SE460461B - PROCEDURE APPLY HOT ISOSTATIC COMPRESSION OF A METALLIC OR CERAMIC BODY IN A BOTTLE OF PRESSURE TRANSFERING PARTICLES - Google Patents

PROCEDURE APPLY HOT ISOSTATIC COMPRESSION OF A METALLIC OR CERAMIC BODY IN A BOTTLE OF PRESSURE TRANSFERING PARTICLES

Info

Publication number
SE460461B
SE460461B SE8400868A SE8400868A SE460461B SE 460461 B SE460461 B SE 460461B SE 8400868 A SE8400868 A SE 8400868A SE 8400868 A SE8400868 A SE 8400868A SE 460461 B SE460461 B SE 460461B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
particles
article
metallic
ceramic
ceramic body
Prior art date
Application number
SE8400868A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE8400868L (en
SE8400868D0 (en
Inventor
F G Hanejko
R Bradt
Original Assignee
Metal Alloys Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/469,102 external-priority patent/US4501718A/en
Priority claimed from US06/469,101 external-priority patent/US4499049A/en
Application filed by Metal Alloys Inc filed Critical Metal Alloys Inc
Publication of SE8400868D0 publication Critical patent/SE8400868D0/en
Publication of SE8400868L publication Critical patent/SE8400868L/en
Publication of SE460461B publication Critical patent/SE460461B/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • B22F3/14Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15Hot isostatic pressing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

460 461--- = 2' tryckkärl. Tryckkärlet har inre värmeelement för att höja temperaturen hos pulvermaterialet till en lämplig konsoli- deringstemperatur. Inre temperaturer på 1000°C till 21OOOC är typiskt använda beroende på materialet som skall behand- las. Sammanfallande med ökningen i den inre temperaturen hos HIP-kärlet, ökas det inre trycket långsamt och upprätt~ hálles vid från 1050 bar (15000 psi) till omkring 2100 bar (30000 psi) änyo beroende på materialet som skall behandlas. Under de kombinerade effekterna av temperaturen och det isostatiska trycket, ökas pulvrets densitet till den teoretiska bulkdensíteten hos materialet. 460 461 --- = 2 'pressure vessel. The pressure vessel has internal heating elements for raising the temperature of the powder material to a suitable consolidation temperature. Internal temperatures of 1000 ° C to 2100 ° C are typically used depending on the material to be treated. Coinciding with the increase in the internal temperature of the HIP vessel, the internal pressure increases slowly and is maintained at from 1050 bar (15000 psi) to about 2100 bar (30000 psi) depending on the material to be treated. During the combined effects of temperature and isostatic pressure, the density of the powder is increased to the theoretical bulk density of the material.

Ett HIP-kärl kan mottaga fler än en burk under en given cy- kel och således finns möjligheten att öka densiteten hos flera pulvermetallartiklar per cykel. Dessutom är, genom användningen av isostatískt tryck, den ökade densiteten mer eller mindre likformig rakt igenonlden HU%ade anjkeln.Gemmu användning av en lämplig burkdesign är det möjligt att forma motsläppningar för tvärgàende hàl eller slitsar i den komprimerade artikeln. Tidscykeln för laddningen'är emellertid långsam, ofta krävande 8 timmar eller längre för en enda cykel. Vid fullbordandet av en cykel måste dessutom burkarna som omger pulvermetallartikeln borttagas antingen maskinellt eller kemiskt.A HIP vessel can receive more than one can during a given cycle and thus there is the possibility of increasing the density of several powdered metal articles per cycle. In addition, through the use of isostatic pressure, the increased density is more or less uniformly straight through the HU% ankle. Through the use of a suitable can design, it is possible to form abutments for transverse holes or slits in the compressed article. However, the time cycle for charging is slow, often requiring 8 hours or longer for a single cycle. In addition, upon completion of a cycle, the cans surrounding the powder metal article must be removed either mechanically or chemically.

Det andra allmänna förfarandet för komprimering av pulveri- serad metall är en teknik betecknad såsom pulversmidning (“PF").Pulversmidningsprocessen innefattar stegen: (a) att kallkomprimera löst metallpulver vid rumstemperatur i en sluten form vid ett tryck i omrâdet av 0;L3,5bar (10-50 psí) till en lämplig qeometri (ofta bétecknad såsom en “för- form“) för efterföljande smídning. På detta stadium är .Eörformen spröd och kan innefatta 20-30% porösitet och dess hållfasthet härleder sig från den mekaniska sam- manlåsningen av de pulveriserade partiklarna. i? -f = 3 460 461 (b) Att sintra förformen (dvs utsätta förformen för för- höjd temperatur vid atmosfärstrycket) under en skyddad atmosfär. Sintringen orsakar ett solitt tillstànd "svetsning" hos de mekaniskt sammanlàsta pulveriserade partiklarna. (c) Att àterupphetta förformen till en lämplig smidnings- temperatur (beroende pà legeringen). Alternativ kan detta àteruppvärmningssteg inkorporeras i sintrings- steget. (d) Att smida förformen i en sluten form till den slutliga formen. Formen är typiskt upprätthàllen vid en tempera- tur av omkring 149% (äocPF) :ni 31s°c <6oo°F).The second general method of compressing powdered metal is a technique referred to as powder forging ("PF") .The powder forging process comprises the steps of: (a) cold compressing dissolved metal powder at room temperature in a closed mold at a pressure in the range of 0; L3, 5bar (10-50 psi) to a suitable geometry (often referred to as a "preform") for subsequent forging. At this stage, the earform is brittle and may comprise 20-30% porosity and its strength is derived from the mechanical co. the man-locking of the powdered particles i? -f = 3 460 461 (b) Sintering the preform (ie subjecting the preform to elevated temperature at atmospheric pressure) under a protected atmosphere The sintering causes a solid state "welding" of the mechanically interlocked powdered particles. (c) To reheat the preform to a suitable forging temperature (depending on the alloy) Alternatively, this reheating step can be incorporated into the sintering step. (d) Forging preform but in a closed form to the final form. The form is typically maintained at a temperature of about 149% (äocPF): ni 31s ° c <60 ° F).

Smidningssteget eliminerar de inre porösiteterna från för- formningen och ger den slutliga formen till PF-delen.The forging step eliminates the internal porosities from the preform and gives the final shape to the PF portion.

Fördelarna hos pulversmidningen innefattar: Drifthastighet (upp till 1000 bitar i timmen), möjlighet till att producera en slutflum, mekaniska egenskaper väsentligen lika som kon- ventionellt smidda produkter och ökad materialanvändning.The advantages of powder forging include: Operating speed (up to 1000 bits per hour), ability to produce a final fl um, mechanical properties essentially the same as conventionally forged products and increased material use.

Det finns emellertid ett antal nackdelar inbegripande olik- formighet vad beträffar densiteten beroende på kylningen av förformen då den är i kontakt med den relativt kalla formen, och oförmàgan att forma motsläppningar som kan gö- ras i HIP. vad beträffar de tidigare här ovan nämnda patenten synes de visa en kombination av isotermiska och isostatiska för- hållanden hos HIP och HIP's möjlighet till att forma mot- släppningar, med den höga hastigheten, låga kostnaden hos den kontinuerliga produktionen som normalt förknippas med pulversmide. I det amerikanska patentet 3 356 496 beskrivs användningen av en gjuten yttre kerambehállare såsom den primära värmebarriären. Dessutom orsakar denna gjutna ytt- re kerambehàllaren då den deformeras en nästan likformig distribution av tryck på det pulveriserade materialet. 460 4614 = f* I den amerikanska patentskriften 3 689 259 är användningen av granulerat eldfast material beskrivet. Denna amerikanska patentskrift 3 689 259 är üàkt att vara en förbättring av- det tidigare patentet 3 356 496 med avseende på en snabbare uppvärmning av kxnen och en snabbare uppvärmning av den för- ~ pressade delen. Även om de båda amerikanska patenten representerar framsteg inom området, kvarstår signifikanta problem med avseende på användning av en kerambädd i vilken en förform placeras före konsolíderingen. Närmare bestämt har det befunnits att användningen av krossade och slipade keramer eller karbider resulterar i en signifikant olikformig tryckfördelning frán toppen av laddningen (ytan som är vänd mot det rörliga press- organet) till bottnen av laddningen (ytan som är vänd mot den fixerade pressbädden). Denna olíkformighet av tryck- fördelningen demonstreras enkelt när en förpressad helt cirkulär cylinder av pulveriserat material konsolideras.However, there are a number of disadvantages including non-uniformity in density due to the cooling of the preform when in contact with the relatively cold mold, and the inability to form countermeasures that can be made in the HIP. as regards the patents mentioned above above, they appear to show a combination of isothermal and isostatic conditions of HIP and HIP's ability to form counterclaims, with the high speed, low cost of continuous production normally associated with powder forging. U.S. Patent 3,356,496 discloses the use of a molded outer ceramic container as the primary heat barrier. In addition, this molded outer ceramic container, when deformed, causes an almost uniform distribution of pressure on the powdered material. U.S. Patent No. 3,689,259 discloses the use of granular refractory material. This U.S. Pat. No. 3,689,259 is intended to be an improvement on the previous patent 3,356,496 with respect to a faster heating of the core and a faster heating of the pressed part. Although the two U.S. patents represent advances in the art, significant problems remain with the use of a ceramic bed in which a preform is placed prior to consolidation. More specifically, it has been found that the use of crushed and ground ceramics or carbides results in a significantly uneven pressure distribution from the top of the charge (the surface facing the movable press member) to the bottom of the charge (the surface facing the fixed press bed). . This non-uniformity of the pressure distribution is easily demonstrated when a pre-pressed completely circular cylinder of powdered material is consolidated.

Efter konsolíderingen i en bädd av krossat och slipat eller smält kerammaterial till nästan 100% bulkdensitet, bestäm- des det att den förpressade cylinderns yta närmast den rör- liga presshejaren var mindre i diameter än ytan närmast den fixerade bädden. Sektionering av den konsoliderade cylin- dern utmed en diameter och examinering av den sektíonerade ytan, indikerade att den hade en trapetsform. De ovannämn- da fenomenet observerades i alla konsoliderade artiklar då en krossad och slipad eller smält granulerad keramgrund- massa användes såsom konsolideringsmediumß Lösningen på problemen i samband med sådan formförändring och brist på dimensionell formstabilitet har visat sig oåt- komlig speciellt då lösningen också mäste vara användbar vid massproduktion. Föreliggande uppfinning åstadkommer en lösning som är anpassad till massproduktion.After the consolidation in a bed of crushed and ground or molten ceramic material to almost 100% bulk density, it was determined that the surface of the pre-pressed cylinder closest to the movable baler was smaller in diameter than the surface closest to the fixed bed. Sectioning of the consolidated cylinder along a diameter and examination of the sectioned surface indicated that it had a trapezoidal shape. The above phenomenon was observed in all consolidated articles when a crushed and ground or molten granulated ceramic matrix was used as the consolidation medium. The solution to the problems associated with such deformation and lack of dimensional dimensional stability has proved inaccessible especially when the solution must also be useful. in mass production. The present invention provides a solution adapted to mass production.

SAMMANFATTN ING AV UPPFI NNINGEN Föreligganade uppfinning är inriktad på ett förfarande för konsolidering av nietall- eller keramkroppar innefattande stegen: M9? *f * 5 460 461 (a) Att forma en tillverkningsartikel från pulveriserat metall- eller kerammaterial. Ett sådant formningssteg är företrädesvis gjort genom komprimering på ett sätt som är väl känt inom området; (b) Att sintra tillverkningsartikeln för att öka hàllfast- heten; (c) I nästa steg är en varm bädd av väsentligen sfärodiala kerampartiklar till vilken grafit eller ett liknande smörj- medel har tillsätts anordnad, in i vilken bädd tillverk- ningsartikeln är inbäddad. Denna bädd, företrädesvis av ett eldfast material såsom aluminiumoxid (Al2O3) och, valfritt, ett smörjmedel, utföres av initiellt uppvärmda aluminium- oxidpartiklar (och smörjmedelföreningen om sådan är närva- rande) i en fluidiserad bädd eller av andra ekvivalenta me- del. Dessutom kan, beroende på att det ofta förekommer ti- der då den sintrade tillverkningsartikeln är kyld, artikeln därefter återuppvärmas och placeras i den varma bädden. Yt- terligare sfärodiala kerampartiklar (och den valfria smörj- medelsföreningen) tillsätts sedan för att täcka artikeln.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a method of consolidating integer or ceramic bodies comprising the steps of: M9? * f * 5 460 461 (a) To form a manufactured article from powdered metal or ceramic material. Such a forming step is preferably done by compression in a manner well known in the art; (b) sintering the article of manufacture to increase the strength; (c) In the next step, a hot bed of substantially spheroidal ceramic particles to which graphite or a similar lubricant has been added is provided, into which bed the article of manufacture is embedded. This bed, preferably of a refractory material such as alumina (Al 2 O 3) and, optionally, a lubricant, is made of initially heated alumina particles (and the lubricant compound if present) in a fluidized bed or of other equivalent means. In addition, due to the frequent occurrence of times when the sintered article is cooled, the article can then be reheated and placed in the hot bed. Additional spheroidal ceramic particles (and the optional lubricant compound) are then added to cover the article.

Alterneránde lager av varma partiklar och varma tillverk- ningsartiklar är också inom uppfinningens ram; och (d) Att komprimera tillverkníngsartikeln i den varma bäd- den under ett högt tryck för att därigenom konsolidera ar- tikeln till en önskad fast konfiguration.Alternating layers of hot particles and hot articles are also within the scope of the invention; and (d) compressing the article of manufacture in the hot bed under a high pressure to thereby consolidate the article into a desired solid configuration.

Genom användning av föreliggande uppfinnings metodik, kan väsentligen förbättrade konstruktioner av tillverkningsar- tiklar ástadkommas med minimal formförändring. De nya sär- dragen som vi anser vara det karaktäristiska hos denna upp- finning, både till dess organisation och funktionsförfa- rande, tillsammans med ytterligare syften och fördelar kom- mer att bättre förstås från den följande beskrivningen be- traktad i samband med de medföljande ritningarna i vilka ett för närvarande föredraget utförande av uppfinningen är illustrerat med hjälp av exempel. Det bör emellertid 460 461* * 6 klart förstås att ritningarna endast har illustrations- och beskrivningssyften och ej är avsedda såsom en definition av uppfinningens begränsning.By using the methodology of the present invention, substantially improved constructions of articles of manufacture can be achieved with minimal deformation. The new features which we consider to be the characteristic of this invention, both for its organization and functional procedure, together with further objects and advantages, will be better understood from the following description taken in conjunction with the appended claims. the drawings in which a presently preferred embodiment of the invention is illustrated by way of example. However, it should be clearly understood that the drawings are for illustrative and descriptive purposes only and are not intended as a definition of the limitation of the invention.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig 1 är ett flödesdiagram visande förfarandestegen hos före- liggande uppfinning.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a flow chart showing the process steps of the present invention.

Fig 2 är en skuren planvy visande konsolideringssteget hos föreliggande uppfinning.Fig. 2 is a sectional plan view showing the consolidation step of the present invention.

Fig 3 är en planvy vísande en konsoliderad tillverkningsar- tikel som har blivit konsoliderad i en bädd av aluminium- oxidpartiklar av ej sfärodial form.Fig. 3 is a plan view showing a consolidated article of manufacture which has been consolidated in a bed of alumina particles of non-spheroidal shape.

Fig 4 är en planvy visande en konsoliderad tillverkningsar- tikel som har blivit konsoliderad i en bädd av sfärodiala aluminiumoxidpartiklar.Fig. 4 is a plan view showing a consolidated article of manufacture which has been consolidated in a bed of spheroidal alumina particles.

Fig 5 är en planvy visande en konsoliderad tillverkningsar- tikel som har blivit konsoliderad i en bädd av sfärodiala aluminiumoxidpartíklar belagda med grafit.Fig. 5 is a plan view showing a consolidated article of manufacture which has been consolidated in a bed of spheroidal alumina particles coated with graphite.

KORT DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN I fig lyär ett flödesdiagram visat som illustrerar förfa- randestegen hos föreliggande uppfinning. Såsom framgår av nummer 10 är initiellt en tillverkningsartikel av metall eller förform gjord, till exempel i form av en nyckel. Även _om det föredragna utförande har för avsikt att använda en metallförform gjord av pulveriserade stålpartiklar, så kan också andra metall- och kerammaterial såsom alumíniumoxid, kiseldioxid och andra liknande material också användas inom uppfinningens ram. En förform är typiskt omkring 85% av den teoretiska densiteten. Efter att pulvret har formats till en förformad form sintras den därefter för att öka håll- fastigheten. I det föredragna utförandet kräver sintringen av metallförformen (stål) temperaturer i omrâdet kring 1093 :iii 126o°c <2ooo-23oo°F> under en tia av anning 2-30 minuter i en äqddmrm atmosfär. 1 det föredragna utförandet är en _11' h. ef = 7 1 460 461 sådan skyddande, ej oxiderande inert atmosfär kvävebaserad.BRIEF DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In Fig. 1, a flow chart is shown illustrating the process steps of the present invention. As can be seen from number 10, an article of manufacture of metal or preform is initially made, for example in the form of a key. Although the preferred embodiment intends to use a metal preform made of powdered steel particles, other metal and ceramic materials such as alumina, silica and other similar materials may also be used within the scope of the invention. A preform is typically about 85% of the theoretical density. After the powder has been formed into a preformed shape, it is then sintered to increase the holding property. In the preferred embodiment, the sintering of the metal preform (steel) requires temperatures in the range of 1093 ° C at 120 DEG-20 DEG-230 DEG C. for a period of about 2-30 minutes in a uniform atmosphere. In the preferred embodiment, such a protective, non-oxidizing inert atmosphere is nitrogen-based.

Efter sintringen som illustreras vid 12, kan de sintrade förformarna lagras för senare bearbetning. Skulle så vara fallet, såsom illustreras vid 14, uppvärms därefter förfor- men till approximativt 1o66°c <19so°F)-i en skyddande atmosfär.After the sintering illustrated at 12, the sintered preforms can be stored for later processing. Should this be the case, as illustrated at 14, the preform is then heated to approximately 1066 ° C (190 ° F) in a protective atmosphere.

Konsolideringsprocessen, illustrerad vid 16, tar vid efter det att den varma belagda förformen har placerats i en bädd av kerampartiklar såsom kommer att beskrivas i närmare detalj här nedan. För att framställa den önskade höga pro- duktionskvantiteten, kan alternerande lager av varma keram- partiklar och varma belagda förformar användas. För att yt- terligare öka produktionshastigheten kan konsolideringen utföras efter síntringen så länge som förformen ej tillåts kallna. Konsolideringen utföres genom att utsätta den in- bäddade belagda förformen för höga temperaturer och tryck.The consolidation process, illustrated at 16, picks up after the hot coated preform has been placed in a bed of ceramic particles as will be described in more detail below. To produce the desired high production quantity, alternating layers of hot ceramic particles and hot coated preforms can be used. To further increase the production rate, the consolidation can be performed after sintering as long as the preform is not allowed to cool. The consolidation is performed by exposing the embedded coated preform to high temperatures and pressures.

För metallföremàl (stål) används temperaturer i området ev omkring 1o93°c (2ooo°F) den enexieiie av adding esoo ser (dorsr) komprimering vid tryck av 1580-9450 bar (10-60 ton) beroende på material är också inom föreliggande uppfinnings ram. Den belagda förformen har nu komprimerats och kan separeras, såsom visas vid 18, där kerampartiklarna lätt separerar från förformen och kan återanvändas. Vid behov kan varje par- tikel som fastnar vid förformen borttagas och den slut- liga produkten kan vidare maskinbearbetas.For metal objects (steel) temperatures in the range possibly around 1o93 ° C (2ooo ° F) are used. frame. The coated preform has now been compressed and can be separated, as shown at 18, where the ceramic particles easily separate from the preform and can be reused. If necessary, any particle adhering to the preform can be removed and the final product can be further machined.

Såsom behandlats här ovan var ett problem i samband med .användningen av en vanlig kerambädd det att den slutliga produkten led av formförändringar. Mikroskopisk examina- tion av sådana krossade och slipade eller smälta granule- rade kerammaterial indikerar en hög oregelbunden form, med många individuella partiklar med antingen ett rektangulärt eller triangulärt tvärsektionsutseende. Genom användningen av de väsentligen sfäriska kerampartiklarna enligt uppfin- ningen, i synnerhet i kombination med ett smörjmedel, àstadkommes emellertid en väsentligen mindre formföränd- ring. .460 461- = ß Närmare bestämt fastslogs att genom att använda en bädd av sfärodiala kerampartiklar, företrädesvis aluminiumoxid, utan ett smörjmedel, kvarstod vissa mindre formförändringar. Även om användningen av en sådan bädd producerade artiklar av överlägsen dimensionell stabilitet jämfört med den tidi- gare tekniken, kvarstàr behovet att förbättra en sådan di- mensionell stabilitet. Föreliggande uppfinning inriktar sig på detta problem genom att inkorporera ett specifikt smörj- medel till en mängd av omkring 1 till 2 vikt-% av de sfäro- diala kerampartiklarna in i bädden av den sfärodiala keramen.As discussed above, a problem associated with the use of an ordinary ceramic bed was that the final product suffered from deformation. Microscopic examination of such crushed and ground or molten granulated ceramic materials indicates a highly irregular shape, with many individual particles having either a rectangular or triangular cross-sectional appearance. However, by using the substantially spherical ceramic particles according to the invention, in particular in combination with a lubricant, a substantially minor change in shape is achieved. .460 461- = ß More specifically, it was determined that by using a bed of spheroidal ceramic particles, preferably alumina, without a lubricant, certain minor deformations remained. Although the use of such a bed produced articles of superior dimensional stability over the prior art, the need to improve such dimensional stability remains. The present invention addresses this problem by incorporating a specific lubricant in an amount of about 1 to 2% by weight of the spheroidal ceramic particles into the bed of the spherodial ceramic.

I det föredragna utförandet blandas kol i form av grafit med en partikelstorlek mindre än ägum (325 mesh) med och klibbar fast vid kerampartiklarna mycket likt en beläggning. Tillsatsen av grafit verkar såsom ett smörjmedel mellan kerampartiklar- na och ökar konsolideríngen. Andra liknande termiskt stabila, väsentligen ej reaktiva smörjmedel, såsom molybdendisulfid, glimmer, och liknande innefattas också inom uppfinningens Iam.In the preferred embodiment, carbon in the form of graphite with a particle size smaller than own (325 mesh) is mixed with and adheres to the ceramic particles much like a coating. The addition of graphite acts as a lubricant between the ceramic particles and increases the consolidation. Other similar thermally stable, substantially non-reactive lubricants, such as molybdenum disulfide, mica, and the like are also included within the scope of the invention.

I det föredragna utförandet blandas smörjmedlet med alumi- niumoxidpartiklar före formningen av den varma bädden.In the preferred embodiment, the lubricant is mixed with alumina particles prior to forming the hot bed.

Blandningen kan åstadkommas i en V-blandare eller dubbelkon, eller andra konventionella system för att säkerställa en in- tim blandning av smörjmedlet och kerampartiklarna.The mixing can be accomplished in a V-mixer or double cone, or other conventional systems to ensure an intimate mixing of the lubricant and the ceramic particles.

Valet av kerammaterial för bädden är ocksàxdktigt av ett annat skäl i konsolideringsprocessen. Om en partikel valts som visar en tendens för sintring vid konsolídcringstem- peraturen, kommer det pálagda trycket att absorberas i både komprimeringen av den förpressade pulvermetallen och kompri- meringen av mediet. Till exempel kommer användningen av ki- seldioxid vid en konsolideringstemperatur av approximativt 1093QC (ZOOOOF) att kräva ett.högre tryck för att uppnå kcnnprilne- ringen än jämfört med användningen av aluminiumoxid vid samma temperatur. Användningen av zirkoniumoxid, kiseldi- oxid eller mullit vid en temperatur över'927qC(1700OF)remflterar i ett högre komprimeringstryck beroende på att keramerna själva börjar sintra-vid en temperatur över927oC U700oFy .lä ål/ ha, -f = 9 460 461 För att avklara sintringen och de resulterande högre trycken som krävs vid vissa kerammaterial, föredrages sfärodial alu- miniumoxid såsom konsolideringsmedium upp till temperaturer av 1zo4°c <22oo°1=). Dessutom innehar den efäreaieia eiuminiwnexiaen god flödeskaraktäristik, värmetransport och en minimal mängd självbindning under konsolideringen. En ytterligare fördel med den sfärodiala formen är den mycket reducerade självbindningen av partiklarna efter konsolideringen. De sfärodiala partiklarna hos föreliggande uppfinning har en storlek i området av företrädesvis ššll till *IfQ-Ióum (100 tilllllfiø mesh) I fig 2 är konsolideringssteget mer komplett illustrerat. I det föredragna utförandet har förformen 20 komplett in- bäddats i en bädd av väsentligen sfärodiala aluminiumoxid- partiklar 22 vilka har belagts med ett grafitsmörjmedel, och vilka i sin tur har placerats i en konsolideringsform 24. Pressbädden 26 bildar en botten, medan hydraulpress- hejaren 28 definierar en topp och används för att pressa ned på partiklarna 22 och förformen 20. Den belagda förformen 20 av metallpulver sammanpressas snabbt under högt enaxligt tryck genom påverkan av ett tryckorgan 28 i formen 24. Formen 24 har ej någon definierad form (såsom formen av en nyckel), och där är försumbart sidligt flöde ur förformen 20. Som en konsekvens uppträder konsolideringen nästan uteslutandei tryckorganets 28 rörelseriktning.The choice of ceramic material for the bed is also acceptable for another reason in the consolidation process. If a particle is selected which shows a tendency for sintering at the consolidation temperature, the applied pressure will be absorbed in both the compression of the prepressed powder metal and the compression of the medium. For example, the use of silica at a consolidation temperature of approximately 1093 ° C (ZOOOOF) will require a higher pressure to achieve the concentration than compared to the use of alumina at the same temperature. The use of zirconia, silica or mullite at a temperature above 927qC (1700OF) reflects a higher compression pressure due to the fact that the ceramics themselves begin to sinter at a temperature above 927oC U700oFy .lä eel / ha, to clarify the sintering and the resulting higher pressures required for certain ceramic materials, spherodial alumina is preferred as the consolidation medium up to temperatures of 150 ° C <22 ° C 1 =). In addition, the epharyngeal fluid has good flow characteristics, heat transfer and a minimal amount of self-bonding during consolidation. An additional advantage of the spheroidal shape is the greatly reduced self-bonding of the particles after consolidation. The spheroidal particles of the present invention have a size in the range of preferably llšll to * IfQ-Ióum (100 tilllll fi ø mesh). In the preferred embodiment, the preform 20 has been completely embedded in a bed of substantially spheroidal alumina particles 22 which have been coated with a graphite lubricant, and which in turn have been placed in a consolidation mold 24. The press bed 26 forms a bottom, while the hydraulic press heater 28 defines a top and is used to press down on the particles 22 and the preform 20. The coated preform 20 of metal powder is rapidly compressed under high uniaxial pressure by actuation of a pressure member 28 in the mold 24. The mold 24 has no defined shape (such as the shape of a key), and there is negligible lateral flow from the preform 20. As a consequence, the consolidation occurs almost exclusively in the direction of movement of the pressure member 28.

Såsom behandlats här ovan producerar användningen av icke sfärodiala partiklar en ej likformig tryckdistribution så att efter konsolideringen skulle en planvy av cylindern 30a sek- tionerad utmed en diameter ha formen av en trapets såsom illustreras i fig 3 och skulle närma sig 100% av full densitet. I fig 4 kan man se att samma förpressade helt cirkulära cylinder 30,när den är konsoliderad i en form av icke belagda sfärodiala aluminiumoxidpartiklar,har en lika- dan diameter vid toppcn och bottnen med en något större dia- meter vid medelhöjdcn. Varför den större diameterna uppträ~ der vid medelhöjdcn är ej känt; skillnaden i diameter var |s~1a~ 460 4611-.,- = 10 emellertid så signifikant reducerad att det utgör en dis- tinkt förbättring i förhàllande till tidigare teknik. För att kompensera för denna mindre formförändring, kan mindre ändringar hos förformen göras före konsolideringen eller så kan artikeln maskinbearbetas. Dessutom reducerar också användningen av sfärodiala partiklar kraftigt självbind- ningen hos partiklarna till förformen under konsolideringen. v Således tjänar de sfärodiala kerampartiklarna 22 till tre primärfunktioner: (1) att överföra konsolideringstrycket till förformen 20; (2) att tjäna såsom en semifluidform för att kvarhålla formen av förformen under konsolideringen; och (3) att fördröja värmeförlusten i förformen under över- föringen och konsolideringen. För att ytterligare kompen- sera för denna formförändring i artikeln i samband med an- vändningen av sfärodial aluminiumoxid, och för att undvika de flesta om ej alla maskinbearbetningar och/eller omform- ningar av förformen såsom nämnts här ovan, kan ett smörj- medel användas. I fig 5 illustreras en ytterligare rät cy- linder 30b. I detta utförande har grafit belagts på den sfärodiala aluminiumoxiden. Såsom framgår kvarhàlles cy- lindern 30b i sin originalform, dvs diametern förblir vä- sentligen likformig från topp till botten. Således elimi- enras väsentligt, genom användning av ett smörjmedel, be- hovet av ytterligare maskinbearbetning och/eller omform- ningen av förformen.As discussed above, the use of non-spheroidal particles produces a non-uniform pressure distribution so that after consolidation, a plan view of the cylinder 30a sectioned along a diameter would be in the shape of a trapezoid as illustrated in Fig. 3 and would approach 100% of full density. In Fig. 4 it can be seen that the same pre-pressed fully circular cylinder 30, when consolidated in the form of uncoated spheroidal alumina particles, has an equal diameter at the top and bottom with a slightly larger diameter at the average height. Why the larger diameters occur at average height is not known; the difference in diameter was | s ~ 1a ~ 460 4611 -., - = 10 however so significantly reduced that it constitutes a distinct improvement over the prior art. To compensate for this minor deformation, minor changes to the preform may be made prior to consolidation or the article may be machined. In addition, the use of spherodial particles also greatly reduces the self-bonding of the particles to the preform during consolidation. Thus, the spheroidal ceramic particles 22 serve three primary functions: (1) to transfer the consolidation pressure to the preform 20; (2) serving as a semifluid mold to maintain the shape of the preform during consolidation; and (3) delaying the heat loss in the preform during transfer and consolidation. To further compensate for this deformation in the article in connection with the use of spheroidal alumina, and to avoid most if not all machining and / or deformations of the preform as mentioned above, a lubricant may be used. . Fig. 5 illustrates a further straight cylinder 30b. In this embodiment, graphite has been coated on the spheroidal alumina. As can be seen, the cylinder 30b is retained in its original shape, i.e. the diameter remains substantially uniform from top to bottom. Thus, by using a lubricant, the need for further machining and / or the transformation of the preform is substantially eliminated.

Ehuru föreliggande uppfinning är beskriven bör det förstås för fackmännen inom området att andra utföranden helt klart ligger inom föreliggande uppfinnings omfång. Till exempel så kan förformen vara en nyckel eller annat liknande före- mål. Dessutom kan andra väsentligen sfärodiala partiklar såsom kiseldioxid, zírkoniumdioxid och liknande keram- oxider användas för bädden. Denna uppfinning är därför ej avsedd'att begränsas till de speciella utförandena som är beskrivna här ovan. 'årAlthough the present invention has been described, it should be understood by those skilled in the art that other embodiments are clearly within the scope of the present invention. For example, the preform may be a key or other similar object. In addition, other substantially spheroidal particles such as silica, zirconia and similar ceramics can be used for the bed. This invention is therefore not intended to be limited to the particular embodiments described hereinabove. 'year

Claims (6)

-a = H 460 461 Patentkrav'_-a = H 460 461 Patent claim'_ 1. Förfarande för konsolidering av en metallisk eller keramisk kropp, k ä n n e t e c k n a t av stegen: (a) att forma en tillverkningsartikel (30b) från pulveri- serat metall- eller kerammaterial, (b) att síntra tillverkningsartikeln (30b) för att öka hàllfastheten, (c) att anordna en bädd av uppvärmda, väsentligen sfäroi- dala kerampartíklar (22), som har belagts med ett ter- miskt stabilt, väsentligen ej reaktívt smörjmedel, (d) att uppvärma sagda tillverkningsartikel till en förut- bestämd temperatur, och (e) att komprimera sagda tillverkningsartikel (30b) i sagda uppvärmda bädd av de väsentligen sfäroidala belagda kerampartiklarna (22) under högt tryck för att därigenom konsolidera tíllverkningsartikeln till en tät, önskad form.A method of consolidating a metallic or ceramic body, characterized by the steps of: (a) forming a article of manufacture (30b) from powdered metal or ceramic material, (b) sintering the article of manufacture (30b) to increase the strength , (c) providing a bed of heated, substantially spheroidal ceramic particles (22), which have been coated with a thermally stable, substantially non-reactive lubricant, (d) heating said article of manufacture to a predetermined temperature, and (e) compressing said article of manufacture (30b) in said heated bed of the substantially spheroidally coated ceramic particles (22) under high pressure to thereby consolidate the article of manufacture into a dense, desired shape. 2. Förfarande för konsolidering av en metallisk eller keramisk kropp enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att tíllverkníngsartikeln (30b) är bildad av kompri- merad pulveriserad metall.A method of consolidating a metallic or ceramic body according to claim 1, characterized in that the manufacturing article (30b) is formed of compressed powdered metal. 3. Förfarande för konsolidering av en metallisk eller keramísk kropp enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att de sfäroídala kerampartiklarna (22) är av aluminiumoxid.A method of consolidating a metallic or ceramic body according to claim 1, characterized in that the spheroidal ceramic particles (22) are of alumina. 4. Förfarande för konsolidering av en metallisk eller keramisk kropp enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a t därav, att de väsentligen sfäroidala kerampar- rs tíklarna (22) har en partíkelstorlek mindre änjšä Um L (140 mesh). 460 461.., , /2A method of consolidating a metallic or ceramic body according to claim 1 or 2, characterized in that the substantially spheroidal ceramic particles (22) have a particle size smaller than Um L (140 mesh). 460 461 ..,, / 2 5. Förfarande för konsolidering av en metallísk eller " 5 keramisR_kropp enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att stegen (b) och (d) utföres i en skyddande ßh atmosfär.'A method of consolidating a metallic or "ceramic body" according to claim 1, characterized in that steps (b) and (d) are performed in a protective atmosphere. 6. Förfarande enligt något av kraven 1-S, k ä n n e - t e c k n a t därav, att smörjmedlet är grafit.6. A method according to any one of claims 1-S, characterized in that the lubricant is graphite.
SE8400868A 1983-02-23 1984-02-17 PROCEDURE APPLY HOT ISOSTATIC COMPRESSION OF A METALLIC OR CERAMIC BODY IN A BOTTLE OF PRESSURE TRANSFERING PARTICLES SE460461B (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/469,102 US4501718A (en) 1983-02-23 1983-02-23 Method of consolidating a metallic or ceramic body
US06/469,101 US4499049A (en) 1983-02-23 1983-02-23 Method of consolidating a metallic or ceramic body

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE8400868D0 SE8400868D0 (en) 1984-02-17
SE8400868L SE8400868L (en) 1984-08-24
SE460461B true SE460461B (en) 1989-10-16

Family

ID=27042646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE8400868A SE460461B (en) 1983-02-23 1984-02-17 PROCEDURE APPLY HOT ISOSTATIC COMPRESSION OF A METALLIC OR CERAMIC BODY IN A BOTTLE OF PRESSURE TRANSFERING PARTICLES

Country Status (4)

Country Link
DE (1) DE3406171A1 (en)
FR (1) FR2541151B1 (en)
GB (1) GB2140825B (en)
SE (1) SE460461B (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4539175A (en) * 1983-09-26 1985-09-03 Metal Alloys Inc. Method of object consolidation employing graphite particulate
JPS6199605A (en) * 1984-10-18 1986-05-17 Hitachi Zosen Corp Hot hydrostatic compressive calcination method
SE455277B (en) * 1986-03-21 1988-07-04 Uddeholm Tooling Ab SET FOR POWDER METAL SURGICAL PREPARING A FORM THROUGH HEAT COMPRESSION OF POWDER IN A CERAMIC FORM BY A PARTICULATED PRESSURE MEDIUM
US4954170A (en) * 1989-06-30 1990-09-04 Westinghouse Electric Corp. Methods of making high performance compacts and products
GR1002199B (en) * 1995-03-02 1996-03-21 Institouto Michanikis Ylikon K A method for safe transmission of steady or time dependent pressure under high-low, steady or time dependent temperature.
US5623727A (en) * 1995-11-16 1997-04-22 Vawter; Paul Method for manufacturing powder metallurgical tooling
US5985207A (en) * 1995-11-16 1999-11-16 Vawter; Paul D. Method for manufacturing powder metallurgical tooling

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3689259A (en) * 1969-06-02 1972-09-05 Wheeling Pittsburgh Steel Corp Method of consolidating metallic bodies
DE2035045A1 (en) * 1970-07-15 1972-01-20 Fitzer E Sintering of hard powders - under pressure isostatically applied via pulverulent packing
US3700435A (en) * 1971-03-01 1972-10-24 Crucible Inc Method for making powder metallurgy shapes
SE394178B (en) * 1975-02-03 1977-06-13 Asea Ab PROCEDURE FOR HOT PRESSING OF POWDER BODIES
US3992200A (en) * 1975-04-07 1976-11-16 Crucible Inc. Method of hot pressing using a getter
JPS51132207A (en) * 1975-05-14 1976-11-17 Tokyo Shibaura Electric Co Manufacture of high density and high strength sintering articles
DE2945513C2 (en) * 1979-11-10 1987-12-23 MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München Process for the production of moldings from silicon ceramic by hot isostatic pressing
SE426790B (en) * 1980-04-25 1983-02-14 Asea Ab PROCEDURE FOR ISOSTATIC PRESSURE OF POWDER IN A Capsule

Also Published As

Publication number Publication date
SE8400868L (en) 1984-08-24
FR2541151B1 (en) 1986-08-29
SE8400868D0 (en) 1984-02-17
GB2140825A (en) 1984-12-05
GB8404654D0 (en) 1984-03-28
DE3406171A1 (en) 1984-08-30
GB2140825B (en) 1987-01-21
FR2541151A1 (en) 1984-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4499048A (en) Method of consolidating a metallic body
US4499049A (en) Method of consolidating a metallic or ceramic body
US4539175A (en) Method of object consolidation employing graphite particulate
US4640711A (en) Method of object consolidation employing graphite particulate
US6630008B1 (en) Nanocrystalline aluminum metal matrix composites, and production methods
US3622313A (en) Hot isostatic pressing using a vitreous container
JP3660069B2 (en) Free-form fabrication of metal components
US4915605A (en) Method of consolidation of powder aluminum and aluminum alloys
US8028812B2 (en) Brake rotors for vehicles
US4501718A (en) Method of consolidating a metallic or ceramic body
JP6689685B2 (en) Valve seat ring manufacturing method
US5098484A (en) Method for producing very fine microstructures in titanium aluminide alloy powder compacts
SE446696B (en) PROCEDURE FOR CONSOLIDATION OF POWDER METALS
SE460461B (en) PROCEDURE APPLY HOT ISOSTATIC COMPRESSION OF A METALLIC OR CERAMIC BODY IN A BOTTLE OF PRESSURE TRANSFERING PARTICLES
EP0238999B1 (en) Method of manufacturing objects by hot pressing metal powder in a mould
RU2319580C2 (en) Method for producing thin-wall articles or articles with inner cavity of composite material on base of carbide
US20010001640A1 (en) Method of making a closed porosity surface coating on a low density preform
US6821313B2 (en) Reduced temperature and pressure powder metallurgy process for consolidating rhenium alloys
US5623727A (en) Method for manufacturing powder metallurgical tooling
US5989483A (en) Method for manufacturing powder metallurgical tooling
US8392016B2 (en) Adaptive method for manufacturing of complicated shape parts by hot isostatic pressing of powder materials with using irreversibly deformable capsules and inserts
CN1058691C (en) Method for manufacture of metal-ceramic slender tube material and large shaped products
US20050013721A1 (en) Reduced temperature and pressure powder metallurgy process for consolidating rhenium alloys
Shinde et al. An overview of Blend of Casting Process and Powder Metallurgy Technique as an alternative for manufacturing
Havel Hot Isostatic Pressing with Vitreous Tools

Legal Events

Date Code Title Description
NAL Patent in force

Ref document number: 8400868-9

Format of ref document f/p: F

NUG Patent has lapsed

Ref document number: 8400868-9

Format of ref document f/p: F