SE446696B - Forfarande for konsolidering av pulvermetaller - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 2 446 696 _ ver förbehandling av pulvermetaller med en elektrondonatorför ening och efterföljande tillförande av värme och vakuum för att aktivera pulverytorna före sintringen. Patentet beskriver en metod med vilken delar med hög densitet kan framställas genom sintring av metalliska pulver i en glasform. Dessa for- mar måste stödas pâ något sätt eftersom glaset blir relativt flytande vid metallsintringstemperaturerna. Vidare måste den stödjande behållaren vara av den allmänna formen av glasfor- men för att upprätthålla utseendet av formen och sintrings- massan. Eftersom denna process är applicerbar på en mängd olika former där var och en erfordrar en speciell behållarut- formning erfordras ett stort antal av uppstödjande behållare.

Efter placering av glasformen i en stödjande behållare, vanli- gen en kolbehållare, täckes den med borsilikatglasspån. Glas- spånen åstadkommer stöd för presskroppen under sintringen och allteftersom glaset mjuknar flyter det ut över formen och fyl- ler håligheterna och förhindrar formen från förskjutning inom kolbehâllaren.

Det finns åtskilliga stora nackdelar inneboende i proces- sen som beskrivs i amerikanska patentskriften 3 704 508. Det. värsta problemet, så som redan är nämnt, pekar på det stora antal av olika glasformar som måste användas. Varje form er- fordrar sin egen kol eller grafitbehållare. Det har också be- funnits att den snabba oxídationen av kol eller grafitformar under konsolideringen vid exempelvis 1150°C resulterar i en kort livslängd för behållaren. Skyddsatmosfär, såsom argon el- ler kväve, användes för att förlänga behållarens livslängd.

Detta är till hjälp enär kostnaderna för maskínbearbetningen av kol eller grafitbehållarna för komplexa former är mycket dyrbar. Men även med skyddsatmosfär är behållarens livslängd begränsad vilket gör det nödvändigt om man begagnar processen enligt ovannämnda patent att upprätthålla åtskilliga behålla- re i reserv för framställning av en given form. Slutligen är tömningen av den sintrade metallpresskroppen från behållaren och formen mycket svår beroende på flytningen av glas in i maskinbearbetningsmärken och andra fel i behållaren.

Vi har nu upptäckt en väsentlig förbättring i pulverme- tallsintringsprocesser sådana som exempelvis beskrives i ame- riskanska patentskriften 3 704 508. Det är inte längre nöd- vändigt att tillverka dyrbara kol eller grafitbehållare och 10 15 20 25 30 35 40 3 446 696 att skydda dem under sintringen med en skyddsatmosfär och se- dan kasta bort den beroende på byte av utseende som resultat av oxidation efter åtskilliga användningar. Det är en fördel enligt uppfinningen att behàllarna som är maskinbearbetade till nära den form som glasformen har, inte erfordras och in- te heller är det nödvändigt att använda grafitbehállare över- huvudtaget. Det är en fördel enligt uppfinningen att värme kan överföras till glasformen innehållande pulvret som skall konsolideras vid en i huvudsak likformig temperatur över hela ytan av glasformen. Det är ytterligare en annan fördel att ingen speciell atmosfär erfordras för utövande av uppfinning- en och inte heller erfordras dyr värmeisostatisk pressningsut- rustning.

I korthet omfattar uppfinningen en process för konsoli- dering av pulvermetall till ett tätt föremål och kännetecknas av ett första steg att placera okonsoliderat metallpulver, företrädesvis behandlat med en ytaktiverande förening, i en förslutbar form, vilken blir plastisk vid värmning. Ett andra steg omfattar evakuering av atmosfären från den pulverfyllda formen med eller utan värmning av pulvret eller formen. Ett tredje steg omfattar förslutning av formen när denna är under vakuum som skapats genom evakuering av atmosfären. Ett fjärde steg omfattar placering av formen i en eldfast behållare som är öppen upptill och lämnar ett utrymme mellan formen och be- hållaren vilket utrymme fylles med ett friflytande eldfast pulver, företrädesvis pulverformig grafit med en kornstorlek av mindre än 0,84 mm (-20 mesh). Ett femte steg omfattar att höja formens och pulvrets temperatur till en temperatur vid vilkensíntringav metallpulver äger rum men vid vilken tem- peratur det eldfasta pulvret förblir friflytande. Temperatu- ren upprätthålles under en tid som är tillräcklig för att åstadkomma väsentligen fullständig förbränning av metallpulv- ret, dvs presskroppen närmar sig den teoretiska densiteten.

Ett sista steg omfattar kylning och avlägsnande av formen från den pulverfyllda behållaren för att utvinna en tät press- kropp, vilken därefter kan behandlas på normalt sätt med me- tallbearbetningsprocesser.

Exempel.

Enligt en föredragen utföríngsform av uppfinningen fick okonsoliderat pulver till verktygsstål passera en sikt med 10 15 20 25 30 44-6 696 4 maskvidden 0,149 mm (100 mesh) innan det placerades i en glas- form, i vilken det stampades till en täthet av cirka 65 volym- procent. Pulvermetallen hade följande analys: Víktprocent C ' 1,00 Mo 8,50 W 1,75 Cr 3,75 V 1,85 Fe rest Därefter evakuerades glasformen vid rumstemperatur till ett tryck av 1 pm Hg. Glasformen placerades i en behållare som utgjordes av en eldfast degel av lera-grafit och packa- des med eldfast pulver. Det eldfasta materialet av lera-gra- fit tillverkades av en sats omfattande eldfast lera och gra- fit genom bränning under sådana betingelser att oxidationen av grafiten blev ett minimum under det att sintringen av lera befrämjades. Eldfast lera eller andra eldfasta deglar kan användas vid utövning av uppfinningen som behållare för glas- formen och packningen. Eftersom glasformen emellertid inte kommer i kontakt med degeln, föredrages en degel av lera-gra- fit beroende på dess värmeöverföringsegenskaper och bestän- dighet mot värmechock jämfört med glas.

Det eldfasta pulvret som användes var "Mexican"-grafit vilken är ett billigt pulver med en kornstorlek mindre än 0,84 mm (-20 mesh) innehållande minst 88 procent kol.

Andra eldfasta pulver och blandningar därav kan användas om de har en tendens att vara friflytande under sin egen vikt liksom grafitpulver vilket flyter nästan som en vätska. Det föredrages att det eldfasta pulvret eller blandningen av pul- ver omfattar åtminstone 50 volymprocent kolpulver. I detta sammanhang avses kolpulver som är pulvriserat kol eller gra- fit inkluderande exempelvis fjällig grafit, kolsvart, pulv- riserat kol, koksüeller träkol, och petroleumåterstoder.

Andra lämpliga eldfasta pulver omfattar kiselkarbid, volfram- karbid och andra pulver vilka är tillgängliga som pulverfor- míga biprodukter från olika processer.

Formen som användes i detta särskilda exempel var pyrex- glas. Andra glassorter är lämpliga och i verkligheten är det huvudsakliga fordran'på formarna att de icke reagerar med 10 15 20 25 30 35 40 5 446 696 pulvermetallen undersíntringenoch att under samma tid de blir plastiska vid sintringstemperaturerna. Därför är många olika glas lämpliga för denna process.

Pyrexformen och behållaren av lera-grafit packad med pulvriserad grafit värmdes till l205°C under 16 timmar varef- ter formen kyldes och bröts upp med en konsoliderad metall- form som resultat med en nära teoretisk täthet.

Den ovan beskrivna processen har alla fördelar hos syste- met hos teknikens tidigare ståndpunkt och eliminerar många av dess nackdelar. Stöd för formen är tillgänglig under hela sint- ringscykeln. När presskropparna konsolideras förskjuts det fríflytande grafitpulvret för att kompensera krympning. Inget extra glas behövs för att skydda presskroppen. Värmeöverfö- ringen är god. Degeln av lera-grafit har en hög emissíonsför- måga på samma sätt som grafitpulvret, vilket är frilagt vid toppen. Ehuru grafitpulvrets ledningsförmåga inte är speciellt hög sker ett fenomen under konsolideringen som förbättrar värm- níngsförhållandena avsevärt. När grafiten börjar värmas upp äger oxidation rum och en häftig omskakning av bädden liknan- de den som sker vid fluidiserade bäddar. Denna "kokning" ökar värmeöverföringsförhållandena så att temperaturen hos grafi- ten och formen följer med ugnstemperaturen så att den blir en- dast en aning under denna. Rörelsen hos grafitbädden förut- sätter likformíg värmning av formen. _ Smidigheten hos denna process tillåter användning av en enda storlek på degeln för ett stort antal olika glasformar, oavsett deras storlek och form. Livslängden hos degeln är god.

Ingen speciell atmosfär erfordras och grafitförlusten uppgår enligt erfarenhet till endast cirka 10 procent. Detta betyder att efter avlägsnande av ett tunt slaggskíkt kan den återstå- ende grafíten användas på nytt. Tömningen av den sintrade presskroppen är mycket enkel eftersom glaset inte vidhäftar vid degeln av lera-grafit eller grafiten. _ För jämförelse konstruerades en behållare av rent kol- stål. En glasform fylldes och förslöts väsentligen som be- skrivits ovan och placerades i stålbehållaren och behålla- ren fylldes med pulverformig grafit som packades runt for- men. Grafít och stål reagerade snabbt och förorsakade svår .förstörelse av behållaren och detaljen som konsolíderades var endast av en genomsnittlig kvalitet. ni 446 696 aina 6 Fortfarande för jämförelse användes en eldfast degel av _lera-grafít som behållaren och sedan en form fylldes och för- slöts i huvudsak som beskrivits ovan placerades i behållaren packades malet glas omkring formen. Avsevärd reaktion mellan glas-degel skedde och arbetsstycket eller presskroppen kon- soliderades helt enkelt icke.

Det bör förstås att den ovan beskrivna processen är app- lícerbar på konsolidering av ett stort antal pulverformiga metaller och legeringar genom sintring vid temperaturer och under perioder som är lämpliga var och en för sig. Processen är icke begränsad till användningen av verktygsstàl såsom framhállits ovan.

Claims (7)

446 696 Patentkrav g

1. Förfarande för konsolídering av pulvermetaller omfattande följande steg: a) okonsoliderad pulvermetall placeras i en förslutbar glasform, vilken blir plastisk vid värmning, b) atmosfären evakueras från den pulverfyllda formen, c) formen förslutes, d) formen placeras i en eldfast behållare som är öppen upptill och denna packas med friflytande eldfast pulver utvalt så att det är friflytande vid alla temperaturer som är aktuella i för- farandet, ' e) formen och innehållet i formen värmes tillen temperatur vid vilken sintring av pulvermetallen äger rum och formen hålles vid denna temperatur under en tid som är tillräcklig för att åstadkomma väsentligen fullständig förtätning av pulvermetallen, och f) formen kyles och avlägsnas för att utvinna ett tätt föremål och varvid glasformen uppbäres av det friflytande eldfasta pulv- ret när formen blir plastisk och minskar i volym när dess inne- håll förtätas.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det eldfasta pulvret i huvudsak icke reagerar med behållaren och formen.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det eldfasta pulvret till minst 50 volymprocent ut- göres av kolpulver. Ä.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det eldfasta pulvret till minst 50 volymprocent utgöres av pulverformig grafit, kolpulver, fjällig grafit, kolsvart och blandningar därav.

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den eldfasta behållaren utgöres av en degel av lera-grafit.

6. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den eldfasta behållaren i huvudsak icke reagerar med formen. , 446 696 3

7. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att värmningssteget äger rum i en oxíderande atmosfär, varvid en lätt øxidation av kolpulver förorsakar' en kraftig omskakníng av det packade eldfasta pulvr-et.