"Verbundwerkstoffe aus titanj2lattiertem Stahl) Die Erfindung
bezieht sich auf verbesserte titanplattzerte Stahlplatten, -bleche oder -bänden
und ein Verfahren zu deren Herstellung: Verbundwerkstoffe mit Stahl als Unterlage
oder Grundwerkstoff Werden im allgemeinen verwendet, wenn z.B. die Korrosions- oder
Oxydationsbeständigkeit, wie sie korrosionsbeständiger Stahl, Inconel oder ähnliche
Materialien aufweisen, mit der Wirtschaftlichkeit und Festigkeit von Stahl kombiniert
werden soll. Wegen der auggezeichneten Korrosionsbeständigkeit, jedoch hoher Kosten
wäre Titan sehr gut zum Plattieren von Stahl geeignet. Ein solcher Verbundwerkstoff
in Form von Platten wäre sehr brauchbar für den Bau von Kesseln, Schiffchen _ oder
anderen Reaktionsgefässen in der chemischen Industrie: In Form von Blechen oder
Bändern wäre dieses Verbundmetall für viele Anwendungsgebiete in der Industrielt-für
Konsumgüter brauchbar, z:B.. für Pfannen, Tiegel und ähnliches.
Es
wurden verschiedene Methoden zur Herstellung von titanplattierten Stahlplatten,:
-blechen oder -bändern erprobt, jedoch weisen alle diese Meiden verschiedene Nachteile.
auf. Z.B. erfolgt bei einer Walzverschweissung eine beträchtliche Diffusion, die
zu einem Verspröden der Verbindungsgrenzfläche führt/ und cbr erhaltene Werkstoff
hat eine ungenügende Bindefestigkeit und Duktilität. Es können verschiedene Methoden
zur-Verbesserung von walzverschweissten Verbundwerkstoffen angewandt werden.-Bei
dem in der US-Patentschrift 3 125 805 beschriebenen Verfahren wird eine Grenzschicht,
z.B. aus Vanadium oder Silber, zwischen der Titan- und der Stahlschicht aufgebracht,
um die Bildung von versprödenden Phasen zu verhindern. Diese Methode ist wegen der
hohen Kosten der Zwischenschicht und des grossen Arbeitsaufwandes zum Aufbringen
dieselben sehr teuer. Es ist auch sehr schwierig, eine ausreichend gleichmäsege
Zwischenschicht über die gesamte Fläche eines grossen Werkstückes herzustellen.
. Ein zweites Verfahren besteht darin, nur bestimmte Stahlsorten als Grundmetaal
zu verwenden, wodurch jedoch die Vielzahl-der möglichen Verbundwerkstoffe sehr beschränkt
wird. Ausserdem sind die speziellen Stahlsorten teurer als viele andere Stahlunterlagen@und
ges wird hierdurch auch der schädliche Einfluss einer Diffusion nicht vollständig
vermieden.
Eine weitere Methode zum Plattleren von Stahl mit Titan
ist das Hartlöten, jedoch kann diese Methode nicht für großflächige Stücke
verwendet werden, weil hierfür ausserordentlich-hoher Kraftaufwand erforderlich
ist. - Durch Einwirkung von Sprengkraft können Werkstoffe aus titauplattiertem Stahl
von hoher Qualität hergestellt werden, wie in der US-Patentschrift 3 137 937 beschrieben
ist. Es gibt jedoch in: der Praxis verseniedene Beschränkungen für Verbundwerkstoffe,
die zur Zeit auf diese Weise hergestellt werden können. So sind Titanbleche mit
einer Breite von mehr als. ca. 1,2 m (4feet) nicht im Handel erhältlich; fo4lich
können breitete Platten, die für die
-stoffe grosse Sprengstoffmengen erforderlich, wodurch die Kosten und die Schwierigkeiten
für ein Plattieren mit Hilfe von Sprengkraft erhöht werden: Sehr dünne Stahlunterlagen
neigen zum:Zerreisaenjund es ist äusserst schwierig, titanplättierte Stahlbleche
oder -bänder durch Einwirkung von Sprengkraft herzustellen. Mit Hilre des erfindungsgemässen
Verfahrens werden die bisherigen Probleme bei der Herstellung von Verbund-. werk'stoffen
aus ttanplattiertem Stahl gelöst. Es kann eine grosse Anzahl von Stahlsorten als
Grundmetall verwendet werden, einschliesslich billige Baustähll und es können grosse
Platten, Bleche oder Bänder hergestellt werden.
Das erfindungsgemässe
Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein mehrschichtiges Metallwerkstück bei
einer Temperatur von ca. 4fiS»bis 900°C (90U - 1650°F), vorzugsweise 650 bis 370°C
(1200 - 1600°F), gewalzt wird, wobei das Werkstück aus einer durch Einwirkung von
Sprengkraft mit Titan plattierten Stahlschicht besteht. Die Grenzfläche zwischen
diesen beiden Schichten ist gewellt und mit taschenartigen Legierungseinschlüssen
durchsetzt, die weniger als ca. 30% und vorzugsweise weniger als 159& der gesamten
Bindungsfläche einnehmen und deren Zusammensetzung zwischen derjenigen der Titanschicht
und-der Stahlschicht liegt. Das Walzen wird innerhalb des oben genannten Temperaturbereichs,
so lange durchgeführt, bis das Verhältnis der Wellenlänge X zur Amplitude A in der
Verbindungsgrenzfläche von dem Bereich von ca. 5:1 bis 15:1. auf den Bereich von
ca. 20:1 bis 1000:-1 erhöht ist. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen
neuen Produkte sind walzverschweisste Verbundwerkstoffe, die aus wenigstens 2 Schichten,
einer Titan- und einer Stahlschicht bestehen, die entlang einer wellenförmigen,
mit "Taschen" oder "Inseln" von Legierung durchsetzten Grenzfläche miteinander verbunden
sind, wobei diese Inseln weniger als ca. 309 und vorzugsweise weniger als ca. 15%
der gesamten Bindungsfläche einnehmen, eine Zusammensetzung zwischen der der Titan-
und der Stahlschicht aufweisen und wobei das Verhältnis von Wellenlänge X : Amplitude
A ca. 20 : 1 bis 1000: 1 beträgt
Die Beschaffenheit der Grenzfläche
und der Legierungseinschlüsse in den Ausgangsmaterialien und den erfindungsgemässen
Produkten ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt. Die Verbindungszonen-a im
Ausgangswerkstoff einschliesslich der Legierungseinschlüsse darin zeigen nahezu
keine Diffusion, d.h. das Ausmaß der Diffusion der Metalle ineinander inchr an die
Grenzfläche anschliessenden Verbindungszone liegt unter der Meßgrenze, die nach
Herstellung eines Schrägschnittes und Untersuchung mit einer Blektronensondeg (electron
probe and taper sectioning) erreichbar ist und mit deren Hilfe weniger als U,2/u
erfasst werden können. Obwohl während des Walzens eine geringe Diffusion stattfindet,
so weisen doch die erfindungsgemäss hergestellten Produkte eine weit geringere Diffusion
auf als die üblichen,durch Diffusion verbundenen Produkte. Die Masse innerhalb der
Taschen oder Inseln ist nahezu einheitlich, d.h. homogen, jedoch sind darin harte
Phasen gleichmässig verteilt. Im allgemeinen enthalten diese Inseln eine harte Legierungsphase
mit einer Härte, gemessen nach der Diamantpyramide-Methode, von wen#tens ca. 400.
Die Titan- und Stahlschichten sollten eine Härte, gemessen nach der gleichen Methode,
von 450 oder weniger aufweisen. Unter"Grenzfläche" wird hier die Fläche verstanden,
entlang der die Titan- und Stahlschichten aneinanderstossen unt miteinander verbunden
sind. Der Begriff "Amplitude" bezieht sich hier auf die durchschnittliche Höhe der
Maxima,
gemessen von der Mittellinie der wellenförmigen Grenzfläche, d.h. also die durchschnittliche
Höhe dieser Wellen, die entsprechend den Angaben in Fig. 1, gemessen wird. Unter
"We1.lenlängelt soll hier die durchschnittliche Länge der sich wiederholenden Einheiten
in der Grenzfläche verstanden werden, z.B. also der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden
Wellenbergen oder -tälern wie dies in der Fig. 1 angegeben ist. Der Begriff "Bindungszone"
bezieht sich hier auf die Grenzfläche und das unmittelbar daran anstossende Gebiet
einschliesslich der Legierungseinschlüsse. Die Angabe 'Prozent der gesamten Bindungsflache",
die hier zur Definition der Menge der taschenförmigen Legierungseinschlüsse verwendet
wird, bezeichnet den prozentualen Anteil der gesamten Bindungsfläche zwischen Titan-
und Stahlschichten, in welcher die homogenen Legierungseinschlüsse vorhanden sind;
er wird üblicherweise gemessen, indem man in bestimmten Abschnitten des Verbundwerks-bffs
gemäss der Zeichnung das durchschnittliche Verhältnis der projizierten Gesamtlänge
der taschenförmigen Einschlüsse in jeder Welle zur Wellenlänge bestimmt, d.h. also
wie in Fig. 1 gezeigt. Das erfindungsgemässe Verfahren wird eingehender mit Hilfe
des folgenden schematischen Arbeitsplanes erläutert. Reaktionsschema
In dem obigen Diagramm bezeichnet die gestrichelten Linien wahlweise durchgeführte
Verfahrensstufen, wie nachfolgend beschrieben wird. Wie oben dargestellt, wird die
Platine auf ca.
bis 900°C (9U0 - 16500F) erhitzt und zwischen Walzen hindurchgeführt bis die gewünschte
Querschnittsverminderung erreicht ist. Soll der Querschnitt stark verringert werden,
so kann der Verbundwerkstoff gegebenenfalls noch ein- oder mehrmals auf den oben
genannten Temperaturbereich erhitzt werden, um die Belastung der Walzen zu verringern.
Es ist kein gesondertes Anlassen nötig, jedoch findet während des wiederholten Erhitzens
des Verbundwerkstoffs ein Anlassen statt.- Gegebenenfalls
Bindungsfläche, da die Wellen entweder zu klein oder zu gross sind, um ein leichtes
Fortschreiten eines Risses durch die Verbindungszone zu verhindern. Ein Erhitzen
auf über ca. 90000 führt zu einer Änderung der Kristallstruktur des Titans
vom dichtgepacktenlhexagonalen zum raumzentrierten, kubischen Gitter. Als Folge
davon wird die Diffusion sehr beschleunigt,und es werden harte, wenig duktile Stellen
innerhalb und anschliessend an die Verbindungszone gebildet. Diese Phasen verringern
die Qualität des gewalzten Materials. Bei Walzen unter ca. 4ee0 ist ungewöhnlicher
Kraftaufwand erforderlich. Ausserdem ist bei Temperaturen unter ca.
nur eine geringere Querachnittaverminderung möglich, da sich die Bindung infolge
einer Verhärtung des Werkstoffs während des Walzens bei diesen niedrigen Temperaturen
leicht löst. wie bereits erwähnt, werden die im erfindungsgemässen Verfahren
verwendeten plattierten Werkstoffe durch Verbindung mit Hilfe von Sprengkraft hergestellt.
Dies erfolgt vorzugsweise
nach dem in der US-Patentschrift 3 137
937 beschriebenen Plattierverfahren. Nach diesem Verfahren wird wenigstens eine
Schicht des Plattierungsmeta.lls parallel zur Oberfläche der zu plattierenden Metallschicht
angeordnet, wobei die innere Oberfläche der Plattierungsschicht durch einen geringee
en Abstand von der Oberfläche des zu plattierenden Metalls getrennt ist. Auf die
äussere Oberfläche der PlattierungsschichK en) bringt man eine Schicht eines detonierenden
Sprengstoffs mit einer Detonationsgeschwindigkeit von weniger als 120%, vorzugsweise
weniger als 100% der Schallgeschwindigkeit in demjenigen Metall des Systems,
das die höchste Schallgeschwindigkeit hat; daraufhin wird das Sprengmittel gezündet,
so dass die Detonation parallel zu den Metallschichten fortschreitet. Das Flächengewicht
des Sprengstoffs, der gewöhnlich eine Detonationsgeschwindigkeit im Bereäch von
1200 und 5500 m/sec aufweist, variiert mit den jeweils miteinander zu verbindenden
Metallen und deren Abstand voneinander; bei einer Plattierung von Stahl mit Titan
werden ca. 108 bis 465 g/dm2 ( 7 bis 30 g/sq.in.) eines handelsüblichen
Sprengstoffs von geringer Detonationsgeschwindigkeit, wie z.B. körnigem Amatol (Amonnitrat:Trinitrotoluol
- 80 : 20) angewandt.. Der Abstand zwischen den Metallschichten hängt ab
vom Sprengstoff und erhät sich im allgemeinen mit der Stärke der Schichten. Für
die meisten Anwendungsgebiete wird üblicherweise ein Abstand von ca."Composite materials from titanium-clad steel) The invention relates to improved titanium-clad steel plates, sheets or strips and a method for their production: Composite materials with steel as a base or base material are generally used if, for example, resistance to corrosion or oxidation, as they are more resistant to corrosion Steel, inconel or similar materials with which the economy and strength of steel are to be combined. Because of the excellent corrosion resistance, but high cost, titanium would be very suitable for cladding steel. Such a composite material in the form of plates would be very useful for construction of kettles, boats or other reaction vessels in the chemical industry: In the form of sheets or strips, this composite metal would be useful for many areas of application in industry, for consumer goods, e.g. for pans, crucibles and the like. Various methods have been used for manufacturing Titanium-plated steel plates, sheets or strips have been tried and tested, but all of these avoidances have various disadvantages. on. For example, in the case of roll welding, considerable diffusion takes place, which leads to embrittlement of the connection interface / and the material obtained has insufficient bond strength and ductility. Various methods werden.-In used for improvement of walzverschweissten composites described methods the US patent in the 3,125,805 is applied a barrier layer, for example of vanadium or silver, between the titanium and the steel layer to the formation of embrittling Prevent phases. This method is very expensive because of the high cost of the intermediate layer and the great amount of work involved in applying it. It is also very difficult to produce a sufficiently uniform intermediate layer over the entire surface of a large workpiece. . A second method consists in using only certain types of steel as the base metal, which, however, greatly limits the number of possible composite materials. In addition, the special types of steel are more expensive than many other steel substrates @ and this also does not completely avoid the harmful influence of diffusion. Another method for flattening steel with titanium is brazing, but this method cannot be used for large-area pieces because this requires an extremely high level of force. High quality titanium clad steel materials can be produced by the action of explosive force, as described in US Pat. No. 3,137,937. However, there are several practical limitations to composite materials that can currently be made in this way. So are titanium sheets with a width of more than. approx. 1.2 m (4 feet) not commercially available; may also be used for spreading plates
Substances require large amounts of explosives, which increases the costs and difficulties of plating with the aid of explosive force: Very thin steel substrates tend to: Tear up and it is extremely difficult to produce titanium-plated steel sheets or strips by the action of explosive force. With the help of the inventive method, the previous problems in the production of composite. materials made of ttan-plated steel. A wide variety of steels can be used as the base metal, including inexpensive structural steels, and large plates, sheets or strips can be made. The method according to the invention is characterized in that a multilayer metal workpiece is rolled at a temperature of approx the workpiece consists of a steel layer plated with titanium by the action of explosive force. The interface between these two layers is corrugated and interspersed with pocket-like alloy inclusions which take up less than about 30% and preferably less than 159% of the total bond area and whose composition is between that of the titanium layer and the steel layer. The rolling is carried out within the above-mentioned temperature range until the ratio of the wavelength X to the amplitude A in the joint interface is in the range of approximately 5: 1 to 15: 1. is increased to the range from approx. 20: 1 to 1000: -1. The new products obtained by the process according to the invention are roll-welded composite materials consisting of at least 2 layers, a titanium and a steel layer, which are connected to one another along an undulating interface interspersed with "pockets" or "islands" of alloy, these islands occupy less than about 309 and preferably less than about 15% of the total bond area, have a composition between that of the titanium and steel layers and wherein the ratio of wavelength X: amplitude A is about 20: 1 to 1000: 1 The nature of the interface and the alloy inclusions in the starting materials and the products according to the invention is shown in the accompanying drawing. The connection zones-a in the starting material including the alloy inclusions therein show almost no diffusion, i.e. the extent of the diffusion of the metals into one another in ) is achievable and with the help of which less than U, 2 / u can be recorded. Although a slight diffusion takes place during the rolling, the products produced according to the invention have a far lower diffusion than the usual products bonded by diffusion. The mass within the pockets or islands is almost uniform, ie homogeneous, but hard phases are evenly distributed in them. In general, these islands contain a hard alloy phase with a hardness, measured by the diamond pyramid method, of at least about 400. The titanium and steel layers should have a hardness, measured by the same method, of 450 or less. “Interface” is understood here to mean the area along which the titanium and steel layers abut and are connected to one another. The term “amplitude” relates here to the average height of the maxima, measured from the center line of the undulating boundary surface, that is to say the average height of these waves, which is measured in accordance with the information in FIG. 1. The term "We1.lenlängelt" should be understood here to mean the average length of the repeating units in the interface, for example the distance between successive wave crests or valleys as indicated in FIG Interface and the area immediately adjacent to it, including the alloy inclusions. The specification 'Percentage of the total bond area ", which is used here to define the amount of pocket-shaped alloy inclusions, denotes the percentage of the total bond area between titanium and steel layers in which the homogeneous alloy inclusions available; it is usually measured by determining the average ratio of the projected total length of the pocket-shaped inclusions in each wave to the wavelength in certain sections of the composite bffs according to the drawing, ie as shown in FIG. The method according to the invention is explained in more detail with the aid of the following schematic work plan. Reaction scheme In the above diagram, the dashed lines denote optional process steps, as will be described below. As shown above, the board is set to approx. Heated to 900 ° C (9U0 - 16500F) and passed between rollers until the desired cross-sectional reduction is achieved. If the cross section is to be greatly reduced, the composite material can optionally be heated one or more times to the above-mentioned temperature range in order to reduce the load on the rollers. No separate tempering is necessary, but tempering takes place during the repeated heating of the composite material
Binding area, as the waves are either too small or too big to prevent a crack from easily advancing through the joint zone. Heating to over 90,000 leads to a change in the crystal structure of titanium from the tightly packed hexagonal to the body-centered, cubic lattice. As a result of this, the diffusion is very accelerated, and hard, less ductile areas are formed within and adjacent to the connection zone. These phases reduce the quality of the rolled material. Unusual effort is required for rollers below approx. 4ee0. In addition, at temperatures below approx. only a minor reduction in cross-section is possible, as the bond easily loosens due to hardening of the material during rolling at these low temperatures. As already mentioned, the clad materials used in the method according to the invention are produced by joining with the aid of explosive force. This is preferably done by the plating process described in US Pat. No. 3,137,937. According to this method, at least one layer of the plating metal is arranged parallel to the surface of the metal layer to be plated, the inner surface of the plating layer being separated from the surface of the metal to be plated by a small distance. A layer of a detonating explosive with a detonation speed of less than 120%, preferably less than 100% of the speed of sound in that metal of the system which has the highest speed of sound is applied to the outer surface of the plating layers; the explosive is then ignited so that the detonation proceeds parallel to the metal layers. The weight per unit area of the explosive, which usually has a detonation speed in the range of 1200 and 5500 m / sec, varies with the metals to be joined and their distance from one another; at a plating of steel with titanium about 108 to 465 g / dm2 (7 to 30 g / sq.in.) of a commercially available explosive of low detonation velocity, such as granular Amatol (Amonnitrat: trinitrotoluene - 80: 20) applied .. The distance between the metal layers depends on the explosive and generally increases with the thickness of the layers. For most areas of application, a distance of approx.
1,2 bis 1,9 mm (U,U5 - 0,75 inch) angewätnd$.
Mit
dem obigen Plattierverfahren durch Sprengbehandlung, das in der genannten US-Patentschrift
eingehend beschrieben ist, erhält man Verbundmetalle, die direkt nach dem erfindungsgemässen
Verfahren behndelt werden können. Die Verbundwerkstoffe müssen keinen drastischen
Hicht- oder Formverfahren vor dem Walzen unterworfen werden, jedoch können diese
gegebenenfalls angew&tnd@t werden. Im erfindungsgemässen-Verfahren müssen solche
gemäss dem obigen Verfahren hergestellten Verbundmetalle verwendet werden, bei welchen
in der welligen Verbindungszone gesorrbrte/ relativ periodisch angeordnete Inseln
oder Taschen einer Titan-Stahl-hegierung eingeschlossen sind, die durch eine nahezu
kontinuierliche mehr als ca. 7U% der gesamten Bindungsfläche einnehmende direkte
Titan-Stahl-Bindung voneinander getrennt sind. Verbundwerkstoffe mit derartigen
Verbindungszonen sind für sehr stake Querschnittsverringerungen gemäss der Erfindung
geeignet. Solche Verbundmetalle sind eingehender in der schwebenden Patentanmeldung
P 32 338 VIb/¢8b beschrieben.1.2 to 1.9 mm (U, U5 - 0.75 inch) applied $. With the above plating method by blasting treatment, which is described in detail in said US patent specification, composite metals are obtained which can be treated directly by the method according to the invention. The composite materials do not have to be subjected to any drastic layering or shaping processes before rolling, but these can be used if necessary. In the process according to the invention, those composite metals produced according to the above process must be used in which in the wavy connecting zone corrugated / relatively periodically arranged islands or pockets of a titanium-steel alloy are enclosed, which by an almost continuous more than about 7U% of the The direct titanium-steel bond occupying the entire bonding surface is separated from one another. Composite materials with such connection zones are suitable for very sharp cross-sectional reductions according to the invention. Such composite metals are described in more detail in the pending patent application P 32 338 VIb / [8b].
Im allgemeinen wird die Bildung solcher bevorzugten Verbindungszonen
begünstigt durch Verwendung von Sprengmitteln geringer Detonationsgeschwindigkeit
und durch einen grösseren, jedoch nicht übermässigen Abstand der Schichten bei dem
obigen Plattierverfahren. Fig. 1 zeigt eine solche Verbindungszone.In general, the formation of such preferred joint zones will be
favored by the use of explosives with low detonation speed
and by a greater, but not excessive, distance between the layers in the case of the
above plating method. Fig. 1 shows such a connection zone.
Die für das erfindungsgemässe Verfahren verwendeten Verbundwerkstoffe
können auch durch Anwendung der in der
schwebenden Patentanmeldung
Ser.No. 26¢ 373 beschriebenen, bevorzugten Verfahrensbesdingungen beim Verbinden
mit Hilfe von Sprengkraft hergestellt werden. Das in der genannten Anmeldung off(hbarte
Verfahren besteht darin, dass man eine Verbindung zwischen zwei Metallschichten
herstellt, indem man eine Schicht eines detonierenden Sprengstoffs auf die Aussenseite
der einen Metallschicht aufbringt, den Sprengstoff so zündet, dass wenigstens eines
der Verhältnisse der Kollisionsgeschwindigkeiten zu den entsprechenden Schallgeschwindigkeiten
der Metallschichten unter ca. 1,2 liegt. Ist jedes der genannten Verhältnisse grösser
als 1,U, so sollte der Winkel zwischen den "Metall"-Schicht°en im Gebiet des Zusammenpralls
grösser sein als der Maximalwert der Summe der durch schräg auftreffende Schockwellen
erzeugten Biegungen in den Metallschichten. Bevorzugte Bedingungen für die Bildung
von welligen Grenzzonen sind z.B. solche, bei welchen der Winkel ca. 1 0
bis 50 beträgt und der Sprengstoff eine Detonationsgeschwindigkeit von ca.The composite materials used for the method according to the invention can also be obtained by applying the methods described in the pending patent application Ser.No. 26 [373] described, preferred process conditions when connecting with the aid of explosive force. The method disclosed in the above-mentioned application consists in establishing a connection between two metal layers by applying a layer of a detonating explosive to the outside of the one metal layer, igniting the explosive in such a way that at least one of the ratios of the collision velocities to the corresponding sound velocities of the metal layers is below about 1.2. If each of the mentioned ratios is greater than 1, U, then the angle between the "metal" layers in the area of the collision should be greater than the maximum value of the sum of the diagonally Impacting shock waves produced bends in the metal layers. Preferred conditions for the formation of wavy boundary zones are, for example, those in which the angle is approximately 10 to 50 and the explosive has a detonation speed of approx.
20U0 bis 4000 m/sec aufweist. Der Einfachheit halber wird das erfindungsgemässe
Verfahren im Hinblick auf Verbundwerkstoffe mit zwei durch Sprengkraft verbundene
Metallschichten beschrieben; es ist jedoch ebensogut bei Verbunawerkstoffen mit
beispielsweise drei oder mehreren plattierter Schichten anwendbar, sowie für Werkstoffe,
bei welchen z.B. die Stahlschicht mit einem anderen i1etall durch Einwirkung von
Sprengkraft oder nach anderen üblichen Methoden verbunden wurde.
Normalerweise
haben Titanschichten im Ausgangsmaterial eine Stärke von 0,2 bis 1r9 mm (0,01 -
U,75@nch) und die Unterlage eine Dicke von 1,2'l bis 25,4 cm (0,5 -10 inch)-Jjedoch
sind auch dünnere oder dickere Schichten brauchbar.20U0 to 4000 m / sec. For the sake of simplicity, the
Method with regard to composite materials with two connected by explosive force
Metal layers described; however, it is just as good with composite materials
for example three or more clad layers applicable, as well as for materials,
in which e.g. the steel layer with another i1etal by the action of
Explosive force or other conventional methods.
Normally
Titanium layers in the starting material have a thickness of 0.2 to 1r9 mm (0.01 -
U, 75 inches) and the pad is 1.2 to 25.4 cm (0.5-10 inches) thick, however
Thinner or thicker layers can also be used.
Das für das erfindungsgemässe Verfahren brauchbare "Titan" soll in
der vorliegenden Anmeldung, wenn nichts anderes angegeben ist, nichtlegiertes Titan
oder auch Titanlegierungen umfassen, Webei die Zahlen Gew.-% des
Diese Legierungen sind beschrieben in "Metal Handbook'° Bd. 1, B. Ausgabe, S..1147
u.f., 1961. Bei nichtlegiertem Ti=tan sind die Güteklassen 1, 2, 3 und 4
angegeben, .entsprechend der Definition nach ASTM B265-58T., Für das erfindungsgemässe
Verfahren: brauchbare "Stähle" umfassen, wenn nichts anderes angegeben ist, z.B.
gohlenstoffsta"hM mit geringem Kohlenstoffgehalt
niederlegierte Stähle, die neben Eisen die folgenden Elemente enthalten (die Zahlen
bezeichnen die Gew.-%)e 0,17 0 und 0;75 Mn, 0920 0 und 1,25 Mn, 0,22
0 und 0,65 Mn, 0930 C und 1,50 Mn, 1,0 Ur und 1,0 Mo und 0,25 V, 1,0
Cr und 1,0 Mo, 0,2 Co und 2,25 Ni, 0,30 C und 1,50 Mn und 0,35 Mo; sowie gorrosionsbeständige
Sthähle zeB:. der
folgenden Güteklassen: 304, 304D, -3ü3, 316,
347, 3219 3179 3161,, 410, 430,F446, 201. Besonders bevorzugt werden Stahlsorten,,
die im allgemeinen-für Konstruktionszwecke verwendet werden, wie ASTM A212, A285,
A204. Diese Stähle enthalten 0,15 - 0,35% Kohlenstoff. Die nach dem erfindungsgemässen
Verfahren erreichbare Querschnittsverringerung kann 10:1 oder mehr betragen. Selbstverständlich
können auch geringere Querschnittsveningerungen erhalten werden, jedoch bringen
im allgemeinen Querschnittsverminderungen von weniger als 1,5:1 keinen wesentliehen
Vorteil. Das Walzen erfolgt mit Hilfe üblicher Vorrichtungen, z.B. mit Duo-' Trio-
oder Quarto-Walzwerken. Es können ebensogut auch andere Walzwerke wie Tandem- oder
Planeten-Warmwalzwerke verwendet werden. Es kann auch e;n Doppeln erfolgen, wem
zwei Platten, die z.B. beide aus Verbundmetallen besteben, gemeinsam gewalzt werden.können.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Teile und
Prozente sind in Gew.-Teilen und Gew:.-% angegeben. Die Härteprüfung nach der Diamantpyramiden-Methode
ist eine Eindruck-Härteprüfung unter Verwendung eines Diamant-Eindruckprüfkörpers
(136o diamond pyramid) bei
unterschiedlicher Belastung, wobei man
eine Härteskala für alle Härtebereiche vom sehr weichen Blei bis zu Wolframcarbid
erhält. Die Härte nach der Diamantpyramiden®Methode der Phasen in den @erbindungszonen
der.erfindungsgemäss hergestellten Verbundmetalle kann auf' übliche Weise ermittelt
werden, indem man eine. Probe des Verbundmetalls senkrecht zu den Schichtebenen
schneidet, die erhaltenen Schnittflächen ätzt oder poliert und eine Anzahl von Eindruck-Proben
in den darin mit einem Mikroskop beobachteten Phasen durch-fuhrt.
Beispiel
1
Als Sprengstoff wurde in diesem Beispiel eine dünne gleichmässige Folie
eines flexiblen Sprengmittels verwendet aus 20% sehr feinem Pentaerythrittetranitrat,
70% Mennige und als Bindemittel 10% eines Gemisenes aus gleichen Teilen Butylkautschuk
und thermoplastischem. Therpenharz
Gemisch von Polymeren des B-Pinen der Formel (0 10 H 16)
, das als Handelsprodukt der Firma Pennsylvania Industrial Chemical Corporation
als "Piccolyte" S-10 erhältlich ist. Nähere Einzelheiten dieser Zubereitung und
ein geeignetes Verfahren zu dessen Herstellung sind in der US-Patentschrift 3 093
521 offenbart. Die Zubereitung ist zu Folien gewalzt und. detoniert
mit
einer Geschwindigkeit von ca. 4100 m/sec: Eine 1,58 mm (1/16 ineh) starke Titanschicht
(ASTM-Güteklasse 2) wurde auf eine 13 mm (1/2 inch) dicke Stahlplatte (ASTI4-A 212B)
auf folgende Weise plattiert. Das Ttanblech, 7,62 cm x 15,24 cm ( 3 x 6 inch)@ wurde
auf einer Seite mit einer Schicht des obigen Sprengmittels mit einem Flächengewicht
von 155.g/dm2 (10 g/sq:in.) bedeckt. Das Titanblech wurde über eine Stahlplatte
gelegt, der Abstand zwischen beiden betrug 2,54 mm (0,"i roch). Die Ränder der fertigen
Anordnung wurden mit einem Band abgedichtet und an eine Ecke der Sprengschicht einelektrischer
Zünder angebracht. Es wurde eine ausgezeichnete Verbindung des Titans mit der Stahlplatte
erreicht. Die wellige Grenzfläche zeigte ein Verhältnis Y : A von 6:1. Wenigstens
eine Phase der Verbindungszone hatte eine Härte, gemessen nach obiger Methode von
über 700. Die Inseln von Legierungseinschlüssen nahmen weniger als 30% der
gesamten Bindungstone ein. Die mit Titan plattierte stahlplatte wurde auf 8430C
(1550°F) 30 min erhitzt und dann in drei ®chnellasDurchzügen bis unter Rotglut (ca.
5380C) gewalzt,-der fertige Verbundwerkstoff zeigte gegenüber dem Aus gangawerkatoff
eine Querschnittsverringerung von 59,196 und ist 5,82 mm (0,229 roch) stark. Bei
einer Prüfung mit Ultraschall zeigt der gewalzte Werkstoff eine gute Bindung. Er
kann bei Raumtemperatur ohne Rissbildung um 1800 um einen Dorn (2/1 D/T)
gebogen werden. Bei dem Fertigprodukt beträgt des Verhältnis ä:A =36:1; die Legierungsinseln
nehmen weniger als 15% der Verbindungszone ein.
Beispiel 2
Als
Sprengstoff wurde in diesem Beispiel eine 19 mm (3/4 inch) dicke Schicht von gekörntem
Amatol verwendet (Ammonnitrat : Trinitrotoluol - 80 : 20). Das: Titanblech war 10,16
cm x 17,78 cm (4 g 7 Inch). Der Abstand zwischen den Platten betrug 5,08
mm (2U0 mil). Der Sprengstoff wurde mit Hilfeeiner in einer Ecke angeordneten elektrischen
Zündkapsel gezündet; er detoniert mit einer. Geschwindigkeit von 3600 m/sec. Das
Verbundmetall zeigte eine gute Bindefestigkeit; in der welligen Verbindungszone
war das Verhältnis %:A = 7:1. Die Legierungsinseln nahmen weniger als 3096 der Gesamtfläche
der Verbindungszone ein. Das Verbundmetall wurde dann 30 min auf 8430C (1550®F)
erhitzt und bis auf die Hälfte seiner ursprünglichen Stärke ohne nochmaliges Erhitzen
gewalzt.The "titanium" which can be used for the process according to the invention is intended in the present application, unless otherwise stated, to include non-alloyed titanium or also titanium alloys, in which case the numbers are% by weight
These alloys are described in "Metal Handbook" Vol. 1, B. Edition, pp. 1147 uf, 1961. For non-alloyed Ti = tan, grades 1, 2, 3 and 4 are specified, according to the definition according to ASTM B265 -58T., For the method according to the invention: Unless otherwise stated, useful "steels" include, for example, carbon steel "hM with a low carbon content
Low-alloy steels, which contain the following elements in addition to iron (the numbers denote the% by weight) e 0.17 0 and 0; 75 Mn, 0920 0 and 1.25 Mn, 0.22 0 and 0.65 Mn, 0930 C and 1.50 Mn, 1.0 Ur and 1.0 Mo and 0.25 V, 1.0 Cr and 1.0 Mo, 0.2 Co and 2.25 Ni, 0.30 C and 1.50 Mn and 0.35 Mo; as well as corrosion-resistant steels zeB :. of the following grades: 304, 304D, -3u3, 316, 347, 3219, 3179, 3161, 410, 430, F446, 201. Steel grades, which are generally used for construction purposes, such as ASTM A212, A285, A204, are particularly preferred . These steels contain 0.15-0.35% carbon. The cross-sectional reduction that can be achieved by the method according to the invention can be 10: 1 or more. Of course, smaller cross-sectional reductions can also be obtained, but in general cross-sectional reductions of less than 1.5: 1 do not bring any significant advantage. The rolling takes place with the help of conventional devices, for example with duo, trio or four-high rolling mills. Other rolling mills such as tandem or planetary hot rolling mills can just as well be used. It can also be doubled if two plates, for example both made of composite metals, can be rolled together. The invention will now be explained in more detail with the aid of the following examples. Parts and percentages are given in parts by weight and% by weight. The hardness test according to the diamond pyramid method is an indentation hardness test using a diamond indentation test body (136o diamond pyramid) with different loads, whereby a hardness scale is obtained for all hardness ranges from very soft lead to tungsten carbide. The hardness according to the Diamantpyramiden®Methode of the phases in the bonding zones of the composite metals produced according to the invention can be determined in the usual way by a. The sample of the composite metal cuts perpendicular to the layer planes, the cut surfaces obtained are etched or polished and a number of indentation samples are carried out in the phases observed therein with a microscope. Example 1 The explosive used in this example was a thin, uniform film of a flexible disintegrant made of 20% very fine pentaerythritol tetranitrate, 70% red lead and 10% of a mixture of equal parts butyl rubber and thermoplastic as a binder. Thermal resin Mixture of polymers of B-pinene of the formula ( 0 10 H 16) commercially available from Pennsylvania Industrial Chemical Corporation as "Piccolyte" S-10. Further details of this preparation and a suitable process for its preparation are disclosed in US Pat. No. 3,093,521. The preparation is rolled into foil and. detonated at a speed of approx. 4100 m / sec: a 1.58 mm (1/16 inch) thick titanium layer (ASTM grade 2) was applied to a 13 mm (1/2 inch) thick steel plate (ASTI4-A 212B) plated in the following way. The 3 x 6 in. (7.62 cm x 15.24 cm) sheet was covered on one side with a layer of the above disintegrant having a basis weight of 155 g / dm2 (10 g / sq: in.). The titanium sheet was placed over a steel plate, the distance between the two was 2.54 mm (0.13 inch smell). The edges of the finished assembly were sealed with tape and an electric detonator was attached to one corner of the explosive layer. An excellent bond was made of titanium achieved with the steel plate the wavy boundary surface showed a ratio of Y:. a from. 6: 1, at least one phase of the connecting zone had a hardness measured by the above method of more than 700. the islands of alloy inclusions took less than 30% of total binding Stone The titanium-clad steel plate was heated to 8430C (1550 ° F) for 30 minutes and then rolled in three rapid passes until it was red hot (approx. 5380C) , 82 mm (0.229 smell) thick. When tested with ultrasound, the rolled material shows a good bond formation around 1800 around a mandrel (2/1 D / T). In the case of the finished product, the ratio: A = 36: 1; the alloy islands occupy less than 15% of the joint zone. Example 2 The explosive used in this example was a 19 mm (3/4 inch) thick layer of granulated amatol (ammonium nitrate: trinitrotoluene - 80:20). The: Titanium sheet was 10.16 cm x 17.78 cm (4 grams 7 inches). The distance between the plates was 5.08 mm (2U0 mils). The explosive was detonated by means of an electric detonator located in a corner; he detonates with one. Speed of 3600 m / sec. The composite metal showed good bond strength; in the wavy connecting zone the ratio was%: A = 7: 1. The alloy islands took up less than 3,096 of the total area of the joint zone. The composite metal was then heated to 8430C (1550®F) for 30 minutes and rolled to half its original thickness without reheating.
Nach dem Walzen kann der Verbundwerkstoff ohne Trennung der Schichten
unter Druck um 180o' üm einen Dorn gebogen werden, der doppelt so stark ist wie
die Schichtdicke des Verbundwerkstoffe. Auf die gleiche Weise wurden die folgenden
Verbundmetalle hergestellt und gewalzt:
Die Verbundmetalle konnten-ohne Trennung der Schichten unter Druck
um 1800 gebogen werden. Der Verbundwerkstoff G war ein grosses Werkstück
mit folgenden mechanischen: Eigenschaften nach dem Walzen: Scherfestigkeit
2180 kg/cm 2 (31 UUU psi), Biegefestigkeit 3590 kg/cm2 (51 UUU psi), Zugfestigkeit
5.480 kg/cm 2-(78 UUU psi) und 23% Dehnung: Diese-mechanischen Eigenschaften zeigen
die hohe Qualität des erfindungsgemäss hergestellten Produkts. In allen Produkten
nahmen die Zegierungseinschlüsse in der Verbindungszone weniger als 15% der gesamten
Verbindungsfläche ein und wamnshezu homogen.After rolling, the composite material can be bent under pressure through 180 ° without separating the layers under pressure, which is twice as thick as the layer thickness of the composite material. The following composite metals were produced and rolled in the same way:
The composite metals could be bent by 1800 under pressure without separating the layers. The composite G was a large workpiece with the following mechanical: Properties after rolling: shear strength 2180 kg / cm 2 (31 UUU psi), flexural strength 3590 kg / cm2 (51 UUU psi), tensile strength 5,480 kg / cm 2 (78 UUU psi) ) and 23% elongation: These mechanical properties show the high quality of the product produced according to the invention. In all products, the alloy inclusions in the joint zone took up less than 15% of the total joint area and were too homogeneous.