DE4322085A1

DE4322085A1 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem pulverförmigen Material

Info

Publication number: DE4322085A1
Application number: DE19934322085
Authority: DE
Inventors: Reinhard Fried
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1995-01-12

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem pulverförmigen Material gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Derartige Verfahren zur Verfahren zur Herstellung eines Form teils aus einem pulverförmigen Material sind bekannt. Sie werden insbesondere bei der Herstellung von Formteilen aus metallischen Grundstoffen eingesetzt. Es sind auch Verfahrensschritte bekannt, die der Verbesserung der Oberflächenqualität nach der üblichen mechanischen Bearbeitung dienen. Insbesondere bei der Herstellung von Turbinenschaufeln muß eine glatte Oberfläche angestrebt werden, um einen hohen Wirkungsgrad und eine gute Korrosionsbeständigkeit zu erreichen. Es ist beispielsweise mög lich, die Turbinenschaufeln abschließend mit Stahlkugeln zu strahlen, auch ein Überschleifen derselben ist möglich, obwohl es vergleichsweise teuer ist.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie im unabhängigen Anspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Form teils aus einem pulverförmigen Material anzugeben, bei welchem der Energieaufwand für das Sinterverfahren bei gleicher Güte der Oberflächenqualität des Formteils vorteilhaft klein gehalten werden kann.

Das Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem pulver förmigen Material weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

a) Einfüllen des pulverförmigen Materials in eine Rohform,
b) Verdichten des Materials durch ein mechanisches Klopfen,
c) Vorsintern des Rohlings in der Rohform,
d) Entnehmen des Rohlings aus der Rohform,
e) Spanabhebendes Bearbeiten des Rohlings,
f) Kugelstrahlen des Rohlings, und
f) Fertigsintern des Rohlings zum definitiven Formteil.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß nicht der ganze Rohling einheitlich dicht gesintert zu werden braucht, so daß das Gefüge im Inneren des Rohlings stets der zu erwartenden Beanspruchung optimal ange paßt werden kann, während nur sein Oberflächenbereich eine ver gleichsweise große Dichte aufweist, wodurch der Korrosions schutz gewährleistet und das Eindringen von Gasen in das Innere sicher verhindert wird.

Bei diesem Verfahren sind Vorsintertemperatur und Dauer des Vor sinterns so aufeinander abgestimmt, daß ein Schrumpfen im Bereich von 0,2% bis 1% auftritt, wodurch ein mechanisch ver gleichsweise leicht zu bearbeitender Rohling entsteht.

Bei diesem Verfahren erfolgt die spanabhebende Bearbeitung des Rohlings mittels eines Hochgeschwindigkeitsfräsvorganges, an diesen schließt sich ein Kugelstrahlen des Rohlings an. Der Rohling weist danach gegenüber dem definitiven Formteil ein Übermaß auf, welches so ausgelegt ist, daß es gerade durch das beim Fertigsintern auftretende schrumpfen des Rohlings vollstän dig aufgehoben wird. Beim Kugelstrahlen werden Glaskugeln oder Stahlkugeln eingesetzt.

Wenn eine besonders hohe Dichte im Bereich der Oberfläche erreicht werden soll, so wird der Rohling nach dem Fertigsintern heiß-isostatisch gepreßt.

Der Rohling wird dann vor dem Fertigsintern auf einen Setter aufgelegt und zusammen mit diesem in den Sinterofen eingebracht. Dabei nimmt der Setter den Rohling formschlüssig auf und schrumpft beim Sintern gemeinsam und im gleichen Ausmaß wie der Rohling, so daß der Rohling stets besonders gut gegen Deforma tionen abgestützt ist.

Es wirkt sich besonders vorteilhaft aus, daß das spanabhebende Bearbeiten des Rohlings und das anschließende Verdichten seines Gefüges im Oberflächenbereich bereits dann erfolgt, wenn der Rohling noch vergleichsweise einfach zu bearbeiten ist, da sein Gefüge noch nicht durch das abschließende Fertigsintern verfe stigt ist. Dadurch können vergleichsweise hohe Schnittgeschwin digkeiten gewählt werden, was eine besonders gute Oberflächen qualität am bearbeiteten Rohling zur Folge hat.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vor teile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 1a ein zweites Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen ersten, auf einem Setter liegen den, spanabhebend bearbeiteten Rohling, und

Fig. 3 einen Schnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 2.

Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erfor derlichen Elemente sind nicht dargestellt.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Fig. 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Blockdiagramm des Verfahrens zur Herstellung eines Formteils aus einem pulverför migen Material. Das pulverförmige Material wird nach einem der bekannten Verfahren hergestellt. Es wird drucklos in eine Roh form aus Metall oder Keramik eingefüllt. Die inneren Abmessungen dieser Rohform müssen denen des fertigen Formteils nur grob angenähert sein. So reicht es beispielsweise aus, eine Turbinen schaufel durch einen Quader anzunähern. Das in die Rohform ein gefüllte pulverförmige Material wird durch ein mechanisches Klopfen verdichtet. Es ist jedoch vorstellbar, daß für das Ver dichten auch andere Verfahren, wie beispielsweise ein Vibrieren oder ein Rütteln der Rohform mit verschiedenen Frequenzen, vor gesehen werden. Es wird dabei in der Regel eine Klopfdichte im Bereich von 60 bis 70% erreicht. Nach dem Verdichten folgt dann ein Vorsintervorgang, bei dem das Material in der Rohform zu einem Rohling zusammensintert. Beim Vorsintern wird das Material langsam und gleichmäßig auf die Vorsintertemperatur gebracht, dann kurze Zeit auf dieser Temperatur gehalten und anschließend langsam abgekühlt. Wird das Vorsintern sorgfältig durchgeführt, so wird dadurch ein Rohling geschaffen, der eine außerordent lich homogene Dichteverteilung und ein homogenes Gefüge auf weist. Ist der Rohling ein größerer Quader, so können aus ihm mehrere kleinere Quader als im nächsten Verfahrensschritt weiter zu verarbeitende Rohlinge herausgeschnitten werden.

Nach der Entnahme des Rohlings aus der Rohform wird er spanabhe bend weiter bearbeitet, insbesonders eignet sich hierfür das Hochgeschwindigkeitsfräsen. Es ist jedoch auch möglich, konven tionelle spanabhebende Bearbeitungsverfahren einzusetzen oder auch eine Kombination von konventionellen Bearbeitungsverfahren mit dem Hochgeschwindigkeitsfräsen. Bei einer Kombination wird das Hochgeschwindigkeitsfräsen vorteilhaft als letzter Bearbei tungsschritt eingesetzt, da so eine besonders gute Oberflächen qualität des Rohlings erreicht wird. Beim Hochgeschwindigkeits fräsen von metallischen Rohlingen werden Schnittgeschwindigkei ten im Bereich von 300 bis 900 m/min eingehalten. Derartig hohe Schnittgeschwindigkeiten sind nur deshalb möglich, weil das Gefüge des Rohlings durch das Vorsintern zwar sehr homogen, aber in sich noch bedeutend weniger verfestigt ist als nach dem Fer tigsintern. Die Bearbeitung kann so vorteilhaft rasch und preis günstig erfolgen. Es ist davon auszugehen, daß dieser Rohling in einem Fünftel der Zeit fertig bearbeitet ist, die für die Bearbeitung eines entsprechenden massiven Stahlteiles aufgewen det werden müßte.

Wird eine besonders glatte Oberfläche des Rohlings verlangt, wie beispielsweise bei Rohlingen für Turbinenschaufeln, so kann der Rohling nach der spanabhebenden Bearbeitung noch mit Glaskugeln gestrahlt werden, wodurch seine Oberflächenrauhigkeit weiter reduziert wird. Je nach Beschaffenheit des Rohlings kann auch ein anderes der bekannten strahlverfahren angewendet werden. Auf diese Art wird zudem die Oberfläche des Rohlings verdichtet, was sich insbesondere bei Turbinenschaufeln vorteilhaft auswirkt.

Die mechanische Bearbeitung führt zu einem Rohling der sehr genau gefertigt ist, der jedoch noch ein poröses Gefüge auf weist. Die Dichteverteilung ist jedoch außerordentlich homogen, so daß mit einem gleichförmigen sinterschrumpfen des Rohlings beim Fertigsintern gerechnet werden kann. Der Rohling wird also bei der mechanischen Bearbeitung mit Übermaß gefertigt, und zwar wird das Übermaß so ausgelegt, daß es, bedingt durch das sinterschrumpfen, beim Fertigsintern gerade verschwindet. Unter schiedliche Materialdicken haben ein proportional zur Dicke zunehmendes Schrumpfen zur Folge, diese Unterschiede werden jedoch bei der Formgebung des Rohlings von Anfang an berücksich tigt, so daß das definitive Formteil unabhängig von der Materialdicke äußerst formgenau ist.

Der mechanisch fertig bearbeitete und im Oberflächenbereich ver dichtete Rohling wird auf einen Setter gelegt, der so ausgebil det ist, daß er während des Fertigsinterns den Rohling stützt und ihn vor etwaigen Deformationen bewahrt. Als besonders gün stig haben sich mitschrumpfende Setter erwiesen, die im gleichen Masse schrumpfen wie das Material des Rohlings. Derartige mit schrumpfende Setter sind besonders dort von Vorteil, wo Rohlinge mit vergleichsweise komplizierten Formen formschlüssig zu stützen sind.

Der Rohling wird dann gemeinsam mit dem Setter in einen Sinter ofen eingebracht und dort dem Fertigsintervorgang unterworfen. Auch dabei wird der Temperaturanstieg bis zur Sintertemperatur, die Verweildauer bei dieser Temperatur und der nachfolgende Abkühlvorgang dem jeweiligen Material optimal angepaßt. Bei diesem Fertigsintervorgang kann das zu sinternde Material mit Hilfe der Ofenatmosphäre gleichzeitig chemisch beeinflußt wer den. Dank der porösen Struktur des Rohlings bei Beginn des Fer tigsinterns kann die Ofenatmosphäre bis in dessen Inneres ein wirken, so daß eine ganze Palette von Einflußnahmen möglich ist. Wird eine stickstoffhaltige Ofenatmosphäre gewählt, so erfolgt ein Nitrieren des Rohlings und damit eine vorteilhafte Festigkeitserhöhung desselben. Eine kohlenstoffhaltige Ofenatmo sphäre ermöglicht ein Aufkohlen. Es bestehen viele Möglichkeiten des Gradierens. Mit Hilfe einer entsprechend dotierten Ofenatmo sphäre kann auch bereits beim Vorsintern das zu sinternde Mate rial chemisch beeinflußt werden. Es ist auch denkbar während des Vorsinterns eine andere Dotierung der Ofenatmosphäre zu wäh len als während des Fertigsinterns.

1. Ausführungsbeispiel

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das pulverförmige Material in einen rechteckigen, nach oben offenen Behälter mit leicht konisch verlaufenden Wänden eingefüllt. Der Behälter weist Wände aus reinem Aluminiumoxid Al₂O₃ auf, die mit einer Trennschicht aus Zirkonoxid beschichtet sind. Als pulverförmiges Material ist ein X20CrMo V 12,1-Stahlpulver der Firma Anval, Anval 9156 - APM 9929, nach DIN 17 175, 17 225, 17 243 eingesetzt worden. Das Stahl pulver wies folgende zusätzlichen Legierungsbestandteile auf:
C 0,22%
Si 0,32%
Mn 0,57%
P 0.012%
S 0,010%
Cr 12,1%
Ni 0,66%
Mo 1,13%
Ti 0,003%
Nb 0,10%
V 0,31%
W 0.01%.

Dieses Stahlpulver wurde mittels eines Gasverdüsungsverfahrens hergestellt, seine Partikel weisen eine Größe bis 44 µm auf und sie sind sphärisch ausgebildet. Anschließend wird der Behälter 200mal mit einem senkrechten Klopfen beaufschlagt. Durch das Klopfen wird eine Klopfdichte des Stahlpulvers von etwa 65% erreicht. Anschließend wird der Behälter mit dem verdichteten Stahlpulver in einen Vakuumofen eingebracht und zum Vorsintern induktiv aufgeheizt. Der Vakuumofen wurde vor dem Aufheizen mit reinem Stickstoff gespült und danach kontinuierlich innerhalb von zwei Stunden auf 10^-3 mbar evakuiert. Die Aufheizung erfolgte mit einer Rampe von 7°C/min auf 920°C. Diese Temperatur wird 90 Minuten gehalten. Danach wird weiter aufgeheizt mit einer Rampe von 2°C/min auf die eigentliche Vorsintertemperatur von 1040°C. Sobald die Vorsintertemperatur von 1040°C erreicht ist, wird sie während des 30 Minuten dauernden Vorsinterns bei behalten. Daran anschließend erfolgt das gleichmäßige Abkühlen des beim Vorsintern entstandenen Rohlings mit einer Rampe von 1°C/min auf Raumtemperatur hinunter. Der Rohling wird dann zur weiteren Bearbeitung aus dem Behälter entnommen.

Beim Vorsintern wird die Ausbildung von Halsbindungen zwischen den sphärischen Partikeln des Stahlpulvers ermöglicht, so daß innerhalb der Rohform ein quaderförmiger Rohling entsteht. Auf diese Art erhält man besonders gut spanabhebend bearbeitbare Rohlinge. Der quaderförmige Rohling weist jetzt eine Dichte von etwa 70% auf. Die Dichteverteilung über den gesamten Querschnitt des Rohlings ist sehr gleichmäßig.

Der Rohling wird aus der Rohform entnommen und in eine Fräsma schine eingespannt und in dieser spanabhebend weiter bearbeitet. Diese als Hochgeschwindigkeitsfräsen bezeichnete Bearbeitung erfolgt mit vergleichsweise hohen Schnittgeschwindigkeiten im Bereich von 500 m/min. Die gute und schnelle Bearbeitung des vorgesinterten Rohlings mit derartig hohen Schnittgeschwindig keiten ist nur deshalb möglich, weil dabei lediglich die Hals bindungen zwischen den Partikeln des Stahlpulvers abgeschlagen werden, wodurch die aufzubringenden Zerspanungskräfte ver gleichsweise gering gehalten werden können. Ein eigentliches Schneiden erfolgt bei diesem Verfahrensschritt nicht. Mit diesem Bearbeitungsverfahren kann eine Oberflächenrauhigkeit erreicht werden, die im Bereich des halben maximalen Durchmessers der Partikel des Stahlpulvers, also bei etwa 22 µm liegt.

Es können zusätzliche Bearbeitungsverfahren vorgesehen werden, um die Oberflächenqualität zu verbessern. Hier wurden Glaskugeln mit einem Durchmesser von 70 µm bis 110 µm bei einem Strahldruck in der Strahlpistole von 2 bar verwendet. Dabei wurden bei einem Luftverbrauch von 203 l/min Strahlmittelgeschwindigkeiten im Bereich um 145 m/sec erreicht. Pro cm² wird mit einer Strahlzeit von 10 sec gerechnet, wenn der Strahl senkrecht auf die zu strahlende Oberfläche trifft. Dieses Vorverdichten der Randzonen des spanabhebend bearbeiteten Rohlings zwecks Reduzierung der Oberflächenrauhigkeit hat keinen Einfluß auf das nach dem Fer tigsintern erreichbare Endmaß des definitiven Formlings, da das im Oberflächenbereich vorverdichtete Volumen beim Fertigsintern entsprechend weniger schrumpft.

Für das Fertigsintern wurde ein Vakuumsinterofen verwendet. Die Ofenatmosphäre setzte sich zusammen aus Stickstoffgas N₂ mit einer Dotierung von 10% CO₂, der Druck im Ofen betrug 10 mbar. Die Sintertemperatur von 1350°C wurde bei diesem Ausführungs beispiel kontinuierlich mit einer Rampe von 3°C/min erreicht. Die Sintertemperatur wurde während sechs Stunden gehalten, das nachfolgende Abkühlen erfolgte kontinuierlich mit einer Rampe von 7°C/min bis herab auf die Raumtemperatur. Nach diesem Fer tigsintern weist das Formteil eine Dichte von 96% auf, die für viele Anwendungen genügt.

Der Rohling wird durch dieses sehr genaue Hochgeschwindigkeits fräsen in Verbindung mit dem nachgeschalteten Strahlen mit Glas kugeln in eine Form gebracht, die der des definitiven Formteils sehr nahe kommt. Der Rohling weist jetzt gegenüber dem definiti ven Formteil ein Übermaß auf, welches so ausgelegt ist, daß es gerade durch das beim Fertigsintern auftretende Schrumpfen des Rohlings vollständig aufgehoben wird.

Wird jedoch eine noch größere Dichte und Festigkeit gefordert, so kann das Formteil anschließend an das Fertigsintern, wie im Blockdiagramm gemäß Fig. 1a dargestellt, einer Behandlung mit tels eines heiß-isostatischen Preßvorgangs unterworfen werden. Allerdings muß die damit verbundene nochmalige Reduktion der Abmessungen des Formteils bei der Festlegung des nach der spanabhebenden Bearbeitung erforderlichen Übermasses berücksich tigt werden. Das heiß-isostatische Pressen könnte hier vorteil haft ohne eine zusätzliche Preßhaut erfolgen, da die beim Fer tigsintern erreichte Dichte im Oberflächenbereich des Formteils ein Eintreten von Gasen in das Innere des Formteils nicht zuläßt.

2. Ausführungsbeispiel

Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird das pulverförmige Material in einen rechteckigen, nach oben offenen Behälter eingefüllt. Der Behälter weist Wände aus Stahlblech UST 37.2 auf. Als pul verförmiges Material ist ein X20CrMo V 12,1-Stahlpulver der Firma Anval, Anval 9156 - APM 9929, nach DIN 17 175, 17 225, 17 243 eingesetzt worden. Das Stahlpulver wies folgende zusätzlichen Legierungsbestandteile auf:
C 0,22%
Si 0,32%
Mn 0,57%
P 0.012%
S 0,010%
Cr 12,1%
Ni 0,66%
Mo 1,13%
Ti 0,003%
Nb 0,10%
V 0,31%
W 0.01%.

Dieses Stahlpulver wurde mittels eines Gasverdüsungsverfahrens hergestellt, seine Partikel weisen eine Größe bis 105 µm auf und sie sind sphärisch ausgebildet. Anschließend wird der Behälter 200mal mit einem senkrechten Klopfen beaufschlagt. Durch das Klopfen wurde eine Klopfdichte des Stahlpulvers von 68% erreicht. Anschließend wird der Behälter mit dem verdichte ten Stahlpulver in einen Vakuumsinterofen eingebracht und mit einer Stickstoffatmosphäre unter einem Druck von 10 mbar vorge sintert. Die Aufheizung erfolgte mit einer Rampe von 10°C/min auf 920°C. Diese Temperatur wird 120 Minuten gehalten, um eine gleichmäßige Durchwärmung des Materials zu erreichen. Danach wird weiter aufgeheizt mit einer Rampe von 3°C/min auf die eigentliche Vorsintertemperatur von 1020°C. Sobald die Vorsin tertemperatur von 1020°C erreicht ist, wird sie während des 20 Minuten dauernden Vorsinterns beibehalten. Daran anschließend erfolgt das gleichmäßige Abkühlen des beim Vorsintern entstan denen Rohlings mit einer Rampe von 0,8°C/min auf Raumtemperatur hinunter. Der Rohling wird dann zur weiteren Bearbeitung aus dem Behälter entnommen.

Die Vorsintertemperatur von 1020°C, die während 20 Minuten bei behalten wird, ermöglicht die Ausbildung von Halsbindungen zwi schen den sphärischen Partikeln des Stahlpulvers, so daß inner halb der Rohform ein quaderförmiger Rohling entsteht. Dabei tritt bereits ein erstes Schrumpfen auf, und zwar linear um etwa 1%. Ein Schrumpfen von 0,5% bis 1% führt zu besonders gut spanabhebend bearbeitbaren Rohlingen. Würde ein stärkeres Schrumpfen auftreten, so würde das Gefüge des Rohlings zu fest, so daß eine spanabhebende Bearbeitung erschwert würde.

Der quaderförmige Rohling wird aus der Rohform entnommen und in eine Fräsmaschine eingespannt und in dieser spanabhebend weiter bearbeitet. Diese als Hochgeschwindigkeitsfräsen bezeichnete Bearbeitung erfolgt, wie bereits beschrieben, mit vergleichs weise sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten. Die gute und schnelle Bearbeitung des vorgesinterten Rohlings mit derartig hohen Schnittgeschwindigkeiten ist nur deshalb möglich, weil dabei lediglich die Halsbindungen zwischen den Partikeln des Stahlpul vers abgeschlagen werden, wodurch die aufzubringenden Zerspa nungskräfte vergleichsweise gering gehalten werden können. Ein eigentliches Schneiden erfolgt bei diesem Verfahrensschritt nicht. Mit diesem Bearbeitungsverfahren kann eine Oberflächen rauhigkeit erreicht werden, die im Bereich des halben maximalen Durchmessers der Partikel des Stahlpulvers, also bei etwa 53 µm liegt. Für Turbinenschaufeln genügt diese Oberflächenqualität zum Beispiel nicht, so daß zusätzliche Bearbeitungsverfahren vorgesehen werden müssen, um die Oberflächenqualität zu verbes sern, insbesondere bietet sich da ein Kugelstrahlverfahren an.

Hier wurde ein Strahlverfahren mit Stahlschrot SDKA 0,6B gewählt. Dabei werden Stahlkugeln mit einem Durchmesser von bis zu 600 µm bei einem Strahldruck in der Strahlpistole von 2,5 bar verwendet. Dabei wurden bei einem Luftverbrauch von 233 l/min Strahlmittelgeschwindigkeiten im Bereich um 161 m/sec erreicht. Pro cm² wird mit einer Strahlzeit von 10 sec gerechnet, wenn der Strahl um 30 geneigt zur Senkrechten auf die zu strahlende Oberfläche trifft. Am Rohling hat das Strahlen eine Maßänderung von 0,3 mm zur Folge. An der Oberfläche des Rohlings entsteht dadurch eine vergleichsweise dünne vorverdichtete Zone, während dessen weiter innen liegende Bereiche ihre Porösität unverändert beibehalten. Dieses Vorverdichten der Randzonen des spanabhebend bearbeiteten Rohlings zwecks Reduzierung der Oberflächenrauhig keit hat keinen Einfluß auf das nach dem Fertigsintern erreich bare Endmaß des definitiven Formlings, da das so vorverdichtete Volumen beim Fertigsintern entsprechend weniger schrumpft. Der Rohling weist jetzt gegenüber dem definitiven Formteil ein Über maß auf, welches so ausgelegt ist, daß es gerade durch das beim Fertigsintern auftretende Schrumpfen des Rohlings vollstän dig aufgehoben wird.

Der spanabhebend fertig bearbeitete und im Oberflächenbereich vorverdichtete Rohling wird nun auf einen Setter aufgelegt, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Als Rohling wird hier eine sche matisch dargestellte Turbinenschaufel 1 gezeigt. Der im wesent lichen quaderförmig ausgebildete Setter 2 ist hier an seiner Oberfläche so gestaltet, daß er die Unterseite der aufgelegten Turbinenschaufel 1 formschlüssig abstützt. Der Setter 2 wird mit der daraufliegenden Turbinenschaufel 1 in den Sinterofen einge bracht und gemeinsam mit dieser dem Fertigsintern unterworfen. In diesem Fall ist das Material des Setters 2 so auf das der Turbinenschaufel 1 abgestimmt, daß es im gleichen Umfang schrumpft wie dieses. Während des gesamten Fertigsintervorganges stützt der Setter 2 die Turbinenschaufel 1 formschlüssig ab und bewahrt sie vor Deformationen. Nach dem Fertigsintern wird der Setter 2 mit der Turbinenschaufel 1 aus dem Sinterofen entnom men. Die Turbinenschaufel 1 wird als fertiges, definitiv ausge bildetes Formteil vom Setter 2 gelöst.

Für das Fertigsintern wurde ein Vakuumsinterofen verwendet. Die Ofenatmosphäre setzte sich zusammen aus Stickstoffgas N₂ mit einer Dotierung von 5% CO₂, der Druck im Ofen betrug 100 mbar. Die Sintertemperatur von 1350°C wurde bei diesem Ausführungs beispiel kontinuierlich mit einer Rampe von 5°C/min erreicht. Die Sintertemperatur wurde während zwei Stunden gehalten, das nachfolgende Abkühlen erfolgte kontinuierlich mit einer Rampe von 7°C/min bis herab auf die Raumtemperatur. Nach diesem Fer tigsintern weist das Formteil, hier die Turbinenschaufel 1, eine Dichte des oberflächennahen Bereichs von 98% auf, während im Innern des Formteils eine Dichte von 92,5% festgestellt wurde.

Wird jedoch eine noch größere Dichte und Festigkeit im Ober flächenbereich gefordert, so wird das Formteil anschließend an das Fertigsintern, wie im Blockdiagramm gemäß Fig. 1a darge stellt, einer Behandlung mittels eines heiß-isostatischen Preßvorgangs unterworfen. Allerdings muß die damit verbundene nochmalige Reduktion der Abmessungen des Formteils bei der Fest legung des nach der spanabhebenden Bearbeitung erforderlichen Übermasses berücksichtigt werden. Das heiß-isostatische Pressen kann hier vorteilhaft ohne eine zusätzliche Preßhaut erfolgen, da die beim Fertigsintern erreichte Dichte im Oberflächenbereich des Formlings ein Eintreten von Gasen in das Gefüge des Form teils nicht zuläßt. Das heiß-isostatische Pressen erfolgte bei einer Temperatur von 1150°C und einem Druck von 1200 bar. Nach diesem heiß-isostatischen Preßvorgang wurde eine Dichte im Oberflächenbereich der Turbinenschaufel 1 von 99,98% festge stellt.

Eine genaue Vermessung einer Reihe von Turbinenschaufeln 1 nach dem Fertigsintern zeigte im kritischen Bereich des konvex-konka ven Blattes der Turbinenschaufeln 1 mittlere Abweichungen von der Sollgeometrie von zwei Promille der maximalen Breite des Blattes und das Streuband aller Abweichungen war kleiner als ein Promille der maximalen Breite des Blattes.

Binderlos vorgesintertes Stahlpulver kann in Verbindung mit dem Hochgeschwindigkeitsfräsen und dem sich an die mechanische Bear beitung anschließenden Kugelstrahlen vorteilhaft eingesetzt werden, um Formteile mit hohen Genauigkeitsansprüchen herzustel len. Die erreichbaren Toleranzbandbreiten liegen im Promillebe reich, während mit der konventionellen Sintertechnik lediglich Toleranzbandbreiten im Bereich von 0,5% bis 1% zu erreichen sind.

Außerdem wirkt es sich vorteilhaft aus, daß nicht der gesamte Rohling dichtgesintert werden muß, da es in der Regel genügt, lediglich einen hochdichten Oberflächenbereich zu erzeugen. Die so erzeugte Oberfläche kann der zu erwartenden Korrosion stand halten. Auch im Hinblick auf die Biegefestigkeit des fertigen Formlings wirkt sich die äußere Zone mit großer Dichte positiv aus. Durch dieses Verfahren wird die Sinterzeit und damit auch der Energieaufwand für den Sintervorgang wesentlich reduziert.

Bezugszeichenliste

1 Turbinenschaufel
2 Setter

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem pulver förmigen Material, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß Vorsintertemperatur und Dauer des Vorsinterns so aufein ander abgestimmt sind, daß ein Schrumpfen im Bereich von 0,2% bis 1% auftritt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die spanabhebende Bearbeitung des Rohlings mittels eines Hochgeschwindigkeitsfräsvorganges erfolgt,
- daß anschließend an den Hochgeschwindigkeitsfräsvorgang ein Kugelstrahlen des Rohlings erfolgt, und
- daß der Rohling danach gegenüber dem definitiven Formteil ein Übermaß aufweist, welches so ausgelegt ist, daß es gerade durch das beim Fertigsintern auftretende Schrumpfen des Rohlings vollständig aufgehoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß beim Kugelstrahlen Glaskugeln oder Stahlkugeln eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Rohling nach dem Fertigsintern heiß-isostatisch gepreßt wird.