DE3531003A1 - Drucksinterverfahren fuer gruenlinge und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Drucksinterverfahren fuer gruenlinge und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

Drucksinterverfahren für Grünlinge und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Drucksinterverfahren für Grünlinge und insbesondere auf ein isostatisches Heißpreß-Sinterverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben .
Die aus Pulvermaterial durch Drucksintern hergestellten Legierungen haben eine verdichtete Struktur, und verschiedene pulverförmige Legierungswerkstoffe können in Kombination in Form einer Dispersion verwendet werden, um derartige Legierungen herzustellen. Aufgrund dieser Worteile kann erwartet werden, daß Legierungen dieser Art eine höhere Festigkeit und eine größere Zähigkeit als die durch ein Schmelzverfahren hergestellten Legierungen haben. Demzufolge wurden bisher die Drucksinterverfahren als nützlich zur Entwicklung neuer Legierungen angesehen. In gleicher Ueise wurden neue Keramikstaffe mit hoher Zähigkeit aus pulverförmigem Keramikwerkstoff durch Drucksintern erzeugt.
Die für diesen Zweck brauchbaren Preßsinterverfahren umfassen beispielsweise das Pulver-Trägermittel-Uerfahren und das Schmelzbad-Uerfahren.
Das Pulver-Trägermittel-Uerfahren (Powder Vehicle Process) ist beispielsweise in der Zeitschrift "Nikkei Mechanical" Seite 128 vom 2.7.1984 beschrieben. Entsprechend dieser Veröffentlichung wird ein Grünling in ein pulverförmiges Druckmittel eingebettet, das mit dem Grünling nicht reagiert und das in eine rohrförmige Form eingebracht wird, welche eine zentrale Durchgangsbohrung aufweist. Die rohrförmige Form ist von einem rohrförmigen Lüärmeisolator umgeben, der an seiner Außenfläche mit einer Induktiansheizspule versehen ist, Von den beiden Enden der
Durchgangsbohrung der rohrförmigen Form werden zwei Druckstempel eingeführt, worauf der Grünling durch die Induktionsspule erhitzt uiird. Dementsprechend wird der Grünling gesintert, mährend er einem Druck über das pulverförmige Druckmedium ausgesetzt ist.
Dieses Pulver-Trägermaterial-V/erf ahren hat jedoch folgende Nachteile:
1. Es ist schiüierig, den Grünling isostatisch zu pressen,
da das Druckmedium ein Pulver ist. 1D 2. Die Form, die von außen beheizt werden muß, muß auf eine Temperatur erhitzt werden, die höher liegt als die Sintertemperatur. Demzufolge muß die Form eine größere Wandstärke haben und ist schwierig zu konstruieren.
3. Die Form, die von außen beheizt werden muß, benötigt einen längeren Zeitraum, bis sie auf die erforderliche Temperatur gebracht ist, woraus sich eine geringe Produktivität ergibt.
Die vorgenannte Veröffentlichung offenbart auf Seite 129 auch das Schmelzbadverfahren, das die vorgenannten Machteile
2G nicht hat. Bei diesem Verfahren wird ein Grünling in geschmolzenes Glas eingetaucht, das als Druckmedium dient und in einem Schmelztiegel enthalten ist. Der Schmelztiegel ist in einen druckfesten Behälter mit einem offenen oberen Ende, einem Boden und einem internen Heizelement eingesetzt, wobei das offene obere Ende von einem Deckel verschlossen ist, der einen Hochdruck-Gaseinlaß aufweist. Der Grünling wird in der gewünschten Ueise gesintert, indem er durch das Heizelement erhitzt wird, während er über das geschmolzene Glas dem Druck des Gases ausgesetzt wird, das durch den Einlaß im Deckel zugeführt wird. Auch dieses V/erfahren hat jedoch einige Nachteile nämlich:
1. Es ist schwierig, einen ausreichenden Druck zu erhalten, da als Druckquelle ein Gas verwendet wird und es Schwie-
rigkeiten macht, den DeckEl mit dem Gaseinlaß v/Dllständig abzudichten.
2. Selbst wenn der Spalt zwischen Behälter und Deckel vollkommen abgedichtet werden kann, erfordert ein Gasdruck von einigen Tausend bar den Betrieb eines großen Kompressors für einen langen Zeitraum. Dadurch ergeben sich wiederum eine geringe Produktivität und erhöhte Produktionskosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Preßsinterverfahren für Grünlinge zu schaffen, mit dem eine wirtschaftlichere Herstellung von Sinterprodukten möglich ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Diese Aufgabe wird einerseits durch das im Anspruch 1 angegebene .Verfahren und andererseits durch die im Anspruch k angegebene Vorrichtung gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3 bzw. 5 bis 8.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 2D Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Vorerwärmen von Grünlingen,
Fig.. 2 eine schematische Darstellung einer^Vorrichtung zum Erzeugen von geschmolzenem Glas, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt einer Drucksintervorrichtung, und
Fig. 4 eine Darstellung, aus der die Entnahme eines gesinterten Produktes hervorgeht.
Es sei zunächst auf Fig. 3 Bezug genommen, in der eine Drucksintervorrichtung dargestellt ist, die einen auf einer Basis 21 angeordneten Pressentisch 20 aufweist. Der
PressentisGh 20 besteht aus einem Dberteil 2GA und einem Unterteil 2DB. Zwischen den Teilen 2OA und 2OB ist ein Kühlmittelkanal 22 in Zick-Zack Dder in rechteckiger Wellenform angeordnet, der mit einer Kühlwasserzuflußleitung 23 und einer Kühlwasserabflußleitung Zk in Verbindung steht. Der Pressentisch 20 bildet zusammen mit einem Hohlzylinder 25, der den Tisch 20 umgibt und senkrecht verschiebbar ist, einen Hochdruckbehälter. Der Zylinder
25 weist einen Innenmantel 25A und einen Außenmantel 25B auf, zwischen denen ein schraubenförmiger Kühlmittelkanal
26 angeordnet ist, der mit einer HuhlujasserzufluBleitung
27 und einer KühlwasserabfluBleitung 28 in Verbindung steht. Ein senkrecht verschiebbarer Druckstempel 29 paßt dichtend in die zentrale Bohrung des Zylinders 25.
Das PreBsinterverfahren unter Verwendung dieser Vorrichtung wird im folgenden beschrieben.
Zunächst werden Grünlinge 17, beispielsweise zur Herstellung von Hochgeschwindigkeits-Lüerkzeugen aus einer Legierung auf Eisenbasis, auf eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise
1300QC) in einem Heizofen 16 (Fig.1) erhitzt. Glas wird in einem Schmelztiegel 16 in einem Heizofen 18 (Fig.2) auf die gleiche Temperatur gebracht und dabei geschmolzen. Dann wird der Zylinder 25 abgesenkt und der Druckstempel 29 angehoben und nun der Grünling 17 von dem Ofen 16 entnommen und in dem Druckbehälter oberhalb des Pressentisches 2G angeordnet, wo er beweglich auf einer Tragfeder 32 ruht. Der Zylinder 25 wird dann angehoben und geschmolzenes Glas 33 wird aus dem Schmelztiegel 19 in die Bohrung des Zylinders 25 eingegossen. Nun wird der Druckstempel 29 abgesenkt und engpassend in den Zylinder 25 eingeführt, wobei der Grünling über das geschmolzene Glas 33 mit einem vorbestimmten Druck zusammengedrückt wird. Da zu diesem Zeitpunkt Kühlwasser durch die beiden Kühlmittelkanäle 22 und 26 geführt wird, wird die
äußere Zane des geschmolzenen Glases 33 sofort abgekühlt, um eine verfestigte Hülle 3k zu bilden, welche verhindert, daß das noch flüssige Glas 33 zwischen dem Pressentisch und dem Zylinder 25 abfließen kann. Lüenn nun unmittelbar nach der Kompression der Druckstempel 29 angehoben und der Zylinder 25 abgesenkt (oder weiter angehoben) wird, kann die verfestigte Hülle 3k herausgenommen werden. Schließlich idird das noch flüssige Glas 33 aus der Hülle 3k durch ein Gitter 30 in eine Gießpfanne 31 abgegossen, uabei das verdichtete gesinterte Produkt 17 auf dem Gitter 30 bleibt. Um eine Rißbildung aufgrund einer schnellen Abkühlung zu vermeiden, kann das Produkt 17, falls erforderlich, in dem Heizofen 16 langsam abgekühlt werden. Das geschmolzene Glas 33 in der Gießpfanne 31 und die verfestigte Hülle 3k können nach Wiedererhitzung wieder verwendet werden. Wenn ein Heizofen benutzt wird, der im Inneren ein Gitter aufweist, kann die verfestigte Hülle, welche das gesinterte Produkt und das noch flüssige Glas enthält, auf das Gitter aufgesetzt und erhitzt werden, wodurch gleichzeitig das Glas wieder geschmolzen und das gesinterte Produkt von dergeschmolzenen Glas getrennt wird.
Das vorstehend beschriebene Sinterverfahren hat die folgenden Vorteile:
a) Die Drucksinterzeit ist extrem kurz, sd daß mit dem Verfahren eine höhere Produktivität erreicht, wird. Die konventionellen Verfahren benötigen 5 bis 10 Stunden von dem Einsetzen des Grünlings bis zur Entnahme des fertigen Produktes, während das vorgeschlagene Verfahren innerhalb von 2 bis 7 Minuten durchgeführt werden kann. b) Dadurch, daß der Grünling und das Druckmedium in Öfen erhitzt werden, die von der Drucksintervorrichtung getrennt sind, kann der Energieverbrauch reduziert werden. Außerdem ist keine Abdichtung für Hochdruckgas erforderlich. Der Druckbehälter kann daher einen einfachen Aufbau haben.
c) Die niEchanischE Presse Erzeugt einen hohen Verdichtungsdruck. Das konventionelle Schmelzbadverfahren (Hochdruckgas-Uerdichtungsverfahren) ist auf Drücke von 2D00 bis 3000 bar beschränkt, während mit der Erfindung ein erhöhter Druck von 5000 bis 10000 bar anwendbar ist. Der erhöhte Druck ergibt Produkte von verbesserter Qualität und ermöglicht sogar die Sinterung von solchen Pulvern, die sonst einer Sinterung nicht zugänglich sind.
d) Durch die Uerajendung des geschmolzenen Druckmediums können auch Grünlinge mit komplizierten Formen gleichförmig verdichtet werden, ohne daß das Problem des Eintritts von Gas in den Grünling entsteht, wie dies bei dEm üblichen SchmelzbadvErfahren der Fall ist.
e) Die extrem verkürztE SintErzeit untErbindEt das Wachstum von Kristallen in dem Grünling während des Sinterns, wodurch ein Produkt mit äußerst feiner Kristallstruktur erhalten wird.
LJährend geschmolzenes Glas als Druckmedium für Grünlinge aus Metallpulver VErwendet wird, kann geschmolzenes Metall für Heramik-Grünlinge verwendet werden. Wenn der Grünling ein Pulver (z.B. aus Ti oder Al) enthält, das während des Erhitzens durch Oxidation verschlechtert wird, kann der Grünling vor dEm SintErn in einer Metallbüchse vakuumverpackt werden.

Claims (8)

Patentansprüche
1. Drucksinterverfahren für Grünlinge, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Grünling auf eine warbestimmte Temperatur vorerhitzt in einen Druckbehälter eingesetzt uird, dann
- in den Druckbehälter ein geschmolzenes, verfestigbares Druckmedium eingeführt wird, darauf
- der Grünling in dem Druckbehälter über das Druckmittel durch ein Druckelement gepreßt uird, dann
- der Druckbehälter abgekühlt uird, um die äußere Zone des Druckmediums zu verfestigen und eine feste Hülle zu bilr=". Ljorauf
- die feste Hülle mit darin enthaltenem geschmolzenem Druc^^sdium und dem verdichteten gesintertem Produkt aus dem Dtuckbehälter entfernt und schließlich
- das verdichtete gesinterte Produkt aus der festen Hülle entnommen Lüird.
2. Drucksinterverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Produkt dadurch aus der Hülle entnommen uiird, daß der geschmolzene Teil des Druckmediums aus der Hülle durch ein Gitter abgegossen uird.
Bankverbindung: Hypobank Gauting Konto-Nr. 3 750123 448 (BLZ 700 260 01)
_2-
3. Drucksinterverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmedium geschmolzenes Glas oder geschmolzenes Metall verwendet uiird.
h. Uorrichtung zum Drucksintern von Grünlingen, gekennzeichnet durch einen Druckbehälter mit einem beweglichen Hohlzylinder (25), einen ortsfesten Pressentisch (2G), der von einem Ende in den Zylinder (25) paßt und in gleitender und dichter Berührung mit dem Zylinder ist, einen Druckstempel (29), der von dem anderen Ende in den Zylinder einführbar ist und in dichtender Berührung mit dem Zylinder ist, und Kühlmittelkanäle (22,26) in dem Druckbehälter.
5. Uorrichtung nach Anspruch k, gekennzeichnet durch Haltemittel (32) zur beweglichen Halterung des Grünlings (17) oberhalb des Pressentisches (20).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (32) von einer federnden Halteeinrichtung gebildet sind.
7. Uorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (25) einen Innenmantel (25A) und einen Außenmantel (25B) aufweist, zwischen denen ein schraubenförmiger, mit Zufluß- und Rückflußleitungen (27 bzw. 28) in Verbindung stehender Kühlmittelkanal (26) angeordnet ist.
8. Uorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß der Pressentisch (20) ein Oberteil (20A) und ein Unterteil (20B) aufweist, zwischen denen ein mit Zufluß- und Rückflußleitungen (23 bzw. 2k) in Verbindung stehender Kühlmittelkanal (22) angeordnet ist.
DE19853531003 1984-10-18 1985-08-30 Drucksinterverfahren fuer gruenlinge und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens Granted DE3531003A1 (de)

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