SE411051B - Forfarande for framstellning av ett foremal av fiberforsterkt metallmaterial - Google Patents

Description

'7804337-9 2 eller trådarna i önskat mönster på en ram eller liknande, varefter matrismaterialet har införts antingen i smält form eller i form av ett pulver. Det förra förfarandet ger ett tätt material, men vid an- vändning av högtemperaturlegeringar (exempelvis nickelbaserade lege- ringar) får man icke önskvärda reaktioner mellan fibrerna och matris- materialet, exempelvis rekristallisering av fibermaterialet, upplös- ning av fibermaterialet samt kemiska reaktioner mellan fibermaterialet och matrismaterialet. Om man använder matrismaterial i form av pulver krävs mycket noggrant reglerade förfaranden för kompaktering för att man skall få ett tätt material och för att undvika oxidering av pulvret Med detta förfarande är det dessutom svårt att få en hög an- del fibermaterial i det färdiga föremålet. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande som undanröjer ovan angivna nackdelar-och möjliggör fram- ställning av föremål med önskad form och med önskad andel fibermate- rial, varvid föremålen blir helt homogena, så att fibermaterialet helt omslutes av matrismaterial, varjämte fibermaterialet icke förstöres av mekaniska påkänningar eller rekristallisering vid genomförande av förfarandet. g Enligt uppfinningen åstadkommas detta genom att varje fiber eller fiberknippe införes i ett rör som är framställt av matrismate- rialet och har lämplig godstjocklek för att ge önskad delning mellan fibrerna eller fiberknippena, att rören placeras i ett hölje, som är avsett att ge föremålet önskad ytterkontur och företrädesvis är fram- ställt av matrismaterialet, samt att höljet med de i detta anordnade rören och fibrerna eller fiberknippena utsättes för varmisostatisk pressning med högt tryck och vid hög temperatur under tillräckligt lång tid för att materialet skall deformeras plastiskt till ett i hu- vudsak tätt material.

Uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning till biv -fogade ritning på vilken fig. 1 visar ett längdsnitt genom ett cy- lindriskt föremål enligt uppfinningen före kompaktering av detsamma, fig. 2 visar ett tvärsnitt genom föremålet enligt fig. 1, fig. 3 visar ett längdsnitt genom ett annat föremål som är framställt medelst för- farandet enligt uppfinningen och fig. 4 visar ett tvärsnitt genom före- målet enligt fig. 3. a a Uppbyggnaden av ett föremål enligt föreliggande uppfinning framgår bäst av fig. l och 2, och såsom visas i dessa figurer är före- målet uppbyggt av ett stort antal rör l med liten diameter, vilka rör är framställda av det önskade matrismaterialet, exempelvis rostfritt '7804337-9 5 stål. I varje rör 1 är en fiber eller en tråd 2 införd, och denna fiber är framställd av det önskade förstärkningsmaterialet, vilket exempelvis kan utgöras av volfram eller en volframbaserad metallege- ring. Rörens 1 innerdiameter är lämpligen något större än fibrernas 2 diameter för att underlätta införandet av fibrerna i rören. För att ge önskad volymandel fibrer i det färdiga föremålet kan rörens godstjocklek varieras i önskad utsträckning. Rören l omslutes av ett större rör 3, vilket vid det visade föremålet är cylindriskt. Röret 3 kan emellertid ha annan form. Röret 3 införas därefter i ett hölje i form av ett rör 4, vilket kan vara framställt av ett mer oxidations- beständigt material än matrismaterialet. I åtminstone den ena änden förses detyttre röret 4 med en plugg 5 av titan, varefter det yttre röret 4 hopsvetsas i båda ändarna. Vid efterföljande uppvärmning rea- gerar titanpluggarna 5 med den inneslutna luftens kväve och syre för att avlägsna luften från det fria utrymmet i höljet. Föremålet är därefter färdigt för behandling genom varmisostatisk pressnnlg, varvid föremålet deformeras plastiskt, så att man får ett homogent och tätt material. ~ i I fig. 3 och 4 visas ett föremål med en tvärsnittsform som liknar profilen hos en turbinskovel. Detta föremål är uppbyggt på i princip samma sätt som föremålet enligt fig. l och 2, dvs. med ett an- tal fibrer eller fiberknippen 2 placerade i rör 1, varefter rören är anordnade i ett yttre hölje 4. Vid föremålet enligt fig. 5 och 4 har man emellertid dessutom mellan rören l på önskade ställen placerat stänger 6 av matrismaterialet. På detta sätt kan man variera fibertät- heten i det färdiga föremålet, så att man exempelvis i en turbinskovel kan få större fibertäthet i bakkanten, där påkänningarna är stora och kylningen svår att genomföra.

Exempel. vid ett exempel på genomförande av förfarandet enligt upp- finningen användes som matrismaterial rostfritt stål 18/8 typ 304.

Rören l av matrismaterialet hade därvid en innerdiameter av 0,4 mm och en godstjocklek av 0,15 mm. Som fibermaterial användes fibrer av volfram med ett innehåll av 2 viktprooent toriumdioxid och med en dia- meter av 0,3 mm samt en draghållfasthet av 2600 MN per me och en brott- töjning av 5%. Efter noggrann rengöring med ultraljud i koltetraklorid infördes fibrerna i rören, vilka därefter kapades till önskad längd.

Rören samlades därefter och infördes i höljet, varvid så många rör som möjligt infördes 1 höljet. Höljet hade en ytterdiameter av 6 mm och en innerdiameter av 4 mm. Därefter infördes det framställda ämnet

Claims (4)

1. 7804337 -9 Ä i ett yttre hölje med en innerdiameter av 6, 2 mm och en ytterdiame- ter av 10,2 mm, varvid det yttre höljet användes för att ge önskad tvärsnittsyta. Debyttre höljet var tillslutet i den ena änden. Ämnet iinfördes i det yttre höljet med en liten titanplugg vid varje ände (se fig. 1). Det yttre höljet tätades därefter genom att den öppna änden igensvetsades. Den ena änden värmdes därefter så att titanplug- garna evakuerade syre och kväve från de fria utrymmena i höljet. Där- efter utsattes föremålet för varmisostatisk pressning under l timme vid 100000 och 170 MPa samt under 3 timmar vid ll80°C och 190 MPa. Efter den varmisostatiska pressningen hade föremålet en diameter som motsvarar full täthet hos materialet, och ett snitt genom föremålet bekräftade att materialet var helt tätt. Kärnan av kompositmaterial var både cirkulär och central, och fibrerna var jämnt fördelade. Ett längsgående snitt genom föremålet visade att fibrerna var hela och praktiskt taget parallella. Ett intermetallisktlager med en tjocklek av l24pm hade bildats mellan fibermaterialet och matrismaterialet. Detta lager hade jämn tjocklek och uppvisade inga sprickor. Minskning- en av fibrernas diameter motsvarade ungefär den mängd volfram som krävs för att bilda det intermetalliska lagret, varför mycket liten förstärk- ning har gått förlorad till följd av det intermetalliska lagret. Den övre gränsen för temperaturen vid den varmisostatiska pressningen bör väljas så att man har god marginal (ca l00°C) till den eutektiska fas med lägst smältpunkt som kan uppstå i den kombina- tion av fibermaterial och matrismaterial som användes. Samtidigt måste rekristallisering av fibrerna undvikas, och dessutom kan diffusions- processer i gränsområdet mellan fibrer och matrismaterial påverkas av tid och temperatur och ställa speciella krav. Den undre gränsen för temperaturen vid den varmisostatiska pressningen måste väljas tillräckligt hög för att man ett rimligt tryck och inom en rimlig tid får erforderlig plastisk deformation i matrismaterialet, så att man får ett tätt material. Vid den materialkombination som anges i ovanstående exempel kan man använda en temperatur av 1000-l250°C, ett tryck av 150-200 MPa och en tid av ca 3 timmar. Emellertid kan tiden avkdrtas avsevärt om tryck och temperatur optimeras. Patentkrav. l. Förfarande för framställning av ett föremål av fiberförstärkt metallmaterial, vid vilket förfarande ett flertal fibrer eller fiber- knippen av ett material med hög hållfasthet anordnas på avstånd från varandra och ett matrismaterial, företrädesvis en metall eller en me- tallegering, bringas att tätt omsluta varje fiber eller fiberknippe 7804337-9 5 och bibringas en form som motsvarar den önskade formen på föremålet, k ä n n e t e e k n a t a v att varje fiber eller fiberknippe in- föres 1 ett rör som är framställt av matrismaterialet och har lämplig godstjocklek för att ge önskad delning mellan fibrerna eller fiber- knippena, att rören placeras 1 ett hölje, som är avsett att ge före- målet önskad ytterkontur och företrädesvis är framställt av matrisma- terialet, samt att höljet med de i detta anordnade rören och fibrerna eller fiberknippena utsättes för varmsisotatisk pressning med högt tryck och vid hög temperatur under tillräckligt lång tid för att ma- terialet skal deformeras plastiskt till ett i huvudsak tätt material.
2. 2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e te c k n a t a v att höljet efter inplacering av rören tillslutes och luften av- lägsnas ur det fria utrymmet i “höljet för att underlätta den fort- satta behandlingen.
3. 3. Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e te c k n a t a v att luften avlägsnas ur det fria utrymmet 1 höljet genom att åtminstone en plugg av titan inneslutes i höljet, vilket därefter tillslutes gastätt, varefter titanpluggen vid uppvärmning reagerar med luften, så att denna avlägsnas ur det fria utrymmet;
4. 4. Förfarande enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e - t e c k n a t a v att stänger av matrismaterialet placeras på önska- de ställen mellan rören i höljet för att ge oförstärkta områden i det färdiga föremålet. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: