EP0072424A1 - Process for manufacturing sintered articles of great precision - Google Patents

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EP0072424A1
EP0072424A1 EP19820106069 EP82106069A EP0072424A1 EP 0072424 A1 EP0072424 A1 EP 0072424A1 EP 19820106069 EP19820106069 EP 19820106069 EP 82106069 A EP82106069 A EP 82106069A EP 0072424 A1 EP0072424 A1 EP 0072424A1
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sintered
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method according
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Withdrawn
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EP19820106069
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French (fr)
Inventor
Werner Dr.-Ing. Hüther
Gerhard Andrees
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MTU Aero Engines GmbH
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Publication date

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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
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    • B22F2005/103Cavity made by removal of insert

Abstract

The process uses a mould and an inserted core, which goes through the entire sintering process, the material used for the core having a coefficient of thermal expansion which is approximately the same as the coefficient of thermal expansion of the sintered material.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Sinterteilen großer Formgenauigkeit. The invention relates to a process for producing sintered parts great form accuracy.
  • Sinterteile, die Bohrungen oder andere Hohlräume enthalten, demnach eine Innenkontur aufweisen, wie z. Containing holes or other cavities sintered parts, therefore, have an inner contour such. B. Rohre, Behälter oder innengekühlte Schaufeln von Turbomaschinen, werden unter Verwendung von Kernen, die mit Abstand innerhalb einer Form angeordnet sind, hergestellt. As pipes, containers, or internally cooled blades of turbo-machines, are manufactured using cores, which are spaced within a mold. Dabei wird sinterfähiges Pulver, vermischt mit einem Plastifizierungsmittel, durch Spritzgießen, Kaltpressen, isostatisches Pressen oder Schlickerguß in den zwischen Form und Kern bestehenden Zwischenraum gebracht. In this case, sinterable powder, mixed brought into the existing between the mold and core gap with a plasticizer, by injection molding, cold pressing, isostatic pressing or slip casting.
  • Die Form gleicht innen der Außengestalt des herzustellenden Körpers unter Berücksichtigung des Schrumpfmaßes, während der Kern außen die Innengestalt des herzustellenden Körpers aufweist. The shape is similar to the inside of the outer shape of the body to be manufactured in consideration of shrinkage measurement, while the core of the outside has the internal shape of the product to the body. ZB besteht bei der Herstellung von rohrförmigen Körpern durch isostatisches Pressen der Kern aus einem Stab und die Form aus einem Gummischlauch von entsprechend größerem Innendurchmesser. For example, is the production of tubular bodies by isostatic pressing, the core of a rod and the shape of a rubber hose of a correspondingly larger inner diameter. Nach dem Einfüllen der Preßmasse in den Gummischlauch wird dessen oberes Ende verschlossen; After filling the molding material into the rubber tube whose upper end is closed; hierauf wird die ganze Anordnung in einer isostatischen Presse einem Druck von 500 bis 6000 bar ausgesetzt. then the whole assembly is exposed in an isostatic press to a pressure of 500 to 6000 bar. Dadurch preßt der Gummischlauch die Preßmasse gegen den Stab, wobei ein Rohling mit der gewünschten Rohrform entsteht. Thereby, the rubber tube presses the molding material against the rod, wherein a blank having the desired tube shape. Hierbei entspricht die Innenseite des hergestellten Rohrs genau dem stabförmigen Kern und braucht deshalb im allgemeinen nicht mehr nachgearbeitet zu werden, während die Außenseite des hergestellten Rohrs wegen der ungenauen Form des Schlauchs gewöhnlich nachgearbeitet werden muß. Here, the inside of the pipe produced exactly corresponds to the rod-shaped core and therefore no longer needs to be reworked in general, while the outside of the pipe produced usually needs to be reworked because of inaccurate shape of the tube. Der entstandene Rohling wird nach dem Stand der Technik nach Entfernen des Kerns in üblicher Weise gesintert. The resulting green body is sintered in the prior art for removing the core in a conventional manner.
  • Auch beim Spritzguß und beim Schlickerguß wird dieses Verfahren mit eingelegtem, vor dem Sintern entfernten Kern angewendet. Also in injection molding and slip casting when this method is used with an inserted, removed before the sintering the core. Nachteilig sind dabei Abweichungen im Sinterschrumpf, den man nicht zuverlässig berücksichtigen kann, und Abweichungen der Gründichte. Disadvantages are differences in sintering shrinkage, which can not be considered reliable, and deviations in the green density. Auch durch unvermeidbare Temperaturschwankungen beim Sintern und ähnliche Einflüsse wird die Maßhaltigkeit des Grünlinas beeinträchtigt, so daß häufig Nacharbeit erforderlich ist. Also, due to unavoidable variations in temperature during sintering and similar influences the dimensional accuracy of the green Lina is impaired, so that frequently rework is required.
  • Erfindungsaufgabe ist, ein Verfahren zum Herstellen von Sinterteilen mit genauen Abmessungen anzugeben, so daß möglichst keine Nacharbeit mehr nötig ist. Invention The object is to provide a process for producing sintered parts with precise dimensions, so that if possible no rework is necessary.
  • Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved with the characterizing features of claim 1. Der Kern durchläuft mit der zu sinternden Masse den ganzen Sinterprozeß, wird also erst nach dem Sintern entfernt; The nucleus does the whole sintering process with the mass to be sintered, is thus removed after sintering; er erleidet während des Sinterns keine merkriliche plastische Verformung. he suffers no merkriliche plastic deformation during sintering. Beim Sintern legt sich die Sintermasse genau an den Kern an. During sintering, the sintered mass defines exactly to the core. An den Innenabmessungen können keine nennenswerten Maßabweichungen durch die eingangs beschriebenen Erscheinungen auftreten. On the inner dimensions no significant deviations may occur due to the initially described phenomena. Auch die Maßhaltigkeit der Außenabmessungen wird gegenüber dem bekannten Verfahren erheblich verbessert, und zwar umso mehr, je geringer die Wandstärke im Vergleich zum Kerndurchmesser ist. Also, the dimensional accuracy of the external dimensions is compared with the known method considerably improved, and the more so the smaller the wall thickness is compared with the core diameter.
  • Beim Abkühlen von der Sintertemperatur dürfen zwischen Kern und Sinterteil durch unterschiedliches Schrumpfen keine so hohen Spannungen auftreten, daß das Sinterteil Schaden leitet. During cooling from the sintering temperature may not have such high voltages may occur between the core and sintered part by differential shrinkage that the sintered part passes damage. Das wird nach weiteren kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, daß ein Kernmaterial verwendet wird, dessen Wärmedehnungsbeiwert entweder größer als der oder wenigstens gleich dem Wärmedehnungsbeiwert der Sintermasse ist oder auch nur geringfügig kleiner als der Wärmedehnungsbeiwert der Sintermasse ist; This is achieved according to another characterizing features of claim 1 so that a core material is used whose Wärmedehnungsbeiwert is either greater than or at least equal to Wärmedehnungsbeiwert the sintered mass, or even slightly less than the Wärmedehnungsbeiwert the sintered mass; im letzteren Fall muß je nach Wandstärke und Kerndicke der Elastizitätsmodul des Kernmaterials besonders niedrig sein, um keine zu großen Schrumpfspannungen zu erhalten. in the latter case the core material must be particularly low, depending on the wall thickness and core thickness, the elastic modulus to obtain no large shrinkage stresses.
  • Zur Entfernung des Kerns sind verschiedene Wege möglich: To remove the core different paths are possible:
    • Wenn die Wärmedehnung des Kerns wesentlich größer als die des Sinterteils ist, lockert sich der Kern beim Abkühlen durch Schrumpfen und ist somit leicht zu entfernen. When the thermal expansion of the core is substantially greater than that of the sintered compact, the core loosens upon cooling by shrinking and is thus easy to remove.
  • Wenn die Wärmedehnung des Kerns kleiner als die oder gleich der Wärmedehnung des Sinterteils ist, sitzt dieses in der Art eines Schrumpfsitzes auf dem Kern. When the thermal expansion of the core is smaller than or equal to the thermal expansion of the sintered compact, that sits in the way of a shrinkage fit on the core. Dieser kann dann durch chemische Reaktionen, wie z. This can then by chemical reactions such. B. Verbrennen oder Auflösen in einem Lösungsmittel, in Säuren oder Basen, entfernt werden. B. burning or dissolution in a solvent, in acids or bases can be removed.
  • Schließlich kann der Kern so aus Einzelteilen zusammen q e-setzt werden, daß diese trotz Schrumpfspannung nacheinander entfernt werden können, gegebenenfalls unter Zerstörung eines ersten Kernteils. Finally, the core may be assembled q-e is that they can be removed one after another in spite of shrink tension, optionally with the destruction of a first core part so from individual parts.
  • Um die Entfernbarkeit des Kerns nicht zu erschweren und die Eigenschaften des Sinterteils nicht zu beeinträchtioen, dürfen Kern und Sinterteil nicht wesentlich chemisch miteinander reagieren; In order not to complicate the removability of the core and not beeinträchtioen the properties of the sintered compact, core and sintered part must not react chemically with one another considerably; das Kernmaterial wird gemäß Anspruch 2 dementsprechend ausgewählt. the core material is selected accordingly in accordance with claim. 2
  • Gemäß Anspruch 3 haben sich folgende drei Werkstoffkombinationen bewährt: According to claim 3, the following three combinations of materials have proven:
    • a) für das Sinterteil Siliziumcarbid; a) for the silicon carbide sintered part; für den Kern Graphit mit einem Ausdehnungsbeiwert bis 5.10 -6 1/°C, ferner Aluminiumnitrid, Bornitrid und Borcarbid; for the core graphite having a Ausdehnungsbeiwert to 5.10 -6 1 / ° C, further aluminum nitride, boron nitride and boron carbide; oder or
    • b) für das Sinterteil Siliziumnitrid; b) for the silicon nitride sintered part; für den Kern Graphit wieder wie oben, ferner Bornitrid und Borcarbid; for the core graphite again as above, further boron nitride and boron carbide; oder auch or
    • c) für das Sinterteil Stähle, Ni-Basis-Legierungen oder Titanlegierun g en; c) for the sintered part steels, Ni-based alloys or Titanlegierun g en; für den Kern Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Titanoxyd Siliziumnitrid und Siliziumcarbid. for the core aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, silicon nitride and silicon carbide.
  • Der beim Sinterprozeß in der Form verbleibende Kern kann auf verschiedene Weise in die Form eingebracht werden, nämlich als Einleqekern bei der Spritzguß- oder Schlickergußherstellung oder auch dadurch, daß er beim isostatischen Preßvorgang mit dem Sinterpulver umpreßt wird (Ansprüche 4 und 5). The remaining in the mold during the sintering process core may be introduced in various ways into the mold, namely as Einleqekern in the injection molding or Schlickergußherstellung or in that it is pressed around in isostatic pressing to the sintered powder (claims 4 and 5).
  • Es können dabei auch Kerne mit Hinterschneidunqen verwendet werden; They can also be used with cores are Hinterschneidunqen; die Einzelteile werden dann getrennt voneinander hergestellt und anschließend zusammengesteckt; the individual parts are then manufactured separately and then put together; dabei kann ein entsprechender Zwischenspalt vorgesehen werden, wodurch auch eine größere Wärmedehnung des Kerns gegenüber dem Sinterteil beherrscht wird. thereby, a corresponding intermediate gap may be provided whereby a greater thermal expansion of the core is controlled with respect to the sintered part.
  • Um das Entfernen des Kerns zu erleichtern, kann auf diesen eine pulverige Trennschicht aus mit dem Sintermaterial verträglichem Stoff aufgesprüht oder durch Tauchen in einer pulverhaltigen Flüssigkeit aufgebracht werden; In order to facilitate removal of the core can be prepared from this a powdery separating layer sprayed with the sintered material acceptable material or be applied by dipping into a powder-containing liquid; die erprobten Trennstoffe, wie Graphit, Bornitrid, Borcarbid, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd oder Titanoxyd werden mit Rücksicht auf die gegenseitige chemische Verträglichkeit ausgesucht. the tested release agents, such as graphite, boron nitride, boron carbide, aluminum oxide, magnesium oxide or titanium oxide are selected in consideration of the mutual chemical compatibility.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt Brennkammern und deren Einlaufkonen aus SiC und Si 3 N 4' Wärmetauscherelemente aus SiC und Si 3 N 4 sowie sonstige Hohlteile aller Art, wie Rohre oder Behälter, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, hergestellt. In the novel process the combustion chambers and the inlet cones of SiC and Si 3 N 4 are preferred 'heat exchanger elements of SiC and Si 3 N 4 and other hollow parts of all kinds, such as pipes or containers which are subjected to high temperatures produced.

Claims (6)

  1. 1. Verfahren zum Herstellen von Sinterteilen großer Genauigkeit unter Verwendung einer Form und eines eingelegten Kerns, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern innerhalb der mit der zu sinternden Masse gefüllten Form den ganzen Sinterprozeß durchläuft, demnach erst nach dem Sintern entfernt wird, wobei ein Kernmaterial verwendet wird, dessen Wärmedehnungsbeiwert entweder 1. A process for producing sintered parts a high accuracy by using a mold and an inserted core, characterized in that the core passes through inside the container filled with the sinterable mass form the whole sintering process is thus removed until after sintering, wherein a core material is used is either the Wärmedehnungsbeiwert
    a) größer als der oder gleich dem Wärmedehnungsbeiwert des Sintermaterials oder a) greater than or equal to the Wärmedehnungsbeiwert of the sintered material or
    b) nur geringfügig kleiner als der Wärmedehnungsbeiwert des Sintermaterials ist, wobei hier der Elastizitätsmodul des Kernmaterials besonders niedrig ist. b) is only slightly smaller than the Wärmedehnungsbeiwert of the sintered material, in which case the modulus of elasticity of the core material is particularly low.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Kernmaterials, das mit dem Werkstoff des Sinterteils nicht oder nur wenig chemisch reagiert. 2. The method according to claim 1, characterized by the use of a core material which does not or chemically reacts with the material of the sintered compact little.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wahlweise Verwendung folgender Werkstoffkombinationen: 3. The method of claim 1 or 2, characterized by selective use of the following material combinations:
    a) für das Sinterteil Siliziumcarbid; a) for the silicon carbide sintered part; für den Kern Graphit mit einem Ausdehnunasbeiwert bis 5 10 -6 1/°C, ferner Aluminiumnitrid, Bornitrid und Borcarbid. for the core graphite having a Ausdehnunasbeiwert to 5 10 -6 1 / ° C, further aluminum nitride, boron nitride and boron carbide.
    b) für das Sinterteil Siliziumnitrid; b) for the silicon nitride sintered part; für den Kern Graphit wie oben, Bornitrid und Borcarbid. for the core graphite as above, boron nitride and boron carbide.
    c) für das Sinterteil Stähle, Ni-Basis-Legierungen oder Ti-Legierunqen; c) for the sintered part steels, Ni-based alloys or Ti-Legierunqen; für den Kern Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Titanoxyd, Siliziumnitrid und Siliziumkarbid. for the core aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, silicon nitride and silicon carbide.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Verwendung eines beim Sinterprozeß in der Form verbleibenden Einlegekerns bei der Spritzguß-oder Schlickergußherstellung. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized by using a during the sintering process in the form of remaining insert core in the injection molding or Schlickergußherstellung.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern beim isostatischen Preßvorgang mit dem Sinterpulver umpreßt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the core during the isostatic pressing to the sintered powder is pressed around.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kern eine pulverige Trennschicht aus mit Sintermaterial und Kern verträglichem Stoff, wie z. 6. A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that on the core a powdery separating layer consists of sintered material and nuclear acceptable material, such. B. Graphit, Magnesiumoxyd, Titanoxyd, Aluminiumoxyd, Bornitrid oder Borcarbid aufgesprüht oder durch Tauchen in einer entsprechend pulverhaltigen Flüssigkeit aufgebracht wird. As graphite, magnesium oxide, titanium oxide, aluminum oxide, boron nitride or boron carbide is sprayed on or applied by immersion in a suitably powder-containing liquid.
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18D Deemed to be withdrawn

Effective date: 19840208

RIN1 Inventor (correction)

Inventor name: ANDREES, GERHARD

Inventor name: HUETHER, WERNER, DR.-ING.