Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wyrobów z proszków wysokogatunkowych stopów metali, zwlaszcza stopów na bazie kobaltu, niklu i zelaza, na drodze napelniania matrycy proszkiem rozpylonym, prasowania proszku w matrycy z wytworzeniem formówki, a nastepnie spiekania formówki po wyjeciu z matry¬ cy w temperaturze zawartej pomiedzy temperatura solidusu i likwidusu stopu. Znane sa sposoby wytwarzania wyrobów z proszków stopów metali na drodze odlewania gestwy lub prasowania rozdrobnionych proszków w odpowiednich formach, a nastepnie spiekania. Sposoby te daja dobre i ekonomicznie zadawalajace rezultaty w stosunku do wielu gatunków stopów jednakze sa trudne do zrealizowania w przypadku twardych, wysokogatunkowych stopów metali. Glówna trudnosc stanowi uzyskanie zadanej gestosci spieków, porównywalnej z gestoscia odlewów z tych stopów, oraz uzyskanie spieków o zadanych rozmiarach. W opisie patentowym Stanów Zj. Ameryki nr 3 639 179 podano, ze korzystnym zakresem wymiarów ziarn proszku jest przedzial 150—10jum bowiem maksymalna gestosc upakowania uzyskuje sie w przypadku ziarn o ksztalcie kulistym i bardzo zróznicowanych wymiarach. Jednakze wiele wysokogatunkowych stopów, tak sproszkowanych ulega spiekaniu w bardzo waskim zakresie temperatur lub w niektórych przypadkach nie spieka sie w ogóle. Spiekanie proszków stopów metali w celu wytworzenia okreslonych wyrobów korzystnie prowadzi sie stosujac proszki o ziarnach stanowiacych przesiew sita 325 mesh. Odrzucanie odsiewu sita 325 mesh stanowiace¬ go, w przypadku proszków rozpylanych 65—75% wagowych proszku jest nieekonomiczne. Z tego wzgledu odsiew sita 325 mesh poddaje sie rozdrobieniu ha drodze mielenia dla uzyskania korzystniejszego rozkladu rozmiarów ziarn proszku. Jednakze proszki stopów wysokogatunkowych poddane spiekaniu znanymi sposobami tworza spieki o pozadanym ksztalcie, charakteryzujace sie korzystnymi wlasciwosciami jedynie wówczas, gdy srednie rozmiary ziarn proszków sa znacznie mniejsze niz rozmiary ziarn przesiewu sita 325 mesh. Takie przygotowanie proszków tych stopów jest kosztowne i czasochlonne, zas przy zastosowaniu proszków o powszechnie stosowanych rozmiarach ziarn sily spójnosci ziarn sa nie wystarczajace do uzyskania wyrobów o pozadanych wlasciwosciach. Znane, cytowane przykladowo w pracy R. Kieffera i W. Hopota pt. „Metalurgia proszków i materialy2 88 512 sproszkowane" PWT, Katowice 1951 r., sposoby wytwarzania wyrobów z proszków zelaza lub zwyklych stopów polegaja na tym, ze sproszkowany metal lub stóp prasuje sie w matrycach w tak zwane formówki a nastepnie przenosi sie je do pieca, gdzie poddawane sa spiekaniu. Gotowy produkt posiada wymiary znacznie mniejsze od wymiarów formówki, gdyz w trakcie spiekania nastepuje skurczenie wyrobu o 20—40%. Stalosc niektórych wymiarów wytwarzanych wyrobów, przykladowo wewnetrznej srednicy pierscienia utrzymuje sie dzieki zastosowaniu spiekania formówki na rdzeniu, lecz tak przygotowane wyroby ulegaja czesto pekaniu gdyz koherencja pomiedzy poszczególnymi ziarnami proszku w sprasowanym i spiekanym wyrobie jest niedostateczna. Ponadto wymagana w tych sposobach wielkosc ziarn proszku, wynosi w najbardziej niekorzystnym przypadku mniej niz 5jum. Takie rozdrobnienie uzyskuje sie w wyniku wielodniowego mielenia, co jest bardzo niekorzystne nie tylko ze wzgledów ekonomicznych lecz równiez i dlatego, ze dlugi czas mielenia i bardzo rozwinieta powierzchnia drobnego proszku ulatwiaja utlenianie, tak ze zawartosc tlenu w tak przygotowanym proszku jest znacznie wyzsza niz w proszkach rozpylanych. Duzy udzial tlenków metali ogranicza dostepny zakres temperatur spiekania, a w przypadku stopów wysokogatunkowych moze uniemozliwiac spiekanie w ogóle. Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania wyrobów z proszków wysokogatunkowych stopów metali na drodze prasowania i spiekania wyprasek o odpowiednim ksztalcie, pozwalajacego na stosowanie szerokiego zakresu temperatur spiekania proszków i wykorzystanie gruboziarnistych proszków rozpylanych o zróznicowanych wymiarach ziarn. Prasowalnosc proszków wysokogatunkowych stopów znacznie poprawia sie po pokryciu czastek proszku lepiszczem. Mozliwe jest równiez rozdrobnienie ziaren proszków o wiekszych rozmiarach do wielkosci odpowie¬ dniej do spiekania na drodze stosunkowo krótkiego, zgrubnego mielenia, które nie powoduje wzrostu zawartosci tlenku w proszku powyzej dopuszczalnego poziomu nie powodujac zawezenia zakresu temperatur spiekania. Cel zostal osiagniety przez podanie sposobu wytwarzania wyrobów z proszków wysokogatunkowych stopów metali, polegajacego na tym, ze proszek stopowy miesza sie przed zasypaniem matrycy z suchym subtelnie rozdrobnionym lepiszczem organicznym, tak ze wytwarza sie jednolita zawiesine lepiszcza w proszku, a nastepnie dodaje sie rozpuszczalnik lepiszcza w ilosci wystarczajacej do wytworzenia plastycznej mieszaniny proszku stopowego i lepiszcza, która zestala sie do osiagniecia gestosci posredniej pomiedzy gestoscia proszku stopowego a gestoscia odlewu ze stopu, po czym zestalona mieszanine suszy sie w celu odparowania rozpuszczal¬ nika, a nastepnie rozdrabnia sie ja na luzne aglomeraty czastek proszku i tak rozdrobniony material wprowadza sie do matrycy oraz poddaje prasowaniu do osiagniecia gestosci co najmniej równej 50% gestosci odlewu ze stopu z wytworzeniem formówki, po czym formówki wyjmuje sie z matrycy i poddaje sie spiekaniu, przy czym stosuje sie proszek rozpylany wytworzony na drodze rozpylania cieklego stopu substancja plynna. Sposób wedlug wynalazku pozwala na wykorzystanie pelnego zakresu wielkosci ziarn proszków rozpyla¬ nych stopów wysokogatunkowych, o ile w wyrobie koncowym nie jest pozadana maksymalna gestosc. Sposób ten umozliwia równiez obróbke stopów wysokogatunkowych, które nie ulegaly spiekaniu konwencjonalnymi metodami lub tez spiekaly sie z duzatrudnoscia. N W tablicy przedstawiono sklad szeregu stopów, które mozna poddawac obróbce sposobem wedlug wy¬ nalazku. Najkorzystniej stosuje sie proszki rozpylane stopów o zadanym skladzie. Ciekly stop ogrzewa sie w tyglu do temperatury przekraczajacej, o okolo 110° temperature topnienia. Korzystnie, topnienie prowadzi sie pod próznia lub w atmosferze gazu obojetnego, na przyklad argonu. Ciekly stop przelewa sie nastepnie do ogrzewanej kadzi posredniej wykonanej z materialu ogniotrwalego, w której dnie znajduje sie dysza o malej srednicy, z której wyplywa strumien roztopionego metalu do komory rozpylania. Strumien opuszczajacy dysze rozpraszany jest na drobne czastki za pomoca strumienia gazu obojetnego lub wody pod wysokim cisnieniem, laczacego sie ze strumieniem metalu bezposrednio ponizej wylotu dyszy. Czastki a wlasciwie krople sa niemal natychmiast ochlodzone przez plyn rozpryskujacy i opadaja do zbiornika znajdujacego sie w dolnej czesci komory rozpylania. Do dalszego przerobu stosuje sie jedynie te czesc ziarn, która stanowi przesiew sita 30 mesh. Czastki te maja ksztalt w przyblizeniu kulisty i od 25—35% tych czastek stanowi przesiew sita 325 mesh. Przez sito to przechodza czastki, których najwieksze rozmiary wynosza 44 /im. Korzystnym lepiszczem, stosowanym w sposobie wedlug wynalazku jest alkohol poliwinylowy, lecz stosowac mozna równiez inne stale substancje wiazace, takie jak kamfora, alkohol metylowy, p-dwuchloroben- zen, kwas chlorooctowy, naftalen, kwas benzoesowy, bezwodnik ftalowy, gliceryna, Acrowax C, polimer tlenku etylenu sprzedawany jako Carbowax, syntetyczne zywice jak akryloamid oraz stearyniany metali. Do kazdego lepiszcza dobiera sie odpowiedni rozpuszczalnik, przy czym dla substancji rozpuszczalnych w wodzie korzystnym rozpuszczalnikiem jest woda. Mieszanie proszków z czasteczkami lepiszcza dokonuje sie w dowolnym odpowiednim mieszalniku. Ilosc substancji wiazacej nie ma istotnego znaczenia i dostateczna jest ilosc kilku procent wagowych. Wytlaczanie88 512 3 plastycznej lub kitowatej mieszaniny czastek proszku, substancji wiazacej i rozpuszczalnika jest najbardziej dogodna metoda formowania aglomeratów z plastycznej mieszaniny. Mozna równiez stosowac inne metody, takie jak przykladowo brykietowanie. Wytloczone produkty suszy sie; nastepnie miele w kruszarce walcowej, mlynie mlotkowym, itp., a nastepnie przesiewa. Ziarna przechodzace przez sito 10mesh uwaza sie za dostatecznie rozdrobnione. Od okolo 60 do okolo 80% tych czastek przechodzi przez sito 325 mesh, gestosc nasypowa wynosi przy tym od okolo 2,0 do 3,3 g/cm3. Zarówno zawartosc procentowa najdrobniejszych frakcji, jak i gestosc nasypowa tego produktu sa mniejsze niz proszku mielonego w mlynie. Przypuszczalnie kazda czastka proszku w tym produkcie, w wyniku mieszania i wytlaczania pokryta jest cienka warstwa lepiszcza i ze w formówkach wytwarzanych z tego materialu czastki proszku zwiazane sa ze soba warstwa lepiszcza. Aglomeraty proszku i lepiszcza prasuje sie w matrycach lub formach uzyskujac pozadany ksztalt pod cisnieniem wynoszacym okolo 7—8tn/cm2. Cisnienie tego formowania moze wynosic od okolo 3 ton/cm2 do okolo 11 ton/cm2, przy czym gestosc formówki jest wieksza przy wyzszych cisnieniach prasowania. Przy cisnieniu prasowania rzedu 3 tony/cm2 gestosc prasówki zawiera sie w granicach od 56 dl 58% gestosci odlewu, zas przy cisnieniu 11 ton/cm2 wynosi ona 70—72% gestosci odlewu. Pozadana gestosc gotowego wyrobu uzyskuje sie przez spiekanie wypraski pod próznia lub w atmosferze redukujacej, w temperaturze zawartej pomiedzy temperatura solidusu i likwodusu danego stopu. Spiekanie zachodzi w czasie okolo 1 godziny, lecz jesli przedluzyc czas spiekania do 2 lub 3 godzin, wówczas mozna obnizyc nieco temperature bez pogorszenia wlasnosci wyrobu. Prawidlowo spiekane wypraski maja gestosc okolo 98% lub powyzej gestosci odlewu wykonanego z danego stopu. Sposób wedlug wynalazku obejmuje równiez w razie potrzeby mielenia czesci lub calosci proszku rozpylanego otrzymanego przez rozpylanie cieklego stopu w sposób opisany powyzej. Mieleniu poddaje sie stosunkowo gruby proszek rozpylany stanowiacy odsiew sita 30 mesh. Mielenie prowadzi sie w mlynach kulowych, udarowych, sciernych lub wibracyjnych, badz tez innymi znanymi metodami, tak aby ponad 98% czastek stanowilo przesiew sita 325 mesh. Nastepnie tez przygotowany proszek rozpylany poddaje sie obróbce sposobem wedlug^wynalazku otrzymujac wyroby o omawianych wlasciwosciach. Najkorzystniej mielenie prowadzi sie wobec metanolu oraz pod obnizonym cisnieniem, celem zmniejszenia do minimum utleniania sie ladunku. W przypadku mlyna kulowego zaladowane kule powinny byc wykonane z odpornego na scieranie stopu o skladzie zgodnym z wytwarzanym produktem. Czas mielenia wynosi od 8 do 36 godzin, a srednia wielkosc ziarn produktu, stanowiacego przesiew sita 325 mesh, wynosi od okolo 30 do 9/x zaleznie od warunków mielenia. Po zmieleniu ladunek usuwa sie z mlyna i poddaje sedymentacji. Alkohol dekantuje sie, zas gesta zawiesine proszku w alkoholu odsacza sie pod próznia. Placek filtracyjny suszy sie pod próznia lub na powietrzu, a nastepnie rozdrabnia do aglomeratów stanowiacych przesiew sita 60 mesh. Wypraski z proszku rozpylonego stopu nr 7 na bazie niklu (sklad podano w tablicy) o ziarnach stanowiacych przesiew sita 30 mesh nie daja sie spiekac. Przesiew sita 325 mesh tego proszku o sredniej wielkosci ziarn okolo 31/i moze byc spiekana, chociaz zakres temperatur spiekania, przy których uzyskuje sie gestosc 95% gestosci odlewu, jest raczej waski. Jak juz wspomniano, przesiew sita 325 mesh proszku rozpylanego stanowi jedynie 25—35% wagowych proszku. Proszek rozpylony stanowiacy przesiew sita 30 mesh zmielony nastepnie do uzyskania sredniej wielkosci ziarn równej okolo 1 fyi moze byc spiekany do gestosci 95% gestosci odlewu lub wyzszej, przy czym przedzial temperatur spiekania wynosi 25—30°. Takiprzedzial temperatur spiekania jest dostatecznie szeroki w warunkach przemyslowyeh. Zawartoscc tlenu w zmielonym proszku wynosi okolo 0,44% wagowych. Warto zauwazyc, ze dodatek wzglednie malej ilosci drobnych frakcji czasteczek proszków rozpylanych do proszku mielonego, w znacznym stopniu zmniejsza jego zdolnosc do ulegania spiekaniu. W innym doswiadczeniu przesiew sita 30 mesh oraz sita 270 mesh proszku rozpylanego stopu nr 7 mielonego w mlynie kulowym przez 25 godzin do uzyskania sredniej wielkosci ziarn okolo 10/i. Do tego zmielonego materialu dodano proszek rozpylany stanowiacy przesiew sita 270 mesh w ilosci 30% wagowych wzgledem calej mieszaniny. Srednia wielkosc ziarn w tej mieszaninie wynosila 23,5/i. Wypraski z takiej mieszaniny nie spiekaly sie równie dobrze jak wypraski wykonane z proszku uzyskanego przez zmielenie czastek stanowiacych mieszanine przesiewów sit 30 oraz 270 mesh, proszków rozpylonych, które mielone w mlynie kulowym przez 18 godzin do sredniej wielkosci ziarn 1Au. Pierwszy proszek nalezalo spiekac w temperaturze 1260°C przez ponad godzine celem uzyskania gestosci 95% gestosci odlewu. Spiekanie w temperaturze 1265°C przez 1 godzine dawalo wyroby o gestosci 98,25%. Drugi proszek spiekal sie do gestosci 95% po 1 godzinie w temperaturze 1240°C i do gestosci 98% po 1 godzinie w temperaturze 1254°C.4 88 512 Ponizsze przyklady blizej ilustruja sposób wedlug wynalazku. Przyklad I. Przesiew sita 325 mesh proszku rozpylanego stopu nr 3 na bazie kobaltu o skladzie podanym w tablicy, zmieszano na sucho w mieszalniku z subtelnie rozdrobnionym leoiszczem, korzystnie z alkoholem poliwinylowym przesianym przez sito 100 mesh. Lepiszcze stosowano w ilosci od 2—3% wagowych. Ziarna proszku mialy srednia wielkosc okolo 30ju. Nastepnie dodano odpowiednia ilosc cieplej wody, aby wytworzyc mieszanine plastyczna proszku i lepiszcza. Mieszanine te wtlaczano wcylinderki o srednicy okolo 12 mm i dlugosci okolo 50 mm, pod cisnieniem odpowiedniem do opracowania mieszaniny do gestosci okolo 60% gestosci odlewu. Ksztaltki wysuszono, a nastepnie rozdrabniano w kruszarce walcowej, mlynie mlotkowym lub podobnych urzadzeniach i rozdrobniony material przesiano przez sito 10 mesh. Aglomeraty stanowiace przesiew sita 100 mesh formowano pod cisnieniem okolo 8 ton/cm2 wformówki o,pozadanym ksztalcie i odpowiedniej wytrzymalosci, które nadawaly sie do dalszego przerobu. Formówki spiekano w ciagu od 1 do 3 godzin w temperaturze zawartej pomiedzy 1238 i 1274°C. W czasie spiekania lepiszcze ulegalo odparowaniu, a spie¬ kane wyroby mialy gestosc od 97 do 99% gestosci odlewu. Przyklad II. Otrzymany przez rozpylenie w gazie obojetnym proszek rozpylany stopu nr 7 na bazie niklu o skladzie podanym w tablicy, przesiano przez sito 30 mesh. 45 kg otrzymanego przesiewu zaladowano do mlyna kulowego o dlugosci 700 mm wraz z 50 I metanolu i okolo 360 kg kul ze stopu nr 3 na bazie kobaltu, o skladzie podanym w tablicy o nazwie HAYNES STELLITE (zastrzezona nazwa handlowa firmy Cabot Co.). Mlyn, z którego usuwano gazy obracano z szybkoscia wynoszaca w przyblizeniu 80% szybkosci krytycznej (54 obroty/min) przez okres: 10 godzin. Srednia wielkosc ziarn otrzymanego proszku wynosila okolo okolo 17,5//. Okolo 98% proszku stanowilo przesiew sita 325 mesh. Proszek usunieto z mlyna, przesaczono, wysuszono i zmieszano na sucho z 2% wagowymi czastek alkoholu poliwinylowego przesianego przez sito o 100 mesh i 1% wagowym Acrowaxu C. Mieszanine te zmieszano z woda uzyskujac mase o konsystencji kitu, która wytlaczano w ksztalcie walców, a te z kolei suszono i kruszono po czym proszek zasypano do matrycy i po prasowaniu wyjeto z form. Zwarte formówki umieszczono w piecu do spiekania i spiekano w temperaturze pomiedzy 1210 i 1221°C przez okres od 1 do 3 godzin. Otrzymane wyroby posiadaly gestosc wynoszaca od 98 do 99% gestosci odlewu i twardosci od 41 do 44 w skali C Rockwella. Przyklad III. Otrzymany przez rozpylenie w gazie obojetnym proszek rozpylany stopu nr 6 na bazie kobaltu, o skladzie podanym w tablicy, mielono w sposób opisany w przykladzie II przez okres 36 godzin otrzymujac produkt o sredniej wielkosci ziarn J1,3jli. Proszek ten przerabiano w opisany wczesniej sposób, z ta róznica, ze jako lepiszcze zastosowano 3% w alkoholu poliwinylowego i 1% Acrowaxu C. Otrzymano zwarte formówki, które umieszczono w piecu do spiekania i spiekano w temperaturze od 1171 do 1182°C. Koncowe wyroby posiadaly gestosc od 96 do 98% gestosci odlewu. Przyklad IV. Otrzymane przez rozpylenie w gazie obojetnym czastki stopu nr 8 na bazie zelaza, o skladzie podanym w tablicy, przesiano przez sito 325 mesh. Przesiew tego sita zmieszano z lepiszczem w sposób opisany w przykladzie I, z tym, ze jako lepiszcze uzyto 3% wagowych alkoholu poliwinylowego. W opisany wczesniej sposób wytworzono równiez formówki. Formówki te utrzymywaly swój ksztalt i zostaly przeniesione do pieca, gdzie spiekano je w temperaturze od 1177 do 1188;C, przy czym wytworzone wyroby mialy gestosc okolo 97% gestosci odlewu. Przyklad V. Proszek wytworzony przez rozpylenie w gazie obojetnym stopu nr 8 na bazie zelaza, o skladzie podanym w tablicy, przesiano przez sito 30 mesh, przesiew mielono w mlynie kulowym przez okres 24 godzin otrzymujac czastki sredniej wielkosci ziarn okolo 9ju. Czastki te zmieszano z 3% wagowymi alkoholu poliwinylowego i 1% wagowym Acrowaxu C, a nastepnie przerabiano dalej w sposób opisany w przykladzie I, az do uzyskania zawartych formówek, które spiekano w temperaturze pomiedzy 1171 i 1188°C otrzymujac wyroby o gestosci 97% gestosci odlewu. Nosnik stosowany w procesie mielenia w mlynie kulowym ma pewien wplyw na proces spiekania. O ile korzystne jest stosowanie wody, to jednak stwierdzono, ze jej uzycie daje mierzalny wzrost zawartosci tlenu w spiekanych wyrobach i zaweza zakres temperatur spiekania. Jesli zawartosc tlenu w stopie ma istotne znaczenie lub jesli ograniczony jest zakres temperatury spiekania, wówczas stosowac nalezy inne rozpuszczalniki niz woda. Na przyklad w przypadku stopu nr 7 na bazie niklu o skladzie podanym w tablicy, przy proszku o sredniej wielkosci ziarn 18/u wzrost zawartosci tlenu w stopie wynikajacy zuzycia wody jako srodowiska w mlynie, wynosi okolo 0,43%. Korzystne jest wiec zastosowanie metanolu, co powoduje wzrost zawartosci tlenu jedynie okolo 0,12%. Sposród innych rozpuszczalników organicznych, które stosowac mozna jako srodowisko w mlynie stosuje sie ketony, weglowodory aromatyczne oraz zwiazki szeregu metanowego. Z drugiej strony, na skutek rozkladu organicznych substancji wiazacych wzrasta zawartosc wegla w spiekanych wyrobach o okolo 0,1-0,2%. W stopie nr 3 na bazie kobaltu o skladzie podanym w tablicy i w innych wysokogatunkowych stopach o malej zawartosci wegla, wzrost ten moze byc znaczny i w takich88512 5 przypadkach korzystni jest dodawanie do proszku niewielkich ilosci tlenu metylu, który ulega redukcji przez wegiel w temperaturze! spiekania. W przypadku stopu nr 3 odpowiednim tlenkiem jest tlenek kobaltu. Dla innych stopów mozna stosowac tlenek niklu lub tlenki innych metali zgodnie ze skladem stopu. Sposób wedlug wynalazku nadaje sie równiez do wytwarzania wyrobów z proszków stopów zawierajacych faze zdyspergowana. W ramach doswiadczen wytworzono stopy zawierajace w matrycy stopu nr 2 czastki wegliku wolframu zdyspergowane w stopie w ilosciach od okolo 25 do okolo 60% wagowych. Weglik wolframu w postaci proszku dodaje sie do proszku stopu i mechanicznie z nim miesza. Mieszanine proszków miesza sie nastepnie z odpowiednim lepiszczem i przerabia od tej chwili w ten sam sposób, jak opisano w cytowanych przykladach. W niniejszym opisie wedlug wynalazku stosowane rozmiary sit zgodne sa z normami ASTM (American Society for Testing Materiale). Srednia wielkosc ziarn okreslana byla mikrometrografem Sharplesa. W podanym opisie omówiono najkorzystniejsze rozwiazania sposobu wedlug wynalazku, którego zakres nie jest jednak do nich ograniczony i okreslony jest podanymi nizej PL