SE455275B - Sett att framstella en produkt genom tryckinfiltrering av ett finpartikulert fast material med en smelta - Google Patents

Description

455 275 » lO 15 20 25 30 35 väggar, om barriärlagret anordnas i íngöten. För att kunna forma alla ytor kan man i princip tänka sig två tekniker; dels den klassiska teknik där man gjuter en form runt en vaxkärna, som därefter smälts bort, dels användning av delade formar. Den förstnämnda metoden har många nackdelar. Bland annat kan man svårligen kontrollera och modi- fiera ytorna. Emellertid har hittills inte heller delade formar kunnat användas vid inpressning av ínfiltrandmetall i metallpulver som fyller formhålrummet i den delade formen, eftersom gas från omgivningen pressas in "bakvägen" i delningen mellan formhalvorna så att ett utjämnande mottryck bildas i formrummet.

RanoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN- Ändamålet med uppfinningen är att erbjuda ett sätt och en anordning för att forma en produkt genom att under tryck pressa in en smält infiltrand i en volym - här benämnd "kropp" - bestående av finparti- kulärt material, normalt pulverformigt material, i ett formrum i en gjutform, så att samtliga ytor på produkten formas genom avgjutning mot det slutna formhålrummets väggar. Detta kan uppnås därigenom att man använder en sluten gjutform bestående av åtminstone två formdelar, och att den smälta infiltrandmetallen anordnas och inpressas i pulver- kroppen eller motsvarande i formrummet från ett utrymme som täcker delningen mellan de nämnda formdelarna, så att smältan bildar ett vätskelås mellan formrummet och omgivningen. Gjutformen anordnas lämpligen i en tryckkammare, i vilken ett gasövertryck utvecklas, som i sin tur utvecklar en tryckkraft på smältans yta.

Pulvret består normalt av metallpulver, varvid med metall även införstås legeringar. Pulvret kan även helt eller delvis bestå av icke metalliskt material, såsom exempelvis keramer och grafit. I stället för pulver kan det finpartikulära materialet helt eller delvis bestå av fibrer, exempelvis keramiska fibrer, metalliska fibrer eller kolfibrer.

Då infiltranden pressas in i pulverkroppen eller motsvarande får det inte finnas gaser i denna, vilka skulle kunna utöva så högt mottryck att inpressandet av infiltranden skulle förhindras. Denna effekt kan 10 15 20 25 30 35 455 275 undvikas genom att huvudsakligen all gas evakueras innan formdelningen täcks av infiltrandsmältan eller genom att luften, som ursprungligen finns mellan partiklarna i pulverkroppen, ersätts av en gas som löser sig i smältan och/eller i pulvret. Exempelvis har kväve denna förmåga men däremot inte argon. Lämpligen ersätts därför luften i pulver- kroppen med en inert- eller reducerande skyddsgas med företrädesvis hög löslighet i infiltranden och/eller i pulvret. Lämpligast evakueras emellertid huvuddelen av skyddsgasen innan infiltranden infiltreras, i vilket fall skyddsgasen fungerar som spolgas för att eliminera rester av luften ur pulvret.

När infiltranden pressas in kan pulverkornen i formrummet vara helt eller delvis sammansintrade men behöver inte vara det. Den eventuella sammansintringen beror i första hand på pulvrets sammansättning och på temperaturen. Uppfinningens principer är användbara vare sig pulvret eller motsvarande är sammansintrat till en sammanhängande kropp eller ej. Uttrycket kropp innebär i detta sammanhang därför inte nödvändigt~ vis att det åtminstone initialt finpartikulära materialet utgörs av en kropp bestående av med varandra förenade partiklar, utan även en volym av pulver och/eller fibrer sammanhållna endast av formrummets väggar inkluderas i definitionen.

Ytterligare kännetecken och aspekter på samt fördelar med uppfinningen kommer att framgå av följande beskrivning av några utföringsformer.

KORT FIGURBESKRIVNING I den följande beskrivningen av några utföríngsformer kommer att hänvisas till ritningsfigurerna, av vilka Fig. 1 schematískt illustrerar en första föredragen utföringsform av utrustningen och av gjutformen för att genomföra sättet enligt uppfinningen, Pig. 2 visar själva gjutformen i en vy II-II i Fig. 1, Fig. 3 utgör«en perspektivisk vy av den färdiga produkten, 455 275 10 15 20 25 30 35 Fig. 4 illustrerar schematiskt en andra föredragen utföringsform för att genomföra sättet enligt uppfinningen, och Fig. 5 illustrerar en tredje utföringsform av uppfinningen.

BESKRIVNING Av FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRMER Med hänvisning först till Fig. 1 betecknas en tryckkammare allmänt med siffran 1. Inuti denna finns dels en gjutform 2 enligt uppfinningen, dels en smältdegel 3 för infiltrandmetallen. Ett par ledningar för tillförsel och utsugning av gas samt för etablering av ett övertryck i tryckkammaren 1 har betecknats 4 och 5.

Gjutformen 2 består av två delar, nämligen en undre formhalva 6 och en övre formhalva 7. Formhålrummet mellan de båda formhalvorna 6 och 7 betecknas 8. Detta är helt fyllt med metallpulver 9, som anligger mot alla väggar i formrummet 8.

Delningen mellan de båda formhalvorna 6 och 7 har betecknats 10. Den övre formhalvan 7 ligger som ett lock på en runtomgående avsats ll på den undre formhalvans 6 insida. Även kontaktytan mellan denna avsats 11 och motsvarande del av den övre formhalvan 7 utgör en del av del- ningen 10, som enligt utföringsformen alltså har dels ett runtomgående horisontellt parti lOa och fortsättningsvis ett runtomgående vertikalt parti lOb. Gemensamt betecknas de båda partierna 10a och 10b med siffran 10. Enligt utföringsformen är den övre formhalvan eller locket 7 även försedd med en kärna 13.

Den undre formhalvan 6 fortsätter enligt uppfinningen med en kärl- bildande vägg 14. Tillsammans med den övre formhalvan/locket 7 bildar väggpartiet 14 ett kärl eller gjutvanna 16, vars vägg utgörs av den undre formhalvans 6 övre väggparti 14 och den undre formhalvan eller locket 7. I bottnen av den sålunda bildade gjutvannan 16, dvs i locket 7, finns ett antal ingöt 17 anordnade. Gjutvannan 16 kan fyllas med en metallsmälta 18 från smältdegeln 3 via en ledning 19. I denna finns en ventil 20, som kan fjärrmanövreras från tryckkammarens 1 utsida på mekanisk, elektrisk, pneumatisk, hydraulisk väg eller på annat sätt.

Smältan i smältdegeln 3 betecknas 21. all' 10 15 20 25 30 35 455 275 Framställning av ett föremål enligt den föredragna utföringsformen av uppfinningen går till pâ följande sätt. Formrummet 8 fylls med metall- pulver 9. Locket 7 med kärnan 13 placeras på sin plats, så att kärnan 13 tränger undan en viss mängd pulver. Pulvret 9 packas till lätt.

Luften i tryckkammaren 10 pumpas ut, varvid även luften mellan pulver- kornen i pulverkroppen 9 sugs ut. Luften ersätts därefter med skydds- gas, företrädesvis kväve, som också pumpas ut, eller med en reduce- rande gas, såsom exempelvis vätgas eller med en gasblandníng som innehåller vätgas. Skyddsgasfyllningen av kammaren och skyddsgasut- pumpningen kan upprepas ett par gånger för att väsentligen all luft ur pulverkroppen 9 skall pumpas ut. Metallen i smältdegeln 3 smälts, vilket kan ske exempelvis induktivt. Därefter öppnas ventilen 20, och en viss mängd smälta 18 fylls i gjutvannan 16. Smältan 18 kommer härvid att täcka formdelningen 10. Smältan 18 i gjutvannan 16 kommer sålunda att bilda ett vätskelås, som gastätt isolerar formrummet 8 från omgivningen. När gjutvannan 16 fyllts med lämplig mängd smält infiltrandmetall 18 pumpas gas under övertryck in i gjutkammaren 1.

Gastrycket utövar i sin tur en tryckkraft på smältans 18 yta, så att smältan trycks ned genom ingöten 17 för att snabbt infiltrera alla delar av pulverkroppen 9. Infiltrandmetallen bringas därefter snabbt att stelna, vilket kan ske genom avkylning och/eller genom diffusion in i eller ut från pulvret av element vilka höjer infiltrandens stelningstemperatur, så kallad "diffusion solidífication". Det inses att någon gas inte kan pressas in i pulverkroppen 9, då gas under övertryck pumpas in i tryckkammaren 1, eftersom formdelningen 10 mellan de båda formhalvorna 6 och 7 ligger under smältan 18.

Fig. 3 visar den färdiga produkten 23 med utsida 24, insida 25, ovan- sida 26 och undersida 27, vilka samtliga formats mot det slutna form- rummets 8 väggar. Mer bestämt har utsidan 24 och bottnen 27 formats mot den undre formhalvan 6, medan ovansidan 26 och insidan 25 formats mot locket 7 och kärnan 13. De nedslipade resterna av ingöten 17 har betecknats l7'. Det inses att den visade produkten 23 endast utgör en bland oändligt många tänkbara former, vilka kan framställas enligt uppfinningens principer. Det inses även att man kan använda fler formdelar än två, såsom enligt utföringsexemplet. Om fler formdelar 455 275 10 15 20 25 30 35 används, täcks samtliga formdelningar av en gemensam, eller av flera från varandra separerade infiltrandbehållare eller gjutvannor.

Enligt den utföringsform som illustreras i Fig. 4 smälts infiltrand- metallen 31 direkt i gjutvannan 16 med hjälp av uppvärmningsorgan 32.

För att förhindra att smältan droppvis sipprar ned i pulverkroppen 9 placeras proppar 33 av porös keramik eller keramikpulver, exempelvis Al2O3-pulver, i ingöten. Först när metallen 32 helt har smälts utsätts tryckkammaren för ett övertryck, vilket är så stort att barriärerna i form av de keramiska propparna 33 bryts igenom av smältan, så att denna pressas ned i pulverkroppen 9. I detta fall måste formdelningen 10 vara så tät att smältan inte banar sig väg mellan formhalvorna 6 och 7. Detta kan åstadkommas genom att formdelníngen 10 görs med mycket god passning. Alternativt eller som ett komplement till denna form av tätning kan särskilt, företrädesvis keramiskt tätningsmedel anordnas mellan formhalvorna i området för formdelningen.

Fig. 5 illustrerar ännu ett sätt att tillföra infiltranden till gjut- vannan 16. Enligt denna utföringsform smälts ínfiltrandmetallen utanför tryckkammaren och inleds i gjutvannan 16 genom ett rör 34, som sträcker sig genom tryckkammarens vägg.

Det inses att ett flertal gjutformar kan anordnas i en och samma tryckkammare, så att man samtidigt kan framställa ett flertal föremål enligt uppfinningen. Infiltrandmetallen kan i detta fall smältas i en gemensam smältdegel inuti eller utanför tryckkammaren 1, varifrån smältan fördelas till de gjutvannor som hör till respektive gjutform.

Man kan även anordna en separat smältdegel 3 till varje gjutform inuti tryckkammaren. Även utföringsformerna enligt Fig. 4 och 5 kan utnytt- jas vid flerstyckstillverkníng med gemensam eller separat smältning av infiltrandmetallen. Vid utförandeformen enligt Fig. 5 är det sålunda tänkbart att anordna ett tillförselrör 34 till varje gjutform eller anordna ett gemensamt tillförselrör genom tryckkammarväggen och gren- ledningar och tillhörande ventiler inuti eller utanför tryckkammaren. Även kombinationer och varianter av ovanstående alternativ är tänk- _bara. 10 15 455 275 Det inses vidare att uppfinningen inte är begränsad till några speci- ella metallpulver eller infiltrandmetaller. Pulvret kan för övrigt helt eller delvis ersättas med pulver bestående av metallföreningar, keramer, grafit och andra ämnen eller kombinationer av dessa. Upp- finningens användning är heller inte begränsad till s k "diffusion solidification" utan kan även användas då inlösning av ämnen från infiltranden i pulvret inte höjer dennas solidustemperatur. Vad som sökes skyddat genom patent begränsas därför inte till vad som anges i föregående beskrivning utan endast genom efterföljande patentkrav.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 455 275 PATENTKRAV

1. Sätt att framställa en produkt (23) genom att under tryck infilt- rera en smält infiltrand (18) í en kropp bestående av åtminstone initialt finpartikulärt fast material (9) i ett formrum (8) i en gjutform (2) och bringa infiltranden att stelna i kontakt med gjut- formen, varvid man använder en sluten gjutform (2) bestående av åtminstone två formdelar (6, 7) med åtminstone en ingötsöppning (17), och varvid den smälta infiltranden anordnas och inpressas i den av finpartíkulärt material bestående kroppen i formrummet genom nämnda ingötsöppning(ar) (17) från ett utrymme (16) som täcker ingötsöpp- ningen(arna), k ä n n e t e c k n a t av att nämnda utrymme även täcker delningen (10) mellan de nämnda formdelarna, så att smältan bildar ett vätskelås mellan formrummet (8) och omgivningen.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att gjutformen (2) anordnas i en tryckkammare (1), i vilken ett gasövertryck utvecklas som i sin tur utvecklar en tryckkraft på smältans (18) yta.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att gas i utrymmena mellan partiklarna i nämnda kropp evakueras innan smältan infiltreras.

4. Sätt enligt något av kraven l-3, k ä n n e t e c k n a t av att luften i nämnda kropp ersätts av en skyddsgas, som företrädesvis är inert eller reducerande och har hög löslighet i infiltranden och/eller i det finpartikulära materialet.

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att skyddsgasen huvudsakligen utgörs av kvävgas.

6. Sätt enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att infiltrandmetallen smälts i en eller flera smältdeglar i eller utanför tryckkammaren och leds till nämnda utrymme (16) då den har smälts.

7. Sätt enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att infiltrandmetallen smälts i nämnda utrymme (16), och att infiltrand- metallen förhindras att tränga ned i kroppen (9) medan den smälts 10 15 20 25 30 35 ' 455 275 genom att spärrmedel har anordnats i ingötsöppningen mellan nämnda utrymme och formrummet, och att gasövertrycket utvecklas först då infiltrandmetallen helt har smälts, varvid nämnda spärrar genombrytes av smältan.

8. Utrustning för genomförande av sättet enligt krav 1, innefattande en gjutform bestående av åtminstone två formdelar (6, 7), som mellan sig bildar ett slutet formrum (8) och med åtminstone en ingötsöppning (17), k ä n n e t e c k n a d av att över formdelningen (10) mellan de båda formdelarna (6, 7) är anordnad en av formdelarna bildad behållare (16), som kan fyllas med en metallsmälta (18), så att denna täcker formdelningen (10) och nämnda ingötsöppning(ar) (17).

9. Utrustning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda behållare (16), som bildar en gjutvanna vid inpressning av den smälta metallen in i formrummet (8), bildas av ett parti (14) av en undre formdel (6), vilket parti (14) sträcker sig som en förlängd vägg uppåt från formdelningen, och nämnda andra formhalva (7), vilken bildar lock i formrummet, bildar botten i gjutvannan/infiltrandbehållaren (16).

10. Utrustning enligt krav 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda ingötsöppning(ar) (17) är anordnad(e) i den andra formdelen innanför formdelningen.

11. ll. Utrustning enligt något av kraven 8-10, k ä n n e t e c k n a d av en tryckkammare (1) i vilken gjutformen är avsedd att anordnas, varvid medel är anordnade för att tillföra en metallsmälta till nämnda utrymme (16) som täcker delningen (10) mellan de nämnda formdelarna eller för att smälta metall som anordnas i nämnda utrymme.

12. Utrustning enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d av en eller flera i eller utanför tryckkammaren anordnade smältdeglar (3).

13. Utrustning enligt krav 11, k ä n n e t e o k n a d av att spärr- medel (33) är anordnade i ingötsöppning(ar) mellan nämnda utrymme (16) och det formrum (8) i vilket pulverkroppen (9) är anordnad, vilka 455 275 10 15 20 25 30 35 10 spärrmedel är anordnade att förhindra att smälta rinner ned i form- rummet (8) innan ett gasövertryck utvecklas i tryckkammaren.

14. Utrustning enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d av en eller flera tillförselledningar (34) för smält metall till nämnda utrymme (16), vilken tillförselledning respektive ledningar sträcker sig genom tryckkammarväggen. -M