SE455276B - Sett att pulvermetallurgiskt framstella ett foremal genom varmpressning av pulver i en keramikform medelst ett smelt tryckmedium - Google Patents

Description

455 276 - 10 15 20 25 30 35 den sammanfattande benämningen metallpulver vare sig materialet har formen av pulver eller fibrer eller består av en ren metall eller av en legering eller av blandningar. Den med metallpulver fyllda formen placeras i en ytterbehållare och täcks av ett tunt, ca 3 à 10 mm tjockt lager av finkornig bornitrid eller annat material som kan verka som barriär mot det tryckmedium som används enligt uppfinningen. Gjut- formen med innehåll placeras därefter i en ytterbehållare och bäddas in i tryckmediet, som består av ett pulver av ett material som är fast vid rumstemperatur men flytande vid metallpulvrets konsoliderings- temperatur och som inte väsentligen förångas vid denna temperatur. Ett exempel på ett lämpligt tryckmedium är glas. Ett annat tänkbart mate- ria] är bly. Därefter höjs temperaturen så att glaspulvret eller motsvarande tryckmedíum smälts. Metallpulvrets eller metallpulver- blandningens temperatur höjs ytterligare till en temperatur mellan liquidus- och solidustemperaturerna för den legering varav metall- pulvret är framställt, respektive som erhålls om två eller flera pulversorter blandats, till en temperatur mellan solidustemperaturen för den pulversort som har lägst solidustemperatur och den för bland- ningen resulterande liquidustemperaturen.

När denna temperatur har uppnåtts läggs ett isostatiskt tryck upp- gående till mellan 1 och 100 bar på det smälta tryckmediet, dvs det smälta glaset eller motsvarande, vilket tryck via det smälta tryck- mediet överförs till den uppvärmda pulverkroppen. Trycket upprätthålls under så lång tid att pulverkroppen konsolideras till fullständig täthet, samtidigt som det smälta tryckmediet genom tryck mot formens utsida förhindrar att den relativt spröda keramikformen spräcks.

Konsolideringen går snabbt, eftersom pulvret vid temperaturer mellan legeringens liquidus- och solidustemperaturer befinner sig i ett tvåfasområde (smälta-fast fas), i vilket materialet är lätt formbart.

Som ovan nämnts placeras gjutformen, vilken innehåller metallpulvret, lämpligen i en yttre behållare, varvid mellanrummet mellan gjutformen och den yttre behållaren fylls med det initialt pulverformiga tryck- mediet. Den yttre behållaren kan bestå av stål eller annan metall eller av grafit eller keramik. Eftersom den är öppen utsätts den för 10 15 20 25 30 35 455 276 ett líksidigt kompakteríngstryck, varför den inte behöver ha särskilt hög hållfasthet. Ytterbehållaren placeras därefter i ett tryckkärl med inre uppvärmningsanordningar. Innan det initialt pulverformiga tryck- mediet, dvs glas eller motsvarande, upphettas till smältníng, pumpas luften ut ur tryckkärlet, och företrädesvis spolas ugnsrummet med en inert- eller reducerande skyddsgas, exempelvis kväve. Innan tryck- mediet smälts, pumpas även skyddsgasen ut, så att ett underatmosfä- riskt tryck råder i tryckkärlet under upphettningsfasen.

Upphettningstemperaturen för metallpulvret beror på dettas kemiska sammansättning. Då pulvret utgörs av en höglegerad stållegering för framställning av formverktyg eller skärande verktyg med nära färdig form, exempelvis snabbstålsverktyg, sker upphettningen lämpligen till en temperatur mellan 1200 och 1450° C, exempelvis till ca 1335° C.

För att inte glassmältan skall pressas ned i metallpulvret i den öppna gjutformen täcks metallpulvret lämpligen med en isolering som för- hindrar glassmältan att tränga ned i metallpulvret. Denna isolering kan exempelvis bestå av ett skikt av bornitrid, Al2O3, grafit, m fl tänkbara ämnen i pulverform.

Uppfinningen skall i det följande närmare förklaras med hänvisning till ritningsfiguren som schematiskt illustrerar den föredragna utföringsformen.

I ritningsfiguren betecknas en keramisk degel med siffran 1. Denna har ett formrum 2 med precisíonsgjutna avgjutningsytor 3. Formrummet 2 är fyllt med metallpulver 4 av den legering varav det önskade föremålet skall framställas. Alternativt kan pulverkroppen 4 bestå av en pulver- blandning bestående av två eller flera legeringar med olika liquidus- temperatur. Formens 2 öppning 5 är fylld med ett tunt - ca 3 à 10 mm tjockt - lager 6 av finkornig bornitrid, som väts mycket dåligt av glas och som därför verkar som ett effektivt barriärlager, vilket förhindrar att det smälta glaset tränger ner i metallpulvret 4. Alter- nativt kan barriärlagret 6 bestå av aluminiumoxid Al203 i pulverform, som kemiskt kan förenas med smält glas till en högtemperatursmältande 455 276 10 15 20 25 30 35 förening, som genom frysning kan verka som en barriär mot fortsatt glasinträngning.

Degeln l är placerad i en yttre degel 7, som är fylld med glaspulver 8, så att degeln l på alla sidor, inklusive ovansidan med bornitrid- proppen 6 är helt inbäddad i glas. Den yttre degeln 7 med sitt inne- håll av glas 8 och den i glaset inbäddade degeln 1 med metallpulvret 4 i formrummet 2 är i sin tur placerad i en tryckkammare 9 med inre uppvärmningsorgan 10 samt med anslutningsledningar ll och 12 för evakuering av gas i kammarens 9 inre, för gasspolning och för att införa gas under övertryck, ca 10 bar, i tryckkammaren.

Tillverkning av ett föremål enligt uppfinningen kan gå till på föl- jande sätt med hjälp av den beskrivna utrustningen. Gasatomiserat metallpulver 4, exempelvis snabbstålspulver för framställning av ett ämne till en snäckfräs, fylls i den precisionsgjutna keramikformen l.

Därefter placeras lagret 6 av bornitrid eller aluminiumoxid på pulvret 4, som tillpackas lätt. Den i glaspulvret 8 i ytterdegeln 7 inbäddade degeln l placeras i ugnen 9. Efter spolning med skyddsgas, lämpligen kväve, och efterföljande evakuering av skyddsgasen upphettas glas- pulvret 8, så att det smälts. Därefter fortsätter upphettningen med ca 5° C/min till lOOO° C. För att utjämna temperaturen kan provet hållas vid lOOO° C under en viss hålltid, vars längd beror på de dimensioner hos det föremål som skall framställas. Därefter ökas temperaturen ytterligare till dess man uppnår en temperatur mellan liquidus- och solidustemperaturerna för den legering varav metallpulvret 4 är fram- ställt. Alternativt ökas temperaturen - i det fall man arbetar med en pulverblandning av pulver med olika liquidustemperaturer - till en temperatur där den ena legeringen är flytande och den andra i fast fas. Då denna temperatur uppnåtts, införs argon under övertryck i ugnen 9, som är dimensionerad som ett tryckkärl. På grund av metall- pulvrets 4 eller metallpulverblandningens höga plasticitet i tvåfas- området, smälta-fast fas, konsolideras pulvret till en helt tät kropp, genom att gastrycket i ugnen 9 överförs till metallpulverkroppen via glassmältan 8' och bornitridskiktet 6 eller motsvarande barriärskikt, som kompakterar metallpulvret 4 i formrummet 2. 10 15 20 25 30 35 455 276 Ovanstående beskrivning av tillverkningstekniken utgör endast ett exempel på hur uppfinningen kan utövas. Det ínses att temperatur, hâlltider och tryck dels är avhängiga av varandra, dels måste anpassas till den eller de legeringar av vilka metallpulvret, respektive metallpulverblandningen är framställda och även anpassas till dimen- sionerna på det föremål som skall framställas.

För framställning av snabbstålsverktyg har vid ett par försök två olika pulversorter provats: Tabell 1 % C % Si % Mn % Cr % Mo % W % V % Co A 4.28 0.79 0.24 3.4 'l2.9 13.9 15.0 0.02 B 1.33 0.21 4.76 - 5.0 6.12 3.05 - Resten utgöres av järn, föroreningar och accessoríska element i normala halter.

I ett försök användes en fraktion < 45 pm av pulver A. I övriga försök med pulver A användes en fraktion mellan 45 och 250 um. Pulver B hade en kornstorlek < 250 um.

Vid försöken användes följande pulver, temperaturer och tryck: Tabell 2 Prov nr Pulvertyp Max temp Tryck 1 A 1290 5-10 bar 2 B 1370 ~ 10 bar 3 A (< 45 pm) 1330 ~ 10 bar 4 A 1330 " 10 bar 5 A 1330 1 bar På grund av sina kraftigt olika legeringshalter uppträdde de två pulversorterna A och B mycket olika vid de höga temperaturer, där konsolideringen ägde rum. De prover som utförts indikerar emellertid att det är möjligt att uppnå mycket goda ytor, men att ett finkornigt 455 276 pulver verkar ge bättre ytor än ett grövre. Försöken indikerar även att övereutektiska stål - såsom stål av pulver A - verkar vara att föredra framför undereutektiska för att förhindra att karbider skiljs ut i korngränser vid stelnandet. 10 15

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 455 276 PATENTKRA¶

1. Sätt att pulvermetallurgiskt framställa ett föremål, k ä n n e t e c k n a t av följande steg: A) B) c) D) E)

2. ett metallpulver (4) eller en metallpulverblandning placeras i en öppen form (1), som utgörs av en keramikform med precisionsgjutna avgjutningsytor (3), formen med innehåll bäddas in i ett pulverformigt tryckmedium (8) av ett material som har en smältpunkt som är lägre än smältpunkten hos nämnda metallpulver eller hos den komponent i nämnda metall- pulverblandning som har den lägsta smältpunkten och som väsentligen inte heller förgasas vid metallpulvrets eller metallpulverbland- ningens konsolideríngstemperatur, tryckmediet smälts, metallpulvrets eller metallpulverblandingens temperatur höjs till en temperatur mellan liquidus- och solidustemperaturerna för den legering varav metallpulvret är framställt, eller om två eller flera pulversorter blandats, till en temperatur mellan solidus- temperaturen för den pulversort som har lägst solidustemperatur och den för blandningen resulterande liquidustemperaturen, och ett isostatiskt tryck uppgående till mellan 1 och 100 bar läggs på det smälta tryckmediet (8*), varvid trycket från det smälta tryck- mediet överförs till det uppvärmda metallpulvret eller metall- pulverblandningen via trycköverförande medel (6) i formens (l) öppning (5), vilket medel pressas in mot metallpulvret under inverkan av tryckmediets tryck men förhindrar att tryckmediet tränger ned i metallpulvret, och varvid pulverkroppen konsolideras till fullständig täthet väsentligen utan att keramikformen deformeras genom att formen är öppen och genom att trycket på formen är liksidigt. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att gas i utrymmena mellan partiklarna i metallpulvret eller metallpulverblandningen evakueras innan tryckmediet smälts, så att detta därefter verkar som en försegling för ett undertryck i pulverkroppen. 455 276 10 15 20 25

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda medel utgörs av ett pulver eller av en blanding av flera pulver med högre smälttemperatur än metallpulvret eller metallpulverblandningen.

4. Sätt enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda medel utgörs av något av ämnena bornitrid, aluminiumoxid eller grafit.

5. Sätt enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t av att metallpulvret utgörs av ett stålpulver med övereutektisk sammansätt- ning för att förhindra att karbider skiljs ut i korngränser vid stelnandet.

6. Sätt enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att man använder en blandning av två eller flera metallpulver med olika kemisk sammansättning och olika liquidustemperatur.

7. Sätt enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a t av att tryckmediet utgörs av glaspulver.