DE2460013C3 - Verfahren zum Herstellen metallischer Formkörper - Google Patents
Verfahren zum Herstellen metallischer FormkörperInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern mit in metallischer
Bettungsmasse eingelagerten diskreten Teilchen.
Formkörper des vorerwähnten Art lassen sich beispielsweise durch Gießen herstellen. So ist es
bekannt, metallkeramische Verbundkörper in der Weise herzustellen, daß in einer Gießform stückiger Korund
mit schmelzflüssigem Aluminium umgössen wird. Dieses
Verfahren ist jedoch sehr aufwendig, weil der Verbundkörper über den Schmelzfluß erzeugt wird.
Außerdem ergeben sich Schwierigkeiten, die Korundstückchen an der vorgesehenen Stelle in der Gießform
bzw. in dem schmelzflüssigen Metall zu halten.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ergibt sich, wenn es beim Herstellen des Verbundkörpers
nicht zu einer festen Verbindung und/oder einer Umsetzung zwischen der metallischen Bettungsmasse
und den eingelagerten Teilchen kommen soll. Insoweit ist das bekannte Verfahren auf die Verwendung
e-ngebetteter Teilchen beschränkt, die gegenüber dem schmelzflüssigen Metall inert bzw. ausreichend beständig
sind. So können beispielsweise Teilchen aus einem bei niedriger Temperatur schmelzenden Metall bei dem
bekannten Verfahren nicht eingesetzt werden, weil solche Teilchen durch das schmelzflüssige Metal!
angegriffen bzw. mindestens teilweise gelöst werden.
Um die mit der Verwendung schmelzflüssiger Metalle verbundenen Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es
bekannt, Verbundkörper durch sogenanntes Sprengplattieren herzustellen. Dabei werden beispielsweise
Hartmetallkugeln in einen regulinisch hergestellten Metallträger bei Normaltemperatur nach Art eines
Explosionsumformen* hineingedrückt Die Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch wegen der für das
Verformen des Trägermetalls erforderlichen hohen Kräfte auf das Einbetten verhältnismäßig kleiner
Kugeln beschränkt und läßt sich mit anders gestalteten, insbesondere ungleichmäßigen, beispielsweise kantigen
ίο Teilchen nicht durchführen. Hinzu kommt, daß sich das
Sprengplattieren nur mit solchen Werkstoffkombinationen durchführen läßt, die einen verhältnismäßig hohen
Härteunterschied besitzen. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß es im Wege eines Kaltschweißens zu einer
is metallischen Bindung zwischen den Kugeln und dem
Trägermetall kommt Dies ist dann von Nachteil, wenn die Bindung zwischen den Kugeln und der Bettungsmasse
nur vorübergehend sein oder sich die Kugeln unter bestimmten Bedingungen aus der Bettungsmasse lösen
sollen.
Aus der DE-OS 2158166 ist auch bereits ein
Verfahren zum Herstellen von Mehrschicht-Körpern bekannt, bei dem zunächst ein Deckschichtputver an
einem Kern oder einer Formenwandung befestigt und in den danach noch freien Formenhohlraum ein weiteres
Schichtpulver eingefüllt wird. Beim Pressen entsteht dann ein zweischichtiger Körper, der alsdann von dem
Träger gelöst und gegebenenfalls gesintert wird. Demzufolge ist bei diesem Verfahren der Träger
jo Bestandteil der Preßform. Außerdem zielt das bekannte
Verfahren auf eine feste Bindung zwischen der Deckschicht und der anderen Schicht bzw. der
Hauptmasse des Formkörpers ab, so daß insgesamt gesehen der bekannte Mehrschicht-Körper keine in
!:; einer metallischen Bettungsmasse eingelagerte diskreten
Teilchen aufweist
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich diskrete Teilchen in
eine metallische Bettungsmasse einlagern lassen, ohne
»o daß es dabei zu einer festen Bindung und/oder
Umsetzung zwischen der BettiK.gsmasse und den Teilchen kommt
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß
die Teilchen an einem metallischen, gegebenenfalls pulvermetallurgisch hergestellten Träger
befestigt und mit einer Bettungsmasse aus einem Metallpulver und/oder einem regulinischem Material
umhüllt werden, und daß der Träger mit den Teilchen und der Umhüllung isostatisch verpreßt wird.
Der Träger und/oder die Umhüllung können beispielsweise aus einem niedrig gekohltem Stahl bestehen.
Als regulinischer Werkstoff eignet sich auch Blech, das s'ch beim isostatischen Pressen um die Teilchen
herumlegt. Bestehen Träger und Umhüllung aus einem regulinischen Werkstoff, dann kann durch das isostatische
Pressen eine Art Kugelkäfig hergestellt werden. Der freie Raum zwischen dem Träger und einer
regulinischen Umhüllung kann auch mit Pulver gefüllt
W) sein.
Vorzugsweise besteht die Umhüllung aus Metallpulver, mit dem die Teilchen nach dem Fixieren an dem
Träger umfüllt werden. In diesem Falle muß der Preßkörper anschließend gesintert werden.
ι,-, Besonders eignet sich beispielsweise als Umhüllung bzw. Bettungsmasse ein Pulvergemisch aus 4% einer
Mangan-Chrom-Molybdän-Vorlegierung mit beispielsweise 23 bis 25% Mangan, 23 bis 25% Molybdän, 23 bis
25% Chrom, Rest Eisen sowie 04 bis 0,6% Kohlenstoff,
Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen. Geeignet ist auch ein Pulver aus 4%
Chromkarbid (Cr5C2) und 3% Nickel, Rest Eisen
einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen
oder aus 1 bis 6% Mangan als Ferromangan mit 80% Mangan, Rest Eisen einer Teilchengröße unter
63 μητ, t bis 3% Kupfer als Ferrokupfer mit 80% Kupfer
und einer Teilchengröße unter 150 μπι sowie 01, bis
0,4% Kohlenstoff, Rest Eisen einschließlich erschmel- ι ο zungsbedingtc! Verunreinigungen oder aus 4% Mangan,
1,5% Kupfer und 0,2% Kohlenstoff, Rest Eisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für eine große Zahl von Metail/Metall- oder Metall/Keramik-Kombinationen,
solange es nicht beim Sintern zum Aufschmelzen der diskreten Teilchen kommt
Da die Sintertemperatur wesentlich unter der Schmelztemperatur der Bettungsmasse liegen kann,
kommt naturgemäß für die Teilchen eine weitaus größere Zahl von Werkstoffen infrage als beim
Einbetten in eine zunächst schmelzflüssige Bettungsmasse. Andererseits lassen sich im Gegensatz zum
Sprengplattieren auch weichere Werkstoffe für die Teilchen und härtere Werkstoffe für dtn Träger
und/oder die Umhüllung verwenden. Die Teilchen können zudem auch unregelmäßig geformt sein«, da das
Pulver aufgrund seines Formfüllungsvermögens die Teilchen völlig einzuhüllen vermag und zudem noch
vorverdichtet werden kann. Vorzugsweise besitzen die Teilchen jedoch eine höhere Härte und/oder größere
Dichte als der Träger und/oder die Umhüllung
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß sich die Bindung der diskreten
Teilchen im Träger und in der metallischen Bettungsmasse durch Wahl einer entsprechenden Sintertempe-
ratur und -dauer in weiten Grenzen einstellen läßt So können beispielsweise Hartmetallkugeln mit verhältnismäßig
loser Bindung in eine im wesentlichen aus Eisen bestehende Bettungsmasse eingelagert werden. Dabei
kann die Bettungsmasse, anders als beim Sprengplattie- -to
ren, eine verhältnismäßig hohe Härte besitzen und gegebenenfalls sogar sehr spröde sein. Andererseits läßt
sich die Bindung der Teilchen aber auch dadurch einstellen, daß die Teilchen eine beim Sintern Brücken
bildende Deckschicht, beispielsweise aus Kupfer oder -ts
eine inerte Oxidschicht aufweisen.
Das Fixieren der diskreten Teilchen kann in Vertiefungen des Trägers, beispielsweise in Rillen oder
Kalotten, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Bindemittels erfolgen. Die Teilchen können jedoch rx>
erfindungsgemäß auch zwischen einem außen glatten Träger und einer Haltehülse gleichsam eingespannt
werden, die vor dem isostatischen Pressen entfernt wird. Das kann noch während aes Einfüllens des Pulvers oder
unmittelbar vor Preßbeginn erfolgen. Die Haltehülse v> läßt sich mühelos aus dem PreBwerkzeug entfernen,
wenn das Werkzeug in Vibration versetzt wird. Damit ist gleichzeitig der Vorteil eines Vorverdichtens des
Pulvers verbunden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, Teilchen ;ius mi
magnetisierbarem Werkstoff oder mit einer magnetesierbaren
Deckschicht mit Hilfe eines magnetischen Feldes an dem Träger zu fixieren. Dies bietet ebenso wie
die Verwendung einer Haltehülse den Vorteil, daß keinerlei bleibende Bindung zwischen den Teilchen und h>
dem Träger erforderlich ist.
Der Träger karm spanabhebend oder durch Gießen hergestellt werden; besonders geeignet sind jedoch
pulvermetallurgisch hergestellte Träger, die schon beim Pressen des Pulvers mit den erforderlichen Vertiefungen
versehen werden können. Sofern der Träger eine ausreichende Festigkeit besitzt, braucht er nach dem
Pressen nicht unbedingt gesintert zu werden, er kann jedoch auch bei einer verhältnismäßig niedrigen
Temperatur von beispielsweise 700 bis 9000C gesintert werden. Dies besitzt den Vorteil, daß sich dann die
Teilchen beim isostatischen Pressen leicht in den weichen Träger hineindrücken. Andererseits kann ein
Träger aber auch gehärtet werden, um eine möglichst hohe Lagegenauigfceit der Teilchen beim anschließenden
isostatischen Pressen zu erreichen. Ein verhältnismäßig
harter Träger ergibt sich auch, wenn die Sintertemperatur 1000 bis 1300°C, beispielsweise
1280" C beträgt
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung des näheren
erläutert In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein Preßwerkzeug nach dem Einfüllen einer Hülle aus Pulver und
F i g. 2 das in F i g. 1 dargestellte ""Meßwerkzeug nach
dem Pressen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beispielsweise so durchführen, daß die diskreten Teilchen 1,
beispielsweise Hartmetallkugein, mit Hilfe einer Haltehülse 2 konzentrisch und gleichmäßig an der Außenwandung
eines pulvermetallurgisch oder regulinisch hergestellten zylindrischen Träger 3 fixiert werden. Dies
geschieht in einem aus einem unteren Deckel 4 und' einem elastischen Preßmanlei 5 sowie einem Kern 6
bestehenden Preßwerkzeug. Die Hartmetallkugein t befinden sich dabei in aclhsparallelen Rillen 7 des
Trägers 3. Nach dem Einfüllen des Pulvers 7 wird die Haltehülse 2 langsam aus dem Werkzeug gezogen,
wobei das Pulver in den Zwickelraum 8 zwischen den Kugeln 1 eindringt Alsdann wird der obere Deckel 9
aufgesetzt und das Werkzeug mit Dichtiingsmanschetten 10 versehen sowie in eine übliche isostatische Presse
eingesetzt in der der Preßmantel 5 durch ein flüssiges Medium mit einem Druck von 30 bis 80 hb, vorzugsweise
Γ)0 hb beaufschlagt und das Pulver radial verdichtet w-rd. Dabei ergibt sich ein die Kugeln 1 in der
gewünschten Weise enthaltender Formkörper 1, 3, 7, der bei entsprechender Wahl, der Sinterttmperatur so
gesintert werden kann, daß es zu keiner metallischen Bindung zwischen den Kugeln 1 und der Bettungsmasse
7 kommt Das Sintern erfoilgt bei Temperaturen von lOOO bis 13000C, vorzugsweise bei 12800C, im Vakuum
oder unter Schutzgas in gegetterten Kästen. In ähnlicher Weise kann unter Verwendung eines hohlzylindrischen
Trägers, dessen Innenwandung beispielsweise mit Kugeln besetzt ist, auch ein hohlzylindrischer
Formkörper hergestellt werden, wobei der elastische Preßmanlei alsdann eine Art Kern bildet.
Im Rahmen eines Versuches wurde in ein isostatisches Preßwerkzeisg der in der Zeichnung dargestellten
Art ein Pulver der ober: angegebenen Zusammensetzung eingefüllt und nach dem Einsetzen in eine übliche
isostatische Presse bei einem Druck von 60 hb zu einen", zylindrischen T 3ger gepreßt. Der Träger wurde
alsdann im Vakuum bei 1280° C gesintert und anschließend
auf dem Umfang mit achsparallel verlaufenden Längsrillen versehen. Der zylindrische Träger wurde
alsdann wiederum in das Preßwerkzeug eingesetzt und unter Zuhilfenahme einer Haltehülse mit Kugeln aus
einer Wolfram-NiLkel-Eisun-Legicrung mit 95% Wolfram,
3,5% Nickel und 1,5% Eisen versehen. Anschüe-
Bend wurde der freie Innenraum des Preßwerkzeugs mit
einem Pulver der oben angegebenen Art gefüllt und unter gleichzeitigem Vibrieren die Haltehülse langsam
aus dem Werkzeug gezogen. Danach wurde das Werkzeug in eine übliche isostatische Presse eingesetzt
und erneut bei einem Druck von 60 hb gepreßt. Der Preßkörper wurde anschließend im Vakuum I bis 3
Stunden bei 12800Cgesintert.
Bei weiteren Versuchen kamen schon beim Pressen mit Rollen versehene, bei 700 bis 9000C gesinterte sowie
gehärtete Träger zum Teil aus reinem Eisenpulver oder auch regulinische Träger aus niedrig gekohltem Stahl
zur Verwendung. So wurden beispielsweise in den Ringraum zwischen zwei zylindrischen Trägern aus
einem üblichen niedrig gekohlten Stahl Kugeln gebracht und anschließend zusammen mit den beiden Trägern in
einer isostatischen Presse bei einem Druck von 60 hb verpreßt. Dabei legte sich das regulinische Material
formschlüssig auf die Kugeln und ergab sich eine Art Kugelkäfig, der anschließend mit Pulver umfüJlt und in
der vorerwähnten Weise isostatisch gepreßt und gesintert wurde.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen von Formkörpern mit in metallischer Bettungsmasse eingelagerten
diskreten Teilchen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilchen an einem metallischen, gegebenenfalls pulvermetallurgisch hergestellten,
Träger befestigt und mit einer Bettungsmasse aus einem Metallpulver und/oder einem regulinischen
Material umhüllt werden und daß der Träger mit den Teilchen und der Umhüllung isostatisch verpreßt
wird.
Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkörper aus den Teilchen und
der Umhüllung gesintert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen in Vertiefungen
des Trägers fixiert werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Teilchen magnetisch fixiert werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Teilchen zwischen dem Träger und einer Haltehülse fixiert werden und die Haltehülse vor dem
isostatischen Pressen entfernt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Pulver beim Einfüllen und/oder Entfernen der Haltehülse vibrationsverdichtet wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der aus diskreten Teilchen und Umhüllung bestehende Preßkörper mit einem Metallpulver
umgeben, isostatisch verpraßt uud gesintert wird.
Priority Applications (7)
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|---|---|---|---|
| DE2460013A DE2460013C3 (de) | 1974-12-19 | 1974-12-19 | Verfahren zum Herstellen metallischer Formkörper |
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| EGA | New person/name/address of the applicant | ||
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