IT8148394A1

IT8148394A1 - Procedimento per produrre un oggetto di metallo in polvere e oggetto cosi' prodotto

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Publication number: IT8148394A1
Application number: ITRM1981A048394A
Authority: IT
Original assignee: Gould Inc
Priority date: 1980-05-07
Filing date: 1981-05-05
Publication date: 1982-11-05
Also published as: CA1190065A; IT8148394A0; DE3117282A1; GB2075554A; ES501916A0; JPS572803A; IT1170945B; ES8302114A1; BR8102797A; AU6968081A

Description

DOCUMENTAZIONE

RILEGATA

SIB 82570

147.4-76 DESCRIZIONE dell<1>invenzione industriale dal titolo? ^Procedimento per produrre un oggetto di metallo in polvere e oggetto cos? prodotto?

della ditta statunitense GCULD BIG.

con sede in R01LI33G KEADOUS, Illinois, U.S.A.

RIASSUNTO

Viene fornito un procedimento per unire in siemo due o pii elementi di metallo in polvere il quale comprende le operazioni di: formare un primo elemento di metallo in polvere a base di ferro avente la configurazione desiderata, detto primo elemento di metallo in polvere a base di ferro co|i tenendo una sufficiente quantit? di rame per far s? che esso si dilati in seguito a sinterizzazione; formare un secondo elemento di metallo in polvere a base di ferro in una coniastrazione tale che sia atto ad impegnare in una relazione d? accoppiarne^ to ad interferenza almeno parte del primo elemento di metallo in polvere a base di ferro, detto secoli do elemento di metallo in polvere a base di ferro contenendo una quantit? sufficiente di nichel per far s? che esso si ritiri in seguito a sinterizza, zione ; portare il primo elemento di metallo in po3L vere a base di ferro in contatto con ?1 secondo eie mento di metallo in polvere a base di ferro in ma niera tale die quando essi vengono sottoposti ad un trattamento di sinterizzazione il primo elemento si dilati contro il secondo elemento che, a sua volta si ritira contro il primo elemento; e riscaldar? gli elementi cos? uniti ad una temperatura di siji ter?zsazione che ? sufficiente a far s? che essi divengano uniti uno all?altro metallurgicamente?

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedim?nto per unire uno all'altro due o pi? ele. menti o strutture di metallo in polvere* Il proce dimento dell'invenzione viene realizzato formando un primo elemento di metallo in polvere da una com posizione a base di ferro che contiene rame in BHJ do da far s? che esso si dilati in seguito a siate rizzazione ed un altro elemento di metallo in po,l vere da una composizione a base di ferro che contie ne nickel in maniera tale da far s? che esso si ri tiri in seguito a sinterizzazione. Tali elementi so no configurati in modo da impegnarsi uno con l'altro in una relazione di accoppiamento ad interferenza e venire uniti insieme metallurgicamente in seguito a sinterizzazione.

Le metallurgia delle polveri ? una tecnica che viene spesso utilizzata per produrr? oggetti sagomati in maniera complicata? I suoi vantaggi sul le convenzionali tecniche di produzione metalliche sono ben noti. !Duttavia, si riscontra spesso una difficolt? allorch? si tenta di unire insieme in maniera permanente due elementi od oggetti di metal lo in polvere.

ITel passato, per effettuare l?unione recipr& ea di oggetti di metallo in polvere sinterizzati s& no state utilizzate tecniche come brasatura, infila trazione di metallo fuso e semplice unione meccani ea impiegante unadisposizione di accoppiamento ad interferenza con vari gradi di successo.

?Tuttavia, le tecniche di brasatura sono inde siderabili in ragione del fatto che esse richiedono trattamenti termici multipli nonch? l?uso di costosi materiali di brasatura.

Analogamente, le tecniche di infiltrazione di metallo fuso sono soggette a numerosi problemi. EL problema principale ? che l?unione ottenuta ? normalmente imperfetta e la tecnica ? generalmente limitata a congiungere o unire insieme sagome av? ti un grado limitato di complessit?. Inoltre, tale tecnica risente del fatto che il procedimento in se stesso ed il materiale in esso utilizzato sono relativamente costosi e, cosa forse pi? importante, risulta diffielle controllare la dimensione della struttura finale.

L<?>uso di una disposizione di accoppiamento ad interferenza per unire insieme oggetti di metallo in polvere ha incontrato un certo successo limitato* Tuttavia, tale tecnica ? deficiente in ci? che i giunti meccanici danno scarso affidamento in quanto che essi hanno la tendenza a separarsi quando sotto posti a vibrazioni e possono venire usati solo su semplici configurazioni.

hi conseguenza, principale sc?pq della pre sente invenzione ? di fornire un procedimento per unire insieme due o pi? elementi od oggetti di me tallo in polvere indipendentemente dal loro grado di complessit? cos? da produrre una struttura risul tante che ? metallurgicamente unita.

Un altro scopo dell?invenzione ? di fornire un procedimento per unire insieme due o pi? elemeji ti od oggetti di metallo in polvere in modo da ot tenere un legame integrale tra i rispettivi elemeja ti od oggetti in una maniera economica ed efficace sotto condizioni di produzione.

Questi ed altri scopi dell?invenzione risul teranno evidenti agli esperti nella tecnica dalla lettura della descrizione seguente?

Secondo un aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un procedimento per unire insieme due o pi? elementi di metallo ih polvere comprendente le operazioni dii formare un primo elemento di me tallo in p?lvere a base di ferro avente la confina razione desiderata, detto primo elemento di metallo in polvere a base di ferro contenendo una quantit? sufficiente di rame per far s? efce esso s? dilati in seguito a sinterizzazione; formare un secondo eie mento di metallo in polvere a base di fejpro in una configurazione tale che esso sia atto ad impegnare in una relazione di accoppiamento ad interferenza almeno parte del primo elemento di metallo in polve re di ferro, detto secondo elemento di metallo in polvere a base di ferro contenendo una quantit? suffi ciente di nickel per far s? che esso si ritiri in seguito a sinterizzazione; portare il primo elemento di metallo in polvere a base di ferro in contatto con il secondo elemento di metallo in polvere a base di ferro in maniera tale che quando gli elementi vengono sottoposti ad un trattamento di sinterizza^ zione il primo elemento si dilata contro il secogi do elemento che, a sua volta, si ritira contro detto primo elemento; e riscaldare gli elementi ad una temperatura di sinterizzazione che ? sufficiente a far s? che gli elementi si leghino uno all?altro metallurgicamente .

Secondo un altro aspetto, la presente i|i venz?one si riferisce ad un qgetto di metallo in polvere sinterizzato che ? ottenuto mediante un procedimento il quale comprende le operazioni di: formare un primo elemento di metallo in polvere a base di ferro avente la configurazione desiderata, detto primo elemento di metallo in polvere a base di ferro contenendo una quantit? sufficiente di ra me per far s? che esso si dilati in seguito a sin? rizzazione; formare un secondo elemento di metallo in polvere a base di ferro in una configurazione tale che sia atto ad impegnare in una relazione di accoppiamento ad interferenza almeno parte del pri mo elemento di metallo in polvere a base di ferro, detto secondo elemento di metallo in polvere a base d? ferro contenendo una quantit? sufficiente di ni ckel per far s? che esso si ritiri in seguito a s? terizzazione; portare il primo elemento di metallo in polvere a base di ferro in contatto con il secondo elemento di metallo in polvere a base di ferro in maniera tale che quando gli elementi vengono sottopo, sti ad un trattamento di sinterizzazione il primo elemento si dilata contro il secondo elemento che.

a sua volta si ritira contro il primo elemento; e riscaldare gli elementi ad una temperatura di sin terizzazione sufficiente a far s? che gli elementi si leghino uno all*altro metallurgicamente.

L'invenzione pu? assumere forma fisica in certe parti e disposizioni di parti le cui realiz zazioni preferite verranno illustrate in dettaglio nella descrizione e rappresentate nei disegni annega si chs formano parte di essa ed in cui:

la figura 1 ? una vista in pianta di un com plesso a cuscinetto prodotto secondo l'invenzione in oggetto;

la figura 2 ? una vista in sezione eseguita lungo la linea 2-2 della figura 1; e

la figura j e una microfotografia della area di unione formata tra il primo elemento di me tallo in polvere ed il secondo elemento di metallo in polvere?

Con riferimento ora ai disegni in cui le viste sono solo a scopo illustrativo della realiz zazione preferita dell'invenzione e non a scopo li mitativo della stessa, le figure 1 e 2 mostrano un complesso a cuscinetto indicato genericamente con A che consiste di un primo elemento di metallo in polvere o interno 10 ed un secondo elemento di ca?

rnetallo in polvere o esterno 12e

X,<0>elemento interno 10 ? di sagoma piuttosto ovale e presenta una superficie superiore 14 ed una superficie inferiore 16. Un'apertura 18 ? for mata nell<a>elemento interno 10 ed ? atta a ricevere o supportare un organo girevole (non mostrato).

L'elemento esterno 12 ? generalmente rettali gelare nella configurazione della sezione trasver sale e presenta lati opposti 20, 22 e 24, 26 ed ? munito di una prima flangia 28 estendentesi verso l'esterno e di una seconda flangia 30 estendentesi verso l'esterno. Un'apertura 32 ? prevista nello elemento esterno 12 configurata in maniera tale da essere atta a ricevere l'elemento interno 10 in una relazione di accoppiamento ad interferenza.

Uella realizzazione pratica della presente invenzione, il primo elemento o struttura di metallo in polvere a base di. ferro ? sagomato nella confi gurazione desiderata mediante convenzionali tecni che dei metalli in polvere a partire da un mischi glio di polvere a base di ferro, polvere di rame e carbone in polvere, il rame essendo presente in una quantit? sufficiente a far s? che l'elemento risultante ?i dilati in seguito a sinterizzazione. A tale riguardo, si ottengono risultati eccellenti quando il primo elemento di metallo in polvere a base di ferro viene prodotto a partire d? una composizio ne che contiene da circa 93 fino circa 96% in peso di ferro, da circa 3*0 fino a circa 6,0% in pese ?i rame, e da circa 0,5 fino a circa 1,0% in peso di carbonio. I procedimenti utilizzati per formare ta le oggetto sono ben noti nella tecnica e poich? essi non fanno parte delia presente invenzione non verran no qui discussi in dettaglio. Quanto ? critico e che il primo oggetto di metallo in polvere a base d? ferro sia prodotto a partire da una composizione a base di ferro che contiene una quantit? sufficiente di rame da far s? che essa si dilati in seguito a sinterizzazione.

11 secondo elemento ? struttura di metallo in polvere ? base di ferro ? an?logamente, prodotto mediante convenzionali tecniche dei metalli in po^ vere in una configurazione tale da essere atto,ad impegnare in una reazione di accoppiamento ad in terferenza almeno parte del primo elemento di ms tallo in polvere a base di ferro, l? secondo oggetto di metallo in polvere a base di ferro viene pr? dotto a partire da un miscuglio di polvere a base di ferro, polvere di nichel e polvere d? carbonio, la polvere di nichel essendo presente in una quai^ tit? sufficiente a far si che l'elemento risultati te si ritiri in seguito a sinterizzazione. A tale riguardo, si ottengono risultati eccellenti Quando il secondo elemento di metallo in polvere a base di ferro viene prodotto a partire da una composiz?> ne che contiene da circa 95 fino a circa 97?5% in peso di ferro da circa 2,0 fino a circa 4,0 % in peso di nickel e da circa 0,5 fino a circa 1,0% in peso di carbonio. Poich? il procedimento utilizzato per formare il secondo demento di metallo in polvere a base di ferro ? ben noto nella tecnica ? non fa parte dell<?>invenzione in oggetto esso non verr? ?ui discusso in dettaglio.

Sella pratica, il primo elemento di metallo in polvere a base di ferro viene prodotto a parti re da una composizione del tipo su descritto con una configurazione tipica che ? quella mostrata nei di segni. Siale elemento di metallo in polvere viene poi portato in contatto in una relazione di accoppiamen to ad interferenza con un secondoelemento di metallo in polvere a base di ferro, della composizione su descritta, in maniera tale che i rispettivi elemep. ti vengono uniti meccanicamente uno all'altro.

Il complesso cosi disposto viene poi sott? posto ad un trattamento di sinterizzazione in una ?Xl??

atmosfera di gas riducente ad una temperatura pre feribilmente nel campo di circa 1093<o>-1177<o>C<, Tuttavia* l'esatta temperatura di sinterizzazione utilizzata non ? critica ad eccezione del caso in cui si richieda che essa eia di valore sufficiente a far s? che il rame s? diffonda nel secondo eie, mento, ovvero esterno per fare ip modo che entrambi il primo ed il secondo elemento, interno ed esterno, si uniscano metallurgicamente uno all*altro in segui, to alla formazione di una lega complessa di ferrorame-nickel- carbonio in corrispondenza dell<1>inter faccia fra essi. Si ritiene che tale legame metallur, gieo unico sia provocato dalla diffusione del rame nell'elemento esterno. Tale diffusione ? favorita dalla presenza di carbonio, che viene di preferen, za aggiunto originalmente al miscuglio di metalli in polvere come grafite. Iterante il trattamento di sinterizzazione, la grafite va in soluzione sia n?L l'elemento interno che esterno. Il rame si diffonde attraverso la parete dell'elemento esterno ad una temperatura di circa 1121?C e forma una lega con il ferro ed il nickel present? creando un materiale che ha un punto di fusione superiore a 1121?Ce Po,I ch? la temperatura di sinterizzazione utilizzata ? infreiore a 1121?C, tale materiale si solidifica dando luogo ad una unione metallurgicamente diffusa che ? stata riscontrata essere piti forte delle sin gole resistenze di entrambi i materiali interno ed esterno stessi. Dopo la sinterizzazione, l'area effettiva di unione non pu? essere distinta usando i nonsali metodi d? osservazione. Tuttav?a, il le game che si ? formato tra i rispettivi elementi, che sono uniti secondo gli insegnamenti della pre sente invenzione ? chiaramente osservabile nella fi gura 5 che ? una mierofot?grafica avente un ingran dimento di 50 volte. Bella mierofotografia, la lelfc tera D di riferimento indica la struttura dell<?>ele mento interno e la lettera E di riferimento indica la zona dell'area'di diffusione di rame/carbonio dell'elemento esterno identificato genericamente con E.

Il complesso a cuscinetto mostrato nelle figure 1 e 2 viene prodotto come segue.

L?elemento esterno viene formato in un ido neo stampo a partire da una composizione che co|i tiene circa 97*5$ in peso di ferro, 2T0% in peso di nichel e 0,5$ in peso di carbonio. Ita dimenalo n? di particelle del ferro ? ?80 mesh (vaglio USA). La dimensione di particelle del nickel S nel caia po di 4?7 ?? La dimensione di particelle del car bon?o ? circa 2 ?. Questi materiali vengono raescp? e

lati/versati in un idoneo stampo e costipati ad una ?

pressione di circa 4200 kg/cra ? L <'>"<u>

'elemento intemo viene formato a patire da un miscuglio di circa 94-,2.5% in peso di ferro, 5*0% in peso di rame e 0,75% in peso di carbonio* Il miscuglio viene ver sato in un idoeno stampo e costipato ad una pressi^, ne di circa 4200 lcg/em .

L'elemento interno viene posizionato in una relazione di accoppiamento ad interferenza ne^ l'apertura 32 dell'elemento esterno 12. Tale strut^ tura viene poi posta in un forno e riscaldata in una ?fcmosfera endotermica ad una temperatura di Circa 1121?C, per un periodo di circa 0,2 ore. La struttura risultante viene poi tolta dal forno di sinterizzazione e si osserva che l'elemento interno ? unito metallurgicamente all<9>elemento esterno.

Da quanto precede risulta ovvio che la tecni ca della presente invenzione rende possibile produr re oggetti di metallo in polvere complicati forma ti da numerose parti in una maniera efficace ed eco nemica. ITella produzione, la tecnica della presente invenzione comporta notevoli risparmi di energia e di costi?

Bench? sia stato qui descritto quelle che

Claims

RIVENDICAZIONI

1* Procedimento per unire insieme due o pi?. elementi di metallo in polvere comprendente le opera zioni dii formare un primo elemento di metallo in polvere a base di ferro avente la configurazione de siderata, detto primo elemento di metallo in polve re a base di ferro contenendo una quantit? di rame sufficiente a far si che esso si dilati in se, guito a sinterizzazione; fermare un secondo elemento di metallo in polvere a base di ferro in una confi guraz?ope tale che sia atta ad insegnare in una rg. lezione di accoppiamento ad interferenza almeno parte di detto primo elemento di metallo in polvere a base di ferro? detto secondo elemento di installo in polvere a base di ferro contenendo una quantit? di nickel sufficiente a far s? che detto elemento si ritiri in seguito a sinterizzazione; portare det to primo elemento di metallo in polvere a base d? ferro in contatto con detto secondo elem?nto di metallo in polvere a base di ferro in maniera tale che gnando detti elementi vengono sottoposti ad ira trattamento d? sinterizzazione detto primo elemen to si dilata contro detto secondo elemento che, a sua volta, si ritira contro detto primo elemento; e riscaldare detti elementi ad ima temperatura di sinterizzazione che ? sufficiente a far s? che detti elementi risultino uniti metallurgicamente uno all?altro.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo elemento di metallo in polvere a base di ferro viene prodotto a partire da una composizione che contiene, in percento in peso, da circa 9$ fino 9S% di f?rro, da circa 5,0 fino a 6,0% di rame, ? da circa 0,5 fino a 1% di carbonio.
5 Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui detto primo elemento di metallo in polvere a base di ferro viene prodotto a partire da una composizione che contiene , in % in peso, circa 94,25% di ferro, circa 5,0% di rame e e?? ea 0,75% di carbonio.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto secondo elemento di metallo in polve re a base di ferro viene prodotto a partire da una eonqposizione che contiene, in % in peso, da circa 95 fino a 97,5/6di ferro, da circa 2 fino a 4% di nickel e da circa 0,5 fino 1 % di carbonio,
5.Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui detto secondo elemento di metallo in polvere a base di ferro contiene, in % in peso, circa 97,5# di ferro, circa 2,0% d? nickel e circa 0,5% di car bonio.
6. Oggetto di metallo in polvere sinteriz 2ato ottenuto con un procedimento il quale compren de l'operazione di: formare un primo elemento di metallo in polvere a base di ferro avente la confi gurazione desiderata, detto primo elemento di metaJL lo in polvere a base di ferro contenendo una qua? tit? di rame sufficiente a far s? che esso si dilati in seguito a sinterizzazione; formare un secondo el? mento di metallo in polvere a base di ferro, in una configurazione tale che sia atta ad impegnare in una relazione di accoppiamento ad interferenza almeno parte di detto primo elemento di metallo in polvere a base di ferro, detto secondo elemento di metallo in polvere a base di ferro contenendo una quantit? di nickel sufficiente a far s? che detto elemento si ritiri in seguito a sinterizzazione; portare detto primo elemento d? metallo in polvere a base d? ferro in contatto con detto secondo elemento di metallo in polvere a base di ferro in maniera tale che qua|i do detti elementi vengono sottoposti ad un trattameli to d? sinterizzazione detto primo elemento si dilata contro detto secondo elemento che, a sua volta, si ritira contro detto primo elemento; e riscaldare det ti elementi ad una temperatura d? sinterizzazione che ? sufficiente a far s? che detti elementi risultino uniti metallurgicamente uno all*altro.
7.Oggetto secondo la rivendicazione 6, in cui detto primo elemento di metallo in polvere a fra se di ferro viene prodotto a partire da una composi, zione che contiene, in % in peso da circa 95 fino a 96% di ferro, da circa 5,0 fino a 6,0% di rame, ? da circa 0,5 fino 1% di carbonio.
8. Oggetto secondo la rivendicazione 7. in cui detto primo elemento d? metallo in polvere a base d? ferro viene prodotto a partire da una compii sizione che contiene, in % in peso, circa 94,25% di ferro, circa 5,0% di rame e circa 0,75% di carbo nio .
9. Oggetto secondo la rivendicazione 6, in cui detto secondo elemento di metallo in polvere a base d? ferro viene prodotto a partire da una com posizione che contiene, in % in peso, da circa 95 fino a 97,5% di ferro, da circa 2 fino 4% di nickel e da circa 0,5 fino 1,0% di carbonio.
10. Oggetto secondo la rivendicazione 9, in cui detto secondo elemento di metallo in polvere a base di ferro contiene in % in peso, circa 97,5% d? ferro, circa 2% di nickel e circa 0,5%

di carbonio.
11. Oggetto di metallo in polvere come de scritto nella presente e procedimento per produrre lo stesso.