FI97452B - Kappaleen valmistus - Google Patents

Description

97452

KAPPALEEN VALMISTUS TEKNIIKAN ALA

Keksintö liittyy kappaleiden valmistukseen joissa on ren-5 gasmainen tai vastaavanlainen kulumiselle altis pinta. Täl laisia kappaleita voivat olla esim. tiivisteet, laakerit ja holkit.

TEKNIIKAN TAUSTA

10 Monien koneenosien, kuten esimerkiksi venttiilien tiivis teiden täytyy usein kestää voimakasta korroosio-, eroosio-tai abraasiokulutusta. Usein kulutusrasitukset ovat myös erilaiset osan eri alueilla. Esimerkiksi tiivisteissä kulutuskestävyyttä vaaditaan erityisesti tiivistyspinnalla. Kulutus-15 kestävät materiaalit, kuten esimerkiksi kobolttipohjäiset su-perseokset ovat yleensä hyvin kalliita tavanomaisiin materiaaleihin verrattuna.

Jos käytetään perinteisiä valmistustekniikoita, joudutaan yleensä koko osa valmistamaan samasta materiaalista.

20 Kulutuspintoja on myös pinnoitettu erikoismateriaaleilla hitsaamalla tai termisesti ruiskuttamalla. Tällaisten pinnoitteiden ongelmana on usein huono kiinnipysyvyys ja epätasainen laatu. Tällaisesta pinnoituksesta aiheutuu myös mit-tamuutoksia. Lisäksi tietyn muotoisten kappaleiden, kuten 25 esimerkiksi ptkien hoikkien sisäpuolinen pinnoitus tällä ta voin voi olla hyvin vaikeaa.

KEKSINNÖN KUVAUS Yleinen kuvaus 30 Nyt on keksitty patenttivaatimuksen 1 mukainen kappaleen valmistusmenetelmä. Keksinnön eräitä edullisia sovellutuksia esitetään muissa vaatimuksissa.

Menetelmässä valmistetaan ensin sylinterimäinen aihiotan-ko, jossa poikkipinnan kulumispintaa vastaava alue, esimer-35 kiksi tiivistyspinta, on tangon muusta materiaalista poik keavaa materiaalia. Kangesta katkaistaan sitten tarvittavan paksuinen aihio ja muodostetaan siitä haluttu kappale esimerkiksi koneistamalla siten että kulumiskestävä materiaali sijoittuu kriittiselle alueelle.

97452 2 Näin kulumiskestävän erikoismateriaalin käyttö rajoittuu vain osalle kappaleen poikkipinnasta ja muissa osissa voidaan käyttää tavanomaista runkomateriaalia. Hitsaus tai ruiskutus-pinnoitukseen verrattuna on etuna helpompi valmistus ja ta-5 saisempi pinnan laatu. Lisäksi voidaan käyttää sellaisiakin erikoismateriaaleja, joita ei voida hitsata.

Runkomateriaalina käytetään rautavaltaista seosta (rautaa yli 40 p-%). Siinä voi olla lujuuden, korroosionkestävyyden, mikrorakenteen tai muiden ominaisuuksien säätämiseksi seos-10 aineina mm. kromia, nikkeliä, molybdeeniä, kuparia ja typpeä.

Kulumispinnan materiaalina käytetään nikkeli- tai kobolt-tivaltaista superseosta (nikkeliä tai kobolttia yli 40 p-%), metallimatriisikomposiittia, boorinitridiä tai grafiittia.

15 Yksityiskohtainen kuvaus

Menetelmän ensimmäisessä vaiheessa valmistetaan yhdistel-märakenteinen sylinterimäinen aihiokanki, jossa on kulumis-pintaa vastaavalla poikkipinnan osalla tangon muusta osasta poikkeavaa erikoismateriaalia. Tanko valmistetaan parhaiten 20 kuumaisostaattisella puristuksella. Voidaan myös menetellä siten, että valmistetaan ensin kuumaisostaattisella puristuksella yhdistelmärakenteinen tankoaihio, joka sitten muokataan esimerkiksi pursottamalla tai takomalla lopulliseen muotoon. Vaiheeseen liittyy tarvittaessa myös sopiva lämpökäsittely. 25 Kuumaisostaattisessa puristuksessa materiaalit liitetään toisiinsa siten, että niiden väliin imetään tyhjö joka suljetaan ja sen jälkeen kappaleet siirretään korkeaan lämpötilaan (esim. 1100 - 1200 °C) ja paineeseen (esim. 100 - 200 MPa) . Tällöin materiaalit liittyvät yhteen diffuusioliitok-30 sella. Yleensä ainakin toinen materiaali on ennen puristusta pulverimuodossa, ja se kiinteytyy puristuksessa tiiviiksi materiaaliksi. Grafiitti ja boorinitridi kiinteytyvät eri lämpötilassa kuin runkomateriaali, joten niitä käytettäessä eivät molemmat materiaalit voi olla puristuksessa pulverimuo-35 dossa.

Kulumispintamateriaalina käytetään erityisesti sellaista materiaalia, joka kestää hyvin myös sitä vasten painuvan tai sen pinnalla liukuvan metallipinnan aiheuttamaa kulumista. Tällaisia ovat esimerkiksi koboltti- tai nikkelipohjäiset su- 3 97452 perseokset tai sopivat epämetalliset materiaalit kuten boori-nitridi tai grafiitti.

Muissa osissa käytetään sopivaa rautavaltaista materiaalia, jolla on tarkoitukseen riittävän hyvät korroosio-, lu-5 juus- yms. ominaisuudet. Tällaisia ovat erityisesti ruostumattomat teräkset.

Materiaalien valinnassa tulee luonnollisesti ottaa huomioon niiden metallurginen yhteensopivuus siten, että ne tarttuvat toisiinsa riittävän hyvin ja että liitos myös kestää ίο käyttöolosuhteissa. Myös fysikaaliset ominaisuudet kuten lämpölaajeneminen on otettava huomioon.

Runkomateriaalin ominaisuudet voidaan säätää kuhunkin ma-teriaalipariin sopiviksi seostuksen avulla. Seostuksesta riippuen saada erityyppisiä mikrorakenteita (austeniittinen, 15 ferriittinen, austeniittis-ferriittinen), joilla on mm. erilaiset lämpölaajenemiskertoimet.

Myös valmistusparametrit tulee valita siten, että sekä yh-distelmärakenteen kaikille materiaaleille että niiden rajapinnoille saadaan halutut ominaisuudet. Tarvittaessa voidaan 20 käyttää sopivaa ohutta välikerrosta parantamaan rajapinnan ominaisuuksia, esimerkiksi tasaamaan lämpölaajenemiserojen aiheuttamia jännityksiä.

Menetelmän toisessa vaiheessa aihiokangesta leikataan poikittain sopivan paksuinen aihio, josta sitten kolmannessa 25 vaiheessa muodostetaan haluttu kappale. Kappale voidaan tehdä sopivalla tavalla työstämällä tai muovaamalla.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä tarvitaan erikoismateriaalia vain rajoitetulla alueella. Näin voidaan optimoida kappaleen ominaisuuksia kustannusten suhteen. Pinnoitukseen ver-30 rattuna saadaan tasaisempi pinnan laatu ja voidaan myös vapaammin valita käytettävät materiaalit.

Esimerkki

Piirustuksissa kuvio 1 esittää aihiotangon valmistusta 35 kuumaisostaattisella puristuksella, kuvio 2 tangosta katkais tusta palasta valmistettua tiivistettä ja kuvio 3 aihiotangon kuumapursotusta.

Kuvion 1 mukaisesti muodostetaan sopivasta levymäisestä materiaalista 1 kapseloimalla suljettu sylinteri 2, jonka 97452 4 seinässä on koaksiaalisesti kolme putkimaista kapselia 3, 4 ja 5. Kuhunkin kapseliin vie täyttöaukko, jonka kautta kapseli täytetään metallipulverilla. Sisäkapseliin 3 ja ulkokap-seliin 5 pannaan ruostumatonta terästä ja välikapseliin 4 5 erikoismateriaalia (esim. kobolttipohjäistä superseosta).

Täytettyihin kapseleihin imetään tyhjö, ja täyttöaukot suljetaan. Tämän jälkeen aihioon annetaan vaikuttaa inertissä faasissa korkean lämpötilan ja paineen, jolloin muodostuu kiinteä aihiosylinteri 6 (kuvio 3).

10 Aihiosylinteri 6 leikataan poikittain sopivan pituisiksi pätkiksi, joista kustakin voidaan työstää rengasmainen tiiviste 7, jonka kulumiskestävyyttä vaativa tiivistepinta 8 on ko. erikoismateriaalia.

Ennen kuin aihiosylinteri leikataan, voidaan se muovata 15 esimerkiksi kuumapursottamalla tai takomalla ohuemmaksi sylinteriksi 6' (kuvio 3).

' « I • «

Claims (3)

97452

1. Menetelmä tiiviste- tai laakerikappaleen (7) valmista miseksi, jossa kappaleessa on runko ja kulumispinta (8) , jonka materiaali on kulutusta kestävää materiaalia ja joka 5 muodostaa osan kappaleen pinnasta, jolloin - valmistetaan runkomateriaalista ja kulumispintamateri-aalista, joista ainakin toinen on pulverimuodossa, kuumaiso staattisella puristuksella aihiotanko (6), jossa on sylinte rin tai kahden tai useamman akseliltaan samansuuntaisen 10 sylinteripinnan rajaaman kappaleen muotoinen runkomateriaalia oleva runko-osa ja siinä kiinni kulumispintamateriaalia oleva runko-osan kanssa akseliltaan samansuuntainen, sylinterin tai kahden akseliltaan samansuuntaisen sylinteripinnan rajaaman kappaleen muotoinen kulumispintaosa (8), josta kangesta 15 akselin kautta poikittain leikkaamalla voidaan saada kappa-leaihio jossa on kulumispintaa vastaava pinta, - leikataan aihiokangesta kappaleaihio jossa on kulumispintaa vastaava pinta ja - muodostetaan aihiosta kappale (7), 20 tunnettu siitä, että - runko-osan materiaali on korroosiota kestävää rautaval täistä materiaalia, kuten ruostumatonta terästä; ja - kulumispinnan (8) materiaali on korroosiota kestävää materiaalia, kuten koboltti- tai nikkelipohjäistä materiaalia 25 tai boorinitridiä tai grafiittia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa kulumispinnan (8) materiaali on koboltti- tai nikkelipohjäistä materiaalia, tunnettu siitä, että kuumaisostaattisessa puristuksessa molemmat materiaalit ovat pulverimuodossa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että ainakin osa runko-osasta on rengasmaisen kulumispintaosan (8) ympäröimä. 97452