SE511834C2 - Heltäta produkter framställda genom enaxlig höghastighetspressning av metallpulver - Google Patents

Description

5111834 Ä slutna verktyg pressar oregelbandna pulver till flirformadë ämnen som därefter sintras för att nä bättre mekaniska egenskaper. liör standa rdpulver som kolstâ] och rostfria stål näfr man aldrig full täthet, vilket leder till att slutprodukten blir porös och potentialen liir desa användning är därfiir begränsad. Enaxlig pressning lir emellertid en mycket effektiv produktionsteknik att göra nära Färdig form och det skulle därför vara mycket intressant om :nan kunde finna en metod att nå full täthet med samma egenskaper som smitt material. Vid enaxlig pressning är en av de begränsande faktorerna det maximala yttrycket i verktygen och denna gränsen ligger i praktiken vid' 700 -- 800 N I mmZ. 'För demsa standa rdpulver får man en viss förbättring gdnom att värma hela pulvcrmassa innan den placeras iverktyget , den :nkfivarm kompakteringgiarocessen, vilken har ' introducerats de sista åren. "Wlan fiir en viss lörbättring i gröntäthet, men förbättringen är inte speciellt dramatisk och speciellt för höglegeratle material som rostfritt stål är Éeffekteii fiârsiimbar.

Vissa försök med liöghastighetsiiressning har gjorts vad gäller dessa typer av oregelbundna pulver, men infga större effekter har setts vad gäller förbättring av täthet och niekanislei egenskaper. Detta beror antagligen på det faktum att oregelbundnai pulver genom sin form har en begränsad förmåga att krympa men också pä höga halter av syre och andra lïiro reninga r.

Det är väl känt att sfäriska gasa tomiscrade pulver som tillverkats från en smälta i en inert atmosfär ger ett pulver med hög renhet. Om ett sådant pulver Lex. ett rostfritt stål ialler någon niekelbaslegering är komprimerad vid hög temperatur till full täthet resulterar det i en produkt med egenskaper .-. -..- fr.. _ _ _ i-s.-«u-=.ç*.i.- - i' ~ ü F' I r. i i . .L- l i: 3511 au som i många fall är överlägsnd smidda produkter. Det finns några kända tekniker för att producera sådlma produkter, Lex. hetisostatisk prelsning( llll' ) eller metallformsprutning. ( MIM ). Den filrst nämnda tekniken, där man vanligtvis använder metalliska kapslar fór att innesluta pulvret under pressningen lämpar sig i linviltlslik för slö rre objekt beroende på ka pselkostnaden. Den andra processen är lämplig för små detaljer, vanligtvis med en komplicerad forrn, upp till vikter på c:a 'l kg, men denna process är ganska dyr beroende på krav på ett fint pulver och långa proeesstider. Den används därför i huvudsak där man tillverkar små detaljer med mycket komplicerad form där man ersätter långtgående maskinbearbetning.

I li S - patentet 5,460,64l beskrivs en uppfinning där stäriska pulver kan bli agglomererade till “aggngafiflïlr att erhålla en bra grönstyrka efter kallpressning. Normalt har sfliriska pulver ingen grönstyrkn efter kallpressning och kan därför inte hanteras efter en sådan operation. [lppfinningen som beskrivs i detta papper är en metod att producera heltäta eller nära heltäta produkter genom att använda det ovan nämnda agglomererade stärislca pulvret tillsammans med höghastighetspressning.

Denna teknik kan användas på de flesta sfiiriska metallpulver som är agglomererade med åtminstone 0,5 % gelatin som bindemedel kombinerat med högbastighetspressning. i .De fliljande exemplen, som inte på :något sätt begränsat' uppfinningen, beskriver huvuddragen i proejessen fiir att producera sådana produkter, speciellt egenskaperna hos produkten jämfiirt med liknande produkter producerade på annat sätt. 511 fïß34 Lt ihl EXEMPEL l Agglomererat pulver av rostfritt stål AIS! 316 med en halt av bindemedel av l,S vikts - % gelatin beskrivet i ovan nämnda patent användes. Detta pulver användes sedan för att tillverka kutsay' med en diameter av 40 mm genom enaxlig pressning. .Pulvervikten var 22 gram.

Det första försöket gjordes i en konventionell hydraulprcss med en verktygshastigliet av max l m / s och 'med ett maximalt specifikt yttryck på verktyget vid pressning av 800 N I mmZ, vilket är en praktisk gräns för hårdmetallverktyg. Gröntåtheten på de pressade kutsarna var i genomsnitt 86,5 "in _ Det andra försöket gjordes i en htighastighetspress med en verktygshastighet av 4 m / s. Den totala energin som frigjorda-s vid kompakteringen var 2300 NM. ( Inom en viss verktygshastigheli är den tillförda energin kontrollerad av hastigheten och vikten på det rörliga serktyget ). Criintätheten på de pressade kutsarna vari genomsnitt 92,5 “o .

Efter detta första steg glödgades de två typerna av kutsar i torr vätgas vid 1350 grad. (Y, som är en standardproeess fiir högtemperatursintring av rostfritt stål. Efter sintriug mättes tätheten igen. Kutsarna som pressades vid låg hastighet hade en täthet av 95,5 medan kutsarna pressade vid hög hastighet hade en täthet på 99,7 %. 'Mikrofoton av produkterna med den Iägra tätheten avslöjade att det fanns ett stort antal porer medan produkterna med den högre tätheten, bara hade någon enstaka liten por och kunde i princip betraktas som en helt tät produkt.

De mekaniska egenskaperna testades flir de två protlukttyperna, vilket gav följande resultat. 7511 834 1 U ifvl Lâghastighegprgggging Strllekgräns 155,4 MPa Brottgräns 375,2 MPa Förlängning 32 % Höghnstighetsprgsning Sträckgriins 235,4 MPa Brottgräns 485,6 MPa Förlängning 58 % Materialet pressat vid den lägre hastigheten hade mekaniska egenskaper som uppfyllde ASTM - standarden ß 525 för konventionellt pressat och sintmt material men det uppfyllde inte kraven tïlr smidda produkter. Däremot uppfyller den hüghastighetspressade produkten egenskaperna fiir smidda produkter.

EXEMPEI, 2 Agglomerevrat sfäriskt pulver av ett låglegerat kolscål med 0,l2 " i, kol användes fiir denna test. Pulvret mjukglöilgades före agglomerering fiir att det skulle Fa' en bra pressbarhel. Pulvrt-.t agglomererades som beskrivet ovan, men med 0,75 vikts - % bindemedel. Samma operationer som i exempel l utfördes , vilket gav en gröntäthet p§|9l,2 % fiir produkten pressad vid den låga hastigheten och 95,2 % för prediikten pressad vid den högre hastigheten. Grönstyrkan mättes med en standardmetod på de grönkropparna vilket gav ett värde på 2,5 MPa för produkten pressad vid låg hastighet och 9,4 MPa för produkten pressad vid hög hastighet. [ippcnbarligen är grönstyrkan fór låg fiir produkten pressad vid låg liastighet för att kunna hanteras vid komplicerade former med säkerhet. .§\ |r|| ' 'i 511fss4 .Produkterna glödgades i vakuuni vid en temperatur av 1250 grader (I. Efter sintringen mättes tätheten igen. Produkten pressad vid den låga hastigheten hade en täthet av 96,5 % medan produkten pressat! vid bög hastighet hade en täthet av 99,8 %.

De mekaniska egenskaperna testades för de två typerna av produkter och det gav följande resultat: Låghastighetspressning Sträekgrâns 175,2 MPa ßrungfuns 372,5 MPa Förlängning 14 % Hñgvhastighetspressning Sträekgräns 235,0 MPa ßrottgräns 385,3 MPa Förlängning 28 % Produkten pressad vid den låga liastiigheteii uppfyller inte standards för smidda produkter , vilket däremot pnodu kten pressad vid hög hastighet gör.

EXEMPEL 3 En ny test gjordes som i exempel 2 där hastigheten hos verktyget vid höghnstighetspressningen minskadesfitill 1,5 m / s men där totala energin som användes vid pressningen var oförändrad genom att den totala vikten på pressverktyget ökades fiir att kompensera för den lägre hastigheten. 'l detta fall fiek vi följande resultat vid (len efterföljande sintringen.

TA ih! i 'i 511 834 Höghastighetspressning Sträckgriins 185,6 MPa Brottgräns 366,0 MPA Förlängning l8 “o Dessa värden uppfyller inte den internationella standarden för smitt niaterial för dessa typer av material. l de ovan nämnda exemplen har det klart visats att när höghastighetspressning används på sfiiriskt agglomcrerat pulver som beskrivet, så erhålls en produkt med kraftigt förbättrade mekaniska egenskaper jämfört med produkter pressade vid låg hastighet efter sintring.

Denna skillnad i egenskaper lir av stiizrsta betydelse fiir produkter som :utsätts för stora mekaniska påkiiuningar eller som p.g.a. krav på korrosionshestäntlighet behöver vara fullt täta.

Det är inte så lätt att fizrstä varför dessa överraskande resultat uppnås, men en förklaring kan vara att lllandningpn av bindemedel och pulver uppträder' som en hligviskös vätska under höghastighetspressningen, vilket reducerar den energimängd som krävs tñr att nät en viss täthet, vilket ger denna unika höga gröntäthet.

Ett antal modifieringar i piressparambtrar och sintringspuramctrar flir de agglomererade pulvrcn kan göras.

Dess? varianter och modifieringar ingår också som en del av uppfinningen.

Claims (3)

f: ß 511 834 U: lfvl PATENTKRAV

1. l. En sintrad produkt som är prod uecrud genom att använda ett sfäriskt metallpulver som är agglclmereratl genom att använda minst 0,5 % gelatin som bindemedel och som sedan pnessats i enaxlig pressning med en verktygshastighet. över 2 m /still en grönkropla., vilken sedan sintras till full eller nära full täthet.

2. En sintrad produkt enligt krav l, yarvid mängden bindemedel i det agglomercralle pulvret inte ílverslliger l,5 vikts - %.

3. En sintrad produkt (snligt krav l ech 2, varvid verktygshastigheten under pressningsnperationen är 4 m / s dller högre.