SE425361B - Sett vid isostatisk varmpressning av forformade kroppar av metalliskt ellerkeramiskt material - Google Patents

Description

10 15 20 25 35 79Ü9205-2 2 använda. tryokmediet, normalt en gas, att tränga in i pnlverlnoppen. Höljet, liksom dess innehåll, befrias från icke önskvärda gaser under något process- steg före tillslutningen. Olika sätt är kända att utforma höljet. Enligt ett känt sätt användes som hölje en förfomad kapsel av glas. Ihligt ett annat känt sätt framställes nöljet på. platsen genom att den förformade pulverkrop- pen doppas i en uppslamning av partiklar av glas eller på. annat sätt omges med ett skikt av partiklar av glas och sedan värmas under vakuum vid sådan temperatur att partiklarna bildar ett tätt hölje omkring den. Det är också känt, -nämligen för kiselnitrid, att använda ett poröst skikt av ett glas av lågsmältande typ utanpå ett poröst skikt av glas av högsmältande typ. I detta kända fall överföras det yttre porösa skiktet i ett för tryckmediet ogenom- trång-ligt skikt under det att pulverkroppen avgasas. När ett tätt skikt bil- dats appliceras tryck på den inneelutna pulverkroppen med argon eller helium för att motverka dissociation av kiselnitriden vid fortsatt temperaturhöj- ning. Vid den fortsatta temperaturhöjnírxgen reagerar glaset i det yttre skiktet med materialet i det inre porösa skiktet under bildning av ett alltmer ahögsmältande glas och under upprätthållande av ett för tzyckmediet ogenomtr-ängligt skikt samt bildas slutligen ett för tryckmediet ogenomträng- ligt glasskikt av den innersta delen av det inre porösa skiktet innan glaset i det yttre skiktet hinner rinna av. Detta sist bildade glasskikt bildar ett hölje omkring pulverkroppen, då den isostatiska pressningen av den genom- föres vid sintringstemperafiiren.

Det har i vissa fall visat sig vara förlmippat med problem att åstadkomma en önskvärt stor reproducerbarhet vid tillverkning av föremål av pulver- material vid användning av de beskrivna. kända metoderna, speciellt då. det gäller föremål med komplicerad form såsom föremål med skarpa hörn eller kanter eller med twmväggiga partier såsom t ex turbinskivor med skovlar.

Om man använder en förformad kapsel av glas föreligger risk att glaset då det mjukrar ansamlas i fickor och där på. grund av en relativt hög viskosi- tet kan förorsaka skador i tunnväggiga partier av den 'förfomade pulverh-op- pen i samband med att ett högt tryck anbringas för den isostatiska press- nmgen av pulverlcroppen. Om man framställer nöljet på platsen genom att pulverkroppen omges med skikt av partiklar av glas, föreligger risk, vilket för övrigt även gäller vid användning av en förformad kapsel av glas, att pulverlmoppen lokalt, speciellt vid skarpa hörn och kanter, blir utan hölje- material, då pressningen skall utföras, på grund av att glaset inte stannar kvar där. 10 15 20 25 55 79092 05-2 Erxligt den föreliggande uppfinningen har det visat sig möjligt att med större reproducerbarhet än med de tidigare nämnda metoderna framställa föremål av pulvermaterial med hög täthet.

Den föreliggande uppfinningen avser ett sätt att framställa ett föremål av metalliskt material eller annat keramiskt material än kiselnitrid eller än ett med kiselnitrid som huvudbeståndsdel uppbyggt material genom isosta- tisk pressning av en av ett pulver av det metalliska eller keramiska mate- rialet förformad kropp med ett gasformigt tryclcmedium, varvid den förformade kroppen förses med en omslutning av glas eller av vid uppvärmning glasbil- dande material, som göres gasogenomsläpplig, innan den isostatiska press- ningen under sintring av den för-formade kroppen genomföras, kännetecknat därav, att den förformade kroppen och omslutningen placeras i ett kärl som är formbeständigt vid den temperatur, vid vilken sintringen av det metalliska eller keramiska materialet utföres, att anslutningen överföras i en smälta med en av kärlets väggar begränsad, åtminstone i huvudsak horisontell, övre yta, under vilken den förfçmnade kroppen är belägen, och att ett för den isosta- tiska pressningen erforderligt tryck anbringas på smältan med det gasfor- miga. tryckmediet.

Med smälta avses i beskrivning och patentkrav en gasogenomsläpplig massa som åtminstone delvis och företrädesvis åtminstone till huvudsaklig del be- står av smält fas. Det är således inte nödvändigt att alla omslutningens beståndsdelar i sin helhet smält för att en fungerande gasogenomsläpplig massa, här inkluderad i begreppet smälta, skall ha bildats.

Det är väsentligt att smältan utsättas för tryck med ett gasformigt tryck- medium, vilket sker i en uppvärmbar högtryckskannnare, och inte med en kolv i ett formrum, i vilket smältan är innesluten med anliggning mot formmmmets väggar. I det sistnämnda fallet är det nämligen inte möjligt eller uppstår i varje fall synnerligen stora svårigheter att undvika skador på. ömtåliga delar av pulverkroppen, på. grund av att det inte går att hålla tillräckligt låg viskositet på glassmältan, eftersom den då vill tränga ut mellan kolv och fonnnlm.

Materialet i pulvret utgör företrädesvis ett material med en sintringstempe- ratm: överstigande 100000, såsom en järnbaserad legering, t ex 3 7É Cr-Mo-stål nmehsilmas 0,53 94 c, 0,50 9:. si, o,4o 74 Mn, o,o1 s ze, o,o1 s s, 2,6 9% cr, 0,6 7, so, rest re eller 12 9% cr-uo-v-Nb-stål innehållande 0,16 s c, 0,25 aé si, 10 15 20 25 55 n 7909205-2 4 0,60 56 Mn, 0,01 % P, 0,01 at s, 11,5 9% cr, 0,5 7; m, 0,5 ga mo, 0,30 çá v, 0,251» Hb, rest Fe, en nickelbaserad legering, t ex en legerizzg innehål- lanae 0,03 9% 0, 15 96 cr, 17 ß cc, 5 çé mo, 3,5 ø ri, 4,4 9% A1, 0,05 96 Ja, rest Ni eller en legerixxg innehållande 0,05 7É C, 12 få Cr, 17 åt G0, 5 f» M0, 0,06 ga zr, 4,7 f. Ti, 5,5 7% A1, 0,014 9% n, 1,0 7.4 v, rest m, vidare bl c en metalloxid såsom A120; och en karbid såsom kiselkarbid. Ovan i procent uttryckta halter, liksom i det följande i procent angivna halter avser viktsprocent. ' ' Som tryckmedium vid utövande av den föreliggande uppfinningen föredrages ädelgaser såsom argvon och helium amt kvävgas och vätgas. Trycket och tempe- raturen vid sintringen av den förfozmade lcroppen är givetvis beroende av pulver-materialets egenskaper. Normalt bör trycket uppgå till minst 50 MPa., företrädesvis till minst '100 MPa. Om materialet utgöres av en järnbaserad lager-ing har temperaturen ligga via minst 100o°c, företrädesvis via 1100- -1.200°C, och om materialet utgöres av en nickelbaserad legering vid minst 1050°C, företrädesvis vid 1100-1250°C. Om materialet utgöres av aluminium- oxid bör temperaturen ligga vid minst 120000, företrädesvis vid 1300-150000 och om det utgöres av kiselkarbid vid minst 170000, företrädesvis vid 1800- -200o°0.

Som material i det vid sintrmgstemperaturen fombeständiga kärlet föredra- ges grafit, men även andra. material såsom bornitrid eller molybden är använd- bara.

Omslutningen kan med särskild fördel bestå. av partiklar av glas eller av vid uppvärmning glasbildaxade material. Därvid bädda-s den förfonnade pulver- kroppen in i partiklarna i det fombeständiga kärlet och partiklarna. över- föres i en smälta 5 kärlet, dvs omslutningen göres gasogeuomsläpplíg i kär- let. Man kan ävenaanvänâa större stycken av glaset eller det glasbildarxde materialet, såsom förformade stycken som åtminstone i huvudsak ansluter sig till den för-formade kroppens form. Man kan t ex använda ett för-format stycke på. den förformade kroppens undersida och ett annat förformat stycke på, krop- pens översida, varvid styckena. lämpligen har mot varandra anläggande kanter.

Det är också beroende på föremålsts form i princip möjligt att använda en i ett stycke förformad kapsel av glas med en öppning som är anpassad så att den förfomade kroppen kan föras in i kapseln. Då. anslutningen göres av ett eller ett fåtal glasstycken är det möjligt att göra anslutningen gasogenom- släpplig antingen före eller efter det den placerats i kär-lst. I det först- 10 15 20 25 7909205-2 nämnda fallet kan detta med fördel ske i en separat process i en härför lämplig ugn och i det sistnämnda fallet med fördel i anslutning till att anslutningen överföres i en smälta i den högtrycksugn som den isostatiska pressningen utföres i.

Omslutningen kan med fördel göras gasogenomsläpplig under det ett vakuum upprätthålla: onda-ing den. Det är lämpligt att använda ett glas eller ett glasbildande material som gör att anslutningen blir gasogenomsläpplig vid relativt låg temperatur. Om anslutningen sålunda består av partiklar av glas eller glasbildande material som göres gasogenomsläpplig genom att den över- föres i en smälta. i det formbestäixdiga kärlet under det vakuum upprätthålles över den kan man använda ett glas som ger en smälta med låg viskositet, lämpligen högst 106 poises vid en temperatur av omkring 1150°C, så. att ett högt tryck kan läggas på. vid denna temperatur utan att risk för skador på den förformade kroppen uppträder.

Omslutningen kan med fördel också göras gasogenomsläpplig under det att den hålles i kontakt med en gas, som då. det gäller framställning av föremål av metalliska material åtminstone till huvudsaklig del med fördel kan bestå. av vätgas, och i vilken ett tryck upprätthålles som är minst lika stort som samtidigt rådande tryck hos i den förformade lsroppens porer befintlig gas.

Det för den isostatiska prsssnixcgen erforderliga höga. trycket appliceras företrädesvis när smältan 'bibringats en låg viskositet.

Tätheten hos det glas som användes bör vara sådan att man inte riskerar att pulverkroppen lyftes upp så. mycket ur smältan att den får delar som inte blir täckta av smält glas.

Som exempel på. användbara material i glas kan nämnas lågsmältande glas såsom ett glas innehållande 80,3 viktsprocent S102, 12,2 viktsprocent 13205, 2,8 viktsprooent 111205, 4,0 viktsprocent 112.20, 0,4 viktsprocent E20 och 0,3 vikcsprocent cao (Pyræß ), visare en aiuminiumeiiikst :mehsuanae se viktsprocent 82202, 9 viktsproeent 13205, 20 vilctsprocent Al205, 5 viktspro- cent Ca0 och 8 viktsprocent MgO, samt 'blandningar av partiklar av ämnen, t ex Si02, 3203, Al205 samt alkali- och jordalkalimetalloxider, som vid upp- hettning bildar glas. Det är för material med höga sintringstemperaturer också möjligt att använda högsmältande glas såsom ett glas innehållande 96,7 viktsprocent S102, 2,9 viktsprocent 13205 och 0,4 viktsprocent 11205 10 15 25 79o92o5-22 6 (Vycor®), vidare kvartsglas och blandningar av partiklar, t ex Si02 och 3203, som vid upphettning bildar glas. ' För att förhindra att glaset från anslutningen tränger in i pulverlcz-oppens porer är det lämpligt att omge pulverlcroppen med ett spärrskikt, t ex ett skikt av finfördelad bornitrid eller av ett finfördelat glas med högre smält- ' temperatur än glaset i anslutningen.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexempel.

Exegel 1 Ett turbinskiveformat utrymme i en delbar form av aluminiumsilikatbaserat material, t ex av samma ty? som normalt användes i kärnor för investment casting av turbinblad med kylkanaler, fylles med sfäriskt pulver av en .järn- baseraa legering innehållande 0,18 7% c, 11,5 få cr, 0,25 9% si, 0,5 ß Mo, 0,60 gå mn, o,o1 ft P, o,o1 9% s, 0,5 9% m, o,3o ø v, 0,25 ø mb, rest re och med en kornstorlek av < 250 /um. Pzzlvret vibreras samman med lätta stötar på formen och sintras i vakuum vid 120000 i 2 timmar. Efter kylning delas formen, som är återanvändbar, och den porösa turbinskivazl med väsentligen samma dimensioner som formrummet tas ut. Den porösa turbinskivan förses där- efter med ett spärrskikt genom att ytbeläggas med ett finkornigt pulver, kornstorlek <1 um, av högsmältande glas till en tjocklek av ca 0,3 mn.

Glaset består av 96,7 viktsprocent S102, 2,9 viktsprocent 13205 och 0,14, viktsprocent 1111205.

Turbinskivan inbäddas helt i en massa av glaspartiklarai en grafitdegel.

Glaset i denna. massa består av 80,3 víktsprocent S102, 12,2 viktsprocent 13205, 2,8 viktsprocent Al2O3,'4,0 viktsprocent Na20, 0,4 viktsprocent E20 och (2,3 viktsprocent CaO. - Grafitdegel med izmehåll placeras därefter i en högtrycksugxa som är försedd med en ledning genom vilken gas kan avledas för avgaening av pulver-kroppen samt gas kan tilledas för alstring av erforderligt tryck för den isostatiska. pressningen och som är försedd med uppvämningsanordningar.

Den förformade pulverlnroppen med glaeomslutning avgasas först i hög-trycks- ugnen vid rumstemperatur under ungefär 2 timmer. Ugnen värmas därefter till 950%. var temperamen nått 95o°c och glasomslutningen sinnet tätt nöjes trycket genom inpumpning av argongas. Temperaturen höjes också. till 120000, 10 15 20 25 7909205-2 varvid omslutningen bildar en smälte. med horisontell yta.. Vid trycketWOO IfPa hållas denna temperatur i 2 timmar, varvid pulver-kroppen förtätas tull- ständigt, Efter avslutad cykel får ugnen svalna. till lämplig dechargerings- temperatur. Kärlet :lxmehåller då en blank kaka, i vilken pwilverlcz-oppen är synlig genom det stelnade och klara. glaset. Pulverkroppen är helt inbäddad i glaset och har således vid pressnirzgen i sin helhet befiumit sig under smältans yta. Glaset kan avlägsnas genom blästring.

Exempel 2 Ett turbinskiveformat utrymme i en delbar form av almniniumsilikatbaserat material, t ex av samma. typ som normalt användes i kärnor för investment casting av turbinblad med lqrlkanaler, fyllas med sfärislct pulver av en järn- baserad legering innehållande 0,18 76 C, 11,5 % Cr, 0,25 76 Si, 0,5 i Mo, 0,60 flš Mn, 0,01 96 P, 0,01 76 S, 0,5 % Ni, 0,30 % V, 0,25 % Nb, rest Fe och med en kornstorlek av < 250 um. Pulvret vibreras samman med lätta stötar på ramen och Sannas i vakuum via 12oo°c 1 2 timmar. Efter www; delas formen, som är återanvändbar, och den porösa turbinskivan med väsentligen samma dimensioner som formrxzmmet tas ut. Den porösa turbinskivan förses där- efter med ett spärrskikt genom att ytbeläggas med ett finkornigt pulver, komstorlek <1 /um, av samma högsmältande glas som i Exempel 1 eller av bornitridpulver till en tjocklek av 0,5 mm.

Turbinskivan inbäddas helt i en masse av glaspertiklar av samma slag som i Exempel 1 i en grafitdegel.

Grafitdegel med innehåll placeras därefter i en högtrycksæzgxi av i Encempel 1 beskrivet slag.

Den för-formade kroppen med glasomslutning avgasas först idaögtrycksugzien vid rlimstemperatur ungefär 2 timmar. Ugnen värmas därefter till '(50°C. vid denna temperatur ökas trycket genom insläpp av vätgas med ca. 100 mbar/min medan temperaturen höjas med 5°0/min.

När temperaturen nått 950°G och glasomslutningen sintrat tätt höjas trycket ytterligare genom inpumpnizxg av argongas. Temperaturen höjes också. till 120000, varvid omslutningen bildar smälta. Vid trycket 100 MPa hålles denna temperatur i 2 timmar, varvid pulverlcroppen förtätas fullständigt. Tryck _ och temperatur sänkas därefter och degeln kan tagas ur den varma pressen.

Den sintrade pulver-kroppen erhålles sedan ur en blank kaka. av glas såsom beskrivits i Exempel 1.

Claims (5)

R 7909205-2 PATENTKRAV

1. Sätt att framställa ett föremål av metalliskt material eller annat keramiskt material än kiselnitrid eller än ett med kiselnitrid som huvud- beståndsdel uppbyggt material genom isoetatiek pressning av en av ett pulver av det metalliska eller keramiska materialet förformad kropp med ett gas- fomigl: tryckmedium, varvid den förfcmade boppen förses med en omslutning av glas eller av vid uppvärmning glasbildende material, som göres gasogenom- släpplig, innan den isostatiska pressningen under sintring av den förformade lcroppen genomíöres, k ä. n n e t e c k n a t därav, att den förformade krop- pen och anslutningen placeras i ett kärl, som är formbeständig-t vid den tem- peratur, vid vilken sintringen av det metalliska eller keramiska materialet utföres, att anslutningen överföras i en smälta med en av kärlete väggar begränsad, åtminstone i huvudsak horisontell, övre yta., under vilken den förfomade kroppen är belägen, och att ett för den isostatika. pressningen erforderligt tryck anbringas på smältan med det gasformiga tryckmediet.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att omslut- níngen göres gasogenomsläpplig under det att pulverkroppen och omslutning-en hålles under vakuum.

3. Sätt enligt patentlcrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att omslut- ningen göres gasogenomsläpplig under det att pulver-kroppen och anslutningen hållas i kontakt med en gas, i vilken ett tryck upprätthålles som minst lika stort som samtidigt rådande tryck hos i pulverkroppens porer befintlig gas.

4. p Sätt enligt något av patentlmaven 1-3, k ä n n e t e c k n a t därav, att smältan har en viskositet av högst 106 poisee, då för den isostatiska preseningen erforderligt tryck anbringas på emältan.

5. Sätt enligt något av patentkraven 1-4, k ä. n n e t e c k n a t därav, att den förformade kroppen och omslutningen placeras i ett kärl av grafit. 7909205-2 Sammandrag Ett föremål av metalliekt material eller annat keramiskt material än kisel- nitriå eller än ett med kiselnitrid som huvudbestånàsdel uppbyggt material framställes genom isostatisk pressnizzg av en av ett pulver av det metalliska eller keramiska materialet för-formad kropp, varvid den förformade kroppen förses med en omslutning av glas, såsom att den t ex inbäâdas i en massa. av glaspartiklaæ, och anslutningen, med kroppen och anslutningen placerad i ett kärl, som är formbeständigt vid. den temperatur vid vilken sintringen av det metalliska. eller keramiska materialet utföres, överföras i en smälta med en av kärlets väggar begränsad yta, zmder vilken den förformaàe kroppen är belägen, samt ett för den. isostatiska prassningen av åon fërformaäe lccoppen erforderligt tryck anbringas på smältan med ett gasfor~ mig-t tryclnnedium. ' '