur über 10520C (1925°F) erhitzt. Das Erhitzen findet im allgemeinen im Vakuum oder einer reduzierenden Atmosphäre, wie z.B. Wasserstoff, statt. Das Zerdrücken kann anhand irgendeines dem Fachmann bekannten Mittels durchgeführt werden.
Das zerdrückte Pulver kann gemäß irgendeinem der dem Fach-
mann bekannten Verfahren verfestigt, gesintert und warmverformt werden. Das kaltisostatische Pressen stellt das bevorzugte Mittel für das Verfestigen des Pulvers dar. Das Sintern wird bei einer Temperatur und für eine Zeitspanne, die ausreicht, um dem verdichtbaren Metallpulver eine Dichte von wenigstens 85 % der theoretischen Dichte und vorzugsweise wenigstens 90 % der theoretischen Dichte zu verleihen, ausgeführt. Die Sintertemperatur kann nicht genau festgesetzt werden, da sie vom zu behandelnden Pulvertyp und von der Behandlungsdauer abhängt. Die Legierungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden im allgemeinen bei einer Temperatur über 10930C (20000F) gesintert. Das Sintern findet im allgemeinen in einem Vakuum oder einer reduzierenden Atmosphäre wie z.B. Wasserstoff statt. Beispielhafte Formen des Umformens sind: Schmieden, Strangpressen, Walzen und Gesenkschmieden. Das warmverformte Erzeugnis weist eine Dichte auf, die sich 100 % der theoretischen Dichte annähert.
Die verschiedenen Aspekte der Erfindung werden durch die nachfolgenden Beispiele veranschaulicht.
Beispiel I
Vorlegiertes Metallpulver wurde für 50 Stunden kugelgemahlen, um dessen Teilchen abzuflachen, wobei die Durchschnittspartikelgröße 3,7 pm betrug. Die chemische Zusammensetzung des Pulvers war, in Gewichtsprozent ausgedrückt, wie folgt:
Cr - 29,2 Fe - 2,4
Mo - 0,54 Mn - 0,36
W - 4,85 C - 1,12
Ni - 2,35 O - 0,05
Si - 1,09 N - 0,11
S - 0,012 B - 0,004
P - ^0,004 Co - Rest
Das gemahlene Pulver wurde für 2 Stunden bei 1093"C (20000F) in einem Vakuum ausgeglüht. Die Pulverteilchen hingen fest aneinander und bildeten während des Ausglühens eine Masse. Die Masse wurde unter Verwendung eines Backenbrechers und einer Feinstmahlanlage zerdrückt. Das zerdrückte Pulver wurde bei einem Druck von 241,325 MPa (35 000 psi) kaltisostatisch gepreßt und für 4 Stunden bei 1274°C (2325°F) in einem Vakuum gesintert. Die gepreßten und gesinterten Dichten betrugen 55 bzw. 98 % der theoretischen Dichte. Das gesinterte Erzeugnis betrug 5,08 cm (2,5 inch) im Durchmesser. Es wurde auf einen Durchmesser von 2,54 cm (1 inch) bei 1232°C (22500F) stranggepreßt und von
15 2,54 cm (1 inch) auf 1,43 cm (9/16 inch) bei 1232°C (2250°F) warmgewalzt.
Das warmgewalzte Material wurde auf 0,2 % Streckfestigkeit, Zugfestigkeit, prozentuale Dehnung und prozentuale Kontraktion (reduction) pro Fläche getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle I mit Vergleichsdaten für Material mit gleichen chemischen Zusammensetzungen, die durch herkömmliche (Gießen und Bearbeiten) Verfahren hergestellt werden, aufgeführt.
Die in Tabelle I festgegesetzten Daten zeigen deutlich die Verbesserung hinsichtlich der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzielten Verformbarkeit. Die erreichten Streckfestigkeiten und Zugfestigkeiten waren mehr
30 als zufriedenstellend.
Beispiel II
Vorlegiertes Metallpulver wurde für 50 Stunden kugelgemahlen, um dessen Teilchen abzuflachen, wobei die Durchschnittspartikelgröße 3,7 pm betrug. Die chemische Zusam-
mensetzung des Pulvers war, in Gewichtsprozent ausgedrückt, wie folgt:
Cr - 27,8 Fe - 1,57
Mo - 5,83 Mn - 0,46
W - <o,oi C - 0,22
Ni - 2,0 O - 0,03
Si - 0,7 N - 0,14
S - 0,011 B - </θ,ΟΟ7
P - /θ,005 Co - Rest
Das gemahlene Pulver wurde für 1 Stunde bei 1121°C (20500F) in Wasserstoff ausgeglüht. Die Pulverteilchen hingen fest aneinander und bildeten während des Ausglühens eine Masse.
Die Masse wurde unter Verwendung eines Backenbrechers und einer Feinstmahlanlage zerdrückt. Das zerdrückte Pulver wurde bei einem Druck von 241,325 MPa (35 000 psi) kaltisostatisch gepreßt und für 4 Stunden bei 1304eC (23800F) in einem Vakuum gesintert. Die gepreßten und gesinterten Dichten betrugen 55 bzw. 92 % der theoretischen Dichte. Das gesinterte Erzeugnis betrug 5,08 cm (2,5 inch) im Durchmesser. Es wurde auf einen Durchmesser von 1,59 cm (5/8 inch) bei 11490C (21000F) stranggepreßt und von 1,59 cm (5/8 inch) auf 0,95 cm (3/8 inch) bei 1149°C
25 (21000F) warmgewalzt.
Das warmgewalzte Material wurde auf 0,2 % Streckfestigkeit, Zugfestigkeit, prozentuale Dehnung und prozentuale Kontraktion pro Fläche getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle II mit Vergleichsdaten für Material mit gleichen chemischen Zusammensetzungen, die durch herkömmliche pulvermetallurgische Verfahren hergestellt werden, aufgeführt. Das herkömmliche erzeugte Material wurde konserviert, stranggepreßt und warmgewalzt. Es wurde nicht zer-
35 kleinert oder ausgeglüht.
Die in Tabelle II aufgezeigten Daten zeigen deutlich die Verbesserung hinsichtlich der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzielten Verformbarkeit (ductility). Die erreichten Streckfestigkeiten und Zugfestigkeiten waren mehr als zufriedenstellend.
Tabelle I Mechanische Eigenschaften
Verfahren
Herkömmlich
Erfindung
Streck- Flächenkon-
festigkeit (MPa) Zugfestigkeit CMPa) Dehnung (90 traktion (90
710,2 - 792,9
661,9 - 682,6
1192,8 - 1206,6
1213,5 - 1227,3
10,1 - 11,6 9,4 - 10,8
11,9 - 14,1 12,2 - 14,5
Tabelle II Mechanische Eigenschaften
Verfahren
Herkömmlich
Erfindung
Streck·· festigkeit (MPa)
600 - 744,7 551,6 - 586,1
Zugfestigkeit CMPa)
1061,8 - 1130,8
1034,3 - 1041,1
Flächenkon- Dehnung (%) traktion (90
- 26 - 34
15 -
23 -
K) CJT CD

Claims (9)

Pulvermetallurgische Verarbeitung für vorlegiertes Pulver Patentansprüche
1. Verfahren für die Herstellung eines Knetlegierung-Halbfabrikats aus Metallpulver, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Verdichten des Metallpulvers; Sintern des Metallpulvers und Warmverformen dieses gesinterten Pulvers, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: 10
Zerkleinern des im wesentlichen nicht verdichtbaren vorlegierten Metallpulvers, um dessen Teilchen abzuflachen; Erhitzen der zerkleinerten Teilchen des Metallpulvers bei einer erhöhten Temperatur, wobei die Teilchen aneinanderhängen und während des Erhitzens eine Masse bilden; Zerdrücken der Metallpulvermasse; Verdichten
der zerdrückten Metallpulvermasse; Sintern des Metallpulvers und Warmverformen des Metallpulvers in ein Knetlegierung-Halbfabrikat, wobei dieses Knetlegierung-Halbfabrikat eine chemische Zusammensetzung besitzt, die mit Ausnahme von Kohlenstoff und bestimmten Resten im wesentlichen der chemischen Zusammensetzung des vorlegierten Pulvers entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorlegierte Metallpulver aus der Gruppe der Kobaltbasis-, Nickelbasis- und Eisenbasis-Legierungen besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorlegierte Metallpulver eine Kobaltbasis-Legierung
ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten Teilchen des Metallpulvers eine Durch-
20 schnittsgröße von weniger als 10 pm besitzen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten Teilchen des Metallpulvers eine Durchschnittsgröße von weniger als 5 pm aufweisen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten Teilchen des Metallpulvers bei einer Temperatur von wenigstens 982°C (18000F) erhitzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung durch Kugelmahlen erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichten mittels des kaltisostatischen Pressens
erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten Teilchen des Metallpulvers bei einer Temperatur von wenigstens 10520C (1925°F) erhitzt werden.
DE19843442595 1983-11-25 1984-11-22 Pulvermetallurgische verarbeitung fuer vorlegiertes pulver Ceased DE3442595A1 (de)

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