WO2000053360A1 - Verfahren und zwischenprodukt zur herstellung von presslingen für die fertigung von endformnahen bauteilen - Google Patents

Verfahren und zwischenprodukt zur herstellung von presslingen für die fertigung von endformnahen bauteilen Download PDF

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WO2000053360A1
WO2000053360A1 PCT/DE2000/000342 DE0000342W WO0053360A1 WO 2000053360 A1 WO2000053360 A1 WO 2000053360A1 DE 0000342 W DE0000342 W DE 0000342W WO 0053360 A1 WO0053360 A1 WO 0053360A1
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powder
components
compact
oxide
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PCT/DE2000/000342
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Joachim Baumeister
Ulrich Bredenbreuker
Markus Rommerskirchen
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/1035—Liquid phase sintering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for the production of compacts for the manufacture of components from material in powder form, the compacts being compacted, with the features of the types described in the preambles of claims 1 and 12
  • the powder constituents also the low melting point liquefy and the globulitic powder constituents with the higher melting point remain as solid powder constituents in a liquid matrix.
  • the aim of this process and the processes previously described is to embed globular, spherical solid structural constituents in the melt-flow matrix so that the material of the compacts flows well when heated, ie has thixotropic properties and can be processed using thixocastmg
  • the molten components of the material when the bolt is subjected to pressure or ingots are pressed out of the stud to be cast into the edge region of the stud or that they collect in the lower area of the stud or ingot according to gravity.
  • the invention is therefore based on the object of creating a process which requires only low investment costs and is suitable for mass production, and an intermediate product for the production of near-net shape components, in which, during the production of near-net shape components from compacts, which exceed the liquefaction limit of Material are heated, resulting errors and the resulting waiting times for further processing of the compacts - even with practically unlimited holding times of the heating temperature - there is no destruction of the shape of the compacts, as well as the material properties of the compacts despite the heating of the material above the liquefaction limit remain unchanged and, for example, there is no increase in the grain size of the base material of the powdery constituents beyond a predetermined and defined size during the heating and for the duration of the holding time of the liquidus temperature and in which no segregation of the powder components occurs in the compact during the production of the near-net shape component, that is, an inhomogeneous distribution of the different components of the base material is to be avoided
  • the advantages of the invention can be seen in particular in the fact that, on the one hand, the powder constituents of the base material are all coated with a closed oxide shell on their surface by an oxidation process, and on the other hand, the compacting or compression molding of these powder constituents provided with an oxide shell takes place under pressure, that the base material of the compacts, which is formed by the powder components provided with oxide shells, is completely interspersed with a support structure formed by the oxide shells of the powder parts pressed against one another and thus lying against one another D h, the powder coating provided with an oxide shell Components are firmly clamped together as a result of the pressure exerted when compacting, but only in a way that only a slight metallic connection between the powder components is created by cold welding or diffusion between the individual powder components.
  • the powder components bonded to one another have an almost undamaged oxide shell and so these oxide shells, which form the support structure due to their abutment, can separate the non-oxidized inner cores of the adjacent powder components of the base material.
  • the support structure formed from the oxide coverings of the powder components, which runs through the whole compact, has the first great advantage that the observed fact that when heated to a temperature above the liqudus temperature, ie above the liquefaction limit of the base material of the powder, the non-oxidized inner core of the powder particles melts, ie completely or partially e becomes liquid, but is held together by the oxide shell surrounding the powder components, so that the wholly or partially liquid material of the non-oxidized inner core of the powder components is held together by the surrounding oxide shell.
  • the liquefied melt parts of the non-oxidized inner cores of the powder components cannot therefore flow out of the compact .
  • the compact does not lose its shape either, although, for example, more than half of the base material after heating for processing between solid and liquid has exceeded the liquefaction limit, since the oxide shells of the powder constituents are connected by the compacting by means of a solid support structure.
  • a destruction of the structure of the support structure in the compact through the adjoining and compacted oxide shells of the powder constituents, even when heated above the liquidus temperature, can only be achieved by pressure or shear stress, for example by means of a stamp from a casting or forging plant
  • the construction of the support structure from the oxide shells of the powder components also has the further advantage that within the oxide shells the undesirable increase in the grain size of the adjoining powder components due to the change in the material properties of the base material is prevented by the oxide shells Processes known in the art and during the holding time of the heating temperature between solid and liquid, generally poor mechanical properties of the compact for the production of near-net shape components.
  • the selection of the influencing factors and the setting of the magnitude of the influencing factors when compacting is made in such a way that for the duration of the compacting there is a minimization of the deformations of the oxide shells formed from powder components and lying against one another.
  • the compacting also minimizes the relative movements of the individual powder components reached against each other. This ensures that only minimal metallic connections between the individual powder components are formed in the supporting structure that runs through the entire compact, and thus the separation of the non-oxidized inner cores of the powder components from one another is maintained.
  • a further advantage of the invention is that the oxide shells on the surface of the powder components of the compacts during the oxidation process, the thickness of the layer can be varied by a corresponding influence.
  • Powder components can be coated with a closed oxide shell that has arisen as a result of production, that is to say practically are of natural origin, as is the case with aluminum, for example. Powder components can also be used as the base material, in which the thickness of the oxide shell is subsequently adjusted by suitable measures. This can be done, for example, by treating the powder components in an oxidizing or reducing atmosphere become
  • the base material in the present invention can consist of a homogeneous base material, such as aluminum, magnesium, iron, titanium, copper or any other suitable material, or can be composed of a base alloy from several different base materials. Each base material or base alloy can be composed of different base materials is in the form of powder constituents and is mixed appropriately for alloys.
  • the base material made of powder constituents can be admixed with additives to influence the properties of the base material.
  • additives can serve to refine the grain of the material; it can also be used to add viscosity-changing substances, ceramic particles or any other another form of additive that increases the mechanical properties, the castability, the structural structure or other in each wavy application can influence desired performance properties
  • the additives of the base material also consist of powdery substances and can be without an oxide shell or can also be provided with an oxide shell, since the additives only have a negligibly small proportion of the total amount of the base material, the influence is later
  • the described structure of the support structure within the compact is negligibly small.
  • the optimum layer thickness of the oxide shells of the powder components of the compact required for the respective application can be made to different extents by appropriate selection of the parameters in the production of the oxide shell.
  • Suitable oxide layer thicknesses are generally in the range between 1 nm and 10 ⁇ m, but for de n
  • the build-up of noise through the oxide shells within the compact also use any other oxide layer thickness suitable for the particular application in order to avoid an excessive and therefore unfavorable increase in the oxide layer thickness during the heating of the compact and before processing the powder components of the compact which have already been provided with an oxide shell. preheating under the influence of an inert atmosphere may be required
  • the compacts from powder components for the production of near-net-shape components are compacted in such a way that the base material of the compacts for the near-net-shape components is completely interspersed with a support structure formed from the adjoining oxide casings of the powder constituents D h that the oxide casings Touching all powder parts lying against each other and fastening them together by compacting, so compacting of individual powder components with one another takes place in the compact, the compacting according to the invention, however, being carried out by the choice of influencing factors in compacting such that for the duration of the Compacting there is a minimization of the deformations of the oxide shells formed from the powder components and lying against one another.
  • the compact exists when heated via the solid Us temperature up to above the liquidus temperature from a large number of completely or partially melted droplets of melt in the non-oxidized inner core of the adjoining oxide shells of the powder components, which are separated from one another by the support structure from the oxide shells.
  • the oxide shells and powder components used according to the invention prevent that during the warm-up phase or respectively the holding time for the temperatures in the compacts between solid and liquid an undesirable increase in the grain size of the base material arises, which would lead to poor mechanical properties or behavior of the compact, as is known from the prior art
  • the influencing factors in the compacting of the powder components to form the compacts are also selected in such a way that the relative movements of the powder components against one another during compacting are minimized.
  • the compacting can be carried out by uniaxial pressing or isostatic pressing or extrusion with a low extrusion ratio or by spray compacting. animals or rollers are carried out, in addition, other compacting methods can be used which allow minimizing the relative movements of the powder components and minimizing the deformations of the oxide shells formed from the powder components.
  • the compacts are used to manufacture the near-net shape component in a feed to a mold or forging die or placed and now or previously at a heating temperature in the range above the solidus temperature warmed up to above the liquidus temperature and then pressed into the mold by means of a pressure load or a shear load, such as, for example, by the punches of a casting system or a forge, by means of pressure, the oxide skins of the powder constituents of the base material break open and give the liquid substances present in the non-oxidized inner core of the powder constituents Melt free, so that the base material is easily castable.
  • the oxide shell fragments of the individual components are entrained in the melt stream and distributed inside the mold.
  • the feed to the mold can be made before entering the mold
  • a fragmentation and distribution agent with a sieve-like effect for the oxide shells of the heated powder components of the compacts are inserted.
  • the corresponding means for fragmenting and dividing the destroyed oxide shells of the powder be Components can be designed as perforated disks, spirals or any other means that is suitable for pressing the liquid melt through and thus mixing and swirling the flowing melt to uniformly distribute the oxide shell fragments in the component. This enables an oxide dispersion hardening in the component If the presence of the oxide shells is not desired, they can be retained using known aids, such as filters

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Zwischenprodukt zur Herstellung von Presslingen für die Fertigung von endformnahen Bauteilen aus in Pulverform vorliegendem Material, bei dem die kompaktierten Presslinge dazu dienen, nach erfolgter Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb der Solidustemperatur oder auch der Liquidus Temperatur nach Einlegen in eine Zuführung zu einer Gussform und anschliessender Druckausübung in eine Gussform gepresst zu werden. Die Pulverbestandteile des Basismaterials des Presslings sind durch ein Oxydationsverfahren an ihre Oberfläche mit einer geschlossenen Oxydhülle überzogen und die Pulverbestandteile werden derart kompaktiert, das sie komplett mit einem aus den aneinanderliegenden Oxydhüllen der Pulverbestandteile gebildeten Stützgerüst durchsetzt sind. Dieses Stützgerüst separiert die nichtoxydierten Innenkerne der aneinanderliegenden Oxydhüllen der einzelnen Pulverbestandteile des Basismaterials gegeneinander. Während der Kompaktierung wird die Wahl der Einflussfaktoren derart getroffen, dass es während der Dauer des Kompaktierens zu einer Minimierung der Verformungen der aus den Pulverbestandteilen gebildeten und aneinanderliegenden Oxydhüllen und zu einer Minimierung der Relativbewegungen der Pulverbestandteile des Presslings gegeneinander kommt.

Description

Verfahren und Zwischenprodukt zur Herstellung von Preßlingen für die Fertigung von endformnahen Bauteilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Preßlingen für die Fertigung von Bauteilen aus in Pulverform vorliegenden Mateπal, wobei die Preßlinge ompaktiert werden, mit den Merkmalen der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 12 beschriebenen Gattungen
Es sind Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von endformnahen Bauteilen aus Vormateπal, wie Bolzen, Barren und dgl , bekannt, wobei das Semi-Solid-Metal For- ming- oder Thixo-Forming-Verfahren angewandt wird Diese Vormateπalien in Form von Bolzen, Barren und dgl müssen eine geeignete Gefugestruktur aufweisen und zu ihrer Herstellung existieren spezielle Verfahren wie beispielsweise der Rheostrangguß z B in Form von magnetohydrodynamischen Verfahren (MHD), ferner die chemische Kornfemung oder auch thermomechanische Behandlungsverfahren Die vorgenannten Verfahren sind nur mit großem Aufwand durchzufuhren und in der Regel auf eine geringe Anzahl von Legierungen beschrankt Die vorgenannten Verfahrensfalle dienen dazu, ein Material herzustellen, das bei Erwärmung auf Temperaturen in dem Bereich zwischen fest und flussig, dem Zweiphasengebiet, zum Vergießen in eine Gußform ausreichend formstabil und handhabbar bleibt, und dies trotz der Tatsache, daß durch die Erwärmung auf den Zustand zwischen fest und flussig, also beispielsweise in teigiger Form, etwa bis zu 60% der Bestandteile des Materials in schmelzflussiger Form vorliegen
Aus der Veröffentlichung „Proc of the 4,h Intern Conf on Semi-So d-Processing of Al- loys and Composites, Sheffield, June 1996, ISBN 0-9522507-1 -3, S 165-168, M Tsuji- kawa et al" ist ein Verfahren bekanntgeworden, mit dem unterschiedliche Pulverbestandteile von zwei verschiedenen Materialien vermischt werden Die Pulverbestandteile des einen Materials besitzen einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Pulverbestandteile des anderen Materials Diese beiden unterschiedlichen Pulverbestandteile mit unter- schiedlicher Verflussigungsgrenze werden vermischt, dann kompaktiert und dann stranggepreßt Bei der Erwärmung der Preßlinge in Form von Bolzen oder Barren aus diesen zwei verschiedenen Pulverbestandteilen beginnt dann zuerst derjenige Pulverbestandteil zu schmelzen, der einen niedrigeren Schmelzpunkt gegenüber dem anderen Pulverbestandteil besitzt D h , daß die Pulverbestandteile mit dem niedrigen Schmelzpunkt sich verflüssigen und die globulitischen Pulverbestandteile mit dem höheren Schmelzpunkt als feste Pulverbestandteile in einer flussigen Matrix verbleiben Ziel dieses Verfahrens und der bereits vorher beschriebenen Verfahren ist es dabei, globulitische also kugelförmige feste Gefugebestandteile in die schmelzflussige Matrix einzubetten, damit das Material der Preßlinge im erwärmten Zustand gut fließt, d h thixotrope Eigenschaften aufweist und mittels Thixocastmg verarbeitet werden kann
Es ist ganz offensichtlich, daß der Erwärmung des Materials in Form von Bolzen oder Barren vor der Formgebung in einem Temperaturbereich zwischen fest und flussig eine besonderen Bedeutung zukommt Wählt man die Temperatur in dem halbflussigen Zustand zu hoch, so verliert der Bolzen bzw Barren seine Formstabilitat und kann nicht mehr bestimmungsgemäß verwendet werden Die Gefahr der Zerstörung der Form des Bolzens oder Barren besteht auch dann, wenn eine zu lange Haltezeit der Erwarmungstemperatur in dem Bereich zwischen fest und flussig entsteht, weil die Verarbeitung der Bolzen bzw Barren nicht sofort erfolgen kann und dann durch das lange Halten auf der Erwarmungstemperatur es ebenfalls zu einem Zerfließen der Form der Bolzen kommt Ein weiterer sehr wesentlicher Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Methoden ist auch, daß wahrend der Erwärmung in den Bereich zwischen fest und flussig und wahrend der Haltezeit dieser Temperatur zwischen fest und flussig die Korngroße des pulverformigen Materials in unerwünschtem Maße anwachst und damit die Eigenschaften des endformnahen Bauteils in nicht zulassiger Weise verändert Wählt man die Erwarmungstemperatur für den Bereich zwischen fest und flussig im Gegensatz dazu zu niedrig, so ist die Viskosität des Materials zu hoch Dadurch kommt es bei der Formgebung der Bolzen oder Barren dazu, daß keine ausreichende Fließfahigkeit besteht und damit die Formfullung ungenügend ist und außerdem sind sehr hohe Preß- krafte erforderlich, um die Bolzen bzw Barren in die Form zu pressen D h , daß es einen hohen regelungstechnischen Aufwand erfordert, die exakte Erwarmungstemperatur und das Halten dieser Erwarmungstemperatur über eine definierte Dauer zu erreichen Ein weiterer Nachteil der Verfahren zur Herstellung von Bolzen oder Barren nach dem Stand der Technik ist es auch, daß bei der Verarbeitung in der Gußform von nur teilweise aufgeschmolzenem Material häufig eine Segregation auftritt D h , daß die schmelzflussigen Bestandteile des Materials bei einer Druckbeanspruchung des Bolzens oder Barrens aus dem zu vergießenden Bolzen in den Randbereich des Bolzen gepreßt werden oder daß sie sich entsprechend der Schwerkraft im unteren Bereich des Bolzens oder Barrens ansammeln Dadurch entsteht eine nachteilige inhomogene Verteilung der Gefugebestandteile im Bolzen, die auch dann eine ungleichmäßige Verteilung der Ge- fugebestandteile in der Gußform bedingt
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein nur geringe Investitionskosten erforderndes und für die Massenfertigung geeignetes Verfahren und ein Zwischenprodukt zur Herstellung von endformnahen Bauteilen zu schaffen, bei dem es bei wahrend der Herstellung von endformnahen Bauteilen aus Preßlingen, die über die Verflussi- gungsgrenze des Materials erhitzt sind, entstehenden Fehlern und den daraus resultierenden Wartezeiten bis zur Weiterverarbeitung der Preßlinge sowohl - auch bei praktisch unbegrenzten Haltezeiten der Erwarmungstemperatur - nicht zu einer Zerstörung der Form der Preßlinge kommt, als auch die Mateπaleigenschaften der Preßlinge trotz der Erhitzung des Materials über die Verflussigungsgrenze hinaus unverändert bleiben und es z B zu keinem Anwachsen der Korngroße des Basismaterials der pulverformigen Bestandteile über eine vorgegebene und definierte Große hinaus wahrend der Erwärmung und für die Dauer der Haltezeit der Liquidustemperatur kommt und bei dem in dem Preßling wahrend der Herstellung des endformnahen Bauteils keine Segregation der Pulverbestandteile auftritt, d h es soll eine inhomogene Verteilung der unterschiedlichen Bestandteile des Basismaterials vermieden werden
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß einmal die Pulverbestandteile des Basismaterials durch ein Oxydationsverfahren an ihrer Oberflache sämtliche mit einer geschlossenen Oxydhulle überzogen sind und daß zum anderen das Kom- paktieren bzw Formpressen dieser mit einer Oxydhulle versehenen Pulverbestandteile unter Druckausübung derart erfolgt, daß das Basismateπal der Preßlinge, das durch die mit Oxydhullen versehenen Pulverbestandteile gebildet wird, ganz mit einem aus den aneinandergepressten und damit aneinanderliegenden Oxydhullen der Pulverteile gebildeten Stutzgerust durchsetzt wird D h , die mit einer Oxydhulle versehenen Pulverbe- standteile werden in Folge der Druckausübung beim Kompaktieren fest miteinander verklammert, aber nur in einer Weise, die nur eine geringfügige metallische Verbindung zwischen dem Pulverbestandteilen durch Kaltverschweißen oder Diffusion zwischen den einzelnen Pulverbestandteilen entstehen laßt Die derart miteinander verbundenen Pulverbestandteile besitzen in der Praxis eine fast unverletzte Oxydhulle und so können diese Oxydhullen, die durch ihr Aneinanderliegen das Stutzgerust bilden, die nicht oxydierten Innenkerne der aneinanderliegenden Pulverbestandteile des Basismaterials gegeneinander separieren Das aus den Oxydhullen der Pulverbestandteile gebildete Stutzgerust, das den ganzen Preßling durchzieht, hat als ersten großen Vorteil die beobachtete Tatsache, daß bei Erwärmung auf eine Temperatur über die Liqudustemperatur, also über die Verflussigungsgrenze des Basismateπals des Pulvers, zwar der nichtoxydierte Innenkern der Pulverteilchen schmilzt, d h ganz oder teilweise flussig wird, aber von der die Pulverbestandteile umgebenden Oxydhulle zusammengehalten wird, so daß das ganz oder teilweise flussige Material des nicht oxydierten Innenkerns der Pulverbestandteile von der umgebenden Oxydhulle zusammengehalten wird Die verflüssigten Schmelzteile der nicht oxydierten Innenkerne der Pulverbestandteile können deshalb nicht aus dem Preßling ausfließen. Der Preßling verliert auch nicht seine Form, obwohl beispielsweise über die Hälfte des Basismateπals nach einer Erwärmung für die Verarbeitung zwischen fest und flussig die Verflussigungsgrenze überschritten hat, da die Oxydhullen der Pulverbestandteile durch das Kompaktieren mittels eines festen Stutzge- rusts verbunden sind Eine Zerstörung der Struktur des Stutzgerustes in dem Preßling durch die aneinanderliegenden und kompaktierten Oxydhullen der Pulverbestandteile kann auch bei Erwärmung über die Liquidustemperatur nur durch eine Druck- oder Scherbelastung beispielsweise mittels eines Stempels einer Gieß- oder Schmiedeanlage erreicht werden
Die Konstruktion des Stutzgerustes aus den Oxydhullen der Pulverbestandteile hat auch noch den weiteren Vorteil, daß innerhalb der Oxydhullen das wegen der Veränderung der Mateπaleigenschaften des Basismaterials unerwünschte Anwachsen der Korngroße der aneinanderliegenden Pulverbestandteile durch die Oxydhullen verhindert wird Durch dieses Ansteigen kommt es bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und wahrend der Haltezeit der Erwarmungstemperatur zwischen fest und flussig in der Regel zu schlechten mechanischen Eigenschaften des Preßlings für die Herstellung von endformnahen Bauteilen Wie vorstehend bereits kurz angedeutet, ist das die Preß- linge ganz durchsetzende Stutzgerust aus den Oxydhullen der Pulverbestandteile nur mittels einer von außen einwirkenden Druck- oder Scherbelastung zu zerstören, wenn sich das Basismateπal in dem Erwarmungszustand zwischen fest und flussig vor der Verarbeitung zu einem endformnahen Bauteil befindet, dies bedeutet auch, daß beispielsweise wahrend der Herstellung von endformnahen Bauteilen auftretende Fehler, die beispielsweise dann bestehen, daß die Verarbeitung weiterer Preßlinge sich zeitlich verz gert hat, die aber bereits auf eine Temperatur über der Verflussigkeitsgrenze erwärmt sind, es nicht zu einer Zerstörung der Form der Preßlinge kommt und zwar unabhängig von der Dauer der Haltezeit der Erwarmungstemperatur zwischen fest und flussig
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß infolge des vorhandenen Stutzgerustes innerhalb des Preßlings auch keine Segregation von teilweise und vollkommen aufgeschmolzenen Werkstoffen eintreten kann, da die schmelzflussigen Gefugebestandteile und die noch nicht ganz schmelzflussigen nicht durch die Oxydhaute innerhalb des Stutzgerustes zu wandern vermögen und sich deshalb auch nicht in unterschiedlichen Teilen des Bolzens, beispielsweise wenn sie der Schwerkraft folgen, ansammeln können Deshalb kann es auch zu keiner inhomogenen Verteilung der sich in unterschiedlichem Zustand befindlichem Bestandteile des Basismaterials innerhalb des Preßlings kommen
Die Wahl der Einflußfaktoren und die Einstellung der betragsmaßigen Große der Ein- flußfaktoren beim Kompaktieren wird dabei derart getroffen, daß es für die Dauer des Kompaktierens zu einer Minimierung der Verformungen der aus Pulverbestandteilen gebildeten und aneinanderliegenden Oxydhullen kommt Gleichzeitig wird auch beim Kompaktieren eine Minimierung der Relativbewegungen der einzelnen Pulverbestandteile gegeneinander erreicht Dadurch wird erreicht, daß sich in dem den gesamten Preßling durchziehenden Stutzgerust nur minimale metallische Verbindungen zwischen den einzelnen Pulverbestandteilen bilden und damit die Separation der nichtoxydierten Innenkerne der Pulverbestandteile gegeneinander erhalten bleibt Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß die Oxydhullen an der Oberflache der Pulverbestandteile der Preßlinge wahrend des Oxydationsverfahrens durch eine entsprechende Beeinflussung in ihrer Schichtdicke verschieden stark ausfuhrbar sind So lassen sich je nach den verwendeten Basismateπalien unterschiedlich dicke Oxydhullen zur Ausbildung des Stutzgerustes innerhalb des Preßlings erzielen Nachstehend sollen das Verfahren und die Fertigung der Preßlinge als Zwischenprodukt zur Herstellung von endformnahen Bauteilen noch naher erläutert werden Um zu vermeiden, daß die aus Pulverbestandteilen hergestellten Preßlinge zur Herstellung von endformnahen Bauteilen bei ihrer Erwärmung über die Solidus-Temperatur und erst recht bei der Erwärmung über die Liquidustemperatur wie beim Stand der Technik ihre Formstabilitat verlieren und damit zerfließen und somit nicht mehr beispielsweise mit Hilfe eines Stempels unter Druck in die Gußform eingepreßt werden können, wobei auch eine zu lange Haltezeit der Erwarmungstemperatur zwischen fest und flussig beispielsweise bei Störungen in der Verarbeitung, die zu einer Wartezeit für die bereits erwärmten Preßlinge fuhren, dazu fuhrt, daß der Preßling unbrauchbar wird, werden bei der vorliegenden Erfindung spezielle Pulverbestandteile des Basismaterials zu einem Preßling geformt und kompaktiert, dies geschieht unter Druckausübung mit formenden Mitteln Die speziellen Pulverbestandteile der vorliegenden Erfindung zeichnen sich dadurch aus, daß alle Pulverbestandteile des Basismateπals durch ein Oxydationsverfahren an ihrer Oberflache mit einer geschlossenen Oxydhulle überzogen werden Es können dabei Pulverbestandteile mit einer geschlossenen Oxydhulle überzogen sein, die herstellungsbedingt entstanden ist, also praktisch natürlichen Ursprungs sind, wie dies bei Aluminium beispielsweise der Fall ist Es können auch Pulverbestandteile als Basismateπ- al verwendet werden, bei denen durch geeignete Maßnahmen nachträglich die Dicke der Oxydhulle eingestellt wird Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Pulverbestandteile unter oxydierender oder reduzierender Atmosphäre behandelt werden
Das Basismateπal kann bei der vorliegenden Erfindung aus einem homogenen Grund- mateπal, wie beispielsweise Aluminium, Magnesium, Eisen, Titan, Kupfer oder jedem anderen dafür geeigneten Material bestehen oder aus einer Grundlegierung aus mehreren unterschiedlichen Grundmateπalien zusammengesetzt sein Jedes Grundmateπal beziehungsweise jede Grundlegierung aus verschiedenen Grundmateπalien liegt jeweils in Form von Pulverbestandteilen vor und wird bei Legierungen entsprechend gemischt Dem Basismateπal aus Pulverbestandteilen können Zusätze zur Beeinflussung der Eigenschaften des Basismaterials beigemengt werden Diese Zusätze können der Verfeinerung des Korn des Materials dienen, es können ferner viskositatsandernde Substanzen zugesetzt werden, ferner Keramikpartikel oder jede andere Form von Zusatz, der die mechanischen Eigenschaften, die Vergießbarkeit, die Gefugestruktur oder weitere in dem je- welligen Anwendungsfall gewünschte Gebrauchseigenschaften beeinflussen kann Die Zusätze des Basismateπals bestehen ebenfalls aus pulverformigen Substanzen und können dabei ohne Oxydhulle sein oder auch mit einer Oxydhulle versehen sein, da die Zusätze nur einen vernachlassigbar kleinen Anteil an der Gesamtmenge des Basismateπals besitzen, ist die Beeinflussung des spater noch geschilderten Aufbaus des Stutzgerustes innerhalb des Preßlings vernachlassigbar klein Die für den jeweiligen Anwendungsfall erforderliche optimale Schichtdicke der Oxydhullen der Pulverbestandteile der Preßlinge kann durch entsprechende Wahl der Parameter bei der Herstellung der Oxydhulle verschieden stark ausgeführt werden Die für den Anwendungsfall in Abhängigkeit von den verwendeten Basismateπalien optimale Dicke für den jeweiligen Preßling kann in Vorversuchen einfach bestimmt werden In der Regel liegen geeignete Oxydschichtdik- ken im Bereich zwischen 1 nm und 10 μm, jedoch laßt sich für den erfindungsgemaßen Gerustaufbau durch die Oxydhullen innerhalb des Preßlings auch jede andere für den jeweiligen Anwendungszweck geeignete Oxydschichtdicke verwenden Um ein zu starkes und damit ungunstiges Anwachsen der Oxydschichtdicke wahrend der Erwärmung der Preßlinge und vor der Verarbeitung der bereits mit einer Oxydhulle versehenen Pulverbestandteile der Preßlinge zu vermeiden, kann eine Vorerwarmung unter dem Einfluß einer inerten Atmosphäre erforderlich sein
Die Preßlinge aus Pulverbestandteilen für die Herstellung von endformnahen Bauteilen beispielsweise durch Guß oder Schmieden werden dabei derart kompaktiert, daß dadurch das Basismaterial der Preßlinge für die endformnahen Bauteile komplett mit einem aus den aneinanderliegenden Oxydhullen der Pulverbestandteile gebildeten Stutzgerust durchsetzt wird D h , daß sich die Oxydhullen aller aneinanderliegenden Pulver- teile berühren und durch das Kompaktieren untereinander befestigen, so findet durch das Kompaktieren eine feste Verklammerung einzelner Pulverbestandteile miteinander in dem Preßling statt, wobei das Kompaktieren erfindungsgemaß jedoch durch die Wahl der Einflußfaktoren beim Kompaktieren derart ausgeführt wird, daß für die Dauer des Kompaktierens es zu einer Minimierung der Verformungen der aus den Pulverbestandteilen gebildeten und aneinanderliegenden Oxydhullen kommt Das bedeutet, daß sich nur geringfügige metallische Verbindungen beispielsweise durch Kaltverschweißen oder durch Diffusion zwischen den einzelnen Pulverbestandteilen bilden Dadurch werden die Oxydhullen, die jeden einzelnen Pulverbestandteil umgeben, praktisch nur in einer vernachlassigbar kleinen Größenordnung durch aneinander egende Teile verletzt Deshalb ist es möglich, eine Abgrenzung der Pulverbestandteile zu erzielen, nämlich dadurch, daß durch das Stutzgerust die nichtoxydierten Innenkerne der aneinanderliegenden Oxydhullen der einzelnen Pulverbestandteile des Basismaterials gegeneinander separiert werden Durch diese erfindungsgemaße Separation der einzelnen Pulverbestandteile gegeneinander wird beim Erwarmen des kompaktierten Basismaterials im Preßling auf Erwarmungstemperaturen über der Solidustemperatur bis über die Liquidustemperatur zwar das Material im nichtoxydierten Innenkern der aneinanderliegenden Oxydhullen flussig, das in den nichtoxydierten Innenkernen der Oxydhullen flussige Material kann jedoch nicht wegfließen, da es von der das Pulverbestandteil umgebenden Oxydhulle zusammengehalten wird, so daß die entstandene teilflussige oder vollkommen flussige Schmelze in den nichtoxydierten Innenkernen der Pulverbestandteile nicht aus den Preßling ausfließen kann Der Preßling besteht bei Erwärmung über die Solidustemperatur bis über die Liquidustemperatur also aus einer Vielzahl von ganz oder teilweise aufgeschmolzenen Schmelztropfchen im nichtoxydierten Innenkern der aneinanderliegenden Oxydhullen der Pulverbestandteile, die durch das Stutzgerust aus den Oxydhullen voneinander separiert werden Durch die erfindungsgemaß verwendeten Oxydhullen und Pulverbestandteile wird gleichzeitig verhindert, daß wahrend der Anwarmphase bzw der Haltezeit für die Temperaturen in den Preßlingen zwischen fest und flussig ein unerwünschtes Anwachsen der Korngroße des Basismaterials entsteht, was zu schlechten mechanischen Eigenschaften bzw Verhalten des Preßlings fuhren wurde, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist
Die Einflußfaktoren bei der Kompaktierung der Pulverbestandteile zu den Preßlingen werden außerdem in einer Weise gewählt, daß die Relativbewegungen der Pulverbestandteile gegeneinander wahrend des Kompaktierens auf ein Minimum gebracht werden Die Kompaktierung kann dabei durch einachsiges Pressen oder isostatisches Pressen oder Strangpressen mit niedrigem Strangpreßverhaltnis oder durch Spruhkompak- tieren oder Walzen erfolgen, darüber hinaus können auch andere Kompaktierungsme- thoden verwendet werden, die eine Minimierung der Relativbewegungen der Pulverbestandteile und eine Minimierung der Verformungen der aus den Pulverbestandteilen gebildeten Oxydhullen ermöglichen Nach der Herstellung des erfindungsgemaßen Preßlings werden zur Fertigung des endformnahen Bauteiles die Preßlinge beispielsweise in eine Zufuhrung zu einer Gußform oder ein Schmiedegesenk oder gelegt und nun oder vorher auf eine Erwarmungstemperatur in dem Bereich über der Solidustemperatur bis oberhalb der Liquidustemperatur erwärmt und dann anschließend mittels einer Druckbelastung oder einer Scherbelastung, wie beispielsweise durch die Stempel einer Gießanlage oder einer Schmiede mittels Druckausübung in die Form gepreßt Dabei brechen die Oxydhaute der Pulverbestandteile des Basismaterials auf und geben die im nichtoxydierten Innenkern der Pulverbestandteile vorhandene flussige Schmelze frei, so daß das Basismaterial gut vergießbar wird Die Oxydhullenfragmente der einzelnen Bestandteile werden im Schmelzstrom mitgerissen und im Inneren der Gußform verteilt Um eine besonders feine und gleichmäßige Fragmentierung und Verteilung der Oxydhullen zu erreichen, kann in der Zufuhrung zur Form vor dem Eintritt in die Form ein Fragmentierungs- und Verteilungsmittel mit siebartiger Wirkung für die Oxydhullen der erwärmten Pulverbestandteile der Preßlinge eingefugt werden Die entsprechenden Mittel zum Fragmentieren und Zerteilen der zerstörten Oxydhullen der Pulverbestandteile können dabei als Lochscheibe, als Spiralen oder als jedes andere Mittel ausgeführt sein, das geeignet ist, die flussige Schmelze hindurchzupressen und so eine Vermischung und Verwirbelung der fließenden Schmelze zur gleichmäßigen Verteilung der Oxydhullenfragmante im Bauteil bewirkt Damit laßt sich eine Oxyddispersionsverfesti- gung im Bauteil erzielen Sofern die Anwesenheit der Oxydhullen nicht erwünscht ist, können diese mit bekannten Hilfsmitteln, wie z B Filtern, zurückgehalten werden

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung von Preßlingen für die Fertigung von Bauteilen aus in Pulverform vorliegendem Material, wobei zum Formen der Preßlinge und deren Kompaktieren auf das in Pulverform vorliegende Material Druck mit formenden Mittel ausgeübt wird, und die kompaktierten Preßlinge dazu dienen, diese nach erfolgter Erwärmung in einem Zustand in dem Bereich über der Solidustemperatur mittels anschließender Druckausübung in eine Gußform zu pressen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverbestandteile des Basismaterials durch ein Oxydationsverfahren an ihrer Oberflache mit einer geschlossenen Oxydhulle überzogen werden, daß die Preßlinge für das Bauteil durch Kompaktieren derart hergestellt werden, daß dadurch das Basismaterial der Preßlinge für die Bauteile komplett mit einem aus den aneinanderliegenden Oxydhullen der Pulverbestandteile gebildeten Stutzgerust durchsetzt ist und daß durch das Stutzgerust die nichtoxydierten Innenkerne der aneinanderliegenden Oxydhullen der einzelnen Pulverbestandteile des Basismaterials gegeneinander separiert werden
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahl der Einflußfaktoren wahrend des Kompaktierens derart ausgeführt wird, daß es für die Dauer des Kompaktierens zu einer Minimierung der Verformungen der auf den Pulverbestandteilen gebildeten und aneinanderliegenden Oxydhullen kommt
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß wahrend des Kompaktierens des Preßlings die Relativbewegungen der Pulverbestandteile gegeneinander minimiert werden und daß das Kompaktierungsverfah- ren mit Hilfe von einachsigem Pressen, isostatischem Pressen, Strangpressen mit niedrigen Strangpreßverhaltnis, Walzen oder Spruhkompaktieren ausgeführt wird
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial aus einem homogenen Grundmaterial oder einer Grundlegierung aus mehreren unterschiedlichen Grundmateπalien gemischt wird
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Basismaterial Zusätze zur Beeinflussung der Eigenschaften des Basismaterials beigemengt werden
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze des Basismaterials aus pulverformigen Substanzen bestehen und mit oder ohne Oxydhullen dem Basismateπal beigemengt werden
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverbestandteile des Basismaterials des Preßlings aus Metallen hergestellt werden
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverbestandteile des Basismaterials des Preßlings aus Aluminium, Magnesium, Eisen, Titan oder Kupfer hergestellt werden
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwarmen und Verarbeiten der bereits mit einer Oxydhulle versehenen Pulverbestandteile der Preßlinge für endformnahe Bauteile in inerter Atmosphäre ausgeführt wird
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydhullen an der Oberflache der Pulverbestandteile der Preßlinge wahrend des Oxydations- oder Reduktionsverfahrens in ihrer Schichtdicke verschieden stark ausfuhrbar sind
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einpressen der erwärmten Pulverbestandteile der Preßlinge über die Zufuhrung in die Form mit entsprechenden Mitteln ein Fragmentieren und Verteilen oder Zurückhalten der Oxydhullen der Pulverbestandteile in der Form durchgeführt
Preßlinge für die Fertigung von endformnahen Bauteilen, wobei die Formung und Kompaktierung der Preßlinge aus in Pulverform vorliegendem Material mit Druck und formenden Mitteln erfolgt und die kompaktierten Preßlinge dazu dienen, diese nach erformter Erwärmung in einen Zustand im Bereich über die Solidustemperatur mittels anschließender Druckausübung in eine Form zu pressen, dadurch gekennzeichnet, daß als Basismateπal an ihrer Oberflache mit einer geschlossenen Oxydhulle versehene Pulverbestandteile verwendet werden, daß die durch Kompaktierung des Basismaterials aneinanderliegenden Oxydhullen der Pulverbestandteile ein den ganzen Preßling durchsetzendes Stutzgerust bilden, und daß durch das Stutzgerust die nichtoxydierten Innenkerne der aneinanderliegenden Oxydhullen der einzelnen Pulverbestandteile des Basismaterials gegeneinander separiert sind
Preßling nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahl der Einflußfaktoren bei der Kompaktierung derart ausgeführt wird, daß für die Dauer der Kompaktierung eine Minimierung der Verformungen der auf den Pulverbestandteilen gebildeten und aneinanderliegenden Oxydhullen erfolgt
Preßling nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Einflußfaktor bei der Kompaktierung der Pulverbestandteile des Preßlings die Relativbewegung der Pulverbestandteile gegeneinander auf ein Minimum gebracht werden und daß die Kompaktierung durch einachsiges Pressen, isostatisches Pressen, Strangpressen mit niedrigem Strangpreßverhaltnissen, Walzen oder Spruhkom- paktierung erfolgt
Preßling nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismateπal aus einem homogenen Grundmateπal oder einer Grundlegierung aus mehreren unterschiedlichen Grundmaterialien zusammengesetzt ist
Preßling nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Basismateπal Zusätze zur Beeinflussung der Eigenschaften des Basismaterials zugesetzt sind
Preßling nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze des Basismaterials aus pulverformigen Substanzen bestehen und mit oder ohne Oxydhulle versehen sind
Preßling nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverbestandteile des Basismaterials des Preßlings aus Metallen bestehen
Preßling nach Ansprüche 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverbestandteile des Basismaterials des Preßlings aus Aluminium, Magnesium, Eisen, Titan oder Kupfer bestehen
Preßling nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung und Verarbeitung der bereits mit einer Oxydhulle versehenen Pulverbestandteile des Preßlings für endformnahe Bauteile in inerter Atmosphäre erfolgt
21. Preßling nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydhüllen der Oberfläche der Pulverbestandteile des Preßlings in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des Basismaterials und den vorgesehenen Verwendungszwecken der endformnahen Bauteile mit unterschiedlichen Schichtdicken ausgeführt werden.
22. Preßling nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuführung zur Form vor dem Eintritt in die Form ein Fragmentierungsund Verteilungsmittel mit siebartiger Wirkung für die Oxydhülle der erwärmten Pulverbestandteile der Preßlinge eingefügt ist.
23. Preßling nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Fragmentierung- und Verteilungsmittel als Lochscheibe, als Spiralen, als Filter oder dgl. ausgebildet sind.
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