DE1758186A1

DE1758186A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dispersionsgeharteter Legierungen aus der Schmelze

Info

Publication number: DE1758186A1
Application number: DE19681758186
Authority: DE
Inventors: Dr Heinrich Willter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-04-19
Filing date: 1968-04-19
Publication date: 1971-01-14

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dispersionsgehärteter Legierungen aus der Schmelze ================================== Mit Hilfe der sogenannten Dispersionshärtung ist es möglich Legierungen herzustellen, die bis zu höchsten Temperaturen eine hohe Festigkeit und ein gutes Zeitstandverhalten aufweisen, Hierbei bemiiht man sich, sehr feine Dispersionen aus Oxyden, Nitriden, Hydriden und anderen keramischen Verbindungen, die bis zum Schmelzpunkt der Legierung nicht in Lösung gehen, in eine metallische Matrix einzulagern. Das Einbringen derartiger Dispersionen bereitet jedoch Schwierigkeiten.
Meist werden feine Pulver der entsprechenden Mbtalle oder Legierungen mit sehr feinen Pulvern der keramischen Verbindungen vermischt, zu Bolzen gepre#t, gesintert und hierauf stmiggepreßt. Diese pulvermetallurgische Herstellungsweise ist-bedingt durch den Aufwand bei der Herstellung und der Weitervesrbeitung der Pulverim Grunde unbefriedigend. Der hohe Preis derart hergestellter Legierungen schränkt ihren Anwendungsbereich ein. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die meist keramische dispersions@härtende Phase in feinster Pulverform direkt in die Schmelze einzuruhren. Trotz großen Aufwandes, z. B. Beschallung mit Ultraschallwellen, ist es bisher nicht gelungen, Metalle mit einem Schmelspunkt oberhalb etwa 500°C auf diese Weise dispersionszuhärten.
Unmittelbar nach dem Einbringen in die Schmelze wachsen die feinen Teilchen zu grö#eren Agglomeraten zusammen, wodurch sie ihre festigkeitssteigernde Wirkung weitgehend verlieren. FUr eine optimale Dispersionsheirtung ist ein gleichmä#iger, sehr kleiner Teilchenabstand und ein optimale, sehr geripger Teilchendurchmesser Voraussetzung.
Die Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, ein neues Verfahren zu schaffen, das darauf abzielt, eine keramische Phase unmittelbar in der Schmelze in einer solchen Form und Verteilung so entstehen zu lassen, daß eine Dispersionshfirtung der erstarrten Schmelze erzielt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf folgendem Prinzip : Der Schmelze aus einer Legierung, die hydrid-, nitrid-und/oder oxydbildende Zusätze enthält, werden entsprechende Gase oder Gesgemische, alse z.B. Wasserstoff, Stickstoff und/ oder Sauerstoff, gegebenenfalls noch mit einem Trägergas vermischt, zugeführt, so da# eine keramisthe Phase ausfällt. Wachstum und Zusammenballung dieser keramischen Phasen werden dadurch gehindert, da# unmittelbar nach dem Einleiten dieser Gase die Schmelze sehr ranch abgekühlt wird. Damit wird die feine Dispersioti einer harten hechschmelzenden Phase - es kann sich dabei neben Oxyden, Hydriden und Nitriden auch um Carbide,SorideunaSiiieiaehandeln-fasti&Augenblick ihres Entstehens eingefroren. Ein Zusammenballen der entstandenen Dispersionen zu gro#eren Agglomeraten wird dadurch praktisch ausgeschlossen.
Das erfihdahgsgentäae Verfahren eröffnet völlig neue Möglichkeitenderbispersiohshärtüngtai'e&z.8.bisher nur mit pulvermetallurgischen Methoden möglich, etwa A1203, MgO, ZrO und ThO2 oder TiN, ZrN, HfN oder TaN in feinster Verteilung in einer Matrix z. B. auf der Basis von Aluminium, Kupfer, Eisen, Kobalt oder Nickel einzulagern, so kann dies nunmehr in einfacherer Weise so geschehen, da# diese Verbindungen direkt in der Schmelze erzougt werden.
Im folgenden wird eine erfindungsgemä#e Vorrichtung sur Durchführung dieses Verfahrens an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben. Dabei wird im wesentlichen die in der Deutschen Patentanmeldung W 27 707 VIa/31 b2 vom 23. April 1960 beschriebene Vorrichtung, ein sogenannter rotierender Saugheber benutzt. Er besteht aus einem Hohlkörper 20, der mit seinem : unteren Ende t in eine Schmelze 2 eintaucht und durch eine hohle Achse 3 in Rotation versetzt wird.
Durch die Rotation des Hohlkörpera 20 bedingt, gerAt auch die im Innern des Saughebers sich befindende Schmelze 4 in Rotation und wird aufgrund der Fliehkraft durch Offnungen 5 in Form kleiner, rasch erstarrender Tropfen 6 abgeschleudert. Neue Schmelze wird dann kontinuierlich durch eine Öffnung 7 angesaugt.
Enthält nun die Schmelze Bestandteile - etwa Zirkon, -die mit einem Gas - etwa Stickstoff, Wasserstoff oder Sauerstoff-unter Bildung einer feinen Ausscheidung einer harten, hochschmelzenden Phase, etwa ZrN, ZrH oder Zr02-reagieren, so kann das rasche Zusammenballen dieser feinen Teilchen dadurch vermieden werden, daß erfindungsgemäß das Gas, etwa N2, H2 oder °2 durch eine hohle Antriebswelle 3 zu einem porösen oder mit Ausnehmungen 10 versehenen, vorzugsweise aus keramischem Werkstoff bestehenden Sidkörperstück 9 geleitet wird, derart, daß in die ständig vorbeistreichende Schmelze 4 das Gas in Form feiner Bläschen 11 eintritt, so daß die Schmelze 4 mit dem Gas unter Bildung einer Dispersion feiner harter hochschmelzender Teilchen reagiert und dann unmittelbar danach aus den Öffnungen 5 in Form kleiner, rasch erstarrender Tropfen abgeschleudert wird.
Diese Granalien-etwa in der Form und Große von Reiskörnern-lassen sich dann ohne Schwierigkeiten zu dispersionsgehärteten Halbzeugen walzen oder strangpressen.
Der Siebkorper 9 wird vorzugsweise aus einer Fritte hergestellt, aus der dann das durch die hohl Antriebswelle eingeleitete Gas in besonders feinen Blfischen in die Schmelze Ubertritt.
In Fig. 2 ist der Siebkörper 9 nochmals in vergrößerter Darstellung gezeigt.
Der Hohlkörper kann ganz oder teilweise aus hochschmelzenden Stoffen, wie etwa Wolfram, Graphit, Carbiden oder aus Oxydkeramik bestehen.
Das Walzen von Granalien hat gegeniiber de Walzen von Blöcken u. a. den Vorteil einer geringeren Querschnittsabnahme und somit eines geringeren Energiebedarfs. Die Kosten einer entsprechenden Anlage sind geringer als die einer herkommlichen WalzenstraBe.
Bleche großer Länge können kontinuierlich gewalzt werden.
Auch lassen sich ohne Schwierigkeiten sehr breite Bleche herstellen.
Der Grundgedanke der Erfindung ist auch mit Hilfe einer Gießwalz-Maschine zu verwirklichen. Dabei wird der gasformige Stoff B einem vor einem Walzenspalt angeordneten Mundstück zugeführt, durch welches die metallische Schmelze zwischen zwei Walzen gedrückt wird. In diesem Mundttück kommt es dann zu der 6lichen Reaktion, wie sis vorstehend mit Bezug auf den rotierenden Hohlkörper beschrieben ist.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Legierungen aus einer Schmelze, die Zusätze eines Stoffes A enthält, der mit einem insbesondere gasförmigen Stoff B hochschmelzende-Verbindungen AXB bildet, dadurch gekennzeichnet, da# der Stoff B in die Schmelze (2) eingeleitet und daß unmittelbar danach die Schmelze (2) rasch abgekuhlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da# Schmelzen (2) auf der Basis von Blei, Zinn, Magnesium, Aluminium, Silber, Kupfer, Gold, Eisen, Kobalt, Nickel oder Chrom als Zusätze A Elemente der Gruppen IIa, IIIa,, IVa, Va und VIa des Periodischen Systems der Elemente einschließlich der Seltenen Erd n der Actiniden Lithium Lithium Aluminium enthalten und ein gasförmiger Stoff B zugeführt wird, der als reagierende Komponente Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff, Bor und/oder Silicium enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da# eine Kupferbasisschmelze Be, Ti, Zr, Hf, Cr und/oder V enthält und als gasförmiger Stoff N2 und/oder Og zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zink-, Aluminium-oder Magnesiumbasisschmelze Th, Seltene Eider Y, Be, Ti, Zr, Hf, St, V, Nb, Ta, Li, Ca und/oder La enthält und als gasförmiger Stoff N2, 02 und/oder H2 zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eisen-, Kobalt-oder Nickelbasisschmelze eines oder mehrerer der Elemente Al, Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Seltene Erde oder Actiniden sowie Y, Si oder B enthält und als gasförmiger Stoff N2 und/oder 02 zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennseichnet, daß das reagierende Gas mit einem inerten Trägergas vermischt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dß ein in die Schmelze (2) eintauchender Hohlkörper (20) oberhalb des Schmelzspiegels im wesentlichen radial verlaufende Ausnehmungen (5) aufweist, und da# im Bereich der Ausnehmungen (5) der Stoff B der im Hohlkörper (20) befindlichen Schmelze (5) zuführbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff B der Schmelze 4 durch einen siebartigen Körper (9) zuführbar ist.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff B über ein Mundstück einer Gie#walz-Maschine der Schmelze (4) zuführbar ist.

L e e r s e i t e