NO873364L - Pulvermetallurgisk fremgangsmaate ved fremstilling av et groent presslegeme med hoey fasthet og lav relativ tetthet av en varmefast aluminiumslegering. - Google Patents

Description

Varmefaste aluminiumlegeringer hvilke fremstilles fra pulver som utvinnes ved forstøvning med høy avkjølingshastighet av en smelte. Høyt innhold av legeringsbestanddeler som under ellers vanlige størkningsbetingelser ikke er tillatelige, som f.eks. Fe og Cr.

Oppfinnelsen vedrører fremstillingen av aluminiumlegerings-pulveret og fremstillingen av formlegemer fra disse pulvere.

Særlig vedrører den en pulver-metallurgisk fremgangsmåte ved fremstilling av et grønt presslegeme ned høy fasthet og lav relativ tetthet i forhold til den poreløse tilstand, som kan være fra en varmefast aluminiumlegering av typen Al/Fe/X eller Al/Cr/X, hvorved X kan være Ti, Zr, Hf, V, Nb, Cr,

Mo, W.

Aluminiumlegeringer som egner seg for fremstillingen av

pulveret fra smelter ved hjelp av gasstråleforstøvning under anvendelse av svært høye avkjølingshastigheter (IO<5>°C/s og mer) og som lar seg anvende ved fremstillingen av varmefaste emner er blitt kjent i tallrike variasjoner. En betydelig gruppe utgjør de polynære legeringer av typen Al/Fe/X, hvorved X betyr minst ett av elementene Ti, Zr, Hf, V, Nb, Cr, Mo, W og som inneholder for det meste relativt høye j erninnhold.

Ved fremstillingen av presslegemer spiller bl.a. formen og størrelsesfordeligen av pulverpartiklene en viktig rolle. Resultatet er sterkt avhengig av det anvendte gassformige forstøvningsmiddel.

Anvendes en inertgass (N, Ar, He) undertrykkes oksydasjonen og opptaket av vann og hydrogen i sterk grad. Det fremstilles overveiende sfæriske partikler.

Anvendes derimot luft som forstøvningsmiddel, skjer det en betraktelig oksydasjon og hydratasjon av pulverpartiklene. Disse har overveiende langstrakt og forgrenet uregelmessig ikke-sfærisk form. (se J. Meunier, ASTM Symposium on Rapidly Solidified Powder Aluminium Alloys, Phladelphia, 1984; Y.W. Kim, W.M. Griffith, F.H. Froes, J. of Metals, August 1985, 27; G. Stanieck, Aluminium 60, 1984, 3; R.F. Singer, W. Oliver, W.D. Nix, Met.Trans. 11A, 1980, 1985; S.T. Morgan et al, in: M.S. Koczak og G.J. Hildemann, High Strength Powder Metallurgy Aluminium Alloys, 1982, TMS-AIME).

Sfærisk pulver gir ved fortykning til grønne presslegemer lav mekanisk fasthet, da partiklene kun i liten grad omformes. Samtidig er dog tettheten forholdsmessig høy, noe som gjør det vanskeligere å fjerne gass og uønskede fremmede stoffer ved viderebearbeidigen. I motsetning til dette gir ikke sfæriske pulvere grønne legemer med høy fasthet kombi-nert med lav tetthet. Derved er dog innholdet av gassformige stoffer som må fjernes (oksygen, vann, hydrogen) høyt.

Av det ovenfor nevnte vil det fremgå at pulverfremstillingen i henhold til kjente fremgangsmåter ikke er tilfredsstil-lende når det gjelder de ønskede egenskaper hos de ferdige emner. Enten er den mekaniske fasthet til de grønne presslegemer for lav eller innholdet av innelukkede skade-lige stoffer for høyt. Begge deler fører under videre bearbeiding til ferdige emner som har fasthetsverdier som er utilstrekkelige eller som i det minste ikke stemmer overens med de tilstrebede verdier for fasthetsegenskaper.

Det foreligger derfor et stort behov for en forbedring av fremsti1ingsfremgangsmåter for pulveret, som fører til bedre sluttprodukter.

Oppfinnelsen har som oppgave å angi en fremgangsmåte ved fremstilling av et aluminiumlegeringspulver ved forsøvning av en smelte, som ved fortettning gir et grønt presslegeme med så høy fasthet som mulig og samtidig lav relativ tetthet

(relativ til den teoretiske maksimums ver di på 100 <&).

Denne oppgave løses ved at en legeringssmelte forstøves til fine partikler ved en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art ved hjelp av en gasstråle bestående av en inertgass som er tilblandet 1,5-2 volum- oksygen, og at et slik fremstilt pulver underkastes en komprimering.

I denne sammenheng skal det henvises til at den fullstendige fjerning av vann og hydrogen fra de hydrolyserte AlgC^-over-flatelag til pulverpartiklene i avgassingstrinnet ved ca. 400 °C skjer raskere ved anvendelsen i henhold til oppfinnelsen ved pulverfremstillingen av en forstøvningsgass som er dotert med oksygen enn ved konvensjonell forstøvning med luft.

Oppfinnelsen skal belyses ved hjelp av de etterfølgende ut-føringseksempler.

Utføringseksempel I

Det ble smeltet sammen en aluminiumlegering med følgende sammensetning:

Smeiten ble forstøvet i en anordning ved hjelp av en gasstrøm til et pulver med en maksimal partikkeldiameter på 50 pm. Som forstøvingsgasser ble det anvendt inerte gasser (nitrogen, argon) med og uten oksygentilsetning. Noen hundre gram av pulveret ble fylt i en gummipose, lukket og komprimert koldt. Det ble utarbeidet et sylindrisk forsøks-legeme mred 20 mm diameter og 30 mm høyde fra det grønne presslegeme og dette ble underkastet et trykkforsøk. Likeledes ble tettheten relativ til den teoretiske verdi bestemt. Det kan vises at de grønne presslegemer som fremstilles av pilveret med oksygentilsetning utviser vesentlig høyere fasthet ved relativt lavere tetthet enn de som fremstilles av pulveret uten oksygentilsetning ( rene inerte forstøvningsgasser).

Utføringseksempel II

Det ble smeltet sammen en legering med følgende sammensetning:

Analog til eksempel I ble smeiten forstøvet på forskjelllig måte til et pulver og deretter komprimert. Det ble utarbeidet prøver av pressluftlegemet for å bestemme trykkfstheten og den relative tetthet. Resultatene er som følger:

Utføringseksempel III

Det ble smeltet en legering med følgende sammensetning:

Det lyktes ikke å fremstille et presslegeme av det med inertgass fremstilte pulver ved kaldpressing.

De grønne presslegemer fra de forutgående utføringseksempler

ble dessuten underkastet en avgassingsprosess. Der viste det seg at avgassingstidene for pulverne fremstilt med inert forstøvningsgass med oksygentilsetning lå mellom de med inert forstøvningsgass og de med luft. Med fordel bør de grønne presslegemer før den endelige termomekaniske behandling (varmpressing, strangpressing) ved hvilken de oppnår full 100$-ig tetthet, avgasses i løpet av 1-10 timer ved en temperatur på 350 til 400°C.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til utføringseksemplene. Den lar seg generelt anvende på alle varmefaste aluminiumlegeringer av typen Al/Fe/X eller Al/Cr/X, hvor X betyr Ce, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Cr, Mo, ¥.

Forstøvningsgassen kan være en inertgass som nitrogen, argon eller helium, til hvilken det er tilsatt 0,5-2 volum % oksygen. Det kan også dreie seg om en blanding av minst to av de forutnevnte gasser.

Fremgangsmåten føres fortrinnsvis slik at det i det første trinn (forstøvning i gasstrøm) fremstilles et piulver som inneholder forholdsvis liten andel av grovere ikke-sfæriske partikler og forholdsvis høye andeler av fine sfæriske partikler. Dette kan oppnås ved egnet valg av gassammen-setningen, særlig av oksygentilsetningen.

Claims (4)

1. Pulvermetallurgisk fremgangsmåte ved fremstiling av et grønt prsslegeme med høy fasthet og lav relativ tetthet, relativt til den poreløse tilstand av en varmefast aluminiumlegering av typen Al/Fe/X eller Al/Cr/X, hvorved X kan være Ti, Ce, ZR, Hf, V. Nb, Cr, Mo, W, karakterisert ved at en tilsvarende legeringssmelte forstøves til fine partikler ved hjelp av en gasstråle bestående av en inertgass til hvilken det er tilsatt 0,5 - 2 volum- oksygen, og at et slik fremstilt pulver underkastes en komprimering.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det som inertgass anvendes nitrogen, argon eller helium eller en blanding av minst to av disse gasser.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det i førsste trinn fremstilles et pulver, som inneholder en forholdsvis liten andel av grovere ikke-sfæriske partikler og en forholdsvis høy andel av fine sfæriske partikler.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det grønne presslegeme avgasses i løpet av 1 til 10 timer ved en temperatur på fra 350 - 400 °C.