CH622191A5

CH622191A5 - Method for the production of a metallic laminar structure

Info

Publication number: CH622191A5
Application number: CH1576A
Authority: CH
Inventors: Charles Howard Hamilton; Leonard Angelo Ascani Jr
Original assignee: Rockwell International Corp
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1976-01-05
Publication date: 1981-03-31
Also published as: CA1055680A; JPS51111465A; SE7600331L; DE2611859A1; GB1495655A; FR2304438A2; JPS5924893B2; FR2304438B2; SE414591B

Description

Mit der vorliegenden Erfindung werden frühere Probleme bei der Formung von Schichtstrukturen behoben. Eine solche Struktur weist normalerweise einen Kern zwischen Abdeckblechen auf. Bisher wurden Schichtstrukturen in der Weise hergestellt, das zuerst Metallbleche oder -bänder gewalzt und diese Metallbleche in die gewünschte Zellstruktur geformt und zusammengefügt werden, um dann diese Struktur durch Löten oder Punktschweissen mit Abdeckblechen zu verbinden. Die Probleme mit dem bekannten Verfahren bestehen in den Kosten der Zelle infolge übermässigen Materialverbrauches und im hohen Schwierigkeitsgrad, im übermässigen Zeitaufwand und in den Kosten der Herstellung der doppelseitigen Beschichtung. Zudem benötigen kompakte Stellen oder Anhängsel einen zusätzlichen Arbeitsgang. Die Herstellung einer ungewöhnlichen Form der Struktur, wié beispielsweise ein Keil, war beinahe unmöglich.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Kombination von Metallverschweissung und superplastischer Formung zu ermöglichen, um eine metallische Schichtstruktur zu erhalten.

Eine weitere Aufgabe liegt darin, die Herstellung von metallischen Schichtstrukturen in einem Arbeitsgang zu ermöglichen und dadurch Kosten, Schwierigkeiten und aufgewendete Zeit erheblich zu senken.

Eine andere Aufgabe besteht darin, Anhängsel oder kompakte Stellen in einer Schichtstruktur im gleichen Arbeitsgang wie die Herstellung der Struktur herzustellen.

Nochmals eine Aufgabe wird darin gesehen, das Erwärmen, das superplastische Verformen und das Verschweissen der Beschichtung in der gleichen Vorrichtung vornehmen zu können, um Herstellungszeit und Ausrüstungskosten zu spa-5 ren.

Das Verfahren gemäss der Erfindung zur Herstellung einer metallischen Schichtstruktur aus mehreren Werkstücken ist durch die Merkmale im unabhängigen Patentanspruch gekennzeichnet.

io Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung in Ausführungsbeispielen beschrieben, dabei zeigt:

Fig. 1 eine auseinandergezogene Darstellung eines dreiteiligen Metallblattaufbaus, der behandelt wurde, um eine wahlweise Diffusionsverschweissung vor dem Einbringen in das 15 Formungsgerät zu ermöglichen,

Fig. 2 eine Ansicht eines Querschnitts durch eine bevorzugtes Formgerät für die Herstellung einer metallischen Schichtstruktur, den dreiteiligen Metallblattaufbau aus Fig. 1 enthaltend,

20 Fig. 3 den vollständig gedehnten, dreiteiligen Metallblattaufbau im Formgerät gemäss Fig. 2 mit eingezeichneten, durchbrochenen Linien, um die endgültige Lage der gedehnten, verschweissten Metallblätter zu veranschaulichen,

Fig. 4 eine Detailansicht eines Aufblähungsrohranschlusses 25 zum dreiteiligen Metallblattaufbau,

Fig. 5 und 6 je eine Ansicht eines Querschnittes durch ein verändertes Formgerät mit einem dreiteiligen Metallblattaufbau in seiner ursprünglichen Form in Fig. 5 und seiner endgültigen, gedehnten Lage in Fig. 6,

30 Fig. 7 und 8 je eine Ansicht eines Querschnittes durch ein anderes Formgerät mit einem zweiteiligen Metallblattaufbau in der ursprünglichen Lage in Fig. 7 und der gedehnten Lage in Fig. 8,

Fig. 9 eine Ansicht eines Querschnittes durch ein anderes 35 Formgerät für einen dreiteiligen Metallblattaufbau als Keil in der endgültig geformten Lage und mit einem an den durchbrochenen Linien angefügten Anhängsel,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht der Schichtstruktur von Fig. 9 mit abgeschnittenen Enden,

40 Fig. 11 eine teilweise Ansicht eines Querschnittes durch ein anderes Formgerät, die Anordnung eines Aufblähungsrohranschlusses an einen vierteiligen Metallblattaufbau darstellend, Fig. 12 eine Ansicht eines Querschnittes durch eine Struktur, die aus einem vierteiligen Metallaufbau hergestellt wurde, 45 und

Fig. 13 eine Teilansicht einer Ansicht in Perspektive der Struktur aus Fig. 12.

Damit die superplastische Formung erfolgreich wird, muss geeignetes Ausgangsmaterial verwendet werden. Das Aus-50 mass, bis zu dem das gewählte Material superplastische Eigenschaften zeigt, ist in allgemein geltenden Aussagen aus der Bestimmung der Empfindlichkeit bezüglich der Dehnungsgeschwindigkeit (strain rate sensitivity) und der Formbestimmung bezüglich der zugelassenen Veränderung in der Wand-55 stärke voraussehbar. Die Empfindlichkeit bezüglich der Dehnungsgeschwindigkeit kann durch m angegeben werden, wobei m _ dlnó jst un(j £ jer 2Ug in Pfund per Quadratzoll (psi) dine und ê die Dehnungsgeschwindigkeit in (min-1) darstellen. Die 60 Empfindlichkeit bezüglich der Dehnungsgeschwindigkeit kann mittels einer einfachen und heute gut bekannten Torsionsprüfung bestimmt werden, die im Artikel «Determination of Strain Hardening Characteristics by Torsion Testing» von D.S. Fields jr. und W. A. Backofen, veröffentlicht in Proce-65 edings of the ASTM, 1957, Band 57, Seiten 1259-1272, beschrieben ist. Mit einer Empfindlichkeit bezüglich der Dehnungsgeschwindigkeit von rund 0,5 oder grösser können gute Resultate erwartet werden. Je grösser allerdings der Wert ist,

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um so besser sind die superplastischen Eigenschaften. Die höchste Empfindlichkeit bezüglich der Dehnungsgeschwindigkeit wird bei Metallen gefunden, sofern überhaupt, wenn die Metalle in der Nähe der Phasendeformationstemperatur (phase transformation temperature) geformt werden. Dementsprechend kann bei einer Temperatur, gerade unter dieser Phasendeformationstemperatur, die grösste Empfindlichkeit bezüglich der Dehnungsgeschwindigkeit erwartet werden. Für Titanlegierungen reicht der Temperaturbereich für Superplastizität von etwa 790° C bis zu ungefähr 1000° C, je nach gewählter Legierung.

Es wurden noch andere Einflüsse gefunden, die die Deh-nungsgeschwindigkeitsempfindlichkeit beeinflussen, die bei der Auswahl eines geeigneten Metalls in Betracht gezogen werden müssen. Kleinere Korngrösse ergibt entsprechend höhere Werte für die Dehnungsgeschwindigkeit. Zusätzlicher Zug und gefasertes Material beeinflussen die Empfindlichkeit bezüglich der Dehnungsgeschwindigkeit. Für Titan wurde gefunden, dass der m-Wert bei einem mittleren Wert der Dehnungsgeschwindigkeit eine Spitze erreicht (annähernd 10"4 in./in./sec). Für eine maximale bleibende Deformation sollte die superplastische Formung bei oder nahe bei dieser Dehnungsgeschwindigkeit vorgenommen werden. Zu grosse Abweichungen von der optimalen Dehnungsgeschwindigkeit können zu einem Verlust der superplastischen Eigenschaften führen.

Die Diffusionsverschweissung, bei der einzelne Elemente eine einzige einheitliche Masse bilden, kann mit einem breiten Spektrum von Metallen und Legierungen durchgeführt werden. Die Qualität der Verbindung und die verwendeten Parameter ändern sich bei jeder speziellen Wahl von Ausgangsmaterialien. Unter den Metallen oder Legierungen, die durch Festkörperdiffusionsverschweissung miteinander verbunden werden können, befinden sich Aluminium, rostfreier Stahl, Titan, Nickel, Tantal, Molybdän, Zirkonium, Niob und Beryllium.

Die vorliegende Erfindung richtet sich besonders auf die reaktionsfreudigen Metalle, deren Oberflächen sich bei den für superplastische Formung und für Diffusionsverschweissung benötigten Temperaturen verunreinigen. Titan und seine Legierungen sind beispielsweise solche Metalle, die sich aber für ein Verfahren gemäss der Erfindung als besonders gut geeignet zeigen, indem diese Legierungen hohe superplastische Eigenschaften in einem für die Diffusionsverschweissung geeigneten Temperaturbereich, z.B. 800 bis etwa 1000° C je nach der verwendeten Legierung aufweisen.

In Fig. 1 ist eine gedehnte Ansicht eines dreiteiligen Metallblattaufbaus dargestellt, der gemäss dem Verfahren in eine Schichtstruktur verformt werden soll. Der Aufbau besteht aus Metallplatten 10,12 und 14, alle vorzugsweise in Form von Blechen mit oberen und unteren, sich gegenüberliegenden Hauptoberflächen 15 und 16,17 und 18 sowie 19 und 20 (siehe auch Fig. 4). Die Anzahl verwendeter Bleche hängt von der Belastungsart und von der Formgebungsbedingung ab. Jedenfalls muss ein Minimum von zwei Blechen und normalerweise sollten nie mehr als vier Bleche gebraucht werden. Die Bleche müssen geeignet sein, um durch Schweissen, Löten oder Diffusionsverschweissung verbunden zu werden.

In Abhängigkeit von der Anzahl der zu dehnenden Bleche muss wenigstens ein Blech superplastische Eigenschaften aufweisen. Während jedes Metall, das superplastische Eigenschaften innerhalb eines betriebsfähigen Temperaturbereiches aufweist, für die verwendeten Bleche benützt werden kann, betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere Metalle, die superplastische Eigenschaften innerhalb des für die Diffusionsverschweissung benötigten Temperaturbereichs aufweisen und die bei der Formungstemperatur einer Verunreinigung unterworfen sind, wie Titan oder eine Titan enthaltende Legierung, wie TÌ-6A1-4V. Bei TÌ-6A1-4V ist die Formungstemperatur vorzugsweise etwa 920° C. Die ursprüngliche Dicke der Bleche 10, 12 und 14 hängt von dem Ausmass des zu formenden Teils ab.

Damit nur ausgewählte Stellen der Bleche verschweisst s werden, wird in einem bevorzugten Schritt ein geeignetes Trennmittel auf diejenigen Stellen gebracht, wo keine Verbindung der Bleche gewünscht wird. Dementsprechend sind die Stellen 30, 32 und 34 mit einem Trennmittel bedeckt, um eine Verschweissung zu verhindern. Andere Stellen auf den Ober-10 flächen 15, 18 und 20 können ebenfalls derart bedeckt sein, um eine Verschweissung zu verhindern. Anderseits könnte der Stapel an den Stellen, die verschweisst werden sollten, zur Befestigung auch punktgeschweisst oder hartgelötet sein. Insbesondere, wie später beschrieben wird, könnte der Blechauf-15 bau oder -Stapel 40 an ausgewählten Stellen diffusionsver-schweisst sein, indem stellenweise ein Druck ausgeübt wird.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Formgerät, das im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet ist. Die obere Maschinenplatte 44 hat vorzugsweise damit verbundene Seitenwände 20 45 in Ringform mit einem gewünschten Umriss. Die untere Maschinenplatte 46, mit vorzugsweise gleichen Abmessungen wie der obere Maschinenrahmen 42, kann flach ausgebildet sein und wirkt als Auflage für den Stapel von Blechen 40 wie dargestellt. Sowohl die obere als auch die untere Maschinen -25 platte bilden die Formgebungsbestandteile, indem beide zusammen die gewünschte Form der Struktur bilden. Die innere Oberfläche der oberen Maschinenplatte 44 bildet eine innere Kammer 48 und eine Matrizenoberfläche. Einer oder mehrere Stempel (nichtdargestellt) können in der Kammer 48 angeord-30 net sein, um die Form des zu bildenden Teils zu verändern. Der Blechstapel 40, der auf der unteren Maschinenplatte 46 aufliegt, überdeckt die Kammer 48. Alle Bleche des Stapels müssen aus einem Material bestehen, das für eine Verbindung durch Hartlöten, Punktschweissen oder Diffusionsverschweis-35 sung geeignet ist. Wenigstens eines der äusseren Bleche und bevorzugterweise das mittlere Blech muss empfindlich bezüglich Dehnungsgeschwindigkeit sein, um superplastische Eigenschaften bei der gewünschten Formungstemperatur, die vorzugsweise innerhalb eines Temperaturbereiches liegt, der für 40 die Diffusionsverschmelzung des Stapels genügt. Dies ist in Fig. 3 durch den gedehnten Stapel 40 dargestellt, bei dem beide Bleche 12 und 14 superplastisch gedehnt wurden, währenddessen das Blech 10 des geformten Stapels im wesentlichen unverändert geblieben ist. Die ursprüngliche Dicke der 45 Bleche des Stapels 40 ist durch die Ausmasse der zu formenden Teile bestimmt. Das Verfahren zur Verbindung, wie Hartlöten, Punktschweissen oder Diffusionsverschweissen, hängt vom gewählten Material der Rohbleche, der Temperatur für die superplastische Formung und der gewünschten Festigkeit so ab. Jedoch speziell für Titan ist die Diffusionsverschweissung zu bevorzugen, indem dies eine Verbindung mit der grössten Festigkeit ergibt, und die Verschweissungstemperatur im allgemeinen auch für superplastische Formung geeignet ist.

Wie schon erwähnt, können bei den Stellen 30, 32 und 34 55 Trennmittel verwendet werden, um eine Verschweissung an diesen Stellen zu verhindern. Das verwendete Trennmittel muss somit die Verbindung verhindern und mit dem Metall oder dem Metallen des Stapels verträglich sein (nichtreagie-rend mit den Stapelmetallen und kleinste Diffusion in die 60 Metalle). Für Titanbleche eignet sich Graphit, Borstickstoff und Yttererde.

Typisch bei der Verwendung von Yttererde ist, dass die Trennflächen auf den Blechen mit einer Lösung von Yttererde 65 und einem Bindemittel besprüht werden. Das Bindemittel hält die Yttererde während des VerschweissungsVorganges am Platz und verdampft möglicherweise unter der Formungstemperatur.

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Die Verbindung des Stapels 40 an den gewählten Stellen durch Hartlöten und Punktschweissen wird normalerweise ausserhalb des Formgerätes 42 gemacht. Wird eine Diffusionsverschweissung vorgesehen, so wird der nicht verbundene Stapel 40 vorzugsweise nach dem Einlegen in das Formgerät 42 verbunden, um so Herstellungszeit und Ausrüstungskosten zu sparen. (Es wäre aber auch möglich, den Stapel durch Diffusionsverschweissung mittels Pressverbindung oder mittels Rollverbindung vor dem Einbringen in das Formgerät zu verschweissen.) Das Gewicht des oberen Maschinenrahmens 44 wirkt als Klemmvorrichtung für den Stapel 40. Eine einzelne Kante des Stapels 40 ist zwischen oberem 44 und unterem Maschinenrahmen 46 gehalten. Dies bewirkt, dass diese Teile der Bleche des zu formenden Stapels eher gestreckt als gezogen werden. Sofern gewünscht, können zusätzliche Befestigungsmittel, wie Nieten (nichtdargestellt), verwendet werden, um den Stapel 40 besser zusammenzuhalten. Ein weiteres Befestigungsmittel, das verwendbar wäre, könnte eine Presse (nichtdargestellt), vorzugsweise eine hydraulische Presse, mit Pressplatten 50 sein. Das Formgerät 42 wird dabei zwischen die Pressplatten 50 gelegt und damit zusammengepresst, um sicher zu gehen, dass der Stapel 40 gehalten und die Kammer 48 luftdicht geschlossen ist. Diese Anordnung ist sehr vorteilhaft, da die Pressplatten 50 aus keramischem Material gemacht und widerstandsgeheizte Drähte 52 darin eingebettet sein können, um den Stapel 40 auf die Formungstemperatur zu bringen. Ebensogut können aber auch andere Heizverfahren in Zusammenhang mit dem Formgerät 42 vorgesehen sein, das gewöhnlich von Heizmitteln umgeben ist, wenn nicht Heizplatten verwendet werden.

Um die Verschmutzung zu verhindern und die Diffusionsverschweissung des Stapels 40 vorzunehmen, wenn dieser in nichtverschweisstem Zustand in das Formgerät 42 eingebracht wird, ist ein Umgebungsüberwachungssystem vorgesehen. Der Zweck des Systems ist, den Stapel 40 während des Heizens, der Formens und des Verbindens optimal der Diffusionsverschweissung mittels Flüssigkeitsdruck eines inerten Gases oder Vakuum auszusetzen. Die Bleche des Stapels 40 reagieren mit dem inerten Gas infolge der Natur des inerten Gases, auch bei den erhöhten Temperaturen für Formen und Verbinden nicht. In einem Hochvakuum befinden sich im wesentlichen keine Elemente, um sich mit dem Stapel 40 zu verbinden. Damit kann die Verunreinigung des Stapels 40 in einer derartigen Umgebung verhindert werden.

Die Zuleitung 52 ist mit einem nichtdargestellten Ende an eine Quelle mit komprimiertem inertem Gas und mit dem anderen Ende an die Kammer 48 durch die Öffnung 54 im oberen Maschinenrahmen 44 angeschlossen. Ein Ventil 56 zur Leitung des inerten Gases durch die Leitung 52 in die Kammer 48 sowie ein Druckanzeiger 58 zur Anzeige des Druckes sind vorgesehen. Als inertes Gas wird vorzugsweise flüssiges Argon verwendet. Die Leitung 52 dient auch als Ableitung für das inerte Gas in der Kammer 48 und könnte auch an eine Vakuum-Quelle, wie eine Saugpumpe, angeschlossen sein, um in der Kammer 48 ein Vakuum zu erzeugen. Wird die Leitung als Ableitung für inertes Gas benützt, so leitet ein Ventil 56 das Gas ab. Eine zusätzliche Leitung 60 kann auf der anderen Seite der Maschinenplatte 44 vorgesehen sein, die dann als Abfluss für das inerte Gas aus der Kammer 48 dient. Die Leitung 60 ist mit der Kammer 48 durch eine Öffnung 62 in der oberen Maschinenplatte verbunden. Überdies ist die Leitung 60 mit einem Ventil 64 versehen, um den Gasfluss aus der Kammer 48 zu steuern. Die Leitung 60 kann entweder nur als Abzug dienen oder sie kann mit einer Saugpumpe verbunden sein.

Wie schon erwähnt, kann das System zur Verhinderung von Verunreinigungen auch als Mittel zur Druckdehnung des verbundenen Stapels 40 dienen. Dabei kann der Stapel 40

nach Einlegen in das Formgerät 42, wie in Fig. 2 dargestellt, in einer inerten Gasatmosphäre auf eine für Diffusionsverschweissung geeignete Temperatur (etwa 920° C, wenn die Bleche des Stapels 40 aus TÌ-6A1-4V bestehen) mittels der s Heizplatten 50 geheizt werden, um darauf Druck auf den Stapel 40 auszuüben, indem der Druck in der Kammer 48 durch Zugabe von weiterem inertem Druckgas durch die Leitung 52 erhöht wird, während die Leitung 60 durch das Ventil 64 verschlossen ist. In diesem Falle verbinden sich die nicht behan-10 delten Stellen des Stapels 40 durch eine Diffusionsverschweissung unter einem derartigen Druck, der für TÌ-6A1-4V vorzugsweise etwa 500 psi betragen kann, während einer geeigneten Zeit, die von der Dicke des Stapels 40 abhängt und zwischen 30 Minuten und 12 Stunden betragen kann. Die Laschen 15 der Bleche des Stapels 40 können ebenfalls durch eine Diffusionsverschweissung unter der Wirkung des Verschlussdruckes in Form des Gewichtes der oberen Maschinenplatte 44 und überdies einem Druck einer Presse und/oder von Befestigungsmitteln verschweisst werden. Nach der Diffusionsver-20 schweissung des Stapels 40 wird überschüssiges Gas aus der Kammer 48 über die Leitungen 52 und 60 entfernt, um ein Aufblähen des Stapels 40 zu erlauben.

Für die Dehnung des Stapels 40 in die Form gemäss Fig. 3 sind Dehnungsleitungen 72 und 74 vorgesehen, von denen die 25 Details am besten aus Fig. 1 und 4 ersichtlich sind. Die Dehnungsleitung 72 (und wahlweise auch die Dehnungsleitung 74 auf der entgegengesetzten Seite des Stapels 40) ist zwischen die Bleche 10 und 14 eingelegt und mündet in einen Kanal 75 ein, der durch die Aussparungen 76 und 78 und die entspre-30 chende Stelle der Oberfläche 20 des Bleches 14, das die Aussparung überdeckt, gebildet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bleche 10 und 12 sind Aussparungen 77 und 79 vorgesehen, um einen Kanal für eine Dehnungsleitung 74 zu bilden. Die Anordnung der Dehnungsleitung 72 in einem 35 derartigen Kanal 75 verhindert, dass die Leitung 72 durch die Maschinenplatten 44 und 46 zusammengedrückt wird. Auch wenn die Leitung 72 so angebracht wird, dass sie nur teilweise in den Kanal 75 eindringt, fliesst genügend Gas zwischen die Bleche des Stapels 40, in diesem Fall auf beiden Seiten der 40 Bleche, wie durch die Pfeile 80 und 82 angedeutet ist. Wie Fig. 2 zeigt, sind Ventile 84 und 86 in den Dehnungsleitungen 72 und 74 vorgesehen, um den Gasfluss zu steuern und ferner noch Druckanzeiger 88 und 90, um den Druck anzuzeigen.

Mit den Dehnungsleitungen 72 und 74 kann auch das 45 verdunstete Bindemittel abgesaugt werden. Soweit könnte die Leitung 72 als Einlass und Leitung 74 als Auslass für einen Fluss inerten Gases dienen, der vor der Dehnung des Stapels 40 durch diesen geleitet wird, um verdunstetes Bindemittel abzuziehen.

so Ein Paar seitlicher Nuten 71 (nichtgezeigt) und 73 sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten der unteren Maschinenplatte 46 eingelassen, wobei die Nute 71 mit der Aussparung 77 und die Nute 73 mit der Aussparung 76 zusammenfällt. Diese Nuten 71 und 73 sind vorgesehen, um 55 sicherzustellen, dass der Durchfluss von inertem Gas aus den Dehnungsleitungen 72 und 74 zwischen die Bleche des Stapels 40 nicht davon abgehalten wird, die behandelten Flächen 30 und 34 durch Klemmen des Stapels 40 infolge der durch die obere Maschinenplatte 44 und die untere Maschinenplatte 46 60 ausgeübten Pressung zu erreichen. Die Breite der Nuten 71 und 73 ist vorzugsweise gleich wie die der Aussparungen 76 und 77, wobei aber die Nuten 71 und 73 weiter innen beim Stapel 40 enden, so dass das Klemmen nicht auftritt, bevor der Fluss des inerten Gases die behandelten Flächen 30 und 34 65 erreicht.

Wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, das Verfahren mit durch Trennmittel behandelten Stellen im Stapel 40 zur Verhinderung einer Verschweissung an diesen Stellen durchgeführt

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wird, sollten bevorzugterweise zusätzliche Stellen 92 und 94 ebenso behandelt werden, um auch dort eine Verschweissung zu verhindern, so dass das Gas aus den Dehnungsleitungen 72 und 74 die ausgewählten, behandelten Stellen zur Dehnung des Stapels 40 erreichen kann. Aussparungen 96 sind ausserdem noch in den behandelten Stellen 30, 32 und 34 vorzusehen, um das inerte Gas aus den Dehnungsleitungen 72 und 74 in das Innere des Stapels 40 zu den übrigen behandelten Stellen zu leiten, um sicherzugehen, dass im Innern des Stapels der Druck ausgeglichen ist (in diesem Fall auf beiden Seiten des Bleches 12). Wenn der Druck nicht ausgeglichen wäre, würde der entstehende Kern der Struktur, das Blech 12 in der Anordnung gemäss Fig. 3, mit einem entsprechenden Einfluss auf die Belastbarkeit der Struktur, verzogen.

Um die gedehnte, metallische Struktur entsprechend Fig. 3 zu erhalten, sind Rohwerkstücke 10,12 und 14 aus Blech vorgesehen. Beide Bleche 12 und 14 müssen aus einem Metall bestehen, das eine empfindliche Dehnungsgeschwindigkeit für superplastische Formung aufweist. Vorzugsweise ist wenigstens ein Blech an ausgewählten Stellen wie bei 30, 32 und 34 behandelt, so dass, wenn die Bleche zu einem Stapel 40 aufgebaut und durch Diffusion verschweisst sind, nur ausgewählte Stellen verschweisst sind. Anderseits könnte der Stapel 40 durch Punktverschweissen oder durch Hartlöten an den ausgewählten Stellen verbunden werden. Soll die Verschweissung durch Diffusion geschehen, so wird der Stapel vorzugsweise in das Formgerät 42 einglegt. Der Druck in der Kammer 48 wird vergrössert, indem inertes Gas unter Druck durch die Leitung 52 in die Kammer 48 gelassen wird. Sobald die Kammer 48 eine inerte Gasatmosphäre aufweist, wird der Stapel 40 durch Widerstandsdrähte 52 in Heizplatten 50 auf eine Temperatur aufgeheizt, die sowohl für Diffusionsverschweissung als auch für superplastische Formung optimal gewählt ist, auch könnte später die Temperatur erhöht oder erniedrigt werden, wenn für die superplastische Formung eine andere Temperatur notwendig wäre. Der Druck in der Kammer 48 wird darauf durch Zuleitung von inertem Gas durch die Leitung 52 erhöht, um den für die Verschweissung durch Diffusion notwendigen Druck zu erzeugen. Dieser Druck wird dann während einer genügend langen Zeit aufrechterhalten, um die Verbindung durch Diffusion zu ermöglichen. Sofern die Bleche des Stapels 40 aus TÌ-6A1-4V bestehen, so muss die verwendete Temperatur etwa 900° C und der Druck etwa 500 psi sein. Diese Werte können natürlich während des Formens und Verschweissens verändert werden, solange sie nur innerhalb eines geeigneten Bereichs konstant gehalten werden. Die Zeitdauer ist entsprechend den verwendeten Legierungen, der Temperatur, dem Druck und der Dicke des Stapels 40 zu wählen. Die Zeitdauer kann zwischen 30 Minuten und 15 Stunden liegen. Wie schon früher erwähnt, kann die Temperatur zwischen 780 bis etwa 1000° C betragen. Der Druck für die Herstellung der Verbindung kann zwischen 100 und 2000 psi bzw. mit dem vorzuziehenden Bereich zwischen 150 und 600 psi liegen.

Bevor der Stapel 40 gedehnt wird, wird der Druck in der Kammer durch die Leitungen 52 und 60 vermindert. Sofern der Stapel 40 schon vor dem Einbringen in das Formgerät 42 verschweisst wurde, so ist der vorher beschriebene Verschweis-sungsvorgang auszulassen. Bei der superplastischen Formungstemperatur, die etwa 920° C bei Verwendung von TÌ-6A1-4V-Legierungen betragen sollte (allgemein 890-950° C), wird der Stapel 40 durch Einbringen von inertem Gas unter Druck durch die Leitungen 72 und 74, während ein mögliches Vakuum durch die Leitungen 52 und 60 in der Kammer 48 erzeugt wird, gedehnt. Das gepresste inerte Gas, das das Innere des Stapels 40 vor Verunreinigungen bei erhöhten Formungstemperaturen schützt, gelangt aus den Leitungen 72 und 74 in Kanäle 75, vorzugsweise auf entgegengesetzten Seiten des Stapels 40, worauf das inerte Gas in den Stapel hinein gelangt.

Das sich solcherart im Stapel 40 befindende gepresste inerte Gas verstärkt die Dehnung des Stapels 40 infolge des Druckunterschiedes zwischen dem Innern des Stapels 40 und der Kammer 48. Gewöhnlich wird bei TÌ-6A1-4V mit einem Druckunterschied von 25—250 psi gearbeitet. Vorerst wird dabei das Blech 14 infolge des Druckunterschiedes angehoben und zieht das Blech 12 an ausgewählten verschweissten Stellen mit sich. Diese Dehnung erlaubt nun dem unter Druck stehenden inerten Gas durch die Öffnungen 96 zu dringen, wodurch ein gleicher Druck innerhalb der Stapels 40 entsteht, so dass der Kern (Werkstück 12) einheitlich geformt wird. Der ausgeglichene Druck hält das Blech 10 des Stapels 40 in seiner ursprünglichen Lage, wobei es gegen die Auflagefläche der unteren Maschinenplatte 46 gedrückt wird.

Fig. 5 und 6 zeigen die Verwendung einer andersartigen Ausbildung der unteren Maschinenplatte 100, die vorzugsweise innere Seitenwände 102, 104 aufweist, die eine Kammer 106 bilden. Zuleitungen 108 und 110 sind die untere Maschinenplatte 100 eingeführt, um eine Umgebimg mit inertem Gas in der Kammer 106 zu schaffen und die als Auslass oder als Vakuumleitungen arbeiten können, wenn superplastisch geformt wird. Wenn der Stapel 40 im Formgerät 120 mittels Diffusion verschweisst wird, so sollte der Druck in den Kammern 48 und 106 erhöht werden, um einen geeigneten Druck auf den Stapel 40 für die Diffusionsverschweissung auszuüben. Für die superplastische Dehnung des Stapels 40 ist der Druck innerhalb des Stapels 40 zu erhöhen, indem das unter Druck stehende Gas durch die Zuleitungen 72 und 74 in den Stapel 40 eingeführt wird, so dass der Druck im Innern des Stapels 40 grösser ist als der Druck in den Kammern 48 und 106. Zusätzlich sollte der Druck in den Kammern 48 und 106 durch die Leitungen 108, 110, 52 und 60 verringert und möglichst ein Vakuum erzeugt werden. Wie in Fig. 6 dargestellt, sind alle Bleche des Stapels 40 superplastisch geformt, somit muss jedes Blech aus einem Material bestehen, das eine entsprechende Empfindlichkeit bezüglich der superplastischen Formung aufweist. Wie gezeigt, wird das Blech 14 aufwärts in die Kammer 48, das Blech 10 abwärts in die Kammer 106 gedrückt und das Blech 12 wird infolge der stellenweisen Verschweissung mit beiden Blechen 10 und 14 in beide Richtungen verformt und ergibt den Kern der doppelseitig beschichteten Struktur.

Fig. 7 und 8 zeigen eine anderes Formgerät 130, das eine andere Technik zur Verschweissung erlaubt. Zudem ist die Verwendung eines Stapels 132 mit zwei Blechen 134 und 136 gezeigt. Der Stapel 132 könnte durch Diffusionsverschweissung, Hartlötung oder Punktschweissung vor dem Einbringen in das Formgerät 130 verbunden worden sein. Wenn die Diffusionsverschweissung angewendet wird, so werden die Bleche 134 und 136 vorerst an wahlweise bestimmten Stellen mit einem Trennmittel behandelt, so dass nur gewisse vorbestimmte Flächen des Stapels verschweisst werden. Vorzugsweise wird der Stapel jedoch unverschweisst in das Formgerät 130 eingelegt. Wenn dies der Fall ist, wird kein Trennmittel benötigt.

Das Formgerät 130 verwendet eine obere Maschinenplatte 140 mit einer unteren gewölbten Oberfläche, die durch mehrere Höcker 142 gebildet ist, die voneinander durch dazwischenliegende Einbuchtungen oder Kammern 144 distanziert sind. Die untere Maschinenplatte 150 weist eine zu der durch die Höcker 142 gebildeten Fläche komplementäre obere gewölbte Oberfläche 152 auf. Zwischen den beiden Blechen 134 und 136 liegen Dehnungszuleitungen 160 und 162. Ähnlich zu den Aussparungen 76 und 77 im Blech 10 (Fig. 1) sind auch die Bleche 134 und 136 mit gegeneinander ausgerichteten Aussparungen (nichtdargestellt) versehen, die ebenfalls nicht-dargestellte zylindrische Kammern bilden, in denen die Zuleitungen 160 und 162 liegen. Die Zuleitungen 164 und 166,

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ähnlich den Zuleitungen 52 und 60 (Fig. 2) bilden eine aus inertem Gas bestehende Umgebung in den Kammern 144 und arbeiten als Auslässe oder sind mit einer Vakuumquelle verbunden, um das inerte Gas aus den Kammern 144 abzuziehen, um eine superplastische Formung des Bleches 124 in diese s Kammern zu erlauben. Jede der Zuleitungen 164 und 166 kann mit einem nicht gezeigten Ventil und Druckanzeiger versehen sein, um den Zusatz oder die Ableitung von inertem Gas zu steuern. Die Zuleitungen 164 und 166 münden in Bohrungen 170 und 172, die je mit einem Zugang zu den io Kammern 144 versehen sind.

In Abhängigkeit von der Dicke und der gewünschten Krümmung des Stapels 132 kann der Stapel, bevor er in das Formgerät 130 eingelegt wird, durch gewöhnliche Blechformung, wie Rollformung oder superplastische Formung vorgeformt sein, oder anschliessend durch das Einbringen in das Formgerät 130 durch Druck mittels der Höcker 142 an der oberen Maschinenplatte 140 und der Oberfläche 152 der unteren Maschinenplatte 150. Die Vorformung im Formgerät 130 ist vorzuziehen, indem Vorformung und Verschweissen an ausgewählten Stellen gleichzeitig durchgeführt werden können, wenn der Stapel ebenfalls nicht verschweisst in das Formgerät 130 eingelegt wird, um Herstellungszeit und Ausrüstungskosten zu sparen. ^

Bei Verwendung dieses Formgerätes 130 kann der unver-schweisste Stapel durch Diffusion verschweisst werden, indem mittels oberer Maschinenplatte 140 und unterer Maschinenplatte 150 Druck bei geeigneter Temperatur und während einer geeigneten Zeitdauer ausgeübt wird. Infolge der Höcker 30 142 wird der Druck nur an den ausgewählten Stellen des Stapels 132 ausgeübt, so dass nur diese Stellen durch Diffusion verschweisst werden und so eine Dehnung der nichtverbunde-nen Stellen erlaubt.

Nach der Verschweissung durch Diffusion (oder Einbrin- 35 gen in das Formgerät 130, sofern der Stapel 132 schon vorher verschweisst wurde) und Vorformung wird der Stapel 132 gebläht, indem inertes Gas durch die Zuführungen 160 und 162 eingelassen wird, wodurch die nichtverschweissten Stellen des Bleches 134 in die Kammern 144 ausgedehnt werden. Indem die Kammern 144 der einzige Raum für die Dehnung darstellen, wird nur das Blech 134 gedehnt und entsprechend muss nur dieses Blech aus einem für superplastische Formung geeigneten Material bestehen. Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich,

dass Verschweissung durch Diffusion, Vorformung und super plastische Dehnung jeweils in demselben Gerät und in einem Arbeitsgang durchgeführt werden können.

Es ist noch nachzutragen, dass die superplastische Dehnung auch vor der Verschweissung des Stapels 132 durch Diffusion so vorgenommen werden könnte, indem der Stapel 132 an seinem Umfang versiegelt würde, ohne Druck auf den Stapel 132 auszuüben. Demnach könnte die obere Maschinenplatte 140 auf den Stapel 132 aufgelegt werden, ohne dass der für die Diffusionsverschweissung notwendige Druck aufgebracht 55

würde und nur die Höcker 142 den Stapel berühren. Mit diesem Vorgehen würde der Stapel 132 in die Kammern 144 mittels superplastischer Formung gedehnt, indem die Höcker 142 verhindern, dass auch andere Stellen verformt würden.

Nach einer derartigen Dehnung könnte genügend Druck auf so die Maschinenplatten 140 und 150 aufgebracht werden, der sich auf die unteren Flächen der Höcker 142 auswirkt, um die entsprechenden Stellen des Stapels 132 mittels Diffusion zu verschweissen.

Fig. 9 zeigt die Formung einer unterschiedlich geformten 65 Struktur, in diesem Fall als verjüngende Struktur mit einem damit verbundenen Aufsatz. Die Verjüngung der Struktur wird dabei durch eine geeignete Formgebung der entsprechen40

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den Formungsoberfläche der oberen Maschinenplatte bewirkt. In Fig. 9 weist die obere Maschinenplatte 170 eine obere Formungsoberfläche 172 auf, die von links nach rechts geneigt ist. Damit wird das obere Blech 174 des Stapels 176 superplastisch gegen die Oberfläche 172 gedehnt und es wird dadurch gemäss der Verjüngung dieser Oberfläche geformt. Der mit dem Blech 178 des Stapels 176 geformte Kern ist dementsprechend auch verjüngt, indem seine Form von der endgültigen Lage des oberen Bleches 174 abhängt.

Der Aufsatz 180 in einer willkürlichen Darstellung wird mit dem oberen Blech 174 des Stapels 176 entlang der Verbindungslinie 183 während der superplastischen Verformung des Stapels 176 verschweisst, um dadurch Herstellungszeit, Gerätekosten und Schwierigkeiten bei der Formung zu vermindern. Der Aufsatz 180 könnte dabei entsprechend einem älteren Schutzrecht in eine geeignet geformte Nute oder Vertiefung, hierbei mit 182 bezeichnet, eingelegt werden, wobei der Aufsatz über die Vertiefung hinausragen kann oder auch nicht, oder er könnte ebensogut in die Formkammer eingebracht sein, ohne dass eine Vertiefung benötigt wird, wodurch entweder eine männlich oder weiblich geformte Oberfläche mittels dieses Aufsatzes geformt würde. Wenn eine Vertiefung vorgesehen ist, so ist diese als Teil der Formkammer anzusehen, so dass der Aufsatz auch dann in der Kammer drin liegt, wenn er in der Vertiefung ist. In der dargestellten Ausführungsform berührt der Stapel 176 bei der superplastischen Verformung den Aufsatz 180 entlang der Linie 183. Infolge der superplastischen Formtemperatur, auf die auch der Aufsatz 180 aufgewärmt ist, und der Druck, der den Stapel 176 ausdehnt und möglicherweise auch das obere Blech 174 zum Anliegen an die Oberfläche 172 und an den Aufsatz 180 drückt, wird der Aufsatz 180 durch Diffusion entlang der Linie 183 mit dem Stapel 176 verschweisst, sofern Temperatur und Druck für eine geeignete Zeitdauer auf einem für Diffusionsverschweissung geeigneten Wert gehalten werden. Vorzugsweise wird die Temperatur und der Druck bei der superplastischen Formung der Bleche 174 und 178 gleich so gewählt, dass sie auch für die Diffusionsverschweissung geeignet sind, um so den Druck und die Tempeatur nicht nach dem Formen für die Diffusionsverschweissung erhöhen oder erniedrigen zu müssen. Das Material für den Aufsatz 180 sollte ein solches sein, das für Diffusionsverschweissung mit dem Material des Bleches 174 geeignet ist, wenn möglich sogar dasselbe Material sein.

Indem der typische Gasdruck für die superplastische Formung 150 psi beträgt, der somit erheblich kleiner ist als der für eine Diffusionsverschweissung normalerweise verwendete Gasdruck von 2000 psi, so ergibt sich eine Verbindung, die nicht die ursprüngliche Metallstärke aufweist, aber die doch weitgehend gleich gut ist wie eine qualitativ gute, hartgelötete Verbindung. Jedenfalls könnte, nachdem die Struktur voll ausgebildet ist, wie in Fig. 9 dargestellt ist, der Druck in der gebildeten Struktur über die Dehnungszuleitungen 190 und 192 bis zu einem Wert vergrössert werden, der sich für die Herstellung einer Diffusionsverschweissung eignet. Eine kompakte Stelle, wie durch das Bezugszeichen 194 angedeutet, kann ebenfalls an die gedehnte Struktur mit dem gleichen Arbeitsgang angeformt werden, indem diese kompakte Stelle 194 ein ungedehntes Ende des Stapels 176 ist, und der Stapel 176 auf die Temperatur für eine Diffusionsverschweissung unter gleichzeitigen Anbringen von Druck durch die obere Maschinenplatte 170 und durch die untere Maschinenplatte 171 erwärmt wird. Die gedehnte Struktur 200 aus Fig. 9 ist entformt mit abgeschnittenen Enden in Fig. 10 dargestellt.

Fig. 11 zeigt die Lage einer Dehnungszuleitung 10 bezüglich eines viertägigen Aufbaus oder Stapels 212 in einem Formgerät mit oberer Kammer 214 und unterer Kammer 216. Die Dehnungszuleitung 210 ist zwischen das obere Blech 217

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und das untere Blech 218 gelegt, wobei das untere Blech eine Aussparung 220 an seiner Aussenseite aufweist, gleich wie die Aussparung 76 in Fig. 1. Die inneren Bleche 221 und 222 des Stapels 212 weisen eine Aussparung auf wie die Aussparung 78 in Fig. 1, die gestattet, die Dehnungszuleitung 210 zwischen s die Bleche 217 und 218 einzuführen. Öffnungen 230 sind vorgesehen, um das Dehnungsgas zu leiten und Flächen 232 sind dort mit einem Trennmittel versehen, wo keine Verbindung gewünscht ist. Verdeutlichende Ansichten der Struktur 240 der Fig. 11 sind in Fig. 12 und 13 dargestellt. io

Damit wurde ersichtlich, dass ein Verfahren zur Herstellung von Schichtstrukturen aus mehreren Werkstücken erläutert wurde, die das angestrebte Ziel und die weiter oben beschriebenen Vorteile erfüllen. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsarten beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass viele Alternativen, Änderungen und Variationen für die Fachleute klar dargestellt sind.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Schichtstruktur aus mehreren Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Werkstücke aus Blech mit je zwei sich gegenüberliegenden Hauptoberflächen bereitgestellt werden, von welchen Werkstücken wenigstens eines superplastische Eigenschaften aufweist, dass diese Werkstücke zu einem Stapel geschichtet werden, derart, dass wenigstens eines der äusseren Werkstücke superplastische Eigenschaften aufweist, dass dann wenigstens zwei Formwerkzeugteile bereitgestellt werden, dass mit dem Einbringen des Stapels in die Formwerkzeugteile wenigstens ein Hohlraum abgegrenzt wird, dass ausgewählte Stellen des Stapels von Werkstücken miteinander verbunden werden, dass darauf der Stapel von Werkstücken auf eine Temperatur erwärmt wird, die für superplastische Formung des wenigstens einen äusseren Werkstückes genügt, und dass in dem genannten, wenigstens einen äusseren Werkstück eine Zugspannung erzeugt wird, mit der bewirkt wird, dass sich wenigstens eine Partie dieses Werkstücks superplastisch in den genannten, wenigstens einen Hohlraum ausdehnt, um sich an den Wänden von wenigstens einem der genannten Formwerkzeugen zu formen.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke an denjenigen Stellen behandelt werden, an denen ein Verbinden verhindert werden soll, und dass dann der Stapel unter einer Kombination von Temperatur, Druck und Zeit gehalten wird, die für eine Diffusionsver-schweissung bei den nicht behandelten Stellen genügt.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel auf eine solche Temperatur erwärmt wird, die bei einer bestimmten Kombination mit Druck und Zeit eine Diffusionsverschweissung an den ausgewählten Stellen bewirkt, dass dann Druck auf die ausgewählten Stellen ausgeübt wird, der für die Diffusionsverschweissung an den ausgewählten Stellen genügt, und dass der Druck und die Temperatur für eine Dauer beibehalten werden, die für die Diffusionsverschweissung genügt.
4. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung durch Aufbringen eines geeigneten Trennmittels vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugspannung durch Erzeugen eines Überdruckes in den Zwischenräumen zwischen nichtverschweissten Gebieten bezüglich des Druckes in dem wenigstens einen Hohlraum erzeugt wird.
6. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugspannung durch Erhöhung des Druckes in den Zwischenräumen zwischen nichtverschweissten Gebieten gegenüber dem Druck in dem wenigstens einen Hohlraum erzeugt wird.
7. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck eines kompressiblen Fluids einwirken gelassen wird, um die Druckbedingungen für Diffusionsverschweissung zu erzeugen.
8. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Formwerkzeugs wenigstens eine vorstehende Partie aufweist, und dass der komprimierende Druck auf die ausgewählten Stellen des Stapels mittels dieser Partie ausgeübt wird.
9. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel von Werkstücken mittels des Druckes vorgeformt wird.
10. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Werkstücke Bleche, bestehend aus Titanlegierungen sind, dass der Temperaturbereich für superplastische Formung 900 bis 955° C ist, und dass der Druck innerhalb eines Bereichs von 10 bis 42,5 kg/cm2 gehalten wird.
11. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Werkstücke Bleche aus Titanlegierungen sind, und die Temperatur für superplastische Verformung im Bereich 900 bis 955° C liegt.

io Seit mehreren Jahren ist es bekannt, dass gewisse Metalle, wie Titan und viele von dessen Legierungen eine Superplastizi-tät zeigen. Superplastizität ist eine Eigenschaft von Materialien, bei der eine ungewöhnlich hohe Zugverformung mit einer geringeren Neigung zu Einschnürungen verbunden ist. Diese 15 Eigenschaft zeigen nur wenige Metalle und Legierungen und nur innerhalb eines begrenzten Temperatur- und Verfor-mungsgeschwindigkeitsbereichs.

Es wurde beobachtet, dass Titan und Titanlegierungen superplastische Eigenschaften aufweisen, die gleich oder grös-20 ser sind als jene von irgendeinem anderen Metall. Mit geeigneten Titanlegierungen sind Oberflächenvergrösserungen bis zu 300% möglich.

Die Vorteile der superplastischen Formung sind vielseitig. Sehr komplexe Formen und tiefgezogene Teile können einfach 25 geformt werden. Um das Metall im superplastischen Temperaturbereich zu formen, werden geringe Verformungskräfte benötigt, wobei durch die Formung von Teilen unter geringem Druck auch die Deformation und Abnutzung der Werkzeuge niedrig gehalten wird, was die Verwendung von billigen Werk-30 zeugmaterialien zulässt und Materialwanderung im Werkzeug ausschliesst; es können auch nur männliche Werkzeuge (Stempel) oder nur weibliche Werkzeuge (Matrizen) verwendet werden; es ergibt sich kein Zurückspringen; es wird kein Bauschinger-Effekt erzeugt; mehrfache Teile von unterschiedlicher 35 Form können in einem einzigen Arbeitsgang gefertigt werden; sehr kleine Radien können geformt werden, und es ergeben sich keine Probleme mit Kompressionsfalten oder -gruben. Wenn jedoch Titan oder sich ähnlich verhaltende Metalle superplastisch geformt werden, so ist es notwendig, das Erhit-40 zen und das Formen in einer überwachten Umgebung vorzunehmen, um die Reinheit des Titans sicherzustellen, das bei höheren Temperaturen speziell empfindlich bezüglich Sauerstoff, Stickstoff und in der Luft enthaltenem Wasserdampf ist. Wird Titan nicht geschützt, so wird es spröde und seine rich-45 tige Beschaffenheit zerstört.

Diffusionsverschweissung (diffusion bonding) betrifft das metallurgische Verbinden von Oberflächen gleichartiger oder verschiedenartiger Metalle durch Wärme und Druck für eine Zeitdauer, um eine Vermischung von Atomen an der anlie-50 genden Grenzfläche zu bewirken. Diffusionsverschweissung wird ausschliesslich im festen Aggregatzustand oberhalb der halben Schmelzpunkttemperatur (absolut) des Grundmetalls vollzogen. Die notwendige Zeit, die Temperatur und der Druck sind von Metall zu Metall verschieden. Die gegeneinan-55 der anliegenden Oberflächen müssen durch den Druck in einen atomar geringen Abstand gebracht werden. Ein ausreichender Druck ist auch vorzusehen, um ein geringes plastisches Fliessen zur Ausfüllung von gewöhnlichen Poren zu bewirken. Wird ein zu geringer Druck angewendet, so bleiben 60 kleine Poren an den verbundenen Oberflächen bestehen, und die Festigkeit der Verbindung wird kleiner als sie maximal erreichbar sein würde. Die Anwendung von Druck bricht auch Oberflächenoxyde und Oberflächenunebenheiten auf, derart, dass sich saubere Oberflächen zur Verschmelzung ergeben. 65 Die erhöhte Temperatur, die zur Diffusionsverschweissung angewendet wird, dierft der Beschleunigung der diffundierenden Atome an der zu verschweissenden Grenzfläche und bewirkt eine Erweichung des Metalls, das mithilft, die Oberfläche

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zu deformieren, um einen intimeren Kontakt für die atomare Verschmelzung und Bewegung über die zu verschmelzenden Oberflächen zu erlauben. Die erhöhte Temperatur und die Anwendung von Druck ergibt überdies eine Diffusion der Oberflächenverunreinigung in das Grundmetall während des Schweissvorganges, was zu einer metallischen Atom-zuAtom-Verschmelzung führt und dadurch die Verbindung stärkt. Um die durch Diffusion von Atomen zwischen den zu verschweissenden Grenzflächen erhaltene Verschmelzung aushärten zu lassen, muss eine genügend lange Zeitspanne gewährt werden. Für die Verschweissung von Titan oder gleichartigen Metallen ist eine Schutzgas-Atmosphäre vorzusehen.

Das Verfahren des superplastischen Formens von Metallen und die Diffusionsverschweissung sind einzeln in früheren Veröffentlichungen beschrieben worden. Das US-Patent 3 340 101 (Fields jr. und weitere) zeigt ein Verfahren für superplastisches Formen, wobei das Metall aufbereitet wird, um die Empfindlichkeit bezüglich der Dehnungsgeschwindigkeit (strain rate sensitivity) zu erhalten und um dann mittels Vakuum allein oder in Verbindung mit einem Metallwerkzeug geformt zu werden. Die Patente betreffend die Festkörperoder Diffusionsverschweissung schliessen die US-Patente 3 145 466; 3 180 022; 3 044 160; 2 850 798 und 3 170 234 ein. Jedenfalls wird im Stand der Technik die Verbindung der beiden Verfahren nicht dargelegt.

In der CH-PS 598 879 wird ein Verfahren zur superplastischen Formung von Metallen mit gleichzeitiger Diffusionsverschweissung beschrieben. Der Kern dieser Erfindung liegt jedoch darin, einen Metallpressling superplastisch gegenüber einem formenden Körper und einem anderen Metallwerkstück zu formen, so dass der Metallpressling gleichzeitig geformt und mit dem anderen Metallwerkstück in einem Arbeitsgang durch Diffusion verschweisst wird. Dadurch kann eine hohle, an peripheren Flanschen verschmolzene Metallform geformt werden. Das Verfahren sieht hingegen keine Formung von Schichtstrukturen (sandwich structures) vor. Die Formung von solchen Strukturen entsprechend der vorliegenden Erfindung verlangt eine separate superplastische Formung und verbindende Stufen und eine Technik, um ausgewählte Stellen des verwendeten Presslings zu verschweissen.