SE518515C2 - Förfarande för framställning av dispersionshärdade metallprodukter - Google Patents

Description

51'8 515 2 bearbetningsverktygen ha hög belastningskapacitet och detta har begränsat de tillgängliga bearbetningsmetoderna.

Uppfinningens syften Syftet med föreliggande uppfinning är att till- handahålla ett nytt och förbättrat förfarande för att erhålla dispersionshärdade metallegeringsprodukter.

Ett andra syfte med uppfinningen är att till- handahålla ett förfarande som tillåter en kontinuerlig, ekonomisk produktion av làngsträckta dispersionshärdade metallegeringsprodukter.

Ett tredje syfte med uppfinningen är att till- handahålla ett förfarande för produktion av disper- sionshärdade produkter, enligt vilket förfarande den lösta metallen oxideras med hög hastighet och vid förhållandevis låg temperatur.

Sammanfattning av uppfinningen Kortfattat avser föreliggande uppfinning ett för- farande för framställning av dispersionshärdade metallegeringsprodukter innefattande stegen: att man tillhandahåller ett ytoxiderat metallegeringspulver, varvid metallegeringspulvret är en legering av en matrismetall med en negativ bildningsenergi vid 25°C på upp till 60 kilokalorier per gram syre och åtminstone en löst metall med en negativ bildningsenergi vid 25°C på åtminstone 80 kilokalorier per gram syre; att man matar pulvret in i en folie, företrädesvis en U-formad folie av en matrismetall; att man försluter folien för att bilda en stav; att man kompakterar staven; att man extruderar staven till en làngsträckt produkt, varvid produkt- temperaturen ökar och startar en inre oxidation; och att man utsätter den extruderade produkten för en förhöjd temperatur för att fullborda den inre oxidationen. 10 15 20 25 30 35 518 '515 Detaljerad beskrivning av uppfinningen Metallegeringspulvret som används för att utöva uppfinningen är en legering av en matrismetall med en negativ bildningsvärme vid 25°C på upp till 60 kilokalorier per gram syre och åtminstone en löst metall med en negativ bildningsvärme vid 25°C på åtminstone 80 kilokalorier per gram syre.

Lämpliga matrismetaller innefattar Cu, Ag eller Ni.

Lämpliga lösta metaller innefattar Al, Mg, Si eller Be. Den lösta metallen återfinns i legeringen med i stor- leksordningen 0,01-6 viktprocent, företrädesvis 0,1-1,0 viktprocent av legeringen.

Metallpulvret kan även innefatta tillsatsmedel för att förbättra kärnbildningsegenskaperna, reaktionshastig- heten och materialets slutliga egenskaper.

Pulvret kan framställas genom vattenatomisering, gasatomisering, på elektrolytisk väg eller genom mekanisk bearbetning, även om gasatomatisering är föredragen.

Pulvret oxideras företrädesvis vid låg temperatur, 100-500°C, företrädesvis 160-300°C, luft eller andra syrgasblandningar. Oxidinnehållet i pulvret skall i syre, vara åtminstone ekvivalent med, men inte mer än dubbelt så mycket som behövs för den inre oxidationen. Det bästa oxidationsresultatet erhålles när pulvrets volym/ytförhållande maximerats och storleken på pulver- partiklarna är så enhetlig som möjligt, vilket är fallet när pulvret framställs genom gasatomisering.

Genom den ovannämnda ytoxideringen av metallegeringspulvret kommer oxiden att vara i nära kon- takt med legeringen, vilket minimerar diffusionsavstàndet för syre, varvid en ökad reaktionshastighet för den inre oxidationen erhålles jämfört med när man använder inblan- dade metalloxidpartiklar.

En annan fördel med ytoxideringen av legerings- partiklarna är att eftersom partiklarna endast oxideras på dess ytor så ändras inte deras mekaniska egenskaper. 10 15 20 25 30 35 518 515 4 Legeringspulvret kommer därför att vara lika lättformbart som före oxideringen.

Partikelstorleken på det ytoxiderade legeringspulv- ret är åtminstone 10 pm, företrädesvis åtminstone 30 pm och mindre än 200 um, företrädesvis mindre än 150 pm.

Det ytoxiderade legeringspulvret matas in i ett långsträckt rör eller i ett fodral eller på en folie, företrädesvis en U-formad metallfolie, som försluts och därmed omsluter pulvret och bildar en stav. Röret eller folien är företrädesvis tillverkade av matrismetallen.

Röret eller folien minimerar slitaget på verktygen under formningen av materialet och bildar ett yttre skikt på den slutliga produkten.

Därefter förs staven in i en pressningsanordning.

Pressningsanordningen kan vara av det slag som beskrivs i GB 1 434 201, vilken härmed införlivas som referens.

Materialets densitet ökar till 6-8 kg/dm3 efter att ha passerat genom pressningsanordningen. Temperaturökningen är måttlig vid denna pressning och den erhållna inre oxi- dationen är försumbar.

Efter pressningsanordningen fortsätter materialet in i en extruderingsanordning. Extruderingsanordningen kan vara av den typ som beskrivs i GB l 434 201 och GB l 370 894, vilka härmed införlivas som referenser. I extru- deringsanordningen äger den faktiska mekaniska bearbet- ningen rum. Oxiden på ytan av pulverpartiklarna fördelas jämnt i den bearbetade produkten. Pulverpartiklarna blir làngsträckta, vilket förkortar det genomsnittliga diffu- sionsavståndet för syre. Vid extruderingen ökar produkt- temperaturen snabbt. Den ökade temperaturen startar en snabb inre oxidation av materialet.

Enligt uppfinningen åstadkommer extruderingen en ökning av produkttemperaturen till 400-1050°C, företrädesvis till 500-800°C.

Den extruderade produkten är en metallisk produkt med en hàllfasthet på mer än 300 MPa. Genom att bibehålla eller öka produkttemperaturen, med till exempel induk- 10 15 20 25 30 35 518' 515 5 tions- eller virvelbäddsuppvärmning, fullbordas den inre oxidationen och materialet har pà kort tid erhàllit utmärkta egenskaper såsom hög hàllfasthet och hög led- ningsförmàga.

Produkten underkastas en förhöjd temperatur i 1 sekund - 15 minuter, företrädesvis 1 sekund - 2 minuter och allra helst 1 sekund - 1 minut i en icke-oxiderande atmosfär efter extruderingen.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen är uppfinningsförfarandet ett kontinuerligt förfarande.

Genom att utföra förfarandet enligt föreliggande uppfinning är det nu möjligt att kontinuerligt framställa làngsträckta dispersionshärdade metallprodukter av betydande längder. Fram tills nu har längderna på disper- sionshärdade produkter berott på ämnesvikterna pà konven- tionella extruderingsanordningar, vilket i hög grad har minskat applikationsomràdet för produkterna. Med för- farandet enligt uppfinningen är det nu möjligt att ekonomiskt framställa dispersionshärdade produkter med utmärkta egenskaper vilka har längder pà tusentals meter.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare nedan med följande icke begränsande exempel.

Exempel 1 Ett sfäriskt legeringspulver av CuAlm3 oxiderades genom att man värmebehandlade pulvret i 3 timmar vid 220°C. Efter värmebehandlingen hade vikten pà pulvret ökat med cirka 2,7g/kg. Detta pulver fylldes i ett kopparrör vilket hade en diameter pà 15 mm och en väggtjocklek pä 0,4 mm. Längden pä röret var 1000 mm.

Vikten pà röret var 165,7 g och pulvervikten var 798 g.

Pulvrets fylldensitet i röret var 4 kg/dnÉ. I en Conform- maskin monterade man ett verktyg för att extrudera en 4 mm rund träd, vilken maskin värmdes upp genom att man extruderade konventionell koppar. Det pulverinnehàllande röret fördes in i ett spår pä ett roterande hjul. När röret nådde tryckrullen, pressade valsen pulvret i röret 10 15 20 25 30 35 518 515 6 till en densitet på ca 7 kg/dnf och materialet extruderades därefter genom matrisen. Temperaturen i verktyget var 460°C, vilket tyder på en produkttemperatur på cirka 550°C. Hjulspärets hastighet var cirka 5 m/min.

Produktionshastigheten var ca 25 m/min. Tråden hade föl- jande egenskaper: diameter 4,014 mm, vikt 111,84 g/m, beräknad densitet 8,84 kg/dmï dreghàlifeethet (UTS) 394 MPa, förlängning 20 % och resistivitet 20,62 nOhmm. Efter det att man värmebehandlat vid 700°C i 10 minuter hade draghàllfastheten (UTS) ökat till 515 MPa och motståndet var 19,50 nOhmm. Ledningsförmàgan var 89 e av koppars ledningsförmàga.

Exempel 2 (kontinuerliga längder) I en gasatomatiseringsanläggning satsades koppar och aluminium varvid en smälta av CuAlm25erhölls. Denna legering gasatomatiserades i en inert gasatmosfär. Det erhållna pulvret hade en densitet på 4,5 kg/dm3 och en partikelstorlek som varierade mellan 50-150 um. Ett tunt lager av pulvret utsattes för oxidation genom att det på ett transportband fick passera genom en ugn med cir- kulerande luft. Temperaturen och hastigheten på tran- sportbandet inställdes för att ge pulvret ett syreupptag pà 2,6 g/kg. Det ovan beredda pulvret överfördes till extrusionslinjen.

En maskin för kontinuerlig extrudering (beskriven i GB 1 434 201) anordnades med ett verktyg med en 6 mm rund matris. En kopparfolie med en tjocklek på 0,2 mm 'U-formades genom att den drogs från en spole och genom ett verktyg. Med hjälp av matartratt och matarskruv över- fördes ovan nämnda behandlade pulver till den U-formade folien. Folien veks runt pulvret för att bilda en stav.

Staven matades in i ett spår och pressades av en vals varvid dess yta reducerades med 40 %. Materialets temperatur ökade cirka 300°C genom denna åtgärd.

I extruderingsanordningens arbetsområde pressades materialet ytterligare och extruderades till en 6 mm rund lO 518 515 7 tråd och temperaturen ökade till cirka 600-700°C. Fràn extruderingsanordningen fördes träden genom en spole för induktiv uppvärmning, vilket ökade kabeltemperaturen till cirka 800°C. Temperaturen pà materialet hölls vid cirka 800°C i cirka 30 sekunder tills den inre oxidationen fullbordats och materialet kyldes därefter i vatten.

Under förfarandet, från att ha lämnat matrisen i extrude- ringsanordningen fram till kylningssteget, skyddades tråden fràn oxidation av en inert gas (kväve). Följande egenskaper erhölls: trädens densitet var 8,8 kg/dm3, draghàllfastheten (UTS) var 510 MPa och ledningsförmàgan var 91 % av kopparns densitet.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 518' 515 8 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av dispersionshär- dade metallegeringsprodukter innefattande stegen: a) att man tillhandahåller ett ytoxiderat metallegeringspulver, varvid metallegeringspulvret är en legering av en matrismetall med en negativ bildnings- energi vid 25°C på upp till 60 kilokalorier per gram syre och åtminstone en löst metall med en negativ bildningsenergi vid 25°C på åtminstone 80 kilokalorier per gram syre; b) att man matar pulvret in i en folie, företrädesvis en U-formad folie av en matrismetall; c) att man försluter folien för att bilda en stav; d) att man kompakterar staven; e) att man extruderar staven till en làngsträckt produkt, varvid produkttemperaturen ökar och startar en inre oxidation; f) och att man utsätter den extruderade produkten för en förhöjd temperatur för att fullborda den inre oxidationen.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid metallegerings- pulvret framställs genom gasatomatisering.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, varvid ex- truderingen ökar produkttemperaturen till 400-1050°C, företrädesvis till 500-800°C.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, varvid man utsätter produkten för en förhöjd temperatur i 1 sekund- 15 minuter, företrädesvis 1 sekund-2 minuter och helst 1 sekund-1 minut i icke-oxiderande atmosfär efter extruderingen.

5. Förfarande enligt något av kraven 1-4, varvid partikelstorleken hos det ytoxiderade legeringspulvret är åtminstone 10 pm, företrädesvis åtminstone 30 um och mindre än 200 pm, företrädesvis mindre än 150 pm.

6. Förfarande enligt något av kraven 1-5, varvid förfarandet utförs kontinuerligt. 10 518 515

7. Förfarande enligt nàgot av kraven l-6, varvid matrismetallen är Cu, Ag eller Ni och den lösta metallen Al, Mg eller Si.

8. Förfarande enligt något av kraven 1-7, varvid den lösta metallen återfinns i legeringen i storleksordningen 0,01-6 viktprocent, företrädesvis 0,1-1,0 viktprocent av legeringen.