NO874570L - FremgangsmŸte for fremstilling av metallprodukter ved varmeisostatpressing. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fremstilling av metallprodukter av et pulver som opptas i et av en gasstett kapsel dannet formrom og varmeisostatpresses i kapselen for å danne et monolitisk legeme.

Ved fremstilling av skovlringer og skiver med skovlkranser for kompressorer eller turbiner med anvendelse av varmeisostatpressing er det tidligere foreslått å skyve inn prefabrikerte skovler gjennom åpninger som er tilpasset skovlenes tverrsnitt, i en vegg hos en kapsel i hvilken ringen eller skiven skal fremstilles ved varmeisostatpressing av metallpulver. Det er da nødvendig å forbinde skovlene gasstett med veggen, hvilket krever nøyaktig sveising på den side av veggen som vender mot formrommet. Denne arbeidsoperasjon, som er dyr og tidkrevende og ikke kan gjentas også på den andre side av veggen, ettersom det på denne side da ville bli en ujevnhet i strømningskanalen, som forårsaker ikke akseptabel virveldannelse. Følgelig får man på den nevnte ene side en spalte rundt skovlen, og denne spalte kan i visse tilfeller ikke tillates på grunn av kraftig anvisnings-virkning med derav følgende nedsetting av det ferdige produkts utmatingsfasthet.

Formålet med oppfinnelsen er å unngå disse ulemper ved den kjente fremgangsmåte for fremstilling av skovlringer og skiver med skovlkranser, og samtidig muliggjøre en bedre tilpassing av produktets detaljutforming under hensyn til høyt stilte fasthets-krav. Oppfinnelsen er således i første rekke utviklet for fremstilling av monolitiske legemer ved varmeisostatpressing under innføying av prefabrikerte elementer, f.eks. for fremstilling av skovlringer og skiver med skovlkranser for kompressorer eller turbiner, idet skovlene utgjør de prefabrikerte elementer, men oppfinnelsen er ikke begrenset til fremstilling av disse spesielle produkter, idet den er betydelig mer omfattende enn det. Oppfinnelsen har derfor fått de karakteristiske trekk som fremgår av krav 1.

Man anvender nemlig ved varmeisostatpressing for tiden i forekommende tilfeller kjerner av stål eller annet metall. I den grad disse kjerner ikke kan trekkes ut av det ferdige produkt, etser man dem bort. Ulempen med slike kjerner er at de ikke er formstabile ved de høye trykk og temperaturer som forekommer ved varmeisostatpressing.

Kjerner av keramisk materiale anvendes imidlertid også, og disse kjerner er til forskjell fra metallkjernene formstabile, men kan ikke fjernes på annen måte enn ved uttrekking, hvilket begrenser deres anvendelse.

I det spesialtilfelle der det er snakk om innfestingen av skovler eller andre prefabrikerte elementer, tjener kjernen til å holde disse prefabrikerte elementer i fiksert stilling ved at de delvis opptas i kjernen.

Det for tiden foretrukne materiale i det fikserte legeme, som siden blåses bort, er heksagonal bornitrid, ettersom grafit-ten har en tendens til å diffundere inn i metallet - i det minste har man ikke hittil kommet på noen metode eller noe middel til å forhindre dette ved de forekommende høye temperaturer - og derved kan forårsake en ikke ønsket modifikasjon av metallets egenskaper, hvilket ikke alltid kan aksepteres. Selv om det ennå ikke ved prøver er konstatert hvorvidt det finnes andre materialer som er like bra som heksagonal bornitrid for det tilsiktede formål, eller til og med bedre, kan det ikke utelukkes at det finnes annet likeartet keramisk materiale. Med likeartet materiale menes at manterialet skal være lett å bearbeide med skjærende verktøy, skal være formbestandig ved høye temperaturer og trykk som forekommer ved varmeisostatpressing, og skal kunne fjernes ved blåsing etter varmeisostatpressingen.

For å tydeliggjøre oppfinnelsen skal utførelser av denne beskrives nærmere i det følgende, anvendt for fremstilling av skovlringer og skiver med skovlkranser og med henvisning til vedlagte tegninger, på hvilke

Figur 1 er et aksial-snittriss av en kapsel for varmeisostatpressing, anordnet for fremstilling av skovlringer med skovlkrans mellom ringene, Figur 2 er et perspektivriss av det fikserte legeme i arrangementet i figur 1 med skovlene anbragt i samme og Figur 3 er et aksial-snittriss av en kapsel for varmeisostatpressing, anordnet for fremstilling av en skive med skovlkrans .

I figur 1, som det nå først henvises til, er vist en kapsel for varmeisostatpressing, som omfatter en ytre sylindrisk mantel 10 av stålplate, en indre sylindrisk mantel 11, likeledes av stålplate, en sirkulær ringformet bunn 12 og et sirkulært ringformet lokk 13, også begge disse av stålplate, idet de nevnte fire elementer er gasstett forbundet med hverandre ved sveising, ettersom kapselen må være gasstett for varmeisostatpressing. Før lokket settes på og festes til de to mantler, anordnes i det av kapselen dannete formrom et ringformet legeme 14 som bærer de f.eks. ved trekking fremstilte skovler 15 som er av stål eller en hensiktsmessig legering og er ferdig bearbeidet til sin endelige form.

Legemet 14, som er vist også separat med de i kroppen innsatte skovler 15 i figur 2, består i den for tiden foretrukne utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen av heksogonal bornitrid, som er et keramisk materiale, som er lett å bearbeide med skjærende verktøy og lett kan fjernes ved blåsing og som kombinerer disse egenskaper med formbestandighet ved de høye temperaturer og trykk som forekommer ved varmeisostatpressing. Bornitriden foreligger kommersielt i pulverform, og man fremstil-ler legemet 14 av slikt pulver ved først å varmeisostatpresse et massivt sylindrisk legeme. Varmeisostatpressingen utføres på konvensjonell måte, men ettersom det er snakk om et keramisk materiale, må temperaturen ved varmeisostatpressing være høyere enn ved konvensjonell varmeisostatpressing av metallpulver, nemlig ca. 1700°C. Ved denne høye temperatur kan kapselen ikke være av metall, men må være av glass. Av det oppnådde sylindr-iske massive legeme fremstilles ringen 14 ved skjærende bearbeiding. I ringen utformes åpninger 16 for skovlene, likeledes ved skjærende bearbeiding, idet disse åpninger gis tilsvarende form som skovlene og dimensjoneres slik at skovlene uten vanskelighet skal kunne føres gjennom disse. Ringen har en radiell tykkelse som er mindre enn skovlenes lengde, slik at skovlene kan plasseres med de to endepartier utstikkende på motsatte sider av ringen, slik som vist i figur 1 og 2. Skovlene fikseres med en låsetråd 17 som punktsveises til hver skovle. Det er hensiktsmessig at åpningene i legemet 14 er avrundet ved munningskantene på begge sider av legemet.

Når legemet med de påførte skovler siden innføres i formrommet, plasseres det konsentrisk i dette. Det fikseres ved bunnen 12 ved hjelp av punktsveising på hver side av ringen, slik som vist ved 18. Forøvrig fylles formrommet i kapselen med det metallpulver hvorav det varmeisostatpressete legeme skal fremstilles, slik som vist ved 19. Det finnes således pulver på hver side av legemet 14, og de endepartier av skovlene som stikker ut fra dette er innleiret i pulveret. Først når dette er gjort påsettes lokket 13 under tett lukking av kapselen idet legemet 14 spenner over avstanden mellom bunn og lokk. For evakuering eller avgassing av formrommet er lokket forsynt med to tilkoplingsstus-ser 20 og 21, beliggende på hver sin side av legemet 14.

Deretter foretas varmeisostatpressing på helt konvensjonell måte, hvorunder pulver og skovler forenes med hverandre for å danne et monolitisk homogent legeme med legemet 14 av bornitrid gjensittende på skovlene mellom de to ringer som er dannet av pulveret.

Etter at kapselen er fjernet, hvilket kan skje på vanlig måte ved skjærende bearbeiding, og legemet 14 således er frilagt, fjernes også dette, hvilket skjer ved blåsing, for frilegging av skovlene i mellomrommet mellom ringene. Det monolitiske legeme er deretter klart til å underkastes avsluttende finbearbeiding.

Det er helt klart at den ved oppfinnelsen foreslåtte fremstillingsmetode er overlegen ovennevnte kjente metode, ettersom man slipper den dyre og tidkrevende sveising rundt skovlene. Ved at man dessuten har mulighet til å utforme en fra fasthetssynspunkt gunstig overgang mellom ringer og skovler ganske enkelt ved å avrunde åpningenes munningskanter for skovlene i legemet 14, overtreffer fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ytterligere i meget vesentlig henseende den tidligere anvendte fremgangsmåte.

Anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen på en skive med skovlekrans er anskueliggjort i figur 3, hvor samme henvis-ningsbetegnelser er anvendt på detaljer som allerede forekommer i figur 1 og 2. I dette tilfelle stikker skovlene ut fra legemet 14 bare med sitt ene endeparti, og det trengs bare en stuss 20 for avgassingen, ettersom det finnes pulver i formrommet bare på ringens innside. Skovlene kan være låst med en låsetråd på samme måte som i figur 1 og 2, selv om dette ikke er vist i figur 3. Fremstillingen av det monolitiske legeme skjer på nøyaktig samme måte som ved utførelsen ifølge figur 1 og 2, og trenger derfor ingen nærmere beskrivelse her. Ved avskalling av kapselen fra det ferdige monolitiske legeme kan man i dette tilfelle, når det er snakk om en skive med skovlkrans, la den ytre mantel 10 sitte igjen på de ytre ender av skovlene 15 som en bandasje, som f.eks. kan være ønskelig når det gjelder lange skovler. Dessuten vises i figur 3 en modifikasjon eller finesse som fortjener å forklar-es .

Ved innfesting av skovler i ringer eller skiver på den velkjente måte med anvendelse av en grantopp- eller svalehalefor-bindelse, oppnås i selve innfestingen en viss demping av slike vibrasjoner som skovlen under drift kan komme til å bli utsatt for. Verken ved den ovennevnte tidligere kjente fremstillingsmetode eller ved den i forbindelse med figur 1 og 2 beskrevne fremgangsmåte oppnås slik demping, men den kan lett avstedkommes ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. I figur 3 er vist en sylindrisk platemantel 22 innlagt på innsiden av legemet 14, og innenfor denne er plassert en ring 23 som er tredd på skovlene 15 med dertil passende åpninger. Denne ring skal bestå av et dempende keram, f.eks. bornitrid, som i dette tilfelle kan være kubisk bornitrid, ettersom ringen 23 ikke skal fjernes, men komme til å bli innleiret i skiven som dannes av pulveret 19. Man kan således på enkel måte oppnå den ønskede demping ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Da det kan være vanskelig å unngå at pulver lekker inn i åpningene i legemet 14 og senere under varmeisostatpressingen forener seg med skovlmaterialet, hvorved skovlenes overflate kan bli ujevn og skovlprofilen kan komme til å avvike fra den tiltenkte profil, belegges den del av skovlflaten som kommer til å være plassert i legemet 14, hensiktsmessig med et slippmiddel, f.eks. aluminium-oksyd .

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av metallprodukter av et pulver (19) som opptas i ett av en gasstett kapsel (10, 11, 12, 13) dannet formrom og varmeisostatpresses i kapselen for å danne et monolitisk legeme, karakterisert ved at der i formrommet anordnes som kjerne et legeme (14) av grafitt, heksagonal bornitrid eller annet likeartet keramisk materiale, og at dette legeme etter varmeisostatpressingen fjernes fra det oppnådde monolitiske legeme ved blåsing.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 for fremstilling av metallprodukter, omfattende minst et prefabrikert element (15), hvor dette element anordnes med et parti av dette innstikkende i pulveret (19) for ved varmeisostatpressingen å danne del av det monolitiske legeme, karakterisert ved at det prefabrikerte element delvis opptas i og holdes i fiksert stilling av det som kjerne anordnete legeme (14) under varmeisostatpressingen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den del av det prefabrikerte element (15) som opptas i legemet (14) som danner kjernen, belegges med et slippmiddel.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3 for fremstilling av skovlringer og skiver med skovlkranser, hvor det prefabrikerte element (15) utgjøres av den skovle, karakterisert ved at på det parti av det prefabrikerte element som stikker inn i pulveret (19) tres et legeme (23) av et vibrasjonsdempende keram med en til skovleprofilen passende åpning, og at dette legeme innleires permanent i det ved varmeisostatpressingen oppnådde monolitiske legeme.