CH259878A

CH259878A - Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallkörpern.

Info

Publication number: CH259878A
Authority: CH
Inventors: Aluminium-Industrie-Aktien-Ges
Original assignee: Aluminium Ind Ag
Priority date: 1947-05-08
Filing date: 1947-05-08
Publication date: 1949-02-15

Description

Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallkörpern. Nach einem früher angemeldeten Verfah ren zur Herstellung von Leichtmetallkörpern mit einem spezifischen Gewicht von höch stens 5, vorzugsweise von höchstens 3, einer Zugfestigkeit von mindestens 30 kg/mm\ und einer Brinellhärte von mindestens 80 kg/mm' auch im geglühten Zustand wird Leicht metallpulver von einer solchen Feinheit, dass hei mindestens 50 Gewichtsprozent der Pul verteilchen wenigstens eine Dimension weni ger als 2,u beträgt, zusammengepresst und gesintert. Das Verfahren lässt sich auf ver schiedene Weise durchführen, z.

B.: a) 1. Kaltvorpressen, 2. Sintern, 3. Warmnachpremen. b) 1. Kaltvorpressen, 2. Warmnachpressen und Sintern. c) Warmpressen und Sintern.

Die überraschende Tatsache, dass Reinalu- miniumpulver Metallkörper hoher Zugfestig keit und Härte liefern kann, ist wahrschein lich auf den gleichzeitigen Einfluss der ge ringen Teilchengrösse und es das Pulver be deckenden Oxydfilms zurückzuführen. Das im wesentlichen fettfreie Aluminiumpulver, welches im Handel erhältlich ist und be kanntlich Blättchenform hat, ist meistens ohne weiteres Zutun schon genügend oxydiert und auch genügend fein, um für die Aus führung des Verfahrens brauchbar zu sein.

Eine Erhöhung des Oxydgehaltes des Alu- miniumpulvers bewirkt eine Erhöhung der Härte der hergestellten Gegenstände, wo gegen Streckgrenze, Zugfestigkeit und Deh nung abnehmen. Versuche haben gezeigt, dass praktisch oxydfreies Aluminiumpulver oder solches, das nur einige Prozent Oxyd enthält, für die Ausführung des Verfahrens unbrauch bar ist, da man dann nicht Leichtmetallkör per mit der angegebenen Zugfestigkeit und Brinellhärte erhält. Selbstverständlich steigen Zugfestigkeit und Härte mit der Erhöhung des Oxy dgehaltes nicht sprunghaft an.

Der beanspruchte Schutz erstreckt sich aber auf alle nach dem Verfahren hergestellten Leicht metallkörper, sobald die Zugfestigkeit min destens 30 kg/mm' und die Brinellhärte min destens 80 kg/mm' auch im geglühten Zu stand bei einem spezifischen Gewicht von 5 und darunter betragen. Da auch die Teilchen grösse eine Rolle spielt, kann der hierfür not wendige Mindestgehalt an Oxyd nicht ange geben werden. Für die Feststellung der Brauchbarkeit ist der Versuch massgebend.

Im Schweizer Patent Nr. 250118 ist an gegeben, dass die günstigste Temperatur für das Sintern 550-600 C beträgt. Ein Sintern ist dort auf jeden Fall vorgeschrieben. Ein gehende Versuche haben nun zum über raschenden Ergebnis geführt, dass man durch Kaltpressen und nachfolgendes Warmverfor- men von oberflächlich oxydiertem Leicht metallpulver von einer solchen Feinheit, dass bei mindestens 50 Gewichtsprozent der Pul verteilchen wenigstens eine Dimension weni- ger als 2 ,u beträgt, vorzugsweise bei Tempe raturen von über 350 , die 500 nicht zu über schreiten brauchen,

Leichtmetallkörper mit einer Zugfestigkeit von über 25, vorzugsweise von mindestens 30 kg/mm' wenigstens in einer Richtung, und mit einer Brinellhärte von min destens 75 kg/mm' auch im geglühten Zu stand erhält, ohne dass ein Sintern und ein besonderes Warmpressen notwendig sind.

Das Warmpressen zur Verdichtung des Leichtmetallkörpers, wie es im Schweizer Patent Nr.250118 angegeben ist, darf mit dem Warmverformen nicht verwechselt wer den. Ein Warmpressen liegt vor, wenn die Pulverteilchen einfach ohne eigentlichen Fliessvorgang gegeneinandergepresst werden.

was üblicherweise in einem hohlen Zylinder erfolgt, während beim Warmverformen (Strangpressen, Warmpressen im Gesenk und dergleichen) ein Fliessen, das heisst ein Auf einandergleiten der Pulverteilchen stattfindet. Unter Warmverformen ist also ein Warm pressen zu verstehen, das mit einem Kneten verbunden ist. Für den Verformungsgrad bei diesem Kneten kann kein Mindestwert ange geben werden; auch hier ist .der Versuch massgebend.

Es hat sich gezeigt, dass ein Ver- formungsgrad von über 50/'o erwünscht ist. Beim Strangpressen z. B. wird man dafür sorgen, dass die Querschni-hsverminderung 50%, vorzugsweise70% übersteigt.

Dadurch, dass man ohne Zwischenarbeits gänge vom Kaltvorpressen zum Warmverfor- men übergehen kann, spart man Zeit und kommt mit weniger Energie aus, insbesondere weil man bei weniger hohen Temperaturen arbeiten kann, um gleichwertige Ergebnisse zu erzielen.

Theoretisch könnte man ohne Kaltvor- pressen auskommen, doch würde das Weg lassen dieses Arbeitsvorganges mit techni schen Schwierigkeiten verbunden sein, die einen allfälligen Zeitgewinn in wirtschaft- licher Hinsicht illusorisch machen würden.

Beispiel Fettfreies Reinaluminiumpulver des Han dels, dessen blättchenförmige Teilchen eine Dicke unter 1,u hatten, wurde in einen Hohl zylinder von 100 mm Innendurchmesser unter einem Druck von 5 t/em@ zu einem Bolzen von 200 mm Höhe kalt gepresst. Hierauf wurde der erhaltene Bolzen auf 500 erwärmt und in einer Strangpresse durch eine Matrize von 50 mm Durchmesser gepresst. Der Rezi pient war ebenfalls auf ungefähr 500 'C er wärmt.

Die erhaltene 50 mm dicke Stange zeigte folgende Eigenschaften:
EMI0002.0062

Streckgrenze <SEP> 25-28 <SEP> kg/mm=
<tb> Zugfestigkeit <SEP> 30-33 <SEP> kg/mm'
<tb> Dehnung <SEP> (d <SEP> 10) <SEP> 6-8
<tb> Brinellhärte <SEP> 80-95 <SEP> kg/mm= Es ist noch zu erwähnen, dass die erfin dungsgemässen Leichtmetallkörper, wenn sie aus Reinaluminiumpulver hergestellt sind, eine verhältnismässig hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit im Vergleich zu Aluminiumlegierungen mit ähnlichen Festig- keiten bei Raumtemperaturen besitzen.

Ausserdem liegt der 'W'ärme-Ausdehnungs- koeffizient an der untern Grenze der für Aluminium, - Kolben - Legierungen geltenden Werte.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Leichtmetallkörper gemäss .der Erfindung raumbeständig sind, das heisst, dass sie keine bleibende Volumenvergrösserung durch Er wärmung erleiden.

Die Warmdauerstandfestigkeit dieser Kör per ist unvergleichlich besser als diejenige der bekannten Aluminiumlegierungen. Die Deh nungsgeschwindigkeit beträgt z. B. bei 250 C zwischen der 25. und der 35. Belastungs- stunde 0,62X10-3%/h unter einer Belastung von 9 kg/mm';

unter denselben Bedingungen erhält man bei einer vergüteten Al-Cu-Mg- Legierung eine Dehngeschwindigkeit von 295X10-3%/h, also rund das Fünfhundert fache.

Wenn die Körper nur aus Reinaluminium- pulver hergestellt sind, weisen sie im Salz sprühbad dieselbe Korrosionsfestigkeit wie Reinaluminium auf. Durch Zusatz von bestimmten Fremd metallpulvern zu Aluminiumpulver oder durch Verwendung von pulverisierten Aluminium legierungen kann man nach dem erfindungs gemässen Verfahren Leichtmetallkörper er halten, die sich durch Wärmebehandlung (Glühen, Abschrecken und gegebenenfalls Warmauslagern) aushärten (vergüten) lassen, wobei für die Streckgrenze, die Zugfestigkeit. und die Brinellhärte Werte erzielt werden.

welche die der aus Reinaluminiumpulver her aestellten Körper übersteigen.

Die gleichzeitige Verwendung von Pul vern verschiedener Zusammensetzung ermög licht die Herstellung von Körpern mit un gleichmässig verteilten Eigenschaften, was beispielsweise bei Kolben für Brennkraft- maschinen oft erwünscht ist, da der Kolben boden andern Beansprucbungen unterworfen wird als der Kolbenmantel.

Eine Erhöhung des Oxydgehaltes des Leichtmetallpulvers über das Optimum bewirkt eine Erhöhung der Härte, wogegen Streck grenze und Zugfestigkeit abnehmen. Man hat es in der Hand, durch Verwendung von Leichtmetallpulvern verschiedenen Oxydge- haltes Presskörper herzustellen, die z. B. eine härtere Oberfläche und einen zugfesteren Kern besitzen. Man kann auch z. B. Pulver mit einheitlichem Oxydgehalt verwenden und den vorgepressten Körper durch geeignete Behandlung im Oberflächenbereich an Oxyd anreichern.

Das Leichtmetallpulver kann trocken be nützt werden. Es kann aber auch vorteilhaft sein, es mit einem flüssigen Stoff, z. B. mit Wasser, anzurühren und in teigiger Form der Presse zuzuführen. Es ist meistens nicht notwendig, die Verarbeitung in einer beson deren Atmosphäre durchzuführen, doch kann die Anwendung einer solchen unter Umstän den zweckmässig sein, z. B. wenn man dem Oberflächenbereich des Körpers abgeänderte Eigenschaften erteilen will. Um eine weiter- ;ehende Oxydation zu verhindern; kann es 2:weckmässig sein, den Körper unter einer Schutzatmosphäre, z. B. von Wasserstoff oder Stickstoff, herzustellen, insbesondere warm zu verformen.

Es ist selbstverständlich möglich, die Herstellung des Leichtmetall körpers ganz oder teilweise bei Unterdruck oder Überdruck durchzuführen.

Die nach dem Verfahren gemäss der Er findung hergestellten Metallkörper eignen sich z. B. vorzüglich für solche Zwecke, bei welchen hohe Festigkeiten verlangt werden und hohe Temperaturen herrschen, z. B. für Kolben von Brennkraftmaschinen, Kolben ringe, Leitschaufeln von Dampf- und Gas turbinen, Teile von Düsenantriebsaggregatsn.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Herstellung von Leicht rnetallkörpern mit einem spezifischen Ge wicht von höchstens 5, einer Zugfestigkeit von über 25 kg/mm' wenigstens in einer Rich tung und einer Brinellhärte von mindestens 75 kg/mm' auch im geglühten Zustand, da durch gekennzeichnet, dass man oberflächlich oxydiertes Leichtmetallpulver von einer sol chen Feinheit kalt zusammenpresst und dann warm verformt, dass bei mindestens 50 Ge wichtsprozent der Pulverteilchen wenigstens eine Dimension weniger als 2,u beträgt. 1I. Gemäss dem Verfahren nach Patent anspruch I hergestellter Leichtmetallkörper. UNTERANSPRtrCHE 1.

Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man Aluminium pulver verwendet. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man Pulver aus einer Aluminiumlegierung verwendet. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man Aluminium pulver verwendet, dem weitere Stoffe zuge setzt sind. 4. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man Aluminiumpulver verwendet, dem Legierungselemente zugesetzt sind. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man verschiedene Teile des Leichtmetallkörpers mit Leicht- metallpulver von verschiedenem Oxydgehalt herstellt. 6.

Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man für den Oberflächenbereich des Leichtmetallkörpers ein Leichtmetallpulver mit höherem Oxydgehalt verwendet. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass man den kalt vor gepressten Körper in. seinem Oberflächenbe reich an Oxyd anreichert. B. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Warmverfor mung durch Strangpressen erfolgt. 9. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverminderung beim Strangpressen 50 % übersteigt. 10.

Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 8 und 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Querschnittsverminderung beim Strangpressen 70% übersteigt. 11. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Warmverfor mung durch Warmpressen im Gesenk erfolgt. 12. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Warmverfor mung bei Temperaturen zwischen 350 und 500 C erfolgt. 13.

Leichtmetallkörper nach Patentan- spruGh II, dadurch gekennzeichnet, dass er aus oberflächlich oxydierten Aluminiumlegie- rungsteilchen besteht. 14. Leichtmetallkörper nach Patentan spruch II, dadurch gekennzeichnet, dass er aus oberflächlich oxydierten Aluminiumteil chen und einem andern pulverförmigen Stoff besteht.