SE468378B - Saett att tillverka en kompoundkropp - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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 %.

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.

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.

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.

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.

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.

För att ytterliggare nedbringa inre spänningar kan vid vissa materialkombinationer en övergångszon, där gränsytan mellan materialen göres diffus, krävas mellan ingående material.

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.

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.

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.

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.

Claims (6)

468 578 8 PATENTKRAV
1. l.Sätt att tillverka en kompoundprodukt från pulvermaterial varvid minst en kropp (10) förformas (1), sintras (2) och placeras (3) i en kapsel (11), att ytterliggare minst ett pulvermaterial fylles (4) i kapseln, att kapseln, innehål- lande minst en förformad kropp och minst ett pulvermate- rial evakueras (5), tillslutes (6) och kompakteras (7), k ä n n e t e c k n a t a v, att minst en kropp (10) för- formas (1) och lössintras (2) till en porös, hanterbar kropp med en täthet av 75-85% av teoretisk täthet, utgåen- de frán ett pulvermaterial med en fylldensitet av 65-75% av teoretisk täthet, att den förformade, lössintrade kroppen placeras (3) i en kapsel (ll), att ytterliggare minst ett pulvermaterial fylles (4) i kapseln, att kapseln evakueras (5), tillslutes (6), väsentligen gastätt, och kompakteras (7), medelst isostatisk press- ning, till en väsentligen helt tät kropp (10) med företrä- desvis metallisk bindning, atomär bindning, mellan ingåen- de material.
2. 2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v, ' att kroppen (10) förformas och lössintras (2) till en porös kropp med en täthet efter lössintring av 75-80% utgående från ett sfäriskt gasatomiserat metallpulver med en fylldensitet av cirka 70%
3. 3. Sätt enligt patentkrav 1 eller patentkrav 2, k ä n n e- t e c k n a t a v, att kroppen (10) lössintras (2) vid en temperatur motsvarande 40-60% av ifrågavarande pulvermate- rials smälttemperatur, företrädesvis i vacuum- eller skyddsgasugn.
4. 4. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t a v, att den förformade sintrade kroppen (10) for- mas (1) från minst två pulvermaterial. 468 378
5. 5. Sätt enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t a v, att pulvermaterialen i den förformade sintrade kroppen (10) blandas så att en gränslös, kontinuerlig övergång àstadkommes mellan pulvermaterialen .
6. 6. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e- t e c k n a t a v, att kapseln innehållande den förfor- made sintrade kroppen (10) och ett pulvermaterial, kompak- teras (7) medelst varmisostatisk pressning vid en temperatur av mellan 1000 och l250°C och ett tryck av mellan 50 och 300 MPa.