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    公开号:WO1987000781A1
    申请号:PCT/DE1986/000306
    申请日:1986-07-29
    公开日:1987-02-12
    发明作者:Gerhard Andrees；Josef Kranzeder；Wilhelm Vogel
    申请人:MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MüNCHEN GMBH；
    IPC主号:B22F3-00
    专利说明:
    [0001] Auf pulvermetallurgischem Wege hergestellte
    [0002] Bauteile
    [0003] Die Erfindung betrifft pulvermetallurgisch hergestellte Bauteile, insbesondere durch Spritzgießen oder Spritz¬ pressen. Bei der Herstellung von Bauteilen, insbe¬ sondere hochtemperaturbeständigen Bauteilen, die spritz— gegossen oder trockengepreßt sind und gesintert, bzw.. zumindest Sinte fähig sind, werden diese nach der Formgebung z.B. auf Platten, aufgelegt oder in Pulver o.a. eingebettet.
    [0004] Das Sintern folgt in der Regel nach dem Ausbrennen oder Abdampfen des Bindemittels das mit der metallischen Legierung als Ausgangspulver gemischt war. Die Bauteile haben während dem Austreiben des Bindemittels nur eine äußerst geringe Festigkeit und sind sehr empfindlich gegen jede Art von Berührung, siffmüssen deshalb durch die Auflagen/Unterlagen/Zwischeniagen oder Einbett- material getragen oder abgedeckt oder sonstwie geschützt werden. Dadurch wird der Sintervorgang behindert, außerdem entsteht an den Kontaktstellen Reibung deren Kräfte den Schrumpfungskräften entgegen¬ wirken. Auch die Gefahr chemischer Reaktionen an den Kontaktstellen bzw. Kontaktflächen ist bei den hohen
    [0005] Sintertemperaturen bis zu etwa 1300°C nicht auszuschließen.
    [0006] Hierdurch wiederum können Oberflächenrisse, Poren oder Kerben entstehen bzw. vergrößert werden. Wegen ungleich¬ mäßiger Schrumpfungen kann Verzug entstehen.
    [0007] Die Erfindung hat die Aufgabe zur Schaffung solcher Bau¬ teile beizutragen, die temperaturfest, konturen- bzw. form- treu d.h. maßhaltig sind und eine glatte Oberfläche ohne Risse aufweisen.
    [0008] Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Hauptanspruch ange¬ gebenen Merkmale. Weitere Merkmale sind den anderen An- Sprüchen sowie der Beschreibung und Zeichnung eines Aus¬ führungsbeispiels zu entnehmen.
    [0009] Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist u.a. darin zu sehen, daß auch beim Austreiben des Bindemittels nach der Formgebeung bereits eine hohe Formstabilität der Bauteile gewährleistet ist. Sie sind gut handhabbar und weisen die erwünschten Eigenschaften, s.o., auf.
    [0010] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beige- fügten Zeichnung rein schematisch dargestellt.
    [0011] Es zeigen die Zeichnungen in:
    [0012] Fig. 1 eine spritzgegosseneMetallprobe in ihrer Be- handlungskammer, hier: Behälter eines Ofens
    [0013] Fig. 2 eine spritzgegossene Metallschaufel in ihrer Behandlungskammer, hier: Behälter eines Ofens Fig. 3a Probe fertiggesintert nach Fig 1o
    [0014] Fig. 3b Probe fertiggesintert nach Fig. 2o
    [0015] Fig. 4 Probe teilweise von stromdurchflossener Spule umgeben
    [0016] Fig. 5 Probe von Luftkissen getragen in Sinterposition
    [0017] Fig. 6 Probe von Saugglocke gehalten in Sinterpositiαn
    [0018] Fig. 1o Probe in Pulverschüttung. Sintern im Temperaturzeit- programm.
    [0019] Fig. 2o Probe frei zugänglich. Sintern im Temperatur¬ zeitprogramm.
    [0020] Das pulvermetallurgische Ausgangsmaterial, insbesondere ein globulares Pulver einer Nickel-Basislegierung wird gemischt mit einem Bindemittel wie Wachs oder Thermoplaste,' im Volumenverhältnis 40% bis 80% Metallpulver und 20% bis 60% Bindemittel. Nach dem innigen Vermischen wird das Material bzw. die Masse in einer Spritzgußmaschine oder in einer Trockenpresse in die gewünschte Form des 3auteils gebracht. Nach dem Ausheizen des 3indemittels werden die Bauteile dann drucklos gesintert. Dieser Sintervorgang ist mehrstufig, insbesondere zweistufig, an ihn kann sich ein Nachverdichten des Formkörpers an¬ schließen. Für das Nachverdichten wird das heißiso- statische Pressen bevorzugt. Die Bauteile werden so hergestellt, daß nach den an sich bekannten Schritten: Formgebung*und Ausbrennen, in einem ersten Sinterschritt auf ca. 900°C bis 1100°C (bei Ni-Basis-Legierungen) bzw. bei 50% bis 70% der absoluten Solidustemperatur je nach verwendeter Metallegierung im Vakuum (10 bis 10 mbar) oder im Schutzgas mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 150°C bis 600°C pro Stunde vorgesintert wird, bei einer Dauer von 0,1 Stunden bis 10 Stunden.
    [0021] Nach dieser Wärmebehandlung sind die Bauteile noch nicht von den Unterlagen oder Ξinbett aterialien geschädigt undzeigen daher keine Reaktion an* der Oberfläche. Die Bauteile sind jetzt gut handhabbar und die Schrumpfung ist gering (zwischen etwa 0% und 3%) .
    [0022] Danaciα werden die Bauteile 1 an einem Ofengestell 2 oder sonstigen Behälter aus Metall oder Keramik freihängend z.B, an Stangen (3) befestigt. Am besten wird die Be¬ festigung am Anguß angebracht, da dieser Bereich des Spritzteiles später nicht mehr benötigt wird.
    [0023] Danach erfolgt die zweite Sinterung, d. h. ein Aufheizen des Bauteils im Vakuum oder im Schutzgas auf die not¬ wendige Temperatur, die je nach verwendeter Metallegierung im Bereich zwischen etwa 1150 C und 1300 C liegt. Die Aufheizgeschwindigkeit muß so gewählt werden, daß bei der zweiten Wärmebehandlung etwa noch vorhandene Risse in der Oberfläche sich schließen, z. B. wird bei Nickel- Basis-Legierungen eine Aufheizung zwischen 20 und 100 K/min bis zu etwa 2 Stunden und einer maximalen Tem¬ peratur von 60 % bis 98 % der Solidustemperatur der Legierung gewählt. Die auf diese Weise hergestellten Bauteile haben keine Konturfehler, sind linear geschrumpft und dadurch kaum kleiner, d. h. praktisch maßhaltig. Die Teile können fast beliebige Formen aufweisen und haben eine glatte, dichte und rissfreie Oberfläche. Die erreichte Dichte des Bauteils lag bei 95 % bis 98 % der theoretischen Dichte ohne Nachverdichten und bei etwa 100 % mittels Nachverdichten durch heißisostatisches Pressen.
    [0024] Abwandlungen der vorbeschriebenen und dargestellten Aus¬ führungsbeispiele können vorgenommen werden, ohne hier¬ durch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
    [0025] Statt mittels der Ansätze (4) können die zu sinternden Teile auch schwebend (z. B. auf einem Gaskissen aus einer Vielzahl von Düsen (6) oder im Magnetfeld der Spule (5) oder mit Saugglocke (7) in ihrer Position im Behälter (2) gehalten werden. Der Behälter besteht aus mit diesen Teilen nicht reagierendem Werkstoff wie Al_0-. oder ZrO«.
    [0026] Die geometrische Form der herzustellenden Präzisionsteile ist praktisch beliebig. Je nach gewünschter Endform und Maßhaltigkeit wird das Spritz- oder Pressverfahren und die dazu nötige Spritzgieß- oder Pressform in mindestens Bei- nahe-Endform (near-net-shape) ausgewählt. Ein Beispiel einer geeigneten Vorrichtung ist in der DE-OS 30 42 052 beschrieben.
    [0027] Verfahrensmöglichkeiten zum Aufbereiten der Masse und dem Spritzgießen sind in der DE-OS 31 20 501 beschrieben. Das Vakuum-Dichtsintern und die Wärmebehandlung pulvermetall¬ urgisch verarbeitbarer Werkstoffe sind "Metals Handbook", Ninth Editon, Vol. 7, pp. 373-375 zu entnehmen. Die Erfindung ist jedoch weder auf diese Stoffe noch auf solche Behandlung beschränkt. Insbesondere können auch andere oder zusätzliche an sich bekannte Behandlungen vor¬ genommen werden, wie Nachverdichten (HIP) , Härten oder Ver¬ güten, Legieren oder Dotieren, überziehen (PVD, CVD) einer Oberfläche, z. B. mit einem bekannten Diffusionsüberzug.
    [0028] Die Anwendung der Erfindung erfolgt hauptsächlich bei ** Schaufeln oder Rädern des Turbo-Maschinenbaus.
    [0029] Aus Fig. 3 A (links) ist eine Probe sichtbar mit Sinterung nach dem Stand der Technik (in Pulverschüttung) .
    [0030] In Fig. 3 B (rechts) ist eine gemäß der Erfindung behandelte Probe ersichtlich.
    [0031] Der Vergleich der Fig. 3 A und 3 B zeigt, daß nach dem Stand der Technik die Oberfläche der Probe verunreinigt ist und sich die Probe verformt hat. In dem rechten Bild (3b ) da- * gegen ist die Probe von einwandfreier Oberfläche und Geo¬ metrie (Maß- und Formhaltigkeit) .
    [0032] Die Erfindung trifft also mit einfachen Mitteln ein Er¬ gebnis , daß sich sehen lassen kann. Der Erfolg, der er¬ findungsgemäßen Mittelkombination, war keineswegs voraus¬ zusehen und es schafft die Möglichkeiten weiterer Anwen¬ dungen von Gegenständen, die aus pulverförmigem Ausgangs- material hergestellt werden.
    [0033] Nachstehend werden, durch Vergleich mit dem Stand der Technik, die Vorteile der Erfindung und die damit er¬ zielten Erfolge verdeutlicht:
    [0034] In Fig. Λ o ist die Sinterung in Pulverschüttung nach dem Stand der Technik dargestellt, anhand eines Temperatur- zeitprogrammes. In Fig. 2o ist die Sinterung nach der Erfindung mit in der Behandlungskammer freihängenden oder freischwebenden Gegen¬ ständen dargestellt, ebenfalls anhand eines Temperaturzeit- prσgrammes mit gleichen Einheiten, wie in Fig. 1.
    [0035] Durch Vergleich beider Figuren läßt sich mühelos erkennen, daß im Stand der Technik eine Temperaturbehandlung insbe¬ sondere Hochtemperaturbehandlung auf die Art und Weise durchgeführt wurde, daß diese bis zu einem Höchstwert sich
    [0036] 10 immer mehr steigerte und erst gegen Schluß der Behandlung stetig abnahm.
    [0037] Bei der Erfindung dagegen, wird die Temperaturbehandlung kontinuierlich in der Weise durchgeführt, daß nach einer ^ ° (2.) Steigerungsphase mit erneuter Haltephase danach wenigstens eine Temperaturabsenkung mit Haltephase folgt.
    [0038] Als mitentscheidend für den Erfolg der Erfindung wird an¬ gesehen, daß in den Haltephasen Maßnahmen vorgenommen werden,
    [0039] 20 wie sie im vorausgegangenen Text bereits beschrieben sind, insbesondere' bei ununterbrochenem Vakuum, das in der Be¬ handlungskammer aufrechterhalten wird über die gesamte Zeit¬ dauer bis zum Ende der Behandlung.
    [0040] 25
    [0041] Die Manipulation der Vorform- oder Grünlinge wird dabei von außerhalb des Behälters 2 gesteuert.
    [0042] 30
    [0043] 35
    权利要求:
    Claims P a t e n t a n s p r ü c h e
    1. Verfahren zur Herstellung von kompliziert geformten Bau¬ teilen, die eine hohe Formtreue und Maßhaltigkeit sowie eine hohe Oberflächengüte aufweisen, aus pulvermetall- urgisch verarbeitbaren Werkstoffen, durch Spritzgießen oder -pressen und anschließendem Sintern,
    dadurch gekennzeichnet, daß die zubereitete, pulver¬ metallurgisch verarbeitbare Werkstoffe und Bindemittel enthaltende Masse, in einer Spritzgießeinrichtung oder Presse, wie Trockenpresse, verformt wird, der Vorform- ling oder Grünling nach dem Ausheizen des Bindemittels in einer Form, in einen gasdichten, heizbaren Behälter, insbesondere eines Vakuumofens oder Ofens mit Schutz- gasatmosphäre eingebracht und darin gesintert wird, indem der Vorformling oder Grünling frei der Ofen¬ atmosphäre ausgesetzt, aufgehängt bzw. frei schwebend gehalten ist, so daß wenigstens die Bereiche seiner Oberfläche freiliegen und einer Behandlung zugänglich sind, in denen Rissfreiheit erwünscht ist.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling oder Grünling (1) vor dem Sintern zu seiner Halterung im gasdichten Behälter (Behandlungskam¬ mer) eines Ofens mit wieder entfernbaren Ansätzen (4) versehen wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet-, daß die Ansätze Kontaktstellen zu Aufhängern, Lagern oder Haltern (3) aufweisen, mit denen der Vorformling oder Grünling im Behälter (2) eines Ofens in Sinterposition gehalten wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling oder Grünling von einem fluiden Medium ge¬ tragen im Behälter eines Ofens in Sinterpo.sition gehalten wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das fluide Medium ein Schutzgas oder ein Inertgas ist".
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling oder Grünling durch ein Magnetfeld im Behälter eines Ofens in Sinterposition frei schwebend gehalten wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter mit dem der Vorformling oder Grünling frei schwebend gehalten wird, ein Saugkopf ist, der gesondert an die Vakuumpumpe des Ofens anschließbar ist.
    8. Anwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von kompliziert geformten Bau¬ teilen, die eine hohe Formtreue und Maßhaltigkeit sowie eine hohe Oberflächengüte aufweisen, aus pulvermetall¬ urgisch verarbeitbaren Werkstoffen, durch Spritzgießen oder -pressen und anschließendem Sintern,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein den pulvermetall¬ urgischen Werkstoffen zur Erzielung ausreichender Flie߬ fähigkeit zugegebenes Bindemittel nach der Formgebung zunächst bei einer dem Bindemittel angepaßten Ausbrenn¬ temperatur ausgetrieben wird und danach die Bauteile in einem ersten Sinterschritt zwischen 50 % und 70 % _der Solidustemperatur des pulvermetallurgischen Werkstoffs im Vakuum oder unter Schutzgasatmosphäre für eine Dauer von 0,1 bis 10 Stunden, bevorzugt 0,1 bis 2 Stunden, aufgeheizt werden und dann in einem zweiten Sinterschritt in gleicher Atmosphäre auf eine bis zu 400 C höhere Temperatur für eine Zeitdauer aufgeheizt werden, die aus¬ reicht, um alle an der Außenoberfläche vorhandenen Risse zu schließen.
    9. Anwendung eines Verfahrens nach Anspruch 8, wobei während des gesamten Ablaufs de Verfahrens (Temperatur- Zeit-Programm) , wenigstens jedoch während aller Sinter- schritte das Verfahren oder die Sehutzgasatmosphäre im Ofen nicht unterbrochen wird.
    10. Anwendung eines Verfahrens nach Anspruch 9, wobei der
    Vorformling oder Grünling von außerhalb des gasdichten Be- hälters (Behandlungskammer) manipuliert wird (nach einem der Ansprüche 3-8) .
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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