DE102004061948A1

DE102004061948A1 - Tool for forming high melting metal materials in thixotropic state used in e.g. thioforging of e.g. aluminum alloy, has inner layer of e.g. corrosion-resistant ceramic or metal/ceramic material and outer ceramic layer

Info

Publication number: DE102004061948A1
Application number: DE200410061948
Authority: DE
Inventors: Simon Muenstermann; Krishna Uibel; Thorsten Tonnesen; Rainer Telle
Original assignee: Telle Rainer Prof Drrernat; Tonnesen Thorsten Dr-Ing
Current assignee: Telle Rainer Prof Drrernat; Tonnesen Thorsten Dr-Ing
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-27

Abstract

A tool for forming high melting metal materials of melting point above 800[deg]C in the thixotropic state (thioforming) with a heater (4) integrated into the tool, at 800-1600[deg]C, has an inner layer (2) comprising infitration-, corrosion-, wear-, and profile (sic) resistant ceramic or metal/ceramic material and an outer ceramic layer (3) of heat conductivity at a temperature gradient at the wall thickness (sic) of 20-150 K/cm. During forming the temperature of the tool outer side (8) is below 600[deg]C.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Formgebung hochschmelzender metallischer Werkstoffe mit Schmelzpunkten oberhalb 800°C in teilerstarrtem (thixotropem) Zustand (Thixoforming) und dessen Verwendung. Dabei umfaßt das Thixoformen die Formgebung der hochschmelzenden metallischen Werkstoffe in teilerstarrtem (thixotropem) Zustand durch Thixoschmieden, Thixogießen oder Thixostrangpressen.The The present invention relates to a tool for shaping refractory metallic materials with melting points above 800 ° C in partially solidified (thixotropic) state (thixoforming) and its use. there comprises the thixoforming the shaping of the refractory metallic Materials in partially solidified (thixotropic) state by thixoforging, thixocasting or thixo presses.

Die Formgebung hochschmelzender metallischer Legierungen mit Schmelzpunkten von oberhalb 800°C in teilerstarrtem (thixotropem) Zustand ist Gegenstand intensiver Forschung in Deutschland, Europa, Japan und USA. Das allgemeine wirtschaftliche Interesse am Thixoforming wird dokumentiert durch eine Vielzahl öffentlich geförderter Forschungsprojekte in Deutschland und in der Europäischen Union.The Shaping refractory metal alloys with melting points from above 800 ° C in partially solidified (thixotropic) state, the object is more intense Research in Germany, Europe, Japan and USA. The general economic interest in thixoforming is documented by a variety of public funded Research projects in Germany and in the European Union.

Das Thixoforming besteht darin, ein Metall oder eine Metallegierung mit einem relativ weiten Temperaturbereich für das Aufschmelzen so hoch zu erwärmen, daß ein optimaler Volumenanteil an flüssiger Phase entsteht, welcher ein reibungsarmes Umformen der restlichen, noch festen Legierungsbestandteile durch Schmieden, Gießen, Strangpressen, Fließpressen, etc. des in thixotropem Zustand vorliegenden metallischen Werkstoffes ermöglicht. Wenngleich das Thixoforming niedrigschmelzender Metalle oder Legierungen, zum Beispiel Aluminium oder Aluminiumlegierungen, bereits industriell für die Serienfertigung umgesetzt ist, ist es bislang noch nicht gelungen, hochschmelzende metallische Werkstoffe mit Schmelzpunkten oberhalb 800°C, beispielsweise Stahl oder Stahllegierungen, in thixotropem Zustand umzuformen. Daher ist das Thixoforming bislang für solche hochschmelzenden metallischen Werkstoffe wirtschaftlich uninteressant.The Thixoforming is a metal or a metal alloy with a relatively wide temperature range for the melting so high to warm, the existence optimum volume fraction of liquid Phase arises, which is a low-friction forming of the remaining, still solid alloying components by forging, casting, extrusion, extrusion, etc. of the present in thixotropic state metallic material allows. Although thixoforming of low-melting metals or alloys, For example, aluminum or aluminum alloys, already industrial for the Series production has been implemented, it has not yet been possible refractory metallic materials with melting points above 800 ° C, for example steel or steel alloys to reform in thixotropic state. Therefore is the Thixoforming so far for such refractory metallic materials economically uninteresting.

Der Grund für die Schwierigkeiten des Thixoformings von hochschmelzenden metallischen Werkstoffen liegt in dem komplexen Anforderungsprofil an die Werkzeugwerkstoffe, das sich aus den Randbedingungen des Thixoformings von Stählen ergibt. Während der zu formende, teilerstarrte Stahl eine Temperatur von etwa 1.400°C aufweist, können die Formrahmen üblicher Schmiedepressen aus Warmarbeitsstahl, wie sie auch für das Thixoforming von Aluminium und Aluminiumlegierungen eingesetzt werden, nur bis maximal 500°C vorgewärmt werden, da sie bei höheren Temperaturen die notwendige Festigkeit verlieren. Für das Thixoforming von Stahl würde dies einer Temperaturwechselbeanspruchung der Werkzeuge von Δt = 900°C entsprechen.Of the reason for the difficulties of thixoforming of refractory metallic Materials lies in the complex requirement profile of the tool materials, which results from the boundary conditions of the thixoforming of steels. During the has a temperature of about 1,400 ° C, can the mold frames more usual Forging presses made of hot-work steel, as well as for thixoforming of aluminum and aluminum alloys are used, only until maximum 500 ° C preheated because they are higher Temperatures lose the necessary strength. For thixoforming of steel would this corresponds to a thermal cycling of the tools of Δt = 900 ° C.

Für das Thixoforming von Aluminiumlegierungen werden derzeit Stahlwerkzeuge, zur Verbesserung ihrer tribologischen Eigenschaften keramisch beschichtete Stahl- oder Wolfram-Basislegierungen sowie vollkeramische Werkzeuge eingesetzt. Die metallischen Werkzeuge und Substrate, bei denen es sich meistens um Warmarbeitsstahl handelt, erweichen jedoch bei Temperaturen oberhalb von 600°C, was zu Abweichungen in der Geometrie der Bauteile, beziehungsweise zum Abplatzen der keramischen Beschichtung bei der Formgebung von Stahl führt. Ein Nachteil dieser Werkzeuge ist daher die geringe Lebensdauer dieser Werkzeuge.For thixoforming of aluminum alloys are currently steel tools, for improvement their tribological properties ceramic-coated steel or tungsten-based alloys and all-ceramic tools used. The metallic tools and substrates, which are mostly is hot-work steel, but soften at temperatures above from 600 ° C, what to deviations in the geometry of the components, or for Spalling of the ceramic coating during the shaping of steel leads. One Disadvantage of these tools is therefore the low life of this Tools.

Werkzeuge aus Eisen- oder Molybdän-Basislegierungen sind ebenfalls nicht ausreichend temperaturwechselbeständig, insbesondere nicht ausreichend korrosionsbeständig und zeigen ab etwa 600°C ein duktiles Verhalten. Die auf solche Basislegierung aufgebrachten Schichten, beispielsweise durch chemische Dampfabscheidung oder Plasmadampfabscheidung, versagen aufgrund von Spannungsspitzen an Geometriesprüngen und dem sich verformenden Werkstoff, unabhängig von der Qualität der auf das Werkzeug aufgebrachten Schicht.Tools made of iron or molybdenum-based alloys are also not sufficiently resistant to thermal shock, in particular not sufficiently corrosion resistant and show from about 600 ° C a ductile behavior. The applied to such base alloy Layers, for example by chemical vapor deposition or Plasma vapor deposition failed due to voltage spikes geometry jumps and the deforming material, regardless of the quality of the the tool applied layer.

Vollkeramische Werkzeuge aus dichten, oxidischen Werkstoffen würden sich aufgrund ihrer guten Korrosionsbeständigkeit und geringen Oxidationsneigung zur Verwendung als Werkzeugwerkstoff anbieten, sind aber nicht in der Lage, den schroffen Temperaturwechseln des Thixoforming zu widerstehen. Nichtoxidische Keramiken beziehungsweise Mischkeramiken mit höherer Temperaturwechselbeständigkeit von etwa Δt = 700°C, beispielsweise Siliciumnitrid oder SiAlONe, besitzen einen für das Thixoforming von Stahl unzureichenden Widerstand gegen thermischen Schock und sind darüber hinaus korrosionsanfällig. Die Verwendung von porösen Werkstoffen mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit scheidet wegen der geforderten mechanischen Belastbarkeit und der mangelnden Infiltrationsbeständigkeit des Werkzeugmaterials aus.All-ceramic Tools made of dense, oxidic materials would be due to their good corrosion resistance and low oxidation tendency for use as tool material, But they are not able to cope with the sudden changes in temperature To resist thixoforming. Non-oxide ceramics or mixed ceramics with higher Thermal shock resistance of about Δt = 700 ° C, For example, silicon nitride or SiAlONe, have one for thixoforming of steel inadequate resistance to thermal shock and are over it In addition, susceptible to corrosion. The use of porous materials with high thermal shock resistance separates because of the required mechanical strength and the lack of infiltration resistance of the tool material.

Da bei dem herkömmlichen Thixoforming niedrige Werkzeugtemperaturen angewandt werden müssen, ergibt sich eine rasche Abkühlung des Werkstückes, was zur Folge hat, daß die damit einhergehende Versprödung des Werkstoffes in einer nachfolgenden Wärmebehandlung mit kontrollierter Abkühlgeschwindigkeit wieder rückgängig gemacht werden muß. Aus dem gleichen Grund sind lange Fließwege des thixotropen metallischen Werkstoffes bei der Formgebung nicht realisierbar, da die Erstarrung bereits während der Formgebung eintritt.There in the conventional Thixoforming low mold temperatures must be applied results a quick cooling down of the workpiece, which has the consequence that the associated embrittlement of the material in a subsequent heat treatment with controlled cooling rate be reversed again got to. Out For the same reason are long flow paths of the thixotropic metallic Material in the molding not feasible, since the solidification already during the shaping occurs.

Es ist weiterhin bekannt, Werkzeuge, die zum Formen beziehungsweise Umformen von Polymeren oder metallischen Legierungen verwendet werden, zur Verbesserung ihrer Lebensdauer und zur Erhöhung der Bauteilqualität zu beheizen. Die Formgebung hochschmelzender Werkstoffe, beispielsweise von Stählen, setzt allerdings Werkzeugtemperaturen voraus, die deutlich über den Arbeitstemperaturen konventioneller Werkzeugwerkstoffe, beispielsweise Warmarbeitsstählen, liegen. Bei Verwendung solcher Werkstoffe ist deshalb eine Kühlung des Werkzeuges im Umformungsprozeß erforderlich, um ausreichend lange Standzeiten der Formgebungswerkzeuge zu gewährleisten.It is also known to use tools that are used to form or transform polymers or metallic alloys to improve their life and to heat the component quality. However, the shaping of high-melting materials, for example of steels, requires tool temperatures that are significantly above the working temperatures of conventional tool materials, for example hot-work steels. When using such materials cooling of the tool in the forming process is therefore necessary to ensure sufficiently long service life of the forming tools.

Eine Alternative zu den genannten Vorschlägen sind keramische Werkzeuge, die wegen ihrer hervorragenden Hochtemperaturbeständigkeit auch bei hohen Arbeitstemperaturen nicht gekühlt werden müssen. Einschränkend auf die Einsetzbarkeit solcher keramischer Werkstoffe wirkt jedoch die niedrige Temperaturwechselbeständigkeit, weil selbst Werkzeuge aus Hochleistungskeramiken aufgrund des auftretenden thermischen Schocks bei einer Temperaturdifferenz von etwa 700°C versagen. Dies macht es nötig, umfassende Vorkehrungen zur Vermeidung großer Temperaturdifferenzen im Anfahrzustand und im Betriebszustand zu treffen. Nach dem Stand der Technik wird dieses Problem dadurch gelöst, daß das umzuformende Material im Werkzeug kontinuierlich oder schrittweise erwärmt wird, um in diese Weise das Werkzeug indirekt mitzuheizen. Eine weitere Methode besteht darin, das Werkzeug indirekt dadurch zu beheizen, daß die umzuformenden Werkstoffe mit ansteigenden Temperaturen in rascher Folge in das Werkzeug eingeführt werden. Diese Methoden bergen allerdings ein erhebliches Fehlerrisiko aufgrund schwer kontrollierbarer Temperaturgradienten, weshalb sie über das Entwicklungsstadium nicht hinausgekommen sind. Die Beheizung keramischer Formgebungswerkzeuge auf hohe Temperaturen ist zwar möglich, ihr Einsatz in ei nem meist metallischen Maschinenumfeld aus den oben beschriebenen Gründen allerdings nicht möglich.A Alternative to the mentioned proposals are ceramic tools, because of their excellent high temperature resistance even at high working temperatures do not need to be cooled. Restrictive However, the applicability of such ceramic materials acts low thermal shock resistance, because even tools made of high-performance ceramics due to the occurring Thermal shocks at a temperature difference of about 700 ° C fail. This makes it necessary comprehensive measures to avoid large temperature differences in the Starting state and to meet in the operating state. According to the state The technique solves this problem in that the material to be reshaped In the tool is heated continuously or gradually to this way co-heating the tool indirectly. Another method exists in heating the tool indirectly by transforming the tool Materials with increasing temperatures in rapid succession in the Tool introduced become. However, these methods pose a significant risk of error due to difficult-to-control temperature gradients, which is why they go beyond the Development stage have not gone beyond. The heating ceramic Shaping tools to high temperatures is possible, you Use in a mostly metallic machine environment from the above described reasons but not possible.

Da nach dem heutigen Stand der Technik die Formgebung von hochschmelzenden metallischen Werkstoffen mit Schmelzpunkten oberhalb 800°C, insbesondere von Stählen durch Thixoforming, auch im Kleinserienmaßstab nicht möglich ist, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug anzugeben, mit dem diese Formgebung solcher Werkstoffe im teilerstarrten, thixotropem Zustand in industriellen Formgebungsanlagen auch in Serienfertigung möglich ist.There according to the current state of the art, the shaping of high-melting metallic materials with melting points above 800 ° C, in particular of steels by Thixoforming, even in small series scale is not possible The present invention is based on the object, a tool with which this shaping of such materials in the partially solidified, Thixotropic state in industrial molding equipment also in mass production possible is.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß diese Aufgabe mit Hilfe eines Werkzeugs gelöst werden kann, welches eine Beheizung der formgebenden Innenschicht bei gleichzeitig definierter Wärmedämmung des Werkzeugs gegenüber dem Maschinenumfeld ermöglicht.It has surprisingly shown that this Task can be solved with the help of a tool, which is a Heating of the shaping inner layer at the same time defined Thermal insulation of the Tool opposite enables the machine environment.

Gegenstand der Erfindung ist daher das Werkzeug gemäß Hauptanspruch und dessen Verwendung.object The invention is therefore the tool according to the main claim and its Use.

Die Erfindung betrifft somit ein Werkzeug zur Formgebung hochschmelzender metallischer Werkstoffe mit Schmelzpunkten oberhalb 800°C in teilerstarrtem (thixotropem) Zustand (Thixoforming), welches gekennzeichnet ist durch eine mittels einer in dem Werkzeug integrierten Heizeinrichtung auf eine Temperatur von 600°C bis 1800°C, vorzugsweise 800°C bis 1600°C heizbare, mit dem zu formenden metallischen Werkstoff in Kontakt stehende, formgebende Innenschicht aus einem infiltrationsbeständigen, korrosionsbeständigen, verschleißfesten und formbeständigen keramischen Werkstoff oder keramischmetallischen Mischwerkstoff und eine Außenschicht aus einem keramischen Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit, die einen auf die Wandstärke normierten Temperaturgradienten von 20 bis 150 K/cm ergibt, und einer solchen Wandstärke, daß die Außenseite der Außenschicht des Werkzeugs während der Formgebung eine Temperatur unterhalb 600°C aufweist.The The invention thus relates to a tool for shaping high-melting metallic materials with melting points above 800 ° C in partially solidified (thixotropic) state (thixoforming), which is characterized by a heater integrated in the tool to a temperature of 600 ° C up to 1800 ° C, preferably 800 ° C up to 1600 ° C heatable, in contact with the metallic material to be formed standing, forming inner layer of an infiltration resistant, corrosion-resistant, wear resistant and dimensionally stable ceramic material or ceramic-metallic mixed material and an outer layer made of a ceramic material with a thermal conductivity, the one on the Normalized wall thickness Temperature gradient of 20 to 150 K / cm results, and such Wall thickness, that the outside the outer layer of the tool during the shaping has a temperature below 600 ° C.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstandes sowie die Verwendung dieses Werkstoffes für das Thixoforming, insbesondere Thixoschmieden, Thixogießen oder Thixostrangpressen von Aluminium, Kupfer, Eisen, Legierungen dieser Metalle und insbesondere von Stahl und Stahllegierungen, ganz besonders bevorzugt für die Stahlumformung.The under claims relate to preferred embodiments this subject of the invention and the use of this material for thixoforming, in particular thixo-forging, thixocasting or thixo-extrusion of aluminum, copper, iron, alloys of these metals and in particular of Steel and steel alloys, especially preferred for steel forming.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.The Invention will be closer in the following with reference to the attached Drawings explained.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1: Ein erfindungsgemäßes zweiteiliges, widerstandsbeheiztes Werkzeug mit Werkzeugrahmen für das Thixoschmieden; 1 : A two-part, resistance-heated tool with tool frame for thixoforging according to the invention;

2: Querschnittsdarstellung des in der 1 gezeigten Werkzeugs; 2 : Cross-sectional view of the in the 1 shown tool;

3: ein erfindungsgemäßes einteiliges, induktionsbeheiztes Werkzeug für das Thixoschmieden ohne Werkzeugrahmen; 3 a one-piece inductively heated tool for thixoforging without a tool frame according to the invention;

4: ein erfindungsgemäßes zweiteiliges, widerstandsbeheiztes Werkzeug für das Thixostrangpressen mit Werkzeugrahmen; und 4 an inventive two-part, resistance-heated tool for the Thixostrangpressen with tool frame; and

5: ein erfindungsgemäßes zweiteiliges, induktionsbeheiztes Werkzeug ohne Werkzeugrahmen für das Thixostrangpressen. 5 a two-part, induction-heated tool according to the invention without a tool frame for thixo-extrusion molding.

Die 1 bis 5 zeigen schematische Schnittansichten dieser Werkzeuge, wobei bei den 1 und 3 bis 5 die Schnittebene in der Längsachse durch das Zentrum der Werkzeuge verläuft, während diese bei der 2 in der Schnittebene A-A der 1 verläuft. Die Querschnittsform dieser Werkzeuge ist rotationssymmetrisch, wie in der 2 gezeigt.The 1 to 5 show schematic sectional views of these tools, wherein in the 1 and 3 to 5 the cutting plane in the longitudinal axis passes through the center of the tools, while these at the 2 in the section plane AA the 1 runs. The cross-sectional shape of these tools is rotationally symmetric, as in the 2 shown.

Wie aus den 1 und 2 zu ersehen ist, umfaßt das erfindungsgemäße Werkzeug (1) ein Innenbauteil (6) und ein dieses formschlüssig umgebendes Außenbauteil (7). Das Innenbauteil weist eine Innenschicht (2) auf, die bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des Werkzeuges mit dem zu formenden metallischen Werkstoff in Kontakt steht. Diese Innenschicht (2) ist aus einem infiltrationsbeständigen, korrosionsbeständigen, verschleißfesten und formbeständigen keramischen Werkstoff oder keramisch-metallischen Mischwerkstoff ausgebildet. Infiltrationsbeständig bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Werkstoff der Innenschicht bei der Temperatur der Formgebung für den umzuformenden metallischen Werkstoff dicht ist, das heißt sein Einwandern in die Innenschicht (2) in für die industrielle Fertigung ausreichendem Maße verhindert. Entsprechendes gilt für die Korrosionsbeständigkeit des Materials der Innenschicht, welches bei den Einsatzbedingungen des Werkstoffes eine Korrosionsbeständigkeit gegenüber den umzuformenden Werkstoffen aufweisen muß. Die Verschleißfestigkeit des keramischen Werkstoffes oder keramisch-metallischen Mischwerkstoffes für die Ausbildung des Innenbauteils (6) und damit der Innenschicht (2) entspricht einer bei Raumtemperatur nach der Vickers-Methode HV10 gemäß ISO 6507-3, gemessen in Härte, von mehr als 10 HV. Die Formbeständigkeit des Werkstoffes beziehungsweise Mischwerkstoffes für das Innenbauteil (6) und damit die Innenschicht (2) ist über eine Biegefestigkeit von mehr als 250 MPa, gemessen im Dreipunkt-, beziehungsweise Vierpunkt-Biegeversuch gemäß DIN 53 452, bei Raumtemperatur definiert. Diese Eigenschaften stellen zusammen mit der definierten Wärmleitfähigkeit die für die Serienfertigung erforderliche Standfestigkeit des Werkzeugs sicher.Like from the 1 and 2 can be seen, the tool according to the invention ( 1 ) an interior component ( 6 ) and a form-fitting surrounding outer component ( 7 ). The inner component has an inner layer ( 2 ), which is in the intended use of the tool in contact with the metallic material to be formed. This inner layer ( 2 ) is formed of an infiltration resistant, corrosion resistant, wear resistant and dimensionally stable ceramic material or ceramic-metallic mixed material. Infiltration resistant means in this context that the material of the inner layer is dense at the temperature of the molding for the metallic material to be formed, that is its immigration into the inner layer ( 2 ) in dimensions sufficient for industrial production. The same applies to the corrosion resistance of the material of the inner layer, which must have a corrosion resistance to the materials to be formed under the conditions of use of the material. The wear resistance of the ceramic material or ceramic-metal mixed material for the formation of the inner component ( 6 ) and thus the inner layer ( 2 ) corresponds to a room temperature according to the Vickers method HV10 according to ISO 6507-3, measured in hardness, of more than 10 HV. The dimensional stability of the material or mixed material for the inner component ( 6 ) and thus the inner layer ( 2 ) is defined by a flexural strength of more than 250 MPa, measured in the three-point or four-point bending test according to DIN 53 452, at room temperature. These properties, together with the defined thermal conductivity, ensure the stability of the tool required for series production.

Bei der in den 1 und 2 dargestellten zweiteiligen Ausführung des Werkzeuges ist das Innenbauteil (6) formschlüssig von dem Außenbauteil (7) umgeben, welches ebenfalls aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet ist, der vorzugsweise die gleichen Anforderungen an die Infiltrationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Formbeständigkeit aufweist wie das Material zur Ausbildung des Innenbauteils (6) beziehungsweise der Innenschicht (2). Darüber hinaus muß der keramische Werkstoff des Außenbauteils (7) eine Wärmeleitfähigkeit besitzen, die einen auf die Wandstärke normierten Temperaturgradienten von 20 bis 150 K/cm, vorzugsweise von 50 bis 100 K/cm, ergibt, und das Außenbauteil (7) muß eine solche Wandstärke aufweisen, daß die Außenseite (8) der Außenschicht (3), das heißt also die Außenseite (8) des Außenbauteils (7) des Werkzeugs (1) während der Formgebung eine Temperatur unterhalb 600°C, vorzugsweise unterhalb 400°C, aufweist.In the in the 1 and 2 illustrated two-part design of the tool is the inner component ( 6 ) positively from the outer component ( 7 ), which is likewise formed from a ceramic material which preferably has the same requirements for infiltration resistance, corrosion resistance, wear resistance and dimensional stability as the material for forming the inner component ( 6 ) or the inner layer ( 2 ). In addition, the ceramic material of the outer component ( 7 ) have a thermal conductivity which gives a normalized to the wall thickness temperature gradient of 20 to 150 K / cm, preferably from 50 to 100 K / cm, and the outer component ( 7 ) must have a wall thickness such that the outside ( 8th ) of the outer layer ( 3 ), that is the outside ( 8th ) of the outer component ( 7 ) of the tool ( 1 ) has a temperature below 600 ° C, preferably below 400 ° C during molding.

In dem Material des Außenbauteils (7) ist eine Heizeinrichtung (4) eingebettet, in diesem Fall eine Widerstandsheizung, mit der die mit dem zu formenden metallischen Werkstoff in Kontakt stehende, formgebende Innenschicht (2) auf eine Temperatur von 600 bis 1800°C, vorzugsweise 800°C bis 1600°C aufgeheizt werden kann. Damit die Temperatur des Werkzeugs auf der Außenseite (8) des Außenbauteils eine Temperatur unterhalb 600°C aufweist, enthält der keramische Werkstoff für die Ausbildung des Außenbauteils (7) Materialien (11), welche seine Wärmeleitfähigkeit in der Weise modifizieren, daß sich ein Temperaturgradient von 20 bis 150 K/cm ergibt, so daß bei entsprechender Auslegung der Wandstärke des Außenbauteils bei der im Bereich der Innenschicht (2) vorherrschenden Temperatur von 600 bis 1800°C die Temperatur an der Außenseite (8) des Außenbauteils (7) unterhalb 600°C, vorzugsweise unterhalb 400°C, liegt. Diese, die Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffs senkenden Materialien (11) sind in Form nicht ausgefüllter Kreise dargestellt und in dem in Explosionsdarstellung vergrößert hervorgehobenen Detailbereich (B) verdeutlicht.In the material of the external component ( 7 ) is a heating device ( 4 ) embedded, in this case, a resistance heating, with which the standing in contact with the forming metallic material, forming inner layer ( 2 ) can be heated to a temperature of 600 to 1800 ° C, preferably 800 ° C to 1600 ° C. So that the temperature of the tool on the outside ( 8th ) of the outer component has a temperature below 600 ° C, the ceramic material for the formation of the outer component ( 7 ) Materials ( 11 ), which modify its thermal conductivity in such a way that a temperature gradient of 20 to 150 K / cm results, so that with appropriate design of the wall thickness of the outer component in the in the region of the inner layer ( 2 ) prevailing temperature of 600 to 1800 ° C the temperature on the outside ( 8th ) of the outer component ( 7 ) is below 600 ° C, preferably below 400 ° C, is located. These, the thermal conductivity of the ceramic material lowering materials ( 11 ) are shown in the form of unfilled circles and illustrated in the exploded enlarged detail area (B).

Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform wird das Außenbauteil (7) von einem daran angepaßten Werkzeugrahmen (12) formschlüssig umfaßt. Dieser Werkzeugrahmen nimmt die im Verlaufe der Umformung des Thixoschmiedens auftretenden Kräfte auf. Beim Thixoschmieden wird ein Block des umzuformenden metallischen Werkstoffes mit einer Temperatur im teilerstarrten, thixotropen Bereich in den Hohlraum des Innenbauteils (6), beispielsweise in Form eines entsprechend vorgeheizten Bolzens, eingebracht und wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Schmiedewerkzeugs in die Form gepresst. Während dieses Vorgangs hält die Heizeinrichtung (4) die für das Thixoformen notwendige Temperatur des Innenbauteils (6) und damit der formgebenden Innenschicht (2) aufrecht, während das keramische Material des Außenbauteils (7) aufgrund seiner an die Werkzeuggröße und die angewandten Temperaturen eingestellten Wärmeleitfähigkeit sicherstellt, daß die mit dem Werkzeugrahmen (12) in formschlüssigem Kontakt stehende Außenseite (8) des Außenbauteils (7) eine Temperatur unterhalb 600°C aufweist.In the in the 1 and 2 illustrated embodiment, the outer component ( 7 ) from a customized tool frame ( 12 ) comprises positively. This tool frame absorbs the forces that occur during the transformation of thixoforging. In thixoforging, a block of the metallic material to be formed having a temperature in the partially solidified, thixotropic region is injected into the cavity of the inner component (FIG. 6 ), for example in the form of a corresponding preheated bolt introduced and is pressed by means of a forging tool, not shown in the mold. During this process, the heater ( 4 ) the temperature of the inner component required for thixoforming ( 6 ) and thus the shaping inner layer ( 2 ), while the ceramic material of the outer component ( 7 ) ensures, by virtue of its thermal conductivity adjusted to the tool size and temperatures used, that the 12 ) in positive-locking contact outside ( 8th ) of the outer component ( 7 ) has a temperature below 600 ° C.

Die Temperaturen an der Innenseite und der Außenseite des erfindungsgemäßen Werkzeuges lassen sich ohne weiteres mit Hilfe von Thermoelementen, Widerstandsthermometern, Pyrometern und ähnlichen, dem Fachmann bekannten Vorrichtungen, messen.The temperatures on the inside and the outside of the tool according to the invention can be readily with the help of thermo-elements menten, resistance thermometers, pyrometers and similar, known in the art devices measure.

Durch diese erfindungsgemäße Auslegung des Werkzeuges wird es in überraschender Weise möglich, einerseits im Bereich der formgebenden Innenschicht (2) des Werkzeuges optimale Bedingungen für das Thixoforming aufrechtzuerhalten, andererseits durch den definierten Aufbau der Außenschicht (3) des Außenbauteils (7) innerhalb des eine ausreichende Standzeit des Werkzeuges sicherstellenden Bereichs der Temperaturwechselbeständigkeit des verwendeten keramischen Werkstoffes oder keramisch-metallischen Werkstoffes des Innenbauteils zu arbeiten, und gleichzeitig ausreichende Festigkeitseigenschaften des vorzugsweise aus üblichem Warmarbeitsstahl gefertigten Werkzeugrahmens (12) während des gesamten Umformungsvorgangs sicherzustellen.By this inventive design of the tool, it is possible in a surprising manner, on the one hand in the region of the shaping inner layer ( 2 ) of the tool to maintain optimal conditions for the Thixoforming, on the other hand by the defined structure of the outer layer ( 3 ) of the outer component ( 7 ) within the range of thermal shock resistance of the used ceramic material or ceramic-metallic material of the inner component to ensure a sufficient service life of the tool, and at the same time sufficient strength properties of preferably made of conventional hot-work tool frame ( 12 ) throughout the forming process.

In der 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges darstellt, welches in diesem Fall einteilig ausgebildet ist, und zwar in Form eines die Innenschicht (2), die Außenschicht (3) und die Heizeinrichtung (4) integrierenden Bauteils (5). Das integrierende Bauteil (5) ist aus einem verschleißfesten und formbeständigen keramischen Werkstoff oder keramisch-metallischen Mischwerkstoff gebildet, welcher im Bereich der Innenschicht (2) die erforderliche Infiltrationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Formbeständigkeit besitzt. In dem keramischen Werkstoff des integrierenden Bauteils (5) sind einerseits elektrisch leitende beziehungsweise induktiv ankuppelnde Materialien (10) und andererseits die Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoff senkende Materialien (11) eingebettet, wobei diese Materialien in Form eines Konzentrationsgradienten angeordnet sind. Bei diesen Konzentrationsgradienten nimmt die Konzentration der eingebetteten elektrischen Leiter beziehungsweise induktiv ankuppelnden Materialien (10) in Richtung auf die Innenschicht (2) hin zu und entsprechend nach außen hin ab, während die Konzentration der die Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffes senkenden Materialen (11) im Bereich der Außenschicht (3) und insbesondere an der Außenseite (8) der Außenschicht (3) am größten ist und in Richtung auf die Innenschicht (2) abnimmt.In the 3 is a further embodiment of the tool according to the invention represents, which is formed in one piece in this case, in the form of an inner layer ( 2 ), the outer layer ( 3 ) and the heater ( 4 ) integrating component ( 5 ). The integrating component ( 5 ) is formed of a wear-resistant and dimensionally stable ceramic material or ceramic-metallic mixed material, which in the region of the inner layer ( 2 ) has the required infiltration resistance, corrosion resistance, wear resistance and dimensional stability. In the ceramic material of the integrating component ( 5 ) are on the one hand electrically conductive or inductively coupling materials ( 10 ) and on the other hand, the thermal conductivity of the ceramic material lowering materials ( 11 ), these materials being arranged in the form of a concentration gradient. With these concentration gradients, the concentration of the embedded electrical conductors or inductively coupling materials ( 10 ) in the direction of the inner layer ( 2 ) towards and corresponding to the outside, while the concentration of the thermal conductivity of the ceramic material lowering materials ( 11 ) in the area of the outer layer ( 3 ) and in particular on the outside ( 8th ) of the outer layer ( 3 ) is greatest and towards the inner layer ( 2 ) decreases.

Das integrierende Bauteil (5) ist von einer Induktionsspule (13) umgeben, mit der die in den keramischen Werkstoff eingebetteten induktiv ankoppelnden Materialien (10) in an sich bekannter Weise aufgeheizt werden können, so daß die mit dem zu formenden metallischen Werkstoff in Kontakt stehende, formgebende Innenschicht (2) des integrierenden Bauteils (5) auf die gewünschte Temperatur von 600 bis 1800°C aufgeheizt wird. Gleichzeitig wird durch die in den keramischen Werkstoff des integrierenden Bauteils (5) in Form eines Gradienten mit von der Innenschicht (2) zur Außenschicht (3) zunehmender Konzentration eingebetteten Materialien (11), welche die Wärme leitfähigkeit des keramischen Werkstoffes senken, sichergestellt, daß während des Formgebungsvorganges bei der im Bereich der Innenschicht (2) herrschenden Temperatur von 600°C bis 1800°C, vorzugsweise 800°C bis 1600°C, die Außenseite (8) des Bauteils (5) eine Temperatur aufweist, die unterhalb 600°C, vorzugsweise unterhalb 400°C, liegt.The integrating component ( 5 ) is from an induction coil ( 13 ), with which the inductively coupling materials embedded in the ceramic material ( 10 ) can be heated in a conventional manner, so that the standing in contact with the forming metallic material, forming inner layer ( 2 ) of the integrating component ( 5 ) is heated to the desired temperature of 600 to 1800 ° C. At the same time, by the in the ceramic material of the integrating component ( 5 ) in the form of a gradient from the inner layer ( 2 ) to the outer layer ( 3 ) increasing concentration of embedded materials ( 11 ), which reduce the thermal conductivity of the ceramic material, ensures that during the molding process in which in the region of the inner layer ( 2 ) prevailing temperature of 600 ° C to 1800 ° C, preferably 800 ° C to 1600 ° C, the outside ( 8th ) of the component ( 5 ) has a temperature which is below 600 ° C, preferably below 400 ° C.

Die Anordnung der induktiv ankoppelnden Materialien (10) beziehungsweise der die Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffes senkenden Materialien (11) in Form unterschiedlich gerichteter Gradienten läßt sich aus den in der 3 dargestellten explosionsartig wiedergegebenen Detailbereichen (B) erkennen.The arrangement of the inductively coupling materials ( 10 ) or the thermal conductivity of the ceramic material lowering materials ( 11 ) in the form of differently oriented gradients can be from the in the 3 recognize exploded reproduced detail areas (B) recognize.

Durch die Anordnung der induktiv ankoppelnden Materialien (10) einerseits, beziehungsweise der die Wärmeleitfähigkeit senkenden Materialien (11) in dem keramischen Werkstoff des integrierenden Bauteils (5) andererseits wird sichergestellt, daß im Bereich der formgebenden Innenschicht (2) die für das Thixoforming erforderlichen optimalen Bedingungen eingehalten werden und andererseits sichergestellt wird, daß die zwischen der Innenschicht (2) und der Außenseite (8) des integrierenden Bauteils (5) auftretenden Temperaturdifferenzen innerhalb der Grenzwerte der Temperaturwechselbeständigkeit des Keramikmaterials liegen.Due to the arrangement of the inductively coupling materials ( 10 ), on the one hand, or the materials which lower the thermal conductivity ( 11 ) in the ceramic material of the integrating component ( 5 ) on the other hand, it is ensured that in the area of the shaping inner layer ( 2 ) the optimal conditions required for the thixoforming are observed and on the other hand it is ensured that the between the inner layer ( 2 ) and the outside ( 8th ) of the integrating component ( 5 ) occurring temperature differences within the limits of thermal shock resistance of the ceramic material.

Hierdurch wird es überraschenderweise möglich, auch Stahl oder Stahllegierungen durch Thixoschmieden in größeren Serien bei ausreichend hohen Standzeiten des Werkzeuges umzuformen. Ebenso wie bei dem in den 1 und 2 dargestellten Werkzeug wird bei der bestimmungsgemäßen Anwendung der auf die erforderliche Temperatur gebrachte metallische Werkstoff in den durch die Innenschicht (2) gebildeten Hohlraum eingebracht und mit Hilfe eines nicht dargestellten Schmiedewerkzeugs in die Form gepresst und damit in der gewünschten Weise geformt. Dabei ist das in der 3 dargestellte Werkzeug auch ohne den das integrierende Bauteil (5) formschlüssig umgebenden Werkzeugrahmen für das Thixoschmieden von Stahl und Stahllegierungen geeignet.This surprisingly makes it possible to transform steel or steel alloys by Thixoschmieden in larger series with sufficiently long service life of the tool. As with the in the 1 and 2 The tool shown in the intended use of the brought to the required temperature metallic material in the through the inner layer ( 2 ) formed cavity and pressed by means of a forging tool, not shown, into the mold and thus formed in the desired manner. It is in the 3 shown tool without the integrating component ( 5 ) Form-fitting surrounding tool frame suitable for the thixoforging of steel and steel alloys.

In der 4 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs dargestellt, und zwar eines zweiteiligen widerstandsbeheizten Strangpresswerkzeugs mit Werkzeugrahmen. Das Strangpresswerkzeug (1) umfaßt ein Innenbauteil (6) in Form eines Rohrs (14) mit Düse (15), durch welches der umzuformende, hochschmelzende metallische Werkstoff in thixotropem Zustand mit Hilfe eines nicht dargestellten Preßstempels gepresst wird. Dieses Innenbauteil (6) ist formschlüssig von dem Außenbauteil (7) umgeben, welches seinerseits in dem Werkzeugrahmen (12) aus vorzugsweise Warmarbeitsstahl gelagert ist.In the 4 a further embodiment of the tool according to the invention is shown, namely a two-part resistance-heated extrusion tool with tool frame. The extrusion tool ( 1 ) comprises an inner component ( 6 ) in the form of a tube ( 14 ) with nozzle ( 15 ), by means of which the refractory metallic material to be formed is pressed in the thixotropic state by means of a press ram (not shown). The this interior component ( 6 ) is positively from the outer component ( 7 ), which in turn in the tool frame ( 12 ) is preferably made of hot-work steel stored.

In das Außenbauteil (7) ist eine Heizeinrichtung (4) in Form einer Widerstandsheizung eingebettet, mit welcher die mit dem zu formenden metallischen Werkstoff in Kontakt stehende, formgebende Innenschicht (2) auf die gewünschte Temperatur im Bereich von 600 bis 1800°C aufgeheizt werden kann. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist das Innenbauteil (6) und die es umgebende Innenschicht (2) aus einem infiltrationsbeständigen korrosionsbeständigen, verschleißfesten und formbeständigen keramischen Werkstoff oder keramisch-metallischen Werkstoff ausgebildet, während das Außenbauteil (7) aus einem aus einem korrosionsbeständigen, verschleißfesten und formbeständigen keramischen Werkstoff oder keramisch-metallischen Werkstoff geformt ist. Auch in diesem Fall weist die Außenschicht (3) die oben definierte Wärmeleitfähigkeit auf, was mit Hilfe der in den keramischen Werkstoff eingebetteten Materialien (11) zur Senkung seiner Wärmeleitfähigkeit bewerkstelligt wird. Diese, die Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffs senkenden Materialien (11) sind schematisch in der explosionsartig dargestellten vergrößerten Detailansicht (B) der 3 dargestellt.In the external component ( 7 ) is a heating device ( 4 ) embedded in the form of a resistance heating, with which the shaping with the forming of the metallic material in contact forming inner layer ( 2 ) can be heated to the desired temperature in the range of 600 to 1800 ° C. In this embodiment of the tool according to the invention, the inner component ( 6 ) and the surrounding inner layer ( 2 ) formed of an infiltration resistant corrosion-resistant, wear-resistant and dimensionally stable ceramic material or ceramic-metallic material, while the outer component ( 7 ) is formed from a made of a corrosion-resistant, wear-resistant and dimensionally stable ceramic material or ceramic-metallic material. Also in this case, the outer layer ( 3 ), the above-defined thermal conductivity, which with the help of embedded in the ceramic material ( 11 ) is accomplished to reduce its thermal conductivity. These, the thermal conductivity of the ceramic material lowering materials ( 11 ) are shown schematically in the exploded enlarged detail view (B) of 3 shown.

Schließlich ist in der 5 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs gezeigt, nämlich eines zweiteiligen induktionsbeheizten Werkzeugs ohne Werkzeugrahmen für das Thixostrangpressen. Wie das in der 4 dargestellte Werkzeug, umfaßt diese Ausführungsform der Erfindung ein Innenbauteil (6) in Form eines Rohrs (14) mit Düse (15), welches formschlüssig umgeben ist von dem Außenbauteil (7). In dem keramischen Werkstoff des Außenbauteils (7) sind an der Innenseite induktiv ankuppelnde Materialien (10) eingebettet, die mit Hilfe der außerhalb des Außenbauteils (7) angeordneten Induktionsspule (13) aufgeheizt werden können, um die Temperatur der formgebenden Innenschicht (2) des Innenbauteils (6) auf die für den Umformvorgang erforderliche Temperatur im Bereich von 600 bis 1800°C aufzuheizen. Andererseits sind in den keramischen Werkstoff des Außenbauteils (7) die Wärmeleitfähigkeit dieses Werkstoffs senkende Materialien (11) eingebettet, um in Abhängigkeit von der Wandstärke des Außenbauteils (7) sicherzustellen, daß die Temperatur der Außenseite (8) der Außenschicht (3) des Werkzeugs während der Formgebung eine Temperatur von unterhalb 600°C, vorzugsweise unterhalb 400°C, aufweist.Finally, in the 5 a further embodiment of the tool according to the invention shown, namely a two-part induction-heated tool without tool frame for the Thixostrangpressen. Like that in the 4 illustrated tool, this embodiment of the invention comprises an inner component ( 6 ) in the form of a tube ( 14 ) with nozzle ( 15 ) which is surrounded in a form-fitting manner by the outer component ( 7 ). In the ceramic material of the outer component ( 7 ) are on the inside inductively coupling materials ( 10 embedded with the help of outside of the external component ( 7 ) arranged induction coil ( 13 ) can be heated to the temperature of the forming inner layer ( 2 ) of the interior component ( 6 ) to heat to the temperature required for the forming process in the range of 600 to 1800 ° C. On the other hand, in the ceramic material of the outer component ( 7 ) the thermal conductivity of this material lowering materials ( 11 ) embedded in order, depending on the wall thickness of the outer component ( 7 ) ensure that the temperature of the outside ( 8th ) of the outer layer ( 3 ) of the tool during molding has a temperature of below 600 ° C, preferably below 400 ° C.

Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des in den 4 und 5 dargestellten Werkzeugs wird der metallische Werkstoff in teilerstarrtem, thixotropem Zustand absatzweise oder kontinuierlich in das Rohr (14) eingeführt und mit Hilfe eines – in den Figuren nicht gezeigten – Preßstempels aus einem bei den Anwendungsbedingungen beständigen keramischen und/oder metallischen Werkstoff aus der Düse (15) ausgepresst und damit geformt. Dabei ist dieses Werkzeug auch ohne einen Werkzeugrahmen für das Thixostrangpressen von metallischen Werkstoffen mit Schmelzpunkten oberhalb 800°C, und insbesondere von Stahl, bei ausreichenden Standzeiten des Werkzeuges und hervorragenden Eigenschaften des stranggepressten Produkts geeignet.In the intended use of the in the 4 and 5 The metallic material in teilerstarrtem, thixotropic state, batchwise or continuously into the tube ( 14 ) and with the aid of a - not shown in the figures - press ram of a resistant to the application conditions ceramic and / or metallic material from the nozzle ( 15 ) and thus molded. This tool is also suitable without a tool frame for the Thixostrangpressen of metallic materials with melting points above 800 ° C, and in particular of steel, with sufficient tool life and excellent properties of the extruded product.

Wie oben anhand der 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen kann das erfindungsgemäße Werkzeug einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Dabei wird die einteilige Form des Werkzeuges vorzugsweise so ausgebildet, daß die Innenschicht (2), die Außenschicht (3) und die Heizrichtung (4) in Form eines diese Bestandteile integrierenden Bauteils (5) vorliegen.As above using the 1 to 5 described embodiments, the tool according to the invention may be formed integrally or in several parts. The one-piece mold of the tool is preferably formed so that the inner layer ( 2 ), the outer layer ( 3 ) and the heating direction ( 4 ) in the form of a component which integrates these constituents ( 5 ) are present.

Andererseits ist es möglich, das Werkzeug zweiteilig oder mehrteilig auszubilden, namentlich dadurch, daß die Innenschicht (2) in Form eines Innenbauteils (6) und die Außenschicht (3) in Form eines das Innenbauteil (6) formschlüssig umgebenden Außenbauteils (7) vorliegen. Bei dieser Ausführungsform ist es weiterhin möglich, das Innenbauteil (6) und/oder das Außenbauteil (7) in Form von zwei oder mehreren Segmenten auszubilden. So kann das formgebende Innenbauteil (6) aus einzelnen tortenstückartig geformten Segmenten ausgebildet sein, die gemeinsam ein vollständiges Innenbauteil mit dem gewünschten Innen- beziehungsweise Außenquerschnitt ergeben. Durch eine solche segmentförmige Ausbildung des Innenbauteils (6) ist es möglich, durch Thixoforming Formgegenstände zu erzeugen, die eine beliebige Oberflächengestalt aufweisen.On the other hand, it is possible to form the tool in two parts or in several parts, in particular by the fact that the inner layer ( 2 ) in the form of an interior component ( 6 ) and the outer layer ( 3 ) in the form of the inner component ( 6 ) positively surrounding outer component ( 7 ) are present. In this embodiment, it is also possible, the inner component ( 6 ) and / or the outer component ( 7 ) in the form of two or more segments. Thus, the shaping interior component ( 6 ) may be formed from individual segments formed like segments, which together result in a complete inner component with the desired inner or outer cross-section. By such a segment-shaped design of the inner component ( 6 ), it is possible to produce shaped articles by thixoforming having any surface shape.

Im Gegensatz dazu ist es mit den erfindungsgemäßen Werkzeugen mit einstückigem Innenbauteil (6) lediglich möglich, Formgegenstände zu erzeugen, die eine in der Längsachse gleichförmige Querschnittsform aufweisen, die allerdings in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Innenschicht beliebig ausgebildet sein kann.In contrast, with the tools according to the invention having a one-piece inner component ( 6 ) only possible to produce molded articles having a uniform cross-sectional shape in the longitudinal axis, which, however, may be arbitrarily formed depending on the configuration of the inner layer.

Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug kann die Heizeinrichtung (4) in die Innenschicht (2) eingebettet sein; sie kann an der Außenseite (9) der Innenschicht (2) angeordnet sein; sie kann zwischen der Außenseite (9) der Innenschicht (2) und der Außenschicht (3) vorliegen; kann außerhalb der Außenschicht (3) vorgesehen sein oder kann in einer beliebigen Mischform vorliegen. Die Heizeinrichtung (4) kann als elektrische Widerstandsheizung oder als Induktionsheizung vorliegen. Vorzugsweise liegt die Widerstandsheizung in Form von elektrischen Leitern vor, die in den keramischen Werkstoff der Innenschicht (2) und/oder der Außenschicht (3) beziehungsweise des integrierenden Bauteils (5) eingebettet sind. Entsprechendes gilt für die Induktionsheizung, bei der induktiv ankoppelnde Materialien (10) in den entsprechenden Bereichen des keramischen Werkstoffes des Werkzeuges vorliegen und die zusammen mit einer außerhalb des Außenbauteils (7) angeordneten Induktionsspule aufgeheizt werden, um in dieser Weise die Temperatur der Innenschicht (2) auf den gewünschten Wert im Bereich von 600°C bis 1800°C zu bringen.In the tool according to the invention, the heating device ( 4 ) in the inner layer ( 2 ) be embedded; it can be on the outside ( 9 ) of the inner layer ( 2 ) can be arranged; she can between the outside ( 9 ) of the inner layer ( 2 ) and the outer layer ( 3 ) are present; can outside the outer layer ( 3 ) or may be present in any mixing form. The heater ( 4 ) can be present as electrical resistance heating or as induction heating. Preferably, the resistance heating is in the form of electrical conductors, which in the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) relate of the integrating component ( 5 ) are embedded. The same applies to the induction heating, in the inductively coupling materials ( 10 ) are present in the corresponding areas of the ceramic material of the tool and together with an outside of the outer component ( 7 ) arranged induction coil are heated in order in this way the temperature of the inner layer ( 2 ) to the desired value in the range of 600 ° C to 1800 ° C.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Widerstandsheizung in Form von in den keramischen Werkstoff der Innenschicht (2) und/oder der Außenschicht (3) beziehungsweise des integrierenden Bauteils (5) eingebetteten oder auf der Außenseite (9) der Innenschicht (2) des Innenbauteils (6) angeordneten elektrisch leitenden Körpern (10) vorliegen. Diese elektrisch leitenden Körper können in Form von Ringen, Spulen, Drähten, Blechen oder dergleichen angeordnet sein. Entsprechend können die induktiv ankoppelnden Materialien (10) der Induktionsheizung in Form von Ringen, Spulen, Drähten, Blechen, Partikeln und/oder Fasern in das Keramikmaterial eingebettet sein.According to a further preferred embodiment, the resistance heating in the form of in the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) or the integrating component ( 5 ) embedded or on the outside ( 9 ) of the inner layer ( 2 ) of the interior component ( 6 ) arranged electrically conductive bodies ( 10 ) are present. These electrically conductive bodies may be arranged in the form of rings, coils, wires, sheets or the like. Accordingly, the inductively coupling materials ( 10 ) of the induction heating in the form of rings, coils, wires, sheets, particles and / or fibers embedded in the ceramic material.

Die elektrischen Leiter und/oder induktiv ankoppelnden Materialien (10) der Heizeinrichtung (4) können lokal, statistisch oder gradiert in dem kerami schen Werkstoff eingebettet sein, um ein gewünschtes Temperaturprofil über den Querschnitt des Werkzeuges zu erzielen.The electrical conductors and / or inductively coupling materials ( 10 ) of the heater ( 4 ) can be embedded locally, randomly or graded in the Kerami's material to achieve a desired temperature profile over the cross section of the tool.

Vorzugsweise sind die elektrischen Leiter beziehungsweise die induktiv ankoppelnden Materialien (10) aus W, Re, Ir, Pt, und Boriden, Nitriden, Aluminiden, Siliziden und Titaniden der Elemente Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ta, W und/oder Re ausgebildet.Preferably, the electrical conductors or the inductively coupling materials ( 10 from W, Re, Ir, Pt, and borides, nitrides, aluminides, silicides and titanides of the elements Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ta, W and / or Re trained.

Vorzugsweise sind zur Einstellung des Temperaturgradienten Materialien (11), welche die Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffes senken, in den keramischen Werkstoff der Innenschicht (2) und/oder der Außenschicht (3) eingebettet und/oder darauf angeordnet. Als solche, die Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffs senkende Materialien (11) können Feststoffe und/oder Gase in den keramischen Werkstoff der Innenschicht (2) und/oder der Außenschicht (3) eingebettet werden. Auch in diesem Fall ist es möglich, daß die Feststoffe und/oder Gase lokal, statistisch oder gradiert in den keramischen Werkstoff der Innenschicht (2) und/oder der Außenschicht (3) vorliegen, um in diese Weise das gewünschte Wärmeprofil über den Querschnitt des Werkzeuges zu erzielen.Preferably, to adjust the temperature gradient, materials ( 11 ), which reduce the thermal conductivity of the ceramic material, in the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 embedded and / or arranged thereon. As such, the thermal conductivity of the ceramic material lowering materials ( 11 ) can be solids and / or gases in the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) are embedded. Also in this case, it is possible that the solids and / or gases locally, statistically or graded in the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) to achieve in this way the desired heat profile over the cross section of the tool.

Wie in den Detailzeichnung B der 3 dargestellt ist, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs, welches als integrierendes Bauteil (5) aufgebaut ist, die induktiv ankoppelnden Materialien (10) und die die Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffes senkenden Materialien (11) in Form von Konzentrationsgradienten in den keramischen Werkstoff des integrierenden Bauteils (5) eingebettet. Dieser Gradient bewirkt, daß die Konzentration der induktiv ankoppelnden Materialien von der Innenschicht (2) zur Außenschicht (3) abnimmt, während die Konzentration der die Wärmeleitfähigkeit senkenden Materialien (11) im Bereich der Außenschicht (3) am größten ist und in Richtung auf die Innenschicht (2) zu abnimmt. Hierbei sind die Konzentrationen dieser beiden Materialien derart eingestellt, daß sich im Bereich der Innenschicht (2) die angestrebte Temperatur von 600°C bis 1800° erzielen läßt, während die Temperatur an der Außenseite (8) des integrierenden Bauteils (5) während des Formgebungsvorganges weniger als 600°C, vorzugsweise weniger als 400°C, beträgt.As in the detail drawing B of the 3 are shown in a preferred embodiment of the tool according to the invention, which as an integrating component ( 5 ), the inductively coupling materials ( 10 ) and the thermal conductivity of the ceramic material lowering materials ( 11 ) in the form of concentration gradients in the ceramic material of the integrating component ( 5 ) embedded. This gradient causes the concentration of the inductively coupling materials of the inner layer ( 2 ) to the outer layer ( 3 ), while the concentration of the thermal conductivity reducing materials ( 11 ) in the area of the outer layer ( 3 ) is greatest and towards the inner layer ( 2 ) decreases. Here, the concentrations of these two materials are adjusted so that in the region of the inner layer ( 2 ) can achieve the desired temperature of 600 ° C to 1800 °, while the temperature on the outside ( 8th ) of the integrating component ( 5 ) during the molding process is less than 600 ° C, preferably less than 400 ° C.

Vorzugsweise sind die zur Einstellung des Temperaturgradienten eingebetteten Feststoffe zur Senkung der Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffes hochtemperaturfest und gegenüber dem umgebenden keramischen Material korrosionsbeständig und nicht korrosiv. Hierzu können Feststoffe und/oder Gase verwendet werden. Vorzugsweise bettet man hierzu Gase in einer Konzentration ein, die einer Porosität des keramischen Werkstoffs der Innenschicht (2) und/oder der Außenschicht (3) von 1 bis 80 Vol.%, vorzugsweise 10 bis 60 Vol.%, entsprechen.Preferably, the embedded to adjust the temperature gradient solids to reduce the thermal conductivity of the ceramic material are high temperature resistant and against the surrounding ceramic material corrosion resistant and non-corrosive. For this purpose, solids and / or gases can be used. For this purpose, it is preferable to embed gases in a concentration that corresponds to a porosity of the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) from 1 to 80% by volume, preferably 10 to 60% by volume.

Wie oben ausgeführt, entspricht die Verschleißfestigkeit des keramischen Werkstoffes der Innenschicht (2) und/oder der Außenschicht (3) beziehungsweise des integrierenden Bauteils (5) einer Härte von mehr als 10 HV, gemessen bei Raumtemperatur nach der HV10 Vickers-Methode gemäß ISO 6507-3. Entsprechend entspricht die Formbeständigkeit des keramischen Werkstoffes dieser Schichten vorzugsweise einer Biegefestigkeit von mehr als 250 MPa, gemessen bei Raumtemperatur im Dreipunkt- beziehungsweise Vierpunkt-Biegeversuch gemäß DIN 53 452.As stated above, the wear resistance of the ceramic material corresponds to the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) or the integrating component ( 5 ) of a hardness of more than 10 HV, measured at room temperature according to the HV10 Vickers method according to ISO 6507-3. Accordingly, the dimensional stability of the ceramic material of these layers preferably corresponds to a bending strength of more than 250 MPa, measured at room temperature in the three-point or four-point bending test according to DIN 53 452.

Einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zufolge umfaßt die Innenschicht (2) und/oder die Außenschicht (3) als keramischen Werkstoff eine Oxidkeramik, ein Carbid und/oder ein Nitrid. Bevorzugte keramische Werkstoffe sind Mischkeramiken, Dispersionskeramiken, Verbundwerkstoffe, Werkstoffverbunde, Formkörper oder keramische Gießmassen oder Kombination davon, aus mindestens einem der Werkstoffe Oxidkeramik, Carbid und Nitrid. Besonders bevorzugt sind als Oxidkeramiken Al₂O₃-, ZrO₂-, Al₂TiO₅-Keramiken, als Carbide SiC, TiC, WC, und als Nitride Si₃N₄, SiAlONe, AlN, TiN, und Kombinationen davon.According to a preferred embodiment of the invention, the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) As the ceramic material, an oxide ceramic, a carbide and / or a nitride. Preferred ceramic materials are mixed ceramics, dispersion ceramics, composite materials, composite materials, moldings or ceramic casting compounds or combinations thereof, of at least one of the materials oxide ceramics, carbide and nitride. Particularly preferred oxide ceramics include Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , Al ₂ TiO ₅ ceramics, carbides SiC, TiC, WC, and nitrides Si ₃ N ₄ , SiAlONs, AlN, TiN, and combinations thereof.

Das Innenbauteil (6), das Außenbauteil (7) und das integrierende Bauteil (5) mit den entsprechenden Innen- und Außenschichten ((2) beziehungsweise (3)), beziehungsweise Innen- und Außenseiten ((8) beziehungsweise (9)) können mit Hilfe an sich bekannter Verfahrensweisen hergestellt werden, beispielsweise mittels keramischer Gießmassen (selbstfließende Massen, Vibrationsmassen, Spritzmassen), durch Spritzguss, Schlickerguss, Extrusion, Trockenpressen, Heißpressen, Heißisostatpressen, Gasdrucksintern oder aufbauende Verfahren aus dem Rapid-Prototyping.The interior component ( 6 ), the external component ( 7 ) and the integrating component ( 5 ) with the corresponding inner and outer layers (( 2 ) or ( 3 )), respectively inside and outside pages (( 8th ) or ( 9 )) can be prepared by means of per se known procedures, for example by means of ceramic casting compounds (self-flowing masses, vibratory masses, shotgases), by injection molding, slip casting, extrusion, dry pressing, hot pressing, hot isostatic pressing, gas pressure sintering or constructive processes from rapid prototyping.

Wie in den 4 und 5 dargestellt ist, kann das erfindungsgemäße Werkzeug auch in Form eines Rohrs (14) mit Düse (15) und eines in diesen Figuren nicht dargestellten Preßstempels aus einem bei den Anwendungsbedingungen beständigen keramischen und/oder metallischen Werkstoff für das Thixostrangpressen ausgebildet sein.As in the 4 and 5 is shown, the tool according to the invention also in the form of a tube ( 14 ) with nozzle ( 15 ) and a press ram, not shown in these figures, of a ceramic and / or metallic material resistant to the conditions of use for thixotropic extrusion.

Weiterhin ist es bei entsprechend hohen Anforderungen an die Aufnahme der bei dem Umformvorgang auftretenden Kräfte notwendig, das Werkzeug zusätzlich mit einem formschlüssig an die Außenschicht (3), beziehungsweise das integrierende Bauteil (5), beziehungsweise das Außenbauteil (7) angepaßten Werkzeugrahmen (12) zu versehen.Furthermore, it is necessary in accordance with high demands on the absorption of the forces occurring during the forming process, the tool additionally with a form-fitting to the outer layer ( 3 ), or the integrating component ( 5 ), or the outer component ( 7 ) adapted tool frame ( 12 ) to provide.

Vorzugweise ist bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug zwischen der Außenschicht (3), beziehungsweise dem integrierenden Bauteil (5), beziehungsweise dem Außenbauteil (7) und dem Werkzeugrahmen (12) eine vorzugsweise keramische Isolierschicht zur weiteren Wärmedämmung angeordnet.Preferably, in the tool according to the invention between the outer layer ( 3 ), or the integrating component ( 5 ), or the outer component ( 7 ) and the tool frame ( 12 ) arranged a preferably ceramic insulating layer for further thermal insulation.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung des oben beschriebenen Werkzeugs für das Thixoschmieden, Thixogießen oder Thixostrangpressen von Aluminium, Kupfer, Eisen, Legierungen dieser Metalle und insbesondere von Stahllegierungen. Besonderes vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Werkzeugs für die Umformung von Stahl und Stahllegierungen. Bei dieser Verwendung kann es von Vorteil sein, das umzuformende Metall mit einer Schutzschicht aus einem keramischen Material und/oder einer Gleitmittelschicht zu versehen. So können mittels Nano- und Sol-Gel-Technologie gasdichte beziehungsweise die Gasdiffusion hemmende Schutzschichten beziehungsweise Schutzfilme appliziert werden, wobei Schutzschichten bei Raumtemperatur und Arbeitstemperatur fest sind, wogegen die Schutzfilme bei Arbeitstemperatur flüssig sind.One Another object of the invention relates to the use of the above described tool for Thixoforging, thixocasting or thixo-extrusion of aluminum, copper, iron, alloys these metals and in particular of steel alloys. special advantageous is the application of the tool according to the invention for the forming of steel and steel alloys. In this use, it can by Be beneficial, the metal to be formed with a protective layer a ceramic material and / or a lubricant layer Mistake. So can using nano and sol-gel technology gastight or gas diffusion inhibiting protective layers or protective films are applied, with protective layers are solid at room temperature and working temperature, whereas the Protective films are liquid at the working temperature.

Den schichtbildenden Komponenten können Hochtemperaturschmierstoffe in Form von Pulvern beigemengt werden. Die Dicken der Schichten beziehungsweise Filme sind kleiner oder gleich 100 μm, vorzugsweise kleiner 10 μm bei Einlagerung von Schmierstoffen und kleiner 1 μm ohne Schmierstoffe.The Coating components can be high temperature lubricants be added in the form of powders. The thicknesses of the layers or films are less than or equal to 100 microns, preferably less than 10 μm with storage of lubricants and less than 1 μm without lubricants.

Die Nanopulver, Sole, Suspensionen oder Sole mit dispergierten Pulverpartikeln enthalten vorzugsweise die Komponenten SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, AlOOH, TiO₂, B₂O₃, BaO, NiO, LiO₂, Na₂O, P₂O₅, CaF₂ oder Vorstufen dieser Komponenten, sogenannte Precursoren (z.B. Tetrabutylorthotitanate, Tetraisopropylorthotitanat, Kaliummethylat, Lithiummethylat, Natriummethoxid, Magnesiumnitrat-Hexahydrat, Zirconium(IV)-butoxide, ZrO₂, Calciumfluorid, Tetraethylorthosilikat, Methyltriethoxysilane, Aluminiumisopropoxid), wobei SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, AlOOH die Hauptbestandteile sind. Als Hochtemperaturschmierstoffe eignen sich insbesondere Bornitrid und Kohlenstoff.The nanopowders, sols, suspensions or sols with dispersed powder particles preferably contain the components SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , AlOOH, TiO ₂ , B ₂ O ₃ , BaO, NiO, LiO ₂ , Na ₂ O, P ₂ O ₅ , CaF ₂ or precursors of these components, so-called precursors (eg, tetrabutyl orthotitanates, tetraisopropyl orthotitanate, potassium methoxide, lithium methylate, sodium methoxide, magnesium nitrate hexahydrate, zirconium (IV) butoxide, ZrO ₂ , calcium fluoride, tetraethyl orthosilicate, methyltriethoxysilane, aluminum isopropoxide), SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , AlOOH are the main components. Boron nitride and carbon are particularly suitable as high-temperature lubricants.

Die Beschichtung des metallischen Vormaterials für das Thixoforming wird vorzugsweise vor der Erwärmung aufgebracht. Als Applikationstechnik für Suspension und Sole mit dispergierten Pulvern werden bevorzugt: Tauchbeschichten, Sprühen, Drucken, Pinselauftrag, Giessen, Abscheiden aus der Gasphase. Neben Solen und dispergierten Pulvern können Pulver oder Pulvergranulate auch elektrostatisch appliziert werden.The Coating of the metallic starting material for the thixoforming is preferably before heating applied. As application technique for suspension and brine with dispersed Powders are preferred: dip coating, spraying, printing, brush application, Casting, separation from the gas phase. In addition to sols and dispersed Powders can Powder or powder granules are also applied electrostatically.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des erfindungsgemäßen Werkzeugs mit der integrierten Heizeinrichtung, mit der die Innenschicht (2) auf eine Temperatur von 600°C bis 1800°C erhitzt werden kann und der umgebenden Außenschicht (3) aus einem keramischen Werkstoff mit der definierten Wärmeleitfähigkeit, welcher sichergestellt, daß das Werkzeug während der Formgebung auf der Außenseite (8) der Außenschicht (3) eine Temperatur von unterhalb 600°C aufweist, wird es erstmals möglich, hochschmelzende metallische Werkstoffe mit Schmelzpunkten oberhalb 800°C, insbesondere Stahl und Stahllegierungen, in teilerstarrtem, thixotropem Zustand durch Thixoschmieden, Thixogießen oder Thixostrangpressen umzuformen, ohne daß eine zusätzliche Wärmebehandlung mit kontrollierter Abkühlungsgeschwindigkeit zur Einstellung der Eigenschaften des hergestellten Metallteils notwendig wäre.The inventive design of the tool according to the invention with the integrated heating device, with which the inner layer ( 2 ) can be heated to a temperature of 600 ° C to 1800 ° C and the surrounding outer layer ( 3 ) of a ceramic material with the defined thermal conductivity, which ensures that the tool during shaping on the outside ( 8th ) of the outer layer ( 3 ) has a temperature of below 600 ° C, it is now possible to transform refractory metallic materials with melting points above 800 ° C, in particular steel and steel alloys, in teilerstarrtem, thixotropic state thixotropic thixocasting, thixocasting or Thixo extrusions without an additional heat treatment with controlled Cooling rate for adjusting the properties of the produced metal part would be necessary.

Darüber hinaus besitzt das Werkzeug aufgrund seiner erfindungsgemäßen Aufbaus eine bei diesem Thixoforming von hochschmelzenden metallischen Werkstoffen mit Schmelzpunkten oberhalb 800°C eine ausreichende Standfestigkeit, um eine Serienfertigung zu gewährleisten.Furthermore owns the tool due to its construction according to the invention one in this Thixoforming of refractory metallic materials with melting points above 800 ° C sufficient stability to ensure mass production.

Claims

Tool for shaping high-melting metallic materials with melting points above 800 ° C in partially solidified (thixotropic) state (thixoforming), characterized by a by means of a heating device integrated in the tool ( 4 ) to a temperature of 600 ° C to 1800 ° C, preferably 800 ° C to 1600 ° C heated, standing in contact with the metallic material to be formed, forming inner layer ( 2 ) of an infiltration-resistant, corrosion-resistant, wear-resistant and dimensionally stable ceramic material or ceramic-metallic mixed material and an outer layer ( 3 ) of a ceramic material having a thermal conductivity which gives a normalized to the wall thickness temperature gradient of 20 to 150 K / cm, and a wall thickness such that the outside ( 8th ) of the outer layer ( 3 ) of the tool during shaping has a temperature below 600 ° C.

Tool according to claim 1, characterized that this Tool is formed in one or more parts.

Tool according to claim 2, characterized in that the tool is in one piece in the form of an inner layer ( 2 ), the outer layer ( 3 ) and the heater ( 4 ) integrating component ( 5 ) is trained.

Tool according to claim 2, characterized in that the tool is formed in two parts and the inner layer ( 2 ) in the form of an interior component ( 6 ) and the outer layer ( 3 ) in the form of the inner component ( 6 ) positively surrounding outer component ( 7 ) are present.

Tool according to claim 4, characterized in that the inner component ( 6 ) and / or the outer component ( 7 ) in the form of two or more segments.

Tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the heating device ( 4 ) in the inner layer ( 2 embedded) and / or on the outside ( 9 ) of the inner layer ( 2 ) and / or between the outside ( 9 ) of the inner layer ( 2 ) and the outer layer ( 3 ) and / or outside the outer layer ( 3 ) is arranged.

Tool according to claim 6, characterized in that the heating device ( 4 ) is in the form of an electrical resistance heater and / or an induction heater.

Tool according to claim 6, characterized in that the resistance heating or the induction heating in the form of in the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) or of the integrating component ( 5 ) embedded electrical conductors or inductively coupling materials ( 10 ) and an induction coil ( 13 ) are present.

Tool according to claim 7 or 8, characterized in that the resistance heating in the form of in the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) or of the integrating component ( 5 ) embedded or on the outside ( 9 ) of the interior component ( 6 ) arranged electrically conductive bodies ( 10 ) is present.

Tool according to claim 9, characterized that the electrically conductive body in the form of rings, coils, wires or sheet metal.

Tool according to claim 9, characterized in that the inductively coupling materials ( 10 ) of the induction heating in the form of rings, coils, wires, sheets, particles and / or fibers are embedded.

Tool according to claim 9, characterized in that inductively coupling materials ( 10 ) of the induction heater are embedded locally, statistically or graded in the ceramic material.

Tool according to at least one of claims 8 to 12, characterized in that the electrical Conductor or inductively coupling materials from W, Re, Ir, Pt and / or of borides and / or nitrides and / or aluminides and / or Silicides and / or titanides of the elements Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ta, W and / or Re are formed.

Tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that for adjusting the temperature gradient, the thermal conductivity of the ceramic material lowering materials ( 11 ) in the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 embedded and / or arranged thereon.

Tool according to claim 14, characterized in that as the thermal conductivity of the ceramic material lowering materials ( 11 ) Solids and / or gases in the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) are embedded.

Tool according to claim 14, characterized in that the solids and / or gases in the ceramic material locally, statistically or graded in the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) are embedded.

Tool according to claims 14 to 16, characterized in that the embedded to adjust the temperature gradient solids to reduce the thermal conductivity of the ceramic Material are high temperature resistant and corrosion resistant and non-corrosive to the surrounding ceramic material.

Tool according to claim 16 or 17, characterized in that the embedded gases of a porosity of the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) from 1 to 80% by volume.

Tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the wear resistance of the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) corresponds to a hardness of more than 10HV, measured at room temperature according to the Vickers method HV10 according to ISO 6507-3.

Tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the dimensional stability of the ceramic material of the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) corresponds to a flexural strength of more than 250 MPa, measured in three-point or four-point bending test according to DIN 53 452 at room temperature.

Tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the inner layer ( 2 ) and / or the outer layer ( 3 ) comprises, as a ceramic material, an oxide ceramic, a carbide and / or a nitride.

Tool according to claim 21, characterized that the ceramic material as mixed ceramics, dispersion ceramics, composite material, Composite material, molded body or ceramic casting material or combinations thereof of at least one of the materials oxide ceramics, Carbide and / or nitride is present.

Tool according to claim 22, characterized in that the oxide ceramics Al ₂ O ₃ -, ZrO ₂ -, Al ₂ TiO ₅ ceramics, as carbides SiC, TiC, WC and as nitrides Si ₃ N ₄ , SiAlONe, AlN, TiN and / or combinations thereof.

Tool according to at least one of the preceding Claims, characterized in that it from two or more mold halves for thixoforging or thixocasting is trained.

Tool according to at least one of the preceding Claims, characterized in that it in the form of a tube with a nozzle and a punch from a resistant to the application conditions ceramic and / or metallic material for the Thixostrangpressen is formed.

Tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tool additionally has a positive fit to the outer layer ( 3 ) or the integrating component ( 5 ) or the outer component ( 7 ) adapted tool frame ( 12 ).

Tool according to claim 26, characterized in that the tool additionally comprises a ceramic insulating layer between the outer layer ( 3 ) or the integrating component ( 5 ) or the outer component ( 7 ) and the tool frame ( 12 ) having.

Use of the tool after at least one of previous claims for thixoforging, thixocasting or thixo-extrusion of aluminum, copper, iron, alloys these metals and in particular of steel alloys, in particular for the Stahlumformung.

Use according to claim 28, characterized that this to be formed metal a protective layer of a ceramic material or a lubricant layer.