SE470521B - Sätt vid pulvermetallurgisk framställning av en kropp - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 . pt m,- J G3 (H hö Det övergripande syftet med den föreliggande uppfinningen är att lösa detta problem, vilket är möjligt genom att i en ytterkapsel anordnas ett rör med väsentligen samma längd som kapseln, så att röret sträcker sig genom väsentligen kapselns hela längd, att i röret anordnas en kärna som också sträcker sig genom kapselns och rörets hela längd, att utrymmet mellan röret och kapselns insida fylls med det metallpulver som skall bilda den önskade kroppen, att utrymmet i röret mellan kärnan och rörets insida fylls med ett icke metalliskt pulver, att kapseln tillsluts hermetiskt, och att den tillslutna kapseln med inne- håll utsätts för varmisostatisk kompaktering vid en temperatur över lOOO°C, så att metallpulvret kompakteras till fullständig täthet. Upp- finningen bygger härvid på den principen att av det icke metalliska pulvret erhålla ett släppmedel mellan den konsoliderade metallkroppen och kärnan trots att det icke metalliska pulvret i utrymmet mellan kärnan och rörets insida konsolideras till ett väsentligen tätt mate- rial vid den varmisostatiska kompakteringen, så att det till kärnan, via det metallpulver som kompakteras till fullständig täthet, kan överföra det isostatiska trycket som appliceras på kapselns utsida.

Detta kan enligt en aspekt på uppfinningen uppnås genom att den varm- isostatískt kompakterade kapseln med innehåll, eventuellt efter efter- följande varmbearbetning genom smidning och/eller valsning, avkyls till rumstemperatur eller åtminstone till en temperatur där föremålet praktiskt kan hanteras, dvs under lOO°C, varvid det väsentligen täta material som bildats genom konsolideringen av nämnda icke metalliska pulver vid den varmisostatiska kompakteringen bringas att dekonsoli- dera, dvs fragmentera och/eller återgå till pulverform.

Ett sätt att åstadkomma dekonsolideringen av det konsoliderade icke metalliska materialet bygger på att man väljer det icke metalliska pulvret bland den typ av material som spontant fragmenteras på grund av fasomvandling vid svalning från en temperatur över lOOO°C till rumstemperatur, vilken fasomvandling medför så stora inre spänningar i materialet att de orsakar nämnda fragmentering. Då man kyler den integrerade kropp som vid den varmisostatiska kompakteringen bildats av metallpulvret, röret, det icke metalliska pulvret och kärnan, kommer det konsoliderade icke metalliska materialet, som bildats av \,.\ 10 15 20 25 30 35 pl ~zx Ål) lfil i 5 t) det icke metalliska pulvret, sålunda att dekonsolideras genom att spontant fragmenteras in situ i det slutna utrymmet mellan kärnan och röret, som på utsidan understöds av den konsoliderade kropp som bildats av metallpulvret.

Det icke metalliska pulvret skall alltså väljas bland den typ av mate- rial som dels kan konsolideras till en väsentligen tät kropp genom varmisostatisk kompaktering vid den temperatur över lOOO°C, dels fragmenteras genom svalning från en temperatur över lOOO°C till rumstemperatur. Uppfinnaren känner för tillfället endast till ett icke metalliskt material med dessa egenskaper, nämligen dikalciumsilikat, Ca2SiO4, som ibland även kallas kalciumortosilikat, (CaO)2SiO2.

Uppfinnaren utesluter emellertid inte att det kan finnas fler icke metalliska material, som uppfyller nämnda villkor. Även användningen av dessa material omfattas i så fall av uppfinningen.

När det gäller dikalciumsilikat, Ca2Si04, sker vid svalningen en fasomvandling vid ca 600°C, vilket ger materialet en kraftig tendens att öka i volym. Härigenom uppstår så starka inre spänningar i materialet att detta spontant fragmenteras och återgår till mer eller mindre pulverform. Det kan dock inte uteslutas att material med kraftig tendens att krympa på grund av fasomvandling vid svalning inom temperaturområdet från lOOO°C till rumstemperatur på motsvarande sätt kan fragmenteras på grund av inre spänningar. Även sådana material kan i princip användas enligt uppfinningen.

Det rör som anordnas i kapseln och som omger kärnan på ett avstånd från denna kan i princip bestå av vitt skilda material. Normalt används ett tunnväggigt plåtrör, lämpligen av stål. Man kan även tänka sig en hylsa som helt eller delvis består av papp. Även ett glasrör är tänkbart, låt vara att glas av praktiska skäl kan vara mindre lämp- ligt.

För lokalisering av kärnan och det omgivande röret på önskad plats i kapseln, vanligen centrering av kärnan och röret i kapseln, kan anord- nas lämpliga lokaliserings- respektive centreringsorgan. Exempelvis 10 15 20 25 30 35 . 1721:-. '___-i -"\ (fl Ûu-:I ...s kan kapselbottnen och kapsellocket förses med upphöjningar och/eller fördjupningar som kan fungera som lokaliserings- respektive centre- ringshjälpmedel. Man kan även tänka sig att alternativt eller som komplement härtill använda ringar med en tjocklek i radiell riktning motsvarande bredden på den önskade spalten mellan kärnan och röret, vilka ringar förenas med kapselbottnens och kapsellockets insida genom svetsning, limning, lödning eller på annat lämpligt sätt.

Eftersom uppfinningen syftar till framställning av hålade ämnen av kvalificerat material, utgörs metallpulvret normalt av ett stålpulver, företrädesvis ett pulver av legerat stål, såsom snabbstål, varm- eller kallarbetsstål, rostfritt stål, eller av ett refraktärt material, exempelvis en kobolt- eller nickelbaslegeríng.

Kärnan kan exempelvis utgöras av en stålstång av konventionellt konstruktionsstål, men även andra homogena material som inte smälter vid HIP-ningstemperaturen och som inte krossas vid HIP-ningen är tänkbara. Sålunda är det tänkbart att även använda en kärna av något keramiskt material, ehuru en stång av enkelt konstruktionsstål duger gott.

En utföringsform av uppfinningen skall i det följande beskrivas mer i detalj med hänvisning till den bifogade ritningsfiguren, som visar en längsgående sektion genom en fylld kapsel före kompaktering.

I ritningsfiguren betecknas en plåtkapsel av det slag som konventio- nellt används vid varmisostatisk kompaktering av metallpulver allmänt med siffran 1. Den består av en cylindrisk vägg 2, en botten 3 och ett påsvetsat lock 4. Före påsvetsningen av locket 4 anordnas i kapseln l en kärna 5, som kan bestå av en stålstång och koaxiellt med kärnan 5 och på ett avstånd från denna ett rör 6, lämpligen ett rör av tunn stålplåt. Kärnan 5 och röret 6 centreras i kapseln l med hjälp av lämpliga medel, som enligt utföringsformen utgörs av rillor 7, 8 i kapselns botten 3 och i locket 4. ._. R, 10 15 20 25 30 35 .h~ .ga I) íJ1 Ãxf) .S När kärnan 5 och röret 6 sålunda placerats i kapseln 1 fylls utrymmet mellan kapselväggen 2 och röret 6 med det metallpulver 9, som skall bilda den önskade kroppen med genomgående hål, och i den ringformade spalten 10 mellan röret 6 och kärnan 5 anordnas ett icke metalliskt pulver ll, så att utrymmet 10 helt fylls av detta pulver. Mer bestämt utgörs pulvret av dikalciumsilikat, Ca2SiO4, även känt under benäm- ningen kalciumortosilikat, (CaO)2Si02. Den sålunda fyllda kapseln 1 täcks därefter med locket 4, som svetsas fast, så att kapseln blir hermetiskt tillsluten.

Den sålunda fyllda och tillslutna kapseln utsätts därefter för varm- isostatisk kompaktering - HIP-as - på i och för sig konventionellt sätt. Denna behandling inleds med att kapseln med innehåll kallpressas vid ett tryck på cirka 400 MPa. Härvid förtätas pulvren 9 och ll, vilket underlättar den efterföljande värmningen. Genom kallpressningen har kapselvolymen reducerats något. Därefter värms kapseln med inne- håll till en temperatur överstigande lO0O°C, normalt till cirka l150°C. Därefter utsätts kapseln med innehåll för ett allsidigt, dvs isostatiskt tryck av cirka 100 MPa vid en temperatur över lOOO°C, normalt cirka l150°C i en varmisostatpress, exempelvis i en press av det slag som tillverkas av ASEA Brown Boweri (ABB) och som är känd under handelsbenämningen QIH80. Härvid konsolideras metallpulvret 9 till en helt kompakt och porfri metallkropp, och även dikalcium- silikatpulvret ll konsolideras till ett kompakt och väsentligen porfritt material.

Normalt får kapseln med innehåll därefter svalna, lämpligen till rumstemperatur eller åtminstone till en temperatur som gör det möjligt att hantera föremålet utan praktiska problem. Vid svalnandet vill det konsoliderade dikalciumsilikatmaterialet utvidga sig på grund av sin för dikalciumsilikat kännetecknande egenskap att undergå ovannämnda fasomvandling, vilken medför att dikalciumsilikatmaterialet spricker sönder (fragmenteras) och mer eller mindre återgår till pulverform.

Senast därefter öppnas kapseln 1 åtminstone i området för dikalcium- silikatskiktet i bottnen 3 och locket 4, varefter kärnan 5 kan pressas ut, varvid det vid svalningen fragmenterade och/eller pulveriserade 10 15 20 25 30 35 .Bm “NH (lf) (_11 í\D dikalciumsilikatmaterialet fungerar som släppmedel mellan kärnan 5 och den omgivande, konsoliderade metallkroppen. Efter rensning kan kärnan 5 återanvändas. Den konsoliderade, nu med ett genomgående hål försedda metallkroppen kan, eventuellt efter rensning av dess utvändiga och invändiga ytor, varmbearbetas till önskad slutdimension. Om så önskas, beroende på aktuell applikation, kan den konsoliderade metallkroppen kapas till att bilda önskade ämnen före eller efter eventuell varm- bearbetning.

Det är även tänkbart att varmbearbeta det konsoliderade materialet före svalning från HIP-ningstemperaturen och att först därefter låta materialet svalna, varvid dikalciumsilikatmaterialet fragmenteras och/eller pulveriseras för att medge släppning mellan den konsoli- derade metallkroppen och kärnan. nu

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 .Läs PATENTKRAV

1. Sätt vid pulvermetallurgisk framställning av en kropp med ett genomgående hål, exempelvis ett hålat verktygsämne eller ett tjock- väggígt rör, k ä n n e t e c k n a t av att i en ytterkapsel (1) anordnas ett rör (6) med väsentligen samma längd som kapseln, så att röret sträcker sig genom väsentligen kapselns hela längd, att i röret anordnas en kärna (5) som också sträcker sig genom kapselns och rörets hela längd, att utrymmet mellan röret (6) och kapselns (1) insida fylls med ett metallpulver (9) som skall bilda den sintrade kroppen, att utrymmet (10) i röret (6) mellan kärnan (5) och rörets insida fylls med ett icke metalliskt pulver (ll), att kapseln tillsluts hermetiskt, och att den tillslutna kapseln med innehålls utsätts för varmisostatisk kompaktering vid en temperatur över lOO0°C, så att metallpulvret kompakteras till fullständig täthet.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att det icke metalliska pulvret (ll) i utrymmet mellan kärnan och rörets insida konsolideras till ett väsentligen tätt material vid den varmisosta- tiska kompakteringen, så att det till kärnan, via det metallpulver (9) som kompakteras till fullständig täthet, kan överföra det isostatiska trycket som appliceras på kapselns utsida.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att den varmisosta- tiskt kompakterade kapseln med innehåll, eventuellt efter varmbearbet- ning genom smidning och/eller valsning bringas att svalna, varvid det väsentligen täta material som bildats genom konsolideringen av nämnda icke metalliska pulver vid den varmisostatiska kompakteringen bringas att dekonsolidera, dvs fragmentera och/eller återgå till partikelform.

4. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att det icke metal- liska pulvret (ll) väljs bland den typ av material som har en mate- rialrelaterad tendens att undergå en kraftig volymförändring på grund av fasomvandling medförande inre spänningar i materialet vid svalning från en temperatur över lOOO°C till rumstemperatur. ~J f a m »o '\ 10 15 20 25 30 35

5. Sätt enligt krav 45, k ä n n e t e c k n a t av att det icke metallíska pulvret åtminstone till väsentlig del består av dikalcium- sílikat, Ca2SiO4.

6. Sätt enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t av att röret (6) består av ett plåtrör, av en hylsa helt eller delvis av papp, eller av ett glasrör.

7. Sätt enligt något av kraven l-6, k ä n n e t e c k n a t av att metallpulvret utgörs av ett stålpulver eller av ett pulver av refrak- tär metall och att kärnan utgörs av en stålstång.

8. Sätt enligt något av kraven l-7, k ä n n e t e c k n a t av att metallpulvret utgörs av ett snabbstålspulver. v: