Verfahren zur Herstellung eines sprengplattierten Verbiindwerkstoffs
In den US-Patentschriften Nrn. 3 137 937 und 3 233 312 werden Verfahren zur Sprengplattierung von Metallen und die dabei erhaltenen Erzeugnisse beschrieben. Eines der kritischen Merkmale dieser Verfahren ist, dass die Detonationsgeschwindigkeit des Sprengstoffes weniger als 120 %, vorzugsweise weniger als 100 %, der Schallgeschwindigkeit des Metalls in dem System sein soll, das die höchste Schallgeschwindigkeit hat. Bei den dort im einzelnen offenbarten Sprengstoffen betrug jedoch die niedrigste Detonationsgeschwindigkeit 3900 m/sec. Die unter den im einzelnen offenbarten Bedingungen (unter Verwendung der spezifischen Sprengstoffe) erhaltenen Produkte waren metallurgisch (im Gegensatz zu mechanisch) gebunden.
Diese Bindung verlief dabei im wesentlichen kontinuierlich oder ununterbrochen über die ganze Grenzfläche, wie es für wirklich plattierte Erzeugnisse erforderlich ist. Überraschenderweise lag an der Bindezone keine Metalldiftusion vor. Die erhaltenen Bindezonen enthielten Bereiche einer Legierung, die im wesentlichen in ihrer Zusammensetzung homogen war und somit im Gegensatz zu den bisher bekannten Bindezonen stand, welche aufgrund der Diffusion eines oder mehrerer der Metallbestandteile in das andere Metall steigende bzw. sinkende Mengen eines jeden Metallbestandteiles enthielten.
Diese homogene Legierung lag an der Grenzfläche entweder als eine kontinuierliche Schicht einer im allgemeinen mehr oder weniger geraden Konfiguration oder in Form auseinanderliegender Inseln vor, die durch direkte Metall-Metall-Bindung in einer Grenzfläche von im allgemeinen welliger Kontur voneinander getrennt sind.
Eine Abänderung dieses Grundverfahrens ist in der eigenen US-Patentschrift Nr. 3 264 731 beschrieben, nach der die zu plattierenden Metallschichten anfangs in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet werden. Bei dieser Abänderung, die in der Anwendung eines bestimmten Ausgangswinkels liegt, wird das kritische Merkmal (weniger als 120 %, vorzugsweise weniger als 100 %, der Schallgeschwindigkeit in dem Metall des Systems, das die höchste Schallgeschwindigkeit hat) als Kollisionsgeschwindigkeit bezeichnet. Bei einem parallelen Piattierungssystem sind Kollisionsgeschwindigkeit und Detonationsgeschwindigkeit gleich.
Verhältnismässig hohe Kollisionsgeschwindigkeiten kamen in den Beispielen dieses Falles mit einer bestimmten Winkelanordnung bei den bevorzugten niedrigen Ausgangswinkeln zur Anwendung.
Unter Kollisionsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit zu verstehen, mit der die Linie (oder Zone) der Kollision längs der zu bindenden Metallschichten entlang wandert, wie bei dem obigen Fall mit einem bestimmten Ausgangswinkel erörtert wurde. Für jede Metallschicht kann die Kollisionsgeschwindigkeit leicht verschieden sein, in den meisten erfindungsgemässen Fällen ist die Koilisionsgeschwindigkeit jedoch im wesentlichen die gleiche. In jedem Fall sollten die Kollisionsgeschwindigkeiten aller verwendeten Metallschichten innerhalb der angegebenen Grenzen liegen.
Unter Aufschiagwinkel soll der Winkel zwischen benachbarten Teilen der Schichten an dem Kollisionspunkt (oder der Kollisionslinie) verstanden werden, im Gegensatz zu dem Ausgangswinkel, bei dem die Platten als Ganzes zueinander für ein Winkel-Plattierungssystem angeordnet sind. Es gibt daher bei einem parallelen Plattierungssystem nur einen Aufschlagwinkel. Der Auf schiagwinkel hängt von dem Abstand der Platten, dem Sprengstoff, dem Metallwerkstoff und dem Ausgangswinkel ab, wenn nach einem Winkel-Plattierungsverfahren gearbeitet wird.
Überraschenderweise wurde nun ein Verfahren zur Herstellung eines sprengpiattierten Verbundwerkstoffs aus im Abstand voneinander und praktisch parallel zu- einander angeordneten Metallschichten mit detonierendem Sprengmittel, wobei die Kollision mit einer Geschwindigkeit über den Körper fortschreitet, die mindestens 1200 mlsec beträgt, jedoch geringer ist als die Schallgeschwindigkeit in der Metallschicht, das die höchste Schallgeschwindigkeit hat, gefunden, das Erzeugnisse mit überraschenden neuen und verbesserten Eigenschaften liefert und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kot- lisionsgeschwindigkeit innerhalb des oben genannten Bereichs so gering ist,
dass die Summe aller Volumina voll erstarrter Schmelze, die sich in der Bindezone bildet; dividiert durch die Grösse der Grenzfläche, 0 bis 10 Ecm ist und vorzugsweise nicht grösser als 1 ,um ist.
Es wird angenommen, dass das Vorliegen einer Legierung seine Ursache darin hat, dass während des Piat- fierungsverfahrens etwas Metall an der Grenzfläche schmilzt und sich dann in Form einer Legierung wieder erhärtet. Zur Verhinderung einer Legierungsbildung wird es daher für notwendig oder wünschenswert efach- tet, die Bildung einer Schmelze in der Bindezone möglichst gering zu halten. Die gleichen Betrachtungen dürften auch dann gelten, wenn Schichten des gleichen Me- talls aufeinander plattiert werden sollten. Es dürfte in der Tat verwunderlich erscheinen, dass man die Vermeidung der Bildung einer Schmelze anstrebt, da man annehmen könnte, dass derartige Bindungen in Abwesenheit irgendeiner Verschmelzung schwächer sein würden, als wenn es im Verlaufe der Bindung zu einem Schmelzen käme.
Einige Metallkombinationen bilden jedoch spröde intermetallische Verbindungen, sie wären eine Ursache für Schwächung des Materials. In jedem Fall ist es erfindungsgemäss erforderlich, die Bildung von Schmelze in der Bindezone möglichst zu vermeiden und, wenn eine Schmelze vorliegt, eine äquivalente Dicke der Schmelze von weniger als 10 ,rom, vorzugsweise von weniger als 1 ,um, zu haben. Diese äquivalente Dicke der Schmelze ist die Summe aller Volumina von Schmelze (Legierung) in der Bindezone, dividiert durch die Fläche der Grenzfläche, d. h. sie ist die Dicke einer imaginären Schicht gleichförmiger Dicke, die aus der Summe all der Bereiche der Schmelze besteht, die gleichförmig über die gesamte Grenzfläche oder Bindezone verteilt sind.
In der Praxis kann sie dadurch gemessen werden, dass man einen Schnitt durch eine Piattierung in Richtung des Fortschreitens der Detonation vornimmt, die Zonen der Schmelze bestimmt und durch die Länge der Bindezone dividiert. Für eine grössere Genauigkeit kann man mehrere Schnitte nehmen und einen Mittelwert bilden. Selbstverständlich sind die Zonen der Schmelze, die in diesen Schnitten als Flächen gesehen werden, in Wirklichkeit langgezogene Bänder bzw. Streifen, die die ungefähre Kontur der Detonationsfront haben.
Jede Schmelze, die gebildet wird, hat anfangs im wesentlichen durch und durch homogene Zusammenset- zung; die Zusammensetzung liegt zwischen denjenigen der beiden Schichten auf beiden Seiten. Wenn die Schmelze anfänglich gebildet wird, so ist vorzugsweise im wesentlichen keine Diffusion erkennbar, d. h. es gibt keinen Gradienten in der Zusammensetzung, der sich beispielsweise mit einer Elektronensonde oder durch mehrere aufeinanderfolgende Schnitte und Untersuchung dieser feststellen liesse, und zwar bei einer Auflösung bis 0,2 ftm, obwohl anschliessende Behandlungen der plat tierten Verbundstoffe eine Diffusion verursachen könn ten.
Ein Erzeugnis mit einer im wesentlichen gleichförmis gen wellenartigen Grenzfläche wird im allgemeinen wegen seiner besseren Festigkeitseigenschaften bevorzugt.
Die Wellen haben gewöhnlich eine Amplitude von wenigstens 5 /ss.m und eine obere Grenze von vorzugsweise nicht mehr als 50 S der Dicke der dünneren Schicht. Die bevorzugte parallele Plattierung erleichtert die Bildung von im wesentlichen gleichförmigen Wellen, was im allgemeinen zu gleichförmigeren mechanischen Eigenschaften führt.
Die Vorteile, die bei einigen solcher piattierter Erzeugnisse gefunden wurden, die keine wesentliche Schmelze in der Bindezone enthielten, gehen aus den Beispielen deutlicher hervor. Sie bestehen insbesondere in der Duktilität, wobei die plallierten Verbundstoffe vorzugsweise eine Dehnung von mindestens 85 % der am wenigsten duktilen Grundschicht haben, in einer Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Spannungen, insbesondere einer hohen Scherfestigleeit, vorzugsweise wenigstens in der Grössenordnung der Grundmetalle, wenn diese parallel zu der Grenzfläche und senkrecht zu den Wellen gemessen wurde, und in einer Bearbeitbar- keit des Produktes, wie beispielsweise einer Formbarkeit.
Es wird angenommen, dass der Aufschlagwinkel einen bedeutenden Einfluss auf einige dieser Eigenschaften haben kann, dass jedoch dessen Bedeutung in starkem Masse verringert ist, wenn man nach der vorliegenden Erfindung arbeitet. Dies erleichtert vorteilhaft die Kontrolle bzw. Steuerung des Produktes, d. h. es erlaubt eine grössere Variationsbreite der Verfahreusbedingun- gen und führt zugleich zu Erzeugnissen einheitlicherer und zuverlässlicher Qualität.
Es wird angenommen, dass es für die meisten Metalle eine kritische Kollisionsgeschwindigkeit gibt, die im allgemeinen 2300 bis 2500 m/sec beträgt, wobei es unterhalb dieser kritischen Geschwindigkeit im allgemeinen möglich ist, die Bildung irgendeiner wesentlichen Legierung, d. h. Schmelze, zu vermeiden, und zwar wenigstens einer solchen Schmelze, die bei 250facher Vergrösserung erkennbar ist, wobei oberhalb dieses Wertes die Menge an gebildeter Schmelze mit der Kollisionsge- schwindigkeit bei jedem gegebenen Aufschlagwinkel zunimmt. Es wäre daher zu erwar.en, dass man bei sehr niedrigen Kollisionsgeschwindigkeften zuverlässig arbeiten könnte, um eine gute Bindung zu erhalten und zugleich die Bildung von Schmelze zu vermeiden.
Da die Detonationsgeschwindigkeit von zur Zeit verfügbaren Sprengstoffen niedrig ist, wird es in der Praxis jedoch zunehmend schwieriger, reproduzierbare Detonation bei irgendeiner gegebenen Geschwindigkeit zu erhalten. Dar über hinaus möchte man vorzugsweise eine wellenförmige Grenzfläche bekommen, da die Bedingungen leichter gesteuert werden können, bei denen man eine starke Bindung erhält. Aus Gründen der Festigkeit der Bindung und der Zuverlässigkeit arbeitet man daher im Mi- gemeinen vorzugsweise bei einer möglichst hohen Detonationsgeschwindigkeit innerhalb des Kollisionsgeschwindigkeitsbereiches, der für die besondere Kombination von Metallen zulässig ist, wobei man immer die Menge der gebildeten Schmelze zu verringern sucht.
Dies sind praktisch die Gründe dafür, warum man vorzugsweise bei Kollisionsgeschwindigkeiten über 1400 m/sec, insbesondere über 1900 m/sec, für die meisten Metalle arbeitet.
Ein weiterer Vorteil beim Arbeiten bei einer Kolli sionsgeschwindigkeit unterhalb der kritischen Geschwin digkeit ist, dass die Amplitude einer wellenförmigen
Bindezone, die im allgemeinen bevorzugt wird, beacht lich kleiner ist als die, die bei dem gleichen Aufschlag winkel unter Anwendung einer über dem kritischen Be reich liegenden Kollisionsgeschwindigkeit gebildet wird.
Extrem grosse Amplituden sind bei dünnen Schichten nicht erwünscht, da die Oberflächenkontur solcher Schichten beeinflusst werden kann.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Sprengstoffplattierung zweier oder mehrerer Metallschichten, bei dem ein derartiger Sprengstoff und solche Plattierungsbedingnngen zur Anwendung kommen, dass eine wesentliche Bildung einer Schmelze an der Grenzfläche während des Plattierungsverfahrens vermieden wird.
Sprengstoffe mit einer Detonationsgeschwindigkeit von oder unter im wesentlichen 2500 m/sec, wie dies im allgemeinen für ein paralleles Plattierungsverfahren gemäss der Erfindung erforderlich ist, sind Nitroguanidin mit niedrigem Schüttgewicht und selbsttragende, faserige, filzartige Sprengstoffe in Plattenform (z. B. auf der Grundlage von PETN und RDX), wie sie in der US-Patentschrift Nr. 3 102 833 beschrieben sind, und Sprengstoffe, wie sie in U. S. Bureau of Mines Information, Circuiar 8087 (1962), aufgeführt sind. Zur Plattierung unter einem bestimmten Winkel lassen sich die gleichen Sprengstoffe verwenden. Ferner können hierfür Sprengstoffe mit höheren Detonationsgeschwindigkeiten verwendet werden, als sie sich unter den betrachteten Ver fahreusbedingungen anwenden lassen.
Die zu plattierenden Metailwerkstoffe können gleich oder verschieden sein und schliessen auch Legierungen ein, wobei die meisten Metalle für das erfindungsgemässe Verfahren geeignet sein können. Metalle mit höherem spezifischem Gewicht ergaben im allgemeinen gute Bindungen ohne wesentliche Schmelze bei niedrigeren Kollisionsgeschwindigkeiten als Metalle mit niedrigerem spezifischem Gewicht. Dies hängt jedoch auch von anderen Faktoren ab, die das Ergebnis beeinflussen können.
Metalle mit einem spezifischen Gewicht von wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 4 und bis hinauf zu 17, insbesondere Kupfer, Nickel, Eisen, Silber, Titan, Zirkonium, Tantal und deren Legierungen, die beispielsweise bis zu 50 Ges.%, vorzugsweise bis zu 30 Gew. O, andere Legierungselemente enthalten, führten auf diese Weise zu guten Ergebnissen. Werden verschiedene Metalle zusammenplattiert, so sollte die Differenz ihrer spezifischen Gewichte vorzugsweise nicht über 9 hinaus gehen. Auch Metalle mit einer niedrigen Wärmekapazität und/oder einem niedrigen Schmelzpunkt dürfen eher Probleme verursachen, wenn man keine Schmelze erzielen möchte.
In ähnlicher Weise nimmt man an, dass Metalle, die unter schneller Belastung hohe Festigkeit haben, höhere Detonationsgeschwindigkeiten benöXiigen, wenn man andere Faktoren ausser acht lassen kann. Man sollte ein Metall mit ausreichender Duktilität verwenden, so dass es die gewählten Plattierungsbedingungen aushält, d. h. es sollte weder bersten noch reissen, im allgemeinen soll die Dehnung wenigstens 5 S betragen.
Im allgemei- nen ist es besser, die duktilere Schicht als Piattierungs- schicht und die weniger duktile Schicht als Grundwerkstoff zu verwenden, wenn man in einem Zweischichtensystem die Wahl hat und eine wesentliche Möglichkeit besteht, dass die weniger duktile Schicht reisst Zu andere ren geeigneten Metallen und deren Legierungen, die beispielsweise wenigstens 50 Gew.,0; anderer Elemente enthalten, gehören Aluminium, Niob, Chrom, Kobalt, Vanadium, Platin und Gold. Besonders gute Plattierungen bzw. Verbundstoffe lassen sich unter anderem durch Kombinationen erreichen, die sonst spröde intermetallische Phasen an ihren Grenzflächen bilden würden, z. B.
Titan-, Tantal-, Kupfer- und Zirkonium-Stahlkombina tieren und Kupfer- und Titan-Aluminiumkombinationen.
Wie bereits oben gesagt wurde, kann der Aufschlag winkel zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse von Bedeutung sein. Bei jedem gegebenen Piattierungssystem scheint eine erfolgreiche Plattierung innerhalb des unteren Kollisionsgeschwindigkeisshereichs gemäss der vorliegenden Erfindung einen grösseren minimalen Auf schiagwinkel zu erfordern, -als er für Piattierungsverfah- ren über 2500 m/sec notwendig ist. Dieser grössere Aufschlagwinkel lässt sich dadurch erreichen, dass man den Abstand und/oder die Sprengladung erhöht. Der genaue Wert lässt sich empirisch für jede besondere Metallkombination ermitteln, ein Winkel von etwa 100 ist jedoch gewöhnlich ausreichend, wobei z.
B. der Bereich von im wesentlichen 4 bis 180 für Nickel und von 7 bis 200 für Titan zweckmässig ist.
Der Abstand zwischen den Platten kann durch speziell anzuwendende Bänder gegeben sein (US-Patentschrift Nr. 3 205 574). Abstände von wenigstens 0,3 und bis hinauf zu der 4fachen Dicke der Piattierungsschicht werden im allgemeinen, insbesondere bei der bevorzugten parallelen Plattierung, bevorzugt. Die Sprengladungen zeigen im allgemeinen mit dem Abstand und mit der Masse der Piattierungsschicht. Sie betragen vorzugsweise wenigstens das 0,2- bis 3- oder sogar das 8fache Gewicht der Plattierungsschicht. Im allgemeinen werden sie so gewählt, dass die Plattierungsschicht eine Geschwindig Breit von wenigstens 130 mlsec zur Zeit der Kollision hat.
Wird anfänglich ein Winkel angewendet, so soll dieser unter 100, vorzugsweise unter 50 liegen, da grössere Winkel, abgesehen von verfahrenstechnischen Schwierigkeiten, zur Bildung uneinheitlicher Produkte führen.
Es wird festgestellt, dass sich die erfindungsgemässen Verbundwerkstoffe verschiedener Metalle, welche praktisch keine Schmelze an der Grenzfläche enthalten, von bekannten Verbundstoffen unterscheiden. Das erfindungsgemässe Verfahren führt zu vielschichtigen Ver bundstoffen aus wenigstens zwei miteinander verbundenen metallischen Schichten, wobei deren benachbarte Schichten verschiedene Zusammensetzung haben und über wenigstens 90 S der dazwischenliegenden Grenzfläche durch eine praktisch diffusionslose Bindung verbunden sind, wobei der Verbundwerkstoff in der Grenzschicht zu beiden Seiten der Metallbindung einen mikrophotographisch erkennbaren, in Richtung der Kollision und praktisch parallel zur Grenzfläche verlaufenden und auf die Bindungszone beschränkten, plastischen Metallfluss aufweist,
wobei in der Bindezone vorhandene, erstarrte Schmelze in lokalisierten Zonen zwischen den Metallschichten und zwischen Bereichen nicht rein mechanischer Metall-Metall-Bindung der Grenzfläche verteilt vorliegt und wobei die Summe aller Volumina von Schmelze, die in der Bindezone vorhanden ist, dividiert durch die Grösse der Grenzfläche, nicht grösser als 1 Erm ist.
Unter geordneter plastischer Deformation ist eine regelmässige plastische Gesamtdeformation in einer im wesentlichen zu der Kollisionsfront senkrechten Hauptrichtung zu verstehen, d. h. in Richtung der Kollision und im allgemeinen parallel zu und in der Nähe der Grcnzfläche lokalisiert. Diese Deformation folgt der allgemeinen Kontur der Grenzfläche; sie ist beispielsweise bei einer wellenförmigen Grenzfläche parallel oder liegt innerhalb eines kleinen Winkels, wie 10 bis 200. Die Db formation ist dicht an der Grenzfläche einer jeden Seite hiervon konzentriert.
Sie liegt gewöhnlich innerhalb von weniger als etwa 25 % der Stärke der dünnen Schicht, gemessen von der Mitte zwischen aufeinanderfolgenden Bergen und Tälern einer wellenförmigen Grenzfläche, und für gewöhnlich geht die Deformation nicht über einen Abstand von mehr als zweimal die Länge einer solchen Amplitude über die Berge hinaus.
Zu den erfindungsgemäss hergestellten Erzeugnissen gehören insbesondere Erzeugnisse von Piattierungswer- ken (clad mill products), d. h. Erzeugnisse mit einer minimalen bezeichnenden Abmessung von 7,5 cm, wie Bänder, Stäbe, Stangen und Rohre einer Länge von we nigstens 7,5 cm und Platten und Bleche mit jeweils einer Länge und Breite von wenigstens 7,5 cm.
Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfah- rens geeignet ist.
Fig. 2, 3, 3A und 3B sind Mikrophotographien piat- tierter Erzeugnisse, die in den Beispielen näher erläutert werden.
In Fig. 1 sind ein Grundwerkstoff bzw. eine Metallgrundplatte 1 und ein Auflagewerkstoff 2 Parallel zuein- ander und im Abstand voneinander angeordnet. Der Abstand 3 wird dabei durch gewundene Metallbänder 4 hergestellt, die sich an den Ecken der Platte befinden. Diese Anordnung ist mit einer überstehenden Schicht eines körnigen Sprengstoffes 5 versehen, der in dem Behälter 6 gehalten wird, der beispielsweise aus Pappe besteht.
Diese Schicht erstreckt sich über die parallele Plattenan- ordnung und über den Metallstreifen 2a hinaus, der die gleiche Zusammensetzung und Stärke wie die Plattie- rungspiatte 2 hat. Das Metallband und die Ausdehnung der Sprengstoffschicht sollten vorzugsweise eine erhöhte Sicherheit dafür bieten, dass es zu einer guten Bindung an dem Ende der Platten nächst dem Sprengstoffzundpunkt kommt. Die Sprengstoffschicht 5 wird durch ein elektriy sches Zündhütehen 7 gezündet, dessen Drähte 8 zu einer Stromquelle führen.
Nach der Zündung der Sprengstoffschicht 5 wird die Platte 2 gegen die Platte 1 geschleudert und kollidiert progressiv mit dieser, während die Detonation durch die Schicht 5 fortschreitet, wobei die Kollisionsgeschwindigkeit der Detonationsgeschwindig keit der Sprengstoffschicht 5 entspricht.
Die Erfindung wird anhand der Beispiele näher erläutert. Alle Teile und Prozentangaben verstehen sich als Gewichtsangaben, es sei denn, dass etwas anderes angegeben ist, wie beispielsweise im Falle der Grenzfläche die prozentuale Grenzfläche. Die allgemeine Anordnung für die parallele Plattierung der Beispiele 1 bis 3 ist in Fig. 1 gezeigt. Die Veränderungen der Detonationsgeschwindigkeiten des Sprengstoffes bis hinauf zu 3000 m/sec in den Beispielen 1 und 2 lassen sich dadurch erreichen, dass man in die Sprengstoffmischungen variierende Mengen nichtexplosiver Bestandteile einmischt, z. B. dadurch, dass man die Menge des Maismehis in einer Nitroguanidin-Maismehl-Mischung zur Erniedri- gung der Detonationsgeschwindigkeit erhöht.
Beispielsweise beträgt die Detonationsgeschwindigkeit einer 70: 30 Nitroguanidin-Maismehl-Mischung 2000 m/sec.
Oberhalb 3000 m/sec lassen sich die Sprengstoffzubereitungen der US-Patentschrift Nr. 3 102 833 verwenden.
Die Kollisions- und Plattengeschwindigkeit sowie der Plattenaufschlagswinkel werden (mit Ausnahme für das Beispiel 3 der Proben 2 bis 10) durch eine Folge von Rahmenkameras (framing-camera sequences) gemessen, wobei die Technik einer reflektierten Gitterversetzung (reflected-grit-displacement) verwendet wird. Die Detonationsgeschwindigkeiten im Beispiel 3, Proben 2 bis 10, wurden nach dem Stiftverfahren (pin method) gemessen. Die Metalloberflächen wurden durch Abschleifen mit einer Sandschleifscheibe und Entfettung mit A1- kohol vorbereitet.
Beispiel 1
Eine Reihe von Grundplatten aus Weichstahl der Sorte 1008 (etwa 0,08 % Kohlenstoff) mit einer Stärke von 1,25 cm wird durch Explosion mit Nickelpiatten (Sorte A, d. h. wenigstens 99 % Reinheit) mit 3 mm Stärke parallel plattiert, und zwar mit Koilisionsgeschwindigkei- ten, Abständen, Plattengeschwindigkeiten und Auf schlagwinkein, wie sie aus der Tabelle I hervorgehen.
Es ergeben sich dabei Nickel-Stahlplattierungen, die alle an der Grenzfläche zwischen den Platten zu über 90% verbunden sind und die in Tabelle 1 angegebenen Eigenschaften der Bindezone haben. Beide Platten haben im wesentlichen der Abmessungen 18 x 23 cm, die Nickelschicht hat jedoch auch ein Zündausdehnungsband von 2,5 cm, längs einer 18 cm langen Seite. Die Sprengstoffmenge ist so gewählt, dass sie den angegebenen Auf schlagwinkel ergibt, sie liegt zwischen dem 0,2- und 3fachen Gewicht der Nickelauflageschicht.
Tabelle 1 Nickel-Stahl-Verbundstoffe
EMI4.1
<tb> <SEP> Eigenschaften <SEP> der <SEP> Platten- <SEP> EigenschaftenderBindungszone
<tb> <SEP> geschwindigkeit <SEP> <SEP> geschwindigkeit <SEP> <SEP> Platten- <SEP> Art <SEP> Wellen <SEP> Ampli- <SEP> Dicke <SEP> der
<tb> <SEP> geschwindigkeit <SEP> (mm) <SEP> geschwindigkeit <SEP> aufschlag- <SEP> Art <SEP> länge <SEP> tude <SEP> Schmelze
<tb> <SEP> (m/sec) <SEP> (m/sec) <SEP> winkel <SEP> * <SEP> <SEP> (y) <SEP> <SEP> (5) <SEP>
<tb> <SEP> a <SEP> 1650 <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP> 215 <SEP> 7,4 <SEP> gerade <SEP> und <SEP> 112 <SEP> 10 <SEP> < 1
<tb> <SEP> b <SEP> b <SEP> <SEP> 2000 <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP>
250 <SEP> 7,0 <SEP> wellenförmig <SEP> 103 <SEP> 11 <SEP> < 1
<tb> <SEP> c <SEP> 2500 <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP> 270 <SEP> 6,6 <SEP> <SEP> 236 <SEP> 39 <SEP> 1,6
<tb> <SEP> d <SEP> 3600 <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP> 410 <SEP> 6,5 <SEP> <SEP> <SEP> 254 <SEP> 38 <SEP> 5,1
<tb> <SEP> a <SEP> 2000 <SEP> 85 <SEP> (2,2) <SEP> 310 <SEP> 8,7 <SEP> <SEP> 318 <SEP> 41 <SEP> < 1 <SEP>
<tb> 2 <SEP> b <SEP> 2500 <SEP> 85 <SEP> (2,2) <SEP> 337 <SEP> 8,2 <SEP> <SEP> 425 <SEP> 76 <SEP> 3,9
<tb> <SEP> c <SEP> 3600 <SEP> 85 <SEP> (2,2) <SEP> 510 <SEP> 8,25 <SEP> <SEP> 590 <SEP> 96 <SEP> 9,8
<tb> <SEP> a <SEP> 1650 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 325 <SEP> 11,2 <SEP> <SEP> 520 <SEP> 52 <SEP> < 1
<tb> <SEP> b <SEP> b <SEP> <SEP> 2000 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 372 <SEP> 10,5 <SEP> <SEP>
<SEP> 5167 <SEP> <SEP> 88 <SEP> < 1 <SEP>
<tb> 3 <SEP> c <SEP> 2500 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 407 <SEP> 9,7 <SEP> a <SEP> <SEP> 671 <SEP> 121 <SEP> 6,0
<tb> <SEP> d <SEP> 3600 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 625 <SEP> 9,95 <SEP> <SEP> 739 <SEP> 146 <SEP> 28,8
<tb>
EMI5.1
<SEP> Eigenschaften <SEP> der <SEP> Bindungszone
<tb> <SEP> Kollisions- <SEP> Abstand <SEP> Platten- <SEP> Platten- <SEP> Eigenschaften <SEP> der <SEP> Bindungszone
<tb> <SEP> geschwindigkeit <SEP> (mm) <SEP> geschwindigkeitaufschlag- <SEP> Art <SEP> Wellen- <SEP> Ampli- <SEP> <SEP> Dicke <SEP> der
<tb> <SEP> länge <SEP> <SEP> (mm) <SEP> geschwindigkeit <SEP> aufschlag- <SEP> Art <SEP> länge <SEP> tude <SEP>
Schmelze
<tb> <SEP> (m/sec) <SEP> (m/sec) <SEP> winkel* <SEP> (,u) <SEP> <SEP> (,u) <SEP> <SEP> zur <SEP>
<tb> <SEP> a <SEP> 2000 <SEP> 250 <SEP> (6,25) <SEP> 420 <SEP> 11,8 <SEP> gerade <SEP> und <SEP> 790 <SEP> 132 <SEP> < 1
<tb> 2500 <SEP> <SEP> 250 <SEP> (6,25) <SEP> 462 <SEP> 10,8 <SEP> wellenförmig <SEP> 895 <SEP> 171 <SEP> 9,0
<tb> <SEP> #c <SEP> 3600 <SEP> <SEP> 250 <SEP> (6,25) <SEP> 700 <SEP> 11,2 <SEP> <SEP> 965 <SEP> 162 <SEP> 24,0
<tb> <SEP> #a <SEP> 1650 <SEP> <SEP> 415 <SEP> (10,5) <SEP> 425 <SEP> 14,8 <SEP> <SEP> <SEP> 1018 <SEP> 169 <SEP> < 1
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<SEP> 97 <SEP> < 1
<tb> <SEP> tc <SEP> <SEP> 3600 <SEP> 415 <SEP> (10,5) <SEP> 775 <SEP> 12,5 <SEP> <SEP> 1333 <SEP> 284 <SEP> 59,2
<tb> Es ist zu bemerken, dass die Versuche bei 3600 m/sec Vergleichsversuche und daher nicht erfindungsgemäss sind.
Die Zunahme der Amplitude und der Dicke der Schmelze mit der Kollisionsgeschwindigkeit geht deutlich aus dieser Tabelle hervor. Die Anwendung einer Kollisionsgeschwindigkeit von 3600 m/sec für Nickel-Stahl Kombinationen liegt ausserhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung. Es lässt sich jedoch hieraus ersehen, dass, obgleich gute Bindung erreicht wird, die Dicken der Schmelze verhältnismässig breit sind, und zwar insbesondere bei höheren Abständen, im Vergleich zu den vernachlässigbaren Dicken, die sich durch Verwendung der bevorzugten Kollisionsgeschwindigkeiten von unter 2300 mps erzielen liessen. Auch die Kollisionsgeschwindigkeit von 2500 mps ergibt gute Bindung, es liegen jedoch hier grössere Dicken der Schmelze vor, als sie mit den bevorzugten Kollisionsgeschwindigkeiten von unter 2300 mps, und insbesondere bei höheren Abständen, erzielt werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Mikrophotographie (76fache Vergrösserung) des Nickei-Stahl-Verbundstoffes der Probe 5 (b). Man sieht, dass die allgemeine Richtung des plastischen Fliessens des Metalls (durch die Pfeile angegeben) im Hauptbereich der Bindezone der Verbundstoffe im wesentlichen abseits von der Zündlinie liegt.
Das gleiche Verfahren findet bei einer Detonations- geschwindigkeit von 1650 mps, einem Abstand von 18 mm und einem Plattenaufschlagwinkel von 16,50 Anwendung. Es ergibt sich dabei eine Verbundplatte mit gerader Grenzfläche, wobei über 90 % dieser Grenzfläehe gebunden sind und keine feststellbare verfestigte Schmelze vorliegt. Es liegen Anzeichen einer plastischen Deformation um die Grenzfläche in der Richtung der Detonation herum vor. Eine Probe des Verbundstoffes wurde um 97 % ihrer Dicke kaltgewalzt, wobei sich kein Anzeichen eines Aufgehens der Bindung zeigte.
Die Verwendung von Silber als Auflagewerkstoff anstelle von Nickel mit einer Detonationsgeschwindigkeit von 2000 mps und einem Abstand von 4 mm führt im wesentlichen zu ähnlichen Ergebnissen.
Beispiel 2
Das gleiche Ausgangsverfahren wird für Titan (Sorte 35-A, d. h. wenigstens 99 % Reinheit) anstelle des Nikkels verwendet. Die Piattierungsbedingungen und Ergebnisse sind in Tabelle II gezeigt. Es kommt zu einer Bindung von über 90 % der Grenzfläche, mit Ausnahme der Probe 5 (b), die nur zu 80 5S verbunden ist.
Drei Zugversuche (ASTM Verfahren E8) wurden mit Probestücken von 5 cm Länge eines jeden Verbund stoffes in Richtung der Detonationsausbreimng durchgeführt. Der mittlere Dehnwert ist in Tabelle II angegeben und gilt als ein Mass der Ziehbarkeit der Plattierung.
Die Duktilitäten der bei 2000 mps (in dem bevorzugten Bereich) hergestellten Plattierungen sind über einen breiten Bereich von Abständen leidlich konstant. Sie sind im allgemeinen grösser als die Ziehbarkeiten von Plattierungen mit höherer Geschwindigkeit, und zwar insbesondere mit zunehmendem Abstand. Die Anwendung der bevorzugten Kollisionsgeschwindigkeiten ergibt somit über einen breiteren Bereich von Verfahrensbedingungen, wie beispielsweise dem Abstand, gute Eigenschaften, als dies mit höheren Detonationsgeschwindigkeiten möglich ist.
Tabelle II Titan-Stahl-Verbundstoffe
EMI5.2
<tb> <SEP> Eigenschaften <SEP> der <SEP> Bindungszone <SEP> Zugversuch
<tb> <SEP> Probe <SEP> Kollisions- <SEP> Abstand <SEP> nattierungs- <SEP> <SEP> Platten- <SEP> Wellen- <SEP> Ampli- <SEP> Dicke <SEP> der <SEP>
<tb> <SEP> Nr.
<SEP> geschwindigkeit <SEP> <SEP> (mm) <SEP> <SEP> geschwindigkeit <SEP> aufschlag- <SEP> Art <SEP> länge <SEP> tude <SEP> Schmelze <SEP> <SEP> Dehnung <SEP>
<tb> <SEP> (m/sec) <SEP> (m/sec) <SEP> winkel <SEP> * <SEP> <SEP> Iänge <SEP> <SEP> tude <SEP>
<tb> <SEP> 2000 <SEP> <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP> 330 <SEP> 9,9 <SEP> wellenförmig <SEP> 103 <SEP> 8 <SEP> < 1 <SEP> 32
<tb> 1 <SEP> #b <SEP> <SEP> 2500 <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP> 400 <SEP> 9,7 <SEP> <SEP> 254 <SEP> 19 <SEP> 1,2 <SEP> 32
<tb> <SEP> # <SEP> <SEP> c <SEP> 3600 <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP> 580 <SEP> 9,3 <SEP> 250 <SEP> 23 <SEP> 14,0 <SEP>
<tb>
<SEP> geschmolzene
<tb> <SEP> # <SEP> <SEP> a <SEP> 2000 <SEP> 85 <SEP> (2,2) <SEP> 420 <SEP> 12,2 <SEP> Schicht <SEP> und <SEP> 215 <SEP> 17 <SEP> < 1 <SEP> <SEP> 34
<tb> 2 <SEP> # <SEP> <SEP> b <SEP> 2500 <SEP> 85 <SEP> (2,2) <SEP> 465 <SEP> 11,0 <SEP> Wellen <SEP> 482 <SEP> 47 <SEP> 3,0 <SEP> 29
<tb> <SEP> # <SEP> c <SEP> <SEP> 3600 <SEP> 85(2,2) <SEP> <SEP> 710 <SEP> 11,3 <SEP> wellenförmig <SEP> 468 <SEP> 59 <SEP> 11,6 <SEP> 28
<tb>
EMI6.1
<tb> <SEP> Eigenschaften <SEP> der <SEP> Bindungszone <SEP> Zugversuch
<tb> Probe <SEP> Kollisions- <SEP> Abstand <SEP> Plattierungs- <SEP> Platten- <SEP> Wellen- <SEP> Ampli- <SEP> Dicke <SEP> der <SEP> D
<tb> <SEP> Nr.
<SEP> geschwindigkeit <SEP> (mm) <SEP> geschwindigkeit <SEP> aufschlag- <SEP> Art <SEP> länge <SEP> tude <SEP> Schmelze <SEP> Dehnung
<tb> <SEP> (m/sec) <SEP> (m/sec) <SEP> winkel <SEP> * <SEP> (y) <SEP> <SEP> (1k) <SEP> <SEP> zur <SEP>
<tb> <SEP> # <SEP> <SEP> a <SEP> 2000 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 495 <SEP> 14,2 <SEP> wellenförmig <SEP> 373 <SEP> 31 <SEP> < 1 <SEP> 31
<tb> 3 <SEP> b <SEP> 2500 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 520 <SEP> 12,1 <SEP> <SEP> 768 <SEP> 89 <SEP> 3,1 <SEP> 29
<tb> <SEP> c <SEP> <SEP> 3600 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 845 <SEP> 13,4 <SEP> <SEP> 868 <SEP> <SEP> 122 <SEP> 9,2 <SEP>
<tb> <SEP> a <SEP> 2000 <SEP> 250 <SEP> (6,25) <SEP> 530 <SEP> 15,2 <SEP> <SEP> 610 <SEP> 53 <SEP> < 1 <SEP> 32
<tb> 4
<SEP> b <SEP> 2500 <SEP> 250 <SEP> (6,25) <SEP> 565 <SEP> 13,0 <SEP> <SEP> 1009 <SEP> 130 <SEP> 8,2 <SEP> 29
<tb> <SEP> c <SEP> 3600 <SEP> 250 <SEP> (6,25) <SEP> 945 <SEP> 15.0 <SEP> <SEP> 1228 <SEP> 189 <SEP> 18,5 <SEP>
<tb> <SEP> t <SEP> <SEP> a <SEP> <SEP> 2000 <SEP> 415 <SEP> (10,5) <SEP> 560 <SEP> 15,5 <SEP> <SEP> 1013 <SEP> 96 <SEP> < 1 <SEP> <SEP> 32
<tb> <SEP> 5 <SEP> b* <SEP> 2500 <SEP> <SEP> 415 <SEP> (10,5) <SEP> 600 <SEP> 14,0 <SEP> <SEP> 1300 <SEP> 167 <SEP> 3,6 <SEP> 27
<tb> <SEP> 1 <SEP> c <SEP> 3600 <SEP> <SEP> 415 <SEP> (10,5) <SEP> 1040 <SEP> 16,5 <SEP> <SEP> 1360 <SEP> 230 <SEP> 21,8 <SEP> 23
<tb> 80% gebunden Es ist zu bemerken,
dass die Versuche bei 3600 m/sec Vergleichsversuche und daher nicht erfindungsgemäss sind.
Die mittlere Scherfestigkeit der Piattierung der Probe 3A beträgt 3500 + 150 kglcm-, und zwar sowohl parallel als auch quer zur Detonationsrichtung. Da jedoch eher eine Scherung in der Stahlunteriage als in der Bindezone auftritt, muss die Scherfestigkeit der Binde zone noch höher sein. Im Gegensatz dazu jedoch ergibt eine bei einer Kollisionsgeschwindigkeit von 2600 mps hergestellter Titan-Stahl-Verbundwerkstoff eine mittlere
Scherfestigkeit von nur etwa 2800 kg/cm .
Das Erzeugnis der Probe 3A wird auf 66% seiner
Dicke verringert, indem man es in einer Richtung senk recht zur Detonationsrichtung kalt walzt, wobei die Bin dung nicht aufgeht. Im Gegensatz hierzu geht die Bin dung eines Titan-Stahl-Verbundstoffes, der unter An wendung einer Kollisionsgeschwindigkeit von etwa
3200 ms, einer Plattengeschwindigkeit von 790 mps und einem Plattenaufschlagwinkel von 13,80 hergestellt wurde, und die zu 100 % gebunden war, wobei die Bindezone aus einer welligen Zone mit Schmelznestern bestand, eine Wellenlänge von 1017 st, eine Amplitude von
139 , und eine mittlere Dicke der Schmelze von 16 P± hatte, nach nur einer Verringerung der Dicke um 35 % durch Kaltwalzen vollständig auf.
Die Mikropii'otographien der Fig. 3, 3A und 3B zei gen den Einfluss der Kollisionsgeschwindigkeit auf die
Menge der in den Titanverbundstoffen der Proben 3A,
B bzw. C, d. h. bei einer konstanten Entfernung von
4 mm, jedoch bei drei verschiedenen Kollisionsgeschwin digkeiten gebildeten Schmelze. Bei 2000 mps gibt es praktisch keine Schmelze in der Bindezone. Bei
2500 mps erscheinen in der Bindezone geschmolzene
Nester mit wachsender Grösse. Bei 3600 mps sind die geschmolzenen Flächen bedeutend grösser.
Tabelle III
Auflagemetall Grundmetall Kollisions- Eigenschaften der Bindungszone Probe Dicke Dicke Abstand geschwindigkeit Art Aquivalenzdicke der Schmelze
Nr. Art (mm) Art (mm) (mm) (m/sec) (,um)
1 Nickel, Sorte A 3 Kupfer 12,5 4 1650 wellenförmig < 1 (Wellenlänge, 762,
102 um Amplitude)
2 Tantal 1,25 Stahl, Sorte 1008 12,5 1,5 1900 gerade < 1
3 Rostfreier Stahl 1,5 Aluminium 19 1,1 2200
304 L 5083-0
4 Rostfreier Stahl 3 Aluminium 19 1,1 2100
304 L 5083-0
5 Titan 35A 5 Rostfreier 19 4,8 2300 wellenförmig < 1
Stahl 304
6 Titan 35 A 5 Rostfreier 19 4,8 2800 )10
Stahl 304
7 Zirkon, Sorte 11 3 mittlerer Kohlen- 2,5 2 2200 < 1 stoffstahl A212BFuQ
8 Zirkon,
Sorte 11 3 Rostfreier Stahl 19 4,5 2200 # < 10
304 L
9 Zirkon, Sortell 5 StahlA212BF3Q 2,5 4,5 2200 < 10
10 Zirkon, Sorte 11 9,5 StahlA212BFQ 2,5 8 2300 # < 10 Zu beachten ist, dass Probe 6 einen Vergleichsversuch darstellt und daher nicht erfindungsgemäss ist.
Beispiel 3
Das gleiche Verfahren wird zur Herstellung der in Tabelle III angeführten Verbundstoffe verwendet. In allen Fällen wird eine Bindung der Grenzfläche von über 90 % erreicht. Es kommt dabei zur plastischen Deformation auf jeder Seite der Grenzfläche in erster Linie in der Fläche innerhalb 25 % der Dicke der plattierten Schicht.
Probe 1 wird mit zwei Schichten von Nickel und Sprengstoff auf jeder Seite des Kupfers wiederholt und führt zu einem Nickel-Kupfer-Sandwich mit ähnlichen Ergebnissen.
Der Tantal-Stahl-Verbundwerkstoff der Probe 2 wird kalt gewalzt, wobei dessen Stärke um 98 % ohne Aufgehen der Bindung verringert wird.
Beispiel 4
Eine 3 mm starke Platte aus Titan der Sorte 35/A wird auf eine 1,25 mm starke Stahlplatte der Sorte 1008 nach einem ähnlichen Verfahren aufplattiert, mit der Ausnahme, dass die Titanauflagepiatte anfangs geneigt ist, so dass der Abstand an dem Zündende 6,4 mm und an dem entgegengesetzten Ende 22,4 mm beträgt, d. h.
dass ein Winkel von 40 vorliegt. Die Sprengstoffschicht wird durch einen Linien-Wellengenerator initiiert, wie er in Fig. 2B der US-Patentschrift Nr. 2943 571 gezeigt ist, und mit einer Geschwindigkeit von etwa 1800 mps detoniert. Die Zündung der Sprengstoffschicht treibt die Auflageplatte derart auf die Grundplatte, dass die Plattengeschwindigkeit beim Aufschlag 540 mps und der Ablenkwinkel der sich bewegenden Platte kurz vor dem Aufschlag 15,50 C beträgt. Die Kollisionsgeschwindigkeit Vc wurde zu etwa 1460 mps berechnet.
Es zeigte sich, dass der Verbundwerkstoff metallurgisch zu über 90 % der Grenzfläche gebunden ist. Die Grenzfläche hat die Form von Wellen mit einer Wellen länge von 1250 , und einer Amplitude von 99 1k Die Dicke der Schmelze liegt unter 1 t.
Process for the production of an explosive-clad connecting material
U.S. Patent Nos. 3,137,937 and 3,233,312 describe methods of explosive cladding of metals and the products obtained thereby. One of the critical features of these methods is that the detonation speed of the explosive should be less than 120%, preferably less than 100%, of the speed of sound of the metal in the system which has the highest speed of sound. In the case of the explosives disclosed there in detail, however, the lowest detonation speed was 3900 m / sec. The products obtained under the conditions disclosed in detail (using the specific explosives) were metallurgically (as opposed to mechanically) bound.
This bond was essentially continuous or uninterrupted over the entire interface, as is necessary for actually clad products. Surprisingly, there was no metal diffusion at the bonding zone. The bonding zones obtained contained areas of an alloy which was essentially homogeneous in its composition and thus was in contrast to the previously known bonding zones, which contained increasing or decreasing amounts of each metal component due to the diffusion of one or more of the metal components into the other metal.
This homogeneous alloy was present at the interface either as a continuous layer of a generally more or less straight configuration or in the form of spaced islands separated from one another by direct metal-to-metal bonding in an interface of generally undulating contour.
A modification of this basic process is described in our own US Pat. No. 3,264,731, according to which the metal layers to be plated are initially arranged at a certain angle to one another. In this modification, which is the use of a certain exit angle, the critical feature (less than 120%, preferably less than 100%, of the speed of sound in the metal of the system which has the highest speed of sound) is referred to as the collision speed. In a parallel paving system, the collision speed and the detonation speed are the same.
Relatively high collision velocities were used in the examples of this case with a particular angular arrangement at the preferred low exit angles.
The collision speed is to be understood as the speed with which the line (or zone) of the collision travels along the metal layers to be bonded, as was discussed in the above case with a certain starting angle. The collision speed can be slightly different for each metal layer, but in most cases according to the invention the collision speed is essentially the same. In any case, the collision speeds of all metal layers used should be within the specified limits.
The angle of impact is intended to mean the angle between adjacent parts of the layers at the point of collision (or line of collision), as opposed to the starting angle at which the plates are arranged as a whole to one another for an angle plating system. There is therefore only one angle of impact in a parallel plating system. The angle of impact depends on the spacing of the plates, the explosive, the metal material and the starting angle when using an angle plating process.
Surprisingly, a method has now been found for the production of an explosive-coated composite material from metal layers arranged at a distance from one another and practically parallel to one another with detonating explosives, the collision proceeding over the body at a speed which is at least 1200 mlsec, but is lower than the speed of sound in of the metal layer, which has the highest speed of sound, which provides products with surprising new and improved properties and is characterized in that the collision speed is so low within the above-mentioned range,
that the sum of all volumes of fully solidified melt that forms in the bonding zone; divided by the size of the interface, 0 to 10 Ecm and preferably not greater than 1 μm.
It is assumed that the presence of an alloy is due to the fact that some metal melts at the interface during the piatation process and then hardens again in the form of an alloy. In order to prevent the formation of an alloy, it is therefore necessary or desirable to keep the formation of a melt in the bonding zone as low as possible. The same considerations should also apply if layers of the same metal should be plated on top of one another. Indeed, it would seem surprising that one should seek to avoid the formation of a melt, since one might assume that such bonds would be weaker in the absence of any fusion than if there were a fusion in the course of the bond.
However, some metal combinations form brittle intermetallic compounds, which would cause the material to weaken. In any case, according to the invention it is necessary to avoid the formation of melt in the bonding zone as far as possible and, if a melt is present, to have an equivalent thickness of the melt of less than 10 μm, preferably less than 1 μm. This equivalent thickness of the melt is the sum of all the volumes of melt (alloy) in the bond zone divided by the area of the interface, i.e. H. it is the thickness of an imaginary layer of uniform thickness, which consists of the sum of all the areas of the melt which are uniformly distributed over the entire interface or bonding zone.
In practice, it can be measured by making a cut through a paving in the direction of the progression of the detonation, determining the zones of the melt and dividing by the length of the bonding zone. For greater accuracy, you can take several cuts and calculate an average. Of course, the zones of the melt that are seen as surfaces in these sections are in reality elongated bands or strips that have the approximate contour of the detonation front.
Every melt that is formed initially has an essentially homogeneous composition; the composition lies between that of the two layers on either side. Preferably, when the melt is initially formed, essentially no diffusion is evident; H. There is no gradient in the composition that could be determined, for example, with an electron probe or by several successive cuts and examination of these, with a resolution of up to 0.2 ftm, although subsequent treatments of the plated composites could cause diffusion.
A product having a substantially uniform undulating interface is generally preferred for its better strength properties.
The waves usually have an amplitude of at least 5 / s.m and an upper limit of preferably not more than 50 S of the thickness of the thinner layer. The preferred parallel plating facilitates the formation of substantially uniform waves, which generally results in more uniform mechanical properties.
The advantages found with some of such coated products which did not contain substantial melt in the bond zone will be more apparent from the examples. They consist in particular of ductility, with the plalled composites preferably having an elongation of at least 85% of the least ductile base layer, resistance to mechanical stresses, in particular high shear strength, preferably at least of the order of magnitude of the base metals, if these are parallel to the Interface and perpendicular to the shafts was measured, and in a workability of the product such as a formability.
It is believed that the angle of attack can have a significant impact on some of these properties, but that its importance is greatly diminished when operating in accordance with the present invention. This advantageously facilitates the control or control of the product, i. H. it allows a greater range of variation in the process conditions and at the same time leads to products of more uniform and reliable quality.
It is believed that for most metals there is a critical collision speed, generally 2300 to 2500 m / sec, below which critical speed it is generally possible for any substantial alloy, i.e. H. Melt, to be avoided, namely at least one such melt that can be seen at 250 times magnification, above this value the amount of melt formed increases with the collision speed at any given angle of impact. It would therefore be expected that one could work reliably at very low collision speeds in order to obtain a good bond and at the same time avoid the formation of melt.
However, since the detonation rate of currently available explosives is slow, it becomes increasingly difficult in practice to obtain reproducible detonation at any given rate. In addition, it is preferable to have an undulating interface because it is easier to control the conditions at which a strong bond is obtained. For reasons of the strength of the bond and reliability, it is generally preferred to work at the highest possible detonation speed within the collision speed range that is permissible for the particular combination of metals, always trying to reduce the amount of melt formed.
These are practically the reasons why one preferably works at collision speeds of over 1400 m / sec, in particular over 1900 m / sec, for most metals.
Another advantage of working at a collision speed below the critical speed is that the amplitude is undulating
Bonding zone, which is generally preferred, is considerably smaller than that formed at the same impact angle using a collision velocity which is above the critical Be rich.
Extremely large amplitudes are not desirable for thin layers, since the surface contour of such layers can be influenced.
The invention therefore relates to a method of explosive plating of two or more metal layers in which such an explosive and plating conditions are used that substantial formation of a melt at the interface is avoided during the plating process.
Explosives with a detonation velocity at or below substantially 2500 m / sec, as is generally required for a parallel plating process according to the invention, are nitroguanidine of low bulk density and self-supporting, fibrous, felt-like explosives in plate form (e.g. on the base by PETN and RDX) as described in U.S. Patent No. 3,102,833 and explosives as listed in U.S. Bureau of Mines Information, Circuiar 8087 (1962). The same explosives can be used to clad at a certain angle. In addition, explosives with higher detonation velocities can be used for this purpose than can be used under the conditions under consideration.
The metal materials to be plated can be the same or different and also include alloys, with most metals being suitable for the method according to the invention. Higher specific gravity metals generally gave good bonds with no substantial melt at lower collision speeds than lower specific gravity metals. However, it also depends on other factors that can affect the outcome.
Metals with a specific weight of at least 2, preferably at least 4 and up to 17, in particular copper, nickel, iron, silver, titanium, zirconium, tantalum and their alloys, which for example contain up to 50% by weight, preferably up to 30% by weight . O, containing other alloying elements, gave good results in this way. If different metals are plated together, the difference in their specific weights should preferably not exceed 9. Metals with a low heat capacity and / or a low melting point are also more likely to cause problems if one does not want to achieve a melt.
Similarly, if other factors are ignored, it is believed that metals which have high strength under fast loading require higher detonation velocities. One should use a metal with sufficient ductility to withstand the plating conditions chosen; H. it should neither burst nor tear, in general the elongation should be at least 5S.
In general, it is better to use the more ductile layer as the plating layer and the less ductile layer as the base material when you have a choice in a two-layer system and there is a substantial possibility that the less ductile layer will tear with other suitable metals and their alloys, for example at least 50 wt., 0; Other elements included include aluminum, niobium, chromium, cobalt, vanadium, platinum and gold. Particularly good claddings or composites can be achieved, among other things, by combinations that would otherwise form brittle intermetallic phases at their interfaces, e.g. B.
Titanium, tantalum, copper and zirconium steel combinations and copper and titanium-aluminum combinations.
As stated above, the angle of serve can be important in achieving the desired results. In any given plating system, successful plating within the lower collision speed range in accordance with the present invention appears to require a greater minimum angle of impact than is necessary for plating processes above 2500 m / sec. This larger angle of impact can be achieved by increasing the distance and / or the explosive charge. The exact value can be determined empirically for any particular combination of metals, but an angle of about 100 is usually sufficient, e.g.
B. the range from substantially 4 to 180 for nickel and from 7 to 200 for titanium is appropriate.
The spacing between the plates can be provided by specially designed bands (US Pat. No. 3,205,574). Spaces of at least 0.3 and up to 4 times the thickness of the plating layer are generally preferred, particularly with the preferred parallel plating. The explosive charges generally show with the distance and with the mass of the coating layer. They are preferably at least 0.2 to 3 or even 8 times the weight of the clad layer. In general, they are chosen so that the cladding layer has a speed of at least 130 mlsec at the time of the collision.
If an angle is used initially, it should be less than 100, preferably less than 50, since larger angles, apart from procedural difficulties, lead to the formation of non-uniform products.
It is found that the composite materials according to the invention of different metals, which contain practically no melt at the interface, differ from known composite materials. The method according to the invention leads to multilayered composite materials consisting of at least two interconnected metallic layers, the adjacent layers of which have different compositions and are connected by a practically diffusion-free bond over at least 90 S of the intervening interface, the composite material in the boundary layer on both sides of the metal bond has a photomicrographically recognizable, plastic metal flow running in the direction of the collision and practically parallel to the interface and restricted to the bonding zone,
wherein solidified melt present in the bonding zone is distributed in localized zones between the metal layers and between areas of non-purely mechanical metal-metal bonding of the interface, and wherein the sum of all volumes of melt that is present in the bonding zone divided by the size of the Boundary surface is not larger than 1 Erm.
Ordered plastic deformation is to be understood as a regular overall plastic deformation in a main direction essentially perpendicular to the collision front, i. H. in the direction of the collision and generally located parallel to and near the interface. This deformation follows the general contour of the interface; for example, it is parallel at a wavy interface or within a small angle, such as 10 to 200. The Db formation is concentrated close to the interface of either side thereof.
It is usually within less than about 25% of the thickness of the thin layer measured from the center between successive peaks and valleys of an undulating interface, and usually the deformation does not extend over a distance greater than twice the length of such an amplitude Mountains out.
The products manufactured according to the invention include, in particular, products from clad mill products, i.e. clad mill products. H. Products with a minimum significant dimension of 7.5 cm, such as strips, rods, rods and tubes with a length of at least 7.5 cm and plates and sheets each with a length and width of at least 7.5 cm.
1 is a cross section through an apparatus which is suitable for carrying out the method according to the invention.
2, 3, 3A and 3B are photomicrographs of patented products which are explained in more detail in the examples.
In FIG. 1, a base material or a metal base plate 1 and a support material 2 are arranged parallel to one another and at a distance from one another. The distance 3 is made by winding metal strips 4, which are located at the corners of the plate. This arrangement is provided with a protruding layer of a granular explosive 5 which is held in the container 6, which consists for example of cardboard.
This layer extends over the parallel plate arrangement and beyond the metal strip 2a, which has the same composition and thickness as the plating plate 2. The metal tape and the extent of the explosive layer should preferably provide increased assurance that a good bond will be achieved at the end of the plates closest to the explosive ignition point. The explosive layer 5 is ignited by an electrical fuse 7, the wires 8 of which lead to a power source.
After the explosive layer 5 is ignited, the plate 2 is thrown against the plate 1 and collides progressively therewith as the detonation progresses through the layer 5, the collision speed of the explosive layer 5 corresponding to the detonation speed.
The invention is explained in more detail using the examples. All parts and percentages are to be understood as weight specifications, unless otherwise specified, such as, for example, in the case of the interface, the percent interface. The general arrangement for the parallel plating of Examples 1 to 3 is shown in FIG. The changes in the detonation speeds of the explosive up to 3000 m / sec in Examples 1 and 2 can be achieved by mixing varying amounts of non-explosive components into the explosive mixtures, e.g. B. by increasing the amount of maize corn in a nitroguanidine corn meal mixture to reduce the detonation speed.
For example, the detonation speed of a 70:30 nitroguanidine-corn meal mixture is 2000 m / sec.
The explosive preparations of US Pat. No. 3,102,833 can be used above 3000 m / sec.
The collision and plate speed as well as the plate impact angle are measured (with the exception of example 3 of samples 2 to 10) by a sequence of frame cameras (framing camera sequences) using the technique of reflected grit displacement . The detonation velocities in Example 3, Samples 2 through 10, were measured by the pin method. The metal surfaces were prepared by sanding with a sanding disc and degreasing with alcohol.
example 1
A series of base plates made of mild steel of grade 1008 (about 0.08% carbon) with a thickness of 1.25 cm is clad in parallel by explosion with nickel plates (grade A, ie at least 99% purity) with 3 mm thickness, with Velocities of collision, distances, plate speeds and angles of impact as shown in Table I.
This results in nickel-steel platings, all of which are more than 90% connected at the interface between the plates and have the properties of the bonding zone given in Table 1. Both plates are essentially 18 x 23 cm, but the nickel layer also has an ignition expansion band of 2.5 cm along one 18 cm long side. The amount of explosives is chosen so that it gives the specified impact angle, it is between 0.2 and 3 times the weight of the nickel coating.
Table 1 Nickel-steel composites
EMI4.1
<tb> <SEP> Properties <SEP> of the <SEP> disk <SEP> properties of the binding zone
<tb> <SEP> speed <SEP> <SEP> speed <SEP> <SEP> plate <SEP> type <SEP> waves <SEP> ampli- <SEP> thickness <SEP> the
<tb> <SEP> speed <SEP> (mm) <SEP> speed <SEP> impact- <SEP> type <SEP> length <SEP> tude <SEP> melt
<tb> <SEP> (m / sec) <SEP> (m / sec) <SEP> angle <SEP> * <SEP> <SEP> (y) <SEP> <SEP> (5) <SEP>
<tb> <SEP> a <SEP> 1650 <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP> 215 <SEP> 7.4 <SEP> even <SEP> and <SEP> 112 <SEP> 10 < SEP> <1
<tb> <SEP> b <SEP> b <SEP> <SEP> 2000 <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP>
250 <SEP> 7.0 <SEP> wavy <SEP> 103 <SEP> 11 <SEP> <1
<tb> <SEP> c <SEP> 2500 <SEP> 45 <SEP> (1.1) <SEP> 270 <SEP> 6.6 <SEP> <SEP> 236 <SEP> 39 <SEP> 1.6
<tb> <SEP> d <SEP> 3600 <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP> 410 <SEP> 6,5 <SEP> <SEP> <SEP> 254 <SEP> 38 <SEP> 5.1
<tb> <SEP> a <SEP> 2000 <SEP> 85 <SEP> (2,2) <SEP> 310 <SEP> 8,7 <SEP> <SEP> 318 <SEP> 41 <SEP> <1 < SEP>
<tb> 2 <SEP> b <SEP> 2500 <SEP> 85 <SEP> (2,2) <SEP> 337 <SEP> 8,2 <SEP> <SEP> 425 <SEP> 76 <SEP> 3, 9
<tb> <SEP> c <SEP> 3600 <SEP> 85 <SEP> (2.2) <SEP> 510 <SEP> 8.25 <SEP> <SEP> 590 <SEP> 96 <SEP> 9.8
<tb> <SEP> a <SEP> 1650 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 325 <SEP> 11.2 <SEP> <SEP> 520 <SEP> 52 <SEP> <1
<tb> <SEP> b <SEP> b <SEP> <SEP> 2000 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 372 <SEP> 10.5 <SEP> <SEP>
<SEP> 5167 <SEP> <SEP> 88 <SEP> <1 <SEP>
<tb> 3 <SEP> c <SEP> 2500 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 407 <SEP> 9.7 <SEP> a <SEP> <SEP> 671 <SEP> 121 <SEP> 6.0
<tb> <SEP> d <SEP> 3600 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 625 <SEP> 9.95 <SEP> <SEP> 739 <SEP> 146 <SEP> 28.8
<tb>
EMI5.1
<SEP> Properties <SEP> of the <SEP> binding zone
<tb> <SEP> Collision <SEP> distance <SEP> plate- <SEP> plate- <SEP> properties <SEP> of the <SEP> binding zone
<tb> <SEP> speed <SEP> (mm) <SEP> speed surcharge- <SEP> type <SEP> wave- <SEP> ampli- <SEP> <SEP> thickness <SEP> der
<tb> <SEP> length <SEP> <SEP> (mm) <SEP> speed <SEP> impact- <SEP> type <SEP> length <SEP> tude <SEP>
melt
<tb> <SEP> (m / sec) <SEP> (m / sec) <SEP> angle * <SEP> (, u) <SEP> <SEP> (, u) <SEP> <SEP> to <SEP >
<tb> <SEP> a <SEP> 2000 <SEP> 250 <SEP> (6.25) <SEP> 420 <SEP> 11.8 <SEP> even <SEP> and <SEP> 790 <SEP> 132 < SEP> <1
<tb> 2500 <SEP> <SEP> 250 <SEP> (6.25) <SEP> 462 <SEP> 10.8 <SEP> wavy <SEP> 895 <SEP> 171 <SEP> 9.0
<tb> <SEP> #c <SEP> 3600 <SEP> <SEP> 250 <SEP> (6.25) <SEP> 700 <SEP> 11.2 <SEP> <SEP> 965 <SEP> 162 <SEP > 24.0
<tb> <SEP> #a <SEP> 1650 <SEP> <SEP> 415 <SEP> (10.5) <SEP> 425 <SEP> 14.8 <SEP> <SEP> <SEP> 1018 <SEP> 169 <SEP> <1
<tb> 5 <SEP> # <SEP> <SEP> b <SEP> 2000 <SEP> 415 <SEP> (10.5) <SEP> 460 <SEP> 13.0 <SEP> <SEP> 623
<SEP> 97 <SEP> <1
<tb> <SEP> tc <SEP> <SEP> 3600 <SEP> 415 <SEP> (10.5) <SEP> 775 <SEP> 12.5 <SEP> <SEP> 1333 <SEP> 284 <SEP> 59.2
It should be noted that the tests at 3600 m / sec are comparative tests and therefore not according to the invention.
The increase in the amplitude and the thickness of the melt with the collision speed can be clearly seen from this table. The use of a collision speed of 3600 m / sec for nickel-steel combinations is outside the scope of the present invention. It can be seen from this, however, that although good bonding is achieved, the thicknesses of the melt are relatively wide, especially at higher distances, compared to the negligible thicknesses that could be achieved by using the preferred collision speeds of less than 2300 mps . The collision speed of 2500 mps also results in a good bond, but the melt is thicker than that achieved with the preferred collision speeds of less than 2300 mps, and in particular at higher distances.
Figure 2 shows a photomicrograph (magnification 76) of the nickel and steel composite of Sample 5 (b). It can be seen that the general direction of plastic flow of the metal (indicated by the arrows) in the main area of the bonding zone of the composites is substantially away from the ignition line.
The same procedure is used with a detonation speed of 1650 mps, a distance of 18 mm and a plate impact angle of 16.50. The result is a composite plate with a straight boundary surface, over 90% of this boundary surface being bound and there is no detectable solidified melt. There is evidence of plastic deformation around the interface in the direction of the detonation. A sample of the composite was cold rolled 97% of its thickness with no evidence of bond breakage.
The use of silver as the coating material instead of nickel with a detonation speed of 2000 mps and a distance of 4 mm leads to essentially similar results.
Example 2
The same starting procedure is used for titanium (grade 35-A, i.e. at least 99% purity) in place of the nickel. The plating conditions and results are shown in Table II. There is a binding of over 90% of the interface, with the exception of sample 5 (b) which is only bound to 80 5S.
Three tensile tests (ASTM method E8) were carried out with test pieces of 5 cm length of each composite material in the direction of the detonation propagation. The mean elongation value is given in Table II and is considered a measure of the drawability of the cladding.
The ductilities of the claddings made at 2000 mps (in the preferred range) are reasonably constant over a wide range of distances. They are generally greater than the drawabilities of claddings at a higher speed, particularly with increasing spacing. The use of the preferred collision velocities thus gives good properties over a wider range of process conditions, such as distance, than is possible with higher detonation velocities.
Table II Titanium-Steel Composites
EMI5.2
<tb> <SEP> Properties <SEP> of the <SEP> bonding zone <SEP> tensile test
<tb> <SEP> sample <SEP> collision <SEP> distance <SEP> nating- <SEP> <SEP> plate- <SEP> wave- <SEP> ampli- <SEP> thickness <SEP> of <SEP>
<tb> <SEP> No.
<SEP> speed <SEP> <SEP> (mm) <SEP> <SEP> speed <SEP> impact- <SEP> type <SEP> length <SEP> tude <SEP> melt <SEP> <SEP> elongation <SEP >
<tb> <SEP> (m / sec) <SEP> (m / sec) <SEP> angle <SEP> * <SEP> <SEP> length <SEP> <SEP> tude <SEP>
<tb> <SEP> 2000 <SEP> <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP> 330 <SEP> 9,9 <SEP> wavy <SEP> 103 <SEP> 8 <SEP> <1 < SEP> 32
<tb> 1 <SEP> #b <SEP> <SEP> 2500 <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP> 400 <SEP> 9.7 <SEP> <SEP> 254 <SEP> 19 < SEP> 1,2 <SEP> 32
<tb> <SEP> # <SEP> <SEP> c <SEP> 3600 <SEP> 45 <SEP> (1,1) <SEP> 580 <SEP> 9.3 <SEP> 250 <SEP> 23 <SEP > 14.0 <SEP>
<tb>
<SEP> melted
<tb> <SEP> # <SEP> <SEP> a <SEP> 2000 <SEP> 85 <SEP> (2,2) <SEP> 420 <SEP> 12,2 <SEP> Layer <SEP> and <SEP > 215 <SEP> 17 <SEP> <1 <SEP> <SEP> 34
<tb> 2 <SEP> # <SEP> <SEP> b <SEP> 2500 <SEP> 85 <SEP> (2.2) <SEP> 465 <SEP> 11.0 <SEP> waves <SEP> 482 < SEP> 47 <SEP> 3.0 <SEP> 29
<tb> <SEP> # <SEP> c <SEP> <SEP> 3600 <SEP> 85 (2.2) <SEP> <SEP> 710 <SEP> 11.3 <SEP> wavy <SEP> 468 <SEP > 59 <SEP> 11.6 <SEP> 28
<tb>
EMI6.1
<tb> <SEP> Properties <SEP> of the <SEP> bonding zone <SEP> tensile test
<tb> sample <SEP> collision <SEP> distance <SEP> plating- <SEP> plate- <SEP> wave- <SEP> ampli- <SEP> thickness <SEP> of <SEP> D
<tb> <SEP> No.
<SEP> speed <SEP> (mm) <SEP> speed <SEP> impact- <SEP> type <SEP> length <SEP> tude <SEP> melt <SEP> elongation
<tb> <SEP> (m / sec) <SEP> (m / sec) <SEP> angle <SEP> * <SEP> (y) <SEP> <SEP> (1k) <SEP> <SEP> to < SEP>
<tb> <SEP> # <SEP> <SEP> a <SEP> 2000 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 495 <SEP> 14.2 <SEP> wavy <SEP> 373 <SEP> 31 <SEP> <1 <SEP> 31
<tb> 3 <SEP> b <SEP> 2500 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 520 <SEP> 12.1 <SEP> <SEP> 768 <SEP> 89 <SEP> 3.1 < SEP> 29
<tb> <SEP> c <SEP> <SEP> 3600 <SEP> 156 <SEP> (4) <SEP> 845 <SEP> 13.4 <SEP> <SEP> 868 <SEP> <SEP> 122 <SEP > 9.2 <SEP>
<tb> <SEP> a <SEP> 2000 <SEP> 250 <SEP> (6.25) <SEP> 530 <SEP> 15.2 <SEP> <SEP> 610 <SEP> 53 <SEP> <1 < SEP> 32
<tb> 4
<SEP> b <SEP> 2500 <SEP> 250 <SEP> (6.25) <SEP> 565 <SEP> 13.0 <SEP> <SEP> 1009 <SEP> 130 <SEP> 8.2 <SEP> 29
<tb> <SEP> c <SEP> 3600 <SEP> 250 <SEP> (6.25) <SEP> 945 <SEP> 15.0 <SEP> <SEP> 1228 <SEP> 189 <SEP> 18.5 <SEP >
<tb> <SEP> t <SEP> <SEP> a <SEP> <SEP> 2000 <SEP> 415 <SEP> (10.5) <SEP> 560 <SEP> 15.5 <SEP> <SEP> 1013 <SEP> 96 <SEP> <1 <SEP> <SEP> 32
<tb> <SEP> 5 <SEP> b * <SEP> 2500 <SEP> <SEP> 415 <SEP> (10.5) <SEP> 600 <SEP> 14.0 <SEP> <SEP> 1300 <SEP > 167 <SEP> 3,6 <SEP> 27
<tb> <SEP> 1 <SEP> c <SEP> 3600 <SEP> <SEP> 415 <SEP> (10.5) <SEP> 1040 <SEP> 16.5 <SEP> <SEP> 1360 <SEP> 230 <SEP> 21.8 <SEP> 23
<tb> 80% bound It is to be noted
that the tests at 3600 m / sec are comparative tests and therefore not according to the invention.
The mean shear strength of the coating of sample 3A is 3500 + 150 kg / cm-, both parallel and transverse to the direction of detonation. However, since there is more of a shear in the steel base than in the binding zone, the shear strength of the binding zone must be even higher. In contrast, however, a titanium-steel composite produced at a collision speed of 2600 mps gives a medium one
Shear strength of only about 2800 kg / cm.
The product of sample 3A becomes 66% of its
Reduced thickness by cold rolling it in a direction perpendicular to the direction of detonation, whereby the bond does not open. In contrast to this, the binding of a titanium-steel composite, which uses a collision speed of about
3200 ms, a plate speed of 790 mps and a plate impact angle of 13.80, and which was 100% bound, the binding zone consisting of a wavy zone with melt pockets, a wavelength of 1017 st, an amplitude of
139, and had an average melt thickness of 16 P ±, after only reducing the thickness by 35% by cold rolling.
The microphotographs of FIGS. 3, 3A and 3B show the influence of the collision speed on the
Amount of in the titanium composites of samples 3A,
B or C, d. H. at a constant distance of
4 mm, but melt formed at three different collision speeds. At 2000 mps there is practically no melt in the bond zone. At
2500 mps appear molten in the binding zone
Nests with increasing size. At 3600 mps the melted areas are significantly larger.
Table III
Overlay metal Base metal Collision properties of the bond zone Sample Thickness Thickness Distance speed Type Equivalent thickness of the melt
No.Type (mm) Type (mm) (mm) (m / sec) (, um)
1 nickel, type A 3 copper 12.5 4 1650 wavy <1 (wavelength, 762,
102 µm amplitude)
2 Tantalum 1.25 steel, grade 1008 12.5 1.5 1900 straight <1
3 stainless steel 1.5 aluminum 19 1.1 2200
304 L 5083-0
4 stainless steel 3 aluminum 19 1.1 2100
304 L 5083-0
5 Titan 35A 5 Stainless 19 4.8 2300 wavy <1
304 steel
6 Titan 35 A 5 Stainless 19 4.8 2800) 10
304 steel
7 Zircon, grade 11 3 medium carbon steel 2.5 2 2200 <1 A212BFuQ
8 zircon,
Grade 11 3 Stainless steel 19 4.5 2200 # <10
304 L
9 zirconium, Sortell 5 steel A212BF3Q 2.5 4.5 2200 <10
10 Zircon, grade 11 9.5 StahlA212BFQ 2.5 8 2300 # <10 It should be noted that sample 6 represents a comparative test and is therefore not in accordance with the invention.
Example 3
The same procedure is used to make the composites listed in Table III. In all cases a binding of the interface of over 90% is achieved. Plastic deformation occurs on either side of the interface primarily in the area within 25% of the thickness of the clad layer.
Sample 1 is repeated with two layers of nickel and explosives on each side of the copper and produces a nickel-copper sandwich with similar results.
The tantalum-steel composite of Sample 2 is cold rolled, reducing its thickness by 98% without breaking the bond.
Example 4
A 3 mm thick plate of grade 35 / A titanium is clad onto a 1.25 mm thick steel plate of grade 1008 by a similar process, with the exception that the titanium support plate is initially inclined so that the distance at the ignition end 6, 4 mm and 22.4 mm at the opposite end, i.e. H.
that there is an angle of 40. The explosive layer is initiated by a line wave generator as shown in Figure 2B of US Pat. No. 2,943,571 and detonated at a rate of about 1,800 mps. The ignition of the explosive layer drives the platen onto the base plate in such a way that the plate speed at impact is 540 mps and the deflection angle of the moving plate is 15.50 ° just before impact. The collision speed Vc was calculated to be about 1460 mps.
It was found that the composite material is metallurgically bound to over 90% of the interface. The interface has the shape of waves with a wave length of 1250 and an amplitude of 99 1k. The thickness of the melt is less than 1 t.