SE468378B

SE468378B - SAID TO MANUFACTURE A COMPONENT BODY

Info

Publication number: SE468378B
Application number: SE9002075A
Authority: SE
Inventors: S Friborg; K Lill; K Torssell
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1990-06-11
Filing date: 1990-06-11
Publication date: 1993-01-11
Also published as: SE9002075D0; DE69118379D1; WO1991019583A1; EP0533745A1; DE69118379T2; SE9002075L; EP0533745B1

Description

463 378 2 Ett eller alla materialen kan i vissa fall förformas till solida kroppar, vilka placeras i en kapsel och sammanpres- sas. Pulver kan fyllas kring de solida förformade kropparna, varefter pulvret kompakteras tillsammans med de solida krop- parna. Skillnader i täthet mellan de solida kropparna och det lösa pulvret leder till att pulver och kropp kompakteras olika mycket under pressningen. Detta ger i vissas fall upp- hov till inre spänningar eller andra ofullkomligheter i kom- poundprodukten. Vilket begränsar kompoundteknikens tillämp- ningar då man för vissa användningsområden, materialkombina- tioner eller produktgeometrier, för vilka dessa inre ofull- komligheter ej kan tolereras, måste avstå från de optimala lösningar som kan erhållas med kompoundteknik. 463 378 2 One or all of the materials may in some cases be preformed solid bodies, which are placed in a capsule and compressed sas. Powder can be filled around the solid preformed bodies, after which the powder is compacted together with the solid bodies. parna. Differences in density between the solid bodies and the loose powder causes the powder and body to be compacted different amount during pressing. In some cases, this court to internal tensions or other imperfections in the pound products. Which limits the application of compound technology for certain uses, material combinations or product geometries, for which these internal imperfections opportunities can not be tolerated, must refrain from the optimal solutions that can be obtained with compound technology.

Problemen med avlägsnandet av mellanväggar liksom problemen med olika kompaktionsgrad i olika delar av kompoundprodukten undvikes genom att,enligt uppfinningen, kroppar förformas, vilka kompakteras och sintras till väsentligen samma täthet som använt pulver.The problems with the removal of partitions as well as the problems with different degrees of compaction in different parts of the compound product avoided by, according to the invention, bodies being preformed, which are compacted and sintered to substantially the same density as used powder.

UPPFINNINGEN Enligt uppfinningen förformas och lössintras minst ett i kompoundprodukten ingående material från pulver till en kropp av önskad form. Företrädesvis ökar tätheten vid för- formning och lössintring till en täthet hos den lössintrade kroppen av 75 - 85 % av teoretisk täthet från en fylldensi- tet hos pulvret av av 65 - 75 % av teoretiskt täthet. Den förformade, lössintrade kroppen placeras därefter, till- sammans med minst ett ytterliggare pulvermaterial, i en ¿ kapsel. Kapseln tillsluts väsentligen gastätt och samman- pressas isostatiskt till en väsentligen helt tät kropp med väsentligen perfekt metallisk bindning, atomär bindning, mellan ingående material. Efter den isostatiska pressningen avlägsnas kapseln och produkten efterbehandlas på konven- tionellt sätt med bearbetning och värmebehandling.- 468 3 3 Genom att enligt uppfinningen förforma minst ett av i kom- _poundprodukten ingående material till minst en porös lös- sintrad kropp med en täthet obetydligt högre än använt pulvers fylldensitet undviker man problem med varierande kompakteringsgrad mellan de delar av kompoundprodukten som utgöres av förformade kroppar och de delar som vid den slutliga kompakteringen formas från löst pulver. Naturligt- vis kan mer än ett material användas till den förformade kroppen, varvid dessa material kan blandas till en komposit genom inblandning av ett material i en grundmatris av ett annat material eller också blandas materialen även i den förformade kroppen till en kompoundkropp varvid gränsytan mellan olika material kan vara distinkt eller göras diffus, för att skapa gynnsammare egenskaper, exempelvis avseende spänningar i en övergângszon.THE INVENTION According to the invention, at least one is preformed and loosened in the compound product constituent material from powder to a body of desired shape. Preferably, the density increases with forming and loose sintering to a density of the loose sintered the body of 75 - 85% of theoretical density from a filling density the density of the powder of 65 - 75% of theoretical density. The preformed, loose sintered body is then placed, together with at least one additional powder material, in a ¿ capsule. The canister is closed substantially gas-tight and isostatically pressed to a substantially completely dense body with substantially perfect metallic bond, atomic bond, between constituent materials. After the isostatic pressing the capsule is removed and the product is treated at the processing and heat treatment.- 468 3 3 By preforming according to the invention at least one of the _pound product constituent material to at least one porous solution sintered body with a density slightly higher than used powder filling density avoids problems with varying degree of compaction between the parts of the compound product which consists of preformed bodies and the parts attached to it final compaction is formed from loose powder. Natural- more than one material can be used for the preform the body, whereby these materials can be mixed into a composite by mixing a material in a base matrix of a other material or the materials are also mixed in it preformed the body into a compound body at the interface between different materials can be distinct or made diffuse, to create more favorable properties, such as respect stresses in a transition zone.

En, enligt föregående beskrivning, förformad kropp sintras enligt uppfinningen till en porös kropp, företrädesvis sin- tras kroppen vid en temperatur motsvarande 30 - 60 % av materialets smältpunkt. Sintringen syftar endast till att hàlla samman den förformade kroppen under hanteringen fram till att den placeras i kapseln. Samtidigt avdrives even- tuellt, vid formningen, använda organiska, bindemedel. Sin- tringen utföres företrädesvis under vacuum eller skyddsgas- atmosfär för att undvika reaktioner på pulverkornens ytor.A preformed body, as described above, is sintered according to the invention to a porous body, preferably sinusoidal the body is drained at a temperature corresponding to 30 - 60% of melting point of the material. The sintering only aims to hold the preformed body together during handling until it is placed in the capsule. At the same time, even tuellt, in shaping, use organic, binders. Its- the operation is preferably carried out under vacuum or shielding gas atmosphere to avoid reactions on the surfaces of the powder grains.

Temperaturen väljes sà att pulverkornen binds samman i be- röringspunkterna, varvid en endast obetydlig ökning av tät- heten erhålles. Företrädesvis ökar tätheten vid förformning och lössintring från en fylldensitet av 65-75 % av teore- tiskt täthet till en täthet hos den lössintrade kroppen av 75-85 % av teoretisk täthet. Mer specifikt sintras enligt uppfinningen den förformade kroppen, vid användning av sfä- riskt pulver, exempelvis erhållna genom gasatomisering av metallsmältor, till en porös kropp med en täthet av 75-80 % utgående från en fylldensitet av cirka 70 %.The temperature is chosen so that the powder grains are bound together in the points of contact, with only a slight increase in the heat is obtained. Preferably, the density increases during preforming and loose sintering from a fill density of 65-75% of theoretical density to a density of the loosely sintered body of 75-85% of theoretical density. More specifically, sintered according to the invention the preformed body, when using spheres risk powders, for example obtained by gas atomization of molten metal, to a porous body with a density of 75-80% based on a filling density of about 70%.

Minst en lössintrad kropp placeras i en kapsel tillsammans med ytterliggare minst ett pulvermaterial. Kapseln som, àt- 468 378 4 minstone vid pressningstemperaturen, är deformerbar, till- sluts därefter väsentligen gastätt och kompakteras medelst isostatisk pressning, företrädesvis varmisostatisk press- ning, varvid kompoundprodukten som helhet kompakteras till väsentligen full täthet samtidigt som materialen binds sam- man med en metallisk bindning. Efter kompaktering och sint- ring avlägsnas kapseln på mekanisk eller kemisk väg och pro- dukten efterbehandlas på konventionellt sätt, exempelvis genom mekanisk bearbetning och/eller värmebehandling.At least one loosely sintered body is placed in a capsule together with at least one more powder material. The capsule as, at- 468 378 4 at least at the pressing temperature, is deformable, then closes substantially gas-tight and is compacted by isostatic pressing, preferably hot isostatic pressing whereby the compound product as a whole is compacted substantially full density while bonding the materials together man with a metallic bond. After compaction and synthesis the capsule is removed mechanically or chemically and the the product is treated in a conventional manner, for example by mechanical processing and / or heat treatment.

Genom att, enligt den föreliggande uppfinningen, framställa kompoundprodukter från pulver erhålls produkter av väsentli- gen full täthet, med god metallisk bindning, atomär bind- ning, mellan ingående material och en kropp som i ett kom- pakteringssteg sammanpressats med väsentligen samma grad av kompaktering i alla material. Genom uppfinningen kan produk- ter med unika materialkombinationer erhållas vilka optime- rats i såväl kostnads som funktionshänseende.By, according to the present invention, producing compound products from powder, products of essential full density, with good metallic bonding, atomic bonding between the constituent material and a body which in a compaction steps compressed to substantially the same degree of compaction in all materials. Through the invention, the product with unique material combinations are obtained which in terms of both cost and function.

FIGURER Figur 1 illustrerar tillverkning av kompoundprodukter enligt uppfinningen medan figur 2 visar hur uppfinningen tilllämpas när man önskar en diffus övergång mellan i kompoundprodukten förenade material.FIGURES Figure 1 illustrates the manufacture of compound products according to the invention while figure 2 shows how the invention is applied when a diffuse transition between the compound product is desired joined materials.

FIGURBESKRIVNING Vid tillverkning av kompoundprodukter enligt uppfinningen formas 1 och lössintras 2 pulverformigt material till en kropp 10 vars täthet obetydlgt överstiger använt pulvers fylldensitet. Den lössintrade kroppen 1 kan bestå av endast ett pulvermaterial eller vara en komposit av ett flertal pulvermaterial, dessutom kan exempelvis armerande fibermate- rial eller andra i strikt mening inte helt pulverformiga ma- terial inblandas. Lössintringen 2 sker under för pulvret in- erta förhållanden, företrädesvis under vacuum eller skydds- gasatmosfär, för att undvika reaktioner på pulverkornens 468 378 5 ytor. Därefter placeras 3 den lössintrade kroppen 10 i en kapsel 11 som fylles 4 med ytterliggare minst ett pulverma- terial innan den evakueras 5 och tillslutes 6 gastätt. 2 Naturligtvis genomgår den lössintrade kroppen 10, vid pul- vermetallurgisk framställning, sedvanliga momemt såsom kont- roller och analyser av kvalitetssäkrande art, måttjuste- ringar och andra vedertagna operationer innan den placeras i kapseln 11.DESCRIPTION OF FIGURES In the manufacture of compound products according to the invention formed 1 and loosely sintered 2 powdered material into one body 10 whose density slightly exceeds that of the powder used full density. The loosely sintered body 1 can consist of only a powder material or be a composite of a plurality powder material, in addition, for example, reinforcing fiber material or other strictly speaking not entirely powdered materials terial is involved. Loose sintering 2 takes place during the powder in- conditions, preferably under vacuum or protective gas atmosphere, to avoid reactions to the powder grains 468 378 5 surfaces. Then the loosely sintered body 10 is placed in one capsule 11 which is filled 4 with a further at least one powder terial before it is evacuated 5 and closed 6 gas-tight. 2 Of course, the loose sintered body 10, at the pulse metallurgical production, customary items such as roles and analyzes of a quality-assuring nature, dimensional rings and other conventional operations before being placed in capsule 11.

Kapseln 11 innehållande åtminstone en från pulvermaterial framställd lössintrad kropp 10 samt ytterliggare pulvermate- rial, vilket tillförts 4 kapseln 11 i lös form, kompakteras 7 sedan till en väsentligen tät kompoundprodukt 12. Varvid i kompoundprodukten 12 ingående material har kompakterats vä- sentligen lika mycket. Härvid undvikes inre spänningar och andra ofullkomligheter vilka lätt uppstår till följd av olika kompaktionsgrad i olika delar av kompoundprodukten l2¿ Enligt uppfinningen sker kompakteringen 7 företrädesvis i en varmisostatisk press. Naturligtvis omfattar tillverkning av en kompoundprodukt 12, enligt uppfinningen, vid pulvermetal- lurgisk tillverkning vedertagna operationer utförda såväl på den lössintrade kroppen 10 som den färdiga kompoundprodukten 12 för att säkerställa kvalitet, mått och materialstruktur.Capsule 11 containing at least one of powder material loosely sintered body 10 and additional powder material rial, which was added to the capsule 11 in loose form, is compacted 7 then to a substantially dense compound product 12. wherein i the composite product 12 constituent material has been compacted literally as much. This avoids internal stresses and other imperfections which easily arise as a result of different degree of compaction in different parts of the compound product l2¿ According to the invention, the compaction 7 preferably takes place in one heat isostatic pressure. Of course, the manufacture of a compound product 12, according to the invention, in powder metal lurgical manufacture accepted operations performed both on the loose sintered body 10 as the finished compound product 12 to ensure quality, dimensions and material structure.

För att ytterliggare nedbringa inre spänningar kan vid vissa materialkombinationer en övergångszon, där gränsytan mellan materialen göres diffus, krävas mellan ingående material.To further reduce internal stresses can at some material combinations a transition zone, where the interface between the materials are made diffuse, required between the constituent materials.

Enligt uppfinningen åstadkommes det genom att en kropp, i figur 2 exemplifierad av nedan beskrivna hylsa 100, formas med en diffus övergång från det ena materialet A, i figur 2 exemplifierat som ett ytskikt 101 på en kompoundvals 120, till materialet B, som i figur 2 utgör materialet i valsens kärna 105. Den förformade hylsan 100 innefattar ytskiktet 101, bestående av materialet A, och en övergångszon 102 där halten av materialet B gradvis höjes för att åstadkomma en diffus övergång mellan materialen. Enligt uppfinningen för- formas hylsan enligt de i figur 1 visade momenten. För- formning 1 och lössintring 2 varefter hylsan 100 bestående 468 avs 6 a- av ytskiktet 101 och övergångszonen 102 placeras 3 i en kapsel. Därefter fylles kapseln 4 med material B i form av ett pulvermaterial. Kapseln evakueras 5 och tillslutes 6 gastätt innan den med förformad hylsa och pulvermaterial kompakteras 7 isostatiskt till en väsentligen tät kompound- vals 120. Enligt uppfinningen sker kompakteringen 7 företrä- desvis i en varmisostatisk press. Naturligtvis omfattar tillverkning av en kompoundvals, enligt uppfinningen, vid pulvermetallurgisk tillverkning vedertagna operationer ut- förda såväl på den lössintrade hylsan 100 som den färdiga kompoundvalsen 120 för att säkerställa kvalitet, mått och materialstruktur.According to the invention it is achieved by a body, in Figure 2 exemplified by the sleeve 100 described below, is formed with a diffuse transition from one material A, in Figure 2 exemplified as a surface layer 101 on a compound roll 120, to the material B, which in Figure 2 constitutes the material of the roller core 105. The preformed sleeve 100 includes the surface layer 101, consisting of the material A, and a transition zone 102 there the content of material B is gradually increased to produce one diffuse transition between the materials. According to the invention, the sleeve is formed according to the steps shown in figure 1. For- forming 1 and loose sintering 2 followed by the sleeve 100 consisting 468 avs 6 a- of the surface layer 101 and the transition zone 102 are placed 3 in one capsule. Then the capsule 4 is filled with material B in the form of a powder material. The capsule is evacuated 5 and closed 6 gas tight before it with preformed sleeve and powder material is composted isostatically to a substantially dense compound. roller 120. According to the invention, the compaction 7 preferably takes place unfortunately in a thermostatic pressure. Of course includes manufacture of a compound roll, according to the invention, at powder metallurgical manufacturing accepted operations carried on both the loosely sintered sleeve 100 and the finished one compound roller 120 to ensure quality, dimensions and material structure.

APPLIKATIONSEXEMPEL Uppfinningen är tillämpbar vid exempelvis tillverkning av ventilsäten och ventilkäglor där slitutsatta delar utföres som lössintrade kroppar i hårda nötningsbeständiga material, som exempelvis Co-bas legeringar, lössintrade vid 500-700 °C i en vacuumugn. Den försintrade kroppen placeras sedan i en, i stàlplàt utförd, kapsel, varefter ett pulver av ett varm- hållfast material, såsom ett 12 % Cr-stål, tillföres. Däref- ter evakueras och tillslutes kapseln innan den, med innehåll av porösa försintrade kroppar i Co-bas legering och ett stålpulver kompakteras, medelst varmisostatisk pressning vid en temperatur av 1000-1250°C och ett tryck 50-300 MPa, till en ventilkägla eller ett ventilsäte.APPLICATION EXAMPLE The invention is applicable to, for example, the manufacture of valve seats and valve cones where worn parts are made as loose sintered bodies in hard abrasion resistant materials, such as Co-base alloys, loose sintered at 500-700 ° C in a vacuum oven. The sintered body is then placed in a, in steel plate, capsule, after which a powder of a hot strong material, such as a 12% Cr steel, is added. Therefore is evacuated and the canister is closed before it, with contents of porous sintered bodies in Co-bas alloy and a steel powder is compacted by hot isostatic pressing at a temperature of 1000-1250 ° C and a pressure of 50-300 MPa, to a valve cone or a valve seat.

Såsom redan beskrivits kan uppfinningen användas vid fram- ställning av kompoundvalsar. Varvid ett relativt tjockt yt- skikt av ett hårt material förenas med en seg kärna.Enligt uppfinningen framställes en porös lössintrad hylsa i det hårda materialet. Eventuellt utgör det hårda materialet en- dast en yttermantel som förses med en innerzon där halten av det sega materialet, vilket ska utgöra kärnmaterialet i valsens stomme, gradvis höjes för att skapa en diffus över- gångzon mellan det hårda ytterskiktet och den sega stommen och därmed väsentligen minska spricktendensen. Den porösa 468 378 7 hylsan försintras under samma förhållanden som kropparna vid framställning av ventildetaljer och kompakteras liksom dessa med ett stàlpulver i en av stâlplàt utförd kapsel under lik- värdiga förhållanden. Alternativt kan lössintringen ske i en skyddsgasugn med Ar-atmosfär vid samma temperaturer som ovan och kompakteringen ske med kallisostatisk pressning med efterföljande sintring.As already described, the invention can be used in the development of position of compound rollers. Whereby a relatively thick surface layer of a hard material is joined by a tough core.Accordingly the invention provides a porous loose sintered sleeve therein hard material. The hard material may be a dast an outer jacket provided with an inner zone where the content of the tough material, which should constitute the core material in the body of the roller, is gradually raised to create a diffuse walking zone between the hard outer layer and the tough frame thereby significantly reducing the cracking tendency. The porous 468 378 7 the sleeve is pre-sintered under the same conditions as the bodies manufacture of valve parts and compacted like these with a steel powder in a capsule made of steel plate under equal dignified conditions. Alternatively, the loose sintering can take place in one shielding gas furnace with Ar atmosphere at the same temperatures as above and the compaction takes place with callisostatic pressing with subsequent sintering.

Vid tillverkning av ventilhus och andra korrosionsutsatta armaturdetaljer för off-shore, kemisk industri eller kraft- industri, kan korrosionsmotstàndet höjas betydligt om arma- turdetaljen kan utföras med ett relativt tjockt ytskikt av ett material med högt korrosionsmotstànd i de ytor som står i kontakt med det korroderande mediet. I enlighet med upp- finningen förformas och lössintras porösa kroppar i ett kor- rosionströgt material, exempelvis en Ni-baslegering. De po- rösa kropparna placeras i en kapsel varefter kapseln fylles med ett pulver, exempelvis i form av ett seghärdningsstàl, evakueras och tillslutes gastätt. Kapseln med innehåll av minst en försintrad, porös kropp samt stàlpulver kompakteras till en väsentligen tät armaturdetalj genom varmisostatisk pressning. Lössintring och varmisostatisk pressning utförs under väsentligen likvärdiga förhållanden som i tidigare exempel.In the manufacture of valve housings and other corrosion-prone luminaire details for off-shore, chemical industry or power industry, corrosion resistance can be significantly increased if the tour detail can be made with a relatively thick surface layer of a material with high corrosion resistance in the surfaces that stand in contact with the corrosive medium. In accordance with the porous bodies are preformed and loosely sintered in a short erosion-resistant material, for example a Ni base alloy. The po- the body is placed in a capsule after which the capsule is filled with a powder, for example in the form of a toughening steel, evacuated and sealed gas tight. The capsule containing at least one pre-sintered, porous body and steel powder are compacted to a substantially tight luminaire detail by heat isostatic pressing. Loose sintering and thermostatic pressing are performed under substantially equivalent conditions as in the past example.

Claims

468 578 8 PATENT REQUIREMENTS

A method of making a compound product from powder material wherein at least one body (10) is preformed (1), sintered (2) and placed (3) in a capsule (11), that at least one more powder material is filled (4) in the capsule, the capsule, containing at least one preformed body and at least one powder material is evacuated (5), sealed (6) and compacted (7), characterized in that at least one body (10) is preformed (1) and loosely sintered ( 2) to a porous, manageable body with a density of 75-85% of theoretical density, starting from a powder material with a filling density of 65-75% of theoretical density, that the preformed, loose sintered body is placed (3) in a capsule (II), that at least one further powder material is filled (4) in the capsule, that the capsule is evacuated (5), closed (6), substantially gas-tight, and compacted (7), by isostatic pressing, into a substantially completely dense body (10) with preferably metallic bonding, atomic bonding, between constituent materials.

2. A method according to claim 1, characterized in that the body (10) is preformed and loose sintered (2) to a porous body with a density after loose sintering of 75-80% starting from a spherical gas atomized metal powder with a filling density of about 70%

3. A method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the body (10) is loose sintered (2) at a temperature corresponding to 40-60% of the melting temperature of the powder material in question, preferably in a vacuum or shielding gas furnace.

4. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the preformed sintered body (10) is formed (1) from at least two powder materials. 468 378

5. A method according to claim 4, characterized in that the powder materials in the preformed sintered body (10) are mixed so that a boundless, continuous transition is achieved between the powder materials.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the capsule containing the preformed sintered body (10) and a powder material is compacted (7) by means of hot isostatic pressing at a temperature of between 1000 and 220 ° C and a pressure of between 50 and 300 MPa.