Glasfaserverstärkte Metallteile Bei der Verwendung von Kunststoffen
geht man seit geraumer Zeit in großem Umfang dazu über, zur Erhöhung der Festigkeit
Glasfasern in Kunststoff einzubetten. Bei den niedrigen Bearbeitungstemperaturen
der Kunststoffe ist diese Technik mit normalen Mitteln leicht und einfach durchzuführen.Glass fiber reinforced metal parts When using plastics
there has been a major move towards increasing strength for some time
Embed glass fibers in plastic. At the low processing temperatures
of plastics, this technique is easy and simple to carry out with normal means.
Bei Metallen dagegen sind derartige Verfestigungsmethoden bisher nicht
bekanntgeworden, obwohl auch hier, wie einfache Überlegungen zeigen, vorzugsweise
bei nicht hochfesten Materialien große Festigkeitssteigerung insbesondere in Richtung
der Glasfasern erwartet werden können.In the case of metals, on the other hand, such strengthening methods are not yet available
became known, although here too, as simple considerations show, preferably
in the case of non-high-strength materials, great increase in strength, especially in the direction of
of glass fibers can be expected.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 121282 ist zwar ein metallisches
Halbzeug mit eingegossenen Glasfasern zu entnehmen, diese Einlagen haben aber die
Aufgabe, als Trennelemente zu wirken. Dies ist aber gerade das Gegenteil einer Festigungkeitssteigerung,
die als Aufgabenstellung dieser vorliegenden Erfindung zugrunde liegt.From the German Auslegeschrift 1 121282 is a metallic one
Semi-finished product with cast glass fibers can be taken, but these inserts have the
Task to act as dividers. But this is exactly the opposite of an increase in firmness,
which is the object of this present invention.
Diese bezieht sich auf glasfaserverstärkte Metallteile, wie Rohre
und andere Konstruktionselemente hoher Festigkeit. Erfindungsgemäß sind die Glasfasern
in einem metallischen Grundwerkstoff in einer Richtung parallel zur Richtung der
Hauptzugbeanspruchung angeordnet. Dabei können die Glasfasern in Gestalt von Fasersträngen,
Faserschläuchen, Fasermatten oder Fasernetzen in den metallischen Grundwerkstoff
eingebettet sein. Für die Einbettung kommen insbesondere Glassorten in Frage, deren
Schmelzintervall bei möglichst hohen Temperaturen liegt. Dabei ist es besonders
vorteilhaft, die Ausdehnungskoeffizienten des Glases und des Metalls so aufeinander
abzustimmen, daß in den Glasfasern nach dem Erkalten des Grundmetalls eine Druckspannung
in der Hauptbeanspruchungsrichtung vorhanden ist.This refers to glass fiber reinforced metal parts such as pipes
and other high strength structural elements. The glass fibers are according to the invention
in a metallic base material in a direction parallel to the direction of the
Main tensile stress arranged. The glass fibers can be in the form of fiber strands,
Fiber tubes, fiber mats or fiber networks in the metallic base material
be embedded. In particular, types of glass come into question for embedding
Melting interval is at the highest possible temperatures. It is special
advantageous, the expansion coefficients of the glass and the metal so on each other
to agree that there is a compressive stress in the glass fibers after the base metal has cooled down
is present in the main direction of stress.
Die Einbettung der Glasfasern kann dabei durch Umgießen mit dem Grundmetall
oder auch durch einlegen zwischen Metallplattinen oder konzentrische Rohre, die
anschließend miteinander in innigen Kontakt gebracht werden, ausgeführt sein. Dieser
innige Kontakt kann z. B. durch Walzen, Strangpressen, Ziehen Explosionsplattieren,
Aufschrumpfen u. dgl. erreicht werden. Insbesondere Zugbeanspruchungen, wie sie
z. B. beim Ziehen auftreten, bewirken eine Reckung der Glasfasern in Verformungsrichtung
und damit eine Erhöhung der Festigkeit des gesamten Werkstoffes. Solche Nachbearbeitungsverfahren
empfehlen sich insbesondere bei Rohren und Profilmaterialien.The embedding of the glass fibers can be done by casting around the base metal
or by inserting them between metal plates or concentric tubes that
are then brought into intimate contact with each other. This
intimate contact can e.g. B. by rolling, extrusion, drawing, explosion plating,
Shrinking and the like can be achieved. In particular, tensile loads like them
z. B. occur during drawing, cause a stretching of the glass fibers in the direction of deformation
and thus an increase in the strength of the entire material. Such post-processing procedures
are particularly recommended for pipes and profile materials.
Selbstverständlich können die Glasfasern auch in mehreren Schichten
in den Grundwerkstoff eingebettet sein. Neben dem Einlegen von bereits faserförmigem
Glas kann die Aufbringung des Glases auf den einzelnen Schichten des Grundwerkstoffes
z. B. durch Spritzen oder durch Kataphorese vorgenommen werden, wobei nach der Überdeckung
mit anderen Metallschichten wiederum eine entsprechende Nachverformung zweckmäßig
ist. Diese Nachverformung wird bei Temperaturen vorgenommen, die über dem Erweichungspunkt
des Glases liegen.Of course, the glass fibers can also be in several layers
be embedded in the base material. In addition to inserting already fibrous
Glass can be the application of the glass to the individual layers of the base material
z. B. be made by injection or by cataphoresis, after the overlap
with other metal layers, in turn, a corresponding post-deformation is expedient
is. This post-deformation is carried out at temperatures above the softening point
of the glass.
Besonders vorteilhaft ist in vielen Fällen die Verwendung von Glassorten,
die sich durch eine entsprechende Temperaturbehandlung und/oder durch Zugabe besonderer
Stoffe auskristallisieren lassen. Durch eine sinngemäße Führung des Kristallisationsvorganges
können hierbei auch Einkristalle (Whisker) in den betreffenden glasfaserverstärkten
Metallteilen hergestellt werden. Ein derartiges Verfahren kann beispielsweise so
ablaufen, daß man den hergestellten Körper während des Kristallisationsvorganges
mit definierter Geschwindigkeit durch ein in Richtung der Bewegung angeordnetes
Temperaturfeld mit definiertem Temperaturgradienten laufen läßt.In many cases it is particularly advantageous to use types of glass,
which can be achieved by appropriate temperature treatment and / or by adding special
Let substances crystallize out. Through a corresponding management of the crystallization process
can here also single crystals (whiskers) in the relevant glass fiber reinforced
Metal parts are produced. Such a method can for example be as follows
expire that the body produced during the crystallization process
with a defined speed by a arranged in the direction of movement
Lets run temperature field with a defined temperature gradient.
Derartige glasfaserverstärkte Metallteile können unter anderem auch
in der Reaktortechnik von Bedeutung sein, wo es insbesondere auch auf die Strahlungsbeständigkeit
von Strukturelementen ankommt. Man kann also z. B. die Festigkeit verhältnismäßig
weicher Stähle, die eine gute Strahlungsbeständigkeit aufweisen, durch Einbettung
ebenfalls strahlungsresistenter Glasfasern wesentlich erhöhen. Weiterhin sei in
diesem Zusammenhang auf die Verwendung von korrosionsbeständigen Zirkonlegierungen,
z. B. Zirkon-Kupfer (ZrCu 2,5 u. a.), als metallischem Grundwerkstoff hingewiesen.
Aus derartigen glasfaserverstärkten korrosionsbeständigen Zirkonlegierungen könnten
vorteilhafterweise Bauteile in der Strahlungszone eines Reaktors, insbesondere Brennstoffhüllrohre
und
Druckrohre hergestellt werden. Aber auch andere Metalle, wie z. B. Kupfer 'und Aluminium,
könnten mit eingebetteten Glasfasern verstärkt werden, so daß damit die Reißfestigkeit
von Kabeln und Leitungen, insbesondere auch. Freileitungen eventuell sogar unter
Einsparung der bisher dazu notwendigen Metallmengen erhöht werden könnten.Such glass fiber reinforced metal parts can also, among other things
be of importance in reactor technology, where there is also a particular focus on resistance to radiation
of structural elements. So you can z. B. the strength is proportionate
soft steels, which have good radiation resistance, by embedding
also increase radiation-resistant glass fibers significantly. Furthermore, in
in this context to the use of corrosion-resistant zirconium alloys,
z. B. zirconium-copper (ZrCu 2.5 and others), pointed out as the metallic base material.
From such glass fiber reinforced corrosion-resistant zirconium alloys could
advantageously components in the radiation zone of a reactor, in particular fuel cladding tubes
and
Pressure pipes are manufactured. But also other metals, such as B. copper 'and aluminum,
could be reinforced with embedded glass fibers, so that the tear resistance
of cables and wires, in particular. Overhead lines possibly even below
Savings in the amount of metal previously required for this could be increased.
Selbstverständlich sind auch noch andere Formen von Einbettungsmethoden
durchführbar, mit denen eine Erhöhung der Festigkeit des gesamten Werkstückes erzielt
werden kann. In diesem Zusammenhang sei lediglich auf die Einbettung von Glasfasern
in Verklebungsschichten zwischen Metallteilen hingewiesen.Of course, other forms of embedding methods are also possible
feasible, with which an increase in the strength of the entire workpiece is achieved
can be. In this context, let me just mention the embedding of glass fibers
indicated in adhesive layers between metal parts.