EP0217807A1 - Sinterverfahren. - Google Patents

Sinterverfahren.

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EP0217807A1
EP0217807A1 EP86901044A EP86901044A EP0217807A1 EP 0217807 A1 EP0217807 A1 EP 0217807A1 EP 86901044 A EP86901044 A EP 86901044A EP 86901044 A EP86901044 A EP 86901044A EP 0217807 A1 EP0217807 A1 EP 0217807A1
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EP
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intermetallic phases
master alloy
intermetallic
elements
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EP86901044A
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Werner Huther
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MTU Aero Engines GmbH
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/09—Mixtures of metallic powders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/047—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy comprising intermetallic compounds

Definitions

  • the invention relates to a method for producing complex shaped components from sinterable powder of intermetallic phases.
  • Intermetallic phases in particular Ti Al, Ti Al, Ni Ni, Ni Al, have a low specific weight and a high melting point. Materials on this basis are therefore of interest for use in thermally and mechanically highly stressed components, in particular in aircraft engines.
  • the materials have hitherto been produced by melt metallurgy or by reaction from the elements, ie. B. Al powder mixed with Ti powder and Nb powder and heated in a stamp press. When the chemical reaction begins, heat is generated and it is formed desired alloy. With this method it has so far not been possible to produce complicatedly shaped components in a simple manner.
  • the object of the invention is to provide a method which makes it possible to easily produce components from intermetallic phases which are of complex shape. This is solved by the features of claim 1.
  • the starting point is a pre-alloy of the intermetallic phase, which apart from inevitable impurities only contains it, e.g. E.g .: Ni, AI, Ni AI, Ti AI, Ti AI ,. This master alloy is melted.
  • the master alloy can be ground to a fine powder in a manner known per se (impact mill, ball mill, air jet mill) or atomized (as known per se, for example from DE-AS 22 22 830) .
  • This powder is now mixed with a powder of one or more other elements. It is desirable that these powders are finer than that of the intermetallic phase.
  • the prepared powder mixture can now, apart from a shrinkage of 10 to 20% (vol.), Be brought to the final shape using known methods:
  • Binder waxes, thermoplastics and / or thermosets CIP see e.g. B. DE 33 28 954 machining by grinding and polishing to final dimensions
  • Expelling binder as in a) lubricants such as stearins.
  • Injection molding on the machines customary for plastics for example with a heated screw conveyor and a mouthpiece or nozzle at the tip thereof, also injection molding, extrusion, extrusion.
  • Lubricants and binders are removed by heat treatment in a manner known per se (heat treatment under vacuum or intergas up to 600 ° C.).
  • the sintering takes place in the same atmosphere as the above heat treatment and under conditions known per se, in particular at temperatures above 900 C, but less than 95% of the melting temperature.
  • the sintering can also take place in several stages.
  • the elements that were added to increase the ductility also act as a sintering aid, so that at a temperature of 70 to 95% (wt.) Of the absolute Sintering can be carried out at the melting point of the intermetallic phase.
  • densities of 95 to 99% of the theoretical density are reached within 0.1 to 24 hours.
  • the parts can then be hot isostatically pressed in order to achieve practically 100% density.
  • HIP conditions are also known per se, pressures up to about 2500 bar (gas) and temperatures up to about 2000 ° C.
  • Turbine blades or wheels, turbochargers or other highly stressed parts hot, rotating "and / or chemically stressed), in particular of turbo machines.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

S i n t e r v e r f a h r e n
Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kompliziert geformten Bauteilen aus sinterfähigem Pulver von intermetallischen Phasen. Intermetallische Phasen, insbesondere Ti Al, Ti AI-,, Ni AI, Ni Al, weisen geringes spezifisches Gewicht und hohen Schmelzpunkt auf. Werk¬ stoffe auf dieser Basis sind daher für den Einsatz in thermis und mechanisch hoch belasteten Bauteilen, insbesondere in Flugtriebwerken, interessant.
Stand der Technik:
Die Problematik dieser Werkstoffe liegt in ihrer Sprödig- keit. Seit einiger Zeit sind Verfahren bekannt, um die Duktilität der intermetallischen Phasen zu steigern. Dies geschieht durch Zulegieren eines weiteren Elements, z. B. von B in Ni AI oder von Nb in Ti AI, .
Die Werkstoffe werden bisher schmelzmetallurgisch oder durch Reaktion aus den Elementen hergestellt, d. h. es wird z. B. Al-Pulver mit Ti-Pulver und Nb-Pulver gemischt und in einer Stempelpresse erhitzt. Bei der einsetzenden chemischen Reaktion entsteht Wärme und es bildet sich die gewünschte Legierung. Mit diesem Verfahren ist es bisher nicht möglich, auf einfache Weise kompliziert geformte Bauteile herzustellen.
Darstellung der Erfindung:
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das es gestattet, auf einfache Weise Bauteile aus inter¬ metallischen Phasen herzustellen, die kompliziert geformt sind. Gelöst wird diese durch die _*ferkmale des Anspruchs 1.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung: Ausgegangen wird von einer Vorlegierung der inter¬ metallischen Phase, die abgesehen von unvermeidlichen Verunreinigungen nur diese enthält, z. B.: Ni-, AI, Ni AI, Ti AI, Ti AI,. Diese Vorlegierung wird erschmolzen.
Wegen der Sprödigkeit der intermetallischen Phasen läßt sich die Vorlegierung in an sich bekannter Weise zu einem feinen Pulver aufmahlen (Prallmühle, Kugelmühle, Luft- strahlmühle) oder verdüsen (wie an sich bekannt, z. B. aus der DE-AS 22 22 830) .
Korngrößenbereich:
0,5 um bis 50 ιιm,spez. Oberfläche 1m 2/g bis 25 m2/g
2
Bevorzugt: 3bis 5 m /g (BET-Oberflache)
Dieses Pulver wird nun mit einem Pulver von einem oder mehreren weiteren Elementen vermischt. Dabei ist es wünschenswert, daß diese Pulver feiner sind als das der intermetallischen Phase.
Als weitere Elemente werden solche verwendet, die eine Zunahme der Duktilität der intermetallischen Phase be¬ wirken (z. B. B für Ni AI, Nb für Ti AI-, mit einem Anteil von 0,5 bis 10 Gew. %) .
Die aufbereitete Pulvermischung kann nun, abgesehen von einem Schrumpfmaß von 10 bis 20 % (Vol.) mit bekannten Methoden auf die Endform gebracht werden:
a) Versehen mit einem Bindemittel, kaltisostatisches (CIP) Pressen, Bearbeiten im Grünzustand
Bindemittel: Wachse, Thermoplaste und/oder Duroplaste CIP siehe z. B. DE 33 28 954 Bearbeiten durch Schleifen und Polieren auf Endmaße
b) Aufbereiten einer spritzgußfähigen Masse mit Hilfe von Gleit- und Bindemitteln, kunststofftechnologisches Spritzgießen.
Austreibbares Bindemittel wie in a) Gleitmittel wie Stearine.
Spritzgießen auf den für Kunststoffe üblichen Maschinen (z. B. mit beheizbarer Förderschnecke und Mundstück bzw. Düse an deren Spitze) , auch Spritzpressen, Strang¬ pressen, Extrudieren.
Dabei werden Gleit- und Bindemittel durch eine Wärmebehand¬ lung in an sich bekannter Weise entfernt (Wärmebehandlung unter Vakuum oder Intergas bis 600 C) . Das Sintern er¬ folgt in der gleichen Atmosphäre wie die vorstehende Wärme¬ behandlung und unter an sich bekannten Bedingungen, ins¬ besondere bei Temperaturen über 900 C, jedoch kleiner als 95 % der Schmelztemperatur. Das Sintern kann auch mehr¬ stufig erfolgen.
Die Elemente, die zur Steigerung der Duktilität zugegeben wurden, wirken zugleich als Sinterhilfe, so daß sich bei einer Temperatur von 70 bis 95 % (Gew.) des absoluten Schmelzpunktes der intermetallischen Phase eine Sinterung durchführen läßt. Hierbei werden Dichten von 95 bis 99 % der theoretischen Dichte innerhalb von 0,1 bis 24 h er¬ reicht.
Anschließend können die Teile noch heißisostatisch ge¬ preßt werden, um praktisch 100 % Dichte zu erzielen. Die¬ se HIP-3edingungen sind ebenfalls an sich bekannt, Drücke bis etwa 2500 bar (Gas) und Temperaturen bis etwa 2000 °C.
Gewerbliche Anwendbarkeit:
Turbinenschaufeln oder -räder, Turbo-Lader oder andere hochbeanspruchte Teile (heiß, rotierend„und/oder chemisch beansprucht) , insbesondere von Strömungsmaschinen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zur Herstellung von kompliziert geformten
Bauteilen aus sinterfähigem Pulver von intermetallischen Phasen, gekennzeichnet durch
a) Verschmelzen einer Vorlegierung der intermetallischen Phasen,
b) Zerkleinern der Vorlegierung zu einem feinen Pulver
c) Mischen mit einem oder mehreren Zusätzen zum
d) Sintern bei einer Temperatur von 70 bis 95 % des absoluten Schmelzpunktes der intermetallischen Phase
e) zu einem gegebenenfalls nachpreßbaren Bauteil ge- steigerter Duktilität und einer Dichte von größer als 95 % der theoretischen Dichte.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial eine Vorleσierung der intermetallischen Phasen erschmolzen wird, diese Vorlegierung zu einem feinen Pulver zerkleinert, insbesondere vermählen oder verdüst wird, das Pulver mit einem oder mehreren Elementen (Zusätzen) ver¬ mischt und weiter verarbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse kaltisostatisch (CIP) gepreßt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse im Spritzgußverfahren verarbeitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch anschließendes Wärmebehandeln und/oder heißisostatisches (HIP) Pressen.
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