DE1452242A1

DE1452242A1 - Verfahren zum Fliessverformen hochwarmfester Metalle

Info

Publication number: DE1452242A1
Application number: DE19641452242
Authority: DE
Inventors: Rodgers James S
Original assignee: Calumet and Hecla Inc
Current assignee: Calumet and Hecla Inc
Priority date: 1963-07-15
Filing date: 1964-07-15
Publication date: 1969-01-30
Also published as: GB1069742A; SE322192B

Description

betreffend
Verfahren zum Fließverformen hochwarmfester Metalle_o

Die Erfindung betrifft das Fließverformen γόη Stoffen. Genauer betrifft sie Gegenstände und ein Verfahren zum Fließverformen hochwarmfester Metalle.

Die Schwierigkeiten, die beim Strangpressen (extruding) hochwarmfester Metalle, d.h. von Metallen mit einem Schmelzpunkt von 2 200°C (4 00O⁰F) oder mehr, z.B. Niob, Tantal und Molybdän auftreten, sind lange bekannt. Bisher waren die Fachleute der Ansicht, daß hochwarmfeste Metalle mit in der Praxie anwendbaren Geschwindigkeiten zur Querschnitts- verringerung nur bei hohen Temperaturen, z.B. von etwa 1 650°- 1 93O⁰O (3 000 - 3 500⁰F) form-

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gepresst werden können. Bei diesen Temperaturen ist die Verwendung normaler Schmiermittel, z.B. von Ölen und Fetten, ausgeschlossen.

Bisher wurden hochwarmfeste Metalle durch Pressen bei Temperaturen von etwa 1 650°bis 1 93O⁰C unter Verwendung von Glas als Schmiermittel fließverformt. Tatsächlich gab es Lieferbedingungen, die die Anwendung eines solchen Verfahrens zum Fließverformen hochwarmfester Metalle vorschrieben. Diese Verfahren werden gegenwärtig von vielen großen Herstellerfirmen mit fast unbegrenztem Personal und Einrichtungen für Forschungsarbeiten verwendet.

Dieses Verfahren zum FIießverformen hochwarmfester Metalle erwies sich vielfach als unbefriedigend, auch bei genauer fachmännischer Überwachung. Tatsächlich enthielten durch Auspressen hochwarmfester Metalle bei Temperaturen von 1 650 bis 1 93O⁰C, unter Verwendung von Glas als Schmiermittel, hergestellte Produkte, z,B. Rohre, unerwünschte Krater und unterlagen einer unzulässigen Rißbildung und Bruch. Ferner führte das in dem Verfahren als Schmiermittel verwendete Glas manchmal bei den hohen Temperaturen zu unerwünschten Reaktionen mit dem hpchwarmfesten Metall, wodurch

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das erzeugte Produkt noch weiter geschädigt wurde.

Ein Ziel der Erfindung ist daher ein verbessertes Gebilde (structure) und eine verbesserte Vorrichtung zur Fließverformung hochwarmfester Substanzen.

Ein weiteres Ziel ist ein verbessertes Gebilde zur Verwendung für das Formpressen hochwarmfester Metalle, das einen Bargen hochwarmfesten Metalle zusammen mit einem Überzug eines verhältnismäßig weichen Metalls mit Schmierwirkung enthält.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist ein Gebilde zur Verwendung für das Formpressen hochwarmfester Metalle, das zusätzlich mit einer Zwischenschicht eines Metalls zwischen dem Barren des

hochwarmfesten Metalls und dem Überzug des zur i

Schmierung dienenden Metalls überzogen ist, wobei das Metall dieser Zwischenschicht (barrier metal) sowohl mit dem hochwarmfesten Metall, als auch mit dem zur Schmierung dienenden Metall verträglich ist.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Auspressen von hochwarmfestern Metall,

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wonach, man einen Barren des formzupressenden Metalls .mit einem Metall mit Schmierwirkung überzieht, den mit dem Metall überzogenen Barren auf etwa 649 bis etwa 1 O93°C (1 200 bis 2 000⁰P) erwärmt und den erwärmten und überzogenen Barren fließverformt.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Fließverformen hochwarmfesten Metalls, wonach man zusätzlich eine Zwischenschicht eines Metalls, das mit dem hochwarmfesten Metall und dem Metall mit Schmierwirkung verträglich ist, zwischen dem hochwarmfesten^Metall und dem Metall mit Sehmierwirkung als Überzug aufbringt.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gebildes und eine Vorrichtung zur Fließverformung hoehwarmfester Metalle, diä einfach wirtschaftlich und wirksam sind.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Formpressen von Barren hochwarmfesten Metalls.

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Pig. 2 ist ein vergrößerter Aufriß eines

Barrens hochwarmfesten Materials nach Fig. 1, · zur erfindungsgemäßen Verwendung für das Formpressen hohler Formstücke.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht des in Fig. gezeigten Barrens, gesehen in Richtung des Pfeiles 3 in'Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Aufriß eines modifizierten *

Barrens hochwarmfesten Metalls, zur erfindungsgemäßen Verwendung für das.Formpressen fester Formkörper.

Fig. 5 ist eine Seitenansicht des Barrens aus Fig. 4-, gesehen in Richtung des Pfeiles 5 in Fig, 4.

Fig. 6 ist ein Aufriß eines modifizierten Barrens hochwarmfesten Metalls nach der Erfindung.

Fig* 7 ist eine Seitenansicht des in .Fig. gezeigten Barrens, gesehen in Richtung des Pfeiles 7 von Fig. 6.

wird Wie in Fig. 1 gezeigi/, bringt man den er-

hitasten Barren 10 in die Kammer 12 der Vorrichtung

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14 zum Formpressen von Rohren und presst (nicht gezeigte) Rohre durch die Preßform 16, "wobei man Druck auf den Barren 10 mittels des Massels 18(Preßstempel) und des Dorns 20 anwendet. Der in Fig. 2 gezeigte Barren 32 aus hochwarmfestern Material wird^nach dem überziehen mit einem Metall mit Schmierwirkung 36 auf etwa 649° bis etwa 1 O93°O (1 200 bis 2 000⁰F) erhitzt und hierauf aus der Kammer 12 durch die Preßform 16 um. das Ende 28 des Dorns 20 der "Vorrichtung 14 zum Formpressen von Rohren formgepresst, wobei diese Kammer wie für das normale Formpressen gewöhnlicher Metalle geschmiert wird.

Die Vorrichtung 14 zum Formpressen von Rohren kann im wesentlichen die in der USA-Patentschrift 2 713 941 angegebene Form aufweisen. Da die Wirkungsweise von Vorrichtungen sum Formpressen und ähnlichem bekannt ist, wird der Betrieb derselben hier nicht genauer beschrieben.

Die Preßform 16 wird von einem Träger (base) 22 in seiner Stellung gehalten. Das Massel 18 mit der kreisförmigen Bndfläche 24 _r die an das Ende 26 des Barrens 10 angedrückt werden- kann und der Dorn 20, der ajeial zum Massel 18 beweglich ist, sind so auf dem Träger 22 (durch .nicht gezeigte

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Verbindungen) montiert, daß sie eine hin- und hergehende Bewegung zur und von der Preßfoim 16 ausführen können.

Im Betrieb wird der mit einem Metall mit Schmierwirkung 36 von verhältnismäßig niedrigerem Schmelzpunkt (im Vergleich zu dem der hochwarmfesten Metalle, die, wie erwähnt, einen Schmelzpunkt von etwa 2 200⁰O (4 000⁰P) aufweisen) z.B.

Kupfer, Nickel oder Stahl überzogene Barren 32 "

in den Preßtopf 12 der Vorrichtung 14 zum Formpressen von Rohren gebracht, worauf man das Massel 18 in den Preßtopf 12, bis zum Anschlag an das Ende 26 des Barrens 10 bewegt und den Barren radförmig (radially) anstaucht bzw. ausdehnt, so daß er in engen Kontakt mit den zylindrischen Wänden des Behälters 12 gelangt. Der Dorn 20 wird durch den Barren 10 hindurch getrieben, so daß das Ende 28 desselben, dessen Durchmesser kleiner ist, als die öffnung 30 der Preßform 16, durch die öffnung 30 der Preßform 16 tritt, wodurch eine kreisförmige Öffnung entsteht, deren innere und äußere radiale Dimensionen gleich den Dimensionen des zu pressenden Rohres sind. Der Druck des Massels wird hierauf erhöht, um ein Hießen des hocbwarmfesten Metalls durch die kreisförmige Öffnung zwischen der Preßform 16 und dem Ende des Doms 28 herbeizuführen, wodurch ein nahtloses Rohr aus hochwarmfestem Metall entsteht.

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Der in ^ig. 2 gezeigte Barren 10 ist zylindrisch, und umfaßt einen zylindrischen Barren J>2 aus hochwarmfestem Metall, z„B. Molybdän oder einem anderen Metall mit einem Schmelzpunkt von über 2 200⁰G (4 000⁰P), wie Wolfram/ Bhenium, Tantal, Columbium oder den meisten ihrer verwendbaren legierungen. Der zylindrische Barren 32 des hochwarmfesten Metalls ist in Pig, 2 mit einem Metall mit Schmierwirkung, z.B. Kupfer, überzogen. Der Kupferüberzug ist luftdicht und kann hergestellt werden durch innere und äußere Kupferrohre 34 bzw. 36, die über die Innen- und Außenflächen des zylindrischen Barrens 32 gebracht und mit den kreisförmigen Kupferplatten 38 Terbunden werden,die man durch geeignete Maßnahmen, z#B# Verlöten (bracing), an den Enden der Kupferrohre 34 und 36 befestgt.

Anstelle des zylindrischen Barrens 10 können auch andere Barren 40 oder 42 verwendet werden, z.B. in Verbindung mit Stäben oder anderen vollen Pormen aus hochwarmfestem.Metall, zum formpressen. So enthält der Barren 40 in !"ig. 4 und 5 einen Vollzylinder 42 aus hoehwarmfsstern Metall, der vollkommen mit einem Überzug eines Metalls mit Schmierwirkung wie Kupfer, in Form eines äußeren Kupferroyfcres 44 und kreisförmiger Endplatten ame Kupfer 46 überzogen ist.

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Der Barren 42 aus Fig. 6 wird verwendet, wenn das hochwarmfeete Metall, aus welchem der Vollzylinder 48 besteht, mit den -"-ußenrohren 50 und den Endplatten 52 des betreffenden Metalls mit Schmierwirkung unverträglich ist. In diesem Falle wird der Zylinder 48 des hochwarmfesten Materials zunächst mit einem Zylinder 54 und Endplatten 56 aus einem Material überzogen, das sowohl mit dem hochwannfesten Metall des Zylinders 48, als auch

mit des Metall mit Schmierwirkung des Zylinders "

50 und der Endplatten 52 verträglich ist. Für den Zwischenüberzug werden gewöhnlich Flußeisen oder Molybdän verwendet·

Bisher wurde auoh von berufener Seite angenommen, daß das Formpressen hochwarmfester Metalle und ihrer hoehsehmelzenden (stronger) Legierungen bei Temperaturen von unter etwa 1 65O⁰O (3 000⁰F) unmöglich und daß Glas als Schmiermittel bei diesen Temperaturen zu verwenden sti. Mit Hilft der erfindungsgeaäß hergestellten Barren und des Verfahren* sum formpressen hochwarmfester Substanzen, eineohliefllioh von Metallen mit einem Schmelzpunkt von über 2 200⁰C (4 00O⁰P), z.B. von Molybdän, Hiob und Ta&al nach der Erfindung konnten jedoch *.B. Rohre formgepreßt werden, die den bei hohen Temperaturen unter Anwendung von Glas

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als Schmiermittel, (wie dies früher als wesentlich betrachtet wurde), hergestellten Rohren, weit überlegen sind. Insbesondere enthalten die erfindungsgemäß aus den Barren nach der Erfindung hergestellten Formkörper Iceine Krater (craters) und weisen weder Rißbildung noch Bruch auf.

Beispiel ist das Formpressen eines Barrens aus, mit 0,5$ Titan und 0,1$ Zirkon legiertem Molybdän, zu erwähnen. Der zum Formpressen verwendete Barren hatte eina Länge von 22,86 cm ( 9 inches) und einen Durehmesser von 7»62 cm (3 inches). In diesen war der Länge nach ein Hohlraum von 3»56 cm (1,4 inch) Durchmesser vorgebohrt, so daß der Barren einen Hohlzylinder darstellte. Dieser Hohlzylinder aus hochwarmfestem Material wurde mit Kupfer bekleidet, indem man ein nahtloses Rohr über die -Außenseite des zylindrischen Barrens zog, ein nahtloses Kupferrohr in den axialen Hohlraum des Barrens einführte und kreiaföraige Kupfarplatten über den Enden der Rohr© anschweißte, io daß ein gasdichter Verschluß entstand. Hierauf wurde der Barren in einem Gasofen auf 954⁰C (1 75O⁰F) erwärmt .

D.er erwärmte Barren wurde hierauf in den Preßtopf einer üblichen Formpressvorrichtung gebracht, dessen Flächen mit einem der üblichen Schmiermittel

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' für das Formpressen von Kupfer, z.B. Graphit oder Schmierfett (gresse) geschmiert waren. Der Dorn und das Massel wurden hierauf durch ■Anwendung von hydraulischem ^ruck auf das Massel vorgetrieben und der Barren durch einen Preßtopf von 3»861 cm (1,520 inch) Durchmesser und einen Dorn von 3»302 cm (V, 3 inch) Durchmesser gepresst, wobei ein nahtloses Rohr von 213 cm (34 inches) Länge entstand.

Das awa Überzugsmetall mit Schmierwirkung des Gebildes wird nach dem erfindungsgemäßen Yerfahren zusammen mit dem hochwarmfeatten Metall formgepresst und anschließend,,je nach dem Metall, durch geeignete Maßnahmen entfernt. Bei Verwendung von Kupfer als Überzugsmetall mit Schmierwirkung kann dieses nach dem Formpressen durch mehrere Minuten Auslaugen in einem Bad konzentrierter Säure entfernt werden.

Der Grund für die bedeutend verbesserte Fähigkeit hochwarmfester Metalle zur Fließverformung bei Temperaturen von etwa 649° bis etwa 1 093 0 ( 1 200 bis 2 000⁰F) in G_Qgenwart eines luftdichten Überzugs eines Metalls mit Schmierwirkung wird nicht voll verstanden. Bekanntlich ist jedoch der maximal zulässige Druck auf das Massel ein be-

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grenzender Faktor bei dem Formpressen. Die zum Formpressen eines in einen Preßtopf gebrachten und durch die Öffnung einer Preßform getriebenen Barrens erforderliche Kraft hängt von drei Faktoren ab (1) der Steifheit des Metalls, die bei hochwarmfesten Metallen bei niederen Temperaturen hoch ist, (2) der Größenabnahme entsprechend dem Verhältnis Preßtopfdurchmesser zum Durchmesser der Öffnung der Preßform und (3) der äußeren Heibung des zum Formpressen verwendeten Metallbarrens im Kontakt mit der Preßform (die container).

Es wird angenommen, das« bei dem bekannten Verfahren zum. Formpressen hochwarmfester Metalle das Metall auf die verhältnismäßig hohen !Temperaturen von 1 649 bis 1 930⁰C (3 000 bis 3 500°F) erwärmt werden mußte, um die Steifheit des Metalls zu vermindern, und so die zur Fließverformung des Metalls aus dem Preßtopf durch die Preßform erforderliche Kraft den gegenwärtig vorhandenen Pressen zur Preßverformung anzupassen· Bei dem Erwärmen der hochwarmfesten Metalle nimmt jedoch die äußere Reibung der Metallbarren im Kontakt mit dem Pr.eßtopf und der Preßform zu. Gleichzeitig ist infolge der hierbei in Betracht kommenden liohen Semperaturen nur. mehr Glas als Schmiermittel praktisch-anwendbar. Das Glas hat jedoch offenbar keine aus-

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reichende Schmierwirkung, um die äußere Reibung auf ein praktisch brauchbares Maß zu vermindern.

Im Gegensatz hierzu ist die äußere Reibung der erfindungsgemäßen Barren bei dem Formpressrerfahren nach der Erfindung infolge des Überziehens der Barren mit einem Metall mit Sehmierwirkung z.B. Kupfer, und der Verwendung üblicher Schmiermittel, wie Graphit oder öl, die bei den erfindungegeaäß angewendeten Formpresstemperaturen von etwa 649° bis etwa 1 093⁰C (1 200 bis 2 000⁰P) verwendbar sind, bedeutend vermindert·

wird angenommen, daß die Verminderung der Oberflächenreibung die zusätzliche Steifheit der hochwarmfeeten Metalle bei den angegebenen Temperaturen mehr als ausgleicht, so daß ein unerwartetes optimales Gleichgewicht zwischen den Kräften auftritt, die die fließverformung zu verzögern streben. Die Gebilde und das Verfahren nach der Erfindung ergeben daher eine verbesserte fließverformung . hochwarmfester Metalle mit Schmelzpunkten über 2 200⁰O (4 000⁰P). Diese bessere Fließverformung kann man unter Anwendung von öfen erzielen, die nur eine verhältnismäßig niedere Temperatur liefern, mit üblichen Schmiermitteln und auf üblichen Formpressvorrichtungen.

Patentansprüche 909805/0435

Claims

Patentansprüche

MJ Verfahren zur FIießverformung hochwarmfester Metalle dadurch gekennzeichnet, daß- man das Metall mit einem Metall mit Schmierwirkung überzieht und das überzogene hochwarmfeste Metall erwärmt, worauf man zur Fliaßverformung Druck anwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man das hochwarmfeste Metall zusammen mit dem Überzug auf etwa 649° bis etwa 1 O93°G erwärmt, worauf man zur Fließvarformung Druck anwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man zwischen das hochwarmfeste Metall und das Metall mit Schmierwirkung einen Zwischanüberzug eines Metalls bringt.
4. Gebilde zur Fließverformung hochwarmfesten Materials, enthaltend einen Körper aus einem hochwarmfesten Material und einen Überzug einer Schicht eines Metalls mit Schmierwirkung auf diesem.
5. Gebilde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das hochwarmfeste Material sin voller Metallbarren ist.

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6. Gebilde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das hochwarmfeste Material ein hohler, zylindrischer Metallbarren ist.
7. Gebilde nach Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet , daß das hochwarmfeste Material Molybdän und das Metall mit Schmierwirkung Kupfer ist.
8β Gebilde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Überzug des Metalls mit Schmierwirkung gasdicht ist.
9. Gebilde nach Anspruch 4 bis 8, g e k e η η zeichnet durch einen zusätzlichen Überzug eines Metalles in Form einer Zwischenschicht, zwischen dem hochwarmfesten Material und dem Metall mit Schmierwirkung, wobei das Metall dieser Zwischenschicht sowohl mit dem hochwarmfesten Material, als auch mit dem Metall mit Schmierwirkung verträglich ist.

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