DE69912518T2 - Verfahren zur Herstellung von Warmschmiedgeräten, und durch dieses Verfahren hergestellte Geräte - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Warmschmiedgeräten, und durch dieses Verfahren hergestellte Geräte Download PDF

Info

Publication number
DE69912518T2
DE69912518T2 DE69912518T DE69912518T DE69912518T2 DE 69912518 T2 DE69912518 T2 DE 69912518T2 DE 69912518 T DE69912518 T DE 69912518T DE 69912518 T DE69912518 T DE 69912518T DE 69912518 T2 DE69912518 T2 DE 69912518T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
metallic
alloys
heat resistance
high heat
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69912518T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69912518D1 (de
Inventor
Didier Dezert
Franck Ducoin
Guy Maybon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technogenia SA
Original Assignee
Technogenia SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technogenia SA filed Critical Technogenia SA
Application granted granted Critical
Publication of DE69912518D1 publication Critical patent/DE69912518D1/de
Publication of DE69912518T2 publication Critical patent/DE69912518T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J13/00Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/02Dies or mountings therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K5/00Making tools or tool parts, e.g. pliers
    • B21K5/20Making working faces of dies, either recessed or outstanding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/32Bonding taking account of the properties of the material involved
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/02Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
    • B23K31/025Connecting cutting edges or the like to tools; Attaching reinforcements to workpieces, e.g. wear-resisting zones to tableware
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0244Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/302Cu as the principal constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3033Ni as the principal constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08Non-ferrous metals or alloys
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18Dissimilar materials
    • B23K2103/26Alloys of Nickel and Cobalt and Chromium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Geräte bzw. ein Verfahren zur Herstellung solcher Geräte gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 8 bzw. 1 zum Warmschmieden, insbesondere Matritzen und Stempel zum Warmschmieden, die zum Formen eines Metallstückes durch plastische Verformung unter Wärme eines Schmiedemateriales verwendet werden. Die plastische Verformung von Materialien wird allgemein durch Anwendung aufeinanderfolgender Formwerkzeuge, Grobbearbeitungswerkzeuge und Feinbearbeitungswerkzeuge durchgeführt.
  • Die Warmschmiedewerkzeuge sind erhöhten mechanischen, thermischen und tribologischen Beanspruchungen ausgesetzt, die geeignet sind, die Werkzeuge schnell zu verschleißen. Die mechanischen Beanspruchungen sind durch die Operation der plastischen Verformung der zu schmiedenden Materialien hervorgerufen und können in der Größenordnung von 600 bis 800 MPa beim Pressen betragen. Die thermischen Beanspruchungen sind generell durch einen sehr massiven thermischen Schock beim Kontakt des Werkzeuges mit dem zu schmiedenden Metall charakterisiert. Beim Pressen kann die Temperaturspitze an der Oberfläche 650°C bis 750°C betragen und sogar mehr im Falle schwieriger Schmiedevorgänge. Die tribologischen Beanspruchungen sind durch eine Verschiebung des geschmiedeten Metalls an den aktiven Flächen des Werkzeuges hervorgerufen.
  • Diese Beanspruchungen erzeugen generell eine plastische Verformung des Werkzeuges selbst an der Oberfläche oder in der Masse, wobei sich eine Abnutzung und eine thermische Ermüdung insbesondere durch Risse oder Spaltenbildung zeigen. Diese Änderungen der Geräte betreffen hauptsächlich die aktiven Oberflächen der Werkzeuge, die gleichzeitig auf hoher Temperatur gehalten sind und intensiven mechanischen Beanspruchungen unterworfen sind. Diese Änderungen stellen die Gründe für sehr häufige Ausfälle der Geräte dar.
  • Zur Vergrößerung des Widerstandes des Werkzeuges gegenüber diesen unterschiedlichen Beanspruchungen kann man versuchen, ein Werkzeug aus einer Legierung zu realisieren, die bessere Qualitäten hat. Allerdings hat die Realisierung massiver Werkzeuge aus Legierungen mit hoher mechanischer Festigkeit unter Hitze den Nachteil erhöhter Kosten. Darüber hinaus bereitet die Bereitstellung des Ausgangsmateriales in Form von Stangen oder Rundmaterialien mit angepaßten Dimensionen schwierige Probleme.
  • Eine Lösung, die in dem Dokument US 4,628,178 A , das den nächst kommenden Stand der Technik darstellt, beschrieben ist, besteht darin, auf einen Körper aus Stahl ein Stück aus Hartmetall aufzulöten, das aus Körnern von Wolframcarbid besteht, die an eine Legierung aus Nickel, Eisen oder Kobalt gebunden sind. Das Löten erfolgt mittels eines Laserstrahles, der eine metallische Zwischenschicht, die zwischen den Körper aus Stahl und das Stück aus Hartmetall eingelegt ist, schmilzt. Dabei muß das Problem gelöst werden, zwei Materialien (Stahl, Carbid) mit sehr weit auseinanderliegenden physikalischen Eigenschaften zu löten. Darüber hinaus muß das Teil aus Hartmetall vorläufig die Form der Oberfläche des herzustellenden Werkzeuges haben. Dieses Verfahren ist nicht für die Realisierung von Werkzeugen geeignet, deren Arbeitsflächen komplexe Formen haben, wie es häufig in der Praxis vorkommt.
  • Das Dokument DE 35 05 251 A beschreibt die Herstellung eines sphärischen Kopfes am Ende einer Stange durch Aufschmelzen des Endes der Stange und eines Auftragsmetalles mittels eines Laserstrahles und anschließend Formen des geschmolzenen Metalls in einer Form. Dieses Verfahren bedingt eine Form, die an die herzustellende Oberfläche angepaßt ist, und ist für die Herstellung von Werkzeugen mit Arbeitsflächen, die komplexe Formen haben, ökonomisch nicht geeignet.
  • Das Dokument JP 57-067 117 A lehrt, einen winkligen Teil einer metallischen Form durch Erwärmen mittels eines Laserstrahls thermisch zu behandeln. Die Erwärmung erweicht das Metall, ohne es zu schmelzen. Dies erlaubt nicht, eine Oberflächenschicht eines Materiales, das von dem Substrat verschieden ist zu realisieren.
  • Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, kann man sich vorstellen, eine Oberflächenschicht eines Werkzeuges aus metallischen Legierungen mit hoher Hitzewärmebeständigkeit herzustellen, insbesondere aus Superlegierungen, wie denen, die bei der Herstellung hitzebeständiger Metallstücke verwendet werden. Es ist natürlich, die einfachsten Beschichtungsmethoden zu bevorzugen, die es gestatten, mit den geringsten Kosten eine Ablagerung mittels Schmelzen metallischer Legierungen auf einem Substrat zu realisieren. Diese klassischen Verfahren der metallischen Beschichtung bestehen darin, eine Litze oder eine Leiste aus Auftragsmaterialien mittels eines Acetylen-Schweißbrenners oder eines Lichtbogens oder mittels Lichtbogenverfahren, die unter den Bezeichnungen TIG oder MIG bekannt sind, zu schmelzen. Diese Verfahren sind manuell, wobei der Anwender den Auftragspunkt per Hand verschiebt, um die zu beschichtende Oberfläche progressiv abzudecken. Solche Verfahren sind a priori gut für die Herstellung von Warmschmiedewerkzeugen geeignet, die relativ plumpe und massive Stücke sind.
  • Wenn man Warmschmiedewerkzeuge mit Oberflächenbeschichtungen aus Superlegierungen verwendet, die mit den traditionellen Verfahren des Lötens von Leisten mit Acetylen-Schweißbrenner oder mit Lichtbogen oder mit den unter den Bezeichnungen TIG oder MIG bekannten Verfahren aufgetragen sind, stellt man fest, daß ihre Lebensdauer vier bis fünf mal größer ist, als die eines homogenen Werkzeuges, das aus nitriertem Stahl besteht, was das klassische Verfahren des Auftragens der verwendeten Superlegierungen ist. Diese Verbesserung resultiert aus den Eigenschaften der verwendeten Superlegierungen.
  • Trotzdem sind bei der immer schärfer werdenden Konkurrenzsituation die Schmiede gehalten, ihre Fabrikationskosten zu senken, insbesondere indem sie den Werkzeuganteil an den Herstellkosten der geschmiedeten Teile senken. Daher bleibt eine Verlängerung der Lebensdauer der Werkzeuge ein wesentliches Problem. Ein anderes Problem ist die Reduzierung der Herstellkosten der Werkzeuge.
  • Die vorliegende Erfindung resultiert aus der Beobachtung eines unerwarteten Effektes, wenn die Warmschmiedegeräte mittels Schmelzen von metallischen Legierungen mit hohem Wärmewiderstand auf einem Substrat mittels eines Leistungslasers hergestellt werden. Man stellt tatsächlich fest, daß die Lebensdauer solcher Warmschmiedegeräte um mehr als 30% vergrößert gefunden wird im Vergleich zur Lebensdauer derselben Geräte, bei denen dieselben metallischen Legierungen mit hohem Wärmewiderstand mittels traditioneller Schweißverfahren aufgebracht wurden.
  • Um die Lebensdauer der Warmschmiedegeräte zu verbessern, sieht die Erfindung ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Warmschmiedegeräten gemäß dem Anspruch 1 vor.
  • Nichts ließ a priori ein derartiges Interesse an einem Verfahren zum Beschichten mit einer metallischen Legierung mit hohem Wärmewiderstand erkennen, zur Realisierung eines Warmschmiedegerätes. Tatsächlich ist ein metallisches Beschichtungsverfahren mit Schmelzen mittels eines Leistungslasers a priori weniger gut geeignet, als die klassischen Beschichtungsverfahren zur Herstellung massiver und grober Teile, wie beispielsweise Warmschmiedegeräte, nämlich aufgrund seiner Kompliziertheit, seiner Kosten der Durchführung und der erhöhten Kosten der gesamten Ausrüstung für einen Leistungslaser. Trotz dessen und in überraschender Weise wird deutlich, daß die Erfindung die Realisierung einer wesentlichen Wirtschaftlichkeit gestattet, da die wesentliche Verbesserung der Lebensdauer der Warmschmiedegeräte die Mehrkosten der Herstellung solcher Werkzeuge, die aus dem Verfahren des Schmelzens mit Laser resultieren, in großem Umfange kompensiert.
  • Ausgezeichnete Resultate werden erhalten, wenn die metallische Legierung oder die metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit vom Typ einer Superlegierung auf Basis von Kobalt oder von Nickel sind.
  • In vorteilhafter Weise kann man die Superlegierung oder Superlegierungen aus der Familie der Superlegierungen auf der Basis von Nickel auswählen, die unter den Marken INCONEL 718 oder ASTROLOY bekannt sind.
  • Auch kann man die Superlegierung oder die Superlegierungen aus der Familie der Superlegierungen auswählen auf der Basis von Kobalt, die Superlegierungen enthält, die unter den Bezeichnungen GRADE 21 oder GRADE 6 bekannt sind.
  • Ausgezeichnete Resultate werden insbesondere mit der Superlegierung von Kobalt erhalten, die unter der Bezeichnung GRADE 21 bekannt ist.
  • Ein Warmschmiedegerät nach der Erfindung, das eine Oberflächenschicht aus einer oder mehreren metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit auf einem metallischen Substrat hat, ist auch dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht aus metallischer/metallischen Legierung/Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit eine spezielle kristalline Struktur aufweist, die aus einer Abscheidung im geschmolzenen Zustand der genannten metallischen Legierung/Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit resultiert, die durch Schmelzen mit einem Leistungslaser bewirkt wird und durch eine metallurgische Verbindung mit dem Substrat verbunden ist. Es wird vermutet, daß die Verbesserung der Eigenschaften des Warmschmiedegerätes durch eine viel feinere kristalline Struktur begründet ist, die aus einer schnelleren Abkühlung der Superlegierung resultiert.
  • Die Oberflächenschicht aus metallischer Legierung/metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit kann vorteilhafterweise eine Superlegierung auf der Basis von Nickel sein, die unter den Marken INCONEL 718 oder ASTROLOY bekannt ist oder einer Superlegierung von Kobalt, die unter den Bezeichnungen GRADE 21 oder GRADE 6 bekannt ist.
  • Weitere Ziele, Charakteristiken und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von speziellen Ausführungsbeispielen zu entnehmen unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen, von denen:
  • die 1 schematisch im Querschnitt eine Struktur eines Warmschmiedegerätes nach einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • die 2 eine Anordnung zum Beschichten mittels Laser zur Herstellung von Warmschmiedegeräten nach der Erfindung zeigt; und
  • die 3 schematisch in größerem Maßstab eine koaxiale Düse zum Aufbringen metallischen Pulvers und eines Laserstrahls auf eine Auftreffzone gemäß einer Anordnung zum Laserbeschichten gemäß der 2 zeigt.
  • Bei dem schematisch in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält ein Warmschmiedegerät nach der Erfindung einen Stempel 1 und eine Matritze 2, die dazu bestimmt sind, relativ zueinander in einer Verschieberichtung 3 beim Vorgang des Schmiedens einer zu schmiedenden metallischen Masse 4 verschoben zu werden. Die aktive Fläche 5 des Stempels 1, die dazu bestimmt ist, mit der zu schmiedenden metallischen Masse 4 in Kontakt zu treten, ist die äußere Oberfläche einer Beschichtung 6 aus metallischer/metallischen Legierung/Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit. In gleicher Weise ist die aktive Fläche 7 der Matritze 2 die äußere Fläche einer Beschichtung 8 aus metallischer/metallischen Legierung/Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit.
  • Gemäß der Erfindung werden die Beschichtungen 6 und 8 aus metallischer/metallischen Legierung/Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit durch Abscheiden mittels Schmelzen einer oder mehrerer metallischer Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit auf ein metallisches Substrat 9 bzw. 10 hergestellt, wobei das Schmelzen der metallischen Legierung/metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit durch ihr Abscheiden mittels eines Leistungslaser bewirkt wird, der gleichzeitig die metallurgische Verbindung zwischen der oder den Legierung(en) der Oberflächenschicht und dem Metall des Substrates sicherstellt. Auch liefert die Oberflächenschicht 6 oder 8 aus metallischer/metallischen Legierung/Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit eine charakteristische feine, kristalline Struktur einer Ablagerung, die durch Schmelzen mittels Leistungslaser bewirkt wird.
  • Die metallische Legierung/metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit können in vorteilhafter Weise Superlegierungen auf Basis von Kobalt oder Nickel enthalten, vorzugsweise Superlegierungen aus Nickel, die unter den Marken INCONEL 718 oder ASTROLOY bekannt sind, oder eine Kobalt-Superlegierung, die unter den Bezeichnungen GRADE 21 oder GRADE 6 bekannt ist.
  • Zur Herstellung eines Warmschmiedegerätes nach der Erfindung, wie z. B. eines Stempels 1 und einer Matritze 2, als Teil eines Substrates 9 oder 10, beispielsweise aus Stahl und mit einer Form, die im wesentlichen der endgültigen Form des Gerätes entspricht, bewirkt man eine Laserbeschichtung der aktiven Fläche 5 oder 7 mittels eines Generators für einen Laserstrahl, der die zu beschichtende Fläche überstreicht und dem eine Düse zum Aufbringen von Pulver zugeordnet ist, die ein Pulver auf Basis einer metallischen Legierung/von metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit auf eine Auftreffzone des Laserstrahles richtet.
  • Die 2 zeigt schematisch eine Einrichtung zum Laserbeschichten, die gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Diese Einrichtung enthält einen Leistungslaser 20, der einen cohärenten und monochromatischen Lichtstrahl 21 liefert. Der Laserstrahl 21 breitet sich in einer einzigen Richtung aus, in homogener Form und hat eine einzige Wellenlänge. Die Divergenz des Strahles ist sehr klein.
  • Eine Anordnung von Umlenkspiegeln 22 und 23 gestattet, den Laserstrahl 21 bis zu einem Fokussionskopf 24 zu leiten. Der Fokussionskopf 24 richtet den Laserstrahl 21 auf die zu beschichtende Oberfläche des Substrates 10 eines Gerätes, wie z. B. einer Matritze des Warmschmiedegerätes. Der Fokussionskopf 24 ist so angepaßt, daß er den Laserstrahl 21 derart fokussiert, daß dieser das Substrat 10 auf einer Auftreffzone 25 mit geringer Oberfläche fokussiert, beispielsweise eine Fläche mit einem Durchmesser, der etwa zwischen 0,5 und 5 mm liegt.
  • Ein Verteiler 26 für Pulver dient als Reservoir, das ein Pulver metallischer Legierung en) mit hoher Hitzebeständig keit enthält, das zum Bilden der Beschichtung auf dem Substrat 10 der Matritze bestimmt ist. Der Verteiler 26 für Pulver ist so ausgebildet, daß er das Pulver mit Hilfe eines neutralen Gases, wie z. B. Argon oder Helium, fluidisiert, und um es pneumatisch bis zur Spritzdüse 27 durch Speisekanäle 28 für das Pulver zu transportieren. Die Spritzdüse 27 ist so ausgebildet, daß sie den Strahl fluidisierten Pulvers am Ausgang der Düse formt, um einen konvergenten Pulverstrahl zu erzeugen, der auf dieselbe Auftreffzone 25 des Substrates 10 auftrifft. Der Strahl fluidisierten Pulvers am Ausgang der Düse soll so gut wie möglich mit der Form des Laserstrahls 21 in der Auftreffzone 25 übereinstimmen. Vorzugsweise ist der Strahl fluidisierten Pulvers koaxial mit dem Laserstrahl 21 bei dessen Auftreffen auf die Auftreffzone 25.
  • Der Verteiler 26 für das Pulver ist von solcher Art, daß er es gestattet, den Massenausstoß des metallischen Pulvers genau zu steuern, um eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit und eine perfekte Regelung des Ausstofles zu erhalten, d. h. von Parametern, die einen direkten Einfluß auf die Regelmäßigkeit und die Qualität der erhaltenen Beschichtung haben. Die Regelmäßigkeit der Beschichtung gestattet es, die Zeiten und die Kosten der Endbearbeitung der aktiven Oberfläche des Werkzeuges wesentlich zu verringern. Diese Regelmäßigkeit erlaubt es auch, die Dicke der Beschichtung zu verringern und damit die Menge des verbrauchten Materials.
  • Der Laserstrahl ist so ausgerichtet, daß er nahe der Vertikalen auf der Oberfläche des zu beschichtenden Substrates 10 liegt. Die Ausgangsöffnung der Spritzdüse 27 ist in einem konstanten Abstand zu der zu beschichtenden Oberfläche gehalten, in der Größenordnung von 10 mm. Das Substrat 10 ist auf einem Tisch 29 angeordnet, der in der horizontalen Ebene längs den beiden Richtungen X und Y mittels von einer numerischen Steuerung 30 gesteuerten Antrieben verschieblich ist. Durch diese Verschiebung wird die Auftreffzone 25 des Laserstrahls und das aus der Spritzdüse 27 austretende Pulver progressiv und gleichmäßig längs der Oberfläche des zu beschichtenden Substrates 10 verschoben.
  • Der Laserstrahl 21 läßt das Pulver der metallischen Legierung (en) in der Auftreffzone 25 schmelzen, das sich auf dem Substrat 10 metallisch ansetzt und nach Abkühlung progressiv die Beschichtung 8 aus metallischer/metallischen Legierung en) mit hoher Hitzebeständigkeit bildet, wobei die äußere Oberfläche die aktive Fläche 7 des Warmschmiedegerätes bildet.
  • 3 verdeutlicht die progressive Beschichtung aufgrund der Verschiebung des Substrates 10 in der Richtung 31. In der Auftreffzone 25 läßt der Laserstrahl 21 das Pulver aus metallischer/metallischen Legierung/Legierungen schmelzen, das sich mit dem Substrat 10 verschweißt und zunehmend, nach Abkühlung, einen Auftrag 32 bildet. Durch transversale Verschiebung des Substrates 10 erhält man anschließend einen zweiten parallelen und angrenzenden Auftrag und so weiter bis zur vollständigen Beschichtung der aktiven Oberfläche.
  • Der Leistungslaser 20 kann ein kontinuierlicher CO2-Laser mit einer Leistung von 5 kW sein, der einer koaxialen Spritzdüse 27 zugeordnet ist, in der das fluidisierte Metallpulver in einer spiraligen Bewegung koaxial zum Laserstrahl zugeführt wird. Das Substrat 10 kann vorteilhafterweise von einem Teilesupport der Maschine getragen sein, die numerisch mit vier Achsen gesteuert ist, die horizontale X- und Y-Verschiebungen gestattet, die eine vertikale Verschiebung Z bezüglich der Spritzdüse 27 gestattet und die eine Drehung um eine horizontale Achse gestattet.
  • Auch ist nach der Erfindung das Schmelzen der metallischen Legierung oder der metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit zu deren Abscheidung mittels Schmelzen auf einem Substrat 10 des Warmschmiedegerätes mittels eines Leistungslasers 20 bewirkt. Die metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit werden in Form eines Pulvers auf das Substrat 10 in der Auftreffzone 25 des Strahles 21, der aus dem Leistungslaser 20 stammt, aufgebracht. Das Aufbringen der metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit in Form des Pulvers wird mittels einer Spritzdüse 27 erreicht, die koaxial um den Laserstrahl 21 angeordnet ist.
  • Es ist wichtig, die Auftreffzone 25 des Laserstrahles 21 auf dem Substrat 10 mit einer konstant geregelten Vorschubgeschwindigkeit zu bewegen.
  • Die metallische Legierung oder die metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit können vorteilhafterweise vom Typ einer Superlegierung auf Basis von Kobalt oder Nickel sein.
  • Die Superlegierung oder die Superlegierungen können aus der Gruppe von Superlegierungen auf der Basis von Nickel gewählt sein, die Superlegierungen enthält, die unter den Marken INCONEL 718 oder ASTROLOY bekannt sind.
  • Die Zusammensetzung der Legierung INCONEL 718 ist wie folgt, in Gewichtsprozent: Kohlenstoff 0,038; Chrom 18,50; Molybdän 3,00; Titan 0,95; Aluminium 0,55; Niob 5,25; Eisen 18,00; der Rest aus Nickel.
  • Die Zusammensetzung der Legierung ASTROLOY ist folgende, in Gewichtsprozent: Kohlenstoff 0,025; Chrom 15,00; Molybdän 5,00; Kobalt 18,00; Titan 3,50; Aluminium 4,00; Bor 0,025; Zirkon 0,050; der Rest aus Nickel.
  • Ausgezeichnete Ergebnisse wurden unter Verwendung einer Superlegierung auf Basis von Kobalt erhalten, die unter der Bezeichnung GRADE 21 bekannt ist, deren Zusammensetzung folgende ist, in Gewichtsprozent: Kohlenstoff 0,25; Chrom 27,00; Molybdän 3,00 bis 5,50; Nickel 3,00; der Rest aus Kobalt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann man in vorteilhafter Weise eine Superlegierung auf Basis von Kobalt verwenden, die unter der Bezeichnung GRADE 6 bekannt ist, deren Zusammensetzung wie folgt ist, in Gewichtsprozent: Kohlenstoff 1,00; Chrom 28,00; Wolfram 4,00; der Rest aus Kobalt.
  • Als Beispiel und zum Vergleich hat man die Lebensdauer von Warmschmiedematritzen, die nach mehreren Techniken hergestellt wurden, ausgewertet: die Anzahl der mit Hilfe der Matritze geschmiedeten Werkstücke, bevor die Matritze weggeworfen wurde, betrug 30 000 Stück für eine Matritze aus nitriertem Stahl gemäß X 38 Cr Mo V 5 nitriert, sie betrug 120 000 Stück mit einer Matritze, die mit einer Superlegierung auf Kobaltbasis GRADE 21 mittels eines Verfahrens des Lichtbogenschweißens beschichtet war, und sie betrug 160 000 Stück bei einer Matritze, die mit einer Superlegierung auf Kobaltbasis GRADE 21 mittels eines Leistungslasers beschichtet war. Es wurde eine Verlängerung der Lebensdauer von mehr als 30% festgestellt, wenn die Beschichtung mittels eines Leistungslasers durchgeführt wurde.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die ausdrücklich beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern beinhaltet auch verschiedene Varianten und Verallgemeinerungen, die im Schutzbereich der nachfolgenden Patentansprüche enthalten sind.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung von Warmschmiedegeräten mit einer Oberflächenschicht aus einer oder mehreren metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit auf einem metallischen Substrat (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht durch Abscheiden der genannten metallischen Legierung oder Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit in geschmolzenem Zustand erfolgt und daß das Schmelzen der genannten metallischen Legierung oder Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit zum Abscheiden mittels eines Leistungslasers (20) bewirkt wird, der gleichzeitig die metallurgische Verbindung zwischen der oder den metallischen Legierungen der Oberflächenschicht und des Metalls des Substrates (10) sicherstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die metallische Legierung oder Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit in Form eines Pulvers auf das Substrat (10) in eine Auftreffzone (25) des von dem Leistungslaser (20) stammenden Strahles (21) aufschleudert.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die metallische Legierung oder Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit in Pulverform mittels einer Aufschleuderdüse (27) aufschleudert, die koaxial um den Laserstrahl (21) herumliegt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Auftreffzone (25) des Laserstrahls (21) auf dem Substrat (10) mit einer konstant gesteuerten Vorschubgeschwindigkeit verschiebt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Legierung oder Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit vom Typ einer Superlegierung auf Basis von Kobalt oder Nickel sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Superlegierung oder Superlegierungen aus der Familie von Superlegierungen auf der Basis von Nickel ausgewählt sind, die die unter den Marken INCONEL 718 oder ASTROLOY bekannten Superlegierungen enthalten.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Superlegierung oder Superlegierungen aus der Familie von Superlegierungen auf der Basis von Kobalt ausgewählt sind, die die unter den Bezeichnungen GRADE 21 oder GRADE 6 bekannten Superlegierungen enthalten.
  8. Warmschmiedegerät mit einer Oberflächenschicht (8) aus einer oder mehreren metallischen Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit auf einem metallischen Substrat (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht aus metallischer (metallischen) Legierung en) mit hoher Hitzebeständigkeit (8) eine kristalline Struktur einer Abscheidung in geschmolzenem Zustand der genannten metallischen Legierung oder Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit durch Schmelzen mit Laserenergie bewirkt wird, und daß die Oberflächenschicht (8) und das Substrat (10) durch eine metallurgische Verbindung verbunden sind.
  9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Legierung oder Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit Superlegierungen auf der Basis von Kobalt oder Nickel enthalten.
  10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (8) aus metallischer (metallischen) Legierung(en) mit hoher Hitzebeständigkeit aus einer Superlegierung auf Basis von Nickel, die unter den Marken INCONEL 718 oder ASTROLOY bekannt sind, besteht oder aus einer Superlegierung aus Kobalt, die unter den Bezeichnungen GRADE 21 oder GRADE 6 bekannt ist.
DE69912518T 1998-05-26 1999-05-21 Verfahren zur Herstellung von Warmschmiedgeräten, und durch dieses Verfahren hergestellte Geräte Expired - Fee Related DE69912518T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9806981A FR2779074B1 (fr) 1998-05-26 1998-05-26 Procede de fabrication d'outils de forgeage a chaud, et outils obtenus par ce procede
FR9806981 1998-05-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69912518D1 DE69912518D1 (de) 2003-12-11
DE69912518T2 true DE69912518T2 (de) 2004-07-08

Family

ID=9526985

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE0960683T Pending DE960683T1 (de) 1998-05-26 1999-05-21 Verfahren zur Herstellung von Warmschmiedgeräten, und durch dieses Verfahren hergestellte Geräte
DE69912518T Expired - Fee Related DE69912518T2 (de) 1998-05-26 1999-05-21 Verfahren zur Herstellung von Warmschmiedgeräten, und durch dieses Verfahren hergestellte Geräte

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE0960683T Pending DE960683T1 (de) 1998-05-26 1999-05-21 Verfahren zur Herstellung von Warmschmiedgeräten, und durch dieses Verfahren hergestellte Geräte

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0960683B1 (de)
AT (1) ATE253431T1 (de)
DE (2) DE960683T1 (de)
ES (1) ES2211012T3 (de)
FR (1) FR2779074B1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9597725B2 (en) * 2012-03-30 2017-03-21 Hitachi Metals, Ltd. Hot forging die

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5767117A (en) * 1980-10-08 1982-04-23 Toshiba Corp Heat treatment for metal mold
US4628178A (en) * 1984-05-29 1986-12-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Tool for warm and hot forgings and process for manufacturing the same
DE3505251A1 (de) * 1985-02-15 1986-08-21 Bündgens Maschinen Verwaltungen GmbH, 5100 Aachen Verfahren und vorrichtung zur bildung eines kopfes an einem ende oder an beiden enden von metallstiften

Also Published As

Publication number Publication date
ATE253431T1 (de) 2003-11-15
EP0960683B1 (de) 2003-11-05
EP0960683A1 (de) 1999-12-01
FR2779074B1 (fr) 2000-06-30
DE960683T1 (de) 2000-04-20
ES2211012T3 (es) 2004-07-01
FR2779074A1 (fr) 1999-12-03
DE69912518D1 (de) 2003-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3942051B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Triebwerkschaufeln durch Aufbauschweißung
DE3718779C2 (de)
DE3011022C2 (de) Verfahren zum Aufbringen eines metallischen Überzugs auf eine Metalloberfäche und Vorrichtung zu seiner Durchführung
AT16699U2 (de) Verfahren zur Bereitstellung von Aluminium-beschichteten Stahlblechen
DE102018120523A1 (de) Laserstrahllöten von metallischen Werkstücken mit einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Fülldraht
DE3873436T2 (de) Thermisches spruehbeschichtungsverfahren.
DE1198568B (de) Verfahren zur Herstellung von porenfreien Spritz-Schweiss-UEberzuegen
DE60303999T2 (de) Sprühverfahren zur Verbindung der Gegenstände
DE69401543T2 (de) Zerkleinerungs- oder Raffinationsscheibe für Papierfaserbrei sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE2632739B2 (de) Verfahren zum thermischen Auf·' spritzen eines selbsthaftenden Nickel-Aluminium- oder Nickel-Titan-Überzugs auf ein Metallsubstrat
DE2925929B2 (de) Schweißverfahren zum Herstellen harter Oberflächen
EP0904885B1 (de) Verfahren zum Schweissen von aushärtbaren Nickel-Basis-Legierungen
DE3937526A1 (de) Verschleissfeste titanlegierung, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung
DE69302219T2 (de) Verfahren zum Anbringen von Schutzüberzügen bildenden Einsätzen auf Gegenständen aus martensitischens Stahl oder aus Titanlegierungen
EP1173304B1 (de) Verfahren zur herstellung eines oberflächenlegierten zylindrischen, teilzylindrischen oder hohlzylindrischen bauteils
DE2708685A1 (de) Schweissverfahren
DE2651946A1 (de) Verfahren zum aufbringen eines abriebbestaendigen zusammengesetzten ueberzugs auf einen gegenstand
DE3784548T2 (de) Verfahren zum Aufbringen von Überzügen hoher Qualität und komplexer Geometrie durch Plasmaspritzen.
EP3314033B1 (de) Eisenbasierte legierung zur herstellung thermisch aufgebrachter verschleissschutzschichten
EP1404484A1 (de) Bandförmige schneidwerkzeuge
DE2149772B1 (de) Schweisszusatzwerkstoff aus haertbaren hartstofflegierungen
WO1997012743A1 (de) Rückstromsperre für eine spritzeinheit einer spritzgiessmaschine
DE4112614C2 (de) Dorn zur Kalt- und/oder Warmumformung von metallischem Gut und Verfahren zu seiner Herstellung
DE69912518T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Warmschmiedgeräten, und durch dieses Verfahren hergestellte Geräte
EP3074167B1 (de) Verfahren zur herstellung eines vormaterials für ein zerspanungswerkzeug

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee