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Technisches Feld
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Thixoextrusion-Formapparaturen.
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Stand der Technik
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In den letzten Jahren wurden verschiedene Versuche unternommen, um den Verbrauch von Energierohstoffe und Umweltbelastungen in der Transportindustrie, inklusive der Automobilindustrie, Flugzeugindustrie und den Hochgeschwindigkeitszügen, zu reduzieren. In diesem Zusammenhang hat eine Gewichtsminderung eine steigende Bedeutung erhalten. Aluminium und Magnesium werden heutzutage vielseitig als Werkstoffe zur Gewichtsverminderung eingesetzt.
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Heißextrusion wird typischerweise zur Herstellung von Komponenten oder Teilen aus Aluminium oder Magnesium eingesetzt. Heißextrusion ist ein sehr vorteilhaftes Verfahren zur Kostenreduktion, da es ermöglicht, in einem einzigen thermischen formgebenden Schritt hoch präzise und komplex geformten Artikel herzustellen.
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Trotz hochfester und schwierig herzustellender Aluminiumlegierungen, typisiert als A2XXX und A7XXX, haben Mg-Al-Zn-Basis Legierungen, hochfeste Zr-Basis ZK60 Legierungen und kupferhaltige ZC63 Legierungen eine höhere spezifische Festigkeit und höhere spezifische Steifigkeit als andere Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, deren Produktivität ein Fünftel oder ein Sechstel der anderer Aluminium- und Magnesiumlegierungen beträgt. Die ernorm verminderte Extrudierbarkeit ist für die niedrige Produktivität der hochfesten Legierungen verantwortlich. Weiterhin reduzieren die hochfesten Legierungen die Lebensdauer der formgebenden Extrusionsapparaturen durch den hohen Druck in der Anfangsphase der Extrusion. Ferner wird die Struktur der in einem konventionellen Heißextrusionsverfahren geformten Metallteile in einer vorgegebene Richtung längstgezogen und wird anisotrop, welches eine geringe Festigkeit der geformten Metalle bewirkt.
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Andererseits sind die Guss- und Thixoextrusionsformgebung ist bekannterweise nützlich zur Herstellung von Aluminium- und Magnesiumlegierungen. Entsprechend einem Thixoextrusion-Formverfahren, wird ein Metallwerkstoff bei Temperaturen, in denen eine feste Phase und eine flüssige Phase koexistieren, extrusionsgeformt. Somit ist die Thixoextrusion-Formverfahren ein neues Phasenwechsel-Formverfahren, welches die inhärenten Vorteile von Guss- und Schmiede-Verfahren kombiniert.
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Jedoch weisen die Thixoextrusion-Formverfahren das Problem auf, dass sich halbfeste Metalle während dem Extrusionsformung entzünden können. Obwohl Schutzgase zur Vermeidung der Entzündung der halbfesten Metalle nützlich sind, sind die Schutzgase schädlich für den Menschen, bewirken eine Korrosion korrodieren metallische Gerätschaften und erzeugen sekundäre Probleme, inklusive einer Erderwärmung.
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Metallstangen und -Rohre können mittels Extrusion-Formapparaturen hergestellt werden. Beispielsweise wird ein Metallrohr hergestellt, indem ein Metall in festen Zustand unter hohem Druck oder unter Verwendung von Extrusion-Formapparaturen mit Ausgangsdüse. Jedoch bewirkt das Hochdruck-Extrusionsverfahren einen hohen Rohstoffverlust und weist das Extrusionsverfahren mit der Ausgangsdüse das Problem auf, dass Schweißnähte ausgebildet werden.
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JP2005297062A schlägt eine Extrusion-Formapparatur für Rohre vor, bei der die Extrusion durch eine Extrusionsdüse mit einer Vielzahl von Extrusionsöffnungen erfolgt, wobei den Rohren unmittelbar nach der Extrusion innenseitig ein Innengewinde eingeprägt wird.
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Eine gattungsgemäße Formapparatur zur Thixoextrusion wird in
EP 1 264 646 A1 beschrieben, wobei dem umzuformenden Metallwerkstoff auch Additive zur Veränderung der Festigkeit und Steifigkeit zugesetzt werden können.
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DE 601 16 740 T2 beschreibt allgemein ein übliches Strangpresswerkzeug. Thematisiert wird hier die Ausbildung der Matrize mit mehreren voneinander beabstandeten Extrusionsöffnungen 18 für einzelne Extrudate.
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DE 198 20 976 A1 offenbart allgemein eine Extrusion von Aluminium und Magnesiumlegierungen, insbesondere eine überteuktische AlSi-Legierung mit thixotropem Zustand bei entsprechender Temperatur. Zudem wird in
DE 198 20 976 A1 ein vor der Umformung erfolgendes Sprühkompaktierverfahren zur Herstellung des Rohlings thematisiert.
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Offenlegung
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Technisches Problem
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme des Standes der Technik zu lösen. Ein Ziel dieser Erfindung ist, eine Thixoextrusion-Formapparatur und ein Thixoextrusion-Formverfahren bereitzustellen, durch welche ein Metall unter niedrigem Extrusionsdruck geformt werden kann, um eine hohe Produktivität und eine verlängerte Lebensdauer der Ausrüstung zu erhalten.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist, eine Thixoextrusion-Formapparatur und ein Thixoextrusion-Formverfahren bereit zu stellen, durch welche die Verlängerung und Anisotropie des Metalls während der Extrusionsformung verhindert werden kann, um die Festigkeit des Metalls zu verbessern.
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Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist, eine Thixoextrusion-Formapparatur und ein Thixoextrusion-Formverfahren bereit zu stellen, durch welche die Menge an Schutzgas so reduziert werden kann, ohne dass es während der Extrusionsformgebung zu Entzündungen kommt.
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Noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist, eine Thixoextrusion-Formapparatur und ein Thixoextrusion-Formverfahren bereit zu stellen, durch welche die Bildung von Schweißnahtstellen verhindert werden können, um eine Zerstörung des geformten Produktes durch Druck und Expansion zu vermeiden.
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Technische Lösung
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, können die oben genannten und andere Ziele durch das Bereitstellen einer Thixoextrusion-Formapparatur erreicht werden. Die Thixoextrusion-Formapparatur weist auf: einen Container mit einer ersten Durchgangsöffnung, in der 10 bis 30 Gewichtsanteile eines halbfesten Extrusionsrohling angeordnet sind, und einen außerhalb der ersten Durchgangsöffnung eingebaute Heizung, um die Temperatur des halbfesten Extrusionsrohling konstant zu halten; einen Bolzen, der von der Vorderseite des Containers in die erste Durchgangsöffnung einführbar ist, um in Richtung zur Rückseite Druck auf die halbfesten Extrusionsrohlinge auszuüben; einen Austrittsdüsenring, der an der Rückseite des Containers angekoppelt ist und eine Vielzahl von Kühlungseinfluss-/ Kühlungsausfluss-Öffnungen zur Vermeidung einer thermischen Deformation in umfänglicher Richtung aufweist; einen Düsenhalter, der innerhalb des Austrittsdüsenrings angeordnet ist und eine zweite Durchgangsöffnung, die mit der ersten Durchgangsöffnung des Containers in Verbindung steht, die einen kleineren Durchmesser als die erste Durchgangsöffnung des Containers aufweist und durch die die halbfesten Extrusionsrohlinge extrudiert werden, und eine Vielzahl von Thermoelementeinsetzöffnungen zur Messung der Temperatur der halbfesten Extrusionsrohlinge aufweist; einen Düsenkörperträger, der an der Rückseite des Düsenkörpers innerhalb des Düsenringes angekoppelt ist und eine Vielzahl von Kühlungseinfluss-/ Kühlungsausfluss-Öffnungen, um die Phase des extrudierten halbfesten Rohlings in ein festes Extrudat zu ändern; einen Düsenausgleichshalter, der in engem Kontakt mit dem Düsenkörper gehalten und mit der Rückseite der Austrittsdüse gekoppelt ist; und eine Kühleinheit, die an dem Düsenausgleichshalter zur Kühlung des festen Extrudats angekoppelt ist.
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In einer Ausführungsform können die Thermoelementeinsetzöffnungen eine erste Thermoelementeinsetzöffnung zur Messung der Temperatur des Düsenkörpers und eine zweite Thermoelementeinsetzöffnung zur Messung der Temperatur des halbfesten Extrusionsrohling einschließen.
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In einer Ausführungsform kann der halbfeste Extrusionsrohling aus Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen ausgewählt sein.
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In einer Ausführungsform kann der halbfeste Extrusionsrohling eine Magnesiumlegierung sein und zumindest ein Additiv enthalten.
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In einer Ausführungsform kann das Additiv aus alkalischen Metallen, alkalischen Metalloxiden, alkalischen Metallkomplexen, alkalischen Erdmetalle, alkalischen Erdmetalloxide, alkalische Erdmetallkomplexe und aus einer Mischung derselben ausgewählt sein.
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In einer Ausführungsform kann das Additiv in einer Menge zwischen 0,0001 und 30 Gewichtsanteile basierend auf 100 Gewichtsanteile einer Magnesiumlegierung vorhanden sein.
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In einer Ausführungsform kann der halbfeste Extrusionsrohling mittels der Heizung des Containers auf einer Temperatur von 590 bis 650 °C gehalten sein.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Thixoextrusion-Formapparatur bereitgestellt werden, die aufweist: einen Container, in dem mit 10 bis 30 Gewichtsanteilen halbfeste Extrusionsrohlinge gelagert sind; eine Extrusionsdüse mit einer Vielzahl von Extrusionsöffnungen, durch welche die halbfesten Extrusionsrohlinge aufgespaltet und in eine Vielzahl von Strängen extrudiert werden, ein Führungslager in Verbindung mit einer Kammer, die den durch die Extrusionsöffnungen durchfließenden halbfesten Extrusionsrohling aufnimmt, und einen an der Mittenachse des Führungslagers angeordneten Dorn; eine Heizung, um die Temperatur für die halbfesten im Container gelagerten Extrusionsrohlinge konstant zu halten; einen Temperatursensor der die Temperatur der halbfesten im Container gelagerten und von der Heizung erwärmten Extrusionsrohlinge misst; und eine Kontrolleinheit, die die mittels des Sensors bestimmten Temperaturwerte mit einem vorbestimmten Wert vergleicht, um die Ein/Aus-Funktion der Heizung zu steuern. Hierbei ist der halbfeste Extrusionsrohling eine Magnesiumlegierung mit mindestens einem Additiv zur Erhöhung der Entzündungstemperatur und Vermeidung der Oxidation der Magnesiumlegierung, das Additiv aus alkalischen Metallen, alkalischen Metalloxiden, alkalischen Metall-Komplexen, alkalische Erdmetalle, alkalische Erdmetalloxide, alkalische Erdmetallkomplexe und deren Mischungen dieser ausgewählt und/oder das Additiv in Mengen von 0,0001 bis 30 Gewichtanteilen vorhanden ist, die auf 100 Gewichtsanteile der Magnesiumlegierungen basieren, sowie der halbfeste Extrusionsrohling durch die Heizung im Container konstant auf einer Temperatur von 590 bis 650 °C gehalten wird.
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In einer Ausführungsform kann der halbfeste Rohling aus einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung sein.
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In einer Ausführungsform kann der halbfeste Rohling aus einer Magnesiumlegierung sein und mindestens einen weiteres Additiv enthalten.
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In einer Ausführungsform kann das Additiv aus alkalischen Metallen, alkalischen Metalloxiden, alkalischen Metal Komplexen, alkalische Erdmetalle, alkalische Erdmetalloxide, alkalische Erdmetalkomplexe und deren Mischungen dieser ausgewählt sein.
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In einer Ausführungsform kann das Additiv in Mengen von 0,0001 bis 30 Gewichtanteilen vorhanden sein, die auf 100 Gewichtsanteile der Magnesiumlegierungen basieren.
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In einer Ausführungsform kann der halbfeste Rohling durch den Erhitzer im Container konstant auf einer Temperatur von 590 bis 650 °C gehalten werden
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Thixoextrusion-Formverfahren unter Einsatz einer Thixoextrusion-Formapparatur gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt werden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Konstanthalten der Temperatur von 10 bis 30 Gewichtsanteile eines halbfesten Extrusionsrohling in dem Container; Konstanthalten der Temperatur des Düsenkörpers; Extrusionsformen des halbfesten Rohlings unter Druck in ein festes Extrudat in dem Düsenkörper; und Kühlung des festen Extrudates.
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In einer Ausführungsform kann der halbfeste Rohling aus Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierung ausgewählt sein.
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In einer Ausführungsform kann der halbfeste Rohling eine Magnesiumlegierung sein und zumindest ein Additiv enthalten.
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In einer Ausführungsform kann das Additiv aus alkalischen metallen, alkalischen Metalloxiden, alkalischen Metallkomponenten, alkalische Erdmetallen, alkalische Erdmetalloxide, alkalische Erdmetall-Komplexe und Mischungen derselben ausgewählt sein.
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In einer Ausführungsform kann das Additive in Mengen von 0,0001 bis 30 Gewichtsanteile, basiert auf 100 Gewichtsanteile für Magnesiumlegierungen, vorhanden sein.
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In einer Ausführungsform kann der halbfeste Rohling durch die Heizung auf einer Temperatur von 590 bis 590 °C des Containers gehalten sein.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Thixoextrusion-Formverfahren unter Einsatz einer Thixoextrusion-Formapparatur gemäß dem zweiten Aspekt bereitgestellt werden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erhitzung des in dem Container gelagerten halbfesten Extrusionsrohlings durch die Heizung, um die Temperatur des Extrusionsrohlings konstant zu halten; Bestimmung der Temperatur des halbfesten durch die Heizung im Container erhitzten Extrusionsrohling mittels des Temperatursensors, und Vergleich des mittels des Temperatursensors ermittelten Temperaturwertes mit einem vorbestimmten Kontrollwert, um die Ein/Aus-Schaltung der Heizung mittels der Kontrolleinheit zu steuern.
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Vorteilhafte Effekte
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Die Thixoextrusion-Formapparaturen und die Verfahren der vorliegenden Erfindung haben folgende vorteilhafte Effekte.
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Ein halbfester Rohling wird vor der Extrusionsformung auf konstanter Temperatur in dem fest-flüssig koexistenzbereich gehalten, um die Produktion eines festen Extrudates in Form einer Barrens oder eines Rohres unter niedrigem Druck zu ermöglichen.
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Ferner kann der Extrusionsdruck in der Anfangsphase der Extrusion deutlich reduziert werde, welches ein Anwachsen der Lebensdauer der Extrusion-Formapparaturen bewirkt.
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Weiter können keine Längung und axiale Symmetrie der Körner in Extrusionsrichtung auftreten, welches eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Extrudates bewirkt.
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Zudem kann eine kleine Menge an Additiv einer Metalllegierung hinzugefügt werden, um eine Entzündung während der Extrusionsformung zu verhindern und um die Menge an verwendetem Schutzgas zu reduzieren.
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Ferner läuft ein halbfestes Metall, das die Extrusionsöffnungen verlässt, durch das Führungslager und den Dorn und wird nahtlos verschmolzen, sodass ein Extrudat in der Form eines Rohres gegen eine Zerstörung durch die Expansions- oder Druckwiderstandsprüfung geschützt ist.
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Figurenliste
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In den Figuren:
- 1 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Thixoextrusion-Formapparatur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die einige Teile (inklusiv des Containers) der Apparatur gemäß 1 zeigt.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einige der Teile (einen Düsenring und einen Düsenkörper) der Apparatur gemäß 1 im zusammengebauten Zustand wiedergibt.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einige der Teile (einen Düsenring, einen Düsenkörper und einen Düsenkörperträger) der Apparatur gemäß 1 im auseinander gebauten Zustand wiedergibt.
- 5 illustriert Installationspositionen von Thermofühlern zur Messung der Temperaturen an einem Extrudat an verschiedenen Stellen in der Apparatur gemäß 1.
- 6 ist ein Graph, der die Änderungen der Temperatur bei dem Extrudat an verschiedenen Positionen in der Apparatur gemäß 1 zeigt.
- 7 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Thixoextrusion-Formverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 8 ist ein Graph, der die maximalen Extrusionsdrücke in der Produktion von Aluminiumlegierung-Extrudaten gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und eines Verfahren nach dem Stand der Technik vergleicht.
- 9 ist ein Graph, der die maximalen Extrusionsdrücke in der Produktion von Aluminiumlegierung-Extrudaten gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und eines Verfahren nach dem Stand der Technik vergleicht.
- 10 zeigt Bilder von Querschnittsstrukturen von Aluminiumlegierung-Extrudaten, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und eines Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt sind.
- 11 zeigt Bilder von Querschnittsstrukturen von Magnesiumlegierung-Extrudaten, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und eines Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt sind.
- 12 zeigt einen Graph, der die Zündtemperaturen eines Additivs enthaltenden Magnesiumlegierungen wiedergibt, die der Apparatur gemäß 1 unter Umgebungsatmosphäre hinzugefügt sind.
- 13 zeigt Gefügebilder eines Magnesiumlegierung-Extrudates, das mittels Heißextrusion hergestellt ist.
- 14 zeigt Gefügebilder eines MagnesiumlegierungExtrudates, das mittels Thixoextrusion gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
- 15 zeigt Gefügebilder eines MagnesiumlegierungExtrudates mit Additiv, das mittels Thixoextrusion hergestellt ist.
- 16 zeigt einen Graph, der den Aspekt des Verhältnisses von Körnern wiedergibt, die in den Querschnittsansichten der in den 13, 14 und 15 gezeigten Extrudaten gezeigt sind.
- 17 ist eine Querschnittansicht, die eine Thixoextrusion-Formapparatur gemäß einer anderen Ausbildung der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 18 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Vorgehen zeigt, gemäß dem die Temperatur des Rohlings in der Thixoextrusion-Formapparatur gemäß 17 konstant gehalten wird.
- 19 zeigt Mikrografiken von Schweissnahtbereichen eines Rohres auf, das mittels der Apparatur gemäß 17 hergestellt ist.
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Günstigstes Vorgehen:
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt im Detail unter Bezugsnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben, so dass ein Fachmann diese Erfindung einfach praktizieren kann.
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Es wird keine bestimmte Begrenzung durch die Metallart, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, eingeführt. Beispiel gebend ist das Metall aus A7003 Aluminiumlegierungen, A7075 Aluminiumlegierungen, und Äquivalente derselben auserwählt.
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Die A7003 Aluminiumlegierungen bestehen essentiell aus Magnesium (Mg) und Zink (Zn) und beinhalten 0,2 % Gewichtanteil Kupfer (Cu), 0,3 % Gewichtanteil Silizium (Si), 0,35 % Gewichtanteil Eisen (Fe), 0,3 % Gewichtanteil Mangan (MN) und die Balance von unvermeidlichen Unreinheiten. Die A7003 Aluminiumlegierungen werden in der Produktion von Rädern mit hoher Festigkeit für Automobile weitverbreitet verwendet.
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Die A7075 Aluminiumlegierungen bestehen essentiell aus Magnesium (Mg) und Zink (Zn) und beinhalten 2,0 % Gewichtanteil Kupfer (Cu), 0,4 % Gewichtanteil Silizium (Si), 0,5 % Gewichtanteil Eisen (Fe), 0,3 % Gewichtanteil Mangan (MN) und die Balance von unvermeidlichen Unreinheiten. Die A7075 Aluminiumlegierungen werden als Verbundstoffe mit hoher Festigkeit für die Flugindustrie weitverbreitet verwendet.
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Die A7003 und A7075 Aluminiumlegierungen sind lediglich veranschaulichend, und andere Arten von Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Kupferlegierungen, Keramik basierten Verbundwerkstoffen und Niedrig-Qualität-Recycling-Materialien sind in der vorliegenden Erfindung einsetzbar.
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Beispielsweise können Magnesiumlegierungen, wie AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, MG-Al, Mg-AL-Re, Mg-Al-Sn, Mg-Zn-Sn, Mg-Si, SiCp/Mg und Mg-Zn-Y, wie auch reines Magnesium in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
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Ein Additiv kann hinzugefügt werden, um die Zündungstemperatur von Magnesiumlegierungen zu erhöhen und um die Oxidation der Magnesiumlegierungen zu vermeiden. Die Additive können aus alkalischen Metallen, alkalischen Metalloxiden, alkalischen Metallkomplexen, alkalischen Erdmetalloxiden, alkalischen Erdmetallkomplexe und Äquivalenten dieser Stoffe ausgewählt werden. Diese Additive können allein oder als Mischung von zwei oder mehreren dieser Stoffe verwendet werden.
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Die alkalischen Metalloxide können aus Natriumoxid, Kaliumoxid, und Äquivalenten dieser Stoffe ausgewählt werden. Diese alkalischen Metalloxide können allein oder als Mischung derselben verwendet werden. Die alkalischen Erdmetalloxide können aus Berylliumoxid, Magnesiumoxid, Calziumoxid, Strontiumoxid, und Äquivalenten dieser Stoffe ausgewählt werden. Diese alkalischen Erdmetalloxide können allein oder als Mischung derselben verwendet werden. Die alkalischen Erdmetalloxidkomplexe können aus Calziumkarbid (CaC2), Calziumzyanid (CaCN2), Calziumkarbonat (CaCO3), Calziumsulfathemihydrat(CaSO4), und Äquivalenten dieser Stoffe sein. Diese alkalischen Erdmetallkomplexe können allein oder als eine Mischung derselben verwendet werden. Es gibt aber keine Restriktion hinsichtlich der Art von alkalischen Metalloxiden, alkalischen Erdmetalloxide und alkalischen Erdmetallkomplexen. Dies bedeutet, dass jedes Material als Additiv verwendet werden kann, so lange es die Entzündungstemperatur der Magnesiumlegierungen erhöht, die Oxidation der Magnesiumlegierungen reduziert oder die benötigte Schutzgasmenge reduziert.
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Die Additive können in Mengen von 0,0001 bis 30 Gewichtsanteilen, basierend auf 100 Gewichtsanteile der Magnesiumlegierung, hinzugegeben werden. Wenn die benötigte Menge unter 0,0001 Gewichtsanteilen liegt, wird der erwünschte Effekt (z.B. Erhöhung der Entzündungstemperatur, Reduzierung der Oxidation und der benötigten Schutzgasmenge) des Additivs vernachlässigbar. Mittlerweile, wenn die Mengen der hinzugefügten Additiven mehr als 30 Gewichtsanteile betragen, werden die inherenten Eigenschaften von Magnesium oder Magnesiumlegierungen nicht in Erscheinung treten.
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Die Additive können eine Größe von 1 bis 500 µm aufweisen. Es ist insbesondere praktisch schwierig und wirtschaftlich unerwünscht, Additive in einer Größe von unter 1 µm vorzusehen. Andererseits können Additive, die größer als 500 µm sind, mit dem geschmolzenen Magnesium nicht mischfähig sein.
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10 bis 30 Gewichtsanteile eines halbfesten Rohlings werden in eines der Extrusionsformungsapparaturen der vorliegenden Erfindung zugeführt. Der Einsatz halbfester Rohlinge in einer Menge von weniger als 10 Gewichtanteilen, erfordert einen relativ hohen Druck, wodurch die Lebensdauer der Extrusionsformungsapparaturen sehr verringert wird. Dies bedeutet, dass die erwarteten Vorteile der Thixoextrusion gegenüber der Heißextrusion nicht erreicht werden können. Auf der anderen Seite ist es schwierig, Rohlinge in Mengen von über 30 Gewichtsanteilen der Extrusionsformungsapparatur zuzuführen, da ein halbfester Rohling im Wesentlichen eine Flüssigkeit ist. Dies bedeutet, dass die Verwendung von halbfesten Rohlingen in einer Menge innerhalb der Skala der oben definierten Werte die Produktion von Extrudaten unter niedrigem Druck ermöglicht und es leichter macht zu handhaben.
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1 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Thixoextrusion-Formapparatur 100 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt, 2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht einiger Teile der Apparatur 100, 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein zusammengebauten Zustand einiger Teile des Apparates 100 zeigt und 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen auseinander gebauten Zustand einiger Teile des Apparates 100 illustriert.
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Wie in 1 bis 4 gezeigt, beinhaltet die Thixoextrusion-Formapparatur 100 Folgendes: ein Container 110 mit einer ersten Durchgangsöffnung 111 und eine darin eingebaute Heizung 112, um das Gesamtbild der Apparatur 100 zu bilden; ein Bolzen 120, der in die erste hohle Zuführungsöffnung 111 des Containers 110 einführbar ist, dient der Druckerzeugung von der Vorderseite des Containers 110 auf die Extrusionsrohlinge 200 im halbfesten Zustand; ein Düsenkörper 140, der an der Rückseite des Containers 110 mit einer zweiten hohlen Zuführungsöffnung 141 angekoppelt, deren Durchmesser kleiner ist als der der ersten Zuführungsöffnung 111 des Containers 110 ist; ein Düsenkörperhalter 150 am hinteren Teil des Düsenkörpers 140, der positioniert ist, um eine thermale Deformation in Längsrichtung des Düsenkörpers 140 zu vermeiden; ein Düsenausgleichsträger 160, der an das hintere Teil des Düsenkörperhalters 150 gekoppelt; eine Austrittsdüse 130 , welche den Düsenkörperhalter 140 und den Düsenkörperhalter150 umgeben, um eine thermische Deformation des Düsenkörperhalters140 in umfänglichen Richtung zu verhindern; und eine Kühleinheit 170, die an das hintere Teil des Düsenkörperhalters zur Abkühlung eines hocherhitzten festen Extrudates 210 aus dem halbfesten Extrusionsrohling 200 angekoppelt.
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Bezugszeichen 300 bezeichnet eine Schneidvorrichtung, um den halbfesten Extrusionsrohling 200 und das feste Extrudat 210 zu schneiden, und Bezugszeichen 400 bezeichnet eine Antriebsvorrichtung für die Extrusions-Formungsapparatur 100.
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Ins Detail gehend, ist eine erste Thermoelementeinsetzöffnung 142 an der äußeren Wand des Düsenköpers 140 ausgebildet, um die Temperatur des Düsenkörpers 140 zu messen, eine zweite Thermoelementeinsetzöffnung 143 ist tief von der äußeren Wand des Düsenkörpers 140 ausgebildet, um die Temperatur des Extrudates 210 zu messen, und erste Einfluss/Ausflussöffnungen 144, durch die eine zirkuliernde Flüssigkeit (z.B. Öl oder Kühlwasser) fließt, sind an der äußeren Wand des Düsenkörpers 140 ausgebildet, um einen Anstieg der Temperatur des Düsenkörpers 140 zu vermeiden, während die Temperatur konstant gehalten wird.
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An der äußeren Wand des Düsenkörperhalters 130 sind zweite Einfluss/Ausflussöffnungen 131 ausgebildet, die in den Düsenkörper 130 hineinlaufen, so dass sie in Verbindung mit den ersten Einfluss/Ausflussöffnungen 144 des Düsenkörperhalters 140 stehen, und dritte Einfluss/Ausflussöffnungen 132 sind ausgebildet, durch die Gas oder Kühlwasser fließt, um eine Oxidation des Extrudates 210 zu verhindern, das durch den Düsenkörperhalters geht, oder um das Extrudat 210 zu kühlen.
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Vierte Einfluß/Ausfluß-Öffnungen 151, die die äußere Wand des Düsenkörperhalters 150 durchdringen, sind ausgebildet, um in Verbindung mit den dritten Einfluss/Ausflussöffnungen 132 zu stehen und das Gas oder Kühlwasser hier durchfließen zu lassen.
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Nachstehend wird das Herstellungsverfahren des festen Extrudates 210 in der Extrusion-Formapparatur 100 erläutert. Zuerst wird ein halbfester Extrusionsrohling dem Container 110 zugeführt und bis auf den fest-flüssig Koexistenz-Bereich mittels der Heizung 112 erwärmt. Alternativ kann der halbfeste Extrusionsrohling auch bevor er dem Container 110 zugeführt wird, auf den fest-flüssig Koexistenz-Bereich vorgewärmt werden, wobei die Temperatur im Container 110 konstant in der fest-flüssig Koexistenz-Bereich gehalten wird. Dann wird der halbfeste Extrusionsrohling mittels des Bolzens 110 mit Druck beaufschlagt.
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Zurzeit ist der Düsenkörperhalter 140 so aufgebaut, dass die Temperatur des Extrusionsrohling während der Extrusion gehalten werden kann. Diese Konstruktion des Düsenkörperhalters verhindert eine Erhöhung der Oberflächentemperatur des Düsenkörperhalters 140 und des festen Extrudates 210, die von der Reibung zwischen dem halbfesten Extrusionsrohling und dem Düsenkörper 140 während der Extrusion stammt. Als Ergebnis wird eine Qualitätsminderung des festen Extrudates 210 verhindert.
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Insbesondere, wenn die Temperaturen der halbfesten Extrusionsrohlinge bis auf den fest-flüssig Koexistenz-Bereich erwärmt sind (in dem feste und flüssige Phasen durch Erwärmen koexistieren) nicht genau gesteuert werden, sind die Körner des Materials nicht gleichmäßig hinsichtlich ihrer Größe und eine Mittelachsenseigerung und flüssige Seigerung während der Umformung tritt infolge einer nicht einheitlichen festen Fraktion im Querschnitt auf, welches unmöglich macht, eine gleichmäßige mechanische Eigenschaften zu erhalten.
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Die Kühlungseinheit 170 dient zur Vermeidung von groben festen Partikeln in dem festen Extrudat 210, welches den Düsenkörperhalter 140 durchläuft.
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5 zeigt die Installationspositionen der Thermoelementeinsetzöffnungen zur Messung der Temperaturen des Extrudates an verschiedenen Stellen in der Thixoextrusion-Formapparatur. Insbesondere sind die Thermoelementeinsetzöffnungen angeordnet, um die Temperaturen eines A7003 Aluminium Extrusionsrohling an verschiedenen Positionen während der Erwärmung zu messen. Die Temperaturmessungen an verschiedenen Positionen werden durchgeführt, um die Temperaturverteilung über den gesamten Extrusionsrohling zu sicherzustellen. Zur akkuraten Temperatursteuerung werden die Temperaturen der Extrusionsrohlinge an verschiedenen Positionen direkt durch die Thermoelementeinsetzöffnungen als Funktion der Erhitzungszeit gemessen und die Änderungen der gemessenen Temperaturen werden berechnet.
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6 ist eine Graphik, die die Veränderungen der Temperatur der Extrudate an verschiedenen Positionen in der Thixoextrusion-Formapparatur als Funktion der Zeit darstellt.
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Wie in 6 gezeigt, gibt es während der Anfangsphase der Wiedererwärmung leichte Unterschiede in der Temperatur der Extrusionsrohlinge in den jeweiligen Positionen.
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Nachdem die Temperaturen der halbfesten Extrusionsrohlinge in den jeweiligen Positionen den fest-flüssig Koexistenz-Bereich (ca. 620 °C)erreicht haben, wird der Extrusionsrohling als Ganzes auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten.
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7 ist ein Fluss-Diagramm, welches das Thixoextrusion-Formverfahren der vorliegenden Erfindung wiedergibt.
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Wie in 7 gezeigt, weist das Verfahren dieser Erfindung ein Halten eines Extrusionsrohling 200 in einem halbfesten Zustand auf einer konstanten Temperatur (S1), ein Konstanthalten der Temperatur des Düsenkörpers (S2), eine Umformung der Extrusionsrohlinge in ein Extrudat (S3), eine primäre Abkühlung des Extrudates (S4) und eine sekundäre Abkühlung des Extrudates (S5).
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Im Schritt S1 wird der Extrusionsrohling 200 den Container 110 der Thixoextrusion-Formapparatur 100 zugeführt und auf Temperaturen von 590 bis 650°C durch die Heizung 112 erwärmt. Diese Erwärmung hält den Extrusionsrohling 200 bei konstanter Temperatur in einem halbfesten Zustand, in dem feste und die flüssige Phase koexistieren. Alternativ hierzu kann der Extrusionsrohling 200 auch außerhalb der Apparatur auf den fest-flüssig Koexistenz-Bereich erhitzt werden, bevor es dann dem Container 110, dessen Temperatur konstant in der fest-flüssig Koexistenz-Bereich gehalten wird, zugeführt wird. Im Falle, dass das halbfeste Metall des Extrusionsrohlings 200 zumindest eines der oben erwähnten Additiven erhält, werden Oxidation und Entzündung der Extrusionsrohlinge 200 im halbfesten Zustand, in dem feste und flüssige Phasen koexistieren, wirkungsvoll verhindert.
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Wenn die Extrusionsrohlinge 200 in halbfesten Zustand gehalten werden, in dem flüssige und fester Zustand koexistieren, kann im Container 110 ein Schutzgas (z.B. SF6) verwendet werden, um eine Entzündung des Extrusionsrohling 200 zu verhindern. Im Falle, dass das Additiv in den Bestandteilen im Extrusionsrohling 200 in den bestehenden fest-flüssigen Metall enthaltet ist, um die Entzündungstemperaturen der Extrusionsrohlingen 200 zu erhöhen, kann die Temperatur der Extrusionsrohlinge 200 unter Verbrauch von weniger Schutzgas oder unter gänzlichem Verzicht auf Schutzgas konstant gehalten werden.
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Im Schritt S2 wird die Temperatur der Düsenkörpers 140 durch die Thermoelementeinsetzöffnung gemessen und eine zirkulierende Flüssigkeit (z.B. Öl oder Kühlwasser) kann entsprechend der gemessenen Temperatur fließen, um die Temperatur des Düsenkörpers auf einer Temperatur von 590 bis 650 °C zu halten. Der Fluss der zirkulierenden Flüssigkeit verhindert ein Ansteigen der Temperatur des Düsenkörpers 140, solange die Temperatur konstant bleibt.
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Im Schritt S3 wird der Extrusionsrohling 200 im halbfesten Zustand, wo feste und flüssige Phasen koexistieren, im Container 110 unter Verwendung von Druck durch den Schritt 120 im Düsenkörper 140 extrudiert, um dann zu einem festen Extrudat 210 umgeformt zu werden. Da der Extrusionsrohling 200 im halbfesten Zustand ist, in dem feste und flüssige Phasen koexistieren, kann ein geringerer Druck verwendet werden, um den Extrusionsrohling 200 zum festen Extrudat umzuformen. Diese verbesserte Extrusionsfähigkeit des Extrusionsrohlings 200 führt nicht nur zu einer Verbesserung der Produktivität, sondern ermöglicht auch die Produktion einer komplex geformten Komponente mit exakten Dimensionen.
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Wenn der Extrusionsrohling 200 unter Druck extrudiert wird, um in ein festes Extrudat 210 umgeformt zu werden, kann ein Schutzgas ( z.B. SF6) verwendet werden, um zu vermeiden, dass sich der Extrusionsrohling 200 entzündet. In dem Fall, dass in den festflüssigen Metallbestandteilen des Extrusionsrohling 200 bereits ein Additiv enthalten ist, um die Entzündungstemperatur des Extrusionsrohling 200 zu erhöhen, kann der Extrusionsrohling 200 unter Verwendung einer geringerer Menge an Schutzgas oder ohne Verwendung von Schutzgas durchgeführt werden. Des Weiteren erlaubt die Anwesenheit von Additiven in dem festflüssigen Metall des Extrusionsrohlings 200 dem Extrusionsrohling 210, ein stärker isotropes Gefüge mit Kornfeinung zu erhalten.
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Im Schritt S4, strömt ein Kühlgas oder -Wasser durch die dritte und vierte Einfluss/Ausflussöffnungen 132 und 1151, um die Oxidation des Extrudates 210 während der Extrusionumformung im Düsenkörper zu vermeiden und um das Extrudat 210 primär abzukühlen. Reibung kann zwischen dem Extrudat 210 und dem Düsenträger 140 während der Extrusionsumformung entstehen, um die Oberflächentemperatur des Extrudats 210 zu erhöhen. Diese Erhöhung der Oberflächentemperatur ergibt eine Oxidation des Extrudates 210, eventuell einhergehend mit einer Qualitätsminderung. Insbesondere, wenn die Temperatur des halbfesten Extrusionsrohlings 200, das auf den fest-flüssig Koexistenz-Bereich erwärmt wird, in dem feste und flüssige Phasen durch Erwärmen koexistieren, wird nicht genau gesteuert wird, sind die Körner des Materials nicht einheitlich in ihrer Größe und eine Mittellinie Seigerung und flüssige Seigerung tritt während der Formgebung infolge einer nicht einheitlichen festen Fraktion im Durchschnitt, welches es unmöglich macht, gleichmäßige mechanische Eigenschaften zu erhalten.
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Diese Probleme werden gelöst, indem Kühlgas oder -Wasser durch die dritten und vierten Einlaß-/Auslaß-Öffnungen 132 und 151 während der Extrusion-Formgebung durchlaufen kann, um primär das Extrudat 210 zu kühlen und um einen Anstieg der Oberflächentemperatur des Extrudates 210 zu verhindern.
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In Schritt S5 wird ein Kühlgas aus der Kühleinheit 170 gesprüht, um das Extrudat 210 sekundär zu kühlen, das primär in dem Extrusion-Düsenträger 140 abgekühlt wird. Diese sequentielle Kühlung verhindert die Bildung von groben festen Partikeln in dem festen Extrudat 210. Hierbei wird das feste Extrudat 210 in Barren extrusionsumformt.
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8 ist eine Grafik, die die maximalen Extrusionsdrücke bei der Herstellung von Aluminiumlegierungextrudaten gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und üblicher Verfahren vergleicht.
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In 8, ‚A‘ repräsentiert den maximalen Extrusionsdruck während der Heißextrusion von A7003 Aluminiumlegierungen, ‚B‘ repräsentiert den maximalen Extrusionsdruck während der Heißextrusion einer A7075 Aluminiumlegierung, ‚C‘ repräsentiert den maximalen Extrusionsdruck während einer Thixoextrusion einer A7003 Aluminiumlegierung, und ‚D‘ repräsentiert den maximales Extrusionsdruck während einer Thixoextrusion einer A 7075 Aluminiumlegierung.
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Die Heißextrusion wird mittels einer vorwärts Extrusion in einem 800 Tonnen horizontalen Typ einer Heißextrusionapparatur durchgeführt, um hochfeste Teile von Aluminiumlegierungen zu herzustellen. Die Heißextrusion und die Thixoextrusion wurden bei einem Extrusionsverhältnis von 11 durchgeführt.
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Der maximale Extrusionsdruck während einer Thixoextrusion einer A7003 Aluminiumlegierung beträgt 131 MPa, welcher etwa um 69 % niedriger als der (417 MPa) während der Heißextrusion der A7003 Aluminiumlegierung ist. Der maximale Extrusionsdruck während einer Thixoextrusion einer A7075 Aluminiumlegierung liegt beträgt 107 MPa, welcher etwa um 85 % niedriger als der (729 MPa) während der Heißextrusion einer A7075 Aluminiumlegierung ist.
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9 ist ein Graph, welcher den maximalen Extrusionsdruck bei der Herstellung von Aluminiumlegierungextrudaten gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik vergleicht. Insbesondere zeigt 9 den maximalen Extrusionsdruck bei der Herstellung von AZ31 Magnesiumlegierungen während der Heißextrusion und der Thixoextrusion.
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Wie in 9 gezeigt, beträgt der maximale Extrusionsdruck während der Thixoextrusion der AZ31 Magnesiumlegierung 110 MPa, welches etwa 82 % niedriger als der (614 MPa) während der Heißextrusion der AZ31 Magnesiumlegierung ist.
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10 zeigt Bilder von Querschnittsstrukturen (Schliffbilder) der Aluminiumlegierungsextrudate, die gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung und gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt sind. Insbesondere zeigt 10 Strukturen in verschiedenen Positionen (Außen, Innen und Mitte) in den Querschnittssektionen (Querschnittsschliffen) parallel zu den Extrusionsrichtungen von A7003 Aluminiumlegierungextrudaten, die mittels Thixoextrusion und Heißextrusion hergestellt sind.
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11 zeigt Bilder von Querschnittsstrukturen (Schliffbilder) von Magnesiumlegierungsextrudaten, die gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung und gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt sind. Insbesondere zeigt 11 Strukturen in verschiedenen Positionen (Außen, Innen und Mitte) in den Querschnittssektionen (Querschnittsschliffen) parallel zu den Extrusionsrichtungen von AZ31 Magnesiumlegierungsextrudaten, die mittels Thixoextrusion und Heißextrusion hergestellt sind.
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Wie in den 10 und 11 gezeigt, werden Verlängerung und typische Anisotropie der Körner in die Extrusionsrichtung in den Extrudaten beobachtet, die mittels Heißextrusion hergestellt werden. Diese Phänomene bewirken unterschiedliche mechanische Eigenschaften der Extrudate in Extrusionsrichtung und senkrecht hierzu, welches anzeigt, dass die Extrudate insgesamt nichtgleichmäßige mechanische Eigenschaften aufweisen.
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Gegensätzlich hierzu können keine Verlängerung und keine axiale Symmetrie der Körner in Extrudaten beobachtet werden, die mittels Thixoextrusion umgeformt wurden.
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Daher, gemäß der Thixoextrusion-Formapparatur und -verfahren der vorliegenden Erfindung, werden Verlängerung und Anisotropie der Körner der Extrudate in Extrusionsrichtung gesteuert, um hochfeste Extrudate zu erhalten.
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12 ist ein Graph, der die Entzündungstemperaturen der Additiv-enthaltenden Magnesiumlegierungen, die dem Thixoextrusion Formapparat unter Raumatmosphäre zugeführt werden, zeigt. Insbesondere zeigt 12 die Entzündungstemperaturen von AZ31 Magnesiumlegierungen, die Calziumoxid (CaO) als Additiv unter Raumatmosphäre enthalten.
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Die AZ31 Magnesiumlegierungen, die kein Calziumoxid (CaO) enthält, beginnt sich bei 570°C zu entzünden, welches niedriger als die Temperatur (590 - 650 °C) des fest-flüssig Koexistenz-Bereichs während der Thixoextrusion ist. Daher ist eine große Menge an Schutzgas notwendig, um die Entzündung der AZ31 Magnesiumlegierung ohne Calziumoxid (CaO) während der Thixoextrusion zu verhindern.
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Gegensätzlich hierzu erhöht die Anwesenheit von Calziumoxid (CaO ) als Additiv die Entzündungstemperatur der AZ31 Magnesiumlegierungen unter Raumatmosphäre. Beispielsweise liegen die Entzündungstemperaturen der AZ31 Magnesiumlegierungen mit 0,05 Gewichtsprozenten und 0,3 Gewichtsprozenten Calziumoxid um 30°C bzw. 40°C höher als die Entzündungstemperatur der AZ31 Magnesiumlegierung, die kein Additiv unter Raumatmosphäre enthält.
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Folglich erhöht die Anwesenheit von Calziumoxid (CaO) in der AZ31 Magnesiumlegierung die Entzündungstemperaturen der Legierungen und reduziert dadurch die benötigte Menge an Schutzgas oder verhindert ganz dessen Verwendung.
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Obwohl Calziumoxid hier als Additivbeispiel vorgestellt wurde, darf nicht vergessen werden, dass die oben genannten Additive ohne Begrenzung verwendet werden dürfen.
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13 zeigt Bilder der Struktur eines Magnesiumlegierungextrudates, welches durch Heißextrusion hergestellt wurde, 14 zeigt Bilder der Struktur eines Magnesiumlegierungextrudates, welches durch Thixoetrusion-Formung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, und 15 zeigt Bilder der Struktur eines Magnesiumlegierungextrudates, welcher Additive enthält und mittels Thixoextrusion hergestellt wurde.
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Insbesondere zeigen 13, 14 und 15 Querschnittsmikrostrukturen eines Magnesiumlegierungextrudates, das mittels Heißextrusion hergestellt wurde, ein Magnesiumlegierungextrudat, das mittels Thixoextrusion hergestellt wurde und ein Magnesiumlegierungextrudat, das 0,001-30 Gewichtsprozent Calziumoxid (CaO) enthält und mittels Thixoextrusion hergestellt und umgeformt wurde.
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In 13, (a), (b) und (c) repräsentieren Außen-, Innen- bzw. Mitte-Position der Extrudate. Wie in 13 gezeigt, hat das Extrudat verlängerte Körner, dessen Gefüge in verschiedenen Positionen anisotrop in Extrusionsrichtung ist.
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Die Verlängerung der Körner verursacht Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften der Extrudate in Extrusionsrichtung und senkrecht hierzu, welches deutlich macht, dass das Extrudat insgesamt nicht gleichmäßige mechanische Eigenschaften aufweist.
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Gegensätzlich hierzu weist jede der Magnesiumlegierungen, die durch die Thixoextrusion (14) hergestellt sind, und der Magnesiumlegierungen, die 0,001 -30 Gewichtsprozent Cao enthalten und durch Thixoextrusion (15) hergestellt sind, eine isotropische Körnermikrostruktur in der Mitten- (a), Zwischen- (b) und Kanten-Position (c) auf. Diese Strukturen verbessert die Festigkeit der Extrudate.
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Insbesondere die Struktur der Magnesiumlegierung, die 0,001-30 Gewichtsprozente Calziumoxid (CaO) (15) enthält, ist feiner als das der Magnesiumlegierung gemäß 14. Das in dem Calziumoxid (CaO) vorhandene Calzium reagiert mit der Magnesiumlegierung zu einem stabilen MgCa- oder Mg2Ca-Komplex, der die Mikrostuktur der Legierung stabilisiert und eine Kornfeinung mit der Legierung erzielt.
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16 ist eine Grafik, die das Aspektverhältnis von anwesenden Körner in den Querschnittsstrukturen der Extrudate in 13, 14 u 15 zeigt.
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Das Aspektverhätlnis wird als das Verhältnis der größeren und der kleineren Achse definiert, wie es bei der Anwendung eines Bild-Analyse-Systems erfasst wird. Das Aspektverhältnis der hergestellten Extrudate durch Heißextrusion (13) in der Mitte-, Innnen- und Außen-Positionen, schwankt zwischen 3 und 4.
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Gegensätzlich hierzu sind die Aspektverhältnisse der Extrudate, die durch Thixoextrusion (14 und 15) hergestellt sind, gesteuert und liegen bei 2 oder weniger. Insbesondere sind die Aspektverhältnisse der Magnesiumbarren, die 0,001 bis 30 Gewichtsprozente Calziumoxid (CaO) enthalten und durch Thixoextrusion hergestellt sind (15) in der Mitten, Zwischen und Kanten-Position mit ca. 1,5 im Wesentlichen gleichmäßig. Das bedeutet, das der Magnesiumbarren von 15 eine isotrope Mikrostruktur aufweist. Daher ermöglicht die Anwesenheit von Calziumoxid in dem Magnesiumbarren, die Nutzung von Schutzgas in wesentlich geringerer Menge oder den Verbrauch von Schutzgas ganz einzustellen.
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17 ist eine Querschnittsansicht die Thixoextrusion-Formapparatur entsprechend einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 17 gezeigt, umfasst die Thixoextrusion-Formapparatur einen Container 12, in dem der Extrusionsrohling 5 in einem halbfesten Zustand gelagert wird. Der feste Extrusionsrohling 5 wird im Container 12 mit Druck beaufschlagt, um durch die Extrusionsdüse 20 gepresst zu werden.
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Die Extrusionsdüse 20 weist vielfache Extrusionslöcher 22, durch die der Extrusionsrohling 5 im Container in eine Vielzahl von Strängen geteilt und extrudiert wird, eine Kammer 24, welche die Extrusion-Rohlinge lagert, bis sie durch die Extrusion-Löcher 22 gepresst werden, ein Führungslager 26 die als Verbindung zwischen der Kammer 24, wo der äußere Umfang an Extrudat 100 in Form eines Rohres, und ein Dorn 28, der in der Mitte des Führungslagers 26 positioniert ist, um den inneren Umkreis des extrudierten Rohres 100 bildet.
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Eine Heizung 30 ist verdeckt im Container 12 gewendelt, um den Extrusionsrohling zu erwärmen, der im Container 12 gelagert ist, und um den Extrusionsrohling im halbfesten Zustand zu halten. Die innere Temperatur des Containers 12 wird durch die Hitze der Heizung 30 erhöht, um den Extrusionsrohling in einem halbfesten Zustand zu halten.
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Die Temperatur des Extrusionsrohlings, der durch den Heizkörper 30 im Container 12 erhitzt wird, wird durch den Temperatursensor 40 geregelt. Der Temperatursensor 40 kann am Bolzen 10 oder am Container 12 eingebaut werden.
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Eine Kontrolleinheit 50 ist zum Vergleich der Temperatur (T), die durch den Temperatursensor 40 gemessen wird, mit einer vorbestimmten Temperatur (To) zur dieSteuerung der Ein-/Aus-Funktion des Heizkörpers 30 eingebaut. Die Kontrolleinheit 50 ist an dem Temperatursensor 40 und an dem Heizkörper 30 elektrisch angeschlossen.
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18 ist ein Flussdiagramm, welches den Prozess darstellt, wie die Temperatur des Extrusionsrrohlings in der Thixoextrusion-Formapparatur konstant gehalten wird.
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Zuerst wird die Temperatur des Extrusionsrohlings 5 durch den Temperatursensor 40 festgestellt (S1). In diesem Schritt ist es erwünscht, dass sich der Extrusionsrohling 5 in einem halbfesten Zustand befindet, bevor er in den Container 12 einführt wird. Der halbfeste Zustand bezieht sich auf einen Zwischenzustand zwischen festen und flüssigen Phasen.
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Die Temperatur (T) des Extrusionsrohling, die durch den Sensor 40 gemessen wird, wird zu der Kontrolleinheit 50 geschickt, in der die Temperatur (T) mit der vorbestimmten Temepratur (To )verglichen wird (S 12).
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Wenn die Temperatur (T) höher ist als die fixierte Temperatur (To),dann wird die Kontrolleinheit 50 den Heizkörper 30 abstellen, um zu vermeiden, dass der Extrusionsrohling in eine feste Phase umgewandelt wird. (S.14).
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Diese Operation der Kontrolleinheit 50 erlaubt dem Extrusionsrohling, in einem halbfesten Zustand extrudiert zu werden. Als Resultat kommen die aufgesplitteten Stränge des Extrusionsrohlings aus den Extrusionslöchern 22 heraus, durchlaufen dann das Führungslager 26 und den Dorn 28, um wieder in einen halbfesten Zustand zusammengebracht werden, ohne eine Nahtstelle zu bekommen.
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Wenn der Extrusionsrohling aus Aluminium ist und die Thixoextrusiontemperatur auf 630-650 °C gehalten wird, wird ein nahtloses Extrudat in Form eines Rohres ohne jegliche Schweißlinie hergestellt.
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19 zeigt Mikrografiken von Schweißlinenbereichen eines Rohres, das unter Einsatz der Apparatur von 17 gemäß dem Verfahren von 18 hergestellt wurde.
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Wie in 19 zu sehen ist, sind keinerlei Schweißlinien zu beobachten, was verdeutlicht, dass das Rohr gegen Zerstörung bei Druckwiderstandsversuche oder Druckexpansion geschützt werden kann.
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Es sollte klar sein, dass der vorliegenden Erfindung für Ag, Cu, Al, Mg und Ti für nahtlose Rohre sowie für Aluminium anwendbar ist.
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Die mechanischen Eigenschaften der Produkte, die nahtlose Extrudate (Rohr)verwenden, sind durch das Verfahren dieser Erfindung gleichmäßig, was den Entscheidungsfreiheitsraum im Design der Produkte vergrößert. Zusätzlich können verbbesserte Eigenschaften erreicht werden, sogar bei allgemeinen mechanischen Strukturen (Architektur), die Belastungen in Form von Druck, Expansion und Biegung ausgesetzt sind. Des Weiteren kann eine Reduktion in Gewicht und Dicke erreicht werden, um die Notwendigkeit vergessen zu machen, die Nahtstellen dicker machen zu müssen. Im Vergleich zur konventionellen einfachen nahtlosen Extrusion können vielmehr auch Profile mit komplexen Formen hergestellt werden.
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Obwohl die vorherigen Aufführungsformen beschrieben worden sind, um die Thixoextrusion-Formapparaturen und -Verfahren der vorliegenden Erfindung zu nutzen, werden diese Aufführungsformen für illustrative Absichten fortgeführt und sind nicht dazu da, die Erfindung zu begrenzen. Diejenigen, bewandert im Stand der Technik sind, werden erkennen, wie viele Modifikationen und Variationen gemacht werden können, ohne den Geist und Bandbreite der Erfindung verlassen zu müssen, wie sie in den anhängenden Ansprüchen niedergelegt sind, und solche Modifikationen und Variationen, die in dem Bereich und dem Geist der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
