DE1758186A1

DE1758186A1 - Method and device for the production of dispersion-hardened alloys from the melt

Info

Publication number: DE1758186A1
Application number: DE19681758186
Authority: DE
Inventors: Dr Heinrich Willter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-04-19
Filing date: 1968-04-19
Publication date: 1971-01-14

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dispersionsgehärteter Legierungen aus der Schmelze ================================== Mit Hilfe der sogenannten Dispersionshärtung ist es möglich Legierungen herzustellen, die bis zu höchsten Temperaturen eine hohe Festigkeit und ein gutes Zeitstandverhalten aufweisen, Hierbei bemiiht man sich, sehr feine Dispersionen aus Oxyden, Nitriden, Hydriden und anderen keramischen Verbindungen, die bis zum Schmelzpunkt der Legierung nicht in Lösung gehen, in eine metallische Matrix einzulagern. Das Einbringen derartiger Dispersionen bereitet jedoch Schwierigkeiten. Method and device for the production of dispersion-hardened alloys from the melt ================================== With the help of so-called dispersion hardening it is possible to produce alloys that have a high temperature up to the highest temperatures Have strength and good creep behavior. Here one tries to very fine dispersions of oxides, nitrides, hydrides and other ceramic compounds, which do not go into solution up to the melting point of the alloy, into a metallic one To store matrix. However, the introduction of such dispersions presents difficulties.

Meist werden feine Pulver der entsprechenden Mbtalle oder Legierungen mit sehr feinen Pulvern der keramischen Verbindungen vermischt, zu Bolzen gepre#t, gesintert und hierauf stmiggepreßt. Diese pulvermetallurgische Herstellungsweise ist-bedingt durch den Aufwand bei der Herstellung und der Weitervesrbeitung der Pulverim Grunde unbefriedigend. Der hohe Preis derart hergestellter Legierungen schränkt ihren Anwendungsbereich ein. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die meist keramische dispersions@härtende Phase in feinster Pulverform direkt in die Schmelze einzuruhren. Trotz großen Aufwandes, z. B. Beschallung mit Ultraschallwellen, ist es bisher nicht gelungen, Metalle mit einem Schmelspunkt oberhalb etwa 500°C auf diese Weise dispersionszuhärten.Usually fine powders of the corresponding metals or alloys are used mixed with very fine powders of the ceramic compounds, pressed into bolts, sintered and then pressed. This powder metallurgical production method is due to the effort involved in the production and further processing of the Powder basically unsatisfactory. The high price of alloys made in this way restricts their scope. There has therefore been no lack of attempts that mostly ceramic dispersion @ hardening phase in the finest powder form directly into the Pour in the melt. Despite great effort, z. B. Sonication with ultrasonic waves, it has not yet been possible to find metals with a melting point above about 500 ° C dispersion hardening in this way.

Unmittelbar nach dem Einbringen in die Schmelze wachsen die feinen Teilchen zu grö#eren Agglomeraten zusammen, wodurch sie ihre festigkeitssteigernde Wirkung weitgehend verlieren. FUr eine optimale Dispersionsheirtung ist ein gleichmä#iger, sehr kleiner Teilchenabstand und ein optimale, sehr geripger Teilchendurchmesser Voraussetzung.Immediately after being introduced into the melt, the fine ones grow Particles together to form larger agglomerates, which increases their strength Largely lose effect. For optimal dispersion maintenance, a uniform, very small particle spacing and an optimal, very corrugated particle diameter Pre-condition.

Die Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, ein neues Verfahren zu schaffen, das darauf abzielt, eine keramische Phase unmittelbar in der Schmelze in einer solchen Form und Verteilung so entstehen zu lassen, daß eine Dispersionshfirtung der erstarrten Schmelze erzielt wird.The object of the invention is to be seen in a new method to create that aims to be a ceramic Phase immediately to be created in the melt in such a form and distribution that a dispersion hardening of the solidified melt is achieved.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf folgendem Prinzip : Der Schmelze aus einer Legierung, die hydrid-, nitrid-und/oder oxydbildende Zusätze enthält, werden entsprechende Gase oder Gesgemische, alse z.B. Wasserstoff, Stickstoff und/ oder Sauerstoff, gegebenenfalls noch mit einem Trägergas vermischt, zugeführt, so da# eine keramisthe Phase ausfällt. Wachstum und Zusammenballung dieser keramischen Phasen werden dadurch gehindert, da# unmittelbar nach dem Einleiten dieser Gase die Schmelze sehr ranch abgekühlt wird. Damit wird die feine Dispersioti einer harten hechschmelzenden Phase - es kann sich dabei neben Oxyden, Hydriden und Nitriden auch um Carbide,SorideunaSiiieiaehandeln-fasti&Augenblick ihres Entstehens eingefroren. Ein Zusammenballen der entstandenen Dispersionen zu gro#eren Agglomeraten wird dadurch praktisch ausgeschlossen.The inventive method is based on the following principle: The Melt from an alloy containing hydride, nitride and / or oxide-forming additives contains, corresponding gases or mixtures, such as hydrogen, nitrogen and / or oxygen, optionally also mixed with a carrier gas, supplied, so that # a ceramic phase fails. Growth and agglomeration of this ceramic Phases are prevented because # immediately after the introduction of these gases the melt is cooled very ranch. This turns the fine dispersion into a hard one molten phase - it can be in addition to oxides, hydrides and nitrides also about carbides, sorideunaSiiieiahandeln-fasti & frozen moment of their creation. The resulting dispersions agglomerate to form larger agglomerates practically impossible.

Das erfihdahgsgentäae Verfahren eröffnet völlig neue Möglichkeitenderbispersiohshärtüngtai'e&z.8.bisher nur mit pulvermetallurgischen Methoden möglich, etwa A1203, MgO, ZrO und ThO2 oder TiN, ZrN, HfN oder TaN in feinster Verteilung in einer Matrix z. B. auf der Basis von Aluminium, Kupfer, Eisen, Kobalt oder Nickel einzulagern, so kann dies nunmehr in einfacherer Weise so geschehen, da# diese Verbindungen direkt in der Schmelze erzougt werden.The erfihdahgsgentäae process opens up completely new possibilities of the dispersioh hardness ai'e & z.8. So far only possible with powder metallurgical methods, about A1203, MgO, ZrO and ThO2 or TiN, ZrN, HfN or TaN in finest distribution in a matrix z. B. to store on the basis of aluminum, copper, iron, cobalt or nickel, this can now be done in a simpler way, since # these connections are direct be created in the melt.

Im folgenden wird eine erfindungsgemä#e Vorrichtung sur Durchführung dieses Verfahrens an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben. Dabei wird im wesentlichen die in der Deutschen Patentanmeldung W 27 707 VIa/31 b2 vom 23. April 1960 beschriebene Vorrichtung, ein sogenannter rotierender Saugheber benutzt. Er besteht aus einem Hohlkörper 20, der mit seinem : unteren Ende t in eine Schmelze 2 eintaucht und durch eine hohle Achse 3 in Rotation versetzt wird.A device according to the invention is described below for implementation this process is described with reference to the schematic drawing. The essentially those in German patent application W 27 707 VIa / 31 b2 of April 23 Device described in 1960, a so-called rotating suction lifter is used. He consists of a hollow body 20, which with its: lower end t in a melt 2 is immersed and is set in rotation by a hollow shaft 3.

Durch die Rotation des Hohlkörpera 20 bedingt, gerAt auch die im Innern des Saughebers sich befindende Schmelze 4 in Rotation und wird aufgrund der Fliehkraft durch Offnungen 5 in Form kleiner, rasch erstarrender Tropfen 6 abgeschleudert. Neue Schmelze wird dann kontinuierlich durch eine Öffnung 7 angesaugt.Due to the rotation of the hollow body 20, also the inside of the siphon located melt 4 in rotation and is due to the centrifugal force thrown off through openings 5 in the form of small, rapidly solidifying drops 6. New melt is then continuously sucked in through an opening 7.

Enthält nun die Schmelze Bestandteile - etwa Zirkon, -die mit einem Gas - etwa Stickstoff, Wasserstoff oder Sauerstoff-unter Bildung einer feinen Ausscheidung einer harten, hochschmelzenden Phase, etwa ZrN, ZrH oder Zr02-reagieren, so kann das rasche Zusammenballen dieser feinen Teilchen dadurch vermieden werden, daß erfindungsgemäß das Gas, etwa N2, H2 oder °2 durch eine hohle Antriebswelle 3 zu einem porösen oder mit Ausnehmungen 10 versehenen, vorzugsweise aus keramischem Werkstoff bestehenden Sidkörperstück 9 geleitet wird, derart, daß in die ständig vorbeistreichende Schmelze 4 das Gas in Form feiner Bläschen 11 eintritt, so daß die Schmelze 4 mit dem Gas unter Bildung einer Dispersion feiner harter hochschmelzender Teilchen reagiert und dann unmittelbar danach aus den Öffnungen 5 in Form kleiner, rasch erstarrender Tropfen abgeschleudert wird.If the melt now contains components - such as zirconium - those with a Gas - such as nitrogen, hydrogen or oxygen - with the formation of a fine precipitate one hard, high-melting phase, such as ZrN, ZrH or Zr02-react, this can happen quickly Agglomeration of these fine particles can be avoided by the invention the gas, such as N2, H2 or ° 2 through a hollow drive shaft 3 to a porous or provided with recesses 10, preferably made of ceramic material Sidkörperstück 9 is passed in such a way that in the constantly passing melt 4 the gas enters in the form of fine bubbles 11, so that the melt 4 with the gas reacts to form a dispersion of fine hard refractory particles and then immediately thereafter from the openings 5 in the form of smaller, rapidly solidifying Drop is thrown off.

Diese Granalien-etwa in der Form und Große von Reiskörnern-lassen sich dann ohne Schwierigkeiten zu dispersionsgehärteten Halbzeugen walzen oder strangpressen.These granules - roughly the shape and size of rice grains - leave then roll or extrude themselves into dispersion-hardened semi-finished products without difficulty.

Der Siebkorper 9 wird vorzugsweise aus einer Fritte hergestellt, aus der dann das durch die hohl Antriebswelle eingeleitete Gas in besonders feinen Blfischen in die Schmelze Ubertritt.The Siebkorper 9 is preferably made from a frit which then the gas introduced through the hollow drive shaft in particularly fine fish passes into the melt.

In Fig. 2 ist der Siebkörper 9 nochmals in vergrößerter Darstellung gezeigt.In Fig. 2, the screen body 9 is again in an enlarged view shown.

Der Hohlkörper kann ganz oder teilweise aus hochschmelzenden Stoffen, wie etwa Wolfram, Graphit, Carbiden oder aus Oxydkeramik bestehen.The hollow body can be made entirely or partially of high-melting materials, such as tungsten, graphite, carbides or oxide ceramics.

Das Walzen von Granalien hat gegeniiber de Walzen von Blöcken u. a. den Vorteil einer geringeren Querschnittsabnahme und somit eines geringeren Energiebedarfs. Die Kosten einer entsprechenden Anlage sind geringer als die einer herkommlichen WalzenstraBe.The rolling of granules has compared to the rolling of blocks, inter alia. the advantage of a smaller reduction in cross-section and thus a lower energy requirement. The costs of a corresponding system are lower than those of a conventional one Roller line.

Bleche großer Länge können kontinuierlich gewalzt werden.Sheets of great length can be rolled continuously.

Auch lassen sich ohne Schwierigkeiten sehr breite Bleche herstellen.Very wide sheets can also be produced without difficulty.

Der Grundgedanke der Erfindung ist auch mit Hilfe einer Gießwalz-Maschine zu verwirklichen. Dabei wird der gasformige Stoff B einem vor einem Walzenspalt angeordneten Mundstück zugeführt, durch welches die metallische Schmelze zwischen zwei Walzen gedrückt wird. In diesem Mundttück kommt es dann zu der 6lichen Reaktion, wie sis vorstehend mit Bezug auf den rotierenden Hohlkörper beschrieben ist.The basic idea of the invention is also with the help of a casting and rolling machine to realize. The gaseous substance B is in front of a nip arranged mouthpiece fed through which the metallic melt between two rollers is pressed. The 6th reaction then occurs in this mouthpiece, as described above with reference to the rotating hollow body.

Claims

Claims 1. A method for producing dispersion-hardened Alloys from a melt, which contains additives of a substance A, which with a in particular gaseous substance B forms high-melting compounds AXB, thereby characterized because # the substance B is introduced into the melt (2) and that immediately then the melt (2) is rapidly cooled.

2. The method according to claim 1, characterized in that # melting (2) based on lead, tin, magnesium, aluminum, silver, copper, gold, iron, Cobalt, nickel or chromium as additives A elements of groups IIa, IIIa ,, IVa, Va and VIa of the Periodic Table of the Elements including Rare Earth n the actinides contain lithium lithium aluminum and a gaseous substance B is supplied which reacts with oxygen, nitrogen, hydrogen, carbon, Contains boron and / or silicon.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that # a Copper base melt contains Be, Ti, Zr, Hf, Cr and / or V and as a gaseous substance N2 and / or Og is supplied.

4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that a Zinc, aluminum or magnesium base melt Th, Rare Eider Y, Be, Ti, Zr, Hf, Contains St, V, Nb, Ta, Li, Ca and / or La and as a gaseous substance N2, 02 and / or H2 is supplied.

5. The method according to claim 1 and 2, characterized in that a Iron, cobalt or nickel-based melt of one or more of the elements Al, Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, rare earths or actinides as well as Y, Si or B contains and as a gaseous substance N2 and / or 02 is supplied.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the reacting gas is mixed with an inert carrier gas.

7. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 6, characterized in that a hollow body (20) dipping into the melt (2) recesses (5) running essentially radially above the melting level has, and since # in the area of the recesses (5) the substance B of the im Hollow body (20) located melt (5) can be supplied.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the substance B can be fed to the melt 4 through a sieve-like body (9).

9. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 6, characterized in that the substance B has a mouthpiece of a casting machine the melt (4) can be fed.

L e r s e i t e