FR2504425A1 - Sintered metal parts prodn. - by pressing mixt. of metal powder and binder in die contg. holes, so binder is forced through holes to leave metal compact which is sintered - Google Patents
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Abstract
Description
Procede de fabrication d'une pièce en metal fritté à partir d'un mélange pâteux moule, et moule pour la mise en oeuvre du procedé. Method for manufacturing a sintered metal part from a pasty mold mixture, and mold for implementing the method.
L'invention est relative a un procédé de fabrication d'une piece en métal fritte à partir d'un mélange pâteux moulé, au mélange pâteux et au moule pour la mise en oeuvre de ce procede. The invention relates to a process for manufacturing a sintered metal part from a molded pasty mixture, to the pasty mixture and to the mold for the implementation of this process.
La fabrication de pièces en métal fritté nécessite, avant frittage, l'élaboration d'ébauches de compact obtenues par pressage à très hautes pressions de poudres metalliques dans un moule. Ces techniques ne permettent en général d'élaborer que des ebauches de compact de forme régulière et stylisée ou fonctionnelle. The production of sintered metal parts requires, before sintering, the development of compact blanks obtained by pressing at very high pressures of metallic powders in a mold. These techniques generally make it possible to develop only compact blanks of regular and stylized or functional form.
L'élaboration d'ébauches de compact de forme compliquee notamment en vue soit d'un effet décoratif soit de recherche de précision de reproduction de forme a été proposée à partir de melanges pâteux constitues par la poudre métallique et par un liant et ont été décrits notamment dans la demande de brevet français numéro 2 390 230, le brevet americain 4 113 480, le brevet britannique 1 516 079, et le brevet allemand 1 533 035. Dans les documents précités l'élaboration d'une ebauche de compact est proposée par la mise en oeuvre des-techniques d'injection ou d'extrusion du mélange pâteux précite.Toutefois, l'opération de frittage de l'ébauche de compact nécessite que celleci soit totalement libérée du liant qui a permis sa réalisation afin que le processus de frittage permette d'obtenir des pièces de compacité et de degré de cohésion suffisants. Le liant qui, afin d'assurer les opérations convenables d'injection ou d'extrusion, doit être ajou té en quantité importante a la poudre métallique doit au contraire être évacué au maximum avant frittage, operation qui a pour effet de produire une ébauche de compact fragile, friable et de compacité insuffisante. Dans les documents cités, l'évacuation du liant est assure par chauffage de l'ébauche de compact auprès pressage, ce qui ne resoud pas de manière satisfaisante le problème de la compacité et de la cohésion de celle-ci avant le frittage. The development of compact form compacts in particular for either a decorative effect or seeking precision in shape reproduction has been proposed from pasty mixtures constituted by the metal powder and by a binder and have been described. in particular in the French patent application number 2 390 230, the American patent 4 113 480, the British patent 1 516 079, and the German patent 1 533 035. In the aforementioned documents, the drafting of a compact is proposed by the implementation of the techniques of injection or extrusion of the aforementioned pasty mixture. However, the sintering operation of the compact blank requires that it be completely freed from the binder which has enabled its realization so that the process of sintering makes it possible to obtain pieces of compactness and of sufficient degree of cohesion. The binder which, in order to ensure the proper operations of injection or extrusion, must be added in large quantity to the metal powder must on the contrary be removed as much as possible before sintering, an operation which has the effect of producing a blank of compact fragile, brittle and insufficiently compact. In the documents cited, the evacuation of the binder is ensured by heating the blank of compact with pressing, which does not solve satisfactorily the problem of compactness and cohesion thereof before sintering.
L'invention a pour but de remédier a l'inconvénient précité. The object of the invention is to remedy the aforementioned drawback.
- Un objet de la présente invention est un procédé et un dispo
sitif de fabrication d'une piece en métal fritté à partir d'un
mélange pâteux moulé dans lequel la majeure partie du liant
est évacuée mecaniquement au cours de l'élaboration de l'ébau
che de compact.- An object of the present invention is a method and a dispo
sitive of manufacturing a piece of sintered metal from a
molded pasty mixture in which most of the binder
is evacuated mechanically during the drafting process
che of compact.
- Un autre objet de la présente invention est un procède et un
dispositif permettant l'élaboration, par la technique du mou
lage, d'ébauches de compact de grande cohésion et de grande
compacité en vue d'un frittage comparable à celui des techni
ques de frittage classiques.- Another object of the present invention is a method and a
device allowing the development, by the slack technique
lage, compact blanks of great cohesion and great
compactness for sintering comparable to that of techni
conventional sintering ques.
- Un autre objet de la présente invention est un procédé et un
dispositif permettant une recuperation du liant utilisé pour
le moulage de l'ébauche de compact.- Another object of the present invention is a method and a
device allowing recovery of the binder used for
molding of the compact blank.
- Un autre objet de la présente invention est un procéde et un
dispositif permettant, sans inconvénient pour la qualité de
l'ébauche de compact, d'utiliser de grandes quantités de liant
par rapport au métal en vue de faciliter le moulage par injec
tion ou extrusion dans des conditions ordinaires de températu
re et de pression.- Another object of the present invention is a method and a
device allowing, without disadvantage for the quality of
draft compact, use large amounts of binder
compared to metal to facilitate injection molding
tion or extrusion under ordinary temperature conditions
re and pressure.
Le procédé, le dispositif et les moyens de mise en oeuvre de l'invention sont définis respectivement par les revendications principales actuelles du jeu de revendications. The method, the device and the means for implementing the invention are defined respectively by the current main claims of the set of claims.
Le procéde, le dispositif et les moyens de mise en oeuvre de l'invention peuvent être utilisés pour la fabrication de pièces métalliques frittees, notamment en acier inoxydable, pour lesquelles les techniques habituelles de frittage sont particulièrement difficiles à mettre en oeuvre. Ces pièces peuvent avantageusement être pourvues d'une forme complexe à vocation fonctionnelle ou ornementale comme les boîtes de montres ou les pièces métalliques à faible usure. The method, the device and the means of implementing the invention can be used for the manufacture of sintered metal parts, in particular stainless steel, for which the usual sintering techniques are particularly difficult to implement. These parts can advantageously be provided with a complex shape with a functional or ornamental vocation such as watch cases or low-wear metal parts.
D'autres caractéristiques et particularités de l'invention apparaîtront dans la description et les dessins ci-apres dans lesquels:
- la figure 1 represente schématiquement en a bX cX d)les diffé
rentes étapes du procédé selon l'invention;
- la figure 2 représente une variante de réalisation du procéde
tel que schématisé figure 1;
- la figure 3 représente une autre variante de réalisation du
procede;
- les figures 4 et 5 représentent un détail de realisation du
procedé conformement à l'invention;
- la figure 6 représente un mode de réalisation avantageux d'un
moule permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.Other characteristics and particularities of the invention will appear in the description and the drawings below in which:
- Figure 1 shows schematically in a bX cX d) the diffe
annuity steps of the method according to the invention;
- Figure 2 shows an alternative embodiment of the method
as shown schematically in Figure 1;
- Figure 3 shows another alternative embodiment of the
process;
- Figures 4 and 5 show a detail of realization of
proceeded in accordance with the invention;
- Figure 6 shows an advantageous embodiment of a
mold allowing the implementation of the method according to the invention.
Selon la figure 1, le procedé tel que représenté en a) consiste à mélanger le metal M sous forme de poudre avec un liant plastique L pour former un mélange pâteux Par liant plastique on entend liant malléable et deformable. Un agitateur A représente en a) permet d'obtenir une bonne homogénéité du mélange. L'agitateur peut être de pre- férence constitué par un dispositif à ultrasons. Le mélange pâteux P ainsi que représenté en b) est placé dans un moule 1 comprenant au moins une ouverture 10 dont l'une des dimensions de la section est au moins du même ordre de grandeur que la dimension des grains formant la poudre de metal.Ainsi que représente en c) le mélange pâteux est soumis une temperature T1 et à une pression P permettant d'evacuer la majeure partie du liant L au travers des ouvertures du moule 10. La proportion de poudre métallique dans le melange est ainsi augmentée de maniere à former ainsi une ébauche de compact de grande cohésion et de grande compacite en raison de l'évacuation du liant sous l'influence de la pression de compactage P. Ainsi que représenté par la suite en d), l'ébauche de compact 2 est soumise a un frittage dans une enceinte thermique 3 sous atmosphère reductrice à température T2 supérieure à 9000 C. L'atmosphère réductrice peut être établie par admission dans l'enceinte thermique d'un melange azote hydrogène N2 , H2 obtenu par exemple par crackage d'ammoniac 2NH3
According to Figure 1, the method as shown in a) consists of mixing the metal M in powder form with a plastic binder L to form a pasty mixture. By plastic binder is meant malleable and deformable binder. A stirrer A represents in a) provides good homogeneity of the mixture. The agitator may preferably be constituted by an ultrasonic device. The pasty mixture P as shown in b) is placed in a mold 1 comprising at least one opening 10, one of the dimensions of the section of which is at least of the same order of magnitude as the dimension of the grains forming the metal powder. As shown in c) the pasty mixture is subjected to a temperature T1 and to a pressure P making it possible to evacuate most of the binder L through the openings of the mold 10. The proportion of metallic powder in the mixture is thus increased in a manner thus forming a compact blank of great cohesion and great compactness due to the evacuation of the binder under the influence of the compacting pressure P. As shown below in d), the compact blank 2 is subjected to sintering in a thermal enclosure 3 under a reducing atmosphere at temperature T2 greater than 9000 C. The reducing atmosphere can be established by admission into the thermal enclosure of a hydrogen nitrogen mixture N2, H2 obtained for example by ammonia cracking 2NH3
N2 + 3H2
Conformément au mode de realisation de la figure 2, la mise en place du mélange dans le moule 1 est effectuée par injection. Le moule comporte une buse d'injection 11 par laquelle le mélange pâteux, qui se trouve à température ambiante, est introduit dans le moule 1 chauffé à une température comprise entre 1300C et 1800C sous l'effet d'une pression de quelques kilogrammes par centimètre carré. L'admission du mélange pâteux par injection permet la réalisation du procedé au stade industriel. N2 + 3H2
According to the embodiment of Figure 2, the establishment of the mixture in the mold 1 is performed by injection. The mold has an injection nozzle 11 through which the pasty mixture, which is at room temperature, is introduced into the mold 1 heated to a temperature between 1300C and 1800C under the effect of a pressure of a few kilograms per centimeter square. The admission of the pasty mixture by injection allows the process to be carried out at the industrial stage.
Dans ce cas la pression de compactage P peut être exercée mécaniquement au moyen d'une presse habituellement utilisée dans la technique du frittage des poudres ainsi que représenté schématiquement figure l c. In this case the compacting pressure P can be exerted mechanically by means of a press usually used in the technique of sintering powders as shown schematically in FIG. 1 c.
La pression de compactage P ainsi que représenté schematiquement figure 2 peut également dans ce cas être exercée hydrauliquement par accroissement de la pression d'injection au moyen du compresseur d'injection, non représenté figure 2 pour raison de clarté, jusqu'aux valeurs préconisées de pression de compactage de plusieurs tonnes par centimètre carré. Sur la figure 2, l'accroissement de pression P est symbolisé par la flèche ascendante, la double flèche symbolisant le flux du mélange pâteux. Ce dernier mode operatoire est particulierement avantageux car il permet d'assurer le compactage de l'ébauche de compact à volume constant ce qui permet la mise en oeuvre d'ébauches de compact de dimensionnement de précision. The compaction pressure P as shown diagrammatically in FIG. 2 can also in this case be exerted hydraulically by increasing the injection pressure by means of the injection compressor, not shown in FIG. 2 for reasons of clarity, up to the recommended values of compaction pressure of several tonnes per square centimeter. In FIG. 2, the increase in pressure P is symbolized by the upward arrow, the double arrow symbolizing the flow of the pasty mixture. This latter operating mode is particularly advantageous since it makes it possible to compact the compact blank at constant volume, which allows the implementation of compact compact sizing with precision.
Selon une variante de realisation represente figure 3, le mélange est mis en place dans le moule sous forme d'un lingot pâteux 4. Le lingot pâteux 4 est par exemple de forme oblongue ou cylindrique, forme adaptée à la matrice 51 de la piece à produire, et son volume est supérieur à celui de la pièce terminée. Sur la. figure 3,la matrice 51 et la pièce terminée, sont réputées avoir de maniere non limitative la forme d'une éprouvette. Quel que soit le mode de mise en place du melange pâteux dans le moule, le mélange est soumis dans le moule à une température T1 comprise entre 1500 C et 2500 C en vue de fluidifier au maximum le liant pour son évacuation.Le melange pâteux est en outre soumis à une pression P comprise entre 1 et 2 tonnes par centi mètre carre permettant simultanement l'évacuation de la quasi totalite du liant L au travers de l'interstice compris entre les deux parties du moule et le compactage et la cohésion de l'ébauche. de l'utilisation du liant. According to an alternative embodiment represented in FIG. 3, the mixture is placed in the mold in the form of a pasty ingot 4. The pasty ingot 4 is for example of oblong or cylindrical shape, shape adapted to the matrix 51 of the part to be produce, and its volume is greater than that of the finished part. On the. Figure 3, the matrix 51 and the finished part, are deemed to have in a nonlimiting manner the shape of a test piece. Whatever the method of placing the pasty mixture in the mold, the mixture is subjected in the mold to a temperature T1 of between 1500 ° C. and 2500 ° C. in order to make the binder as fluid as possible for its evacuation. in addition subjected to a pressure P of between 1 and 2 tonnes per hundred square meter simultaneously allowing the evacuation of almost all of the binder L through the gap between the two parts of the mold and the compaction and cohesion of the 'draft. the use of the binder.
Dans le cas de la mise en place du mélange pâteux dans le moule sous forme d'un lingot, pression de compactage P est assurée mécaniquement au moyen d'une presse agissant sur un élement mobile 52 complément de la matrice 51. In the case of placing the pasty mixture in the mold in the form of an ingot, compaction pressure P is ensured mechanically by means of a press acting on a movable element 52 complementing the matrix 51.
Ainsi que représente figure 4, la phase permettant d'evacuer la majeure partie du liant, préalablement au frittage, est complétée par un chauffage doux de l'ébauche de compact en atmosphère réductrice. Cette étape supplementaire,bien que non indispensable,permet d'assurer le retrait du liant résiduel de l'ébauche de compact. L'ebauche de compact est placée dans l'enceinte. thermique 3 en atmosphère reductrice d'hydrogène à une température comprise entre 2500 C et 4800 C pendant quelques minutes. As shown in Figure 4, the phase for removing most of the binder, prior to sintering, is completed by gentle heating of the compact blank in a reducing atmosphere. This additional step, although not essential, ensures the removal of the residual binder from the compact blank. The compact blank is placed in the enclosure. thermal 3 in a hydrogen reducing atmosphere at a temperature between 2500 C and 4800 C for a few minutes.
Le frittage est alors effectuée à temperature superieure à 9000 C, la température maximale etant voisine de 14000 C en atmosphère d'azote et d'hydrogène par exemple. Le frittage est par exemple effectué par croissance régulière de la temperature jusqu'à la température maximale TM, maintenue pendant une durée T, ainsi que représenté figure 5, puis décroissance régulière de la température de même durée. La croissance, le maintien et la décroissance de température ont une valeur T égale à 2 heures à titre d'exemple. Le chauffage doux de l'ébauche de compact permettant d'assurer le retrait du liant résiduel peut directement être intégre à la phase de croissance de température de frittage.Dans ce cas la phase de croissance de température de frittage permet d'assurer le chauffage doux permettant le retrait du liant residuel. Sintering is then carried out at a temperature above 9000 C, the maximum temperature being close to 14000 C in an atmosphere of nitrogen and hydrogen for example. Sintering is for example carried out by regular growth of the temperature up to the maximum temperature TM, maintained for a duration T, as shown in FIG. 5, then regular decrease in the temperature of the same duration. The growth, the maintenance and the decrease of temperature have a value T equal to 2 hours by way of example. The gentle heating of the compact blank to ensure the removal of the residual binder can be directly integrated into the growth phase of sintering temperature. In this case the growth phase of sintering temperature ensures gentle heating. allowing the removal of the residual binder.
Le métal peut consister soit en poudre d'acier inoxydable, poudre d'acier au nickel, fer pulvérulent, poudre de cuivre ou de metal dont le point de fusion est proche de la temperature de frittage et leurs mélanges, ce métal, par fusion, assurant une impregnation de la pièce finale. Le procédé de l'invention peut également sans inconvénient être mis en oeuvre dans le cas de l'utilisation de poudres métalliques normalement utilisées dans la technique des métaux frittés telles que, par exemple, la poudre de titane, de zirconium, de hafnium, de tantale, de tungstène, de rhodium, de rhénium et leur combinaison. The metal may consist of either stainless steel powder, nickel steel powder, powdered iron, copper or metal powder whose melting point is close to the sintering temperature and their mixtures, this metal, by fusion, ensuring impregnation of the final part. The process of the invention can also without disadvantage be implemented in the case of the use of metallic powders normally used in the technique of sintered metals such as, for example, powder of titanium, zirconium, hafnium, tantalum, tungsten, rhodium, rhenium and their combination.
Le liant plastique est constitué par une substance organique telle qu'une cire, une paraffine ou une matière plastique telle que le polyéthylène ou le polyméthylméthylacrylate. Cette substance peut être me- langée à un solvant. Le solvant peut être constitue, par exemple, par tout solvant habituel tel que le trichloréthylène ou le tetrahydrofurane. The plastic binder consists of an organic substance such as a wax, a paraffin or a plastic material such as polyethylene or polymethylmethylacrylate. This substance can be mixed with a solvent. The solvent can be constituted, for example, by any usual solvent such as trichlorethylene or tetrahydrofuran.
Le liant et la poudre metallique sont en pourcentage volumique voisin de préférence. Ainsi les pourcentages respectifs sensiblement de 50% peuvent être amenés à 20% de poudre métal et 80% de liant. Une telle proportion permet, notamment dans le cas de mise en place du mélange pâteux par injection puis exercice de la pression de compactage par augmentation de la pression d'injection, de diminuer au maximum les pertes de charges au sein du mélange pâteux afin d'uniformiser au maximum la pression de compactage dans les différentes zones du moule. The binder and the metal powder are preferably by volume percentage close. Thus the respective percentages of substantially 50% can be brought to 20% of metal powder and 80% of binder. Such a proportion makes it possible, in particular in the case of placing the pasty mixture by injection and then exercising the compacting pressure by increasing the injection pressure, to minimize the pressure drops within the pasty mixture in order to standardize the compaction pressure in the different mold zones as much as possible.
Le moule ainsi que représente figure 1, 2, 3 et 6 comporte au iolns une ouverture dont l'une des dimensions de la section est au moins de l'ordre de grandeur de la dimension des grains constituant la poudre et peut atteindre jusqu'à 4 à 5 fois la dimension moyenne des grains de poudre métallique, la poudre au voisinage des ouvertures jouant le rôle de filtre. The mold as shown in Figure 1, 2, 3 and 6 has at iolns an opening of which one of the dimensions of the section is at least of the order of magnitude of the dimension of the grains constituting the powder and can reach up to 4 to 5 times the average size of the metal powder grains, the powder in the vicinity of the openings acting as a filter.
Selon un mode de réalisation particulier representé figure 6, le LU- le permettant la mise en oeuvre du procéde de l'invention est const e de deux parties complémentaires 5, 6 comportant une matrice de moulage 51, 61. Les parties complementaires 51,61,sont assemblables, l'assemblage etant disjoint de manière à ménager entre les deux parties complementai- res 5, 6 un interstice jouant le rôle de l'ouverture 10 localisé autour de la matrice de moulage 51,61 et permettant l'évacuation du liant. Un éle- ment mobile 62 complément de la matrice 61 permet d'appliquer la pression de compactage P au lingot pâteux.Une des parties complementaires, la partie 5 par exemple, comporte à la périphérie de la matrice de moulage 51 un réseau de canaux 510 destiné à la récupération du liant évacué par l'interstice. L'assemblage disjoint provoquant l'interstice entre les deux parties complémentaires est assuré par des cales d'épaisseur 520. According to a particular embodiment represented in FIG. 6, the LU allowing it to implement the method of the invention is made up of two complementary parts 5, 6 comprising a molding matrix 51, 61. The complementary parts 51,61 , are assembled, the assembly being disjoint so as to provide between the two complementary parts 5, 6 a gap acting as the opening 10 located around the molding die 51,61 and allowing the evacuation of the binder . A movable element 62 complementing the matrix 61 makes it possible to apply the compaction pressure P to the pasty ingot. One of the complementary parts, part 5 for example, comprises at the periphery of the molding matrix 51 a network of channels 510 intended for the recovery of the binder discharged through the gap. The disjoint assembly causing the gap between the two complementary parts is ensured by shims of thickness 520.
Les cales ont, à titre d'exemple, une épaisseur de 100 um. The shims have, for example, a thickness of 100 μm.
Des essais ont éte effectués conformément à l'invention. Le mélange pateux a éte constitue par de la cire fondue et de la poudre d'acier inoxydable commercialisée par les sociétés Hoganas et Glidden sous l'appelation commerciale H 316 L. Les essais de frittage à des températures maximales comprises entre 11600 C et 14200 C pour un temps de frittage de 2 heures dans une atmosphère réductrice 25 H2, 75% N2 ont permis d'obtenir des pièces finales dont la densité était de l'ordre de 80% de la densite maximale théorique. Tests were carried out in accordance with the invention. The pasty mixture was constituted by molten wax and stainless steel powder sold by the companies Hoganas and Glidden under the trade name H 316 L. Sintering tests at maximum temperatures between 11600 C and 14200 C for a sintering time of 2 hours in a reducing atmosphere 25 H2, 75% N2 made it possible to obtain final parts whose density was of the order of 80% of the theoretical maximum density.
Claims (24)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8108291A FR2504425A1 (en) | 1981-04-23 | 1981-04-23 | Sintered metal parts prodn. - by pressing mixt. of metal powder and binder in die contg. holes, so binder is forced through holes to leave metal compact which is sintered |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2504425A1 true FR2504425A1 (en) | 1982-10-29 |
Family
ID=9257789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8108291A Pending FR2504425A1 (en) | 1981-04-23 | 1981-04-23 | Sintered metal parts prodn. - by pressing mixt. of metal powder and binder in die contg. holes, so binder is forced through holes to leave metal compact which is sintered |
Country Status (1)
Country | Link |
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FR (1) | FR2504425A1 (en) |
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