NO132996B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av et sammensveiset, smidd titanprodukt.

Den foreliggende oppfinnelse går ut

på en fremgangsmåte til fremstilling av

et sammensveiset smidd titanprodukt av

titankorn, og formålet er å skaffe en for-bedret metode til å fremstille et slikt produkt, f. eks. en duktil, smidd stang, stav

eller plate av titankorn, f. eks. av titansvamp eller liknende. Oppfinnelsen tilsik-ter også å skaffe en ny, selvbærende form

av kornet titan som ved plastisk deformering kan omdannes direkte til et praktisk

talt homogent titanprodukt.

Oppfinnelsen er basert på den oppda-gelse at hvis man innkapsler en formet

masse av titankorn 1 et overflatelag av

smeltet titan, kan den formede masse av

korn ved plastisk deformering sveises sammen til et duktilt produkt. Generelt består

derfor oppfinnelsen i at man former en

kornmasse, som består overveiende av titankorn, til en passende fasong for metallfabrikasjon, smelter overflaten av den formede masse inntil massen er omsluttet av

et smeltet overflatelag som består for det

meste av titan, og plastisk deformerer den

på overflaten smeltede formmasse under

innvirkning av krefter som på samme tid

virker komprimerende og strekkende, f.

eks. ved valsing og smiing (til forskjell fra

ekstrudering), hvorunder det smeltede hylster holder kornene sammen og hindrer at

luft kan trenge inn i massen, inntil kornene sveises sammen til et sammensmidd

produkt med titanbasis.

For utførelse av oppfinnelsen kan man

gå ut fra mange forskjellige kornede titan-materialer, f. eks. titansvamp som frem-stilles teknisk av forskjellige fabrikanter.

I sin alminnelighet vil disse materialer ha

en kornstørrelse fra den største dels vedkommende (dvs. over 50 vektsprosent) av plus 35 masker Tyler standard, og som regel vil minst 80 vektsprosent være av plus 80 masker. Selv titankorn som består i ho-vedsaken av stykker på ca. 12,5 mm kan

på tilfredsstillende måte anvendes ved ut-førelsen av oppfinnelsen.

Hvis •kornmassen består bare av titan bør titankornene være høyverdige, fortrinnsvis med et titaninnhold på ikke under 99,5 %. Imidlertid er oppfinnelsen ikke begrenset til behandling av masser som består av toåre titan, men kan også anvendes på kornmasser av titan som er legert, blandet med eller på annen måte tilknyt-tet andre egnede metaller. Kornmassen bør for den største dels, dvs. over 50 vekts-prosents, vedkommende bestå av titan, som sammen med andre tilblandede metaller eller legeringer fysisk har form av korn av den beskrevne karakter.

Kornmassen formes på en hvilken som helst egnet måte. Eksempelvis kan en kornmasse anbringes i en kasse som har fjern-bare sider, slik at ved å fjerne en side om gangen, kan hver gang den frilagte overflate av -den løse masse smeltes, så massen til slutt danner et selvbærende formstykke. På den annen side har oppfinnerne funnet det hensiktsmessig å komprimere kornmassen ved et trykk på ca. 47 kg/mm<2> eller høyere, idet trykkets størrelse som regel velges likt det som kreves for at den komprimerte masse skal danne et selvbærende formstykke. Meget gode resultater kan dog oppnås allerede med kompresjonstrykk på

15—30 kg/mm<2>. Formstykkets fasong skal være slik at den egner seg for plastisk deformering, hvilket for valsing med fordel kan være et stavliknende parallellepiped. Enkelte formstykker kan anbringes ved si-den av eller over hverandre for å få .et arbeidsmateriale som har større lengde, bredde eller tykkelse. Slike sammenstill-bare formstykker behøver bare å holdes i tett berøring med hverandre (og ikke være forenet på noen annen måte) inntil det hele er blitt fullstendig innesluttet i det smeltede overflatelag.

Smelting eller sammensveising av alle formdelens ytterflater kan skje på en hvilken som helst egnet måte. Målet er å inne-slutte massen av kornet, ikke sintret titanmetall med et smeltet overflatelag som ve-sentlig består av titan. Når titan er frem-herskende i massen, vil det smeltede overflatelag bestå hovedsakelig (over ,50 vektsprosent) av titan, og hvis massen består av bare titankorn vil det smeltede overflatelag bestå helt av titan. Tykkelsen av det smeltede lag behøver bare å være tilstrekkelig til å sikre at kornene holdes sammen og at inntrengning av luft i mellomrommene mellom kornene hindres under de etter-følgende arbeidstrinn. De meget små mengder luft som befinner seg innesluttet mellom kornene synes ikke å nedsette slutt-produktets kvalitet, men hvis selv denne meget lille mengde luft anses å være uheldig, kan den fjernes ved at overflatesmeltingen foretas i vakuum. Et smeltet overflatelag av en tykkelse på 1,5 til 6,5 mm har i praksis vist seg tilstrekkelig for formstykker som har en tykkelse av fra 30 til 75 mm. Tykkelsen av det kontinuerlige, smeltede overflatelag blir imidlertid i en stor grad bestemt av formstykkets størrelse og av fabrikasjonstemperaturen, og kan i enkelte tilfelle være opp til ca. 13 mm. Overflatesmeltingen kan skje ved hjelp av en lysbue i en inert atmosfære, og gode resultater er blitt oppnådd ved å anvende en elektrode med wolframspiss i en argon-atmosfære. Også en av argon skjermet wolframelektrode er blitt anvendt med hell. Smelting av overflatelaget kan også foretas ved bruk av en konsumerbar elektrode av titan eller titanlegering; ved å anvende en konsumerbar elektrode av en titanlegering for smelting av overflaten av et komprimert formlegeme av titan, eller om-vendt, kan man oppnå at formlegemets omhylling og dets indre får forskjellig sam-mensetning. I stedet for å hindre forurens-ning under overflatesmeltingen ved å anvende en inert atmosfære kan man benytte et smeltet saltbad eller vakuum.

Det med en smeltet overflate forsynte formstykke underkastes den nevnte plastiske deformering, f. eks. valsing eller smiing, ved en temperatur som er tilstrekkelig høy til at de komprimerte korn går sammen til et sammensveiset eller -smidd produkt. Ved denne operasjon beveges og de-formeres kornene og porøsiteten i det opp-rinnelig kolde formstykke nedsettes. Den laveste valsetemperatur er den ved hvilken disse foreteelser foregår med rimelig lett-het. Enhver valsing som herdner metallet over dets evne til å ta opp slik bearbeidelse vil medføre brudd i materialet. Hvis på den annen side valsetemperaturen er for høy, kan styrken av den smeltede omhylling ved denne temperatur bli utilstrekke-lig til å motstå de påkjenninger den ut-settes for under valsingen, og omhyllingen kan da briste. Som regel vil valsetempera-turer mellom 400 og 950° C oppfylle de stilte fordringer.

Da oppfinnelsen har vist seg å være spesielt fordelaktig for fremstilling av pla-ter eller strimler, skal anvendelse av varm-valsing bli spesielt beskrevet. Valsingen av formstykket til endelig tykkelse foretas i flere trinn. Som regel vil reduksjonspro-senten pr. trinn ligge mellom 5 og 50 % eller endog være høyere, særlig i de første trinn. De første ca. 40 % nedsettelse av tykkelsen medfører liten eller ingen økning av arbeidsstykkets lengde. Valsetrykkene forbrukes til varm-komprimering av kornmassen til minst mulig porøsitet. Ettersom tettheten stiger, begynner en virkelig val-sereduksjon. Arbeidsstykket kan gjenopp-hetes mellom valsetrinnene for å vedlike-holde ønsket valsetemperatur. Temperaturer på over ca. 950° C er unødvendige, og har tilbøyelighet til å øke overflatens for-urensning med surstoff. Ved to arbeidstrinn, uten mellomliggende gjenopphetning, kan arbeidsstykket bli avkjølt til 600° C (mørk rødglød) i det annet trinn, hvis temperaturen i det første trinn var ca. 950° C. De senere trinn kan foretas ved lavere temperaturer innenfor det foran nevnte område, og for særlig myke kvaliteter av praktisk talt rent titan kan sammensveising oppnås ved meget lavere temperaturer, ja endog ved romtemperatur. Ved valse-temperaturer innenfor de ovennevnte om-råder oppnås tilfredsstillende sammensveising eller -flyting av titankornene til et praktisk talt homogent, duktilt metall av stor tetthet. Den smeltede omhylling om det formede kornlegeme holder kornene sammen inntil sammenflyting har funnet sted, og hindrer også at luft trenger inn i formlegemets indre og forurenser metallet med oksygen og nitrogen, mens den plastiske deformering foregår. Den smeltede omhylling kommer således til å danne en integrerende del av det 'ferdige produkt, og behøver ikke å fjernes, slik som i de tid-ligere metoder hvor kornmasser ble inn-kapslet i jern og stål. Under sammensveis-ingen synes partikler å gni mot hverandre og mot den smeltede omhylling, hvorved muligens overflateenergien og -aktiviteten økes. For de fleste metallers vedkommende er en slik gnidning uheldig ved de vanlige fabrikasjonsmetoder, men den foreliggende oppfinnelse gjør seg nytte av titanets karakteristiske gnidende virkning. Dette viser tydelig forskjellen fra hva som foregår under sintring.

Oppfinnelsen belyses videre ved de føl-gende eksempler.

Eksempel 1 :

Utgangsmaterialet var en titansvamp av nårdhet ca. 100 Brinell, med følgende sikteanalyse:

Kjemisk var svampen praktisk talt rent titan, som bare inneholdt de følgende ubetydelige mengder forurensninger:

Svampen ble grundig blandet og det ble fremstilt to -komprimerte formlegemer, hvert 76,2 mm langt, 50,8 mm bredt og 38,1 mm tykt, ved et pressetrykk på 15,7 kg/ mm<2>, som ble utøvet vinkelrett på 76,2 x 50,8 mm-sidene. Den ene ende av hver formdel ble med en sirkelsag avskrånet i 45° vinkel, og de to formdeler ble plasert med skråflatene i anlegg mot hinannen. Hele ytterflaten av de sammenstilte formlegemer ble smeltet til en dybde av ca. 3 mm ved anvendelse av en med wolframspiss forsynt elektrode i en atmosfære av argon. Lysbuen tole drevet med 250 amp. ved 20 volt, og de avskrånede flater ble ikke gitt noen spesiell behandling.

Det resulterende stavliknende komprimerte formlegeme ble forvarmet ved en ovnstemperatur på 950° C og ble valset etter følgende skjema:

Fra den valsede strimmel ble det, etter at den oksyderte strimmeloverflate var blitt fjernet ad kjemisk vei, skåret ut standard prøvestykker av 12,7 mm bredde og 50,8 mm lengde for måling av strekkfasthet. Disse ble glødet 1 time ved 700° C i vakuum. Den erholdte kornstørrelse hadde mellom 0,025 og 0,035 midlere diameter og tettheten var 4,5 g/cm<3>, hvilket er den teoretiske tetthet for titanmetall.

Strekkprøver ble utført etter vanlig standard fremgangsmåte. Det ble valgt prøvestykker for prøvning av strimmelens styrke i endepartiene og tvers over skjøt-partiet hvor de to komprimerte formstykker var blitt lagt med endene mot hinannen. De erholdte data var følgende: Eksempel 2: En stav av 76,2 mm tykkelse og 127 mm bredde, med en topplengde av 127 mm og en 'bunnlengde av 203,2 mm, 'hvilket gir en avskråning på 45° ved stangens ene ende, ble fremstilt av det samme titansvamput-gangsmateriale som i eksempel 1. Staven ble komprimert fra den ene side med et trykk av 15,7 kg/mm-'. Hele stavens overflate ble smeltet til en dybde av 3,17—6,35 mm på den i eksempel 1 beskrevne måte.

Produktet, som hadde en kontinuerlig, smeltet overflate ble opphetet i en ovn ved 950° C og valset etter det følgende skjema, hvor hver gjenopphetning besto i å føre arbeidsstykket tilbake til den samme ovnstemperatur:

Sluttproduktet ble deretter glødet i 1 time i en vakuumovn som ble holdt på 700° C. Stykker av den således glødede plate ble analysert kjemisk med følgende resultat.

I ovenstående tabell betyr T forholdet mellom krumningsradien og stykkets tykkelse når stykket er bøyet på en buefor-met dor med den minste krumningsradius som fremdeles gir en glatt overflate på stykket.

Eksempel 3:

En 127 x 127 x 76,2 mm stav av samme utgangsmateriale som i eksempel 1 ble presset ved 15,7 kg/mm<2> og overflaten smeltet i henhold til oppfinnelsen. Den ble opphetet til 950° C i luft og presset i en 127 mm-retning i ett eneste trinn. Den resulterende reduksjon i høyde var ca. 75 %. Strekkprøver med prøvestykker skåret ut fra den resulterende plate ga følgende resultater:

Ra hardhet 44

Strekkfasthet 4648 kg/cm<2>

Flytegrense 3675 » Proporsjonalitetsgrense 2301 » Forlengelse 10 % Tverrsnittsforminskelse 17 % Elastisitetsmodul 1.119.000 kg/cm<2>

Tetthet 4.425 g/cm<3>

Eksempel 4:

En 127 x 127 x 76,2 mm stav av samme art som i eksempel 3 ble presset ved 15,7 kg/mm2 og overflatesmeltet i henhold til oppfinnelsen. Den ble deretter opphetet til 950° C i luft og ble hammersmidd ned til en stang av ca. 25,4 mm diameter, uten gjenopphetning. Strekkprøver fra denne stang ga følgende resultater:

RA-hårdhet 48

Strekkfasthet 4837 kg/cm<2>

Forlengelse ............... 11 % Tverrsnittsforringelse 29 %

Tetthet 4,49 g/cm<3>

Eksempel 5:

Et hulrom på 101,6 x 72,2 mm ble fylt med titankorn av samme art som i eksempel 1 til en dybde av 28,57 mm uten trykk. Dette ikke komprimerte materiale ble deretter overflatesmeltet i henhold til oppfinnelsen. Den resulterende stav ble opphetet til 950° C og hammersmidd ned til 12,7 mm diameter uten gjenopphetning. Strekkforsøk ga følgende resultater:

RA-hårdhet 48

Strekkfasthet 4788 kg/cm<2>

Flytegrense 4186 » Proporsjonalitetsgrense 3339 » Forlengelse 14 % Tverrsnittsreduksjon 29 % Elastisitetsmodul 1.085.000 kg/cm<2>

Tetthet 4,49 g/cm<3>

Eksempel 6:

En 101,6 X 76,2 x 76,2 mm ikke komprimert stav av samme art som i eksempel 5 ble overflatesmeltet i henhold til oppfinnelsen. Den ble deretter valset ved 950° C etter det følgende skj erna:

Strekkfasthetsegenskapene i valseret-

ningen etter 1 times glødning ved 700° C

i vakuum som følger:

RA-hårdhet 50

Strekkfasthet 4788 kg/cm<2>

Flytegrense 3318 »

Proporsjonalitetsgrense 2835 »

Forlengelse ............... 22 %

Tverrsnittsreduksjon 36 %

Elastisitetsmodul 1.119.000 kg/cm<2>

Minimumsbøyning 0,51 T

Tetthet 4,5 g/cm<3>

Eksempel 7:

En 101,6 x 76,2 x 25,4 mm ikke kom-

primert stav av samme art som i eksempel 5 tole overflatesmeltet i henhold til oppfin-

nelsen og tole valset til 1,8 mm ved 950° C

etter følgende skjema:

Strekkprøver i valseretningen etter 1

times glødning ved 700° C i vakuum ga føl-

gende resultater:

RA-hårdhet 48

Strekkfasthet 4654 kg/cm<2>

Flytegrense 3269 »

Proporsjonalitetsgrense 2807 »

Forlengelse ............... 18 %

Tverrsnittsreduksjon 30 %

Elastisitetsmodul 1.085.000 kg/cm<2>

Minimumsbøyning <2,1 T

Tetthet 4,5 g/cm<3>

De foranstående data viser at ved frem-

gangsmåten ifølge oppfinnelsen går titan-

svampens enkelte korn sammen så det dannes et duktilt, homogent, smidd pro-

dukt. Bøyeforsøk, tvinneforsøk og andre prøver på duktilitet ga kvalitativ bekref-

telse herpå.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av et sammensmeltet, smidd titanprodukt av en granulert masse som hovedsakelig be-

står av titan, karakterisert ved at den granulerte masse formes til et legeme med en hensiktsmessig form for metallproduksjon, og legemets overflate smeltes inntil det er innhyllet av et smeltet overflatelag som hovedsakelig består av titan, og det over-<1> flatesmeltede legeme underkastes plastisk deformering i løpet av hvilken det smeltede hylster holder granulatene sammen og hindrer inntrengning av luft i mellomrommene i legemet inntil granulatene vok-ser sammen eller forener seg til et smidd titanprodukt.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at den granulerte masse av titan bringes til kompakt form under trykk, slik at det dannes et kompakt legeme av hensiktsmessig form for metallfabrikasjon

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 2, karakterisert ved at den granulerte masse presses ved et trykk opp til 47 kg/mm2, og fortrinnsvis ved et trykk innenfor området 15 til 31 .kg/mm2.

4. Fremgangsmåte ifølge en hvilken som helst av de foregående påstander, karakterisert ved at det overflatesmeltede legeme valses for å fremkalle plastisk de-formasjon av dette.

5. Fremgangsmåte ifølge påstand 4, karakterisert ved at temperaturen i det overflatesmeltede legeme ved den begyn-nende valsing er i området 400 til 950° C.

6. Fremgangsmåte ifølge en hvilken som helst av påstandene 1—3, karakterisert ved at det overflatesmeltede legeme smis for å fremkalle plastisk deformering.

7. Fremgangsmåte ifølge påstand 6, karakterisert ved at temperaturen i det overflatesmeltede legeme ved begynnelsen av smiingen er innen området 400 til 950° C.

8. Fremgangsmåte ifølge en hvilken som helst av påstandene 1—4, karakterisert ved at den plastiske deformering av det overflatesmeltede legeme utføres ved romtemperatur.

9. Fremgangsmåte ifølge en hvilken som helst av de foregående påstander, karakterisert ved at tykkelsen for det smeltede overflatelag ligger innenfor området 1,6 til 12,5 mm, fortrinnsvis innenfor området 1,6 til 6,5 mm.

10. Fremgangsmåte ifølge en hvilken som helst 'av de foregående påstander, karakterisert ved at et antall individuelle legemer formes til et multipelstykke ved å stille de enkelte legemer i tett fysisk kon-takt, men ikke forbundet på annen måte, idet det hele multiple legeme innhylles av et smeltet overflatelag og deretter underkastes plastisk deformering som beskrevet i de foregående påstander.