DE1558629A1 - Verfahren zur Herstellung von aluminiumhaltigen dispersionsgehaerteten Legierungen auf der Basis von einem oder mehreren Metallen der Eisengruppe - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von aluminiumhaltigen dispersionsgehaerteten Legierungen auf der Basis von einem oder mehreren Metallen der Eisengruppe

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Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von nichtporösen, aluminiurahaltigen, dispersionsgehärteten Legierungen mit ausgezeichneter Hochtemperaturfestigkeit auf der Basis der Metalle der Eisengruppe, insbesondere ein ' Verfahren zum Legieren von Aluminium mit dispersionsgehärteten Metallen bzw. Metallegierungen der Eiseng^ruppe, wobei diese Metalle bzw. Legierungen in gleichmäßig verteilter Form ein feinkörniges hochschmelzendes Metalloxyd enthalten.
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BAB ORIGiNAL
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Unter dem.Begriff "Metalle der Eisengruppe" sind hier die Metalle Eisen, Kobalt und Nickel zu verstehen und unter dem Begriff "Legierungen der Metalle der Eisengruppe" solche Legierungen, bei denen ein Metall der Eisengruppe zu wenigstens 5° Gevi.-% in der Legierung vorhanden ist,-
Bisher wurden Legierungen, die eine Nickelmatrix und mindestens ein anderes Legierungsmetall enthielten und in denen ein hochschmelzendes Metalloxyd dispergiert war, , im allgemeinen durch Mischen.des Pulvers des Legierungsmetalles mit dispersionsgehärtetem Nickel bzw. einer dispersionsgehärteten Nickellegierung, ebenfalls in Pulverform, gemischt, danach verdichtet und zu einem festen
bzw. verformt Barren verarbeitet, der dann weiter bearbeitet/wurde. Im Falle einiger Metalle führte dieses Verfahren zu befriedigenden Ergebnissen,in anderen Fällen ergab sich eine hohe Porosität, wenn der verdichtete Pulverbarren vor der Heiß- oder Kaltverformung hitzebehandelt wurde. .eiine solche Porosität wurde vor allem dann festgestellt, wenn dispersionsgehärtete Metallpulver auf Nickelbasis mit gepulvertem Aluminium kombiniert wurden, mit dem Ziel, ein dispersionsgehärtetes Nickel-Aluminium-Legierungsprodukt herzustellen. Bei/Öiesen speziellen Verbindungen entsteht die hohe Porosität gemäß der gegenseitigen Diffusion von Nickel und Aluminium, die mit unterschiedlicher
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Geschwindigkeit folgt. Mischt man Aluminiumpulver mit einer dispersionsgehärteten Nickellegierung und verdichtet man die gemischten Pulver und unterwirft sie einer Hitzebehandlung für dan anschließende Heiß- oder Kaltverformen, so zeigen sich· nichtthorierte Bereiche da, wo die ursprünglichen Alüniniumpulverteilchen im Pulvergemisch anwesend waren.
* Gemäß der-vorliegenden Erfindung konnten die oben genannten Schwierigkeiten der bisher bekannten Verfahren zum Legieren von Aluminium mit dispersionsgehärteten ,Metallen der Eisengruppe behoben worden, ^s können nun nichtporöse «Malzprodukte hergestellt werden, indem man das dispersions'gehärtete Heta 1-1 bzw. die Legierung der eisengruppe mit dem gepulverten Aluminium mischt, in dem ein . feinkörniges hocnschmelzendes Metalloxyd dispergiert ist.
Erfindungsgemäß wird bei dem Verf-shren zum Legieren' von Aluminium mit einer dispersionsgehärteten Legierung auf Eisen-,,-.jvobalt- oder - Nickel-Basis, wobei das Metall bzw. die .Legierung: der Eisengruppe c,05-bis Io Vol.-%' eines gleichmäßig.dispergierten feinkörnigen hochschmelzenden Metalloxyds;enthält,, mit einer, freien Bildungs- ■ energie bei ,1qqo°C von mindestens l"o4 kcal/g-Atom Sauerstoff und. einer mittleren Teilchengröße von 5 bis loo · ni/U, in das feinkörnige Aluainium zunäetis.t o,c5 bis '
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Io Vol.-^ eines pulverförinigen hochschmeüzenden Metalloxyds mit einer freien Bildungsenergie bei looo°C von mindestens loA- kcal/g-Atom Sauerstoff und einer mittleren Teilchengrüße von 5 bis loo m ax dispergiert, dann ein kleinerer Teil des oxydhaltigen Aluininiumpulvers mit einem größerer. Anteil der. ciispersionsgehärteten Legierung der Llsengruppe in Pulverform gemischt, worauf man die Verfestigum-, und das Legieren bzw. Sintern durchführt.
AIn fociignete hochschmelzende Oxyde verwendet man solche, die bei locc C eine freie Eildungsenergie von uindestem: Ig^ kcal/<-"-Atom Sauerstoff aufweisen. Die folgende Tabelle zeif:t geei;aieti- Cxyde und ihre freien bildungr.energien in kcal/g-Atom Sauerstoff:
Oxyde Freie Bildungsenergie bei loop°C
I., 3 125
C-,, 122
'La2:, 121
Ee=.. 12o
ThJ2 119
i" ; i^t ' 112
Hf, 2 Io5
Ce^p Io5
BAD
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In einer bevorzugten Durchführung der Erfindung dispergiert man ein pulveriges Thoriumoxyd in Aluminiumpulver, das man dann mit dem zuvor hergestellten dispersionsgehärteten Nickel legiert.
Das folgende Beispiel dient der näheren Erläuterung der Erfindung: .
Beispiel
Ein dispersionsgehärtetes Nickelpulver, bekannt unter dem Handelsnamen "TD-Nickel", hergestellt von der E.I. du Pont de Nemours and Company, mit einer Teilchengröße kleiner 44 /um (- 325 mesh) wurde mit einem Pulver von hochreinem Aluminium (99,95%) und Thoriumoxydpulver im Verhältnis 93,6 Gew.-% Nickellegierung zu 6 Gew. -% Aluminium zu o,4 Gew.-% ThO2 gemischt. Das TD-Nickel-Pulver war durch gemeinsames Ausfällen von Thoriumoxyd und basischem Nickelcarbonat, anschließendem Calzinieren des Carbonates zu wasserhaltigem Nickeloxyd und Reduzieren dieses üxyds mit Wasserstoff hergestellt worden. Das · Pulver enthielt etwa 2% ThU2 als gleichmäßig dispergierte Teilchen mit einer Durchschnittsgröße von etwa 25 m/U.
Dia drei Pulver wurden 2 h lang in einem Doppelkonusfflischer gemischt und dann in eine Nickelkugelmühle mit Nickelkugeln gegeben und etwa 8 h lang gemahlen. Das so gebildete Pulvergemisch wurde dann hydrostatisch
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verpreßt mit einem Druck von 4,2 t/cm (6o ooo psi). Der Grünling würde maschinell bearbeitet und in eine Hülse aus weichem Stahl eingeschlossen.
Der ummantelte Preßling wurde evakuiert auf ein Vakuum von 5 x lo~^ Torr (5 microns), um adsorbierte Luft zu entfernen. Während des Svakuierens wurde der Preßling auf -etwa 99 C erwärmt. Danach wurde er 2 h bei 315°C, dann 2o h bei 62o°C und schließlich 2 h bei 9oo°C in V/asserstoff erhitzt. Danach wurde in Wasserstoff-Atmosphäre gekühlt.
Der so gesinterte Körper wurde dann bei einem Verhältnis von 8 : l bei 93o°C stranggepreßt, und danach zum Homogenisieren einer Hitzebehandlung bei 12oo°C unterworfen, während der eine starke Porenbildung eintrat. Diese Poren entstanden an den Kontaktflächen zwischen den ursprünglichen TD-Nickel-Teilchen und den Aluminium-Teilchen. Der Durchmesser, der durch dieses Ineinanderdiffundieren von Nickel und Aluminium entstandenen Poren betrug etwa 1 bis 25 /um, die Poren waren verschiedentlich miteinander verbunden und bildeten Risse im Sinterkörper.
Der extrudierte und hitzebehandelte Stab wurde dann bei lo95°C heiß auf eine Abnahme von 3o% gehämmert pid
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1&& CQl 9
dann bei 12oo°U 2 h leng vergütet und anschließend mit Wasser al-reschreckt. Diese Heil?verformung wirkte sich in Richtung einer gleichmäßigen Kornstruktur aus, zuvor zeigten sich profie Körner an den Stellen der ursprünglichen Aluminium-Teilchen und feine Körner an den ursprünglichen Stellen der TD-Nickel-Teilchen.
Das vergütete Produkt wurde kalt auf eine Abnahme von Ίο% gehämmert ,.und die ursprünglich im Körper vorhandenen Hohlräume fanden sich nach dieser* Verformung stufe in geschlossenem Zustand, wie die dunklen Linien im Kikrogefiige zeigten.
Der Körper wurde hierauf nochmals Vei lolo G 2 h lang hitzebehandelt,, womit die Wände der zusammengehämrnerten Poren zusammensinterten, so daß die Porosität im Stab praktisch vollständig eliminiert wurde.
Bei der im Beispiel beschriebenen Verfahrensweise führt da? Kahlen des Fulvergeciisches aus Thoriumoxyd, elementarem Aluminium und dispersionsgehärtetem Nickel in der Kugelmühle stt einer Einbettung· des ThJv, in Aluminiumpulver, und dieses dlspersions-modifizierte Aluminiumpulver wird zugleich gründlich gemischt mit den Teilchen des dispersionsgehärteten Nickels. Es ist notwendig,
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• . ■ ' * .-■; BAD ORIGINAL
(ip.li das ThOp im Aluminium dispergiert wird, bevor es mit dem dispersionsgehärteten Nickel mittels Verdichten, Erhitzen und Verformen legiert wird. Allerdings beschreibt das Beispiel nur eine Methode, durch die die Dispersion des ThOp im Aluminium erreicht wird, und es können auch andere Verfahren benutzt werden, beispielsweise kann elementares Aluminiumpulver mit ThOp in einem getrennten Vorgang kugelgemahlen werden,und das so erhaltene dinpersionsmodif3 zierte Aluminiumpulver kann dann mit dem dispersionsgehärteten Nickel vor dem Verdichten, Erhitzen im π Verformen, wie riier· zum vollständigen Legieren notwendig ist, sorgfältig gemischt werden.
In dem obigen T-einpiel wurde als dispersionsgehärtete Kinkel]egierung das im Handel befindliche TD-Nickel verwendet, doch künnerj auch andere dispersionsgehärtete Legierungen auf der basis von Eisen,Kobalt oder Nickel j verwendet werden.
LteF erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung nicht poröser, aluminiumhaltiger dispersionsgehärteter Legierungen eier Metalle der Eisengruppe Anwendung finden, unabhängig von dem Vorfahren, nach dem das Oxyd in Eisen, Kobalt oder Nickel bzw. deren Legierungen dispergiert wurde, und unabh:ir..:iii von dem Verfahren, nach viel ehern das die
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Festigkeit erhöhende, hochschmelzende Metalloxyd in dem
elementaren Aluminium vor dem Legieren bzw. Zusammensintern eingebracht wurde.
Patentansprüche
BAD ORfGSNAL

Claims (3)

Dft. ING. F. WUBSTHOFF · B UCVCHSN SO DIPL. ING. G. PULS . ^C^ilOERSTRASSE 3 I)R.E.v.PECHMANN rBLsrov 220*31 PATENTANWÄLTE TitceuKHUMiUi paoTxoTrATKifT ifOwona» iO lA-32 788 1558529 ' Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von aluminiumhaltigen dispersionsgehärteten Legierungen auf Basis von einem oder mehreren Metall en eier Eisengruppe, dadurch gekennzeichnet , daß man (1) Aluminiumpulver, (2) ein pulverförmiges hochschmelzendes Oxyd mit einer freien BiIdungsenergie bei looo°C von mindestens Io4 kcal/g-Atom Sauerstoff und einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 bis loo ni/U und (3) eine dispersionsgehärtete legierung auf Basis von einem oder mehreren Metallen der Eisengruppe, die selbst 0,05 bis Io V0I.-/& eines hochschmelzenden Oxyds der genannten Charakteristik enthält, mischt, wobei c,o5 bis Io Vol.-% ..xydpulver, bezogen auf Aluminium, eingesetzt werden,und in an sich bekannter Weise zu einem Pestkörper verarbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man zunächst das Cxydpulver in Aluminiumpulver dispergiert und anschließend hierzu die pulverförmig^ dispersionsgehärtete Legierung in einer Menge zumischt, die die Gesamtmenge an ^xyd- und. Aluminiumpulver übersteigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß man als dispersionsgehärtetes hetall der Eisengruppe thoriertes Nickel verwendet.
^. Verfahren na.ch Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß man als Oxydpulver Thoriumoxyd verwendet.·
009817/0702 BAd original
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DE19671558629 1966-01-10 1967-01-04 Verfahren zur Herstellung von aluminiumhaltigen dispersionsgehaerteten Legierungen auf der Basis von einem oder mehreren Metallen der Eisengruppe Pending DE1558629A1 (de)

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