NO156157B - Fremgangsmaate for fjerning av beholdermaterialet fra et varmpresset kompakt legeme av pulver av metallisk og/eller ikke-metallisk sammensetning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fjerning av beholdermaterialet fra et varmpresset kompakt legeme av pulver av metallisk og/eller ikke-metallisk sammensetning, idet beholderen (18) er tildannet av et lett og ukomprimerbart materiale som blir plastisk under varmpressebetingelser og har vegger av en slik tykkelse at de ytre flater av beholderen ikke nøyaktig følger beholderhulrommets kontur.

Varmkonsolidering av pulver av metallisk, intermetallisk

og ikke-metallisk materiale og kombinasjoner derav, er blitt et annerkjent begrep i industrien. For varmkonsolidering kan en beholder fylles med pulveret, som skal konsolideres. Beholderen evakueres vanligvis før fyllingen og luk-kes deretter hermetisk, og på den fylte og avtettede beholderen utøves varme og trykk. Ved høye temperaturer virker beholderen som et trykkoverførende medium, som utsetter pulveret for det på beholderen utøvede trykk, og ved at pulveret utsettes for varme, tilveiebringes samtidig sammen-sintring av pulveret. I korthet tilveiebringes ved kombinasjonen av varme og trykk at pulveret konsolideres til et hovedsakelig fullstendig tett sammensintret masse, i hvilken de individuelle pulverpartiklene formforandres under sammenpressing og forenes til et hovedsakelig homogent legeme.

Etter konsolidering fjernes beholderen fra det kompakterte pulverlegemet eller artikkelen, hvilken deretter utsettes for ytterligere behandling i et eller flere trinn, som smi-ing, maskinbearbeiding, slipning og/eller varmebehandling for fremstilling av en ferdig gjenstand.

Det er tidligere kjent å fjerne beholderen fra det kompakterte legeme ved bearbeidelse, utvasking (oppløsning), beising eller en kombinasjon av disse metoder, hvorved som et resultat beholdermaterialet ødelegges og derfor ba-re anvendes en gang.

Formålet ved oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte hvor ulempene ved den kjente teknikk er eliminert, og det brukte beholdermateriale kan fjernes på en slik måte at det kan brukes på nytt til fremstilling av nye beholdere.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at etter varmpressing ved en temperatur som ligger under smeltetemperaturen for det kompakte legeme, blir beholderen fjernet ved smelting.

Oppfinnelsen og dens fordeler beskrives nærmere i det følgende under henvisning til vedlagte tegning, på hvilken fig. 1-5 skjematisk illustrerer fem ulike trinn ved utøving av et fore-trukket fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 viser støpningen for fremstilling av deler, som skal danne en beholder, fig. 2 viser en av de fremstilte delene sammensatt i beholderen, som evakueres, fylles med pulver og tettes,

fig. 3 viser det trinn, ved hvilket beholderen og dens inn-hold utsettes for varme og trykk, f.eks i en autoklav ,

fig. 4 viser hvordan beholderen fjernes ved nedsmelting og fig. 5 viser det av pulver fremstilte formlegeme etter at det er befridd fra beholderen.

Som allerede nevnte innledningsvis er oppfinnelsen rettet på varmkonsolidering av ulike typer av metall- og ikke-metalliske pulver og kombinasjoner derav, for fremstilling av artik-ler med tett struktur, idet oppfinnelsen i en foretrukkket utførelsesform er rettet på konsolidering av metallpulver for fremstilling av komplekse formlegemer ved anvendelse av tykkveggete beholdere av ovenfor angitt slag, slik som beholdere ifølge det amerikanske patentet 4 142 888. Defini-sjonen på en tykkvegget beholder er at den skal ha så stor veggtykkelse, at yttersiden ikke nøyaktig følger konturen eller formen av hulrommet, og at materialmassen er tilstrekkelig stor for at materialet ved utøving av varme

og trykk på det samme skal kunne virke som en væske og utøve hydrostatisk trykk på pulveret i beholderens hulrom. Ved å anvende en tykkvegget beholder av dette slag er det mulig å fremstille legemer, som nær overensstemmer med ønsket slutt-fontwog hvis dimensjoner ligger innenfor snevre toleransegren-ser med minste mulige distorsjon. Ifølge oppfinnelsen har de fremstilte legemer en form, som ligger nær ønsket sluttform, og kan anses å være presisjonstilvirkede legemer som krever minst mulig finbearbeidelse eller enkle bearbei-delsesoperasjoner for fremstilling av den endelige gjenstand.

På tegningen vises trinnene ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for varmkonsolidering av pulver av metalliske og ikke-metalliske emner og kombinasjoner derav for fremstilling av et legeme eller artikkel, som har tett struktur,og hvis form ligger nær ønsket sluttform, f.eks. det legeme som vises ved 10 i fig. 5 på tegningen. Det av pulver fremstilte formlegeme 10 har en tett struktur og innbefatter en skive-formet del 12 med ringformete flenser 14, 16 som strekker seg ut fra motsatte sider av den skiveformete delen 12. Den spesielle formen av legemet 10 vises imidlertid bare .som eksempel, og selvfølgelig kan andre former fremstilles ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Ved 18 i fig. 2 vises en tykkvegget beholder med et hulrom 20 for mottagelse av pulver, som skal konsolideres for sammenpressing av pulveret og formning av det tette, kompakte legemet 10. Beholderen 18 fremstilles fortrinnsvis av minst to mot hverandre passende deler 22, 24, hvilke, som vist i i fig. 2, har eksakt samme form og etter sammensetning ved to mot hverandre passende overflater 26 avgrenser hulrommet 20.

Beholderens to deler 22, 24 formes i en form, som består av to formdeler 28, 30 og avgrenser et hulrom 32. Beholderens deler 22, 24 formes i formhulrommet 32 (se fig. 1) av et materiale, som kan bringes til å smelte ved en kombinasjon

av temperatur og tid, idet denne kombinasjonen av temperatur og tid ikke skal på en ikke ønskelig eller forringende måte innvirke på egenskapene-av pulverlegeroet 10, dvs. dets egenskaper etter konsolidering for fremstillingen av det tette pulverlegerne 10 i fig. 5. Formdelene 28, 30 består eksempelvis av støpejern og beholderen støpes av eksempelvis et metall som kopper. Hver av delene 22, 24, som skal danne beholdere, kan eksempelvis formstøpes ved lavt trykk ved at smeltet kopper innføres under trykk i hulrommet 32 og tilla-tes å stivne. Beholderens 18 to mot hverandre passende deler 22, 24, hvilke anbringes på hverandre på den måte som fremgår av fig. 2, for fullstendig omslutning av hulrommet 20, har så stor tykkelse, at beholderens 18 yttersider ikke nøy-aktig følger hulrommets 20 kontur. Godset som danner beholderens 18 vegger, har hovedsakelig full tetthet samt

er ukomprimerbart og i stand til plastisk å flyte ved for-høyede temperaturer og/eller trykk. Videre skal godset

smelte ved en slik kombinasjon av temperatur og tid som ikke i forverrende grad innvirker på den ønskede mikrostruktur og de fysikalske egenskaper som er nødvendige for at det kompakterte pulverlegeme 10 skal oppfylle forhåndsbestemte kvalitetskrav. Som allerede nevnt kan ulike legemer med høy tetthet fremstilles av pulver av ulike kombinasjoner av materiale og i ulike størrelser og former for ulike krav og an-vendelsesformål. Ifølge oppfinnelsen fjernes beholderen fra det fremstilte formlegemet ved å smeltes, idet smelting ikke skal medføre at egenskapene hos det fremstilte formlegeme forringes, slik at formlegemet ikke oppfyller de krav som på forhånd er oppstilte med hensyn til anvendelses-formålet.

Kombinasjonen av temperatur og tid for smelting av beholderen er viktig. Beholderen kan nemlig utsettes for en smeltetemperatur under en temperatur, som ville kunne innvirke forringende på egenskapene hos de± kompakterte pulverlegeme 10,under en meget lang tidsperiode,med andre ord en kombinasjon av relativ lav temperatur og relativt lang tid. På den andre side kan beholderen utsettes for en smeltetemperatur over den temperatur som ville kunne innvirke forringende på det fremstilte legemets egenskaper, men under en så kort tids-periode at tilført varme går med for smeltingen og det fremstilte legemet ikke selv når et temperaturnivå, som for-verrer dets egenskaper, dvs. en kombinasjon av relativt høy temperatur og relativt kort tid. Denne kombinasjon er således viktig på grunn av at temperatur og tid i kombinasjon med hverandre må være slik, at beholderen derved smeltes uten at det under kompaktering av pulveret fremstilte formlegeme når en temperatur, som på en ikke ønskelig eller forringende måte innvirker på dets egenskaper. Med andre ord kompakteres (varmkonsolideres) pulveret ved varme og trykk for oppnåelse av ønskede fysikalske egenskaper, som mikrostruktur og fysikalske egenskaper, og beholderfen smeltes bort slik at den temperatur som legemet oppnår, ligger under begynnende smeltetemperatur for legemet. Den begynnende smeltetemperaturen kan selvfølgelig variere fra legeme til legeme, avhengig av legemets sammensetning. Legemet kan eksempelvis bestå av en legering av ulike metaller, idet legeringens struktur kan ha korngrenser som begynner å smelte ved en lavere temperatur enn smeltetemperaturen for kornene . I et slikt tilfelle er begynnende smeltetemperatur den laveste temperatur, ved hvilken korngrensene begynner å smelte. Begynnende smeltetemperatur er med andre ord en temperatur, ved hvilken en komponent, del eller fase av det kompakterte legeme '.begynner å smelte, og selvfølgelig kan begynnende smeltetemperatur for et viss kompaktert legeme bero på bestandddelene av det pulver, av hvilket legemet er frem-stilt.

Beholderdelene 22, 24 kan forbindes med hverandre ved sveising eller kan innbefatte flenser (ikke viste), som sammenpresses f.eks. kaldsveises, for smelteforbindelse av de to delene.

De to beholderdelene 22, 24 skal sammenføyes, eksempelvis

ved smelting, slik at en hermetisk tetning mellom delene oppnås,og slik at vakuum i hulrommet 20 kan tilveiebringes ved evakuering. Normalt bør beholderen 18 forsynes med hull, f.eks. ved boring, i en av beholderens deler for forbindelse med ytre eller innvendig anordnede rør (ikke vist) for til-slutning til hulrommet 20. Beholderen 18 kan fylles med pulver via et ytre rør, hvilket deretter hermetisk tilslut-tes ved krympning, sveising eller på annen måte, slik at beholderen fullstendig tettes rundt hele hulrommet 20.

Når hulrommet 20 i beholderen 18 er fyllt med pulver 36 og be-beholderen 18 er fullstendig tettet,utføres konsolideringen av pulveret 3 6 for kompaktering av pulveret til ønsket tetthet. Konsolideringen utføresved at beholderen 18 utsettes for

varme og trykk, idet varme og trykk kan utøves samtidig i en autoklav eller kan tilveiebringes eksempelvis ved for-oppvarmning og med anvendelse av en presse på den måte,

som er beskrevet i ovennevnte amerikanske patent 4 142 888.

I fig. 3 vises skjematisk hvordan varmkonsolidering utføres

i en autoklav , som innbefatter et trykkar 38 med i karet anordnede oppvarmingssløyfer 40. I autoklaven utøves et isostatisk trykk på beholderen 18 ved hjelp av et trykk-

medium, som vanligvis utgjøres av en inertgass, slik som argongass. Beholderen utsettes for varme og trykk over hele sin omkrets, idet temperaturen holdes under smeltetemperaturen for beholdermaterialet,og idet tilstrekkelig trykk anvendes for å tilveiebringe plastisk flyting av materialet i beholderens 18 vegger, slik at pulveret utsettes for et tilstrekkelig hydrostatisk trykk for oppnåelse av ønsket tetthet Beholderen 18 skal således bestå av materiale som gis en tilstand av plastisk flyting ved den temperatur og trykk, som kreves for å gi pulveret nødvendig tetthet. Ved plastisk flyting skal således volumet av beholderens 18 hulrom 20 kunne minskes i nødvendig grad,og skal på beholderen utøvet varme og trykk ved det i fig. 3 viste fremgangsmåtetrinnet for å bringe beholdermaterialet til å virke som en væske for å utsette pulveret 36 i hulrommet 20 for et hydrostatisk trykk. Ettersom pulveret 36 i hulrommet 20 i begynnelsesfasen ikke har full tetthet, skal beholderens hulrom for sammenpressing av pulveret til formen av et tett, sintret legeme 10 reduseres i nødvendig grad. Når beholderen 18 utsettes for varme og trykk for sammenpressing av pulveret til formen av et legeme av ønsket tetthet, skal temperaturen ligge under smeltepunktet for beholderen.

Beholderen uttas deretter fra autoklaven og plasseres i.en ovn 42 (fig. 4) på eksempelvis en rist 44 og utsettes i oven for en tilstrekkelig temperatur for smelting, idet det smeltede materialet samles opp ved 46. Som allerede nevnt anvendes for smeltingen en kombinasjon av temperatur og tid, og velges denne kombinasjonen slik at den temperatur,

til hvilken artikkélen 10 oppvarmes, ligger under den temperatur som skulle kunne innvirke skadelig på de for formlegemet 10 ønskede egenskaper, slik som dens mikrostruktur og fysikalske egenskaper.

Beholderen 18 smeltes bort i tilstrekkelig grad for fri-leggelse av legemet 10, men dersom små rester av beholderens materiale eventuelt gjenstår på legemet 10,

kan disse rester lett fjernes ved enkle operasjoner, slik som beising eller lakking.

Det ved smeltingen av beholderen oppnådde metallet 46 kan anvendes for fremstiling av en ny beholder ved støping ifølge fremgangsmåtetrinnet i fig. 1. Beholdermaterialet kan følgelig anvendes påny.

Ulike måter kan anvendes for smelting av beholdere, idet det med fordel er anvendt metoden åosmelte beholdermaterialet i ét av beholdermateriale bestående smeltebad, hvilket letter hurtig bortsmelting av materialet.

Ifølge ovenstående beskrivelse fremstilles beholderen ved støping av delene 22 og 24, som skal danne beholderen. En beholder med ønsket formhulrom kan eksempelvis fremstilles i sin helhet ved støping og etterfølgende maskinbearbeiding eller kan fremstilles ved varme- eller kaldsmiing eller helt og holdent ved maskinbearbeiding av delene ifølge velkjent maskinbearbeidelsesteknikk.

Oppfinnelsen er ved et fremgangsrikt forsøk blitt utøvet med anvendelse av en beholder bestående av kopper og kopper-legeringer, som smelter ved en temperatur av ca. 1085°C. Pulveret bestod av en metallegering, og beholderen 18 ble utsatt for et trykk av ca 1000 kp/cm 2 i autoklaven og for en temperatur av ca 1025°C under 30 min. Beholderen ble oppvarmet derved til en temperatur av ca. 1120°C, hvorved koppermaterialet smeltet og det kompakterte pulverle-geme ble frilagt. Det bør observeres at den tid, som beholderen ble utsatt for en viss smeltetemperatur, selv-følgelig er avhengig av beholderens størrelse eller masse. En større masse krever større grad av varmeenergi for å bringes til å smelte fullstendig fra yttersiden til innsiden og som konsekvens derav krever en mindre masse mindre tid ved en gitt temperatur for smelting.

Det bør observeres at den i ovenstående beskrivelse anvendte teminologien er beregnet til å forklåre oppfinnelsen og ikke til å begrense oppfinnelsens omfang.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for fjerning av beholdermaterialet fra et varmpresset kompakt legeme (10) av pulver av metallisk og/eller ikke-metallisk sammensetning, idet beholderen (18) er tildannet av et lett og ukomprimerbart materiale som blir plastisk under varmpressebetingelser og har vegger av en slik tykkelse at de ytre flater av beholderen ikke nøyaktig følger beholderhulrommets kontur, karakterisert ved at etter varmpressing (trinn 3) ved en temperatur som ligger under smeltetemperaturen for det kompakte legeme (10), blir beholderen (18) fjernet (trinn 4) ved smelting.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at der som beholdermateriale avsmeltes kopper eller en kopperlegering.